DOI: https://doi.org/10.1038/s41538-025-00374-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39915544
تاريخ النشر: 2025-02-06
المؤلف: Shanshan Zhou وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات الثوم والبصل
نظرة عامة
ركزت الدراسة على التحضير على نطاق واسع للأليسين وتقييم الظروف المختلفة والمواد الذاتية في الثوم التي تؤثر على استقراره. باستخدام تصميم سطح الاستجابة، تم تحديد ظروف التخليق المثلى لتكون نسبة DADS إلى حمض الأسيتيك (HAc) 2:9، مع نسبة بيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂) إلى DADS 2:1.6، ووقت تفاعل قدره 6.5 ساعات، مما أسفر عن أليسين نقاءه 92.57% تم الحصول عليه من خلال كروماتوغرافيا السائل عالية السرعة.
كشفت تجارب التحلل أن معدل تحلل الأليسين زاد مع ارتفاع التركيزات الأولية ودرجات الحرارة، متبعًا نموذج حركيات من الدرجة الأولى (R² > 0.97). أظهر الأليسين استقرارًا أكبر عند مستويات pH بين 2 و5.8 مقارنةً بـ pH 8-9. بالإضافة إلى ذلك، فإن وجود البوليفينولات مثل الأبيجينين، الميريسيتين، والكويرسيتين، عند دمجها مع البيروكسيداز، عزز استقرار الأليسين. على العكس، تم العثور على الأحماض الأمينية مثل السيستين، الأرجينين، والهستيدين تتفاعل مع الأليسين. تسهم هذه النتائج في تقديم رؤى قيمة لتحسين تخزين الأليسين وتطبيقاته في معالجة الطعام.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد والأساليب المستخدمة في بحثهم حول تخليق الأليسين. حصلوا على DADS من الدرجة التحليلية (≥80% نقاء) من سولاربيو (الصين) وDADS (98% نقاء) وDATS (98% نقاء) من سيما-ألدريتش (الصين). بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على الأسيتونيتريل و الميثانول من الدرجة الكروماتوغرافية من أوشنباك (السويد)، بينما تم شراء مواد كيميائية ومذيبات أخرى من الدرجة التحليلية من كايتونغ للتكنولوجيا الكيميائية المحدودة (تيانجين، الصين).
تشمل المنهجية مخططًا تجريبيًا يهدف إلى تحسين الظروف لتخليق الأليسين، باستخدام كروماتوغرافيا السائل عالية السرعة لفصلها، وتقييم استقرار وتفاعل الأليسين المُصنّع. يتم تمثيل هذا النهج المنهجي بصريًا في الشكل 7 من الورقة، مما يبرز الخطوات الرئيسية في التصميم التجريبي.
النتائج
ركزت الدراسة على تحسين تخليق الأليسين من خلال أكسدة DADS باستخدام بيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂)، مع استخدام حمض الأسيتيك (HAc) كعامل مساعد. أشارت النتائج الأولية إلى أن عائد الأليسين تأثر بشكل كبير بوقت التفاعل، ودرجة الحرارة، ونسب المتفاعلات. تم تحقيق العائد الأمثل البالغ 18.07 ± 0.77 ملغ من الأليسين عند 20 درجة مئوية بعد 10 ساعات، مع زيادة ملحوظة في العائد عندما تم الحفاظ على نسبة H₂O₂ إلى DADS عند 2:2. كشفت التحليلات الإضافية أن زيادة تركيز HAc إلى ما بعد نسبة معينة (2:10) لم تعزز إنتاج الأليسين.
باستخدام منهجية سطح الاستجابة، أنشأت الدراسة نموذج انحدار تربيعي توقع بدقة عائد الأليسين بناءً على نسب H₂O₂ وDADS وHAc. تم تحديد ظروف التخليق المثلى لتكون 6.5 ساعات مع نسبة DADS:H₂O₂ 2:1.6 ونسبة DADS:HAc 2:9.0، مما أسفر عن عائد قدره 22.45 ± 0.23 ملغ (عائد 80.95%). مثل هذا تحسنًا كبيرًا مقارنةً بعائد ما قبل التحسين البالغ 65%. تؤكد النتائج فعالية نموذج التحسين، مما يظهر تحسينًا كبيرًا في تخليق الأليسين مقارنةً بالطرق المبلغ عنها سابقًا.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم استخدام كروماتوغرافيا السائل عالية السرعة بنجاح لعزل الأليسين من مصادر تركيبية خام، محققًا نقاءً قدره 92.37% في واحدة من الفصائل. سمح نظام المذيبات الرباعي المستخدم (الهكسان: الأسيتات الإيثيلية: الميثانول: H2O = 2:0.5:2:0.5) بالفصل الفعال للأليسين ومركبات الكبريت العضوي الأخرى، مما يوضح إمكانيات HSCCC للتحضير على نطاق واسع للأليسين عالي النقاء. بالإضافة إلى ذلك، تأثر استقرار الأليسين بشكل كبير بالتركيز ودرجة الحرارة، حيث أدت التركيزات الأعلى إلى تسريع التحلل. على وجه التحديد، عند تركيز أولي قدره 60 مللي مول L⁻¹، تحلل الأليسين بنسبة 44.64% خلال يوم واحد، بينما عند تركيز أقل قدره 3.25 مللي مول L⁻¹، احتفظ بنسبة 53.93% من محتواه بعد ثمانية أيام.
استكشفت الدراسة أيضًا تأثيرات pH، البوليفينولات، والأحماض الأمينية على استقرار الأليسين. وُجد أن الأليسين كان أكثر استقرارًا في الظروف الحمضية (pH 3.0-6.0) مقارنةً بالبيئات القلوية (pH 8.0-9.0)، حيث زادت منتجات التحلل بشكل كبير. عززت البوليفينولات، خاصةً عند دمجها مع البيروكسيداز، استقرار الأليسين، بينما أظهرت بعض الأحماض الأمينية، مثل السيستين والأحماض الأمينية الأساسية (الليسين، الأرجينين، الهستيدين)، أنها تقلل من محتوى الأليسين. تسلط هذه النتائج الضوء على التفاعلات المعقدة التي تؤثر على استقرار الأليسين وتقترح استراتيجيات محتملة للحفاظ على سلامته في معالجة الطعام والتخزين.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41538-025-00374-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39915544
Publication Date: 2025-02-06
Author(s): Shanshan Zhou et al.
Primary Topic: Garlic and Onion Studies
Overview
The study focused on the large-scale preparation of allicin and the evaluation of various conditions and endogenous substances in garlic that affect its stability. Using response surface design, the optimal synthesis conditions were determined to be a ratio of DADS to acetic acid (HAc) of 2:9, with a hydrogen peroxide (H₂O₂) to DADS ratio of 2:1.6, and a reaction time of 6.5 hours, resulting in allicin with a purity of 92.57% obtained through high-speed counter-current chromatography.
The degradation experiments revealed that the degradation rate of allicin increased with higher initial concentrations and temperatures, following a two first-order kinetics model (R² > 0.97). Allicin demonstrated greater stability at pH levels between 2 and 5.8 compared to pH 8-9. Additionally, the presence of polyphenols such as apigenin, myricetin, and quercetin, when combined with peroxidase, enhanced allicin’s stability. Conversely, amino acids like cysteine, arginine, and histidine were found to react with allicin. These findings contribute valuable insights for optimizing allicin storage and its applications in food processing.
Methods
In this section, the authors detail the materials and methods utilized in their research on allicin synthesis. They sourced analytical grade DADS (≥80% purity) from Solarbio (China) and higher purity chromatographic grade DADS (98% purity) and DATS (98% purity) from Sima-Aldrich (China). Additionally, chromatography-grade acetonitrile and methanol were obtained from Oceanpak (Sweden), while other analytical grade chemicals and solvents were procured from Kaitong Chemical Technology Co., Ltd. (Tianjin, China).
The methodology encompasses an experimental flowchart aimed at optimizing the conditions for allicin synthesis, employing High-Speed Counter-Current Chromatography (HSCCC) for its separation, and assessing the stability and reactivity of the synthesized allicin. This systematic approach is visually represented in Figure 7 of the paper, highlighting the key steps in the experimental design.
Results
The study focused on optimizing the synthesis of allicin through the oxidation of DADS with hydrogen peroxide (H₂O₂), utilizing acetic acid (HAc) as a catalyst. Initial findings indicated that the yield of allicin was significantly influenced by reaction time, temperature, and the ratios of reactants. The optimal yield of 18.07 ± 0.77 mg of allicin was achieved at 20 °C after 10 hours, with a notable increase in yield when the ratio of H₂O₂ to DADS was maintained at 2:2. Further analysis revealed that increasing HAc concentration beyond a certain ratio (2:10) did not enhance allicin production.
Using response surface methodology, the study established a quadratic regression model that accurately predicted allicin yield based on the ratios of H₂O₂, DADS, and HAc. The optimized synthesis conditions were determined to be 6.5 hours with a DADS:H₂O₂ ratio of 2:1.6 and a DADS:HAc ratio of 2:9.0, resulting in a yield of 22.45 ± 0.23 mg (80.95% yield). This marked a significant improvement from the pre-optimization yield of 65%. The results validate the effectiveness of the optimization model, demonstrating a substantial enhancement in allicin synthesis compared to previously reported methods.
Discussion
In this study, high-speed counter-current chromatography (HSCCC) was successfully employed to isolate allicin from crude synthetic sources, achieving a purity of 92.37% in one of the fractions. The four-phase solvent system utilized (Hexane:ethyl acetate:methanol:H2O = 2:0.5:2:0.5) allowed for the effective separation of allicin and other organosulfur compounds, demonstrating HSCCC’s potential for large-scale preparation of high-purity allicin. Additionally, the stability of allicin was significantly influenced by concentration and temperature, with higher concentrations leading to accelerated degradation. Specifically, at an initial concentration of 60 mmol L⁻¹, allicin degraded by 44.64% within one day, while at a lower concentration of 3.25 mmol L⁻¹, it retained 53.93% of its content after eight days.
The study also explored the effects of pH, polyphenols, and amino acids on allicin stability. Allicin was found to be more stable in acidic conditions (pH 3.0-6.0) compared to alkaline environments (pH 8.0-9.0), where degradation products increased significantly. Polyphenols, particularly when combined with peroxidase, enhanced allicin stability, while certain amino acids, such as cysteine and basic amino acids (lysine, arginine, histidine), were shown to reduce allicin content. These findings underscore the complex interactions affecting allicin stability and suggest potential strategies for preserving its integrity in food processing and storage.