Abstraktní

Cistanche deserticolaje známá léčivá bylina pocházející z pouště pocházející ze severozápadní Číny, často označovaná jako "pouštní ženšen". Jako potravinářsko-medicínský homologní botanický materiál má velký rozvojový potenciál v průmyslu funkčních potravin a doplňků stravy. Čerstvě sklizené tkáně jsou citlivé na enzymatické hnědnutí spouštěné endogenními oxidázovými enzymy. Konvenční výrobní postupy většinou využívají sušení ve stínu pod širým nebem nebo přímou dehydrataci horkým vzduchem bez standardizovaných kroků předúpravy. Tyto tradiční operace obvykle vedou k velkým ztrátám fenylethanolových glykosidů (PhG), které jsou základními bioaktivními markerovými látkami, a zhoršují komerční kvalitu finálních sušených plátků. Vytvoření praktických kombinací předúpravy a dehydratace je nezbytné pro zachování aktivních látek a stabilizaci skladovací výkonnosti hotových produktů.

V této práci byly studovány dvě cesty předúpravy: netermální ultravysoký hydrostatický tlak (UHP) a konvenční tepelné napařování. Každá předúprava byla kombinována se dvěma hlavními dehydratačními technologiemi, konvekčním horkovzdušným sušením a vakuovou lyofilizací. Byly implementovány jednofaktorové zkoušky, aby se zúžily možné rozsahy parametrů, následované Box-Behnkenovým modelováním reakčního povrchu pro optimalizaci čtyř integrovaných výrobních pracovních postupů. Jako primární hodnotící indikátor sloužily celkové fenylethanolové glykosidy vypočtené sečtením čtyř reprezentativních markerů včetně echinakosidu, verbascosidu, cistanosidu A a isoverbaskosidu. Sušené bylinné plátky vyrobené za optimalizovaných parametrů byly baleny ve čtyřech vakuových ošetřeních: jednoduché vakuové těsnění, vakuové sáčky s pohlcovačem kyslíku, vakuové s vysoušedlem na bázi silikagelu a kompozitní vakuové balení obsahující pohlcovač kyslíku i sušidlo. Při skladování při pokojové teplotě bylo nepřetržitě sledováno několik indikátorů kvality včetně úrovně vlhkosti, celkového cukru, rozpustného proteinu, zbytkových PhG a celkového počtu aerobních mikroorganismů. K odhadu reálné trvanlivosti za okolních podmínek bylo použito zrychlené testování životnosti při skladování (ASLT) za zvýšených teplot.

Výsledky ukázaly, že jak UHP, tak předúprava napařováním zlepšila konzervaci PhG ve srovnání s nepředupravenými kontrolami přímé dehydratace. Optimální výsledek zpracování pocházel z UHP v kombinaci se sušením horkým vzduchem: tlak 296 MPa, doba výdrže 16 minut a teplota sušení 81 stupňů, poskytující obsah PhGs 5,12 mg/g·FW, přibližně 1,8krát vyšší než u neupraveného referenčního vzorku sušeného horkým vzduchem. Pro napařovací-horkovzdušné sušení byly ideální parametry teplota napařování 94 stupňů, doba napařování 21 min a teplota sušení 79 stupňů. Pro UHP v kombinaci s lyofilizací byla optimální nastavení tlak 295 MPa, doba zdržení 16 minut a teplota před zmrazením -43 stupňů. Pro napařování-lyofilizaci byly nejlepší podmínky 94 stupňů napařování po dobu 21 minut a teplota předmrazování -43 stupňů. Během experimentů se skladováním sdílely všechny obalové skupiny konzistentní trendy změny kvality: vlhkost a počty mikrobů se postupně zvyšovaly, zatímco celkový cukr, rozpustné proteiny a bioaktivní markery PhGs klesaly. Mezi všemi testovanými formami balení si kompozitní vakuové balení vybavené sáčky absorbujícími kyslík a absorbujícími vlhkost udrželo nejlepší komplexní kvalitu produktu. Zrychlený výpočet stability předpokládal skladovatelnost 256 dní pro běžné vakuově uzavřené vzorky při okolní teplotě 20 stupňů. Pro srovnání, kompozitní duální vakuové balení dosáhlo odhadované trvanlivosti až 663 dní.

Netepelná předúprava ultravysokým tlakem vykazuje významné výhody při ochraně tepelně citlivých fenylethanolových glykosidů běhemCistanche deserticoladehydratace. Současná aplikace pohlcovačů kyslíku a vysoušedel ve vakuově uzavřených obalech může účinně zpomalit vícerozměrné zhoršování kvality a výrazně prodloužit použitelnou trvanlivost sušených plátků. Tato studie poskytuje praktické výrobní reference pro posklizňovou úpravu a dlouhodobou komerční konzervaci této hodnotné potravinářsko-lékařské homologní suroviny.

Klíčová slova: Cistanche deserticola; fenylethanolové glykosidy; ultravysoký hydrostatický tlak; předúprava napařováním; dehydratace horkým vzduchem; vakuová lyofilizace; stabilita při skladování sušených bylin; zrychlené hodnocení doby použitelnosti; potravinářsko-medicínská homologie

 

1. Úvod

1.1 Botanický profil a průmyslové pozadíCistanche deserticola

Cistanche deserticolaYC Ma patří do čeledi Orobanchaceae a je to obligátní holoparazitická bylina bez chlorofylu. Parazituje na kořenovém systémuHaloxylon ammodendron, a drought‑resistant shrub widely distributed in northern Chinese desert regions. Its fleshy scaly stem has been used as tonic herbal material for more than two thousand years in traditional application systems. Ancient herbal documents classified it as high‑grade tonic material, known for effects of tonifying kidney‑yang, replenishing essence‑blood and relieving constipation symptoms.

Vzhledem k historickému nadměrnému sběru divoké přírodyCistanche deserticola resources faced depletion risks and received official conservation interventions. Nowadays, large‑scale artificial cultivation has been realized through inoculating Cistanchena uměle vysazenéHaloxylon ammodendronochranné lesy, především v pouštních oblastech Vnitřního Mongolska. Na začátku roku 2020 zahrnovaly čínské regulační orgányCistanche deserticola into the food‑medicine homology pilot catalogue, opening broader commercial prospects for functional food, nutritional supplement and cosmetic raw‑material markets.

1.2 Bioaktivita hlavních funkčních složek

Fenylethanolové glykosidy jsou charakteristickými bioaktivními látkamiCistanche deserticola. Velké množství experimentů na buňkách in vitro a studií na zvířecích modelech in vivo ověřilo jeho rozmanitý farmakologický potenciál. Tyto sloučeniny vykazují pozoruhodnou antioxidační kapacitu: Frakce PhGs mohou zvýšit aktivitu antioxidačních enzymů, jako je SOD, a snížit poškození peroxidací lipidů ve zvířecím séru a tkáních jater. Modely poškození buněk oxidativním stresem ukázaly, že izoláty PhG mohou snížit úmrtnost nervových buněk, což podporuje jejich potenciál jako přírodní antioxidační suroviny.

Farmakologické testy na zvířatech také potvrzují jeho tradiční tonizační hodnotu. Bylinné vodní extrakty mohou zlepšit řadu parametrů kvality spermií u samců zvířat, včetně koncentrace spermií, motility a míry malformací. Experimenty s inkubací lymfocytů to ukázalyCistancheextrakty by mohly podporovat tvorbu protilátek a regulovat expresi povrchových receptorů imunitních buněk, což odráží imunomodulační účinky. Ve výzkumu gastrointestinální regulace vykazovaly oligosacharidové složky extrahované z této byliny zjevný laxativní účinek, který urychlil střevní peristaltiku a zkrátil latenci defekace na zvířecích modelech se zácpou. Polysacharidové frakce zCistanche deserticolataké přispívají k antioxidačním a imunomodulačním fyziologickým reakcím.

1.3 Současný stav technologie dehydratace rostlinných surovin

Čerstvě sklizenéCistanche deserticolaobsahuje dostatek živin, ale po sklizni zůstává po sklizni silná metabolická aktivita. Bez včasného zpracování jsou čerstvé stonky náchylné k enzymatickému hnědnutí, změkčení textury a mikrobiálnímu znehodnocení, což přináší problémy pro meziregionální logistiku a dlouhodobé skladování. Dehydratace je hlavní konzervační metoda pro komerční kvalituCistanchesurovina. Tradiční výroba většinou využívá sušení na slunci nebo ve stínu na vzduchu. Nicméně endogenní oxidasové enzymy včetně polyfenoloxidázy (PPO) a peroxidázy (POD) budou nadále degradovat bioaktivní látky, než vlhkost tkání klesne na bezpečnou úroveň. To způsobuje velkou ztrátu charakteristických složek PhGs a nestabilní kvalitu hotového produktu.

Běžné průmyslové dehydratační techniky pro botanické materiály zahrnují konvekční sušení horkým vzduchem, mikrovlnnou dehydrataci, dálkové infračervené sušení a vakuové sušení vymrazováním. Konvekční horkovzdušné sušení se vyznačuje nízkými investicemi do zařízení, velkou výrobní kapacitou a jednoduchou obsluhou vhodnou pro hromadnou výrobu. Jeho hlavní nevýhodou je tepelné poškození vůči tepelně labilním bioaktivním molekulám za vysokých teplot. Vakuová lyofilizace odstraňuje vlhkost sublimací ledu za podmínek zmrazení při nízkém tlaku. Tato technologie dokáže lépe zachovat původní texturu tkáně, barvu a tepelně citlivé fytochemikálie, přičemž přináší vyšší spotřebu energie a výrobní náklady. Hybridní kombinovaná schémata sušení se snaží integrovat výhody různých režimů sušení, aby vyvážila kvalitu hotového produktu a ekonomiku výroby.

1.4 Strategie předběžného ošetření před botanickou dehydratací

Kroky předúpravy před dehydratací mohou realizovat několik cílů: deaktivaci oxidativního enzymu, částečné snížení mikrobiální zátěže a úpravu mikrostruktury rostlinné tkáně. Rozumná předúprava zlepšuje účinnost dehydratace a minimalizuje degradaci cenných endogenních bioaktivních sloučenin. Tepelné napařování nebo blanšírování patří ke konvenčním řešením tepelné předúpravy. Tepelné zpracování denaturuje proteiny PPO a POD oxidázy, aby se potlačily reakce zhnědnutí, a zároveň se zvýší propustnost buněčných stěn a zkrátí se následné cykly dehydratace. Příliš dlouhé tepelné zpracování nebo příliš vysoká teplota však mohou vyluhovat ve vodě rozpustné fytochemikálie a spustit tepelný rozklad cílových účinných látek.

Zpracování ultravysokým hydrostatickým tlakem (UHP) je slibnou netepelnou fyzikální intervencí pro potravinářsko-bylinnou výrobu. Vysoký hydrostatický tlak narušuje nekovalentní vazby uvnitř biologických makromolekul, jako jsou proteiny, zatímco kovalentní chemické vazby malomolekulárních sekundárních metabolitů zůstávají z velké části nedotčené. UHP může inaktivovat mikroorganismy a oxidační enzymy bez intenzivního tepelného vstupu a modifikovat permeabilitu buněčných membrán, aby se usnadnilo uvolňování metabolitů z rostlinných buněk. Tato netepelná technologie si v posledních letech získala rostoucí zájem ve výzkumu o zpracování ovoce, zeleniny a bylinných materiálů.

1.5 Výzvy související se skladováním sušených bylinných plátků

I po dostatečné dehydrataci podléhají sušené rostlinné produkty dlouhodobému skladování pomalému zhoršování kvality. Mezi hlavní ovlivňující faktory patří obsah zbytkové vlhkosti, hodnota vodní aktivity, parciální tlak okolního kyslíku, skladovací teplota, vystavení světlu a bariérové ​​vlastnosti obalových materiálů. Zbytková vlhkost urychluje neenzymatické hnědnutí a poskytuje dostupnou vodu pro mikrobiální množení. Kyslík urychluje oxidační degradaci fenolických bioaktivních látek reprezentovaných fenyletanolglykosidy. Vhodná obalová řešení využívají kompozitní fólie s vysokou bariérou, sáčky s vysoušedlem pro absorpci vlhkosti a balíčky s pohlcovačem kyslíku pro zpomalení rozkladu kvality. V současnosti je většina komerčně dostupná sušenáCistanche deserticolařezy používají jednoduchý sáček nebo kanystr, postrádající systematická experimentální data pro podporu skutečné trvanlivosti.

1.6 Cíle výzkumu a experimentální rozsah

Stávající mainstreamCistanchevýrobní pracovní postupy často přeskakují standardizovanou předúpravu před dehydratací, což vede ke značné ztrátě charakteristických bioaktivních látek fenylethanol-glykosidů. Tato studie porovnává netepelný UHP zásah s klasickým předúpravou napařováním. Každá možnost předúpravy je kombinována se sušením horkým vzduchem a sušením mrazem. Jednofaktorové screening a Box-Behnken modelování povrchu odezvy se používají k optimalizaci čtyř různých integrovaných výrobních potrubí s prioritou nastavenou na maximalizaci zadržení PhGs. Pomocí řezů připravených podle optimalizovaných sad parametrů tento dokument dále zkoumá, jak vakuové balení doplněné o vysoušedla a sáčky pohlcující kyslík ovlivňuje vícerozměrné posuny kvality během skladování. Zrychlené testování stárnutí se používá k projekci skutečné životnosti při skladovatelnosti za normálních podmínek pokojové teploty. Tento projekt si klade za cíl poskytnout experimentální základy a praktické výrobní parametry pro posklizňovou manipulaci a dlouhodobé uchování potravinářských léčivCistanche deserticola.

Základní rozsah experimentu je uveden níže:

Optimalizujte kombinace parametrů pro čtyři procesní potrubí: UHP plus sušení horkým vzduchem; napařování plus sušení horkým vzduchem; UHP plus lyofilizace; napařování plus lyofilizace. Celkový obsah fenylethanolglykosidů slouží jako primární indikátor odezvy.

Monitorujte dynamické změny vlhkosti, celkového cukru, rozpustných proteinů, koncentrace PhGs a celkový počet aerobních mikrobů u sušených bylinných plátků ve čtyřech různých konfiguracích vakuového balení během zkoušek skladování.

Provádějte experimenty se zrychleným stárnutím a vypočítejte předpokládanou trvanlivost při okolní teplotě pro každé obalové řešení.

2. Materiály a experimentální postupy

2.1 Zdroje surovin, chemická činidla a laboratorní přístroje

ČerstvýCistanche deserticolasurové stonky byly sklizeny během podzimní sezóny sklizně v rámci Alxa League, Vnitřní Mongolsko, Čína. Referenční standardní látky zahrnovaly echinakosid, verbascosid, cistanosid A a isoverbaskosid, každá s certifikovanou čistotou vyšší nebo rovnou 98 %. Pro kvantitativní měření HPLC byly použity acetonitril a methanol v chromatografické kvalitě. Ostatní chemické látky přijaly standard čistoty analytické kvality.

Hlavní laboratorní vybavení: termostaticky řízená horkovzdušná sušárna, ultrazvuková extrakční lázeň, vysokorychlostní chlazená odstředivka, vysokovýkonný přístroj pro kapalinovou chromatografii, vakuová vymrazovací sušička, termostatický cirkulační systém vodní lázně, jednotka na zpracování ultravysokého hydrostatického tlaku, UV-Vis spektrofotometr, průmyslový vysokotlaký parní sterilizátor a vakuový balicí stroj s konstantní vlhkostí.

2.2 Pracovní postup počáteční přípravy surovin

ČerstvýCistanchestonky byly opláchnuty, aby se odstranily povrchové nečistoty a nečistoty, vnější šupinatá tkáň listů byla ručně odstraněna. Zpracované stonky byly rovnoměrně nakrájeny na plátky o tloušťce 5 mm, plně smíchány a náhodně rozděleny do experimentálních podskupin. Byly definovány čtyři hlavní zpracovatelské kohorty: předúprava UHP následovaná dehydratací horkým vzduchem; tepelná předúprava v páře s následnou dehydratací horkým vzduchem; předúprava UHP následovaná vakuovou lyofilizací; tepelná předúprava napařováním následovaná vakuovou lyofilizací. Pro každou experimentální podmínku bylo připraveno pět biologických replikátů.

2.3 Kvantitativní detekční protokol pro celkové fenylethanolové glykosidy

K měření markerových sloučenin PhGs byla implementována kvantifikace založená na HPLC. SušenéCistancheprášek na plátky byl proset přes síto 60 mesh; přesně 1,0 g práškového vzorku byl zvážen a smíchán s 50% methanolovým vodným rozpouštědlem. Extrakce rozpouštědlem za pomoci ultrazvuku trvala 1,5 hodiny, tento extrakční cyklus se třikrát opakoval. Podmínky centrifugace byly nastaveny na 8000 g rotační síly v prostředí 4 stupňů po dobu 15 minut. Sebraná kapalina nad usazeninou prošla přes 0,22 μm filtrační membránu organické fáze před nástřikem HPLC.

Hardwarová konfigurace HPLC: analytická kolona LaChrom X C18 (250 mm × 4,6 mm, velikost částic 5 μm). Složení mobilní fáze: acetonitril jako fáze A a 0,5% vodný roztok kyseliny mravenčí jako fáze B, provozováno v režimu naprogramované gradientově eluce. Vlnová délka detekce UV byla fixována na 320 nm; teplota sloupce udržována 30 stupňů; objem nástřiku vzorku byl 8 ul; průtok tekutiny 0,6 ml/min. Celková hodnota glykosidu fenylethanolu byla vypočtena sečtením naměřených koncentrací čtyř jednotlivých markerových molekul, uváděných v jednotkách mg/g·FW. Aby byla zaručena analytická spolehlivost, byly dokončeny kompletní testy validace metody včetně kalibrace linearity, hodnocení přesnosti přístroje, opakovatelnosti přípravy vzorku, krátkodobé stability testovacího roztoku a testování výtěžnosti matrice.

2.4 Zkoušky screeningu jednofaktorových parametrů

Pro každou kombinovanou cestu zpracování bylo provedeno jednofaktorové testování, aby se vymezila přiměřená okna parametrů před optimalizací povrchu odezvy.

Kohorta UHP + sušení horkým vzduchem: zkoumaný gradient velikosti tlaku (100 MPa-500 MPa), doba udržení tlaku (5-25 min), teplota sušení horkým vzduchem (60-100 stupňů), jako odezva hodnocení se bere celková koncentrace PhGs.

Kohorta napařování + sušení horkým vzduchem: testovací proměnné zahrnovaly teplotu napařování (60-100 stupňů), dobu trvání napařování (10-50 min), teplotu sušení horkým vzduchem (60-100 stupňů).

Kohorta UHP + sublimační sušení: variabilní gradienty včetně pracovního tlaku (100–500 MPa), doby udržení tlaku (5–25 min), teploty před zmrazením v rozsahu od 0 stupňů do -80 stupňů.

Kohorta napařování + lyofilizace: upravená teplota napařování, doba trvání napařování a teplota předmrazování v odpovídajících rozsazích gradientu.

2.5 Experimentální návrh Box-Behnken Response-Surface

Na základě výsledků jednofaktorových screeningových testů bylo pro každý ze čtyř pracovních postupů zpracování použito třífaktorové tříúrovňové experimentální uspořádání Box-Behnken. Celkový obsah fenyletanol-glykosidů byl označen jako proměnná odezvy Y. Softwarová platforma Design-Expert zkonstruovala matematické modely kvadratické polynomiální regrese. Teoretické optimální výrobní parametry byly generovány pomocí modelového výpočtu; hodnoty parametrů byly doladěny tak, aby vyhovovaly praktickým provozním omezením zařízení, následovaly fyzické ověřovací experimenty.

2.6 Analýza profilování metabolitů UPLC-Q-TOF-MS/MS

Vzorkové extrakty získané ze čtyř optimalizovaných zpracovatelských skupin byly filtrovány přes 0,22 μm organický filtr a podrobeny měření profilování metabolitů UPLC-Q-TOF-MS/MS. Byl zvolen režim detekce kladných iontů ESI; rozsah hromadného skenování pokrýval 50–2000 Da; kolizní energie upravená v rozmezí 30-40 V. Signály sekundární fragmentové hmotnostní spektrometrie byly porovnány s publikovanou fytochemickou literaturou pro předběžnou identifikaci metabolitů fenyletanol-glykosidového typu v rámciCistanchetkáňové extrakty.

2.7 Nastavení hodnocení výkonu úložiště se sušeným řezem

SušenéCistancheplátky vyrobené podle čtyř optimalizovaných specifikací zpracování byly porcovány po 10 g na jednotlivou jednotku a uzavřeny uvnitř PA/PE vícevrstvých vakuových sáčků. Byly vytvořeny čtyři různé kohorty s balením:

DP: čisté vakuové těsnění, žádné další funkční sáčky;

DOP: vakuové těsnění včetně sáčku s pohlcovačem kyslíku na bázi prášku železa;

DHP: vakuové těsnění s přidaným sáčkem s vysoušedlem absorbujícím vlhkost silikagelu;

DOHP: kompozitní vakuové balení obsahující jak pohlcovač kyslíku, tak sáčky s vysoušedlem na bázi silikagelu.

Šarže vzorků byly inkubovány za okolních podmínek při pokojové teplotě. Vzorkovací operace probíhaly každých 14 dní pro víceindexové analytické měření. Testované indikátory zahrnovaly obsah vlhkosti (stanovený podle protokolu přímého sušení GB 5009.3‑2016), celkový obsah cukru kvantifikovaný fenol-kyselinou sírovou spektrofotometrickou analýzou, rozpustný protein měřený kolorimetrickou metodou Coomassie brilantní modř, fenylethanol-glykosid prostřednictvím stanoveného pracovního postupu HPLC, celkový počet aerobních kolonií 820222 GB 4 Srovnávací měřítko mikrobiální akceptace čerpalo odkaz z kritéria NY 5184-2002 pro průmysl dehydratované zeleniny, které vyžaduje celkový počet aerobních kolonií lg(CFU/g) menší nebo roven 5.

2.8 Accelerated Shelf-Life Aging Assessment (ASLT) a výpočet životnosti

Reprezentativní šarže vzorků pocházející ze skupiny s jednoduchým vakuem DP a skupiny s kompozitním balením DOHP byly inkubovány v termostatických skříních udržovaných při 50 stupních a 60 stupních za účelem provedení pokusů umělého zrychleného zhoršování. Časové intervaly vzorkování byly definovány podle empirické hodnoty Q10. Prahová hodnota počtu mikrobiálních kolonií a koncentrace zbytkových PhG společně sloužily jako kritické ukazatele koncového bodu pro posouzení doby použitelnosti. Vzorec koeficientu Q10 a standardní vzorce ASLT pro výpočet doby skladovatelnosti byly přijaty k extrapolaci předpokládané doby skladovatelnosti při cílové okolní skladovací teplotě 20 stupňů.

2.9 Statistika a metodika zpracování dat

Software Excel 2019 a SPSS Statistics 26 řešily třídění nezpracovaných datových souborů a vyhodnocování statistické významnosti. Origin 2022 byl použit pro vykreslování vědeckých čísel. Design-Expert 13 dokončil konstrukci modelu odezvy a výpočet optimalizace parametrů. Jednosměrná analýza ANOVA podporovala víceskupinové srovnávací hodnocení; P-hodnota menší než 0,05 byla interpretována jako statisticky významný rozdíl. Všechny naměřené experimentální výsledky byly prezentovány ve formátu střední hodnoty ± standardní odchylka.

 

3. Výsledky a diskuse

3.1 Výsledky validace pro pracovní postup kvantifikace PhGs HPLC

Čtyři cílové fenylethanol-glykosidové markerové sloučeniny poskytly příznivé lineární přizpůsobení s koeficientem stanovení R² vyšším nebo rovným 0,9995. Testování přesnosti přístroje vrátilo hodnoty RSD plochy píku pod 2,3 %. Test opakovatelnosti přípravy vzorku vygeneroval hodnoty RSD založené na obsahu nižší než 3 %. Krátkodobé testy stability prokázaly, že zkušební roztoky vzorků zůstaly stabilní po dobu alespoň 24 hodin v prostředí s pokojovou teplotou. Míra obnovy matrice u čtyř markerových látek klesla mezi 95,9 %–97,8 %, s odpovídající 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 deserticolavzorky.

3.2 Pozorování z jednofaktorových screeningových experimentů

V rámci kohorty UHP plus sušení horkým vzduchem vykazoval obsah fenyletanol-glykosidu unimodální variace: koncentrace metabolitu nejprve stoupala a následně klesala, jak se postupně zvyšovala velikost tlaku, doba udržení tlaku a teplota sušení. Když byly pomocné parametry udržovány konstantní, maximální výtěžek PhG se objevil v blízkosti pracovního tlaku 300 MPa, výdrže 15 minut a teploty sušení nastavené na 80 stupňů. Střední ultravysoký hydrostatický tlak narušuje architekturu rostlinných buněk, zvyšuje propustnost buněčných membrán a usnadňuje intracelulární uvolňování metabolitů PhGs. Příliš vysoký tlak nebo příliš dlouhé doby udržení tlaku mají nepříznivé důsledky: dochází k velkoobjemovému úniku různých intracelulárních nečistot, navíc část molekul PhGs kontaktuje zbytkový kyslík uvnitř rozbitých buněk a dochází k oxidativní degradaci, což vede ke snížení detekovatelné koncentrace PhGs. Příliš vysoká teplota sušení spouští povrchové zpevnění pokožky bylinných plátků, ucpává vnitřní kanály pro difúzi vody a prodlužuje účinnou dobu dehydratace, což dále urychluje tepelný rozklad tepelně citlivých molekul PhGs.

U experimentálního potrubí napařování-horký-vzduch-dehydratace obsah PhGs podobně vykazoval tendenci vzestupu a pak poklesu v reakci na změny trvání napařování, teploty napařování a sušení. Optimální jednofaktorové provozní úrovně soustředěné kolem teploty napařování 90 stupňů, doby zdržení v páře 20 minut a teploty sušení 80 stupňů. Vhodné tepelné napařování denaturuje endogenní PPO a POD oxidační enzymy, realizuje ochranný efekt „inaktivovat-enzym pro zachování-glykosid“ a zabraňuje enzymatickému hydrolytickému rozkladu fenyletanol-glykosidových složek. Příliš intenzivní tepelné vystavení příliš vysoké teplotě nebo příliš dlouhé době napařování vážně poškozuje konstrukci buněčné stěny, což způsobuje ztrátu ve vodě rozpustných aktivních látek vyluhováním spolu s tepelným rozkladem cílových markerových sloučenin.

Pro předúpravu kombinovanou se skupinami lyofilizace vytvořily úpravy velikosti tlaku UHP, trvání udržení tlaku a teploty před zmrazením také unimodální křivky odezvy PhGs. Špičkový výstup PhGs se objevil kolem tlaku 300 MPa, 15 minut výdrže a nastavení předmrazování -40 stupňů. Teplota před zmrazením má významný vliv na morfologii ledových krystalů a konečnou mikrostrukturu lyofilizovaných bylinných plátků. Středně nízká teplota před zmrazováním vytváří volnou a porézní vnitřní tkáňovou architekturu, což prospívá následné extrakci PhGs zprostředkovanou rozpouštědlem. Nedostatečná hloubka předmražení nemůže dosáhnout úplné inhibice oxidázy-enzymu; extrémně nízká teplota před zmrazením vytváří zhroucenou a kompaktní strukturu tkáně, která snižuje výtěžek extrahovatelných PhGs. Kohorta s napařováním a lyofilizací vykazovala analogický vzor odezvy vzestup a pokles; preferované jednofaktorové parametry byly teplota napařování 90 stupňů, doba napařování 20 minut a teplota předmrazování −40 stupňů.

3.3 Výstupy optimalizace povrchu odezvy pro čtyři pracovní postupy zpracování

Všechny modely kvadratické regrese vytvořené pro čtyři procesní potrubí dosáhly extrémně významné hodnoty P modelu (P< 0.0001), meanwhile lack‑of‑fit terms displayed non‑significant difference (P >0,05). Hodnoty determinačního koeficientu R² přesáhly 0,98 pro každý model, což prokazuje vhodnost regresního modelu vůči experimentálnímu souboru dat a spolehlivou prediktivní kapacitu pro koncentraci PhGs v rámci zkoumaného prostoru parametrů.

Modelem predikované optimální parametry byly jemně upraveny tak, aby vyhovovaly limitům provozu zařízení v reálném světě, ověřené praktické výrobní parametry jsou shrnuty následovně:

UHP kombinované s horkovzdušnou dehydratací: provozní tlak 296 MPa, udržení tlaku 16 min, teplota sušení horkým vzduchem 81 stupňů . Prakticky naměřené PhGs = 5.12 mg/g·FW, odchylka predikce pouze 1,98 %. Tento pracovní postup přinesl nejvyšší konzervační účinek PhG ze čtyř potrubí, obsah markerů 1,8krát vyšší než u referenčních vzorků, které prošly přímým sušením horkým vzduchem bez jakéhokoli předběžného zpracování.

Napařování kombinované s sušením horkým vzduchem: teplota napařování 94 stupňů, doba napařování 21 min, teplota sušení 79 stupňů. Naměřené PhGs = 3.52 mg/g·FW, odchylka predikce 3,43 %. Hladina PhGs dosáhla 1,1násobku ve srovnání s neošetřeným referenčním vzorkem sušeným horkým vzduchem.

UHP v kombinaci s vakuovou lyofilizací: tlak 295 MPa, doba výdrže 16 min, teplota předmrazování −43 stupňů . Naměřené PhGs = 4.08 mg/g·FW, odchylka predikce 1,33 %. Koncentrace PhGs se zvýšila 1,7krát ve srovnání s přímou kontrolou lyofilizací.

Napařování kombinované s vakuovou lyofilizací: teplota napařování 94 stupňů, doba napařování 21 min, teplota předmrazování −43 stupňů. Naměřené PhGs = 2.87 mg/g·FW, odchylka predikce 3,53 %. Hladina PhGs byla 0,9krát vyšší než u referenčního materiálu přímého sušení mrazem.

Křížové srovnání mezi čtyřmi optimalizovanými potrubími ukazuje, že ultravysokotlaká netepelná předúprava dosahuje vynikajícího výkonu při konzervaci PhGs ve srovnání s konvenčním tepelným napařováním, bez ohledu na spárování s dehydratací horkým vzduchem nebo lyofilizací. Toto pozorování je v souladu s vnitřní silou technologie UHP spočívající v ochraně tepelně zranitelných fytochemikálií s malou molekulou. Metabolomické profilování UPLC‑Q‑TOF‑MS/MS úspěšně rozlišilo devět metabolitů souvisejících s fenyletanol‑glykosidy v rámciCistancheextrakty. Několik reprezentativních metabolitů, jako je cistanosid C a kyselina geniposidová, zaznamenalo vyšší intenzitu odezvy hmotnostní spektrometrie u kohort předem ošetřených UHP oproti protějškům předem ošetřeným napařováním. Tento jev naznačuje, že léčba UHP má diferencované modulační účinky pro různé podtřídy fenyletanol-glykosidových metabolitů a základní molekulární regulační mechanismus si zaslouží hlubší následné zkoumání.

3.4 Vývoj kvality úložiště pro sušené plátky v různých konfiguracích balení

Během celého 70denního pozorovacího okna při skladování při pokojové teplotě zůstala tendence multiindexových variací kvality konzistentní ve všech čtyřech kohortách balení: obsah vlhkosti a celkový počet aerobních kolonií postupně stoupaly; koncentrace celkových cukrů, hladina rozpustných proteinů a zbytkový obsah fenyletanol-glykosidů vykazovaly kontinuálně klesající trendy.

Výsledky měření obsahu vlhkosti ukazují, že kohorty vybavené sáčky s vysoušedlem (DHP a DOHP) vykazovaly výrazně nižší rychlost absorpce vlhkosti ve srovnání se skupinami bez přídavku vysoušedla (DP, DOP). Ověřuje účinnost silikagelového vysoušedla pro potlačení příjmu vlhkosti sušenýmCistancheplátky. Plátky sušené horkým vzduchem si uchovávají látky s vyšším obsahem cukru, které propůjčují silnější hygroskopické vlastnosti; proto rychlost zvyšování vlhkosti u kohort sušených horkým vzduchem překonala lyofilizované skupiny vzorků.

Pro odečty celkového cukru a rozpustných proteinů: kohorty vybavené sáčky pohlcujícími kyslík (DOP, DOHP) zjevně zpomalily sestupnou rychlost ukazatelů cukru a rozpustných proteinů. Nízkokyslíkové mikroprostředí potlačuje oxidační rozklad látek proteinového typu a snižuje spotřebu cukerného substrátu pocházející ze zbytkové mikrobiální metabolické aktivity. Kompozitní kohorta DOHP integrující jak vysoušedlo, tak pohlcovač kyslíku poskytla optimální ochranný výkon pro nutriční složky.

Fenylethanolové glykosidy patří k bioaktivním látkám fenolické třídy, které jsou vysoce náchylné k oxidačnímu poškození. Během skladovacích cyklů si kompozitní vakuově balící skupina DOHP udržovala statisticky vyšší zbytkovou koncentraci PhGs ve srovnání s kohortou DP s jednoduchým vakuem. Nízký obsah kyslíku ve spojení s mikroklimatem s nízkou vlhkostí uvnitř kompozitních obalových sáčků podstatně zpomaluje cesty oxidační degradace markerových sloučenin PhGs.

Pokud jde o celkový počet aerobních mikrobiálních kolonií: každá experimentální skupina udržovala počet kolonií pod lg (CFU/g) menším než nebo rovným 5, což bylo v souladu se specifikací bezpečnosti potravin během 70denního období pozorování. Skupina kompozitů DOHP prokázala nejpomalejší rychlost mikrobiálního množení, která je výsledkem kombinovaného potlačení růstu způsobeného mikroprostředím s nízkou vlhkostí a nízkým skladováním kyslíku.

3.5 Výsledky projekce životnosti zrychleného stárnutí

Počet mikrobiálních kolonií překračující regulační práh byl přijat jako koncový bod selhání skladovatelnosti. Vypočteno z datového souboru urychleného stárnutí ASLT: předpokládaná skladovatelnost při okolní teplotě (20 stupňů) pro jednoduché vakuově uzavřené vzorky DP byla 256 dní. Kompozitní vakuové balení DOHP s duálním pohlcovačem kyslíku a sáčky s vysoušedlem dosáhlo předpokládané trvanlivosti dosahující 663 dnů, což je přibližně 1,5násobné prodloužení životnosti ve srovnání s běžným vakuovým těsněním. Experimentální výstupy dokazují, že přidání kombinovaných sáčků s pohlcovačem kyslíku a vysoušedlem za vakuově uzavřených podmínek představuje nákladově efektivní praktickou technickou možnost pro prodloužení komerční trvanlivosti sušenýchCistanche deserticolaplátky.

4. Závěry a výhled výzkumu

Jak ultravysokotlaká netepelná předúprava, tak předúprava tepelným napařováním jsou schopny výrazně zvýšit retenční výkon pro jádrové bioaktivní fenyletanol-glykosidové markeryCistanche deserticolave srovnání s referenčními vzorky, které byly přímo dehydratovány bez jakékoli předúpravy. Ze čtyř kombinovaných výrobních pracovních postupů přinesla předúprava UHP spojená s dehydratací horkým vzduchem nejlepší výsledek konzervace PhGs. Jeho praktické optimalizované parametry: tlak 296 MPa, doba udržení tlaku 16 min, teplota sušení horkým vzduchem 81 stupňů; naměřený obsah PhGs 5,12 mg/g·FW, dosahující 1,8krát vyšší hodnoty než kontrolní vzorky s přímým sušením horkým vzduchem. Regresní modely vytvořené pro čtyři procesní potrubí měly uspokojivou kvalitu přizpůsobení a předpovědní schopnost. Netepelná ultravysokotlaká technologie představuje slibného kandidáta na předúpravu pro vysoce kvalitní komerční sušeníCistanchevýrobní.

V rámci sušenýchCistanchePraxe skladování plátků, vakuově uzavřené obaly v kombinaci se sáčky s dvojitou funkcí pohlcovače kyslíku a sáčků s vysoušedlem mohou účinně omezit získávání vlhkosti, zpomalit vyčerpání celkového cukru, rozpustných proteinů a bioaktivních látek fenyletanol-glykosidů a omezit reprodukci mikrobiálních kolonií. Zrychlený test stárnutí předpokládal, že toto schéma kompozitního balení může posunout skladovatelnost při okolní teplotě až na 663 dní. Toto šetření poskytuje praktické parametry procesu podporující posklizňovou manipulaci a dlouhodobou komerční konzervaci pro potraviny-léky-homologníCistanche deserticolahotové zboží.

Omezení studie a výhled do budoucna: Současný výzkum se převážně soustředil na kvantitativní variace dobře charakterizovaných markerových metabolitů PhGs. Následné šetření může dále prozkoumat, jak různé operace předúpravy mění celkovou antioxidační kapacitu hotového výrobkuCistanchea ponořit se hlouběji do mechanismů v molekulárním měřítku, jejichž prostřednictvím ultravysoký tlak modifikuje transformační a degradační cesty pro fenyletanol-glykosidové subtypy. Z pohledu průmyslové aplikace vyžaduje rozsáhlé nasazení zařízení UHP komplexní vyhodnocení ekonomických nákladů pro scénáře hromadné výroby.

Reference

[1] Pokroky ve zpracování a fytochemickém výzkumu proCistanche deserticolafunkční bylinné materiály.Journal of Herbal Resources Applied Research.

[2] Hodnocení antioxidační účinnosti fenyletanol-glykosidových extraktů získaných z pouštních léčivých bylin.Zprávy o chemii potravin a biologickém zpracování.

[3] Aplikace netepelné technologie vysokého hydrostatického tlaku pro potravinářsko-bylinné suroviny rostlinného původu.Recenze inovativního zpracování potravin.

[4] Vliv předúpravy na účinnost dehydratace a retenci bioaktivních látek léčivých rostlin oddenkového typu.Bulletin technologie po sklizni.

[5] Metodika zrychlené předpovědi trvanlivosti pro dehydratované rostlinné potravinářské produkty.Komunikace o výzkumu potravinové stability.

[6] Aplikace pomocných materiálů pro vakuové balení (lapač kyslíku, vysoušedlo) pro konzervaci sušených bylinných komodit.Packaging Innovation Journal.

[7] Srovnání lyofilizace versus konvekční sušení horkým vzduchem u tepelně citlivých bylinných plátků bohatých na fytochemikálie.Pokrok technologie sušení.

[8] Kontrola kvality a kvantifikace pomocí HPLC s markerovými sloučeninami pro zdroje potravin, léčivých přípravků a pouštních bylin.Analytické zprávy o přírodních produktech.