Sažetak

Cistanche deserticoladobro je poznata pustinjska ljekovita biljka porijeklom iz sjeverozapadne Kine, često se naziva i "pustinjski ginseng". Kao homologni botanički materijal za hranu i lijekove, posjeduje veliki razvojni potencijal u industriji funkcionalne hrane i dodataka prehrani. Svježe ubrana tkiva osjetljiva su na enzimsko posmeđivanje koje pokreću endogeni enzimi oksidaze. Konvencionalne proizvodne prakse uglavnom prihvaćaju sušenje u sjeni na otvorenom ili izravnu dehidraciju vrućim zrakom bez standardiziranih koraka prethodne obrade. Ove tradicionalne operacije obično rezultiraju velikim gubicima feniletanol glikozida (PhG), koji su ključne bioaktivne markerske tvari, i pogoršavaju komercijalnu kvalitetu konačnih osušenih šnita. Uspostavljanje praktičnih kombinacija predtretman-dehidracija ključno je za očuvanje aktivnih spojeva i stabilizaciju učinkovitosti skladištenja gotovih proizvoda.

U ovom radu proučavana su dva puta predobrade: netermički ultra-visoki hidrostatski tlak (UHP) i konvencionalno termičko parenje. Svaki predtretman kombiniran je s dvije glavne tehnologije dehidracije, konvektivnim sušenjem vrućim zrakom i vakuumskom liofilizacijom. Provedena su jednofaktorska ispitivanja kako bi se suzili mogući rasponi parametara, nakon čega je uslijedilo Box-Behnken modeliranje površine odziva kako bi se optimizirala četiri integrirana proizvodna tijeka rada. Ukupni feniletanol glikozidi, izračunati zbrajanjem četiri reprezentativna markera uključujući ehinakozid, verbaskozid, cistanozid A i izoverbaskozid, poslužili su kao primarni pokazatelj procjene. Osušene biljne kriške proizvedene prema optimiziranim parametrima pakirane su u četiri vakuumska tretmana: jednostavno vakuumsko brtvljenje, vakuum s vrećicama za hvatanje kisika, vakuum s desikantima na silika gelu i složeno vakuumsko pakiranje koje sadrži i hvatač kisika i sredstvo za sušenje. Višestruki pokazatelji kvalitete, uključujući razinu vlage, ukupni šećer, topljive bjelančevine, zaostali PhG i ukupni broj aerobnih mikroba kontinuirano su praćeni pri skladištenju na sobnoj temperaturi. Ubrzano ispitivanje dugovječnosti vijeka trajanja (ASLT) pri povišenim temperaturama korišteno je za procjenu stvarnog vijeka trajanja u uvjetima okoline.

Rezultati su pokazali da su i UHP i predtretman kuhanjem na pari poboljšali očuvanje PhG u usporedbi s netretiranim izravnim kontrolama dehidracije. Optimalan ishod obrade došao je od UHP-a u kombinaciji sa sušenjem vrućim zrakom: tlak 296 MPa, vrijeme zadržavanja 16 minuta i temperatura sušenja 81 stupanj, čime je dobiven sadržaj PhG-a od 5,12 mg/g·FW, otprilike 1,8 puta veći od neobrađenog referentnog uzorka osušenog vrućim zrakom. Za parenje-sušenje vrućim zrakom idealni parametri bili su temperatura parenja 94 stupnja, trajanje parenja 21 min i temperatura sušenja 79 stupnjeva. Za UHP u kombinaciji sa sušenjem smrzavanjem, optimalne postavke bile su tlak od 295 MPa, vrijeme držanja od 16 minuta i temperatura pred smrzavanje od -43 stupnja. Za parenje-liofilizaciju, najbolji uvjet bio je parenje na 94 stupnja tijekom 21 minute i temperatura prije smrzavanja od -43 stupnja. Tijekom eksperimenata skladištenja, sve skupine pakiranja dijelile su dosljedne trendove promjene kvalitete: vlaga i broj mikroba postupno su se povećavali, dok su ukupni šećer, topljivi proteini i PhGs bioaktivni markeri opadali. Među svim testiranim oblicima pakiranja, kompozitno vakuumsko pakiranje opremljeno vrećicama koje apsorbiraju kisik i vlagu zadržalo je najbolju sveobuhvatnu kvalitetu proizvoda. Ubrzani izračun stabilnosti predvidio je rok trajanja od 256 dana za obične vakuumski zatvorene uzorke na temperaturi okoline od 20 stupnjeva. Za usporedbu, kompozitno dvofunkcionalno vakuumsko pakiranje postiglo je procijenjeni vijek trajanja do 663 dana.

Netermalna prethodna obrada ultravisokim tlakom pokazuje istaknute prednosti u zaštiti feniletanol glikozida osjetljivih na toplinu tijekomCistanche deserticoladehidracija. Istovremena primjena hvatača kisika i sredstava za sušenje u vakuumirano zatvorenoj ambalaži može učinkovito usporiti višedimenzionalno pogoršanje kvalitete i uvelike produžiti rok trajanja suhih narezaka. Ova studija pruža praktične proizvodne reference za obradu nakon žetve i dugoročno komercijalno očuvanje ove vrijedne homologne sirovine za hranu i lijekove.

Ključne riječi: Cistanche deserticola; feniletanolni glikozidi; ultra-visoki hidrostatski tlak; prethodna obrada parenje; dehidracija vrućim zrakom; vakuumska liofilizacija; stabilnost skladištenja osušene biljke; ubrzana procjena roka trajanja; homologija hrane i medicine

 

1. Uvod

1.1 Botanički profil i industrijska pozadinaCistanche deserticola

Cistanche deserticolaYC Ma pripada obitelji Orobanchaceae i obligatna je holoparazitska biljka bez klorofila. Parazitira na korijenskom sustavuHaloxylon ammodendron, grm otporan na sušu široko rasprostranjen u sjevernim kineskim pustinjskim regijama. Njegova mesnata ljuskava stabljika koristi se kao biljni tonik više od dvije tisuće godina u tradicionalnim sustavima primjene. Drevni biljni dokumenti klasificiraju ga kao visokokvalitetni tonik, poznat po učincima toniziranja bubrežnog janga, obnavljanja esencijalne krvi i ublažavanja simptoma zatvora.

Zbog povijesnog prekomjernog sakupljanja samoniklog, divljegCistanche deserticolaresursi bili su suočeni s rizicima iscrpljivanja i primili su službene intervencije za očuvanje. U današnje vrijeme umjetni uzgoj velikih razmjera ostvaren je cijepljenjemCistanchena umjetno zasađenoHaloxylon ammodendronzaštićene šume, uglavnom u pustinjskim područjima unutarnje Mongolije. Početkom 2020. uključila su i kineska regulatorna tijelaCistanche deserticolau pilot katalog homologije hrane i medicine, otvarajući šire komercijalne izglede za tržišta funkcionalne hrane, dodataka prehrani i kozmetičkih sirovina.

1.2 Bioaktivnost glavnih funkcionalnih sastojaka

Feniletanol glikozidi su prepoznatljive bioaktivne tvariCistanche deserticola. Velik broj in-vitro pokusa na stanicama i in-vivo studija na životinjskim modelima potvrdio je njegov raznolik farmakološki potencijal. Ovi spojevi pokazuju značajnu antioksidacijsku sposobnost: PhGs frakcije mogu povisiti aktivnost antioksidativnih enzima kao što je SOD i smanjiti oštećenja peroksidacijom lipida u životinjskom serumu i jetrenom tkivu. Modeli oštećenja stanica izazvanih oksidativnim stresom pokazali su da PhG izolati mogu smanjiti smrtnost živčanih stanica, što podupire njegov potencijal kao prirodne antioksidativne sirovine.

Farmakološka ispitivanja na životinjama također potvrđuju njegovu tradicionalnu toničnu vrijednost. Biljni vodeni ekstrakti mogu poboljšati višestruke parametre kvalitete sperme kod muških životinja, uključujući koncentraciju spermija, pokretljivost i stopu malformacija. Pokusi inkubacije limfocita pokazali su daCistancheekstrakti mogu potaknuti stvaranje protutijela i regulirati ekspresiju receptora na površini imunoloških stanica, odražavajući imunomodulatorne učinke. U istraživanju gastrointestinalne regulacije, komponente oligosaharida ekstrahirane iz ove biljke pokazale su očito laksativno djelovanje, što je ubrzalo crijevnu peristaltiku i skratilo kašnjenje defekacije u životinjskim modelima zatvora. Frakcije polisaharida izCistanche deserticolatakođer doprinose antioksidativnim i imunomodulatornim fiziološkim odgovorima.

1.3 Trenutno stanje tehnologije dehidracije biljnih sirovina

Svježe ubranoCistanche deserticolasadrži obilje hranjivih tvari, ali metabolička aktivnost nakon berbe ostaje jaka nakon branja. Bez pravovremene obrade, svježe stabljike su sklone enzimskom tamnjenju, omekšavanju teksture i mikrobiološkom kvarenju, što dovodi do poteškoća u međuregionalnoj logistici i dugoročnom skladištenju. Dehidracija je glavna metoda konzerviranja komercijalne kvaliteteCistanchesirovina. Tradicionalna proizvodnja uglavnom prihvaća sušenje na suncu ili sušenje u sjeni na zraku. Unatoč tome, endogeni enzimi oksidaze uključujući polifenol oksidazu (PPO) i peroksidazu (POD) nastavit će razgrađivati ​​bioaktivne tvari prije nego što vlažnost tkiva padne na sigurnu razinu. To uzrokuje veliki gubitak karakterističnih PhG komponenti i nestabilnu kvalitetu gotovog proizvoda.

Uobičajene industrijske tehnike dehidracije za botaničke materijale uključuju konvektivno sušenje vrućim zrakom, mikrovalnu dehidraciju, daleko infracrveno sušenje i vakuumsko sušenje smrzavanjem. Konvektivno sušenje vrućim zrakom ima nisko ulaganje u opremu, veliku propusnost serije i jednostavan rad pogodan za masovnu proizvodnju. Njegov glavni nedostatak leži u toplinskom oštećenju toplinski labilnih bioaktivnih molekula u uvjetima visoke temperature. Vakuumska liofilizacija uklanja vlagu putem sublimacije leda u uvjetima smrzavanja pod niskim tlakom. Ova tehnologija može bolje zadržati izvornu teksturu tkiva, boju i termički osjetljive fitokemikalije, a uz to dolazi s većom potrošnjom energije i troškovima proizvodnje. Hibridne sheme kombiniranog sušenja pokušavaju integrirati prednosti različitih načina sušenja kako bi se uravnotežila kvaliteta gotovog proizvoda i ekonomičnost proizvodnje.

1.4 Strategije prethodnog tretmana prije botaničke dehidracije

Koraci predtretmana prije dehidracije mogu ostvariti višestruke ciljeve: deaktivaciju oksidativnog enzima, djelomično smanjenje mikrobnog opterećenja i modificiranje mikrostrukture biljnog tkiva. Razumna prethodna obrada poboljšava učinkovitost dehidracije i smanjuje razgradnju vrijednih endogenih bioaktivnih spojeva. Termičko parenje ili blanširanje spada u konvencionalna rješenja termičke predobrade. Toplinska obrada denaturira proteine ​​PPO i POD oksidazu kako bi se suzbile reakcije posmeđivanja, istovremeno povećavajući propusnost stanične stijenke i skraćujući naknadne cikluse dehidracije. Međutim, preduga toplinska obrada ili pretjerano visoka temperatura mogu isprati fitokemikalije topive u vodi i potaknuti toplinsku razgradnju ciljnih aktivnih tvari.

Obrada ultravisokim hidrostatskim tlakom (UHP) obećavajuća je netermalna fizička intervencija za proizvodnju hrane i bilja. Visoki hidrostatski tlak prekida nekovalentne veze unutar bioloških makromolekula kao što su proteini, dok kovalentne kemijske veze sekundarnih metabolita malih molekula ostaju uglavnom netaknute. UHP može deaktivirati mikroorganizme i oksidativne enzime bez intenzivnog toplinskog unosa i modificirati propusnost stanične membrane kako bi se olakšalo otpuštanje metabolita iz biljnih stanica. Ova netermalna tehnologija posljednjih je godina pobudila sve veći istraživački interes za preradu voća, povrća i biljnog materijala.

1.5 Izazovi vezani uz skladištenje dehidriranih biljnih narezaka

Čak i nakon dostatne dehidracije, osušeni botanički proizvodi će biti podvrgnuti polaganom pogoršanju kvalitete tijekom dugotrajnog skladištenja. Glavni čimbenici utjecaja uključuju sadržaj zaostale vlage, vrijednost aktivnosti vode, parcijalni tlak kisika u okolini, temperaturu skladištenja, izloženost svjetlu i učinak barijere materijala za pakiranje. Preostala vlaga ubrzava neenzimsko tamnjenje i osigurava dostupnu vodu za razmnožavanje mikroba. Kisik ubrzava oksidativnu razgradnju fenolnih bioaktivnih tvari koje predstavljaju feniletanol glikozidi. Odgovarajuća rješenja za pakiranje koriste kompozitne filmove visoke barijere, vrećice za sušenje za upijanje vlage i pakete za hvatanje kisika kako bi se usporilo propadanje kvalitete. Trenutno je većina komercijalno dostupnih osušenihCistanche deserticolakriške koriste jednostavnu vrećicu ili pakiranje u kanister, nedostaju sustavni eksperimentalni podaci koji bi podržali performanse stvarnog roka trajanja.

1.6 Ciljevi istraživanja i eksperimentalni opseg

Postojeći mainstreamCistancheproizvodni tijek rada često preskače standardizirani prethodni tretman prije dehidracije, što dovodi do značajnog gubitka karakterističnih bioaktivnih tvari feniletanol-glikozida. Ova studija uspoređuje netermalnu UHP intervenciju s klasičnom toplinskom prethodnom obradom parom. Svaka opcija predtretmana kombinira se sa sušenjem vrućim zrakom i sušenjem smrzavanjem. Jednofaktorski skrining i Box-Behnken modeliranje površine odziva primjenjuju se za optimizaciju četiriju različitih integriranih proizvodnih cjevovoda, s prioritetom postavljenim na maksimalno zadržavanje PhG-a. Koristeći rezove pripremljene pod optimiziranim skupovima parametara, ovaj rad dalje istražuje kako vakuumsko pakiranje dopunjeno sredstvima za sušenje i vrećicama za hvatanje kisika utječe na višedimenzionalne promjene kvalitete tijekom skladištenja. Ispitivanje ubrzanog starenja koristi se za projekciju performansi roka trajanja u stvarnom svijetu u uvjetima normalne sobne temperature. Ovaj projekt ima za cilj pružiti eksperimentalne temelje i praktične proizvodne parametre za rukovanje nakon žetve i dugoročno očuvanje kvalitete hrane za lijekoveCistanche deserticola.

Osnovni eksperimentalni opseg naveden je u nastavku:

Optimizirajte kombinacije parametara za četiri procesna cjevovoda: UHP plus sušenje vrućim zrakom; kuhanje na pari plus sušenje vrućim zrakom; UHP plus liofilizacija; kuhanje na pari plus liofilizacija. Ukupni sadržaj feniletanol glikozida služi kao primarni pokazatelj odgovora.

Pratite dinamičke promjene vlage, ukupnog šećera, topivih proteina, koncentracije PhG i ukupnog broja aerobnih mikroba za osušene biljne kriške u četiri različite konfiguracije vakuumskog pakiranja tijekom ispitivanja skladištenja.

Provedite pokuse ubrzanog starenja i izračunajte predviđeni vijek trajanja pri sobnoj temperaturi za svako rješenje pakiranja.

2. Materijali i eksperimentalni postupci

2.1 Izvor sirovina, kemijski reagensi i laboratorijski aparati

svježeCistanche deserticolasirove stabljike sakupljene su tijekom jesenske sezone žetve u Alxa ligi, unutarnja Mongolija, Kina. Referentne standardne tvari uključivale su ehinakozid, verbaskozid, cistanozid A i izoverbaskozid, svaka s certificiranom čistoćom većom ili jednakom 98 %. Za HPLC kvantitativno mjerenje korišteni su acetonitril i metanol kromatografske čistoće. Ostali kemijski agensi usvojili su standard čistoće analitičkog stupnja.

Glavna laboratorijska oprema: termostatski kontrolirani ormar za sušenje toplim zrakom, ultrazvučna ekstrakcijska kupka, rashladna centrifuga velike brzine, instrument za tekućinsku kromatografiju visoke učinkovitosti, vakuumska sušilica zamrzavanjem, termostatski cirkulirajući sustav vodene kupelji, jedinica za obradu ultravisokog hidrostatskog tlaka, UV-Vis spektrofotometar, visokotlačni parni sterilizator, inkubator s konstantnom temperaturom i vlagom i industrijski stroj za pakiranje s vakuumskim zatvaranjem.

2.2 Početni radni tijek pripreme sirovina

svježeCistanchestabljike su isprane kako bi se uklonila površinska prljavština i nečistoće, vanjsko ljuskavo tkivo lista je ručno ogoljeno. Obrađene stabljike ravnomjerno su izrezane na ploške debljine 5 mm, potpuno izmiješane i nasumično raspoređene u eksperimentalne podskupine. Definirane su četiri glavne skupine obrade: UHP prethodna obrada nakon koje slijedi dehidracija vrućim zrakom; toplinska predobrada na pari nakon koje slijedi dehidracija vrućim zrakom; UHP predtretman praćen vakuumskom liofilizacijom; toplinska predobrada na pari nakon koje slijedi liofilizacija u vakuumu. Za svaki eksperimentalni uvjet pripremljeno je pet bioloških uzoraka replika.

2.3 Protokol kvantitativne detekcije ukupnih feniletanol glikozida

Kvantifikacija temeljena na HPLC-u implementirana je za mjerenje spojeva markera PhGs. OsušenCistancheprašak za kriške je prosijan kroz sito od 60 mesh; točno 1,0 g uzorka praha je izvagano i pomiješano s 50 % metanol vodenim otapalom. Ekstrakcija otapalom potpomognuta ultrazvukom trajala je 1,5 h, ovaj ciklus ekstrakcije ponovljen je tri odvojena puta. Uvjeti centrifugiranja postavljeni su na 8000 g rotacijske sile u okolini od 4 stupnja tijekom 15 minuta. Sakupljena supernatantna tekućina prošla je kroz membranu filtera organske faze od 0,22 μm prije HPLC injekcije.

HPLC hardverska konfiguracija: LaChrom X C18 analitička kolona (250 mm × 4,6 mm, veličina čestica 5 μm). Sastav mobilne faze: acetonitril kao faza A i 0,5 % vodena otopina mravlje kiseline kao faza B, radi u programiranom gradijentnom načinu eluiranja. Valna duljina UV detekcije je fiksirana na 320 nm; temperatura stupca održavana na 30 stupnjeva; volumen injekcije uzorka bio je 8 μL; brzina protoka tekućine 0,6 mL/min. Ukupna vrijednost feniletanol glikozida izračunata je zbrajanjem izmjerenih koncentracija četiriju pojedinačnih molekula markera, iskazanih u jedinici mg/g·FW. Potpuni testovi validacije metode uključujući kalibraciju linearnosti, procjenu preciznosti instrumenta, ponovljivost pripreme uzorka, kratkoročnu stabilnost testne otopine i testiranje oporavka šiljcima matrice dovršeni su kako bi se zajamčila analitička pouzdanost.

2.4 Ispitivanja parametra s jednim faktorom

Za svaku kombiniranu rutu obrade izvršeno je testiranje s jednim faktorom kako bi se razgraničili razumni prozori parametara prije optimizacije površine odziva.

UHP + kohorta sušenja vrućim zrakom: ispitani gradijent veličine tlaka (100 MPa-500 MPa), trajanje držanja tlaka (5-25 min), temperatura sušenja vrućim zrakom (60-100 stupnjeva), uzimajući ukupnu koncentraciju PhG-a kao evaluacijski odgovor.

Kohorta kuhanja na pari + sušenja vrućim zrakom: ispitne varijable pokrivaju temperaturu kuhanja na pari (60-100 stupnjeva), trajanje kuhanja na pari (10-50 min), temperaturu sušenja na vrućem zraku (60-100 stupnjeva).

UHP + kohorta za sušenje smrzavanjem: promjenjivi gradijenti uključuju radni tlak (100-500 MPa), vrijeme održavanja tlaka (5-25 min), temperaturu pred smrzavanje u rasponu od 0 stupnjeva do -80 stupnjeva.

Kohorta kuhanja na pari + sušenja smrzavanjem: manipulirana temperatura kuhanja na pari, trajanje kuhanja na pari i temperatura prije smrzavanja unutar odgovarajućih gradijentnih raspona.

2.5 Eksperimentalni dizajn Box-Behnkenove površine odziva

Na temelju rezultata jednofaktorskih testova probira, Box‑Behnken trofaktorski eksperimentalni raspored primijenjen je za svaki od četiri radna tijeka obrade. Ukupni sadržaj feniletanol glikozida označen je kao varijabla odgovora Y. Softverska platforma Design‑Expert konstruirala je matematičke modele kvadratne polinomske regresije. Teorijski optimalni proizvodni parametri generirani su proračunom modela; vrijednosti parametara su fino podešene kako bi se zadovoljila praktična radna ograničenja opreme, nakon čega su uslijedili eksperimenti fizičke provjere.

2.6 UPLC‑Q‑TOF‑MS/MS analiza profila metabolita

Ekstrakti uzoraka dobiveni iz četiri optimizirane skupine za obradu filtrirani su kroz organski filter od 0,22 μm i podvrgnuti UPLC-Q-TOF-MS/MS mjerenju profila metabolita. Odabran je ESI način detekcije pozitivnih iona; opseg masovnog skeniranja pokriven 50-2000 Da; energija sudara prilagođena unutar 30-40 V. Signali masene spektrometrije sekundarnih fragmenata uspoređeni su s objavljenom fitokemijskom literaturom za privremenu identifikaciju metabolita tipa feniletanol-glikozida unutarCistancheekstrakti tkiva.

2.7 Postavljanje evaluacije performansi pohranjivanja osušenih kriški

OsušenCistanchekriške proizvedene prema četiri optimizirane specifikacije obrade raspoređene su po 10 g po pojedinačnoj jedinici i zapečaćene unutar PA/PE višeslojnih vrećica s vakuumskom barijerom. Uspostavljene su četiri različite skupine za obradu ambalaže:

DP: čisto vakuumsko brtvljenje, bez dodatnih funkcionalnih vrećica;

DOP: vakuumsko brtvljenje s uključenom vrećicom za hvatanje kisika na bazi željeznog praha;

DHP: vakuumsko brtvljenje s dodanom vrećicom sredstva za sušenje od silika gela koje upija vlagu;

DOHP: kompozitno vakuumsko pakiranje koje sadrži vrećice hvatača kisika i silika gela za sušenje.

Serije uzoraka su inkubirane u uvjetima okoline na sobnoj temperaturi. Operacije uzorkovanja odvijale su se svakih 14 dana za analitička mjerenja s više indeksa. Analizirani pokazatelji uključivali su sadržaj vlage (određen prema GB 5009.3-2016 protokolu izravnog sušenja), ukupni šećer kvantificiran spektrofotometrijskim testom fenol-sumporna kiselina, topljivi protein mjeren Coomassie brilliant-blue kolorimetrijskom metodom, feniletanol-glikozid putem uspostavljene HPLC tijek rada, ukupan broj aerobnih kolonija prema GB 4789.2-2022 specifikaciji mikrobne inspekcije. Referentna vrijednost prihvatljivosti mikroba izvukla je referencu iz kriterija industrije dehidriranog povrća NY 5184-2002, koji zahtijeva ukupni broj aerobnih kolonija lg (CFU/g) manji ili jednak 5.

2.8 Ubrzana procjena starenja vijeka trajanja (ASLT) i proračun vijeka trajanja

Reprezentativne serije uzoraka koje potječu iz skupine DP jednostavnog vakuuma i skupine DOHP kompozitnog pakiranja inkubirane su unutar termostatskih ormara održavanih na 50 stupnjeva i 60 stupnjeva kako bi se provela ispitivanja umjetnog ubrzanog propadanja. Vremenski intervali uzorkovanja definirani su prema empirijskoj vrijednosti Q10. Prag broja mikrobnih kolonija i rezidualna koncentracija PhG zajedno su služili kao kritični krajnji pokazatelji za procjenu roka trajanja. Formula koeficijenta Q10 i standardne ASLT formule za izračun vijeka trajanja usvojene su za ekstrapolaciju projiciranih performansi roka trajanja pod ciljanim ambijentalnim uvjetima skladištenja od 20 stupnjeva.

2.9 Statistika i metodologija obrade podataka

Softver Excel 2019 i SPSS Statistics 26 upravljao je sortiranjem neobrađenih skupova podataka i procjenom statističke značajnosti. Origin 2022 korišten je za iscrtavanje znanstvenih slika. Design-Expert 13 dovršio je konstrukciju modela odzivne površine i izračun optimizacije parametara. Jednosmjerna ANOVA analiza podržala je komparativnu procjenu s više grupa; P-vrijednost manja od 0,05 protumačena je kao statistički značajna razlika. Svi izmjereni eksperimentalni rezultati prikazani su u formatu srednje vrijednosti ± standardna devijacija.

 

3. Rezultati i rasprava

3.1 Ishodi validacije za PhG HPLC tijek kvantifikacije

Četiri ciljana spoja markera feniletanol-glikozida dala su povoljne performanse linearnog prilagođavanja, s koeficijentom determinacije R² iznad ili jednakim 0,9995. Ispitivanje preciznosti instrumenta vratilo je RSD vrijednosti vršne površine ispod 2,3 %. Test ponovljivosti pripreme uzorka generirao je RSD vrijednosti niže od 3 % na temelju sadržaja. Ispitivanja kratkoročne stabilnosti pokazala su da su testne otopine uzoraka ostale stabilne najmanje 24 h na sobnoj temperaturi. Stope oporavka matrix-spike za četiri markerske tvari pale su između 95,9 %-97,8 %, s odgovarajućim RSD< 2 %. Collectively these validation outputs confirm that the established HPLC quantitative workflow supplies precise, stable and accurate measurement capacity for phenylethanol‑glycoside marker compounds from processed Cistanche deserticolauzorci.

3.2 Opažanja iz eksperimenata probira s jednim faktorom

Unutar kohorte UHP plus sušenje vrućim zrakom, sadržaj feniletanol glikozida pokazao je unimodalne varijacije: koncentracija metabolita prvo je rasla, a potom opadala kako su veličina tlaka, vrijeme držanja tlaka i temperatura sušenja rasli uzastopno. Kada su pomoćni parametri održavani konstantnima, maksimalni prinos PhG-a pojavio se pri radnom tlaku od 300 MPa, trajanju držanja od 15 minuta i temperaturi sušenja postavljenoj na 80 stupnjeva. Ultra-visoki hidrostatski tlak umjerene razine remeti arhitekturu biljne stanice, povećava propusnost stanične membrane i olakšava unutarstanično oslobađanje metabolita PhGs. Pretjerano visoki tlak ili preduga razdoblja držanja tlaka imaju štetne posljedice: dolazi do istjecanja velikog volumena raznih unutarstaničnih nečistoća, dodatno dio molekula PhG-a dolazi u kontakt s preostalim kisikom unutar razbijenih stanica i trpi oksidativnu degradaciju, što dovodi do smanjenja koncentracije PhG-a koja se može detektirati. Pretjerano visoka temperatura sušenja izaziva površinsko otvrdnjavanje kože biljnih kriški, ometa unutarnje kanale za difuziju vode i produljuje učinkovito trajanje dehidracije, dodatno ubrzavajući toplinski razgradnju termički osjetljivih molekula PhGs.

Za eksperimentalni cjevovod za kuhanje na pari-dehidraciju vrućim zrakom, sadržaj PhG-a na sličan je način pokazao tendenciju porasta pa pada kao odgovor na promjene trajanja kuhanja na pari, temperature kuhanja na pari i temperature sušenja. Optimalne radne razine s jednim faktorom koncentrirane su oko temperature parenja od 90 stupnjeva, vremena držanja parenja od 20 minuta i temperature sušenja od 80 stupnjeva. Odgovarajući tretman toplinskom parom denaturira endogene PPO i POD oksidativne enzime, ostvarujući zaštitni učinak "inaktivacije enzima za očuvanje glikozida" i sprječava enzimatsku hidrolitičku razgradnju sastojaka feniletanol glikozida. Prejako izlaganje toplini uslijed previsoke temperature ili predugog trajanja parenja ozbiljno oštećuje konstrukciju stanične stijenke, uzrokujući gubitak ispiranjem aktivnih tvari topivih u vodi uz toplinsku razgradnju ciljanih spojeva markera.

Za predtretman u kombinaciji sa skupinama koje se suše smrzavanjem, prilagodbe veličine UHP tlaka, trajanja držanja tlaka i temperature prije smrzavanja također su proizvele unimodalne krivulje odgovora PhGs. Vrhunac izlaza PhG pojavio se oko tlaka od 300 MPa, vremena držanja od 15 minuta i postavke prije smrzavanja od -40 stupnjeva. Temperatura pred smrzavanje ima značajan utjecaj na morfologiju ledenih kristala i konačnu mikrostrukturu liofiliziranih biljnih ploški. Umjereno niska temperatura prije smrzavanja stvara labavu i poroznu arhitekturu unutarnjeg tkiva, pogodujući kasnijoj ekstrakciji PhG-a posredovanom otapalom. Nedovoljna dubina pred smrzavanja ne može postići potpunu inhibiciju enzima oksidaze; ekstremno niska temperatura prije smrzavanja stvara skupljenu i kompaktnu teksturu tkiva koja smanjuje prinos PhG-a koji se može ekstrahirati. Kohorta pare-liofilizacija pokazala je analogan obrazac reakcije porasta i pada; preferirani jednofaktorski parametri bili su temperatura parenja 90 stupnjeva, trajanje parenja 20 minuta i temperatura pred smrzavanje -40 stupnjeva.

3.3 Izlazi optimizacije odzivne površine za četiri tijeka rada obrade

Svi modeli kvadratne regresije izgrađeni za četiri procesna cjevovoda postigli su iznimno značajnu P-vrijednost modela (P< 0.0001), meanwhile lack‑of‑fit terms displayed non‑significant difference (P >0,05). Vrijednosti R² koeficijenta determinacije premašile su 0,98 za svaki model, pokazujući usklađenost regresijskog modela s eksperimentalnim skupom podataka i pouzdanu sposobnost predviđanja koncentracije PhG-a unutar istraživanog prostora parametara.

Optimalni parametri predviđeni modelom fino su podešeni kako bi se zadovoljila ograničenja rada opreme u stvarnom svijetu, verificirani praktični proizvodni parametri sažeti su kako slijedi:

UHP u kombinaciji s dehidracijom vrućim zrakom: radni tlak 296 MPa, zadržavanje tlaka 16 min, temperatura sušenja vrućim zrakom 81 stupanj. Praktično izmjeren PhGs = 5.12 mg/g·FW, odstupanje predviđanja samo 1,98 %. Ovaj tijek rada dao je najveći učinak očuvanja PhG-a od četiri cjevovoda, sadržaj markera 1,8 puta veći od referentnih uzoraka koji su podvrgnuti izravnom sušenju vrućim zrakom bez ikakve prethodne obrade.

Kuhanje na pari u kombinaciji s dehidracijom vrućim zrakom: temperatura kuhanja na pari 94 stupnja, trajanje kuhanja na pari 21 min, temperatura sušenja 79 stupnjeva. Izmjereni PhG = 3.52 mg/g·FW, odstupanje predviđanja 3,43 %. Razina PhG dosegla je 1,1 puta više u usporedbi s netretiranim referentnim uzorkom sušenim vrućim zrakom.

UHP u kombinaciji s vakuumskom liofilizacijom: tlak 295 MPa, vrijeme držanja 16 min, temperatura pred smrzavanje -43 stupnja. Izmjereni PhG = 4.08 mg/g·FW, odstupanje predviđanja 1,33 %. Koncentracija PhG-a povećala se 1,7 puta u odnosu na izravnu kontrolu sušenja smrzavanjem.

Kuhanje na pari u kombinaciji s vakuumskom liofilizacijom: temperatura parenja 94 stupnja, trajanje parenja 21 min, temperatura prethodnog smrzavanja −43 stupnja. Izmjereni PhG = 2.87 mg/g·FW, odstupanje predviđanja 3,53 %. Razina PhG-a bila je 0,9 puta viša od referentnog materijala izravnog sušenja smrzavanjem.

Unakrsna usporedba između četiri optimizirana cjevovoda pokazuje da netermalna predtretman pod ultra visokim tlakom postiže superiorne performanse očuvanja PhGs-a u usporedbi s konvencionalnim zahvatom toplinske pare, bez obzira na uparivanje s dehidracijom vrućim zrakom ili liofilizacijom. Ovo zapažanje u skladu je s intrinzičnom snagom UHP tehnologije u zaštiti fitokemikalija malih molekula osjetljivih na toplinu. UPLC‑Q‑TOF‑MS/MS profiliranje metabolomike uspješno je razlikovalo devet metabolita povezanih s feniletanol glikozidom unutarCistancheekstrakti. Nekoliko reprezentativnih metabolita kao što su cistanozid C i genipozidna kiselina registrirali su viši intenzitet odgovora spektrometrije mase za kohorte prethodno tretirane UHP-om u usporedbi s parnjacima prethodno tretiranim parom. Ovaj fenomen sugerira da liječenje UHP-om ima različite modulacijske učinke za različite podklase metabolita feniletanolglikozida, a temeljni molekularni regulatorni mehanizam zaslužuje dublje daljnje istraživanje.

3.4 Evolucija kvalitete skladištenja za sušene kriške pod različitim konfiguracijama pakiranja

Tijekom cijelog prozora promatranja skladištenja na sobnoj temperaturi od 70 dana, tendencija varijacije kvalitete s više indeksa ostala je dosljedna u sve četiri skupine pakiranja: sadržaj vlage i ukupni broj aerobnih kolonija nastavili su postupno rasti; ukupna koncentracija šećera, razina topivih proteina i rezidualni sadržaj feniletanol glikozida pokazivali su stalan silazni trend.

Rezultati mjerenja sadržaja vlage pokazuju da su skupine opremljene vrećicama sa sredstvom za sušenje (DHP i DOHP) imale izrazito sporiju brzinu apsorpcije vlage u usporedbi sa skupinama bez dodatka sredstva za sušenje (DP, DOP). Potvrđuje učinkovitost silika-gel sredstva za sušenje u suzbijanju upijanja vlage osušenihCistanchekriške. Kriške osušene na vrućem zraku zadržavaju više tvari povezanih sa šećerom koje daju jaču higroskopnost; stoga je stopa povećanja vlage za kohorte osušene vrućim zrakom nadmašila skupine liofiliziranih uzoraka.

Za očitanja ukupnog šećera i topivih proteina: kohorte opremljene vrećicama za hvatanje kisika (DOP, DOHP) očito su usporile opadajuću brzinu indikatora šećera i topivih proteina. Mikrookruženje s niskim sadržajem kisika suzbija oksidativnu razgradnju tvari proteinskog tipa i smanjuje potrošnju supstrata šećera koji potječe od rezidualne metaboličke aktivnosti mikroba. Kompozitna kohorta DOHP-a koja uključuje i sredstvo za sušenje i hvatač kisika pružila je optimalnu zaštitnu izvedbu za nutritivne sastojke.

Feniletanol glikozidi pripadaju bioaktivnim tvarima klase fenola koji su vrlo osjetljivi na oksidativno propadanje. Tijekom ciklusa skladištenja, skupina za kompozitno vakuumsko pakiranje DOHP zadržala je statistički višu koncentraciju zaostalog PhG-a u usporedbi s kohortom jednostavnog vakuumskog DP-a. Niska razina kisika u kombinaciji s mikroklimom niske vlažnosti unutar kompozitnih vrećica za pakiranje znatno usporava puteve oksidativne razgradnje za PhGs markerske spojeve.

Što se tiče ukupnog broja kolonija aerobnih mikroba: svaka je eksperimentalna skupina održavala broj kolonija ispod lg(CFU/g) manje od ili jednako 5, u skladu sa specifikacijom sigurnosti hrane tijekom razdoblja promatranja od 70 dana. Skupina DOHP kompozita pokazala je najsporiju stopu razmnožavanja mikroba, što je rezultat kombiniranih učinaka supresije rasta izazvanih mikrookruženjem s niskom vlagom i niskim sadržajem kisika.

3.5 Rezultati projekcije roka trajanja ubrzanog starenja

Broj mikrobnih kolonija koji prelazi regulatorni prag prihvaćen je kao krajnja točka neuspjeha roka trajanja. Izračunato iz ASLT skupa podataka o ubrzanom starenju: projicirani rok trajanja pri sobnoj temperaturi (20 stupnjeva ) za jednostavne vakuumski zatvorene DP uzorke bio je 256 dana. Kompozitno DOHP vakuumsko pakiranje s dvostrukim vrećicama za sakupljanje kisika i sredstvom za sušenje postiglo je predviđeni vijek trajanja od 663 dana, što je približno 1,5 puta više u odnosu na uobičajeno vakuumsko zatvaranje. Eksperimentalni rezultati dokazuju da dodavanje kombiniranih vrećica hvatača kisika i sredstva za sušenje u vakuumski zatvorenim uvjetima predstavlja ekonomičnu praktičnu tehničku opciju za produljenje komercijalnog vijeka trajanja osušenihCistanche deserticolakriške.

4. Zaključci i perspektiva istraživanja

I netermalna predtretman pod ultra-visokim tlakom i termička predtretman parom mogu značajno povećati performanse zadržavanja za ključne bioaktivne feniletanol-glikozidne markereCistanche deserticola, u usporedbi s referentnim uzorcima koji su podvrgnuti izravnoj dehidraciji bez prethodne obrade. Od četiri kombinirana proizvodna procesa, UHP predtretman uparen s dehidracijom vrućim zrakom postigao je najbolji rezultat očuvanja PhGs-a. Njegovi praktični optimizirani parametri: tlak 296 MPa, trajanje pritiska 16 min, temperatura sušenja vrućim zrakom 81 stupanj; izmjereni sadržaj PhG-a od 5,12 mg/g·FW, dostižući 1,8 puta veću vrijednost od kontrolnih uzoraka izravno sušenih vrućim zrakom. Regresijski modeli izgrađeni za četiri procesna cjevovoda posjeduju zadovoljavajuću kvalitetu uklapanja i mogućnost predviđanja. Netermalna ultra-visokotlačna tehnologija predstavlja obećavajućeg kandidata za prethodnu obradu visokokvalitetnog komercijalno osušenogCistancheproizvodnja.

U osušenom stanju‑Cistanchepraksa skladištenja narezaka, vakuumsko zatvoreno pakiranje u kombinaciji s dvostrukim funkcijama hvatača kisika i vrećica za sušenje može učinkovito obuzdati povećanje vlage, usporiti iscrpljivanje ukupnog šećera, topivih proteina i bioaktivnih tvari feniletanol glikozida i ograničiti reprodukciju mikrobnih kolonija. Ubrzani test starenja predviđa da ova kompozitna shema pakiranja može povećati rok trajanja na sobnoj temperaturi do 663 dana. Ovo istraživanje nudi praktične procesne parametre koji podupiru rukovanje nakon berbe i dugoročno komercijalno očuvanje homolognih proizvoda za hranu i lijekoveCistanche deserticolagotova roba.

Ograničenja studije i budući izgledi: Sadašnje istraživanje uglavnom je usredotočeno na kvantitativnu varijaciju dobro karakteriziranih metabolita markera PhG. Naknadna istraga može dalje istražiti kako različiti postupci prethodne obrade mijenjaju ukupni antioksidativni kapacitet gotovog proizvodaCistancheprodukti i dublje istražiti mehanizme na molekularnoj razini putem kojih ultravisoki tlak modificira puteve transformacije i razgradnje za podtipove feniletanol glikozida. Iz perspektive industrijske primjene, velika implementacija UHP opreme zahtijeva sveobuhvatnu procjenu ekonomskih troškova za scenarije masovne proizvodnje.

Reference

[1] Napredak u preradi i fitokemijskim istraživanjima zaCistanche deserticolafunkcionalni biljni materijali.Journal of Herbal Resources Applied Research.

[2] Procjena antioksidativne učinkovitosti za ekstrakte feniletanol-glikozida dobivene iz pustinjskog ljekovitog bilja.Izvješća o kemiji hrane i biopreradi.

[3] Primjena netoplinske tehnologije visokog hidrostatskog tlaka za prehrambeno-biljne sirovine biljnog podrijetla.Recenzije inovativne obrade hrane.

[4] Utjecaj prethodnog tretmana na učinkovitost dehidracije i zadržavanje bioaktivne tvari ljekovitog bilja tipa rizoma.Tehnološki bilten nakon žetve.

[5] Metodologija predviđanja ubrzanog roka trajanja za dehidrirane botaničke prehrambene proizvode.Komunikacije istraživanja stabilnosti hrane.

[6] Primjena pomoćnih materijala za vakuumsko pakiranje (hvatač kisika, sredstvo za sušenje) za očuvanje sušenih biljnih proizvoda.Inovacijski časopis pakiranja.

[7] Usporedba liofilizacije u odnosu na konvektivno sušenje vrućim zrakom za biljne rezove bogate fitokemikalijama osjetljive na toplinu.Napredak tehnologije sušenja.

[8] Kontrola kvalitete i HPLC-kvantifikacija spoja markera za homologne izvore pustinjskog bilja u hrani-medicini.Analitička izvješća prirodnih proizvoda.