Karabiber ekstraksiyon sürecinin çoklu indeks optimizasyonu için BP sinir ağı ile birleştirilmiş parmak izi spektrumuna dayalı Box Benhnken yanıt yüzeyi yöntemi
Karabiber, Piperaceae familyasından bir bitki olan Piper nigrum L.'nin olgunlaşmış veya olgunlaşmaya yakın kurutulmuş meyvesidir. Sonbaharın sonlarından bir sonraki ilkbahara kadar meyve koyu yeşile döndüğünde hasat edilir, karabiber üretmek için güneşte kurutulur. Isıtıcı ve soğuğu dağıtıcı, qi'yi düşürücü ve balgamı yok edici etkileri vardır ve mide üşütmesi kusma, karın ağrısı ve ishal için kullanılır. Karabiber, Qingyu Piwen Hapı, Qiya Tiantengzi Hapı, Pazhu Hapı, Bileşik Geqing Tableti, Huoxue Zhitong Kremi vb. gibi çeşitli geleneksel Çin patentli ilaçlarda ve basit preparatlarda diğer ilaçlarla birlikte kullanılır ve ayrıca Xiaoer Fuxin Zhixie Tozu gibi ayrı bir ilaç olarak da kullanılır. Karabiber, ağrı kesici, anti-enflamatuar ve antioksidan özellikler gibi çeşitli farmakolojik aktivitelere sahip çok sayıda alkaloid içerir. Piperin, biberin temsili bir bileşeni ve bir kalite göstergesidir. Çin Farmakopesi'nin 2020 baskısında, piperin içeriği genellikle tıbbi bitkiler veya biber ve karabiber gibi preparatlar veya biberle yapılan reçeteler için bir kalite değerlendirme göstergesi olarak kullanılmaktadır. Biber ekstraksiyon yöntemleri hakkındaki mevcut literatür, ekstraksiyon işlemlerinin biberdeki diğer alkaloidlerin içeriği üzerindeki etkisini dikkate almadan, çoğunlukla piperini tek bir değerlendirme göstergesi olarak kullanmaktadır. Çin tıbbı parmak izi, geleneksel Çin tıbbının içsel özelliklerini tanımlamak için kapsamlı ve ölçülebilir bir kalite değerlendirme yöntemidir. Çin Farmakopesi'nin 2010 baskısından bu yana geleneksel Çin tıbbının kalite kontrolüne, esas olarak tek bir değerlendirme endeksinin sınırlamalarının etkili bir şekilde üstesinden gelebilen HPLC kimyasal parmak izi aracılığıyla uygulanmaktadır. Mevcut ekstraksiyon süreçlerinin optimizasyonunda esas olarak yanıt yüzeyi optimizasyonu ve ortogonal deneyler kullanılır, ancak yanıt yüzeyi optimizasyonu deneylerinin genellikle sınırlamaları vardır ve seçilen çözüm mutlaka en iyi çözüm olmayabilir. BP sinir ağı, insan beyni sinir ağının işlevini ve düşünme modunu simüle eder ve ideal sonuçlar elde etmek amacıyla karmaşık doğrusal olmayan sorunları ele almak için ağın ağırlıklarını ve eşiklerini ayarlamak üzere geriye yayılımı kullanır. Bu amaçla, bu çalışma BP sinir ağını geleneksel Çin tıbbı parmak izi ile birlikte kullanmayı ve Box Benhnken yanıt yüzeyi metodolojisi aracılığıyla etanol konsantrasyonu, katı-sıvı oranı ve ultrason süresi gibi faktörlerin karabiber ekstraksiyon süreci üzerindeki etkilerini optimize etmeyi amaçlamaktadır. Karabiber ekstraksiyonunun proses parametreleri, daha sonra ilgili formülasyonların üretimi için referans sağlamak üzere açıklığa kavuşturulacaktır.

 

 

Geleneksel Çin tıbbı, birden fazla bileşenin koordinasyonu yoluyla farmakolojik etkiler gösterir, ancak biberden piperin ekstraksiyon sürecine ilişkin mevcut literatür, çoğunlukla tek bir göstergeye, yani piperine dayalı olarak değerlendirmektedir ve ekstraksiyon sürecinin sonuçlarının geleneksel Çin tıbbının karmaşık çok bileşenli doğasını yansıtması zordur. Bu çalışmada, karabiberdeki piperinin ekstraksiyon sürecini değerlendirmek için birden fazla gösterge (piperin içeriği, yani piperin pik alanının toplam pik alanına oranı, karabiberdeki ortak bileşenlerin içeriği, yani karabiber ekstraktının ortak pik alanının toplam pik alanına oranı ve parmak izi spektrumlarının benzerliği) kullanılmıştır; bu da geleneksel Çin tıbbındaki birden fazla bileşenin sinerjik etkisinin doğal yapısını daha iyi yansıtmaktadır. Sadece karabiberin ana kalite belirteci olan piperini değil, aynı zamanda diğer bilinmeyen bileşenleri de dikkate alır, bireysel ve genel hususlara odaklanır, daha bilimsel ve güvenilirdir ve biberdeki piperinin ekstraksiyonu için daha bilimsel teorik ve teknik destek sağlayabilir.
Çin Farmakopesinin 2020 baskısı ve ilgili literatür, piperinin kantitatif analizi için mobil faz olarak metanollü su, dedektör olarak UV dedektörü ve 343nm tespit dalga boyu ile HPLC yöntemini kullanmıştır. Piperinin tüm dalga boyunu taradıktan sonra, 240nm dalga boyunda da bir absorpsiyon piki olduğu ve absorbans değerinin analiz gereksinimlerini karşılayabileceği bulunmuştur. Aynı zamanda, diğer alkaloidlerin belirleme gereksinimleri de 240nm dalga boyunda karşılanabilir. Bu nedenle, bu çalışmada parmak izi spektrumunun belirleme dalga boyu 240nm olarak seçilmiştir. Mobil faz metanol sudan asetonitril 0.1% formik asit sulu çözeltisine değiştirildikten sonra, bileşenler arasındaki ayırma verimliliği önemli ölçüde artmıştır.
Literatür raporları bulunmaktadır. Bunlar arasında Wang ve arkadaşları, karabiberden piperinin ultrasonik ekstraksiyon yöntemiyle optimum ekstraksiyon sürecini elde etmek için ortogonal deneysel tasarım kullanmışlardır; bu parametreler 80% etanol konsantrasyonu, 1:20 katı-sıvı oranı, 700W ultrasonik güç ve 80 dakika ultrasonik süredir. Wang ve arkadaşları yanıt yüzey metodolojisi kullanarak tasarladıkları reflü ekstraksiyon yöntemiyle beyaz biberdeki piperin için en uygun ekstraksiyon işlemi parametrelerini 1:12 madde-sıvı oranı, 3 ekstraksiyon ve her seferinde 2.0 saat olarak elde etmişlerdir. Buna ek olarak, biberden piperin ekstraksiyonu süperkritik CO2 ekstraksiyonu, enzim destekli süperkritik CO2 ekstraksiyonu ve enzimatik ekstraksiyon gibi yöntemlerle de gerçekleştirilebilir. Bu çalışmada, daha ileri araştırmalar için ekstraksiyon çözücüsü olarak susuz etanolün ve ekstraksiyon yöntemi olarak ultrasonik ekstraksiyonun kullanılması düşünülmüştür. Yanıt yüzeyi metodolojisi ve ortogonal deneysel tasarım ekstraksiyon süreçlerini optimize etmek için yaygın olarak kullanılsa da, deneyleri optimize etmede genellikle sınırlamaları vardır ve seçilen çözüm her zaman en iyi çözüm olmayabilir. BP sinir ağı, önceki optimizasyon deneylerindeki eksiklikleri telafi etmek için sinir ağlarının kendi kendine öğrenme yeteneğini kullanabilir ve ekstraksiyon yöntemlerini optimize etmek için yeni çözümler sağlayabilir. Bu çalışma geleneksel Çin tıbbı parmak izi teknolojisine dayanmaktadır ve karabiber ekstraksiyon sürecini optimize etmek için BP sinir ağı ile birlikte Box Benhnken yanıt yüzeyi metodolojisini kullanmaktadır. Sonuçlar, BP sinir ağı ile elde edilen ekstraksiyon işleminin yanıt yüzeyi optimizasyonu ile elde edilenden daha üstün ve daha kararlı olduğunu göstermektedir.