Az extrakciós folyamat optimalizálása és a fűszernövény illóolaj komponenseinek elemzése
Az Amomum tsao ko a gyömbérfélék családjába és a kardamom nemzetségbe tartozó évelő lágyszárú növény. Kínában hagyományos gyógy- és ehető növény, elsősorban Yunnan, Guizhou, Sichuan és Guangxi nyugati részén elterjedt. A fű és a termés illatát az utóbbi években többször használták járványmegelőző receptekben, mivel segít megtisztítani a testet, elűzni a nedvességet és élénkíteni a lépet. Az új koronavírusos tüdőgyulladás diagnózisának és kezelési tervének TCM kezelési tervében a könnyű, a közönséges és a nehéz receptek mindegyike a Caoguo alkalmazását tartalmazza. A kezdeti klinikai vény felhasználási aránya elérte a 46,43%-t, és a középtávú klinikai vény felhasználási aránya elérte a 24,00%-t, így ez az egyik olyan gyógyszer, amelynek használata nagy gyakorisággal történik. A fűfélék gyümölcse gazdag különböző farmakológiai hatású kémiai összetevőkben, főként illóolajokban, valamint fenolokban, szteroidokban stb. A fűszernövény illékony illóolaja, mint a fűszernövény fő hatóanyaga, elsősorban olyan vegyületeket tartalmaz, mint a fenilpropanoidok, szeszkviterpének, monoterpének és zsírsavak, amelyek farmakológiai hatásai antioxidáns, antibakteriális, tumorellenes, vírusellenes, asztmaellenes és köptető hatásúak.

A fűfélék gyümölcséből történő illóolaj kivonásának általános módszerei közé tartozik a mikrohullámmal támogatott extrakció, a szuperkritikus szén-dioxidos extrakció, a szerves oldószeres extrakció, az ultrahanggal támogatott extrakció, a gőzdesztilláció stb. A legjellemzőbb mikrohullámmal támogatott extrakciós módszer a mikrohullámú oldószermentes extrakciós módszer, amely a fűfélék illóolajának extrakciós folyamatát olyan feltételek vizsgálatával optimalizálja, mint a mikrohullámú teljesítmény, a mikrohullámú sugárzási idő és az extrakciós hőmérséklet. Bár ennek a módszernek előnye a rövid extrakciós idő és az alacsony energiafogyasztás, az iparosítás nehézségei is problémát jelentenek. A szuperkritikus CO2 extrakció általában olyan tényezők figyelembevételét igényli, mint az extrakciós nyomás, az extrakciós hőmérséklet, az extrakciós idő, a CO2 áramlási sebessége stb., és magas felszerelési követelményekkel jár. A gőzdesztillációs módszer a leggyakrabban használt módszer az illóolaj kivonására fűfélékből, amely egyszerű, biztonságos és alkalmas a magas forráspontú, vízben nem vagy csak kevéssé oldódó illékony komponensek kivonására. Az ultrahanggal támogatott módszert általában szerves oldószeres extrakciós módszerrel kombinálják, amelyet ultrahangos (támogatott) szerves oldószeres extrakciós módszernek neveznek. Az optimális eljárási paramétereket az extrakciós oldószer típusának, az ultrahangos teljesítménynek, az extrakciós időnek és az extrakciós hőmérsékletnek a vizsgálatával szűrjük. Az optimális extrakciós feltételek meghatározásához a kutatásban gyakran különböző módszereket használnak optimalizálásra. Az elmúlt években a válaszfelület-módszertani (RSM) modellt használták a leggyakrabban, és a kísérleti tervezés és a gyakorlati működés révén nagy mennyiségű adatot nyertek. Az optimális feltételeket a függvény illesztésével és a modell létrehozásával határozzák meg többszörös kvadratikus lineáris regressziós egyenletek segítségével. Az algoritmusok fejlődésével a backpropagation mesterséges neurális hálózat (BP-ANN) modellek kiváló illeszkedésük, pontosságuk és előrejelző képességük miatt hatékony eszközzé váltak az extrakciós folyamatok optimalizálásában. Ez a modell jól kezeli a zajos és hiányzó adatokat, és képes tanulni a kísérleti adatokból. A BP-ANN modell nagy pontossággal jósolja meg a kitermelési arányokat, és erős optimalizálási képességgel rendelkezik a kísérleti adatok illesztésében; páratlan előnyei vannak az RSM modellekkel szemben a többtényezős és többszintű optimalizálási kísérletekben. A genetikai algoritmus (GA) kombinálásával globális optimalizálás érhető el az optimális folyamatfeltételek elérése érdekében. Korábbi tanulmányok ritkán használták a BP-ANN módszert a fűfélék illóolajának extrakciós folyamatának optimalizálására. Ez az optimalizálási módszer elméleti referenciát nyújthat a későbbi kapcsolódó munkákhoz.

Ebben a tanulmányban vízgőzdesztillációt és ultrahangos szerves oldószeres módszert alkalmaztak a fűfélék gyümölcséből származó illóolajok kivonására. Ebben a kísérletben a fűfélék illóolajának vízgőzdesztillációval történő kivonásához használt illóolaj-kivonó készüléket továbbfejlesztették, hogy a kivonási folyamat során csökkentsék a kondenzációs rész hőmérsékletét. Az egytényezős kísérletek elvégzésével, az extrakciós feltételek optimalizálásával RSM és BP-ANN segítségével, valamint az optimalizált modellek összehasonlításával az optimális folyamatparamétereket kaptuk, hogy adattámogatást nyújtsunk a fűgyümölcsök illóolajának hatékony extrakciójához és pontos alkalmazásához; A Caoguo illóolaj összetételének elemzésével gázkromatográfia-tömegspektrometria (GC-MS) segítségével, a farmakológiai anyagalap feltárásával és a hagyományos kínai orvoslás Caoguo modern alkalmazásának előmozdításával.

A fűfélék illóolajának kivonására a vízgőz-desztillációs módszert és az ultrahangos szerves oldószeres módszert alkalmazták és hasonlították össze. A fűfélék illóolajának extrakciós körülményeit egytényezős, RSM és BP-ANN módszerekkel optimalizálták. A gőzdesztillációs és az ultrahangos szerves oldószeres módszer optimális eljárási paraméterei a következők voltak: az áztatási idő 53,00 perc, a desztillációs idő 72,00 perc, a folyadék-szilárdság arány 11,00mL/g, az ultrahangos teljesítmény 150W, az ultrahangos idő 27 perc, a folyadék-szilárdság arány 6,3mL/g . Ezen feltételek mellett a fűfélék illóolajának extrakciós aránya 1,59% és 3,70% volt. A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy az RSM modellhez képest a BP-ANN modell jobb teljesítményt nyújt mind az optimalizálási képesség, mind az előrejelzési pontosság tekintetében, és jelentősen javíthatja az előrejelzési képességet és a stabilitást. Nagy megvalósíthatósággal és nyilvánvaló előnyökkel rendelkezik a többtényezős problémák kezelésében.
A vízgőzdesztillációval és ultrahangos szerves oldószeres módszerrel kivont fűfélék illóolajának összetevőit GC-MS segítségével azonosították és hasonlították össze, 34, illetve 43 típussal. Közülük az 1,8-eukaliptol, valamint az α - karvacén, 4-propilbenzaldehid, transz-citrál, transz-2-decenál, α - terpineol, cisz-citrál, β - pinen, transz-geraniol, cisz-geraniol, acetát-geraniol, (-) -4-terpineol stb. magasabb tartalmúnak bizonyult. Fő összetevője, az 1,8-eukaliptol fontos alapja lehet farmakológiai hatásainak, például antibakteriális, daganatellenes és vírusellenes hatásainak. Magas a fűfélék illóolaj-tartalma, és nagy fejlesztési potenciállal rendelkezik. A kutatások kimutatták, hogy a fűgyümölcs illóolaj képes kölcsönhatásba lépni az aeroszolokban lévő SARS-CoV-2 tüskefehérjével, az RBD-vel, blokkolja az RBD és a hACE2 közötti kölcsönhatást, gátolja a receptorokhoz való kötődésüket, elvágja az átviteli utakat, és nagy potenciállal rendelkezik a vírus aeroszolos átvitelének blokkolásában. Ez a tanulmány új ötleteket nyújthat a fűgyümölcsök illóolajának további fejlesztéséhez és felhasználásához, elősegítheti az alkalmazási innovációt, és kiszélesítheti az útját a hagyományos kínai orvoslás modernizációja felé.