استخراج اسیدهای فنولیک، فلاونول‌ها، و{1}}فلاوونول‌ها به کمک اولتراسوند از پوست و دانه‌های انگور موسکادینی با استفاده از حلال‌های یوتکتیک عمیق طبیعی و مدل‌سازی پیش‌بینی‌کننده توسط شبکه‌های عصبی مصنوعی

لطفا تماس بگیریدoscar.xiao@wecistanche.comبرای اطلاعات بیشتر

خلاصههدف از این مطالعه بررسی کارایی استخراج 9 حلال یوتکتیک عمیق طبیعی (NDES) با کمک سونوگرافی برایاسیدهای فنولیک, فلاونول هاو فلاوان-3-در پوست و دانه انگور موسکادینی (کارلوس) در مقایسه با 75 درصد اتانول. شبکه عصبی مصنوعی (ANN)برای بهینه‌سازی محتوای آب NDES، زمان فراصوت، نسبت جامد به حلال و دمای استخراج برای دستیابی به بالاترین بازده استخراج برای الاژیک اسید، کاتچین و اپی‌کاتچین استفاده شد. یک NDES جدید فرموله شده (#1) از کولین کلرید تشکیل شده است:اسید لوولینیکاتیلن گلیکول ۱:۱:۲ و ۲0 درصد آب بیشترین میزان اسید الاژیک را در پوست با ۲۲.۱ میلی‌گرم بر گرم استخراج کردند. این بازده 1.{7}}برابر 75 درصد اتانول بود. یک NDES اصلاح شده (#3) متشکل از کولین کلرید: پرولین: اسید مالیک 1:1:1 و 3{16}} درصد آب بیشترین مقدار کاتچین (0.61 میلی گرم در گرم) و اپی کاتچین را استخراج کرد. (0.89 mg/g) در پوست و 2.77 mg/g و 0.37 mg/g در دانه. بازده بهینه اسید الاژیک در پوست با استفاده از NDES #1 25.3 mg/g (مشاهده‌شده) و 25.3 mg/g (پیش‌بینی‌شده) بود. عملکرد بهینه (کاتچین به علاوه اپی کاتچین) در دانه با استفاده از NDES #3 9.8 میلی گرم در گرم (مشاهده شده) و 9.6 میلی گرم در گرم (پیش بینی شده) بود. این مطالعه کارایی استخراج بالای NDES انتخابی برای پلی فنل ها را در شرایط بهینه نشان داد.

لطفا برای دانستن بیشتر اینجا را کلیک کنید

مقدمه

حلال‌های یوتکتیک عمیق طبیعی (NDES) با مخلوط کردن اهداکنندگان پیوند هیدروژنی با گیرنده‌های پیوند هیدروژنی در نسبت مولی مناسب [1] تهیه می‌شوند. نقطه ذوب یک جزء باید کمتر از نقطه ذوب یکی دیگر باشد [1]. پس از حرارت دادن و مخلوط کردن، این محیط در دمای اتاق به مایع تبدیل می شود. آب برای تثبیت و قطبی شدن مخلوط اضافه می شود. تحقیقات در زمینه استخراج فیتوشیمیایی با استفاده از NDES به دلیل قابلیت استخراج و حلالیت موثر آنها گسترش یافته است. با این وجود، عوامل متعددی هنگام مقایسه NDES با حلال‌های آلی نقش مهمی از جمله بازده، هزینه، بازیابی و سمیت بازی می‌کنند. تحقیقات قبلی NDES را در استخراج پلی فنل های مختلف از ماتریس های غذایی مختلف مورد بررسی قرار داد. به عنوان مثال، Bubalo و همکاران. (2016) 5 NDES، آب، 70 درصد متانول (v/v) و 70 درصد متانول اسیدی شده (v/v) را برای استخراج آنتوسیانین، کاتچین و کورستین{8}O-گلوکوزید از پوست انگور قرمز مقایسه کردند. یک NDES متشکل از کولین کلرید: اگزالیک اسید (1:1) با 25 درصد آب (v/v) کارآمدترین حلال استخراج است [2]. در مطالعه دیگری، Pani´c و همکاران. (2019) 8 NDES را آزمایش کرد و 70 درصد اتانول را اسیدی کرد و کولین کلرید: اسید سیتریک (2:1) با 30 درصد آب (v/v) را به عنوان بهترین NDES برای استخراج آنتوسیانین از تفاله انگور مشاهده کرد [3]. انگور موسکادین (Vitis rotundifolia) بومی ایالت های جنوب شرقی و اولین انگور وحشی کشت شده در ایالات متحده است [4]. انگور مسکادین در 12 ایالت و در مجموع حدود 5000 هکتار تولید می شود [5]. 100 نوع انگور موسکادین وجود دارد که هر کدام از نظر خصوصیات فیزیکی، حسی یا شیمیایی متفاوت هستند [4]. در میان آنها، کارلوس یک انگور موسکادینی است که به طور گسترده کاشته می شود به دلیل عملکرد بالای محصول و قوام رشد آن [4]. انگور موسكادين كارلوس داراي اندازه متوسط، رنگ برنزي، پوست ضخيم تر و به طور متوسط ​​حاوي چهار دانه است [6]. انگور موسکادین حاوی مقادیر قابل توجهی ازپلی فنول هاکه به کاهش التهاب [7]، مهار رشد تومور پروستات [8] و بهبود پاسخ های متابولیک بیماران دیابتی [9] معروف هستند. تفاله انگور موسكادين، محصول جانبي آب انگور يا شراب سازي انگور، از پوست و دانه تشكيل شده است. یک مطالعه تحقیقاتی قبلی از مخلوط استون: آب: اسید استیک (70:29.7:0.3، v/v) برای استخراج ترکیبات فنلی از دانه‌ها، پوست و پالپ هشت رقم انگور موسکادینی در فلوریدا استفاده کرد. از جمله کارلوس [10]. با این حال، استفاده از حلال های آلی قابل اشتعال و راندمان استخراج پایین آنها مانع از کاربردهای عملی شد. بیشتر تفاله انگور موسکادین هنوز به عنوان زباله دور ریخته می شود. شبکه‌های عصبی مصنوعی (ANN) یک سیستم نقشه‌برداری غیرخطی است که از واحدهای پردازش پایه مختلف تشکیل شده است که توسط انجمن‌های وزنی به هم متصل شده‌اند. این واحدهای پردازشی «نورون» [11] نامیده می شوند. شبکه عصبی مصنوعی یک رویکرد یادگیری ماشینی برای پیش‌بینی یا پیش‌بینی پاسخ بر اساس ورودی‌های متعدد است [11]. تحقیقات قبلی از روش‌های سطح پاسخ (RSM) برای بهینه‌سازی و پیش‌بینی استخراج استفاده کرده است. با این حال، مطالعات کمی از ANN برای همین منظور استفاده کرده اند. برای مثال، سینها و همکاران. (2013) پیشنهاد کرد که ANN عملکرد پیش‌بینی بهتری نسبت به RSM در استخراج رنگ طبیعی از دانه‌های Bixa Orellana (Annatto) دارد [12]. در مطالعه مشابه، سیریک و همکاران. (2020) گزارش داد که مدل ANN برای پیش‌بینی استخراج ترکیبات فنلی از سیر بهتر از RSM بود [13]. هدف از این تحقیق بررسی کارایی استخراج 9 NDES برای اسیدهای فنولیک، فلاونول‌ها و فلاوان{17}}ها در مقایسه با 75 درصد اتانول با کمک اولتراسوند بود. ANN برای پیش‌بینی و بهینه‌سازی شرایط استخراج بر روی عملکرد فنلی استفاده شد. فرضیه این بود که NDES با ترکیبات خاص، مقادیر بیشتری از اسیدهای فنولیک، فلاونول‌ها و فلاوونول‌ها را نسبت به 75 درصد اتانول استخراج می‌کند و بالاترین بازده استخراج را می‌توان با مدل‌سازی پیش‌بینی‌کننده مبتنی بر ANN به دست آورد.

2. مواد و روشها 2.1. مواد شیمیایی و معرف‌ها کلرید کولین، اسید لوولینیک، 1،2-پروپاندیول، DL-مالیک اسید، اسید اگزالیک، اسید هیدروکلریک و اسید فرمیک از Acros Organics (Morris Plains، NJ، ایالات متحده آمریکا) به دست آمد. اسید لاکتیک، اتیلن گلیکول، گلیسین، استونیتریل درجه HPLC، متانول و اتانول از Fishers Scientific (Waltham، ماساچوست، ایالات متحده آمریکا) خریداری شد. ال-پرولین و بتائین هیدروکلراید از آلفا ایسر (وارد هیل، MA، ایالات متحده آمریکا) خریداری شد. استانداردهای درجه HPLC از الاژیک اسید، اسید گالیک، اسید فرولیک، (به علاوه) -کاتچین، (-) -اپیکاتچین، میریستین، کوئرستین، و کامفرول از سیگما آلدریچ (سنت لوئیس، MO، ایالات متحده آمریکا) به دست آمد.

2.2. طراحی NDESNDES #1-2 در جدول 1 در مطالعه قبلی ما طراحی شده است [14]. کولین کلرید در NDES #1-2 به عنوان گیرنده هیدروژن انتخاب شد، در حالی که دو اهداکننده هیدروژن مختلف برای هر NDES جدید انتخاب شدند. نسبت مولی بین اهداکنندگان هیدروژن و گیرنده و محتوای آب در آزمایش‌های اولیه تعیین شد. NDES #3-9 در جدول 1 از ادبیات انتخاب شده است زیرا مطالعات قبلی آنها را به عنوان NDES موثر در استخراج پلی فنل ها معرفی کرده اند. محتوای آب در NDES #3 از ادبیات ذکر شده اصلاح شد. یک روش گرمایش برای تهیه NDES استفاده شد [15]. به طور خلاصه، گیرنده پیوند هیدروژنی با هر یک از اجزای دهنده پیوند هیدروژنی در فلاسک های ارلن با یک نوار همزن مخلوط شد. مخلوط داخل فلاسک را بسته و در دمای 50 ◦C به مدت حدود 3{0 دقیقه یا تا زمانی که مایع شفاف تشکیل شود و در دمای اتاق ثابت بماند، حرارت داده شد. محتوای آب در جدول 1 با توجه به حجم نهایی مخلوط NDES محاسبه شد. pH NDES فهرست شده در جدول 1 با استفاده از pH متر (AB15، Accumet، Fisher Scientific، Waltham، MA، USA) اندازه گیری شد. 2.3. آماده‌سازی نمونه / استخراج به کمک اولتراسوند پوست و دانه‌های انگور منجمد موسکادینی (Vitis rotundifolia) ( رقم: Carlos) توسط تاکستان‌های Paulk (Wray، جورجیا، ایالات متحده آمریکا) ارائه شد. پس از برداشتن پوسته، برگ یا دمبرگ، تفاله ها به دانه ها و پوست جدا می شدند. سپس نمونه‌ها با استفاده از اجاق خلاء (Isotemp، Model 285A، Fisher Scientific، Waltham، Massachusetts، USA) در دمای 6{76}} ◦C و فشار خلاء کمتر از -30 اینچ جیوه خشک شدند. سپس، نمونه‌ها با استفاده از آسیاب کایمریک به پودر ریز تبدیل شدند (A1{1{145}}5}}00، RRH Inc.، 2800 W، ژجیانگ، چین). با استفاده از نسبت جامد به حلال اولیه 1:20 (گرم: میلی لیتر)، 0.50 گرم از پوست یا دانه انگور موسکادین در 10 میلی لیتر NDES یا 75 درصد اتانول در سه تکرار مخلوط شد. نمونه‌ها سپس در یک حمام آب (60 ◦C) قرار داده شدند و به مدت 30 دقیقه در 100 درصد تحت فراصوت قرار گرفتند (VCX 1500, Sonics & Materials Inc., 1500-Watt, 50/60 Hz, Newtown, CT, USA) دامنه برای دو دور (15 دقیقه / دور). سپس، نمونه‌ها بلافاصله (Sorvall ST 8، Fisher Scientific، Suzhou، China) در 3260 گرم سانتریفیوژ شدند تا یک مایع رویی شفاف به دست آمد. در نهایت، مواد رویی جمع‌آوری و در فریزر 20- درجه سانتیگراد برای تجزیه و تحلیل HPLC اسیدهای فنولیک (الاژیک اسید، اسید گالیک، اسید فرولیک)، فلاونول‌ها (میریستین، کوئرستین و کامفرول) و فلاوان‌اول‌ها نگهداری شدند. (کاتچین و اپی کاتچین). 2.4. آنالیزهای HPLC اسیدهای فنولیک، فلاونول‌ها و فلاوون‌ها اسیدهای فنولیک، فلاونول‌ها، و فلاوون‌ها بر روی یک سیستم HPLC (Agilent Technologies 1200، Waldbronn، آلمان) با توجه به روشی که در ساندو و گو (2013) [16]. سیستم HPLC از یک پمپ باینری، یک نمونه‌بر خودکار، یک محفظه ستون ترموستات، یک آشکارساز آرایه دیود و یک آشکارساز فلورسانس تشکیل شده است. عصاره های پوست یا دانه انگور قبل از تجزیه و تحلیل اسیدهای فنولیک و فلاونول ها هیدرولیز شدند. هیدرولیز با مخلوط کردن 1 میلی لیتر از عصاره با 4 میلی لیتر محلول هیدرولیز (1.2 مولار HCI حاوی 50 درصد متانول) و قرار دادن در حمام آب (دقیق، مدل 2837، 400 وات، 50/60 هرتز، Thermo Scientific، Marietta) انجام شد. , OH, USA) در دمای 90 ◦C به مدت 80 دقیقه. سپس نمونه ها تا دمای 25 درجه سانتیگراد خنک شدند و سپس به مدت 5 دقیقه فراصوت شدند. هیدرولیز عصاره برای آنالیز کاتچین و اپی کاتچین مورد نیاز نبود. عصاره های هیدرولیز شده و هیدرولیز نشده از طریق غشای 0.45 میکرومتر پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE) قبل از تجزیه و تحلیل HPLC فیلتر شدند. برای تجزیه و تحلیل اسید الاژیک، اسید گالیک، اسید فرولیک، میریستین، کوئرستین، کامفرول، کاتچین و اپی کاتچین، 10 میکرولیتر به ستون SB-C18 (4.6 × 250 میلی‌متر، 5 میکرومتر، Zorbax، Agilent، Santa Clara، CA، CA، CA، سانتا کلارا، کالیفرنیا) تزریق شد. ایالات متحده آمریکا). فازهای متحرک (A) 0.5 درصد اسید فرمیک و (B) 100 درصد استونیتریل بودند. سرعت جریان 1 میلی لیتر در دقیقه با گرادیان اصلاح شده 25 دقیقه به شرح زیر بود: 0-5 دقیقه، 10-30 درصد B. 5-10 دقیقه، 30-40 درصد B; 10-20 دقیقه، 40-50 درصد B. 20-25 دقیقه، 50-10 درصد B. به دنبال آن 5 دقیقه تعادل. دمای ستون 30 ◦C تنظیم شد. طول موج تشخیص 260 نانومتر برای الاژیک اسید، گالیک اسید و فرولیک اسید و 360 نانومتر برای میریستین، کوئرستین و کامفرول در آشکارساز آرایه دیود نوری بود. تحریک و انتشار برای کاتچین و اپی کاتچین به ترتیب 230 نانومتر، 321 نانومتر با استفاده از آشکارساز فلورسانس بود. ترکیبات پلی فنل با استفاده از منحنی های استاندارد اسید الاژیک، اسید گالیک، اسید فرولیک، میریستین، کوئرستین، کامفرول، کاتچین و اپی کاتچین اندازه گیری شد. همه منحنی های استاندارد دارای 7 نقطه و R2 > 0.99 بودند. 2.5. طراحی سفارشی برای شبکه های عصبی مصنوعی چهار متغیر استخراج مستقل با چهار سطح: محتوای آب (15-60 درصد)، زمان فراصوت (5-35 دقیقه)، نسبت جامد به حلال (1:5-1:20)، و استخراج دمای (30-60 ◦C) (جدول S1) برای بهینه‌سازی بازده استخراج اسیدهای فنولیک، فلاونول‌ها و فلاوان‌ها اعمال شد. بر خلاف طرح‌های کلاسیک مانند طراحی سطح پاسخ، طراحی مبتنی بر ANN نیازی به اجراهای تکراری ندارد و ساختار داده متفاوتی را ترجیح می‌دهد. در مطالعه قبلی ما [14]، ANN روش قابل اعتمادتری برای پیش‌بینی بازده استخراج نسبت به RSM بود. بنابراین، ANN در این مطالعه برای پیش‌بینی بازده استخراج اسید الاژیک، کاتچین و اپی‌کاتچین انتخاب شد. یک طرح سفارشی با 40 اجرا (جدول S2) در JMP Pro (نسخه 14.2، SAS Institute Inc.، Cary، NC، ایالات متحده آمریکا) ایجاد شد تا داده‌هایی را به‌طور خاص برای مدل‌سازی پیش‌بینی ANN ارائه کند. تصادفی سازی 40 اجرا برای حذف هرگونه سوگیری اعمال شد. معادله اصلی ANN به صورت زیر نشان داده شده است:=∑jj=1 wh jpg به اضافه bhk، k=1toK (1) که در آن h تعداد نورون‌های لایه پنهان است. j و k به ترتیب تعداد متغیرهای ورودی و نورون های پنهان هستند، p متغیر ورودی، bh بایاس لایه پنهان و wh وزن در لایه پنهان است. بازده استخراج الاژیک اسید، کاتچین و اپی کاتچین در رابطه با چهار متغیر مستقل با استفاده از ANN ابتدا با آموزش داده ها و سپس انتخاب بهترین نوع فعال سازی و تعدادی نورون که منجر به تناسب کافی از داده ها می شود، تجزیه و تحلیل شد. برای ارزیابی موفقیت مدل‌های پیش‌بینی، سه مقدار مورد ارزیابی قرار گرفته‌اند: R-square، ریشه دوم میانگین مربعات خطای پیش‌بینی (RASE) (معادله (2))، و میانگین خطای مطلق (AAE). RASE RASE است=̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ SSE/n √ (2) جایی که SSE خطاهای پیش‌بینی را مجذور و مجموع می‌کند (تفاوت بین پاسخ‌های واقعی و پاسخ‌های پیش‌بینی‌شده) و n برای تعدادی از مشاهدات. R-square نزدیک به 1 با RASE و AAE نزدیک به صفر به معنای برازش بیشتر داده ها در مدل است. 2.6. آمار بازده استخراج اسیدهای فنولیک، فلاونول‌ها و فلاوان{142}}ها با ANOVA یک طرفه و سپس آزمون t Student در p کمتر یا مساوی 0.05 با استفاده از JMP Pro (نسخه 14.2، SAS Institute Inc., کری، NC، ایالات متحده). هر nde و 75 درصد اتانول با استفاده از آزمون دانت در p کمتر یا مساوی 0.05 مقایسه شد. تجزیه و تحلیل اجزای اصلی (PCA) در JMP Pro (نسخه 14.2، SAS Institute Inc.، Cary، NC، USA) برای ترکیبات فنلی استخراج شده از پوست و دانه انگور موسکادین انجام شد. 3. نتایج و بحث 3.1. پلی فنل های استخراج شده توسط NDES از پوست انگور موسکادین، نه NDES و 75 درصد اتانول برای استخراج پلی فنول ها از پوست انگور موسکادینی استفاده شد. جدول 2 بازده استخراج اسید الاژیک، اسید گالیک، اسید فرولیک، میریستین، کورستین، کامفرول، کاتچین و اپی کاتچین را نشان می دهد. اسید الاژیک فراوان ترین پلی فنل قابل استخراج در پوست انگور بود و پس از آن اسید گالیک و اسید فرولیک به ترتیب در رتبه های بعدی قرار گرفتند. این یافته با مطالعات قبلی مطابقت داشت [17،18]. NDES #1، #8، #7، #3، #2 و #9 مقادیر قابل توجهی اسید الاژیک در پوست انگور نسبت به 75 درصد اتانول استخراج کردند. بالاترین بازده استخراج اسید الاژیک توسط NDES #1 و سپس NDES #8 به ترتیب با mg/g 2.2 ± 22.1 و mg/g 2.5 ± 21.3 به دست آمد (جدول 2). اما بین NDES #1 و NDES #8 بر اساس آزمون t Student تفاوت معنی داری وجود نداشت. جالب توجه است که NDES #1 کمترین اثربخشی NDES برای استخراج آنتوسیانین ها از

تفاله زغال اخته [14]. این نشان می‌دهد که NDES #1 ممکن است به طور انتخابی اسید الاژیک یا الاژیتانن‌ها را از ماتریکس غذایی که حاوی آنتوسیانیدین‌ها نیز هستند استخراج کند. چنین انتخابی ممکن است به تفاوت در برهمکنش های مولکولی بین NDES و کلاس های فنلی خاص نسبت داده شود. شکل S1 (پانل A) کروماتوگرام HPLC اسید گالیک، اسید الاژیک و اسید فرولیک را نشان می‌دهد که توسط NDES #1 از پوست انگور استخراج شده و در 260 نانومتر شناسایی شده است. 75 درصد اتانول 1.2 ± 12.7 میلی گرم اسید الاژیک در هر گرم پوست انگور استخراج کرد. کمترین بازده استخراج اسید الاژیک در NDES #4 در 6.6 ± 7.44 0 میلی گرم در گرم مشاهده شد. بازده استخراج اسید گالیک توسط NDES #9، #8، #1، #4، #7 و #3 قابل مقایسه و به طور قابل توجهی بالاتر از 75 درصد اتانول بود. بیشترین مقدار اسید گالیک توسط NDES #9 با 10.4 ± 0.5 mg/g استخراج شد، در حالی که کمترین مقدار 5.55 ± {{40}} mg/g 1.1 توسط NDES #5 استخراج شد. بیشترین مقدار فرولیک اسید توسط NDES #1 به میزان 7/6 ± 32/6 0/g/g و کمترین مقدار توسط NDES شماره 5 به میزان 3.11 ± 0 استخراج شد.{{5{52} }}}} میلی گرم در گرم. علاوه بر این، تفاوت معنی داری بین NDES #1 و اتانول 75 درصد در استخراج اسید فرولیک وجود نداشت (جدول 2). بیشترین مقدار کاتچین و اپی کاتچین توسط NDES #3 به میزان 1.1 ± 0.61 mg/g و 0.1 ± .89. g به ترتیب (جدول 2). در همین حال، NDES #3 و #6 مقادیر قابل توجهی بیشتری از اپی کاتچین را نسبت به 75 درصد اتانول استخراج کردند. شکل S2 (پانل A) کروماتوگرام HPLC کاتچین و اپی کاتچین استخراج شده توسط NDES #3 از پوست انگور را نشان می دهد. با این حال، کاتچین در عصاره اتانولی 75 درصد تشخیص داده نشد. کمترین مقدار کاتچین ({85}}.02 میلی گرم در گرم) و اپی کاتچین ({{90}}}.14 میلی گرم در گرم) توسط NDES #2 و NDES # استخراج شد. 5 به ترتیب. Myricetin فراوان ترین فلاونول و کامپفرول کمترین مقدار بود. آزمایش دانت نشان داد که NDE ها و 75 درصد اتانول در استخراج میریستین، کورستین و کامفرول قابل مقایسه هستند (جدول 2). بیشترین میزان میریستین توسط NDES #1 (1.84 میلی گرم در گرم)، پس از آن 75 درصد اتانول (1.73 میلی گرم در گرم) و سپس NDES #8 (1.67 میلی گرم در گرم) استخراج شد. بیشترین مقدار کوئرستین توسط 75 درصد اتانول ({98}}.41 mg/g)، NDES #1 (0.40 mg/g) و NDES #8 (0}. {143}}.38 mg/g). در مقابل، کمترین مقدار میریستین و کوئرستین توسط NDES #5 به ترتیب به میزان mg/g87.87 و 0.27 mg/g استخراج شد. این یافته بیشتر بر توانایی کلی ضعیف NDES #5 برای استخراج پلی فنول ها از پوست انگور تاکید می کند. بیشترین مقدار کامفرول توسط 75 درصد اتانول ({152}}.{157}}5 mg/g) و کمترین آن توسط NDES #5 و NDES#6 (0.03 mg/g) استخراج شد. شکل S1 (پانل B) کروماتوگرام HPLC از میریستین، کوئرستین و کامپفرول استخراج شده از پوست انگور توسط NDES #1 را نشان می دهد که در 360 نانومتر شناسایی شده است. بالاترین مقدار اسیدهای فنولیک، فلاونول‌ها و فلاوان‌اول‌ها 40.7 میلی‌گرم بر گرم بود که با NDES #1 و پس از آن 39.8 میلی‌گرم در گرم با NDES #8 استخراج شد، در حالی که کمترین مقدار 18.4 میلی‌گرم در گرم استخراج شد. توسط NDES #5 (جدول 2). pH NDES بین 0.3 و 3.3 بود (جدول 1). همبستگی مربعی بین pH NDEها و بازده اسیدهای فنولیک، فلاونول‌ها و فلاونول‌ها در جدول 2 فهرست شده است. فقدان همبستگی بین pH و بازده استخراج نشان می‌دهد که pH بر راندمان استخراج تأثیری ندارد. 3.2. پلی فنل‌های استخراج‌شده توسط NDES از دانه‌های انگور موسکادین بازده کلی استخراج اسیدهای فنولیک، فلاونول‌ها و فلاوان{123}}ها از دانه‌های انگور به‌طور قابل‌توجهی کمتر از پوست بود (جدول 3). فراوان ترین پلی فنل های قابل استخراج در دانه ها کاتچین و اپی کاتچین بودند، در حالی که کامفرول شناسایی نشد. ماتریکس دانه پیچیده حاوی روغن (13 درصد، وزن بر وزن پایه خشک) توضیحی ممکن برای استخراج پذیری کم ترکیبات فنلی از دانه های انگور است [19]. بیشترین مقدار کاتچین توسط NDES #3 با mg/g 77/2 استخراج شد (جدول 3). این عملکرد به طور قابل توجهی بالاتر از سایر NDES و 75 درصد اتانول بود. شکل S2 (پانل B) کروماتوگرام HPLC کاتچین و اپی کاتچین استخراج شده توسط NDES #3 از دانه های انگور را نشان می دهد. کمترین مقدار کاتچین توسط NDES #5 با mg/g 30/0 استخراج شد. همه NDES به جز NDES #1، #2 و #9 مقادیر قابل توجهی بالاتری از اپی کاتچین را نسبت به 75 درصد اتانول استخراج کردند (جدول 3). بیشترین غلظت اپی کاتچین توسط NDES #4 (0.71 mg/g) و NDES #5 (0.68 mg/g) و کمترین آن توسط اتانول 75 درصد (mg/g 0.11) استخراج شد. اسید گالیک فراوان ترین اسید فنولیک قابل استخراج در دانه انگور بود و پس از آن اسید فرولیک و اسید الاژیک به ترتیب در رتبه های بعدی قرار گرفتند. بیشترین میزان اسید گالیک توسط NDES #4 با mg/g 0.45 استخراج شد و پس از آن NDES #9 و NDES #8 قرار گرفتند. این NDE ها مقادیر قابل توجهی بالاتر از اسید گالیک را نسبت به اتانول 75 درصد استخراج کردند. کمترین مقدار اسید گالیک (0.2 میلی گرم در گرم) توسط NDES #3 استخراج شد. بالاترین استخراج

بازده اسید الاژیک با NDES #9 ({1}}.26 mg/g) و سپس NDES #6 (0.17 mg/g) به‌دست آمد که به‌طور معنی‌داری بالاتر از 75 درصد اتانول بود. به طور مشابه، NDEs #3 کمترین مقدار اسید الاژیک را در 0 استخراج کردند.{14}}5 میلی گرم در گرم. علاوه بر این، NDES #6، #7 و #3 مقادیر قابل توجهی بالاتری از اسید فرولیک را نسبت به اتانول 75 درصد استخراج کردند. کمترین بازده استخراج اسید فرولیک 0.5 mg/g توسط NDES #5 بود. علاوه بر این، اسید فرولیک در عصاره NDES #9 شناسایی نشد. این به احتمال زیاد به این دلیل بود که حلالیت اسید فرولیک در NDES #9 کمتر از سایر NDE ها بود. بالاترین عصاره میریستین با 75 درصد اتانول و NDES #7 به میزان 18.18 mg/g 0 بدست آمد که از همه NDE ها بیشتر بود. بیشترین بازده استخراج کوئرستین مربوط به NDES #6 (0.14 mg/g) و NDES #3 (0.13 mg/g) بود و هر دو NDES بهتر از 75 درصد اتانول بودند. به طور مشابه، pH NDES بر بازده استخراج تأثیری نداشت، همانطور که با همبستگی کم (R-squared) بین pH NDEs و بازده اسیدهای فنولیک، فلاونول‌ها و فلاون{31}ها در جدول 3 نشان داده شده است. 3.3. . تجزیه و تحلیل اجزای اصلی (PCA) برای مرتبط کردن عملکرد استخراج ترکیبات فنلی مختلف در پوست و دانه انگور با NDEs و 75 درصد اتانول انجام شد (شکل 1). PCA بر روی یک ماتریس همبستگی برای تشخیص انتخاب‌پذیری احتمالی برخی از NDEs برای استخراج ترکیبات یا گروه‌های فنلی خاص انجام شد. حدود 85 درصد از واریانس داده های پوست با اجزای اصلی 1 و 2 توضیح داده شد. نمودار بارگذاری (شکل 1B) همبستگی بالایی را بین اسیدهای فنولیک (اسید الاژیک، اسید گالیک، اسید فرولیک) و فلاونول ها (میریستین، کورستین، و کامفرول). برای استخراج این گروه ها، بهترین حلال ها NDES #1، #8، #7 و 75 درصد اتانول هستند که در نمودار امتیازی نشان داده شده است (شکل 1A). در همین حال، کاتچین و اپی کاتچین از بقیه گروه های فنلی جدا شده اند. همانطور که در شکل 1A نشان داده شده است، NDES #3 برای استخراج کاتچین و اپی کاتچین از پوست انگور انتخابی بود. این یک مشاهدات جالب بود زیرا NDES#3 در میان کم‌کارآمدترین NDES برای استخراج پروآنتوسیانیدین‌ها بود که الیگومرها و پلیمرهای کاتچین و اپی‌کاتچین هستند [14]. این نشان می‌دهد که NDES #3 ممکن است برای پروآنتوسیانیدین‌هایی با اندازه‌های مولکولی کوچک‌تر انتخابی باشد. خوشه بندی ترکیبات فنلی در کرت بارگذاری پوست (شکل 1B) با دانه (شکل 1D) بدون توجه به عملکرد کم این ترکیبات در دانه های انگور متفاوت بود. مولفه های اصلی اول و دوم حدود 73 درصد از واریانس داده های بذر را توضیح دادند. همانطور که در نمودار امتیازی نشان داده شده است، کوئرستین، میریستین و اسید فرولیک توسط NDES #6، #7 و 75 درصد اتانول با کارایی بیشتری استخراج شدند (شکل 1C). اسید الاژیک و اسید گالیک به طور موثرتری توسط NDES #9 استخراج شدند. یک بار دیگر، کاتچین با بالاترین کارایی توسط NDES #3 استخراج شد که مشابه با پوست انگور بود. Epicatechin با کارایی بالاتر توسط NDES #5، #4 و NDES #8 استخراج شد.

3.4. بهینه‌سازی استخراج اسیدهای فنولیک و فلاونول‌ها از پوست انگور موسکادینی و مدل‌سازی پیش‌بینی ANN کولین کلرید: لوولینیک اسید: اتیلن گلیکول 1:1:2 (NDES #1) بالاترین بازده استخراج را برای اسید الاژیک نشان داد و بنابراین برای بهینه‌سازی بیشتر انتخاب شد. پیش بینی. تأثیر چهار عامل، از جمله محتوای آب، زمان فراصوت، نسبت جامد به حلال، و دمای استخراج برای استخراج اسیدهای فنولیک و فلاونول‌ها ارزیابی شد. علاوه بر این، چهار سطح برای هر عامل استخراج در مجموع 4{121}} اجرا تصادفی اعمال شد. بازده استخراج تجربی الاژیک اسید، گالیک اسید، فرولیک اسید، میریستین و کوئرستین، همراه با مجموع این پنج مورد، در جدول 4 نشان داده شده است. برای اسیدهای فنولیک برای مثال، کمترین بازده برای الاژیک اسید 9 بود.{123}}3 میلی‌گرم در گرم (دوره #17) و بالاترین آن 25.3 میلی‌گرم بر گرم (دوره شماره 15) بود که منجر به اختلاف 2/16 میلی‌گرم در گرم شد. (اجرای شماره 17). همچنین کمترین مجموع عملکرد 20.7 میلی‌گرم در گرم و بیشترین آن 71.5 میلی‌گرم در گرم بود. این نشان دهنده تأثیر قابل توجه سطوح مختلف هر عامل استخراج بر عملکرد استخراج است. اجرای شماره 15 بیشترین مقدار اسید الاژیک را استخراج کرد. شرایط استخراج آزمایش شماره 15 45 میلی لیتر / 10{{13{132}}}} محتوای آب، 25 دقیقه اولتراسونیک، نسبت جامد به حلال 1:10 (گرم: میلی لیتر) بود. و دمای استخراج 60 ◦C. شکل S3 کروماتوگرام HPLC از اسیدهای فنولیک بهینه استخراج شده از پوست انگور توسط NDES #1 را نشان می دهد (اجرای شماره 15 در جدول 4). بالاترین اسید گالیک (18.7 میلی گرم در گرم) با استفاده از شرایط استخراج در مرحله 24 و کمترین آن 6.63 میلی گرم در گرم در مرحله شماره 40 بود. برای اسید فرولیک، اجرای شماره 22 بیشترین مقدار را با 19.2 میلی گرم بر گرم استخراج کرد، در حالی که هیچ اسید فرولیک در مرحله های 14، 17، 29 و 34 مشاهده نشد. اجرای شماره 22 با 60 میلی لیتر / 100 میلی لیتر آب، 5 دقیقه اولتراسونیک، 1: 5 برای نسبت جامد به حلال، و دمای استخراج 60 درجه سانتیگراد استخراج شد. اجرای شماره 2 بیشترین میزان میریستین (10.1 میلی گرم در گرم) و کورستین (1.87 میلی گرم در گرم) را استخراج کرد. شرایط استخراج مرحله شماره 2 60 میلی لیتر / 100 میلی لیتر محتوای آب، 35 دقیقه اولتراسونیک، 1:20 برای نسبت جامد به حلال، و دمای استخراج 60 درجه سانتیگراد بود. کمترین بازده معین من (3.79 میلی گرم در گرم) در مرحله شماره 40 استخراج شد. نمودارهای کانتور در شکل 2 اثر پارامترهای استخراج (X1، X2، X3 و X4) را بر عملکرد پیش بینی شده اسید الاژیک استخراج شده توسط NDES #1 از پوست انگور نشان می دهد. بازده پیش بینی شده اسید الاژیک در جدول 4 برای ساخت این نمودارهای شمارش استفاده شد. هر پانل تاثیر 2 پارامتر استخراج را نشان می دهد. خطوط کانتور با بازده اسید الاژیک (mg/g) برچسب گذاری شده اند. همانطور که در شکل 2B و 2C نشان داده شده است، محتوای بهینه آب پیش بینی شده حدود 35-45 میلی لیتر / 100 میلی لیتر NDES بود. زمان فراصوت طولانی‌تر باعث افزایش بازده اسید الاژیک شد (شکل 2D و 2E)، که نشان‌دهنده نقش حیاتی فراصوت در استخراج NDES است. در طول استخراج، مخلوط کردن پوست یا دانه‌های انگور با NDES ذرات و گاز را وارد می‌کند که مکان‌های حفره‌ای صوتی برای سونوگرافی‌ها را برای تولید حباب‌های کوچک متعدد در NDES اضافه می‌کند. انفجار این حباب ها منجر به دمای شدید، اختلاف فشار، نیروی برشی بالا، آشفتگی های ماکرو و اختلاط میکرو شد که به طور موثر NDES را برای تسریع انتشار و انتقال جرم تحریک کرد. هنگامی که حباب‌های کاویتاسیون روی سطح دانه‌های انگور یا ذرات پوست منفجر می‌شوند، ریز جت‌های حاصل و برخوردهای بین ذره‌ای منجر به لایه‌برداری سطحی، فرسایش، تجزیه ذرات، سونوگرافی و از هم گسیختگی سلولی می‌شود [20]. تمام این اثرات مکانیکی کاویتاسیون ناشی از اولتراسوند نفوذ NDEs به داخل سلول را تشدید کرد به طوری که فنول های بین سلولی از ماتریکس غذا به حلال ها منتقل شدند. همانطور که در شکل 2B، 2D و 2F نشان داده شده است، نسبت جامد به حلال بهینه 1:10 بود. در نهایت، به نظر می‌رسد که دمای استخراج بالاتر تا 60 درجه سانتیگراد تأثیر مثبتی بر قابلیت استخراج اسید الاژیک دارد، همانطور که در شکل 2C، 2E، و 2F نشان داده شده است. این نشان دهنده رابطه مستقیم بین دمای استخراج و بازده اسید الاژیک استخراج شده از پوست انگور است. بازده استخراج اسید الاژیک (جدول 4) برای مدل سازی پیش بینی با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. داده های تجربی به طور تصادفی به یک مجموعه آموزشی و یک مجموعه اعتبار سنجی تقسیم شدند. دلیل گنجاندن یک مجموعه اعتبار سنجی توسط نرم افزار آماری، جلوگیری از برازش بیش از حد است. برای پیش‌بینی بازده اسید الاژیک (Y)، همان چهار عامل استخراج مستقل (X1، X2، X3، و X4)، 1-2 لایه پنهان با تعداد متفاوتی از نورون‌ها و سه عملکرد فعال‌سازی مورد ارزیابی قرار گرفتند. توابع فعال سازی اعمال شده مماس هذلولی، خطی و گاوسی بودند. در مرحله بعد، مجموعه داده‌ها تا زمانی که به یک مقدار R-squared بالا برای آموزش و اعتبار سنجی رسید، آموزش داده شدند. داده های پیش بینی و یک مدل تولید شد. بهترین ساختار ANN با تجزیه و تحلیل چهار ورودی (X1، X2، X3 و X4) با یک لایه پنهان با استفاده از تابع گاوسی با ده نورون انتخاب شد (شکل S5). مجذور R مجموعه‌های آموزشی و اعتبارسنجی 99/0 بود، در حالی که RASE و AAE مدل به ترتیب 062/0 و 044/0 بود. مربع R اعتبار ANN اسید الاژیک در این مطالعه (99/0) بالاتر از اعتبارسنجی ANN پروسیانیدین ها (95/0) و آنتوسیانین ها (91/0) در مطالعه قبلی بود [14]. با این حال، این افزایش در R2 ممکن است به برازش مدل بهتر تولید شده داده‌ها در این مطالعه نسبت داده شود، که می‌تواند به دلیل خطاهای تجربی کوچک‌تر باشد. مدل‌های ANN پیش‌بینی‌کننده برای استخراج اسید الاژیک با استفاده از NDES #1 به عنوان معادله 3-13 نشان داده شد:

سیستانچ برای بهبود ایمنی

نتیجه

یافته‌های کنونی شواهد بیشتری در مورد اثربخشی توانایی‌های NDES برای استخراج پلی‌فنل‌ها از محصولات جانبی صنایع غذایی ارائه کرد. نتایج از فرضیه استخراج برتر NDES با کمک اولتراسوند بیش از 75 درصد اتانول حمایت کرد. NDES به طور موثر سه اسید فنولیک، دو فلاونول و سه فلاوان{3}} را از پوست و دانه انگور استخراج کرد. NDES #1 موثرترین NDES برای استخراج اسید الاژیک بود، در حالی که NDES #3 به طور قابل توجهی برای استخراج کاتچین و اپی کاتچین انتخابی بود. یک اشکال قابل توجه NDES ویسکوزیته بالای آنها است که در حین جابجایی و بازیابی چالش هایی را ایجاد می کند. در مطالعه حاضر، شبکه عصبی مصنوعی، صرف نظر از محدودیت‌های نتیجه آن، یک رویکرد عملی برای مدل‌سازی پیش‌بینی نشان داد. NDE ها رسانه های قوی برای بازیابی فیتوکمیکال ها از سیستم های غذایی هستند. برخی از NDE ها همچنین حلال کمتر سمی را برای مطالعه این مواد شیمیایی گیاهی در سلول های زنده ارائه می دهند [21،22]. در نهایت، حلال های یوتکتیک عمیق طبیعی، رسانه های استخراج جایگزین موثری برای حلال های آلی هستند.

منابع

[1] W. Bi، M. Tian، KH Row، ارزیابی حلال یوتکتیک عمیق مبتنی بر الکل در استخراج و تعیینفلاونوئیدهابا بهینه سازی روش سطح پاسخ، J. Chromatogr. A 1285 (2013) 22–30، https://doi.org/10.1016/j. chroma.2013.02.041.
[2] M. Cvjetko Bubalo, N. ´ Curko, M. Tomaˇsevi´c, K. Kovaˇcevi´c Ghani's, I. Radojˇci´c Redovnikovi´c, استخراج سبز فنولیک پوست انگور با استفاده از حلالهای یوتکتیک عمیق, مواد شیمیایی. 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, فناوری های فعال برای استخراج آنتوسیانین های تفاله انگور با استفاده از حلال های یوتکتیک عمیق طبیعی در دسته های تا نیم لیتری استخراج آنتوسیانین تفاله انگور با استفاده از NADES، Food Chem. 300 (2019) 125185، https://doi.org/ 10.1016/j.foodchem.2019.125185.
[4] M. Hoffmann، و همکاران، راهنمای تولید انگور Muscadine برای جنوب شرقی، دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی، انتشارات NC State Extension، 2020 https://content. ces.ncsu.edu/muscadine-grape-production-guide (دسترسی در 18 ژانویه 2021). [5] Cline، B. و C. Fisk، مروری بر سطح زیر کشت انگور، ارقام و مناطق تولید انگور در جنوب شرقی ایالات متحده. کارگاه انگور موسکادینی برای نمایندگان ترویج تعاونی، در کنسرسیوم میوه کوچک منطقه جنوبی. 2006: کنسرسیوم میوه کوچک منطقه جنوبی.
[6] PC Andersen A. Sarkhosh D. Huff J. Breman 2020 6 10.32473/edis-hs100-2020.
[7] P. Greenspan، و همکاران، خواص ضد التهابی انگور muscadine (Vitis rotundifolia)، J. Agric. غذا. شیمی. 53 (22) (2005) 8481–8484، https://doi.org/ 10.1021/jf058015.
[8] دی ان ایگناسیو، کی دی میسون، ای سی هکت مورتون، سی. آلبانیز، ال. رینگر، دبلیو دی واگنر، پی سی وانگ، ام.ای. کاردوچی، اس‌کی کاچاپ، سی جی پالر، جی. مندونکا، لی یینگ چان، بو لین، DK Hartle، JE Green، CA Brown، TS Hudson، عصاره پوست انگور Muscadine سلول های سرطانی پروستات را با ایجاد توقف چرخه سلولی و کاهش مهاجرت از طریق پروتئین شوک حرارتی 40، Heliyon 5 (1) (2019) e01128، https://doi مهار می کند. .org/10.1016/j.heliyon.2019.e01128.