Abstract

Cistanche deserticolaje dobro poznata ljekovita biljka iz pustinjskih izvora porijeklom iz sjeverozapadne Kine, koja se često naziva "pustinjski ginseng". Kao botanički homologni materijal za hranu i lijekove, posjeduje veliki razvojni potencijal u industriji funkcionalne hrane i dodataka prehrani. Svježe ubrano tkivo podložno je enzimskom posmeđivanju izazvanom enzimima endogene oksidaze. Konvencionalne proizvodne prakse uglavnom usvajaju sušenje u hladu na otvorenom ili direktnu dehidraciju toplim vazduhom bez standardizovanih koraka prethodnog tretmana. Ove tradicionalne operacije obično rezultiraju velikim gubicima feniletanol glikozida (PhGs), koji su ključne bioaktivne markerske supstance, i degradiraju komercijalni kvalitet finalno osušenih kriški. Uspostavljanje praktičnih kombinacija prije tretmana i dehidratacije je od suštinskog značaja za očuvanje aktivnih spojeva i stabilizaciju performansi skladištenja gotovih proizvoda.

U ovom radu proučavana su dva puta predtretmana: netermalni ultravisoki hidrostatički pritisak (UHP) i konvencionalno termičko parenje. Svaki predtretman je kombinovan s dvije glavne tehnologije dehidracije, konvektivnim sušenjem toplim zrakom i vakuumskom liofilizacijom. Probe sa jednim faktorom su implementirane kako bi se suzili izvodljivi rasponi parametara, nakon čega je uslijedilo Box-Behnken modeliranje površine odziva kako bi se optimizirala četiri integrirana proizvodna toka. Ukupni feniletanol glikozidi, izračunati zbrajanjem četiri reprezentativna markera, uključujući ehinakozid, verbaskozid, cistanozid A i izoverbaskozid, poslužili su kao primarni indikator evaluacije. Osušene biljne kriške proizvedene pod optimiziranim parametrima pakovane su u četiri tretmana zasnovana na vakuumu: jednostavno vakuumsko zatvaranje, vakuum sa vrećicama za hvatanje kisika, vakuum sa silikagelnim isušivačima i kompozitno vakumsko pakovanje koje sadrži i hvatač kisika i sredstvo za sušenje. Višestruki indikatori kvaliteta, uključujući nivo vlage, ukupan šećer, rastvorljive proteine, rezidualne PhGs i ukupan broj aerobnih mikroba, kontinuirano su praćeni pod skladištenjem na sobnoj temperaturi. Ubrzano testiranje dugog vijeka trajanja (ASLT) pod povišenim temperaturama korišteno je za procjenu roka trajanja u stvarnom svijetu u ambijentalnim uvjetima.

Rezultati su pokazali da su i UHP i predtretman parom poboljšali očuvanje PhGs u poređenju sa direktnim kontrolama dehidracije bez prethodnog tretmana. Optimalni rezultat obrade došao je od UHP kombinovanog sa sušenjem toplim vazduhom: pritisak 296 MPa, vreme držanja 16 min i temperatura sušenja 81 stepen, dajući sadržaj PhGs od 5,12 mg/g·FW, otprilike 1,8 puta veći od neobrađenog referentnog uzorka osušenog vrućim vazduhom. Za sušenje parom-vrućim vazduhom, idealni parametri su bili temperatura pare 94 stepena, trajanje pare 21 min i temperatura sušenja 79 stepeni. Za UHP u kombinaciji sa sušenjem zamrzavanjem, optimalne postavke bile su pritisak od 295 MPa, vrijeme držanja od 16 minuta i temperatura prije zamrzavanja -43 stepena. Za liofilizaciju na pari, najbolji uslov je bio 94 stepena pare u trajanju od 21 min i temperatura od -43 stepena pre zamrzavanja. Tokom eksperimenata skladištenja, sve grupe pakovanja imale su dosljedne trendove promjene kvaliteta: vlaga i broj mikroba postepeno su se povećavali, dok su ukupni šećer, topljivi proteini i bioaktivni markeri PhGs opadali. Među svim testiranim oblicima pakovanja, kompozitna vakuumska ambalaža opremljena vrećicama koje upijaju kisik i vlagu zadržala je najbolju sveobuhvatnu kvalitetu proizvoda. Ubrzanim proračunom stabilnosti predviđen je rok trajanja od 256 dana za obične vakuumsko zatvorene uzorke na temperaturi okoline od 20 stepeni. Za usporedbu, dvofunkcionalna kompozitna vakuumska ambalaža postigla je procijenjeni rok trajanja do 663 dana.

Netermička prethodna obrada ultravisokim pritiskom pokazuje istaknute prednosti u zaštiti feniletanol glikozida osjetljivih na toplinu tokomCistanche deserticoladehidracija. Istovremena primjena hvatača kisika i sredstava za sušenje u vakuumski zapečaćenoj ambalaži može efikasno usporiti višedimenzionalno pogoršanje kvaliteta i uvelike produžiti vijek trajanja osušenih kriški. Ova studija pruža praktične proizvodne reference za tretman nakon žetve i dugoročno komercijalno očuvanje ove vrijedne homologne sirovine za lijekove za hranu.

Ključne riječi: Cistanche deserticola; feniletanol glikozidi; ultra-visok hidrostatički pritisak; predtretman parom; dehidracija toplim vazduhom; vakuumska liofilizacija; stabilnost skladištenja sušenog bilja; ubrzana evaluacija roka trajanja; homologija hrane i lijekova

 

1. Uvod

1.1 Botanički profil i industrijska pozadinaCistanche deserticola

Cistanche deserticolaYC Ma pripada porodici Orobanchaceae i obavezna je holoparazitska biljka bez hlorofila. Parazitira u korijenskom sistemuHaloxylon ammodendron, grm otporan na sušu široko rasprostranjen u pustinjskim regijama sjeverne Kine. Njegova mesnata ljuskava stabljika se koristi kao tonik biljni materijal više od dvije hiljade godina u tradicionalnim sistemima primjene. Drevni biljni dokumenti klasifikuju ga kao visokokvalitetni tonik, poznat po efektima tonizirajućeg janga bubrega, obnavljanja esencije krvi i ublažavanja simptoma zatvora.

Zbog historijske pretjerane divlje kolekcije, divljeCistanche deserticolaresursi su se suočili sa rizicima iscrpljivanja i dobili su zvanične intervencije za očuvanje. Danas se umjetni uzgoj velikih razmjera ostvaruje cijepljenjemCistanchena umjetno zasađeneHaloxylon ammodendronšume zaklona, ​​uglavnom u pustinjskim područjima Unutrašnje Mongolije. Početkom 2020. uključena su i kineska regulatorna tijelaCistanche deserticolau pilot katalog homologije hrane i lijekova, otvarajući šire komercijalne izglede za tržišta funkcionalne hrane, dodataka prehrani i kozmetičkih sirovina.

1.2 Bio-aktivnost glavnih funkcionalnih sastojaka

Feniletanol glikozidi su prepoznatljive bioaktivne supstanceCistanche deserticola. Veliki broj in-vitro eksperimenata na ćelijama i in-vivo studija na životinjskim modelima potvrdili su njegov raznolik farmakološki potencijal. Ova jedinjenja pokazuju značajan antioksidativni kapacitet: PhGs frakcije mogu povećati aktivnost antioksidativnih enzima kao što je SOD i smanjiti oštećenje peroksidacije lipida u životinjskom serumu i tkivima jetre. Modeli oštećenja ćelija oksidativnim stresom pokazali su da PhG izolati mogu smanjiti smrtnost nervnih ćelija, što podržava njihov potencijal kao prirodne antioksidativne sirovine.

Farmakološka ispitivanja na životinjama također potvrđuju njegovu tradicionalnu toničnu vrijednost. Biljni vodeni ekstrakti mogu poboljšati više parametara kvalitete sperme kod muških životinja, uključujući koncentraciju sperme, pokretljivost i stopu malformacija. Eksperimenti inkubacije limfocita su to pokazaliCistancheekstrakti mogu promovirati stvaranje antitijela i regulirati ekspresiju receptora na površini imunoloških stanica, odražavajući imunomodulatorne efekte. U istraživanjima gastrointestinalne regulacije, komponente oligosaharida ekstrahirane iz ove biljke pokazale su očigledne laksativne učinke, što je ubrzalo peristaltiku crijeva i skratilo latenciju defekacije na životinjskim modelima s opstipacijom. Polisaharidne frakcije izCistanche deserticolatakođer doprinose antioksidativnim i imunomodulatornim fiziološkim odgovorima.

1.3 Trenutni status tehnologije dehidracije za biljne sirovine

Svježe ubranoCistanche deserticolasadrži obilje hranjivih tvari, ali metabolička aktivnost nakon žetve ostaje jaka nakon branja. Bez pravovremene obrade, svježe stabljike su sklone enzimskom smeđenju, omekšavanju teksture i mikrobiološkom kvarenju, što donosi poteškoće za međuregionalnu logistiku i dugotrajno skladištenje. Dehidracija je glavna metoda očuvanja za komercijalne proizvodeCistanchesirovina. Tradicionalna proizvodnja uglavnom koristi sušenje na suncu ili sušenje na zraku u hladu. Ipak, enzimi endogene oksidaze uključujući polifenol oksidazu (PPO) i peroksidazu (POD) će nastaviti da razgrađuju bioaktivne supstance prije nego što vlažnost tkiva padne na sigurne razine. To uzrokuje veliki gubitak karakterističnih PhG komponenti i nestabilnu kvalitetu gotovog proizvoda.

Uobičajene tehnike industrijske dehidracije za botaničke materijale uključuju konvektivno sušenje vrućim zrakom, mikrovalnu dehidraciju, daleko infracrveno sušenje i vakuumsko sušenje zamrzavanjem. Konvektivno sušenje toplim vazduhom karakteriše niska ulaganja u opremu, veliki protok serije i jednostavan rad pogodan za masovnu proizvodnju. Njegov glavni nedostatak leži u termičkom oštećenju prema toplotno labilnim bioaktivnim molekulima u uslovima visoke temperature. Vakuumska liofilizacija uklanja vlagu sublimacijom leda u uslovima smrzavanja pod niskim pritiskom. Ova tehnologija može bolje zadržati originalnu teksturu tkiva, boju i termički osjetljive fitokemikalije, dok dolazi s većom potrošnjom energije i troškovima proizvodnje. Hibridne šeme kombinovanog sušenja pokušavaju da integrišu prednosti različitih načina sušenja kako bi uravnotežile kvalitet gotovog proizvoda i ekonomičnost proizvodnje.

1.4 Strategije prethodnog tretmana prije botaničke dehidracije

Koraci prethodnog tretmana prije dehidracije mogu ostvariti više ciljeva: oksidativna deaktivacija enzima, djelomično smanjenje mikrobnog opterećenja i modifikacija mikrostrukture biljnog tkiva. Razuman predtretman poboljšava efikasnost dehidracije i minimizira razgradnju vrijednih endogenih bioaktivnih spojeva. Termičko kuhanje na pari ili blanširanje spada u konvencionalna rješenja za termičku prethodnu obradu. Toplinska obrada denaturira proteine ​​PPO i POD oksidaze kako bi se suzbile reakcije posmeđivanja, istovremeno povećavajući propusnost ćelijskog zida i skraćujući naknadne cikluse dehidracije. Međutim, prekomjerno produžena termička obrada ili pretjerano visoka temperatura mogu ispirati fitokemikalije rastvorljive u vodi i izazvati termičku razgradnju ciljnih aktivnih supstanci.

Prerada ultravisokim hidrostatskim pritiskom (UHP) obećava netermička fizička intervencija za proizvodnju hrane i biljaka. Visok hidrostatički pritisak narušava nekovalentne veze unutar bioloških makromolekula kao što su proteini, dok kovalentne hemijske veze sekundarnih metabolita malih molekula ostaju uglavnom netaknute. UHP može inaktivirati mikroorganizme i oksidativne enzime bez intenzivnog termičkog unosa i modificirati propusnost stanične membrane kako bi olakšao oslobađanje metabolita iz biljnih stanica. Ova netermalna tehnologija je posljednjih godina zadobila sve veći istraživački interes za preradu voća, povrća i biljnih materijala.

1.5 Izazovi vezani za skladištenje dehidriranih biljnih kriški

Čak i nakon dovoljne dehidracije, sušeni biljni proizvodi će se sporo pogoršavati tokom dugotrajnog skladištenja. Glavni faktori koji utiču na to su sadržaj preostale vlage, vrednost aktivnosti vode, parcijalni pritisak kiseonika u okruženju, temperatura skladištenja, izloženost svetlu i barijera materijala za pakovanje. Preostala vlaga ubrzava neenzimsko tamnjenje i osigurava dostupnu vodu za mikrobnu proliferaciju. Kiseonik ubrzava oksidativnu degradaciju fenolnih bioaktivnih supstanci koje predstavljaju feniletanol glikozidi. Odgovarajuća rješenja za pakovanje sadrže kompozitne filmove visoke barijere, vrećice sa sušnim sredstvom za apsorpciju vlage i pakete za hvatanje kisika kako bi se spriječilo propadanje kvaliteta. Trenutno, većina komercijalno dostupnih osušenihCistanche deserticolakriške koriste jednostavnu vrećicu ili pakiranje u kanisteru, bez sistematskih eksperimentalnih podataka koji bi podržali stvarne performanse roka trajanja.

1.6 Ciljevi istraživanja i eksperimentalni opseg

Postojeći mainstreamCistancheproizvodni radni tokovi često preskaču standardizirani predtretman prije dehidracije, što dovodi do značajnog gubitka karakterističnih bioaktivnih tvari feniletanol-glikozida. Ova studija uspoređuje netermalnu UHP intervenciju s klasičnom termičkom predobradom parom. Svaka opcija prethodnog tretmana je kombinovana sa sušenjem vrućim vazduhom i sušenjem zamrzavanjem. Jednofaktorsko skrining i Box-Behnken modeliranje površine odziva primjenjuju se za optimizaciju četiri različita integrirana proizvodna cevovoda, sa prioritetom na maksimiziranju zadržavanja PhGs. Koristeći kriške pripremljene prema optimizovanim skupovima parametara, ovaj rad dalje istražuje kako vakuumsko pakovanje dopunjeno sredstvima za sušenje i vrećicama za prikupljanje kiseonika utiče na višedimenzionalne promene kvaliteta tokom skladištenja. Testiranje ubrzanog starenja koristi se za projektovanje stvarnih performansi roka trajanja u uslovima normalne sobne temperature. Ovaj projekat ima za cilj da pruži eksperimentalne osnove i praktične proizvodne parametre za rukovanje nakon žetve i dugoročno očuvanje prehrambenih proizvodaCistanche deserticola.

Osnovni eksperimentalni opseg je naveden u nastavku:

Optimizirajte kombinacije parametara za četiri procesna cjevovoda: UHP plus sušenje toplim zrakom; parenje plus sušenje vrućim zrakom; UHP plus liofilizacija; parenje plus liofilizacija. Ukupni sadržaj feniletanol glikozida služi kao primarni indikator odgovora.

Pratite dinamičke promjene vlage, ukupnog šećera, rastvorljivih proteina, koncentracije PhGs i ukupnog broja aerobnih mikroba za sušene biljne kriške u četiri različite konfiguracije vakuumskog pakovanja tokom pokusa skladištenja.

Provedite eksperimente starenja ubrzanog roka trajanja i izračunajte predviđeni rok trajanja na temperaturi okoline za svako rješenje za pakovanje.

2. Materijali i eksperimentalni postupci

2.1 Izvori sirovina, hemijski reagensi i laboratorijski aparati

SvežeCistanche deserticolasirove stabljike su ubrane tokom jesenje žetvene sezone u okviru Alxa lige, Unutrašnja Mongolija, Kina. Referentne standardne supstance uključivale su ehinakozid, verbaskozid, cistanozid A i izoverbaskozid, svaka sa certificiranom čistoćom većom ili jednakom 98%. Za HPLC kvantitativno mjerenje korišćeni su acetonitril i metanol kvantitet hromatografije. Ostali hemijski agensi su usvojili standard čistoće analitičkog kvaliteta.

Glavna laboratorijska oprema: termostatski kontrolirani ormar za sušenje toplim zrakom, ultrazvučna ekstrakcijska kupka, brza rashladna centrifuga, instrument za tečnu hromatografiju visokih performansi, vakuum sušač zamrzavanjem, termostatska vodena kupka, cirkulacijska jedinica sa visokom hidrostatskom regulacijom, UV-Vis spektrofotometar, parni sterilizator pod visokim pritiskom, inkubator sa konstantnom temperaturom i vlagom i industrijska mašina za vakumsko pakovanje.

2.2 Početni radni tok pripreme sirovina

SvežeCistanchestabljike su isprane kako bi se uklonila površinska prljavština i nečistoće, vanjsko ljuskavo tkivo lista je ručno uklonjeno. Obrađene stabljike su ravnomjerno izrezane na kriške debljine 5 mm, potpuno izmiješane i nasumično raspoređene u eksperimentalne podgrupe. Definisane su četiri glavne kohorte obrade: UHP predtretman praćen dehidracijom toplim vazduhom; termička predobrada parom praćena dehidracijom vrućim zrakom; UHP predtretman nakon čega slijedi vakuumska liofilizacija; termička predobrada parom praćena vakuum liofilizacijom. Pripremljeno je pet bioloških repliciranih uzoraka za svako eksperimentalno stanje.

2.3 Protokol kvantitativne detekcije za ukupne feniletanol glikozide

Kvantifikacija zasnovana na HPLC-u je implementirana za mjerenje jedinjenja markera PhGs. OsušeniCistancheprašak za kriške je prosijan kroz sito od 60-mesh; precizno je 1,0 g uzorka praha izvagano i pomiješano sa 50 % metanolnim vodenim rastvaračem. Ekstrakcija rastvaračem uz pomoć ultrazvuka trajala je 1,5 h, ovaj ciklus ekstrakcije je ponovljen tri odvojena puta. Uslovi centrifugiranja su postavljeni na 8000 g rotacijske sile u okruženju od 4 stepena u trajanju od 15 min. Sakupljena supernatantna tečnost propuštena 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% vodeni rastvor mravlje kiseline kao faza B, radi pod programiranim načinom eluiranja gradijenta. Talasna dužina UV detekcije je fiksirana na 320 nm; temperatura kolone održavana na 30 stepeni; volumen ubrizgavanja uzorka bio je 8 μL; protok tečnosti 0,6 mL/min. Ukupna vrijednost feniletanol glikozida izračunata je sumiranjem izmjerenih koncentracija četiri pojedinačna markerska molekula, iskazana u jedinici mg/g·FW. Kompletni testovi validacije metode, uključujući kalibraciju linearnosti, procjenu preciznosti instrumenta, ponovljivost pripreme uzorka, kratkoročnu stabilnost test-otvora i testiranje oporavka matrice, završeni su kako bi se garantirala analitička pouzdanost.

2.4 Probe skrininga sa jednim faktorom parametara

Za svaku kombinovanu rutu obrade izvršeno je jednofaktorsko testiranje kako bi se razgraničili razumni prozori parametara prije optimizacije površine odgovora.

UHP + kohorta sušenja vrućim zrakom: ispitivani gradijent veličine tlaka (100 MPa-500 MPa), trajanje zadržavanja pritiska (5-25 min), temperatura sušenja toplim zrakom (60-100 stepeni), uzimajući ukupnu koncentraciju PhGs kao odgovor evaluacije.

Kohorta pare + sušenje vrućim vazduhom: test varijable pokrivene temperatura pare (60-100 stepeni), trajanje zadržavanja pare (10-50 min), temperatura sušenja vrućim vazduhom (60-100 stepeni).

UHP + kohorta sušenja zamrzavanjem: varijabilni gradijenti uključuju radni pritisak (100-500 MPa), vrijeme zadržavanja pritiska (5-25 min), temperaturu prije zamrzavanja u rasponu od 0 stepeni do -80 stepeni.

Kohorta pare + sušenje zamrzavanjem: manipulirana temperatura pare, trajanje pare i temperatura prije zamrzavanja unutar odgovarajućih raspona gradijenta.

2.5 Eksperimentalni dizajn Box-Behnken Response-Surface

Na osnovu rezultata jednofaktornih skrining testova, Box-Behnken eksperimentalni raspored od tri faktora i tri nivoa primijenjen je za svaki od četiri toka rada 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 modelskim proračunom; vrijednosti parametara su fino podešene da zadovolje praktična operativna ograničenja opreme, nakon čega su uslijedili eksperimenti fizičke verifikacije.

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

Ekstrakti uzoraka dobijeni iz četiri optimizovane grupe za obradu filtrirani su kroz organski filter od 0,22 μm i dostavljeni na UPLC‑Q‑TOF‑MS/MS merenje profilisanja metabolita. Odabran je način detekcije pozitivnih jona ESI; opseg za masovno skeniranje pokriven 50-2000 Da; energija sudara prilagođena unutar 30-40 V. Signali masene spektrometrije sekundarnih fragmenata su ukršteni u odnosu na objavljenu fitokemijsku literaturu za probnu identifikaciju metabolita tipa feniletanol-glikozida unutarCistancheekstrakti tkiva.

2.7 Podešavanje evaluacije performansi skladištenja osušenih rezova

OsušeniCistanchekriške proizvedene u skladu sa četiri optimizovane specifikacije obrade podeljene su na 10 g po pojedinačnoj jedinici i zatvorene unutar PA/PE višeslojnih vrećica sa vakuum barijerom. Uspostavljene su četiri različite grupe za obradu ambalaže:

DP: čisto vakuumsko zatvaranje, bez dodatnih funkcionalnih vrećica;

DOP: vakuumsko zaptivanje sa kesom za hvatanje kiseonika na bazi gvožđa u prahu;

DHP: vakuumsko zaptivanje sa dodatkom kesice sredstva za sušenje koje upija vlagu silika-gela;

DOHP: kompozitno vakuumsko pakovanje koje sadrži kesice sa sredstvom za hvatanje kiseonika i silikagelom.

Šarže uzoraka su inkubirane u ambijentalnim uslovima na sobnoj temperaturi. Operacije uzorkovanja su se odvijale svakih 14 dana za analitičko mjerenje s više indeksa. Ispitani indikatori uključivali su sadržaj vlage (određen prema protokolu direktnog sušenja GB 5009.3-2016), ukupni šećer kvantificiran spektrofotometrijskim testom fenol-sumporne kiseline, rastvorljivi protein mjeren Coomassie-ovom briljantnom metodom feniletanol-glikozid preko utvrđenog HPLC procesa rada, ukupan broj aerobnih kolonija prema GB 4789.2-2022 specifikaciji mikrobne inspekcije. Referentna vrijednost mikrobne prihvatljivosti je izvučena iz NY 5184-2002 kriterija industrije dehidriranog povrća, koji zahtijeva ukupan broj aerobnih kolonija lg (CFU/g) manji ili jednak 5.

2.8 Procjena ubrzanog vijeka trajanja (ASLT) i izračunavanje roka trajanja

Reprezentativne serije uzoraka koje potiču iz grupe DP jednostavnog vakuuma i DOHP kompozitne grupe za pakovanje su inkubirane unutar termostatskih ormarića održavanih na 50 stepeni i 60 stepeni da bi se izvela veštačka ubrzana ispitivanja propadanja. Vremenski intervali uzorkovanja definirani su prema empirijskoj vrijednosti Q10. Prag broja mikrobnih kolonija i koncentracija rezidualnih PhGs zajedno su služili kao kritični indikatori krajnje tačke za procjenu roka trajanja. Formula koeficijenta Q10 i standardne formule za izračunavanje roka trajanja ASLT usvojene su da ekstrapoliraju performanse projektovanog roka trajanja pod ciljnim ambijentalnim uslovima skladištenja od 20 stepeni.

2.9 Statistika i metodologija obrade podataka

Softver Excel 2019 i SPSS Statistics 26 upravljao je sortiranjem sirovih skupova podataka i evaluacijom statističke važnosti. Porijeklo 2022. korišteno je za crtanje naučnih figura. Design‑Expert 13 je postigao konstrukciju modela odzivne površine i proračun optimizacije parametara. Jednosmjerna ANOVA analiza podržala je komparativnu evaluaciju u više grupa; P-vrijednost manja od 0,05 interpretirana je kao statistički značajna razlika. Svi izmjereni eksperimentalni rezultati prikazani su u formatu srednje vrijednosti ± standardna devijacija.

 

3. Rezultati i diskusija

3.1 Ishodi validacije za PhGs HPLC tok rada

Četiri ciljana jedinjenja markera feniletanol-glikozida dala su povoljne performanse linearnog uklapanja, sa koeficijentom determinacije R² iznad ili jednakim 0,9995. Testiranje preciznosti instrumenata dalo je RSD vrednosti vršne površine ispod 2,3 %. Test ponovljivosti pripreme uzorka je dao cifre u RSD niže od 3 %. Kratkoročna ispitivanja stabilnosti pokazala su da su otopine za ispitivanje uzoraka ostale stabilne najmanje 24 h u okruženju na sobnoj temperaturi. Stope oporavka matriks-spike za četiri markerske supstance pale su između 95,9 %-97,8 %, sa 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 Observation from Single‑Factor Screening Experiments

Unutar kohorte UHP plus sušenje toplim zrakom, sadržaj feniletanol-glikozida pokazao je unimodalne varijacije: koncentracija metabolita se prvo povećavala, a zatim opadala kako su veličina pritiska, vrijeme zadržavanja pritiska i temperatura sušenja rasli uzastopno. Kada su pomoćni parametri održavani konstantnim, maksimalni prinos PhG-a se pojavio blizu 300 MPa radnog pritiska, 15 min trajanja i temperature sušenja postavljene na 80 stepeni. Umjereni ultravisoki hidrostatski tlak narušava arhitekturu biljne stanice, povećava propusnost ćelijske membrane i olakšava intracelularno oslobađanje metabolita PhGs. Previše visok pritisak ili predugačak period zadržavanja pritiska ima štetne posledice: dolazi do velikog curenja raznih intracelularnih nečistoća, dodatno deo molekula PhGs dolazi u kontakt sa preostalim kiseonikom unutar slomljenih ćelija i trpe oksidativnu degradaciju, što dovodi do smanjenja koncentracije PhGs koje se može detektovati. Previše visoka temperatura sušenja pokreće površinsko stvrdnjavanje kože biljnih kriški, ometa unutrašnje kanale za difuziju vode i produžava efektivno trajanje dehidracije, dodatno ubrzavajući termički razgradnju termički osjetljivih molekula PhGs.

Za eksperimentalni cevovod za paru-vrući vazduh-dehidraciju, sadržaj PhG-a je na sličan način pokazao tendenciju rasta-pa-pada kao odgovor na promene trajanja pare, temperature pare i temperature sušenja. Optimalni jednofaktorski radni nivoi koncentrisani su oko temperature pare od 90 stepeni, vremena zadržavanja pare 20 minuta i temperature sušenja od 80 stepeni. Odgovarajući tretman termičkom parom denaturira endogene PPO i POD oksidativne enzime, ostvarujući zaštitni efekat "inaktiviranog enzima za očuvanje glikozida" i sprječava enzimsko hidrolitičko razlaganje sastojaka feniletanol-glikozida. Preintenzivna termička izloženost previsokim temperaturama ili predugo trajanje parenja ozbiljno oštećuje konstrukciju ćelijskog zida, uzrokujući gubitak aktivnih supstanci rastvorljivih u vodi uz termičku razgradnju ciljnih jedinjenja markera.

For pretreatment combined with freeze‑drying groups, adjustments to UHP pressure magnitude, pressure‑holding duration and pre‑freezing‑temperature also produced unimodal PhGs‑response curves. Peak PhGs output appeared around 300 MPa pressure, 15 min holding‑time and −40 ℃ pre‑freezing setting. Pre‑freezing temperature imposes significant influence upon ice‑crystal morphology and final micro‑structure of lyophilized herbal slices. Moderately‑low pre‑freezing‑temperature generates loose and porous internal tissue architecture, benefiting subsequent solvent‑mediated PhGs extraction. Insufficient pre‑freezing depth cannot achieve complete oxidase‑enzyme inhibition; extremely‑low pre‑freezing‑temperature creates collapsed and compact tissue texture which lowers extractable PhGs yield. The steaming‑lyophilization cohort showed analogous rise‑and‑fall response pattern; preferred single‑factor parameters were steaming‑temperature 90 ℃, steaming duration 20 min and pre‑freezing temperature −40 ℃.

3.3 Izlazi optimizacije odziva i površine za četiri toka obrade

Modeli kvadratne regresije izgrađeni za četiri cjevovoda obrade postigli su izuzetno značajnu P-vrijednost modela (P< 0.0001), meanwhile lack‑of‑fit terms displayed non‑significant difference (P >0,05). Vrijednosti koeficijenta determinacije R² premašile su 0,98 za svaki model, pokazujući prikladnost regresijskog modela u odnosu na eksperimentalni skup podataka i pouzdani prediktivni kapacitet za koncentraciju PhGs unutar istraživanog parametarskog prostora.

Modelom predviđeni optimalni parametri su fino prilagođeni da zadovolje ograničenja rada opreme u stvarnom svijetu, provjereni praktični proizvodni parametri su sažeti na sljedeći način:

UHP u kombinaciji sa dehidracijom toplim vazduhom: radni pritisak 296 MPa, držanje pritiska 16 min, temperatura sušenja vrućim vazduhom 81 stepen. Praktično izmjereni PhGs = 5.12 mg/g·FW, odstupanje predviđanja samo 1,98 %. Ovaj radni tok je dao najveći efekat očuvanja PhGs od četiri cevovoda, sadržaj markera 1,8-puta veći od referentnih uzoraka koji su bili podvrgnuti direktnom sušenju vrućim vazduhom bez ikakve prethodne obrade.

Kuvanje na pari u kombinaciji sa dehidracijom vrućim vazduhom: temperatura pare 94 stepena, trajanje pare 21 min, temperatura sušenja 79 stepeni. Izmjereni PhGs = 3.52 mg/g·FW, odstupanje predviđanja 3,43 %. Nivo PhGs dostigao je 1,1 puta u poređenju sa neobrađenim referentnim uzorkom koji se suši vrućim vazduhom.

UHP u kombinaciji sa vakuum liofilizacijom: pritisak 295 MPa, vreme držanja 16 min, temperatura pre zamrzavanja -43 stepena. Izmjereni PhGs = 4.08 mg/g·FW, odstupanje predviđanja 1,33 %. Koncentracija PhGs povećana je 1,7 puta u odnosu na direktnu kontrolu sušenja zamrzavanjem.

Kuvanje na pari u kombinaciji sa vakuum liofilizacijom: temperatura pare 94 stepena, trajanje pare 21 min, temperatura prethodnog zamrzavanja -43 stepena. Izmjereni PhGs = 2.87 mg/g·FW, odstupanje predviđanja 3,53 %. Nivo PhGs bio je 0,9 puta veći od referentnog materijala direktnog sušenja zamrzavanjem.

Unakrsno poređenje između četiri optimizirana cjevovoda pokazuje da netermički predtretman pod ultravisokim pritiskom postiže superiorne performanse očuvanja PhGs u poređenju sa konvencionalnom intervencijom termičkog parenja, bez obzira na uparivanje sa dehidracijom vrućim zrakom ili liofilizacijom. Ovo zapažanje je u skladu s intrinzičnom snagom UHP tehnologije zaštite fitokemikalija malih molekula osjetljivih na toplinu. UPLC‑Q‑TOF‑MS/MS metabolomički profil je uspješno izdvojio devet metabolita povezanih s feniletanol glikozidom unutarCistancheekstrakti. Nekoliko reprezentativnih metabolita kao što su cistanozid C i geniposidna kiselina registrovali su veći intenzitet odziva masenom spektrometrijom za kohorte prethodno tretirane UHP u odnosu na kolege prethodno tretirane parom. Ovaj fenomen ukazuje na to da tretman UHP-om ispoljava različite modulatorne efekte za različite podklase metabolita feniletanol-glikozida, a osnovni molekularni regulatorni mehanizam zaslužuje dublje praćenje.

3.4 Evolucija kvaliteta skladištenja za sušene kriške pod različitim konfiguracijama pakovanja

Tokom čitavog 70-dnevnog perioda za posmatranje skladištenja sobne temperature, tendencija varijacije kvaliteta sa više indeksa ostala je konzistentna u sve četiri kohorte pakovanja: sadržaj vlage i ukupni broj aerobnih kolonija su postepeno rasli; ukupna koncentracija šećera, nivo rastvorljivih proteina i rezidualni sadržaj feniletanol-glikozida pokazuju kontinuirane opadajuće trendove.

Rezultati mjerenja sadržaja vlage pokazuju da su grupe opremljene vrećicama za sušenje (DHP i DOHP) pokazale znatno sporiju brzinu apsorpcije vlage u poređenju sa grupama bez dodavanja sredstva za sušenje (DP, DOP). Potvrđuje efikasnost sredstva za sušenje silika-gela u suzbijanju upijanja vlage osušenihCistanchekriške. Kriške sušene na vrućem vazduhu zadržavaju veće supstance povezane sa šećerom koje daju jaču higroskopnost; stoga je stopa povećanja vlage za kohorte sušene vrućim zrakom nadmašila grupe liofiliziranih uzoraka.

Za očitavanje ukupnog šećera i rastvorljivih proteina: kohorte opremljene vrećicama za hvatanje kiseonika (DOP, DOHP) očigledno su usporile opadajuću brzinu indikatora šećera i rastvorljivih proteina. Mikrookruženje sa niskim sadržajem kiseonika potiskuje oksidativno razlaganje supstanci proteinskog tipa i smanjuje potrošnju supstrata šećera koji potiče od zaostalih metaboličkih aktivnosti mikroba. Kompozitna DOHP kohorta koja integriše i sredstvo za sušenje i hvatač kiseonika dala je optimalne zaštitne performanse za nutritivne sastojke.

Feniletanol glikozidi spadaju u fenolnu klasu bioaktivnih tvari vrlo osjetljivih na oksidativno propadanje. Tokom ciklusa skladištenja, kompozitna DOHP grupa za vakuumsko pakovanje je održavala statistički veću koncentraciju rezidualnog PhGs u poređenju sa kohortom DP jednostavnog vakuuma. Nizak nivo kiseonika u kombinaciji sa mikroklimom sa malom vlagom u kompozitnim kesama za pakovanje značajno usporava puteve oksidativne degradacije za jedinjenja markera PhGs.

Što se tiče ukupnog broja kolonija aerobnih mikroba: svaka eksperimentalna grupa je održavala broj kolonija ispod lg(CFU/g) manjim ili jednakim 5, u skladu sa specifikacijom o sigurnosti hrane tokom 70-dnevnog perioda posmatranja. DOHP kompozitna grupa pokazala je najsporiju stopu razmnožavanja mikroba, koja je rezultat kombinovanih efekata supresije rasta uzrokovanih mikrookruženjem sa niskom vlagom i malim sadržajem kiseonika.

3.5 Rezultati projekcije ubrzanog starenja roka trajanja

Broj kolonija mikroba koji prelazi regulatorni prag usvojen je kao krajnja tačka neuspjeha roka trajanja. Izračunato iz ASLT skupa podataka o ubrzanom starenju: projektovani vek trajanja na temperaturi okoline (20 stepeni) za jednostavne, vakuumski zatvorene DP uzorke bio je 256 dana. Kompozitno DOHP vakuumsko pakovanje sa dvostrukim hvatačem kiseonika i kesicama sredstva za sušenje postiglo je projektovani rok trajanja koji je dostigao 663 dana, što je otprilike 1,5 puta duže u odnosu na uobičajeno vakuumsko zatvaranje. Eksperimentalni rezultati dokazuju da dodavanje kombinovanih vrećica za hvatanje kisika i sredstva za sušenje u vakuumski zatvorenim uvjetima predstavlja isplativu praktičnu tehničku opciju za produženje komercijalnog vijeka trajanja sušenogCistanche deserticolakriške.

4. Zaključci i perspektiva istraživanja

I prethodna obrada pod ultravisokim pritiskom i prethodna obrada termičkom parom su u stanju da značajno povećaju performanse zadržavanja za osnovne bioaktivne markere feniletanol-glikozidaCistanche deserticola, u poređenju sa referentnim uzorcima koji su direktno dehidrirani bez ikakvog prethodnog tretmana. Od četiri kombinovana proizvodna procesa, UHP predtretman uparen sa dehidracijom vrućim vazduhom postigao je najbolji rezultat očuvanja PhGs. Njegovi praktični optimizovani parametri: pritisak 296 MPa, trajanje pritiska 16 min, temperatura sušenja toplim vazduhom 81 stepen; izmjereni sadržaj PhGs 5,12 mg/g·FW, dostižući 1,8 puta veću vrijednost od kontrolnih uzoraka direktnog sušenja vrućim zrakom. Regresijski modeli izgrađeni za četiri procesna cjevovoda posjedovali su zadovoljavajući kvalitet uklapanja i sposobnost predviđanja. Netermalna tehnologija ultravisokog pritiska predstavlja obećavajući kandidat za prethodnu obradu za visokokvalitetne komercijalne sušeneCistancheproizvodnja.

Unutar sušenog‑CistanchePraksa skladištenja narezaka, vakuumsko zapečaćeno pakovanje u kombinaciji sa hvatačem kiseonika sa dvostrukom funkcijom i kesicama za sušenje mogu efikasno da obuzdaju dobijanje vlage, uspore trošenje ukupnog šećera, rastvorljivih proteina i feniletanol-glikozidnih mikroproizvoda i bioloških produkata kokona. Ubrzani test starenja predviđa da ova kompozitna shema pakovanja može produžiti rok trajanja na temperaturi okoline do 663 dana. Ovo istraživanje daje praktične parametre procesa koji podržavaju rukovanje nakon žetve i dugoročno komercijalno očuvanje za lijekove koji su homologniCistanche deserticolagotova roba.

Ograničenja studije i budući izgledi: Sadašnje istraživanje se uglavnom koncentriralo na kvantitativne varijacije dobro okarakteriziranih metabolita PhGs markera. Naknadna istraga može dodatno istražiti kako različite operacije prethodnog tretmana mijenjaju ukupni antioksidativni kapacitet gotovog proizvodaCistancheproizvoda, i kopaju dublje u mehanizme molekularnog razmjera kroz koje ultravisoki pritisak modificira puteve transformacije i degradacije za podtipove feniletanol-glikozida. Iz perspektive industrijske primjene, široka primjena UHP opreme zahtijeva sveobuhvatnu procjenu ekonomskih troškova za scenarije masovne proizvodnje.

Reference

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

[2] Procjena učinka antioksidansa za ekstrakte feniletanol-glikozida dobijenih iz pustinjskih ljekovitih biljaka.Izvještaji o hemiji hrane i bioprocesiranju.

[3] Primjena netermalne tehnologije visokog hidrostatskog pritiska za prehrambene i biljne sirovine biljnog porijekla.Inovativni pregledi prehrambene industrije.

[4] Utjecaj prethodnog tretmana na efikasnost dehidracije i zadržavanje bioaktivnih tvari u ljekovitim biljkama tipa rizoma.Bilten o tehnologiji nakon žetve.

[5] Ubrzana metodologija predviđanja roka trajanja za dehidrirane botaničke prehrambene proizvode.Komunikacije o istraživanju stabilnosti hrane.

[6] Primjena pomoćnih materijala za vakuumsko pakovanje (hvatač kisika, sredstvo za sušenje) za konzerviranje sušenih biljnih proizvoda.Packaging Innovation Journal.

[7] Poređenje liofilizacije i konvektivnog sušenja vrućim zrakom za biljne kriške osjetljive na toplinu bogate fitokemikalijama.Napredak tehnologije sušenja.

[8] Kontrola kvaliteta i HPLC-kvantifikacija markerskih spojeva za hranu i lijekove homologne pustinjske biljne resurse.Analitički izvještaji o prirodnim proizvodima.