Pengekstrakan Berbantukan Ultrabunyi Asid Fenolik, Flavonol dan Flavan-3-daripada Kulit Dan Biji Anggur Muscadine Menggunakan Pelarut Eutektik Dalam Semulajadi Dan Pemodelan Ramalan Oleh Rangkaian Neural Buatan

Sila hubungioscar.xiao@wecistanche.comuntuk maklumat lanjut

AbstrakObjektif kajian ini adalah untuk menyiasat kecekapan pengekstrakan 9 pelarut eutektik dalam semulajadi (NDES) dengan bantuan ultrasound untukasid fenolik, flavonol, dan flavan-3-ols dalam kulit dan biji anggur muscadine (Carlos) berbanding 75 peratus etanol. Rangkaian saraf tiruan (ANN) digunakan untuk mengoptimumkan kandungan air NDES, masa ultrasonik, nisbah pepejal kepada pelarut, dan suhu pengekstrakan untuk mencapai hasil pengekstrakan tertinggi untuk asid elagik, katekin dan epicatechin. NDES yang baru dirumus (#1) terdiri daripada kolin klorida:asid levulinik: etilena glikol 1:1:2 dan 2{14}} peratus air mengekstrak jumlah tertinggi asid elagik dalam kulit pada 22.1 mg/g. Hasil ini ialah 1.73-kali ganda daripada itu sebanyak 75 peratus etanol. NDES (#3) diubah suai yang terdiri daripada kolin klorida: prolin: asid malik 1:1:1 dan 3{16}} peratus air mengekstrak jumlah tertinggi katekin (0.61 mg/g) dan epicatechin (0.89 mg/g) dalam kulit, dan 2.77 mg/g dan 0.37 mg/g dalam biji, masing-masing. Hasil optimum asid ellagic dalam kulit menggunakan NDES #1 ialah 25.3 mg/g (diperhatikan) dan 25.3 mg/g (diramalkan). Hasil optimum (catechin ditambah epicatechin) dalam benih menggunakan NDES #3 ialah 9.8 mg/g (diperhatikan) dan 9.6 mg/g (diramalkan). Kajian ini menunjukkan kecekapan pengekstrakan tinggi NDES terpilih untuk polifenol di bawah keadaan optimum.

Sila klik di sini untuk mengetahui lebih lanjut

pengenalan

Pelarut eutektik dalam semulajadi (NDES) disediakan dengan mencampurkan penderma ikatan hidrogen dengan penerima ikatan hidrogen pada nisbah molar yang sesuai [1]. Takat lebur satu komponen hendaklah lebih rendah daripada takat lebur komponen yang lain [1]. Selepas dipanaskan dan dicampur, medium ini menjadi cecair pada suhu bilik. Air ditambah untuk menstabilkan dan mempolarisasi campuran. Penyelidikan dalam bidang pengekstrakan fitokimia menggunakan NDES telah berkembang kerana kebolehekstrak dan keterlarutannya yang berkesan. Namun begitu, pelbagai faktor memainkan peranan penting apabila membandingkan NDES dengan pelarut organik, termasuk hasil, kos, pemulihan dan ketoksikan. Penyelidikan terdahulu menyiasat NDES mengenai pengekstrakan polifenol yang berbeza daripada pelbagai matriks makanan. Contohnya, Bubalo et al. (2016) membandingkan 5 NDES, air, 70 peratus metanol (v/v) dan 70 peratus metanol (v/v) berasid untuk mengekstrak antosianin, katekin dan kuersetin-3-O-glukosida daripada kulit anggur merah. NDES yang terdiri daripada kolin klorida: asid oksalik (1:1) dengan 25 peratus air (v/v) didapati sebagai pelarut pengekstrakan yang paling cekap [2]. Dalam kajian lain, Pani'c et al. (2019) menguji 8 NDES dan mengasidkan 70 peratus etanol dan memerhatikan kolin klorida: asid sitrik (2:1) dengan 30 peratus air (v/v) sebagai NDES terbaik untuk mengekstrak anthocyanin daripada pomace anggur [3]. Anggur muscadine (Vitis rotundifolia) berasal dari negeri tenggara dan anggur liar pertama yang ditanam di Amerika Syarikat [4]. Anggur muscadine dihasilkan di 12 negeri dan berjumlah kira-kira 5000 ekar [5]. Terdapat 100 jenis anggur muscadine dan masing-masing berbeza dalam ciri fizikal, deria, atau kimia [4]. Antaranya, Carlos adalah anggur muscadine yang ditanam secara meluas kerana hasil tanamannya yang tinggi dan konsistensi yang semakin meningkat [4]. Anggur Carlos muscadine bersaiz sederhana, berwarna gangsa, lebih tebal pada kulit dan mengandungi empat biji secara purata [6]. Anggur muscadine mengandungi sejumlah besarpolifenolyang diketahui dapat mengurangkan keradangan [7], menghalang pertumbuhan tumor prostat [8], dan meningkatkan tindak balas metabolik pesakit diabetes [9]. Muscadine grape pomace, hasil sampingan pemerahan atau pembuatan wain muscadine, terdiri daripada kulit dan biji. Kajian penyelidikan terdahulu menggunakan aseton: air: campuran asid asetik (70:29.7:0.3, v/v) untuk mengekstrak sebatian fenolik daripada biji benih, kulit dan pulpa lapan kultivar anggur muscadine yang ditanam di Florida, termasuk Carlos [10]. Walau bagaimanapun, penggunaan pelarut organik mudah terbakar dan kecekapan pengekstrakan yang rendah menghalang aplikasi praktikal. Kebanyakan pomace anggur muscadine masih dibuang sebagai bahan buangan. Rangkaian saraf tiruan (ANN) ialah sistem pemetaan tak linear yang terdiri daripada pelbagai unit pemprosesan asas yang disambungkan oleh persatuan berwajaran. Unit pemprosesan ini dipanggil "neuron" [11]. Rangkaian saraf tiruan ialah pendekatan pembelajaran mesin untuk meramal atau meramalkan tindak balas berdasarkan pelbagai input [11]. Penyelidikan terdahulu telah menggunakan kaedah permukaan tindak balas (RSM) untuk pengoptimuman dan ramalan pengekstrakan. Walau bagaimanapun, beberapa kajian telah menggunakan ANN untuk tujuan yang sama. Contohnya, Sinha et al. (2013) mencadangkan bahawa ANN mempunyai prestasi ramalan yang lebih baik daripada RSM pada pengekstrakan pewarna semula jadi daripada benih Bixa Orellana (Annatto) [12]. Dalam kajian yang sama, Ciric et al. (2020) melaporkan bahawa model ANN lebih baik daripada RSM untuk meramalkan pengekstrakan sebatian fenolik daripada bawang putih [13]. Objektif penyelidikan ini adalah untuk menyiasat kecekapan pengekstrakan 9 NDES untuk asid fenolik, flavonol dan flavan-3-ol berbanding 75 peratus etanol dengan bantuan ultrasound. ANN digunakan untuk meramal dan mengoptimumkan keadaan pengekstrakan pada hasil fenolik. Hipotesisnya ialah NDES dengan komposisi khusus mengekstrak jumlah asid fenolik, flavonol dan flavan{19}}yang lebih tinggi daripada 75 peratus etanol, dan kecekapan pengekstrakan tertinggi boleh dicapai melalui pemodelan ramalan berasaskan ANN.

2. Bahan dan Kaedah 2.1. Bahan kimia dan reagen Kolin klorida, asid levulinik, 1,2-propanediol, asid DL-malik, asid oksalik, asid hidroklorik dan asid formik diperoleh daripada Acros Organics (Morris Plains, NJ, USA). Asid laktik, etilena glikol, glisin, asetonitril gred HPLC, metanol, dan etanol telah dibeli daripada Fishers Scientific (Waltham, Massachusetts, Amerika Syarikat). L-proline dan betaine hydrochloride telah dibeli daripada Alfa Aesar (Ward Hill, MA, USA). Piawaian asid ellagic gred HPLC, asid gallic, asid ferulik, ( tambah ) -catechin, (− )-epicatechin, myricetin, quercetin, dan kaempferol diperoleh daripada Sigma Aldrich (St. Louis, MO, USA).

2.2. Reka bentuk NDESNDES #1–2 dalam Jadual 1 telah direka dalam kajian terdahulu kami [14]. Kolin klorida dalam NDES #1–2 dipilih sebagai penerima hidrogen, manakala dua penderma hidrogen berbeza telah dipilih untuk setiap NDES baharu. Nisbah molar antara penderma hidrogen dan penerima dan kandungan air ditentukan dalam eksperimen awal. NDES #3–9 dalam Jadual 1 telah dipilih daripada literatur kerana kajian terdahulu telah melantiknya sebagai NDES yang berkesan dalam mengekstrak polifenol. Kandungan air dalam NDES #3 telah diubah suai daripada literatur yang dipetik. Kaedah pemanasan telah digunakan untuk menyediakan NDES [15]. Secara ringkas, penerima ikatan hidrogen dicampurkan dengan setiap komponen penderma ikatan hidrogen dalam kelalang Erlenmeyer dengan bar kacau. Campuran dalam kelalang ditutup dan dipanaskan pada 50 ◦C selama kira-kira 30 min atau sehingga cecair jernih terbentuk dan kekal stabil pada suhu bilik. Kandungan air dalam Jadual 1 dikira mengikut isipadu akhir campuran NDES. pH NDES yang disenaraikan dalam Jadual 1 diukur menggunakan meter pH (AB15, Accumet, Fisher Scientific, Waltham, MA, USA). 2.3. Penyediaan sampel / Pengekstrakan berbantukan ultrabunyi Kulit dan biji anggur muscadine beku (Vitis rotundifolia) (kultivar: Carlos) disediakan oleh Paulk Vineyards (Wray, Georgia, Amerika Syarikat). Selepas mengeluarkan badan, daun atau tangkai daun, pomace dipisahkan menjadi biji dan kulit. Sampel kemudian dikeringkan menggunakan ketuhar vakum (Isotemp, Model 285A, Fisher Scientific, Waltham, Massachusetts, Amerika Syarikat) pada 60 ◦C dan tekanan vakum lebih rendah daripada − 30 in.Hg. Seterusnya, sampel dihomogenkan menjadi serbuk halus menggunakan pengisar chimerical (A1{{105}}00, RRH Inc., 2800 W, Zhejiang, China). Menggunakan nisbah pepejal-kepada-pelarut awal 1:20 (g: mL), 0.50 g sama ada kulit atau biji anggur muscadine dicampur dalam 10 mL NDES atau 75 peratus etanol dalam rangkap tiga. Sampel kemudian diletakkan di dalam tab mandi air (60 ◦C) dan disonikasi (VCX 1500, Sonics & Materials Inc., 1500-Watt, 50/60 Hz, Newtown, CT, USA) selama 30 minit pada 100 peratus amplitud untuk dua pusingan (15 min/pusingan). Seterusnya, sampel segera disentrifugasi (Sorvall ST 8, Fisher Scientific, Suzhou, China) pada 3,260 g sehingga supernatan jernih diperolehi. Akhir sekali, supernatan dikumpul dan disimpan dalam peti sejuk -20 ◦C untuk analisis HPLC asid fenolik (asid ellagic, asid gallic, asid ferulik), flavonol (myricetin, quercetin dan kaempferol) dan flavan-3-ols. (catechin dan epicatechin). 2.4. Analisis HPLC bagi asid fenolik, flavonol dan flavan-3-ols Asid fenolik, flavonol dan flavan-3-ol telah dianalisis pada sistem HPLC (Agilent Technologies 1200, Waldbronn, Jerman) mengikut kaedah yang diterangkan dalam Sandhu dan Gu (2013) [16]. Sistem HPLC terdiri daripada pam binari, autosampler, petak lajur termostat, pengesan tatasusunan diod dan pengesan pendarfluor. Kulit anggur atau ekstrak biji telah dihidrolisiskan sebelum analisis asid fenolik dan flavonol. Hidrolisis dilakukan dengan mencampurkan 1 ml ekstrak dengan 4 mL larutan hidrolisis (1.2 M HCI mengandungi 50 peratus metanol) dan diletakkan di dalam tab mandi air (Precision, Model 2837, 400 W, 50/60 Hz, Thermo Scientific, Marietta , OH, AS) pada 90 ◦C selama 80 min. Seterusnya, sampel telah disejukkan hingga 25 ◦C diikuti dengan sonikasi selama 5 minit. Hidrolisis ekstrak tidak diperlukan untuk analisis katekin dan epicatechin. Ekstrak terhidrolisis dan tidak terhidrolisis telah ditapis melalui membran polytetrafluoroethylene (PTFE) 0.45 μm sebelum analisis HPLC. Untuk menganalisis asid ellagic, asid gallic, asid ferulik, myricetin, quercetin, kaempferol, catechin, dan epicatechin, 10 µL telah disuntik ke dalam lajur SB-C18 (4.6 × 250 mm, 5 µm, Zorbax, Agilent, Santa Clara, CA, USA). Fasa bergerak ialah (A) 0.5 peratus asid formik dan (B) 100 peratus asetonitril. Kadar alir ialah 1 mL/min dengan 25 min kecerunan diubah suai seperti berikut: 0–5 min, 10–30 peratus B; 5–10 min, 30–40 peratus B; 10–20 min, 40–50 peratus B; 20–25 min, 50–10 peratus B; diikuti dengan 5 minit keseimbangan. Suhu lajur ditetapkan pada 30 ◦C. Panjang gelombang pengesanan ialah 260 nm untuk asid elagik, asid gallik, dan asid ferulik dan 360 nm untuk miricetin, kuersetin, dan kaempferol pada pengesan tatasusunan fotodiod. Pengujaan dan pelepasan untuk catechin dan epicatechin masing-masing adalah 230 nm, 321 nm, menggunakan pengesan pendarfluor. Sebatian polifenol dikira menggunakan lengkung piawai asid elagik, asid gallik, asid ferulik, miricetin, kuersetin, kaempferol, katekin dan epicatechin. Semua lengkung standard mempunyai 7 mata dan R2 > 0.99. 2.5. Reka bentuk tersuai untuk rangkaian saraf tiruan Empat pembolehubah pengekstrakan bebas dengan empat tahap: kandungan air (15–60 peratus ), masa ultrasonik (5–35 min), nisbah pepejal kepada pelarut (1:5–1:20), dan pengekstrakan suhu (30–60 ◦C) (Jadual S1) digunakan untuk mengoptimumkan hasil pengekstrakan asid fenolik, flavonol dan flavan{122}}ol. Tidak seperti reka bentuk klasik seperti reka bentuk permukaan tindak balas, reka bentuk berasaskan ANN tidak memerlukan larian berulang dan lebih suka struktur data yang berbeza. Dalam kajian terdahulu kami [14], ANN adalah kaedah yang lebih dipercayai untuk meramalkan hasil pengekstrakan daripada RSM. Oleh itu, ANN telah dipilih dalam kajian ini untuk meramalkan hasil pengekstrakan asid ellagic, catechin, dan epicatechin. Reka bentuk tersuai dengan 40 larian (Jadual S2) telah dihasilkan pada JMP Pro (Versi 14.2, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) untuk menyediakan data khusus untuk pemodelan ramalan ANN. Rawak 40 larian telah digunakan untuk menghapuskan sebarang berat sebelah. Persamaan utama ANN ditunjukkan seperti berikut:=∑jj=1 wh jpg campur bhk, k=1toK (1) dengan h ialah bilangan neuron dalam lapisan tersembunyi, j dan k ialah bilangan pembolehubah input dan neuron tersembunyi, masing-masing, p ialah pembolehubah input, bh ialah pincang lapisan tersembunyi, dan wh ialah berat dalam lapisan tersembunyi. Hasil pengekstrakan asid ellagic, catechin, dan epicatechin berhubung dengan empat pembolehubah bebas dianalisis menggunakan ANN dengan melatih data terlebih dahulu dan kemudian memilih jenis pengaktifan terbaik dan beberapa neuron yang menghasilkan kesesuaian data yang mencukupi. Untuk menilai kejayaan model ramalan, tiga nilai telah dinilai: R-kuasa dua, punca kuasa dua bagi ralat ramalan kuasa dua min (RASE) (persamaan (2)), dan ralat mutlak purata (AAE). RASE ialah RASE=̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ SSE/n √ (2) Di mana SSE menderma untuk segi empat sama dan menjumlahkan ralat ramalan (perbezaan antara respons sebenar dan respons yang diramalkan) dan n untuk beberapa pemerhatian. R-segi empat hampir kepada 1 dengan RASE dan AAE hampir kepada sifar bermakna kesesuaian data yang lebih tinggi ke dalam model. 2.6. Statistik Pengekstrakan hasil asid fenolik, flavonol dan flavan{142}}ol dibandingkan dengan ANOVA sehala diikuti dengan ujian-t Pelajar pada p Kurang daripada atau sama dengan 0.05 menggunakan JMP Pro (Versi 14.2, SAS Institute Inc., Cary, NC, Amerika Syarikat). Setiap nde dan 75 peratus etanol dibandingkan menggunakan ujian Dunnett pada p Kurang daripada atau sama dengan 0.05. Analisis komponen prinsip (PCA) telah dilakukan pada JMP Pro (Versi 14.2, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) untuk sebatian fenolik yang diekstrak daripada kulit dan biji anggur muscadine. 3. Keputusan dan Perbincangan 3.1. Polifenol yang diekstrak oleh NDES daripada kulit anggur muscadine Sembilan NDES dan 75 peratus etanol telah digunakan untuk pengekstrakan polifenol daripada kulit anggur muscadine. Jadual 2 menunjukkan hasil pengekstrakan asid elagik, asid gallik, asid ferulik, miricetin, kuersetin, kaempferol, katekin, dan epicatechin. Asid ellagic ialah polifenol yang boleh diekstrak paling banyak dalam kulit anggur, diikuti oleh asid gallik dan asid ferulik, masing-masing. Dapatan ini konsisten dengan kajian terdahulu [17,18]. NDES #1, #8, #7, #3, #2 dan #9 mengekstrak jumlah asid elagik yang jauh lebih tinggi dalam kulit anggur daripada 75 peratus etanol. Hasil pengekstrakan tertinggi asid ellagic dicapai oleh NDES #1 diikuti oleh NDES #8 pada 22.1 ± 2.2 mg/g dan 21.3 ± 2.5 mg/g, masing-masing (Jadual 2). Walau bagaimanapun, tidak terdapat perbezaan yang signifikan antara NDES #1 dan NDES #8 mengikut ujian-t Pelajar. Menariknya, NDES #1 didapati NDES paling kurang berkesan untuk mengekstrak anthocyanin daripada

pomace kranberi [14]. Ini mencadangkan bahawa NDES #1 boleh mengekstrak asid elagik atau ellagitannin secara terpilih daripada matriks makanan yang juga mengandungi antosianin. Selektif sedemikian mungkin dikaitkan dengan perbezaan dalam interaksi molekul antara NDES dan kelas fenolik tertentu. Rajah S1 (panel A) menunjukkan kromatogram HPLC asid gallik, asid ellagic dan asid ferulik yang diekstrak daripada kulit anggur oleh NDES #1 dan dikesan pada 26{13}} nm. Etanol 75 peratus mengekstrak 12.7 ± 1.2 mg asid elagik setiap gram kulit anggur. Hasil pengekstrakan terendah asid ellagic diperhatikan dalam NDES #4 pada 7.44 ± 0.6 mg/g. Hasil pengekstrakan asid gallik oleh NDES #9, #8, #1, #4, #7, dan #3 adalah setanding dan jauh lebih tinggi daripada etanol 75 peratus. Jumlah tertinggi asid gallic telah diekstrak oleh NDES #9 pada 10.4 ± 0.5 mg/g, manakala jumlah terendah 5.55 ± {{40}} .1 mg/g telah diekstrak oleh NDES #5. Jumlah tertinggi asid ferulik diekstrak oleh NDES #1 pada 6.32 ± 0.7 mg/g dan jumlah terendah diekstrak oleh NDES #5 pada 3.11 ± 0.{{5{{52 }}}} mg/g. Tambahan pula, tidak terdapat perbezaan yang signifikan antara NDES #1 dan 75 peratus etanol dalam mengekstrak asid ferulik (Jadual 2). Jumlah tertinggi katekin dan epicatechin telah diekstrak oleh NDES #3 pada 0.61 ± 0.1 mg/g dan 0.89 ± 0.1 mg/ g, masing-masing (Jadual 2). Sementara itu, NDES #3 dan #6 mengekstrak jumlah epicatechin yang jauh lebih besar daripada 75 peratus etanol. Rajah S2 (panel A) menunjukkan kromatogram HPLC katekin dan epicatechin yang diekstrak oleh NDES #3 daripada kulit anggur. Bagaimanapun, katekin tidak dikesan dalam 75 peratus ekstrak etanol. Jumlah terendah katekin (0.02 mg/g) dan epicatechin ({{90}}.14 mg/g) telah diekstrak oleh NDES #2 dan NDES # 5, masing-masing. Myricetin adalah flavonol yang paling banyak dan kaempferol adalah yang paling sedikit. Ujian Dunnett mendedahkan bahawa NDE dan 75 peratus etanol adalah setanding dalam mengekstrak miricetin, quercetin, dan kaempferol (Jadual 2). Jumlah myricetin tertinggi diekstrak oleh NDES #1 (1.84 mg/g), diikuti oleh 75 peratus etanol (1.73 mg/g), dan kemudian NDES #8 (1.67 mg/g). Jumlah kuersetin tertinggi telah diekstrak oleh 75 peratus etanol (0.41 mg/g), NDES #1 (0.40 mg/g) dan NDES #8 ({ {143}}.38 mg/g). Sebaliknya, jumlah miricetin dan kuersetin yang paling rendah telah diekstrak oleh NDES #5 pada 0.87 mg/g dan 0.27 mg/g, masing-masing. Penemuan ini seterusnya menekankan keupayaan lemah keseluruhan NDES #5 untuk mengekstrak polifenol daripada kulit anggur. Jumlah kaempferol tertinggi telah diekstrak oleh 75 peratus etanol (0.05 mg/g), dan yang terendah diekstrak oleh NDES #5 dan NDES#6 (0.03 mg/g). Rajah S1 (panel B) menunjukkan kromatogram HPLC miricetin, kuersetin, dan kaempferol yang diekstrak daripada kulit anggur oleh NDES #1 yang dikesan pada 360 nm. Jumlah tertinggi asid fenolik, flavonol dan flavan{103}} ialah 40.7 mg/g yang diekstrak dengan NDES #1 diikuti dengan 39.8 mg/g yang diekstrak dengan NDES #8, manakala jumlah terendah ialah 18.4 mg/g yang diekstrak oleh NDES #5 (Jadual 2). pH NDES berjulat antara 0.3 dan 3.3 (Jadual 1). Korelasi Rsquared antara pH NDE dan hasil asid fenolik, flavonol dan flavan{119}}ols disenaraikan dalam Jadual 2. Kekurangan korelasi antara pH dan hasil pengekstrakan mencadangkan pH tidak memberi kesan kepada kecekapan pengekstrakan. 3.2. Polifenol yang diekstrak oleh NDES daripada biji anggur muscadine Hasil pengekstrakan keseluruhan asid fenolik, flavonol dan flavan- 3-ol daripada biji anggur nyata lebih rendah daripada hasil daripada kulit (Jadual 3). Polifenol yang boleh diekstrak yang paling banyak dalam benih adalah katekin dan epicatechin, manakala kaempferol tidak dikesan. Matriks benih kompleks yang mengandungi minyak (13 peratus, w/w asas kering) adalah penjelasan yang mungkin tentang kebolehekstrak sebatian fenolik yang rendah daripada biji anggur [19]. Jumlah tertinggi katekin diekstrak oleh NDES #3 pada 2.77 mg/g (Jadual 3). Hasil ini jauh lebih tinggi daripada semua NDES lain dan 75 peratus etanol. Rajah S2 (panel B) menunjukkan kromatogram HPLC katekin dan epicatechin yang diekstrak oleh NDES #3 daripada biji anggur. Jumlah katekin terendah diekstrak oleh NDES #5 pada 0.30 mg/g. Semua NDES tetapi NDES #1, #2, dan #9 mengekstrak jumlah epicatechin yang jauh lebih tinggi daripada etanol 75 peratus (Jadual 3). Kepekatan epicatechin tertinggi diekstrak oleh NDES #4 (0.71 mg/g) dan NDES #5 (0.68 mg/g), manakala yang paling rendah diekstrak oleh 75 peratus etanol (0.11 mg/g). Asid Gallic ialah asid fenolik yang boleh diekstrak paling banyak dalam biji anggur, diikuti oleh asid ferulik dan asid ellagic, masing-masing. Jumlah tertinggi asid gallic diekstrak oleh NDES #4 pada 0.45 mg/g, diikuti oleh NDES #9 dan NDES #8. NDE ini mengekstrak jumlah asid gallik yang jauh lebih tinggi daripada etanol 75 peratus. Jumlah terendah asid gallic (0.2 mg/g) telah diekstrak oleh NDES #3. Pengekstrakan tertinggi

hasil asid elagik diperolehi oleh NDES #9 (0.26 mg/g) diikuti oleh NDES #6 (0.17 mg/g), yang jauh lebih tinggi daripada etanol 75 peratus. Begitu juga, NDE #3 mengekstrak jumlah asid elagik terendah pada 0.05 mg/g. Selain itu, NDES #6, #7, dan #3 mengekstrak jumlah asid ferulik yang jauh lebih tinggi daripada 75 peratus etanol. Hasil pengekstrakan asid ferulik terendah ialah 0.5 mg/g oleh NDES #5. Tambahan pula, asid ferulik tidak dikesan dalam ekstrak NDES #9. Ini berkemungkinan kerana keterlarutan asid ferulik lebih rendah dalam NDES #9 berbanding NDE lain. Ekstrak miricetin tertinggi diperolehi oleh 75 peratus etanol dan NDES #7 pada 0.18 mg/g, yang lebih tinggi daripada semua NDE. Hasil pengekstrakan kuersetin tertinggi ialah sebanyak NDES #6 (0.14 mg/g) dan NDES #3 (0.13 mg/g) dan kedua-dua NDES adalah lebih baik daripada 75 peratus etanol. Begitu juga, pH NDES tidak mempengaruhi hasil pengekstrakan seperti yang ditunjukkan oleh korelasi rendah (R-kuadrat) antara pH NDE dan hasil asid fenolik, flavonol dan flavan-3-ols yang disenaraikan dalam Jadual 3. 3.3 . Analisis komponen utama (PCA) dilakukan untuk mengaitkan hasil pengekstrakan pelbagai sebatian fenolik dalam kulit dan biji anggur dengan NDE dan 75 peratus etanol (Rajah 1). PCA dilakukan pada matriks korelasi untuk mengesan kemungkinan selektiviti beberapa NDE ke arah mengekstrak sebatian atau kumpulan fenolik tertentu. Kira-kira 85 peratus daripada varians data kulit dijelaskan oleh komponen utama 1 dan 2. Plot pemuatan (Rajah 1B) menunjukkan korelasi yang tinggi antara asid fenolik (asid ellagic, asid gallic, asid ferulik) dan flavonol (myricetin, quercetin, dan kaempferol). Untuk mengekstrak kumpulan ini, pelarut terbaik ialah NDES #1, #8, #7, dan 75 peratus etanol seperti yang ditunjukkan dalam plot skor (Rajah 1A). Sementara itu, catechin dan epicatechin kelihatan diasingkan daripada kumpulan fenolik yang lain. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1A, NDES #3 adalah selektif untuk mengekstrak catechin dan epicatechin daripada kulit anggur. Ini adalah pemerhatian yang menarik kerana NDES#3 adalah antara NDES yang paling kurang berkesan untuk mengekstrak proanthocyanidins, iaitu oligomer dan polimer catechin dan epicatechin [14]. Ini mencadangkan bahawa NDES #3 mungkin selektif kepada proanthocyanidins dengan saiz molekul yang lebih kecil. Pengelompokan sebatian fenolik pada plot pemuatan kulit (Rajah 1B) adalah berbeza daripada benih (Rajah 1D) tanpa mengira hasil rendah sebatian ini dalam biji anggur. Komponen utama pertama dan kedua menjelaskan kira-kira 73 peratus daripada varians data benih. Quercetin, myricetin, dan asid ferulik telah diekstrak dengan lebih cekap oleh NDES #6, #7, dan 75 peratus etanol, seperti yang ditunjukkan dalam plot skor (Rajah 1C). Asid ellagic dan asid gallic telah diekstrak dengan lebih berkesan oleh NDES #9. Sekali lagi, katekin diekstrak dengan kecekapan tertinggi oleh NDES #3 yang serupa dengan yang diperhatikan dengan kulit anggur. Epicatechin diekstrak dengan kecekapan yang lebih tinggi oleh NDES #5, #4, dan NDES #8.

3.4. Pengoptimuman pengekstrakan asid fenolik dan flavonol daripada kulit anggur muscadine dan pemodelan ramalan ANN Kolin klorida: asid levulinik: etilena glikol 1:1:2 (NDES #1) menunjukkan hasil pengekstrakan tertinggi untuk asid elagik, dan oleh itu dipilih untuk pengoptimuman selanjutnya dan ramalan. Kesan empat faktor, termasuk kandungan air, masa ultrasonik, nisbah pepejal kepada pelarut, dan suhu pengekstrakan dinilai untuk pengekstrakan asid fenolik dan flavonol. Selain itu, empat tahap untuk setiap faktor pengekstrakan telah digunakan dalam sejumlah 4{121}} larian rawak. Hasil pengekstrakan eksperimen asid elagik, asid gallik, asid ferulik, miricetin, dan kuersetin, bersama-sama dengan jumlah lima ini, ditunjukkan dalam Jadual 4. Secara keseluruhannya, julat perbezaan hasil pengekstrakan antara yang terendah dan yang tertinggi adalah agak besar. untuk asid fenolik. Sebagai contoh, hasil terendah untuk asid ellagic ialah 9.03 mg/g (run #17) dan yang tertinggi ialah 25.3 mg/g (run #15), yang menghasilkan perbezaan 16.2 mg/g (jalankan #17). Selain itu, jumlah hasil terendah ialah 20.7 mg/g dan yang tertinggi ialah 71.5 mg/g. Ini menggambarkan kesan ketara tahap berbeza bagi setiap faktor pengekstrakan ke atas hasil pengekstrakan. Run #15 mengekstrak jumlah tertinggi asid ellagic. Keadaan pengekstrakan larian #15 ialah 45 mL /10{{130}} kandungan air mL, 25 minit ultrasonik, 1:10 (g: mL) nisbah pepejal kepada pelarut , dan suhu pengekstrakan 60 ◦C. Rajah S3 menunjukkan kromatogram HPLC asid fenolik yang dioptimumkan yang diekstrak daripada kulit anggur oleh NDES #1 (run#15 dalam Jadual 4). Asid gallic tertinggi (18.7 mg/g) dicapai menggunakan syarat pengekstrakan dalam larian #24 dan yang terendah ialah 6.63 mg/g menggunakan larian #40. Untuk asid ferulik, larian #22 mengekstrak jumlah tertinggi pada 19.2 mg/g, manakala asid ferulik tidak dikesan dalam larian #14, #17, #29 dan #34. Larian #22 diekstrak dengan kandungan air 60 mL /100 mL, 5 minit ultrasonik, 1:5 untuk nisbah pepejal kepada pelarut, dan suhu pengekstrakan 60 ◦C. Run #2 mengekstrak miricetin tertinggi (10.1 mg/g) dan kuersetin (1.87 mg/g). Keadaan pengekstrakan larian #2 ialah 60 mL /100 mL kandungan air, 35 minit ultrasonik, 1:20 untuk nisbah pepejal kepada pelarut, dan suhu pengekstrakan 60 ◦C. Hasil tertentu saya yang paling rendah (3.79 mg/g) telah diekstrak dengan larian#40. Plot kontur dalam Rajah 2 menunjukkan kesan parameter pengekstrakan (X1, X2, X3, dan X4) ke atas ramalan hasil asid elagik yang diekstrak oleh NDES #1 daripada kulit anggur. Hasil ramalan asid elagik dalam Jadual 4 telah digunakan untuk membina plot kiraan ini. Setiap panel menggambarkan kesan 2 parameter pengekstrakan. Garis kontur dilabelkan dengan hasil asid elagik (mg/g). Kandungan air yang diramalkan optimum ialah kira-kira 35–45 mL/100 mL NDES, seperti ditunjukkan dalam Rajah 2B dan 2C. Masa ultrasonication yang lebih lama meningkatkan hasil asid ellagic (Rajah 2D dan 2E), menunjukkan peranan penting sonication dalam pengekstrakan NDES. Semasa pengekstrakan, mencampurkan kulit atau biji anggur dengan NDES memperkenalkan zarah dan gas, yang menambah tapak peronggaan akustik untuk ultrasound untuk menghasilkan banyak buih kecil dalam NDES. Letupan gelembung ini membawa kepada suhu yang melampau, perbezaan tekanan, daya ricih yang tinggi, pergolakan makro dan pencampuran mikro, yang secara berkesan menggerakkan NDES untuk mempercepatkan penyebaran dan pemindahan jisim. Apabila gelembung peronggaan meletup pada permukaan biji anggur atau zarah kulit, jet mikro yang terhasil dan perlanggaran antara zarah membawa kepada pengelupasan permukaan, hakisan, pecahan zarah, sonoporasi, dan gangguan sel [20]. Kesemua kesan mekanikal peronggaan yang disebabkan oleh ultrasound ini meningkatkan penembusan NDE ke bahagian dalam sel supaya fenolik antara sel daripada matriks makanan dipindahkan ke dalam pelarut. Nisbah pepejal kepada pelarut optimum ialah 1:10, seperti yang ditunjukkan oleh Rajah 2B, 2D, dan 2F. Akhir sekali, suhu pengekstrakan yang lebih tinggi sehingga 60 ◦C nampaknya mempunyai kesan positif ke atas kebolehekstrak asid elagik seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2C, 2E, dan 2F. Ini menunjukkan hubungan langsung antara suhu pengekstrakan dan hasil asid elagik yang diekstrak daripada kulit anggur. Hasil pengekstrakan asid ellagic (Jadual 4) dianalisis untuk pemodelan ramalan menggunakan rangkaian saraf tiruan. Data eksperimen dibahagikan secara rawak kepada set latihan dan set pengesahan. Sebab untuk memasukkan pengesahan yang ditetapkan oleh perisian statistik adalah untuk menyekat overfitting. Untuk meramalkan hasil asid elagik (Y), empat faktor pengekstrakan bebas yang sama (X1, X2, X3, dan X4), 1-2 lapisan tersembunyi dengan bilangan neuron yang berbeza, dan tiga fungsi pengaktifan telah dinilai. Fungsi pengaktifan yang digunakan ialah tangen hiperbolik, linear, dan gaussian. Seterusnya, set data dilatih sehingga nilai R kuasa dua yang tinggi untuk kedua-dua latihan dan pengesahan dicapai. Data ramalan dan model telah dihasilkan. Struktur ANN terbaik dipilih dengan menganalisis empat input (X1, X2, X3, dan X4) dengan satu lapisan tersembunyi menggunakan fungsi Gaussian dengan sepuluh neuron (Rajah S5). Set latihan dan pengesahan kuasa dua R ialah 0.99, manakala RASE dan AAE model masing-masing ialah 0.062 dan 0.044. R-kuadrat pengesahan ANN asid elagik dalam kajian ini (0.99) adalah lebih tinggi daripada pengesahan ANN procyanidins (0.95) dan antosianin (0.91) dalam kajian terdahulu [14]. Walau bagaimanapun, peningkatan dalam R2 ini mungkin dikaitkan dengan kesesuaian model yang dihasilkan dengan lebih baik bagi data dalam kajian ini, yang mungkin disebabkan oleh ralat percubaan yang lebih kecil. Model ANN ramalan untuk pengekstrakan asid elagik menggunakan NDES #1 ditunjukkan sebagai persamaan 3–13:

Cistanche untuk meningkatkan imuniti

Kesimpulan

Penemuan semasa membentangkan bukti lanjut tentang keberkesanan kebolehan NDES untuk mengekstrak polifenol daripada produk sampingan industri makanan. Hasilnya menyokong hipotesis pengekstrakan NDES berbantukan ultrasound yang unggul melebihi 75 peratus etanol. NDES berkesan mengekstrak tiga asid fenolik, dua flavonol dan tiga flavan-3-ol daripada kulit dan biji anggur. NDES #1 ialah NDES yang paling berkesan untuk mengekstrak asid ellagic, manakala NDES #3 terutamanya selektif ke arah mengekstrak catechin dan epicatechin. Kelemahan NDES yang ketara ialah kelikatannya yang tinggi, yang memberikan cabaran semasa pengendalian dan pemulihan. Dalam kajian ini, rangkaian saraf tiruan, tanpa mengira had hasilnya, menunjukkan pendekatan praktikal untuk pemodelan ramalan. NDE ialah media yang teguh untuk memulihkan fitokimia daripada sistem makanan. Sesetengah NDE juga membentangkan pelarut yang kurang toksik untuk mengkaji fitokimia ini dalam sel hidup [21,22]. Akhirnya, pelarut eutektik dalam semulajadi adalah media pengekstrakan alternatif yang berkesan kepada pelarut organik.

Rujukan

[1] W. Bi, M. Tian, ​​KH Row, Penilaian pelarut eutektik dalam berasaskan alkohol dalam pengekstrakan dan penentuanflavonoiddengan pengoptimuman metodologi permukaan tindak balas, J. Chromatogr. A 1285 (2013) 22–30, https://doi.org/10.1016/j. kroma.2013.02.041.
[2] M. Cvjetko Bubalo, N. ´ Curko, M. Tomaˇsevi´c, K. Kovaˇcevi´c Ghani's, I. Radojˇci´c Redovnikovi´c, Pengekstrakan hijau fenolik kulit anggur dengan menggunakan pelarut eutektik dalam, Food Chem. 200 (2016) 159–166, https://doi.org/10.1016/j. foodchem.2016.01.040.
[3] M. Panic, V. Gunjevi´c, G. Cravotto, I. Radojˇci´c Redovnikovi´c, Mendayakan teknologi untuk pengekstrakan anthocyanin pomace anggur menggunakan pelarut eutektik dalam semulajadi dalam kelompok sehingga setengah liter pengekstrakan anthocyanin grape-pomace menggunakan NADES, Food Chem. 300 (2019) 125185, https://doi.org/ 10.1016/j.foodchem.2019.125185.
[4] M. Hoffmann, et al., Panduan Pengeluaran Anggur Muscadine untuk Tenggara, North Carolina State University, NC State Extension Publications, 2020 https://content. ces.ncsu.edu/muscadine-grape-production-guide (diakses 18 Januari 2021). [5] Cline, B. dan C. Fisk, Gambaran keseluruhan keluasan anggur muscadine, kultivar dan kawasan pengeluaran di tenggara AS. Bengkel Anggur Muscadine untuk Ejen Pengembangan Koperasi, di Konsortium Buah-buahan Kecil Wilayah Selatan. 2006: Konsortium Buah-buahan Kecil Wilayah Selatan.
[6] PC Andersen A. Sarkhosh D. Huff J. Breman 2020 6 10.32473/edis-hs100-2020.
[7] P. Greenspan, et al., Sifat antiradang anggur muscadine (Vitis rotundifolia), J. Agric. Makanan. Kimia. 53 (22) (2005) 8481–8484, https://doi.org/ 10.1021/jf058015.
[8] DN Ignacio, KD Mason, EC Hackett-Morton, C. Albanese, L. Ringer, WD Wagner, PC Wang, MA Carducci, SK Kachhap, CJ Paller, J. Mendonca, L. Li Ying Chan, Bo Lin, DK Hartle, JE Green, CA Brown, TS Hudson, Ekstrak kulit anggur Muscadine menghalang sel kanser prostat dengan mendorong penangkapan kitaran sel dan mengurangkan penghijrahan melalui protein kejutan haba 40, Heliyon 5 (1) (2019) e01128, https://doi .org/10.1016/j.heliyon.2019.e01128.