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Medicine

Optimierung der Verarbeitung von Tiebangchui mit Hochlandgerstenwein auf der Grundlage des Box-Behnken-Designs in Kombination mit der Entropiemethode

Published: May 19, 2023 doi: 10.3791/65154

Summary

Das vorliegende Protokoll beschreibt eine effiziente Methode zur Optimierung der Verarbeitungstechnologie von Tiebangchui, die mit Hochlandgerstenwein verarbeitet wird, basierend auf einer Box-Behnken-Design-Response-Oberfläche in Kombination mit der Entropiemethode.

Abstract

Die Verarbeitung toxischer Ethnoarzneimittel ist für deren sichere klinische Anwendung von großer Bedeutung. Daher sollten die Grenzen der traditionellen Verarbeitung angegangen und die Verarbeitungsmethode von Ethnoarzneimitteln mit modernen Forschungsmethoden standardisiert werden. In dieser Studie wurde die Verarbeitungstechnologie eines häufig verwendeten tibetischen Medikaments Tiebangchui (TBC), der getrockneten Wurzel von Aconitum pendulum Busch, die mit Hochlandgerstenwein verarbeitet wird, optimiert. Als Bewertungsindikatoren wurden Diester-Diterpenoid-Alkaloid (DDA) (Aconitin, 3-Desoxyaconitin, 3-Acetylaconitin) und Monoester-Diterpenoid-Alkaloid (MDA) (Benzoylaconine) verwendet, und der Gewichtskoeffizient jedes Bewertungsindex wurde durch die Entropiemethode bestimmt.

Der Ein-Faktor-Test und das Box-Behnken-Design wurden verwendet, um den Einfluss des Verhältnisses zwischen Hochlandgerstenwein und TBC, der Scheibendicke von TBC und der Verarbeitungszeit zu untersuchen. Ein umfassendes Scoring wurde anhand der objektiven Gewichtung jedes Index durchgeführt, die durch die Entropiemethode bestimmt wurde. Die optimalen Verarbeitungsbedingungen von TBC mit Hochlandgerstenwein waren wie folgt: Die Menge an Hochlandgerstenwein ist fünfmal so hoch wie die von TBC, eine Einweichzeit von 24 h und eine TBC-Dicke von 1,5 cm. Die Ergebnisse zeigten, dass die relative Standardabweichung zwischen dem Verifizierungstest und dem prognostizierten Wert weniger als 2,55 % betrug und die optimierte Verarbeitungstechnologie von TBC, die mit Hochlandgerstenwein verarbeitet wird, einfach, machbar und stabil ist und daher eine Referenz für die industrielle Produktion darstellen kann.

Introduction

Tiebangchui (TBC), die getrocknete Wurzel von Aconitum pendulum Busch, ist eine bekannte tibetische Medizin und wurde erstmals in dem klassischen tibetischen medizinischen Buch "Vier medizinische Tantra"1,2 aufgezeichnet. Gemäß den "Arzneimittelstandards des Gesundheitsministeriums der Volksrepublik China (Tibetische Medizin)" ist TBC wirksam bei der Vertreibung von Kälte, der Linderung von Schmerzen, der Vertreibung von Wind und der Beruhigung von Schocks und wird häufig zur Behandlung von rheumatoider Arthritis in Kliniken eingesetzt 3,4,5.

TBC enthält hauptsächlich Alkaloide, darunter hochtoxische Diester-Diterpenoid-Alkaloide (DDAs) und die mäßig toxischen Monoester-Diterpenoid-Alkaloide (MDAs)6,7,8. Bei diesen chemischen Bestandteilen handelt es sich um Wirkstoffe mit medizinischer Wirkung, die jedoch toxisch sind. Einer der bekanntesten aktiven und giftigen Inhaltsstoffe, Aconitin, verursacht Vergiftungen, wenn er 1 mg9 überschreitet. Daher kann eine unsachgemäße oder übermäßige Anwendung von TBC zu Vergiftungen und sogar zum Tod führen, und die Toxizitätsabschwächung und der Wirksamkeitsvorbehalt von TBC sind entscheidend für seine sichere klinische Anwendung10,11.

Die Verarbeitung ist eine effektive Methode zur Entgiftung von TBC. Laut alten tibetischen Medizinbüchern ist die Verarbeitung mit Hochlandgerstenwein ein effizienter Weg, um die Toxizität zu verringern und die Wirksamkeit von TBC zu erhalten. TBC wird in Hochlandgerstenwein eingeweicht, eine Nacht gelagert, getrocknet und den Medikamenten12 zugesetzt. Über die spezifische Verarbeitungstechnologie und mögliche Einflussfaktoren wird jedoch selten berichtet, und der traditionelle Verarbeitungsprozess beruht oft auf Erfahrung und es fehlen standardisierte Methoden. Daher werden moderne wissenschaftliche und technologische Methoden zur Optimierung und Standardisierung des Verarbeitungsprozesses benötigt.

Die Box-Behnken-Entwurfsmethode wird verwendet, um Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Faktoren und deren Einfluss auf das umfassende Scoring durch quadratische Polynomanpassung zu untersuchen. Dieses Design ermöglicht die intuitive Beobachtung optimaler Bedingungen und ist im Bereich der Pharmazieweit verbreitet 13. So hat beispielsweise die auf der Entropiemethode basierende Box-Behnken-Auslegungsmethode die Verarbeitungstechnologie des Pfannenrührens mit Essig von Curcuma Longa Radix14 erfolgreich optimiert. In dieser Studie wurde das experimentelle Design der Box-Behnken-Antwortfläche in Kombination mit der Entropiemethode verwendet, um die Verarbeitungstechnologie von TBC zu optimieren, die mit Hochlandgerstenwein verarbeitet wurde. Die optimierte Verarbeitungstechnologie soll die Qualitätskontrolle und den sicheren klinischen Einsatz gewährleisten.

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Protocol

In dieser Studie wurde die Verarbeitungstechnologie von TBC, die mit Hochlandgerstenwein verarbeitet wurde, mit einem Box-Behnken-Design in Kombination mit der Entropiemethode optimiert. DDA- und MDA-Gehalt wurden als Bewertungsindikatoren verwendet, und der Gewichtskoeffizient jedes Bewertungsindex wurde durch die Entropiemethode bestimmt.

1. Experimentelle Vorbereitung

  1. Hochlandgerstenwein zubereiten15.
    1. Man nehme 500,00 g schwarzen Hochlandgerstenreis und füge die fünffache Menge Wasser hinzu. Den Reis kochen, bis das restliche Wasser aufgesogen ist (~2 h). Gießen Sie es aus, warten Sie, bis die Temperatur auf 37 °C fällt, fügen Sie 4 g Jiuqu hinzu (siehe Materialtabelle), mischen Sie es gut, verschließen Sie die Dose, wickeln Sie den Behälter mit Watte ein und lassen Sie es 7 Tage lang schmoren.
    2. Fügen Sie am 7. Tag 300 ml Wasser hinzu und verschließen Sie erneut. Beginnen Sie am 8. Tag mit der Entfernung des Weins und ersetzen Sie ihn anschließend durch 300 ml Wasser. Verschließen und 1 Tag lang gären, den Wein nehmen und erneut 300 ml Wasser hinzufügen. Wiederholen Sie diesen Vorgang dreimal und kombinieren Sie die Spirituosen.
    3. Zum Kochen bringen, dann die Hitze auf ein Köcheln reduzieren und weiterkochen, bis das restliche Wasser absorbiert ist.
  2. Um verarbeitete Produkte zuzubereiten, wiegen Sie den TBC in einem Behälter genau ab, fügen Sie Hochlandgerstenwein hinzu und lassen Sie ihn 1 Tag einweichen. Anschließend in einem elektrischen Trockenofen mit konstanter Temperatur trocknen.
    Anmerkungen: Die Trocknungstemperatur sollte unter 40 °C liegen, um Veränderungen in der Alkaloidzusammensetzung zu vermeiden.
  3. Bereiten Sie die Testprobenlösung vor.
    1. TBC-verarbeitetes Produktpulver (2 g) in einem Erlenmeyerkolben genau einwiegen, 40%ige Ammoniaklösung hinzufügen und eine ultraschallgestützte Extraktion mit Isopropanol-Ethylacetat (1:1) gemischten Lösungsmitteln (50 ml) (Leistung: 200 W; Frequenz: 40 kHz; Temperatur: 40 °C) für 30 min durchführen.
      Anmerkungen: Zur Herstellung einer 40%igen Ammoniaklösung werden 40 ml Ammoniak in einen 100-ml-Messkolben überführt und dann mit reinem Wasser verdünnt.
    2. Stellen Sie die extrahierte Lösung durch Zugabe eines Isopropanol-Ethylacetat-Gemischs (1:1 v/v) auf das ursprüngliche Gewicht ein.
    3. Die extrahierte Lösung (25 ml) wird genau in einen Rundkolben überführt, um das Lösungsmittel unter reduziertem Druck bis zum Trocknen zurückzugewinnen.
    4. Schließlich wird eine 0,05%ige Salzsäure-Methanol-Lösung zur Lösung des Rückstandes aus Schritt 1.3.3 in einen 5-ml-Messkolben überführt und mit 0,05%iger Methanolhydrochloridlösung verdünnt. Filtrieren Sie die Lösung durch einen mikroporösen 0,22-μm-Membranfilter, bevor Sie sie in die Hochleistungsflüssigkeitschromatographiesysteme (HPLC) einspritzen.
      Anmerkungen: 0,05%ige Methanolhydrochloridsäure herstellen, indem 0,05 ml Salzsäure in einen 100-ml-Messkolben gegeben und dann mit Methanol verdünnt werden.
  4. Bereiten Sie eine Standardlösung vor, indem Sie 5,18 mg Benzoylaconin, 13,13 mg Aconitin, 10,05 mg 3-Desoxyaconitin und 10,09 mg 3-Acetylaconitin genau wiegen und dann die Feststoffe einzeln in einen 5-ml-Messkolben geben. Mit 0,05%iger Methanolhydrochloridlösung verdünnen.

2. Chromatographischer Zustand

  1. Richten Sie die chromatographischen Bedingungen wie in Tabelle 1 für HPLC gezeigt ein. Details zu den verwendeten Instrumenten finden Sie in der Materialtabelle.

3. Prüfung der Anpassungsfähigkeit des Systems

  1. Bereich der Linearität
    HINWEIS: Zuerst haben wir die HPLC verwendet, um die Peakbereiche von Benzoylaconiten, Aconitin, 3-Desoxyaconitin und 3-Acetylaconitin in der Probe zu bestimmen, und dann nach dem Zufallsprinzip die Peakfläche einer bekannten Konzentration der Standardlösung bestimmt. Als nächstes verglichen wir die Differenz zwischen zwei Peakbereichen (Probenlösung und Standardlösung), um die Konzentration von Benzoylaconitin, Aconitin, 3-Desoxyaconitin und 3-Acetylaconitin in verschiedenen Proben abzuschätzen, und passten dann die Standardlösung in einen linearen Bereich an, um die Konzentration der Probe in der Kurve einzubeziehen. Die Konzentrationen der Standardkurve sind in Tabelle 2 dargestellt.
    1. Benzoylaconitin-Referenzlösungen mit 1,036 mg/ml, 0,518 mg/ml, 0,2072 mg/ml, 0,1036 mg/ml und 0,0518 mg/ml herstellen.
    2. Aconitin-Referenzlösungen mit 1,313 mg/ml, 0,5252 mg/ml, 0,2626 mg/ml, 0,1313 mg/ml und 0,05252 mg/ml herstellen.
    3. Bereiten Sie 3-Desoxyaconitin-Referenzlösungen mit 1,005 mg/ml, 0,5025 mg/ml, 0,201 mg/ml, 0,1005 mg/ml und 0,402 mg/ml vor.
    4. 3-Acetylaconitin-Referenzlösungen mit 0,2018 mg/ml, 0,1009 mg/ml, 0,04036 mg/ml, 0,02018 mg/ml und 0,01009 mg/ml herstellen.
    5. Untersuchen Sie die Linearität jeder Verbindung, indem Sie die Peakfläche im Vergleich zur Injektionskonzentration darstellen.
  2. Um den Präzisionstest durchzuführen, injizieren Sie sechsmal täglich 10 μl jeder Referenzlösung in das HPLC-System und verwenden Sie die gleichen HPLC-Bedingungen, die in Schritt 2.1 beschrieben sind, um die Proben auszuführen Zeichnen Sie den Peakbereich jeder Komponente auf.
  3. Führen Sie einen Intraday-Stabilitätstest durch, indem Sie 10 μl der vorbereiteten Probenlösung über Schritt 1.3 injizieren, und bestimmen Sie die Peakbereiche nach 0 h, 2 h, 4 h, 8 h, 14 h, 12 h und 24 h16.
  4. Führen Sie einen Reproduzierbarkeitstest durch, indem Sie sechs Proben derselben TBC-Charge entnehmen, um die Testprobenlösung gemäß Schritt 1.3 herzustellen. Injizieren Sie 10 μl jeder Probe in das HPLC-System und führen Sie die Proben wie in Schritt 2.1 beschrieben aus.
  5. Führen Sie den Wiederherstellungstest durch, um die Genauigkeit der Methode zu bewerten. Fügen Sie 100 % der Standardlösung jeder Indexkomponente (Benzoylaconitein, Aconitin, 3-Desoxyaconitin und 3-Acetylaconitin) in die Testlösung hinzu, um die Wiederfindungsrate zu berechnen. Da beispielsweise der Gehalt an Benzoylaconitin in der TBC-Probe 0,1524 mg/ml beträgt, werden 0,1524 mg Benzoylaconitin-Standards genau abgewogen und der TBC-Probe hinzugefügt, dann die Testprobenlösung gemäß Schritt 1.3 hergestellt. Führen Sie diese Proben mit den gleichen HPLC-Bedingungen aus, die in Schritt 2.1 beschrieben wurden. Berechnen Sie die Rückgewinnungsrate mit Gleichung (1):
    Equation 1(1)
    Dabei ist A die Menge der Komponente (Benzoylaconitein, Aconitin, 3-Desoxyaconitin oder 3-Acetylaconitin), die in der Probenlösung gemessen werden soll, B ist die Menge des zugesetzten Standards (Benzoylaconiten, Aconitin, 3-Desoxyaconitin oder 3-Acetylaconitin) und C ist der Messwert der Lösung, die die Standardlösung und die Probenlösung enthält (siehe Tabelle 3). In Schritt 2.1 finden Sie die chromatographischen Bedingungen, um die oben genannten Schritte auszuführen. Die Wiederfindungsrate spiegelt den Grad des Verlusts der Zielkomponente (Benzoylaconitin, Aconitin, 3-Desoxyaconitin oder 3-Acetylaconitin) während der Probenanalyse wider. Je höher die Wiederherstellungsrate, desto geringer der Verlust der Zielkomponente.

4. Ein-Faktor-Test von TBC, verarbeitet mit Hochlandgerstenwein

HINWEIS: Das Verhältnis zwischen Hochlandgerstenwein und TBC, die Scheibendicke von TBC und die Einweichzeit beeinflussen die Auflösung von toxischeren Komponenten (Aconitin, 3-Desoxyaconitin und 3-Acetylaconitin) in TBC während der TBC, die mit Hochlandgerstenwein17 verarbeitet wird. Der Einfaktortest und das Box-Behnken-Design wurden verwendet, um den Einfluss des Verhältnisses von Hochlandgerstenwein zu TBC, der Scheibendicke von TBC und der Einweichzeit zu untersuchen.

  1. Führen Sie den Zusatztest für Hochlandgerstenwein (A) durch, indem Sie fünf Gruppen von Tests mit jeweils 30 g TBC einrichten, wobei die Menge an Hochlandgerstenwein das Zwei-, Drei-, Vier-, Fünf- und Sechsfache der Menge an TBC im Rezept beträgt. Die Einweichzeit beträgt 12 h und die Scheiben sind 1,0 cm dick18.
    HINWEIS: Jede Gruppe desselben Zustandstests sollte in drei parallelen Gruppen verarbeitet werden.
  2. Führen Sie den Einweichzeittest (B) durch, indem Sie fünf Testgruppen mit jeweils 30 g TBC einrichten. Die Einweichzeiten betragen 12 h, 24 h, 36 h und 48 h. Die Menge an Hochlandgerstenwein ist fünfmal so hoch wie die von TBC, und die Scheiben sind1,0 cm dick 19.
    HINWEIS: Jede Gruppe desselben Bedingungsexperiments sollte in drei parallelen Gruppen verarbeitet werden.
  3. Führen Sie den Schneiddickentest (C) durch, indem Sie fünf Testgruppen mit jeweils 30 g TBC einrichten. Die Scheiben sind 0,5, 1,0, 1,5, 2,0 und 2,5 cm dick, die Einweichzeit beträgt 24 h und die Menge an Hochlandgerstenwein ist fünfmal so hoch wie die von TBC20.
    HINWEIS: Jede Gruppe desselben Bedingungsexperiments sollte in drei parallelen Gruppen verarbeitet werden.
  4. Wiegen Sie die verarbeiteten Produkte für jede Testgruppe genau, um die Testprobenlösung gemäß Schritt 1.3 herzustellen. Bestimmen Sie die Peakfläche jeder Probe mittels HPLC und verwenden Sie die Standardkurve, um die Mengen an MDAs und DDAs abzuschätzen. In der Standardkurve ist y die Peakfläche und x der Inhalt. Der Gehalt an MDAs ist Benzoylaconitin, und der Gehalt an DDAs ist die Summe aus Aconitin, 3-Desoxyaconitin und 3-Acetylaconiten.
  5. Verwenden Sie den Gesamtgehalt von DDAs und den Inhalt von MDAs als Bewertungsindikatoren und bestimmen Sie den Gewichtskoeffizienten jedes Bewertungsindex und das umfassende Scoring mit Hilfe der Entropiemethode (Abschnitt 5).
    ACHTUNG: TBC ist giftig und daher sollten während der Verarbeitung Schutzmaßnahmen ergriffen werden.

5. Entropiemethode zur Berechnung des umfassenden Scorings

HINWEIS: Wir verwenden die experimentellen Daten des Messerdickentests im Einfaktortest als Beispiel, um den Berechnungsprozess im Detail zu veranschaulichen. Wir verwenden die Peakfläche der Komponenten in jeder Probe in der Ergänzungstabelle S1 und die Standardkurve in Tabelle 2, um den Gehalt an MDAs und DDAs zu berechnen (siehe Ergänzungstabelle S2). In der linearen Gleichung ist y die Peakfläche und x der Inhalt. In dieser Studie wurde das mäßig toxische MDA (Benzoylaconiten) als positiver Indikator und der Gesamtgehalt an DDAs (Aconitin, 3-Desoxyaconitin und 3-Acetylaconitin) mit hoher Toxizität als negativer Indikator verwendet. Der Gehalt an MDAs ist Benzoylaconitin, und der Gehalt an DDAs ist die Summe aus Aconitin, 3-Desoxyaconitin und 3-Acetylaconiten. Jede Stichprobe hat zwei Auswertungsindikatoren: i = 1,2,...,n und j = 1,2,... M21.

  1. Verwenden Sie Gleichung (2), um den Inhalt von MDAs22 zu standardisieren.
    Equation 2(2)
    So Equation 3
    HINWEIS: Xij ist der Wert des j-ten Indikators der i-ten Stichprobe. Xij* ist der standardisierte Wert von Xij. Beispielsweise ist i = 3 und j = 1, X31 stellt den Wert des ersten Indikators der dritten Stichprobe dar und Equation 4 ist der standardisierte Wert des ersten Indikators in der dritten Stichprobe. sind in der ergänzenden Tabelle S3 dargestellt. Equation 5
  2. Verwenden Sie Gleichung (3), um den Gesamtinhalt der DDAs23 zu standardisieren.
    Equation 6(3)
    Equation 7
    HINWEIS: Hier stellt i = 3, j = 2 den zweiten Indikator der dritten Stichprobe dar. Equation 8 ist der standardisierte Wert des zweiten Indikators in der dritten Stichprobe. Equation 9 sind in der Ergänzungstabelle S3 aufgeführt.
  3. Verwenden Sie die Gleichungen (4) und (5), um den Entropiewert (Hj) jedes Indikators23 zu definieren.
    1. Berechnen Sie die Wahrscheinlichkeit des j-ten Versuchs unter dem i-ten Bewertungsindikator Pij unter Verwendung von Gleichung (4).
      Equation 10(4)
      Für Nummer 3,
      Equation 11
      Equation 12
      HINWEIS: Die Wahrscheinlichkeitswerte für den ersten Indikator und den zweiten Indikator der dritten Stichprobe betragen 0,2374 bzw. 0,2812. Equation 13 sind in der Ergänzungstabelle S3 aufgeführt.
    2. Berechnen Sie die Informationsentropie Hj.
      Equation 14(5)
      Equation 15
      Equation 16
      HINWEIS: H 1 ist die Entropie des ersten Indikators (MDAs) und H2 ist die Entropie des zweiten Indikators (DDAs) im Schnittdickentest.
  4. Verwenden Sie Gleichung (6), um die Indikatorgewichte (Wj)23 zu berechnen.
    Equation 17 (6)
    Equation 18= 33,3 %
    Equation 19= 66,7 %
    HINWEIS: Wjist der Gewichtskoeffizient jedes Indikators. Beim Schneiddickentest beträgt der Gewichtskoeffizient des positiven Indikators (MDAs) und des negativen Indikators (DDAs) 33,3 % bzw. 66,7 %.
  5. Verwenden Sie Gleichung (7), um die umfassende Bewertung der Indikatoren23 zu berechnen.
    Equation 20 (7)
    Für Nummer 3, Equation 21
    Equation 22
    HINWEIS: Si ist die umfassende Bewertung jeder Probe. Wir müssen die höchste Punktzahl als zentralen Punkt im Box-Behnken-Design erhalten. S 1, S 2, S 3, S 4 und S5 sind in der Ergänzungstabelle S3 dargestellt.

6. Box-Behnken-Design

  1. Verwenden Sie beim Ein-Faktor-Test die Bedingung mit der höchsten umfassenden Bewertung (siehe Tabelle 4, Tabelle 5, Tabelle 6 und Abbildung 2) als Mittelpunkt der Antwortfläche. Verwenden Sie die Menge an Hochlandgerstenwein (A), die Einweichzeit (B) und die Scheibendicke von TBC (C) als Einflussfaktoren und das umfassende Scoring als Antwortwert24.
    HINWEIS: Basierend auf den Einzelfaktordaten in Tabelle 4, Tabelle 5 und Tabelle 6 wird die höchste umfassende Bewertung durch die Gleichungen (2), (3), (4), (5), (6) und (7) in Abschnitt 5 berechnet, und die beste Punktzahl wird erhalten. Die Menge an Hochlandgerstenwein war fünfmal so hoch wie die von TBC, die Einweichzeit betrug 36 h und die Schnittdicke betrug 1,0 cm.

7. Arbeitsschritte der Box-Behnken-Designsoftware

  1. Öffnen Sie die Software (siehe Materialtabelle) und wählen Sie Neues Design | Box-Behnken Design (siehe Schritt 5.1; Ergänzungsdatei 1).
    1. Geben Sie die Anzahl der Einflussfaktoren ein und geben Sie die Niveauinformationen ein (dreistufig-dreifaktorig; siehe Tabelle 7). Das Box-Behnken-Design setzt sich aus 17 Experimenten in dieser Studie zusammen. Klicken Sie abschließend auf Weiter (siehe Schritt 5.2; Ergänzungsdatei 1).
    2. Legen Sie die umfassende Bewertung (Y) durch die Gleichungen (2), (3), (4), (5), (6) und (7) in Abschnitt 5 als Antwort fest. Geben Sie die Anzahl der Werte der Antwortvariablen ein (Abbildung zeigt nur einen Wert der Antwortvariablen) und klicken Sie auf Fertig stellen (siehe Schritt 5.3; Ergänzungsdatei 1).
    3. Verarbeiten Sie die TBC mit Hochlandgerstenwein gemäß den Entwurfsergebnissen und führen Sie das Experiment auf der Grundlage der 17 Szenarien durch, die für die Antwortfläche entworfen wurden.
    4. Bereiten Sie die Probenlösungen vor, indem Sie Schritt 1.3 befolgen, und berechnen Sie den Gesamtgehalt der MDAs und DDAs durch das HPLC-System.
    5. Berechnen Sie die umfassende Bewertung für jede Gruppe anhand der Gleichungen (2), (3), (4), (5), (6) und (7) in Schritt 5 und geben Sie die Ergebnisse ein (siehe Schritt 5.4; Ergänzungsdatei 1).
  2. Klicken Sie auf Analysieren , um die Datums- und Modellinformationen zu analysieren (siehe Schritt 5.4.1; Ergänzungsdatei 1).
    1. Führen Sie eine statistische Validierung von Polynomgleichungen und eine Analyse der Antwortfläche durch, die in 3D-Modelldiagrammen dargestellt werden, die von der Software erhalten wurden.
    2. Klicken Sie im oberen Menü auf ANOVA und sehen Sie sich die Ergebnistabelle an.
  3. Klicken Sie auf Optimierung , um die prognostizierten optimalen Prozessbedingungen anzuzeigen (siehe Schritt 5.4.2; Ergänzungsdatei 1).

8. Validierungstest

  1. Anhand der Ergebnisse, die aus dem Box-Behnken-Response-Surface-Design vorhergesagt wurden, ist in Schritt 7.3 die optimale Verarbeitungsbedingung von TBC zu identifizieren. Hier ist es wie folgt: TBC wird 24 Stunden lang in der fünffachen Menge Hochlandgerstenwein eingeweicht, und die Dicke des TBC beträgt 1,5 cm. Nehmen Sie das optimale Maß an Einflussfaktoren als Verarbeitungsbedingungen und bauen Sie drei parallele Versuchsreihen auf, um die Stabilität der Verarbeitungstechnologie zu überprüfen.

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Representative Results

In dieser Studie zeigten die Präzision, Stabilität, Wiederholbarkeit und Probenrückgewinnung von TBC, dass die Methode durchführbar ist. Die vier Indexkomponenten in TBC wiesen eine gute lineare Beziehung innerhalb eines bestimmten Konzentrationsbereichs auf. Typische Chromatogramme sind in Abbildung 1 dargestellt. Die Präzisionstestergebnisse (Tabelle 8) zeigten, dass die relative Standardabweichung (RSD) der Peakbereiche 2,56 %, 1,49 % bzw. 2,03 % für Benzoylaconine, Aconitin und 3-Desoxyaconitin und 0,21 % für 3-Acetylaconitin betrug, was darauf hindeutet, dass die Präzision des Instruments gut war. Die 24 h (n = 6) durchgeführte Stabilitätsstudie ergab relative Standardabweichungswerte von 2,76 %, 2,21 %, 2,98 % bzw. 2,31 % für Benzoylaconine, Aconitin, 3-Desoxyaconitin und 3-Acetylaconitin (Tabelle 9), was darauf hindeutet, dass die Probenlösung 24 h lang stabil war. Die Ergebnisse der Wiederholbarkeitstests (Tabelle 10) zeigten, dass die RSDs der Peakbereiche von Benzoylaconin, Aconitin, 3-Desoxyaconitin und 3-Desoxyaconitin 2,80 %, 2,92 %, 2,92 % bzw. 2,07 % betrugen, was zeigt, dass die Wiederholbarkeit dieser Methode gut war. Die Ergebnisse des Erholungsexperiments zeigten, dass die durchschnittlichen Wiederfindungsraten von Benzoylaconin, Aconitin, 3-Desoxyaconitin und 3-Desoxyaconitin 99,7 %, 100,84 %, 103,27 % bzw. 100,92 % betrugen.

Der Ein-Faktoren-Test von TBC, der mit Hochlandgerstenwein verarbeitet wurde, ergab, dass die Menge an Hochlandgerstenwein fünfmal so hoch war wie die von TBC, die Einweichzeit 36 h und die Schnittdicke 1,0 cm betrug (Abbildung 2). Der Versuchsaufbau und die Ergebnisse des Antwortflächenmodells sind in Tabelle 11 dargestellt. Die Ergebnisse der experimentellen ANOVA sind in Tabelle 12 dargestellt. Die Faktoren werden durch Regression angepasst, um eine quadratische multinomiale Regressionsgleichung zu erhalten (8). A: Zugabe von Hochlandgerstenwein; B: Einweichzeit; C: Schnittdicke. Die Ergebnisse zeigten, dass das Modell gut angepasst war und in der Lage war, den Zusammenhang zwischen der umfassenden Bewertung der Zugabe von Hochlandgerstenwein, der Einweichzeit und der Scheibendicke vorherzusagen. Die Reihenfolge der Faktoren nach der Stärke der Wirkung war Hochlandgerstenwein, Zugabe > Scheibendicke von Heilkräutern > Einweichzeit.

Equation 23(8)

Gemäß Gleichung (8) wird die Analysesoftware Design-Expert 8.0.6 verwendet, um eine 3D-Kurve über Schritt 7.2.1 zu zeichnen (Abbildung 3). Eine steilere Steigung der Wirkungsfläche deutet auf eine stärkere horizontale Wechselwirkung der Faktoren hin, eine sanftere Steigung ist das Gegenteil. Der p-Wert (p < 0,0001) des Modells in Tabelle 12 zeigt, dass das Modell signifikant ist, mit einem R2 von 0,9754 und einem nicht signifikanten Misfit-Term (p = 0,7253), was darauf hinweist, dass das Modell gut passt und die Beziehung zwischen der Zugabe von Hochlandgerstenwein, der Einweichzeit, der Scheibendicke von Heilkräutern, und Gesamtpunktzahl.

Entsprechend der objektiven Gewichtung jedes Indexes, die durch die analytische Entropiemethode bestimmt wurde, wurde ein umfassendes Scoring durchgeführt und die optimale Verarbeitungsbedingung von TBC wie folgt bestimmt: TBC wird 24 Stunden lang in der fünffachen Menge Hochlandgerstenwein eingeweicht, und die Dicke des TBC beträgt 1,5 cm. Die Ergebnisse der Validierungstests zeigten, dass die Gesamt-DDAs 0,6963, 0,6793 bzw. 0,7023 mg/g betrugen und der MDA-Gehalt in drei parallelen Tests 0,2096, 0,2237 und 0,2109 mg/g betrug. Die durchschnittliche Gesamtpunktzahl lag bei 83. Die RSD zwischen dem Verifizierungstest und dem prognostizierten Wert betrug weniger als 1,8 %, was darauf hindeutet, dass die optimierte Verarbeitungstechnologie von TBC, die mit Hochlandgerstenwein verarbeitet wird, einfach, machbar und stabil ist und eine Referenz für die industrielle Produktion darstellt.

Figure 1
Abbildung 1: Repräsentative Chromatogramme der vier charakteristischen Komponenten nach Einstellung der in Schritt 2.1 genannten chromatographischen Bedingungen (n = 1). (A) Typische Chromatogramme der Referenzlösung. Peak 1 ist Benzoylaconine, Peak 2 ist Aconitin, Peak 3 ist 3-Desoxyaconitein und Peak 4 ist 3-Acetylaconiten. (B) Typische Chromatogramme der Probenlösung. Peak 1 ist Benzoylaconine, Peak 2 ist Aconitin, Peak 3 ist 3-Desoxyaconitein und Peak 4 ist 3-Acetylaconiten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Figure 2
Abbildung 2: Die umfassende Bewertung des Ein-Faktor-Tests von TBC, die mit Hochlandgerstenwein verarbeitet wurde (n = 3). (A) Menge an Hochlandgerstenwein (Zeiten); (B) Einweichzeit (h); (C) Scheibendicke (cm). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Figure 3
Abbildung 3: 3D-Karte der Antwortoberfläche, die den Einfluss der Interaktion verschiedener Faktoren auf das umfassende Scoring zeigt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Zustand Parameter
Chromatographische Säule Ultimate ODS-3 C18 (4,6 mm x 250 mm, 5 μm)
Mobile Phase Acetonitril (A) - 0,04 mol/L Ammoniumacetatlösung (B) pH= 8,5 ± 0,5
Gradienten-Elution 0–10 min, 0%-70% A; 10–15 min, 70–50 % A; 15–30 min, 50–40 % A; 30–38min, 40–15% A; 38–45 min, 15–15 % A; 45–55 min, 15–70 % A
Durchflussmenge 1 ml/min
Temperatur der Säule 30 °C
Erkennung der Wellenlänge 235 nm
Probenvolumen 10 μL

Tabelle 1: Die chromatographischen Bedingungen in diesem Experiment. Details über die chromatographische Säule, die mobile Phase, die Gradientenelution, die Flussrate, die Säulentemperatur, die Detektionswellenlänge und das Probenvolumen.

Index-Komponenten Lineare Gleichung Linearitätsbereich (mg/ml) R2
Benzoylaconin y=11.658.706,1677x +19.717,0872 1.036-0.0518 0.9995
Aconitin y=11.199.784,3030x -67.641,2429 1.313-0.05252 0.9999
3-Desoxyaconitin y=11.214.550,3140x +59.795,9119 1.005-0.0402 0.9999
3-Acetylaconitin y=9.887.511,9074x +26.713,6359 0.2018-0.01009 0.9994

Tabelle 2: Die lineare Beziehung der Indexkomponenten in TBC. Die vier Indexkomponenten in TBC wiesen in einem bestimmten Konzentrationsbereich eine gute lineare Beziehung auf.

Index-Komponenten Bekannter Gehalt (mg) Zugabemenge (mg) Messgröße (mg) Rückgewinnungen (%) Durchschnittliche Rückgewinnungen (%) Dinar (%)
Benzoylaconin 0.1558 0.1295 0.2901 96.4 99.7 3.14
0.1574 0.1295 0.2849 98.46
0.156 0.1295 0.2871 101.24
0.1574 0.1295 0.2923 104.95
0.1449 0.1295 0.2736 99.38
0.1566 0.1295 0.2839 98.3
Aconitin 0.3099 0.3283 0.645 102.07 100.84 2.02
0.3153 0.3283 0.6371 98.02
0.2928 0.3283 0.6314 103.14
0.2969 0.3283 0.6325 102.23
0.3035 0.3283 0.6343 100.76
0.3094 0.3283 0.6339 98.84
3-Desoxyaconitin 0.1789 0.201 0.3788 99.45 103.27 2.65
0.1793 0.201 0.3845 102.09
0.1741 0.201 0.3774 101.14
0.1635 0.201 0.3753 105.37
0.1708 0.201 0.383 105.57
0.1653 0.201 0.3783 105.97
3-Acetylaconitin 0.0169 0.02 0.0374 102.5 100.92 1.15
0.0168 0.02 0.037 101
0.0166 0.02 0.0366 100
0.0161 0.02 0.0365 102
0.017 0.02 0.0369 99.5
0.0171 0.02 0.0372 100.5

Tabelle 3: Die Ergebnisse der Messung der Probenrückgewinnungsrate. Die RSD der Wiederfindungsrate von Benzoylaconine, Aconitin, 3-Desoxyaconitin und 3-Acetylaconitin betrug 3,14 %, 2,02 %, 2,65 % bzw. 1,15 %.

Zahl Hochlandgerstenwein-Zugabe-Test (Zeiten) Gehalt an MDAs (mg/g) Gehalt an DDAs (mg/g) Umfassende Wertung/Punkte
1 2 0.1875 0.8254 58.98421777
2 3 0.1099 0.9847 0.056898711
3 4 0.2296 0.8487 71.12048666
4 5 0.2161 0.6894 94.6966946
5 6 0.2006 0.7472 78.22537224

Tabelle 4: Die Ergebnisse des Ein-Faktor-Tests des Verhältnisses zwischen Hochlandgerstenwein und TBC.

Zahl Einweichzeit-Test (h) Gehalt an MDAs (mg/g) Gehalt an DDAs (mg/g) Umfassende Wertung/Punkte
1 6 0.236292609 1.047811476 59.67501032
2 12 0.193880685 1.164420534 23.10718817
3 24 0.229606225 0.848736346 53.86313899
4 36 0.151447388 0.701045217 79.15664943
5 48 0.193311963 0.767427412 68.88872066

Tabelle 5: Die Ergebnisse des Ein-Faktor-Tests der Einweichzeit.

Zahl Schneidedickentest (cm) Gehalt an MDAs (mg/g) Gehalt an DDAs (mg/g) Umfassende Wertung/Punkte
1 0.5 0.1043 0.6190 66.96
2 1 0.1709 0.6992 75.05
3 1.5 0.1507 0.6954 66.23
4 2 0.1459 0.8347 20.66
5 2.5 0.1451 0.8298 21.79

Tabelle 6: Die Ergebnisse des Ein-Faktor-Tests der Schichtdicke von TBC.

Niveau Faktor
A (Menge Hochlandgerstenwein, Zeiten) B (Einweichzeit, h) C (Scheibendicke, cm)
1.0000 4.0000 24.0000 0.5000
2.0000 5.0000 36.0000 1.0000
3.0000 6.0000 48.0000 1.5000

Tabelle 7: Tabelle mit dem Flächenfaktor der Box-Behnken-Bemessungsform.

Peak-Fläche in Indexkomponenten 1 2 3 4 5 6 Dinar (%)
Benzoylaconin 1281252 1290912 1198912 1256056 1256704 1266738 2.56%
Aconitin 2861208 2881686 2785022 2790990 2859024 2799395 1.50%
3-Desoxyaconitin 2356317 2328383 2429059 2350987 2406114 2450374 2.04%
3-Acetylaconitin 2008110 2021560 2014519 2015881 2015209 2012529 0.22%

Tabelle 8: Die Ergebnisse der Präzisionsmessung. Die RSD der Peakbereiche von Benzoylaconine, Aconitin, 3-Desoxyaconitin und 3-Acetylaconitin betrugen 2,56 %, 1,49 %, 2,03 % bzw. 0,22 % (n = 6).

Peak-Fläche in Indexkomponenten 0 2 4 8 12 24 Dinar (%)
Benzoylaconin 191657 189590 193934 205135 196159 195954 2.76
Aconitin 312259 310240 294331 309104 312199 305360 2.22
3-Desoxyaconitin 230174 246787 239760 249302 248806 243396 2.98
3-Acetylaconitin 17086 16953 16826 16914 16979 17896 2.31

Tabelle 9: Die Ergebnisse des Stabilitätstests. Die RSD der Peakbereiche von Benzoylaconin, Aconitin, 3-Desoxyaconitin und 3-Acetylaconitin betrugen 2,76 %, 2,21 %, 2,98 % bzw. 2,31 % (n = 6).

Peak-Fläche der Indexkomponenten 1 2 3 4 5 6 Dinar (%)
Benzoylaconin 191067 192795 191058 192907 179103 192008 2.79
Aconitin 308142 313754 290487 294740 301515 307654 2.92
3-Desoxyaconitin 249021 249456 243963 232781 240524 234661 2.92
3-Acetylaconitin 17465 17451 17247 16691 17608 17686 2.07

Tabelle 10: Die Ergebnisse des Reproduzierbarkeitstests. Die RSD der Peakbereiche von Benzoylaconine, Aconitin, 3-Desoxyaconitin und 3-Acetylaconitin betrugen 2,79 %, 2,92 %, 2,92 % bzw. 2,07 % (n = 6).

Zahl A (Zugabe von Hochlandgerstenwein, Zeiten) B (Einweichzeit, h) C (Schnittdicke, cm) Gehalt an MDAs (mg/g) Gehalt an DDAs (mg/g) Umfassende Wertung/Punkte
1 4 36 0.5 0.1032 0.6882 28.2
2 5 48 1.5 0.1688 0.6588 56.49
3 6 24 1 0.1236 0.6535 33.02
4 5 24 1.5 0.2201 0.692 87.23
5 5 36 1 0.2094 0.6199 70.71
6 5 24 0.5 0.1809 0.5689 48.56
7 4 24 1 0.2016 0.7744 90.74
8 5 36 1 0.2169 0.6889 85.15
9 5 36 1 0.2103 0.6802 80.5
10 6 36 0.5 0.1036 0.5072 0.36
11 6 36 1.5 0.1089 0.5062 2.86
12 4 48 1 0.1789 0.6789 64.6
13 6 48 1 0.1036 0.5536 7.55
14 5 36 1 0.2062 0.6084 67.33
15 4 36 1.5 0.1832 0.6954 69.31
16 5 48 0.5 0.1759 0.5569 44.21
17 5 36 1 0.2161 0.6894 84.82

Tabelle 11: Versuchsplan und Ergebnisse des Antwortflächen-Bemessungstests.

Quelle Summe der Quadrate Df Mittleres Quadrat F -Wert p-Wert
Modell 14403.27 9 1600.36 30.8 <0,0001
Ein 5463.26 1 5463.26 105.15 <0,0001
B 939.61 1 939.61 18.08 0.0038
C 1117.7 1 1117.7 21.51 0.0024
BLUTGRUPPE 0.11 1 0.11 0.00216 0.9642
WECHSELSTROM 372.68 1 372.68 7.17 0.0316
V. Chr 174.11 1 174.11 3.35 0.1099
A2 4133.52 1 4133.52 79.55 <0,0001
B2 28.63 1 28.63 0.55 0.482
C2 1890.1 1 1890.1 36.38 0.0005
Restlich 363.71 7 51.96
Mangelnde Passform 93.28 3 31.09 0.46 0.7253
Reiner Irrtum 270.43 4 67.61
Cor Gesamt 14766.99 16

Tabelle 12: ANOVA für das Regressionsmodell.

Ergänzungsdatei 1: Eine detaillierte Anleitung zur Box-Behnken-Konstruktionssoftware. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.

Ergänzende Tabelle S1: Peakbereich der Probe des Slicing-Dickentests mittels HPLC. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.

Ergänzende Tabelle S2: Gehalt an MDAs (Benzoylaconin) und DDAs (Aconitin, 3-Desoxyaconitin und 3-Acetylaconitin) im Schnittdickentest. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.

Ergänzende Tabelle S3: Umfassende Bewertung der Schneiddickenprüfung. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.

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Discussion

Da es sich um ein häufig verwendetes tibetisches Arzneimittel mit toxischer Wirkung handelt, ist die toxizitätsmindernde Wirkung der Verarbeitung für die klinische Anwendung von TBC äußerst wichtig25. In dieser Studie wurde die Verarbeitungstechnologie von TBC, die mit Hochlandgerstenwein verarbeitet wurde, optimiert. Durch die Überprüfung der Hauptwirkstoffe und die Beziehung zu den pharmakologischen Wirkungen von TBC haben wir herausgefunden, dass TBC-Alkaloide entzündungshemmende und schmerzlindernde Wirkungen haben und zur Behandlung von rheumatoider Arthritis eingesetzt werden können. In dieser Studie wurde eine moderat toxische MDA als positiver Indikator verwendet. Als negativer Indikator wurde der Gesamtgehalt der DDAs verwendet. Die Entropiemethode wurde bei der Berechnung der Indexgewichte und der Optimierung der Verarbeitungstechnologie26 verwendet.

Während des Experiments sollten zwei Punkte besonders beachtet werden. Zunächst sind für jede Bedingung eines einzelnen Faktors drei parallele Versuchsreihen erforderlich, um die Genauigkeit der nachfolgenden Ergebnisse zu verbessern. Zweitens werden bei der Berechnung der Gesamtwerte die standardisierten Werte jedes Indikators mit dem Gewichtungsfaktor anstelle der Rohdaten multipliziert. Dieses Verfahren stellt die Genauigkeit der Berechnungsergebnisse sicher. Darüber hinaus sollte derR2-Wert in der ANOVA so nahe wie möglich an eins liegen; Ansonsten liegen die Niveaus der Faktoren extrem nahe beieinander und haben nur geringe Auswirkungen auf die Ergebnisse. Der Unterschied zwischen den Stufen sollte mäßig groß sein.

Die Verwendung von Multi-Index-Comprehensive Scoring in Kombination mit der Response-Surface-Methode gewährleistet zwar die präzise Vorhersage des Verarbeitungsprozesses von TBC, hat jedoch Einschränkungen. Erstens: Wenn Labore HPLC verwenden, um indizierte Komponenten in medizinischen Materialien zu messen, kann es aufgrund des kleinen Umfangs der Experimente zu menschlichem Versagen kommen. Überzeugendere Ergebnisse können erzielt werden, wenn eine Pilotevaluierung in einer großen Kräuterverarbeitungsfabrik durchgeführt wird. Zweitens ist die Box-Behnken-Auslegungsmethode nicht geeignet, um den gesamten Prozess zu optimieren. Nach dem Importieren der experimentellen Daten in die Software für die Antwortfläche muss der Modellterm signifikant sein (p < 0,05) und die fehlende Anpassung muss in den ANOVA-Daten nicht signifikant sein (p > 0,05). Wird das Ergebnis umgekehrt, ist der Prozess für eine Optimierung durch diese Methode ungeeignet.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Box-Behnken-Ansatz im Vergleich zum häufig verwendeten Einfaktortest, dem einheitlichen Versuchsplan, dem orthogonalen Versuchsplan und dem Sternpunktversuchsplan eine experimentelle Optimierungsentwurfsmethode ist, die multivariate lineare und quadratische Termmodellanpassungverwendet 27. Das Modell, das von der Behnken-Methode der Antwortfläche vorhergesagt wird, weist Kontinuität und hohe experimentelle Genauigkeit auf und sagt optimale Punktevoraus 28,29. Im vorliegenden Experiment wurde der bevorzugte TBC-Prozess durch eine umfassende Bewertung auf der Grundlage des Ein-Faktor-Tests bestimmt, und der abschließende Validierungstest wich nicht wesentlich vom vorhergesagten Wert ab, was darauf hindeutet, dass das gewählte Modell angemessen ist und Referenzen für die Verarbeitungstechnologie von TBC liefern kann, die mit Hochlandgerstenwein verarbeitet wird. Die optimierte Verarbeitungstechnologie kann Informationen und Anleitungen für die Untersuchung der toxizitätsmindernden Wirkung der Verarbeitung anderer toxischer ethnischer Arzneimittel liefern.

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Disclosures

Die Autoren haben keine Interessenkonflikte offenzulegen.

Acknowledgments

Diese Arbeit wurde finanziell unterstützt von der National Natural Science Foundation of China (Nr. 82130113), der China Postdoctoral Science Foundation (Nr. 2021MD703800), der Science Foundation for Youths of Science & Technology Department der Provinz Sichuan (Nr. 2022NSFSC1449) und dem Forschungsförderungsprogramm "Xinglin Scholars" der Chengdu University of Traditional Chinese Medicine (Nr. 2022NSFSC1449) BSH2021009).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Aconitine Chengdu Push Biotechnology Co.,Ltd PS000905
3-Acetylaconitine Chengdu Push Biotechnology Co.,Ltd PS010552
3-Deoxyaconitine Chengdu Push Biotechnology Co.,Ltd PS011258
Benzoylaconine Chengdu Push Biotechnology Co.,Ltd PS010300
Circulating water vacuum pump Gongyi City Yuhua Instrument Co., Ltd SHZ-DIII
Design-Expert  State-East Corporation 8.0.6
Electric constant temperature drying oven Shanghai Yuejin Medical Equipment Co., Ltd 101-3-BS
Electronic analytical balance Shanghai Liangping Instruments Co., Ltd. FA1004
High performance liquid chromatography Shimadzu Enterprise Management (China) Co., Ltd shimadzu 2030
Highland barley rice Kangding City, Ganzi Tibetan Autonomous Prefecture, Sichuan Province 20221015
Millipore filter Tianjin Jinteng Experimental Equipment Co., Ltd φ13 0.22 Nylon66
Rotary evaporator Shanghai Yarong Biochemical Instrument Factory RE-2000A
Starter of liquor-making Angel Yeast CO., Ltd BJ22-104
Ultra pure water systemic Merck Millipore Ltd. Milli-Q
Ultrasonic cleansing machine Ningbo Xinyi Ultrasonic Equipment Co., Ltd SB-8200 DTS

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Medizin Heft 195
Optimierung der Verarbeitung von Tiebangchui mit Hochlandgerstenwein auf der Grundlage des Box-Behnken-Designs in Kombination mit der Entropiemethode
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Yu, L., Li, S., Tan, X., Wang, C.,More

Yu, L., Li, S., Tan, X., Wang, C., Lai, X., Liu, Y., Zhang, Y. Optimization of Processing of Tiebangchui with Highland Barley Wine Based on the Box-Behnken Design Combined with the Entropy Method. J. Vis. Exp. (195), e65154, doi:10.3791/65154 (2023).

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