Polyffenolau Planhigion ac Effaith Ffrwydrad ager ar Eu Gweithgaredd Echdynnu a Gwrthocsidiol
Mae polyffenolau planhigion yn ddosbarth o fetabolion eilaidd sy'n cynnwys grwpiau hydrocsyl ffenolig lluosog, a ystyrir yn aml fel y "seithfed maetholyn mawr." Maent yn arddangos strwythurau cymhleth a ffurfiau cydlyniad amrywiol, yn bennaf gan gynnwys asidau ffenolig, deilliadau asid hydroxybenzoig a hydroxycinnamic, flavonoidau, anthocyaninau, coumarinau, a thaninau. Mae'r cyfansoddion hyn yn meddu ar ystod eang o weithgareddau biolegol, megis gwrthocsidiol, sborion radical rhydd, gwrthganser, gwrthfacterol, ac effeithiau gwrthfeirysol, ac maent wedi denu cryn sylw ym meysydd bwyd ac iechyd.
Mae ffrwydrad stêm yn dechnoleg pretreatment sy'n dod i'r amlwg ar gyfer deunyddiau crai amaethyddol. Mae ei egwyddor yn ymwneud â chymhwyso stêm gwasgedd uchel, tymheredd uchel, yn fyr i'r deunydd, wedi'i ddilyn gan ryddhad pwysedd ar unwaith, gan ddefnyddio'r gwahaniaeth pwysedd uchel i darfu ar ficrostrwythur y deunydd crai. Mae'r dechnoleg hon yn integreiddio effeithiau lluosog, gan gynnwys asid-fel hydrolysis, diraddio thermol, torasgwrn mecanyddol, tarfu ar fondiau hydrogen, ac ad-drefnu adeileddol, gan alluogi gwahanu cydrannau'n effeithlon oddi wrth ddeunyddiau gweadog caled. Oherwydd ei fanteision o fod yn rhydd o lygredd, sy'n gofyn am amser rhag-drin byr, gan wella'n sylweddol gynnyrch echdynnu cyfansoddion bioactif, lleihau'r defnydd o ynni a chostau prosesu, a'i fod yn hawdd ei ddiwydiannu, mae ffrwydrad stêm wedi dod yn ddull pwysig o wella effeithlonrwydd echdynnu cyfansoddion bioactif o ddeunyddiau planhigion a gwella gwerth ychwanegol cynnyrch. Mae'r erthygl hon yn adolygu'n systematig effaith pretreatment ffrwydrad stêm ar gynnwys polyphenol a gweithgaredd gwrthocsidiol darnau o ddeunyddiau crai amrywiol, gyda'r nod o ddarparu sail ddamcaniaethol ar gyfer cymhwyso'r dechnoleg hon wrth echdynnu gwahanol gyfansoddion bioactif.
1. Newidiadau Ffisicocemegol Mawr yn ystod Ffrwydrad Steam
Yn ystod ffrwydrad stêm, mae anweddiad cyflym stêm poeth yn achosi gwahaniaeth pwysau allanol mewnol sylweddol ar gelloedd y deunydd, gan achosi cynnydd sydyn mewn pwysau mewnol ac ehangu cyfaint sy'n fwy na therfynau strwythurol y celloedd, gan arwain at "rhwygo tebyg i fecanyddol". Mae'r effaith gorfforol ddwys hon ymhellach yn hyrwyddo torri bondiau hydrogen, dadelfennu rhanbarthau amorffaidd a rhannol grisialog, ac yn achosi ad-drefnu strwythurol o gydrannau. Mae astudiaethau wedi dangos y gall ffrwydrad stêm leihau gradd polymerization moleciwlau startsh mewn tatws melys a thatws, gan achosi diraddio startsh, a gall leihau maint a phwysau moleciwlaidd moleciwlau pectin. Ar gyfer{5}}defnyddiau cyfoethog o ffibr megis cregyn cnau coco, mae ffrwydrad stêm yn diraddio cellwlos a hemicellwlos yn rhannol ac yn hydrolysu lignin i ryw raddau, gan dorri cadwyni moleciwlaidd, lleihau maint gronynnau, a lleihau-cydrannau cadwyn hir tra'n cynyddu{7}}cydrannau cadwyn byr mewn dŵr{-ffibrau dietegol anhydawdd. Mae canlyniadau tebyg wedi'u harsylwi ar gyfer cregyn cnau Ffrengig, bran gwenith yr hydd, ac Ephedra.
Mae astudiaethau mecanyddol yn dangos ymhellach y gall ffrwydrad stêm ddiraddio lignin a hemicellwlos yn rhannol, gan gynhyrchu ffenolig pwysau isel moleciwlaidd a-siwgr hydawdd mewn dŵr. Fodd bynnag, pan fo pwysedd triniaeth yn rhy uchel neu'r hyd yn rhy hir, gall cyfansoddion ffenolig a ryddhawyd gael eu diraddio neu eu polymeru. Yn ogystal, efallai y bydd gelatinization startsh ac adweithiau Maillard yn cyd-fynd â ffrwydrad stêm, gan hyrwyddo rhwymiad cofalent rhwng proteinau a siwgrau; mae graddau adwaith Maillard yn cyd-fynd â dwyster y ffrwydrad stêm, fel y cefnogir gan astudiaethau ar hadau Amaranthus caudatus.
Mae arsylwadau microsgopig yn dangos bod ffrwydrad stêm yn newid strwythur y deunydd yn sylweddol, gan newid yr wyneb o fod yn llyfn ac yn drwchus i grychog a mandyllog. Er enghraifft, mae wyneb blawd konjac yn mynd yn grychu ac yn datblygu nifer o ficropitau ar ôl triniaeth, gan gynyddu'r arwynebedd arwyneb penodol. Mae gwenith wedi'i egino yn arddangos strwythurau lamellar polysacarid tameidiog, gan ffurfio strwythurau mandyllog gyda mân ganghennau ffibrog. Mae esgyrn ffemwr iacod yn dod yn rhydd ac yn fandyllog gyda difrod strwythurol sylweddol i'r pen femoral, tra bod plu yn datblygu strwythur tebyg i sbwng gyda chraciau a thyllau. Mae'r newidiadau microstrwythurol hyn yn ffafrio treiddiad a chyswllt toddyddion echdynnu, gan hwyluso rhyddhau cyfansoddion bioactif.
2. Effeithiau Ffrwydrad Steam ar Echdynnu Polyphenol
2.1 Effeithiau ar Ddeunyddiau Crai Grawnfwyd a Had Olew
Mae deunyddiau crai grawn a had olew yn gyfoethog mewn cyfansoddion ffenolig, y gellir eu dosbarthu'n strwythurol yn asidau ffenolig, flavonoidau, a proanthocyanidins, a'u categoreiddio ymhellach yn ôl ffurf yn ffenolig rhydd a ffenolig wedi'u rhwymo (ee, protein wedi'i rwymo, wedi'i rwymo'n glycosidaidd, wedi'i rwymo'n ester -). Mewn bran grawnfwyd, mae'r rhan fwyaf o ffenoligion wedi'u rhwymo'n dynn i waliau celloedd, gan arwain at effeithlonrwydd echdynnu isel gan doddyddion confensiynol. Mae ffrwydrad stêm yn amharu'n effeithiol ar strwythur y cortecs ac yn hydrolyzes bondiau ether ac ester, gan hyrwyddo rhyddhau polyffenolau rhwymedig.
Mae astudiaethau wedi dangos bod ffrwydrad stêm o bran gwenith ar 2.5 MPa am 30 s yn cynyddu'r cynnwys asid fanillic mewn ffenolig rhydd o tua 50%, tra bod p-asid coumarig ac asid ferulic yn cyrraedd 36{- a 11{{30plyg yn uwch na'r rheolyddion, yn y drefn honno. Mae ffenoligau wedi'u rhwymo (ee, asid glucuronic, asid p-coumarig, asid ferulic) hefyd ar ei uchaf, gydag asid ferulig yn cynyddu bron i 25-plyg, a chyfanswm y cynnwys ffenolig yn cyrraedd 28 mg/g - tua naw gwaith yn uwch na'r grŵp heb ei drin. Mae canfyddiadau tebyg wedi'u hadrodd ar gyfer brans grawnfwyd eraill. Mae defnyddio ffrwydrad stêm uwchlaw 7.4 × 10⁵ Pa i ffaglys yn niweidio cellbilenni a waliau, gan hwyluso rhyddhau ffenoligau rhwymedig a gwneud iawn am ddiraddiad thermol posibl ffenoligau rhydd. Mae ffrwydrad stêm hefyd yn gwella echdynnu ffenolig o gotiau hadau ffa soia ac yn cynyddu cynnwys isoflavone mewn okara gyda dwyster ffrwydrad cynyddol, gan gyrraedd uchafbwynt o 2.0 MPa am 30 s. Oherwydd gwahaniaethau mewn priodweddau ffisiocemegol deunydd crai ac amcanion ymchwil, mae'r amodau a'r effeithiau ffrwydrad gorau posibl ar gydrannau gweithredol yn amrywio.
Mae'n werth nodi bod yn rhaid rheoli dwyster ffrwydrad stêm o fewn ystod briodol. Mae dwyster cymedrol yn gwella echdynnu polyphenol, tra gall dwyster gormodol gael yr effaith groes. Er enghraifft, mae bran gwenith wedi'i drin ar ddwysedd rhy uchel (ee, 2.5 MPa am 90 s) yn cynhyrchu asidau organig fel asid fformig ac asetig, gan hyrwyddo diraddiad ffenolig neu bolymeru a lleihau cynnwys. Mae hadau Amaranthus sy'n cael eu trin ar 0.6 MPa am 60 s yn cyrraedd cyfanswm ffenolig o 7.798 mg/g-5.3 gwaith yn uwch na'r rheolaeth-ond mae cynnydd pellach mewn pwysedd neu hyd yn lleihau'r cynnwys ffenolig, gyda thriniaeth 120 s hyd yn oed yn is na'r rheolydd. Yn yr un modd, mae trin ffa coch ar 0.25-0.75 MPa am 30-90 s yn cynyddu cynnyrch ffenolig, ond mae 1.0 MPa neu hyd hirach yn achosi diraddio rhannol, polymerization, neu garboneiddio. Mae ffrwydrad stêm dwysedd uchel hefyd yn dadelfennu anthocyaninau tatws melys porffor. Mae astudiaethau lluosog yn cefnogi'r egwyddor gyffredinol bod ffrwydrad stêm yn arddangos ffenestr brosesu optimaidd ar gyfer cynnwys ffenolig mewn deunyddiau grawnfwyd a had olew.
2.2 Effeithiau ar Ddeunyddiau Crai Ffrwythau a Llysiau
Mae deunyddiau crai ffrwythau a llysiau hefyd yn gyfoethog mewn ffenolig, gan gynnwys asidau ffenolig, anthocyaninau, a flavonoidau. Mae ffrwydrad stêm yn amharu ar gyfanrwydd strwythurol ffrwythau a llysiau, gan leihau ymwrthedd trosglwyddo màs a hwyluso rhyddhau polyphenol. Mae astudiaethau ar sitrws a'i grwyn pomace, garlleg a garlleg, gweddillion ffrwythau angerdd, ffrwythau coed lacr, dyddiadau coch Tiwnisia, bagasse cansen siwgr, gweddillion croen pîn-afal, a ffrwythau Elaeagnus i gyd yn nodi bod ffrwydrad stêm cymedrol yn gwella echdynnu polyphenol.
2.3 Effeithiau ar Ddeunyddiau Crai Eraill
Y tu hwnt i rawnfwydydd, hadau olew, ffrwythau a llysiau, mae ffrwydrad stêm wedi'i gymhwyso i ddeunyddiau planhigion eraill. Er enghraifft, ar ôl ffrwydrad stêm 1.5 MPa am 60 s, roedd nodwyddau pinwydd yn cynhyrchu 50.8 mg / g o flavonoidau, 2.54 gwaith yn uwch na'r rheolaeth, gan gynnal sefydlogrwydd da hyd yn oed ar 1.5-2.0 MPa am 60 s. Ar gyfer gweddillion te a derw, mae'r cynnwys ffenolig yn cynyddu'n ddwys i ddechrau ond yn dirywio ar ddwyster uwch. Mae cyfanswm y cynnyrch flavonoid mewn dail ffigys, gwreiddyn kudzu, a dail Ginkgo yn dilyn tuedd debyg. Gall dirywiad mewn echdynnu ddeillio o ddiraddio rhannol flavonoid neu ail-bolymereiddio i ffurfiau anhydawdd. Mae astudiaethau ar ganghennau a dail olewydd, dail Eucommia, canclwm Japan, dail Sasa palmata, a dail Populus yn cadarnhau bod ffrwydrad stêm yn hyrwyddo rhyddhau polyphenol yn effeithiol.
Mae gwella cynnyrch polyphenol gan ffrwydrad stêm yn seiliedig yn bennaf ar ddau fecanwaith: (1) ffurfio ffenolig newydd - tymheredd uchel, pwysedd uchel, mae amodau asidig yn achosi diraddiad thermol mewn cellwlos, hemicellwlos, a lignin, gan gynhyrchu asidau ffenolig a ffenolig anweddol, ffenolau a gulagenai, ffenolau a gulatilen syringaldehyde; (2) hyrwyddo rhyddhau ffenolig wedi'i rwymo-mae'r ffrwydrad yn rhyddhau'r strwythur deunydd, gan gynyddu'r arwynebedd cyswllt, tra'n hydroleiddio bondiau ether ac ester rhwng cydrannau wal gell (polyffenolau, polysacaridau, lignin), gan drosi ffenolig rhwymedig i ffenolig rhydd a chynyddu hydoddedd.
3. Effeithiau Ffrwydrad Steam ar Weithgaredd Gwrthocsidiol Detholiad
3.1 Effeithiau ar Weithgaredd Gwrthocsidyddion In Vitro
Mae gweithgaredd gwrthocsidiol in vitro polyffenolau planhigion yn cael ei werthuso'n gyffredin gan DPPH · chwilota radical, ABTS⁺· sborion radical, a FRAP (pŵer gwrthocsidiol sy'n lleihau fferrig). Mae ffrwydrad stêm yn gwella gallu gwrthocsidiol in vitro darnau polyphenol yn sylweddol. Er enghraifft, mae gwerthoedd EC₅₀ DPPH· chwilota gan echdynion croen garlleg yn gostwng yn sylweddol gyda phwysau ac amser cynyddol, gan sefydlogi uwchlaw 3.0 MPa, ac yn dangos gweithgaredd uwch na garlleg du. Mae hyn i'w briodoli i ryddhad gwell o ffenoligau rhwymedig a diraddio lignin a hemicellwlos, gan gynhyrchu ffenoligau pwysau moleciwlaidd isel a{-siwgrau hydawdd mewn dŵr (ee, 5{-hydroxymethylfurfural). Mae astudiaethau tebyg ar bran grawnfwyd, gweddillion te, hadau Amaranthus, tatws melys porffor, hadau okra, gwreiddyn kudzu, dail palmata Sasa, ac egin bambŵ yn gyson yn dangos bod ffrwydrad stêm nid yn unig yn cynyddu cynnwys ffenolig ond hefyd yn gwella gweithgaredd gwrthocsidiol. Er enghraifft, ar ôl ffrwydrad stêm, quercetin-3-O-rhamnoside mewn ffrwythau coed lacr undergoes deglycosylation, trosi i quercetin gyda gweithgaredd gwrthocsidiol cryfach.
Fodd bynnag, mae'r cynnydd mewn gweithgaredd gwrthocsidiol hefyd yn dibynnu ar amodau ffrwydrad addas. Gall dwyster gormodol leihau gweithgaredd. Gall pwysedd uchel neu driniaeth hirfaith achosi i asidau coumarig ferwlig a p- gael eu datgarbocsio, eu polymeru i mewn i dimers trwy ganolraddau radical rhydd, neu ddirywio i foleciwlau bach fel methylguaiacol a vanillin, gan wanhau gallu gwrthocsidiol. Mae astudiaethau'n dangos bod chwilota DPPH a FRAP o echdynion bran gwenith yn cyrraedd uchafbwynt o 1.5 MPa am 90 s, gan ostwng gyda chynnydd pellach mewn dwyster. Gwelir canfyddiadau tebyg ar gyfer hadau Amaranthus, tatws melys porffor, a gweddillion te.
Ar ben hynny, mae cydberthynas agos rhwng gweithgaredd gwrthocsidiol a chynnwys polyphenol. Mae echdynion ffa coch ar ôl ffrwydrad stêm yn dangos cydberthynas gadarnhaol sylweddol rhwng crynodiad polyphenol a gwerthoedd DPPH·, ABTS⁺· chwilota, a FRAP. Mae echdynion hadau Okra yn dangos cydberthnasau cadarnhaol rhwng cyfanswm cynnwys polyphenol a FRAP, DPPH ·, a sborion radical superoxide (O₂⁻·), ond cydberthynas negyddol â chyfanswm flavonoidau, sy'n awgrymu y gallai rhai cyfansoddion ffenolig nad ydynt yn - (ee, lleihau siwgrau) a gynhyrchir yn ystod ffrwydrad gyfrannu at gyfanswm gweithgaredd gwrthocsidiol.
3.2 Effeithiau ar Weithgaredd Gwrthocsidyddion Mewngellol
Mae astudiaethau lefel celloedd yn cadarnhau ymhellach effeithiau buddiol ffrwydrad stêm. Mewn celloedd canser yr afu dynol (HepG2), mae echdynion bran gwenith o ffrwydrad stêm-deunydd wedi'i drin yn dangos gweithgaredd gwrthocsidiol cellog sylweddol uwch (EC₅₀ is) na darnau heb eu trin, gan nodi effeithiau gwrthocsidiol cryfach. Mae astudiaeth arall yn dangos, waeth beth fo golchi PBS, bod darnau bran gwenith sy'n cael eu trin ar 2.5 MPa am 30 s yn arddangos gweithgaredd gwrthocsidiol cellog uwch na darnau heb eu trin, yn bennaf oherwydd mwy o ffenolig hydawdd, yn enwedig asid ferulig hydawdd.
Ar gyfer bran gwenith yr hydd chwerw, mae ffrwydrad stêm yn cynyddu gweithgaredd gwrthocsidiol echdynnu ffenolig am ddim 215% mewn celloedd HepG2, gydag EC₅₀ tua dwywaith cymaint â samplau heb eu trin, tra hefyd yn gwella ataliad amlhau celloedd canser y colon dynol (Caco-2) yn sylweddol. Mae arbrofion treuliad gastroberfeddol efelychiedig yn dangos bod cynhyrchion treuliad bran heb ei drin yn dangos ychydig iawn o weithgaredd gwrthocsidiol cellog, tra bod cynhyrchion bran wedi'u trin yn dangos gweithgaredd sylweddol. Adroddir canfyddiadau tebyg ar gyfer darnau dail Populus.
4. Rhagolygon
Fel technoleg pretreatment deunydd crai effeithlon, ffrwydrad stêm yn dangos potensial mawr ar gyfer gwella cynnyrch echdynnu o polyphenols a chyfansoddion bioactif eraill, yn ogystal â gwella eu gweithgaredd gwrthocsidiol. Mae effeithiolrwydd y dechnoleg hon yn cael ei ddylanwadu gan ffactorau cynhenid megis y math o ddeunydd, cyfansoddiad, cynnwys lleithder, cyn-socian, a maint gronynnau, a ffactorau anghynhenid megis pwysedd stêm (tymheredd) ac amser dal. Gallai ymchwil yn y dyfodol ganolbwyntio ar:
Integreiddio arbrofion in vivo ac in vitro i egluro'r mecanweithiau y mae ffrwydrad stêm yn effeithio ar gynnwys a gweithgaredd polyphenol;
Ymchwilio i'r strwythur-perthynas effaith rhwng priodweddau matrics deunydd crai ac effeithiolrwydd ffrwydradau stêm, ac adeiladu modelau i wneud y gorau o baramedrau ffrwydrad;
Egluro mecanweithiau rhyddhau a deinameg trawsnewid cyfansoddion bioactif yn ystod ffrwydrad stêm;
Gwerthuso'n systematig effaith ffrwydrad stêm ar faetholion amrywiol a'u rhyngweithiadau mewn deunyddiau crai.
Gydag ymchwil barhaus a optimeiddio technolegol, disgwylir i ffrwydrad stêm chwarae rhan gynyddol bwysig wrth echdynnu cyfansoddion bioactif planhigion yn effeithlon, datblygu bwydydd swyddogaethol, a gweithgynhyrchu gwyrdd yn y diwydiant bwyd.
