Optimizarea procesului de decolorizare și a activității antioxidante a extractului de polizaharide Cistanche Deserticola prin metodologia suprafeței de răspuns ⅱ
Mar 10, 2025
2 Rezultate și analiză
2.1 Experimente cu un singur factor
2.1.1 Efectul dozei de carbon activat asupra decolorizării extractului de polizaharidă Cistanche
Decolorizarea carbonului activată este un tip de decolorizare de adsorbție. Suprafața de particule a carbonului activat conține numeroase pori și canale, care pot adsorba puternic molecule de pigment. Cu toate acestea, poate adsorb molecule de polizaharide în soluție, provocând pierderi de polizaharide [25]. Așa cum se arată în figura 1a:
Odată cu creșterea dozei de carbon activate, rata de decolorizare crește treptat. Cu toate acestea, atunci când doza depășește 10%, tendința de creștere a ratei de decolorizare încetinește.
Când doza este sub 20%, rata de recuperare a polizaharidelor crește, dar când depășește 20%, rata de recuperare începe să scadă.
Când doza este de 20%, efectul de decolorare este optim.
Având în vedere factorii operaționali și de cost în producția practică, 10%, 20%și 30%au fost selectați ca niveluri de dozare de carbon activate pentru experimentul de suprafață de răspuns.
Suplimente de cistanie pe bază de plante polizaharide la nivel înalt
2.1.2 Efectul timpului de decolorare asupra extractului de polizaharide cistanche
Adsorbția moleculelor de pigment prin carbon activat necesită o anumită perioadă de timp. Așa cum se arată în figura 1B:
În 10–50 minute, rata de decolorare crește treptat. Cu toate acestea, când timpul de decolorizare depășește 50 de minute, rata de decolorizare începe să scadă. Acest fenomen apare deoarece decolorarea prin carbon activat implică un proces dinamic de adsorbție și desorbție. Pe măsură ce desorbția moleculelor de pigment se accelerează cu timpul de interacțiune prelungit, volumul moleculelor de pigment desorbit crește, ceea ce duce la o scădere a vitezei de decolorizare.
Rata de recuperare a polizaharidelor arată o tendință treptată descendentă. Acest lucru se poate datora faptului că conținutul de polizaharide din soluție este semnificativ mai mare decât capacitatea de adsorbție a carbonului activat, reducând diferența dintre ratele de adsorbție și desorbție [26].
Deși rata de decolorizare și rata de recuperare în primele 30 de minute sunt acceptabile, este dificil să se proceseze volume mari de eșantioane într -un timp atât de scurt în producția practică.
Prin urmare, luând în considerare condițiile practice de producție, 40, 50 și 60 de minute au fost selectate ca niveluri de timp de decolorizare pentru experimentul de suprafață de răspuns.
Fig.1 Influența concentrației de carbon activate, a timpului de decolorare, a temperaturii decolorizării și a pH -ului asupra efectelor de decolorare a polizaharidei cistacharidei cistache deserticola
2.1.3 Efectul temperaturii de decolorare asupra decolorizării extractului de polizaharide Cistanche
Așa cum se arată în figura 1C, în intervalul de 20–40 grade, rata de decolorare a cistancului crește treptat odată cu creșterea temperaturii de decolorare. Atunci când temperatura decolorizării atinge 40 de grade, rata de decolorizare și rata de recuperare a polizaharidelor sunt de 64,39% și, respectiv, 84,49%. Cu toate acestea, atunci când temperatura depășește 40 de grade, rata de decolorare începe să scadă. Acest lucru se poate datora faptului că temperaturile excesiv de ridicate afectează negativ adsorbția pigmenților prin carbon activat, slăbind astfel efectul de decolorare.
Pe măsură ce temperatura decolorizării crește, rata de recuperare a polizaharidelor scade ușor. Cu toate acestea, variații minore ale temperaturii au un impact redus asupra adsorbției polizaharidelor prin carbon activat [11]. În intervalul de 30–50 grade, rata de recuperare în masă rămâne relativ mare. Având în vedere consumul de energie în procesele de producție practică, 30 de grade, 40 de grade și 50 de grade au fost selectate ca niveluri de temperatură de decolorizare pentru experimentul de suprafață de răspuns.
2.1.4 Efectul pH -ului asupra decolorizării extractului de polizaharide Cistanche
Procesul de decolorare a adsorbției folosind carbon activat necesită participarea ionilor H⁺. Creșterea corespunzătoare a concentrației de ioni H⁺ în soluție poate îmbunătăți rata de decolorizare [27]. Așa cum se arată în figura 1D, odată cu creșterea pH -ului, rata de decolorizare a Cistanche arată, în general, o tendință descendentă, în timp ce rata de recuperare a polizaharidelor crește treptat. Acest lucru se poate datora faptului că nivelurile scăzute de pH afectează structura polizaharidelor, reducând rata de recuperare.
În intervalul de pH 4–7, scăderea ratei de decolorare nu este semnificativă, iar rata de recuperare a polizaharidelor rămâne relativ mare. Având în vedere că pH -ul măsurat al soluției de probă este de 5,03, alegerea pH -ului 5,03, deoarece pH -ul optim în producția industrială poate evita utilizarea acizilor și bazelor, poate reduce costurile și poate beneficia de protecția mediului. Prin urmare, nivelurile de pH de 4, 5 și 6 au fost selectate ca niveluri de pH pentru experimentul de suprafață de răspuns.
2.2 Optimizarea procesului de decolorizare pentru extract de polizaharidă cistachari folosind metodologia suprafeței de răspuns
2.2.1 Rezultatele experimentelor de optimizare a suprafeței de răspuns
Rezultatele experimentale sunt prezentate în tabelul 2, iar rezultatele analizei variației sunt prezentate în tabelul 3. Din tabelul 3:
În modelul de montare a suprafeței de răspuns folosind rata de decolorare (Y1) și rata de recuperare a polizaharidelor (Y2) ca valori de răspuns, valorile p ale modelelor pentru Y1 și Y2 au fost ambele mai mici decât 0. 01, ceea ce indică diferențe extrem de semnificative. Astfel, modelele sunt semnificative.
Valorile p ale termenilor lipsei de potrivire au fost atât mai mari decât 0. 05, ceea ce indică diferențe semnificative. Acest lucru sugerează că valorile prezise ale modelului se potrivesc bine cu valorile reale, ceea ce le face adecvate pentru a prezice rezultatele experimentale și pentru a determina condițiile de proces optime.
Coeficienții de corelație (R²) pentru Y1 și Y2 au fost 0. 8633 și 0. 9308, respectiv, indicând că modelul ar putea prezice 86. 33% și 93,08% din rezultatele experimentale, cu erori mici și o capacitate bună predictivă.
Prin montarea multiplă a regresiei și analiza varianței, modelele de regresie polinomială quadratică pentru rata de decolorizare (Y1) și rata de recuperare a polizaharidelor (Y2) în ceea ce privește doza de carbon activată, timp, temperatură și pH au fost stabilite după cum urmează:
Rata de decolorare (Y1):
Y {{0}}. 21 + 0. 1 0 a - 0. 22b - 0. 44c - 0. 29d - 0. 03ab + 0 {10ac - 0.24ad. + 0. 07BC - 0.07bd - 3.08a² - 1.27b² - 1.09c² - 1.82d²
Rata de recuperare a polizaharidelor (Y2):
Y {{0}}. 93 + 0. 12a - 0. 41b - 0. 54C - 0. 3 0 d - 0. 04ab - 0,08ac - 0.13Ad + 0. 08BC + 0. 04BD + 0. 04cd - 3.78a² - 1.15b² - 1.51c² - 2.10d²
În plus, modelele quadratice pentru ambele valori de răspuns au arătat diferențe semnificative. Factorii C, A², B², C² și D² au avut efecte semnificative asupra ratei de decolorizare a extractului de polizaharide Cistanche (p <{{0}}. 0 5 sau p <0. 01). În mod similar, factorii B, C, A², B², C² și D² au avut efecte semnificative asupra ratei de recuperare a polizaharidelor (P <0,05 sau P <0,01). Acest lucru indică faptul că relațiile dintre factori și valorile de răspuns nu sunt relații liniare simple.
2.2.2 Interacțiunea dintre doi factori privind rata de decolorare
FolosindExpert de proiectare 8. 0. 6Software, efectele de interacțiune dintre factori au fost analizate, iar parcelele de suprafață de răspuns 3D au fost generate pentru a analiza vizual interacțiunile dintre perechile de factori și efectele lor asupra valorilor de răspuns.
Așa cum se arată în Figurile 2A - F:
Pe măsură ce nivelurile factorilor care interacționează au crescut, rata de decolorare a extractului de polizaharidă Cistanche a arătat o tendință de creștere inițial și apoi în scădere.
Modificările dintre doza de carbon activată și alți factori au fost mai pronunțate, ceea ce indică interacțiuni puternice între acești factori.
În schimb, modificările dintre temperatura de decolorizare și timpul de decolorizare, temperatura de decolorare și decolorarea și timpul de decolorare și decolorarea au fost mai puțin pronunțate, ceea ce indică interacțiuni mai slabe între aceste perechi de factori.
2.2.3 Interacțiunea dintre doi factori asupra ratei de recuperare a polizaharidelor
Așa cum se arată în Figurile 3A - F:
Pe măsură ce nivelurile factorilor care interacționează au crescut, rata de recuperare a polizaharidelor a extractului de polizaharidă Cistanche a arătat, de asemenea, o tendință de creștere inițial și apoi în scădere.
Modificările dintre doza de carbon activată și alți factori au fost mai pronunțate, ceea ce indică interacțiuni puternice între acești factori.
În schimb, modificările dintre temperatura de decolorizare și timpul de decolorizare, temperatura de decolorare și decolorarea și timpul de decolorare și decolorarea au fost mai puțin pronunțate, ceea ce indică interacțiuni mai slabe între aceste perechi de factori.
| Experimentul nr. | O doză de carbon activată (%) | B de decolorare B (min) | C temperatura de decolorare (grad) | D Ph | Rata de decolorare y₁ (%) | Rata de recuperare a polizaharidelor Y₂ (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 57.66 | 94.60 |
| 2 | 1 | 0 | 0 | 0 | 57.75 | 93.45 |
| 3 | -1 | 0 | 0 | 0 | 57.65 | 93.46 |
| 4 | 0 | 1 | 0 | 0 | 57.66 | 93.42 |
| 5 | 0 | -1 | 0 | 0 | 57.64 | 93.40 |
| 6 | 0 | 0 | 1 | 0 | 57.65 | 93.31 |
| 7 | 0 | 0 | -1 | 0 | 57.63 | 93.30 |
| 8 | 0 | 0 | 0 | 1 | 57.64 | 93.47 |
| 9 | 0 | 0 | 0 | -1 | 57.62 | 93.46 |
| 10 | 1 | 1 | 0 | 0 | 57.75 | 93.39 |
| 11 | 1 | -1 | 0 | 0 | 57.73 | 93.30 |
| 12 | 1 | 0 | 1 | 0 | 57.74 | 93.25 |
| 13 | 1 | 0 | -1 | 0 | 57.72 | 93.23 |
| 14 | 1 | 0 | 0 | 1 | 57.73 | 93.40 |
| 15 | 1 | 0 | 0 | -1 | 57.71 | 93.39 |
| 16 | -1 | 1 | 0 | 0 | 57.65 | 93.42 |
| 17 | -1 | -1 | 0 | 0 | 57.63 | 93.30 |
| 18 | -1 | 0 | 1 | 0 | 57.64 | 93.25 |
| 19 | -1 | 0 | -1 | 0 | 57.62 | 93.23 |
| 20 | -1 | 0 | 0 | 1 | 57.63 | 93.40 |
| 21 | -1 | 0 | 0 | -1 | 57.61 | 93.39 |
| 22 | 0 | 1 | 1 | 0 | 57.66 | 93.25 |
| 23 | 0 | -1 | -1 | 0 | 57.62 | 93.23 |
| 24 | 0 | 1 | -1 | 0 | 57.64 | 93.23 |
| 25 | 0 | -1 | 1 | 0 | 57.64 | 93.25 |
| 26 | 0 | 1 | 0 | 1 | 57.65 | 93.42 |
| 27 | 0 | -1 | 0 | -1 | 57.63 | 93.39 |
| 28 | 0 | 0 | 0 | 0 | 57.66 | 94.60 |
| 29 | 0 | 0 | 0 | 0 | 57.66 |
| Sursă | Coeficient | Y₁ | Y₂ | Suma pătratelor | Y₁ | Y₂ | Pătrat mediu | Y₁ | Y₂ | F valoare | Y₁ | Y₂ | P valoare | Y₁ | Y₂ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Model | 13.64 | 73.29 | 78.39 | 14.55 | 10.88 | <0.0001 | <0.0001 | ||||||||
| A(Doza de carbon activată) | 0.10 | 0.72 | 0.98 | <0.05 | |||||||||||
| B(Timp) | |||||||||||||||
| Nota |
2.2.4 Determinarea condițiilor optime de proces și a experimentelor de validare
Folosind designul casetei-behnken, s-a dezvoltat schema experimentală, iar datele experimentale au fost analizate folosindExpert de proiectare 8. 0. 6software. Condițiile optime de proces de decolorare pentru extractul de polizaharidă cistachari cu carbon activat au fost determinate după cum urmează:
Doza de carbon activată:20.18%
Temperatură:37.74 grad
Timp:48,88 minute
PH:4.92
În aceste condiții, rezultatele prevăzute au fost:
Rata de decolorare:61.25%
Rata de recuperare a polizaharidelor:98.02%
Având în vedere fezabilitatea practică a producției, condițiile optime de proces au fost ușor ajustate la:
Doza de carbon activată:20%
Temperatură:37 de grade
Timp:49 de minute
PH:5.03
În aceste condiții optime ajustate, au fost efectuate trei experimente de validare paralele. Rezultatele au fost:
Rata de decolorare:62.66%
Rata de recuperare a polizaharidelor:96.16%
Valorile măsurate au arătat abateri de la valorile teoretice ale modelului de regresie într -un interval rezonabil, demonstrând că modelul este valabil [28].
2.3 Activitatea antioxidantă a polizaharidelor Cistanche
2.3.1 Abilitatea radicală DPPH de epurare a polizaharidelor Cistanche
Polizaharidele vegetale prezintă o activitate antioxidantă semnificativă, în general în intervalul de concentrație al1. 0 - 1 0. 0 mg/ml. Procesul de decolorare poate influența activitatea antioxidantă a polizaharidelor [16,29].
Așa cum se arată în figura 4, capacitatea de epurare radicală DPPH a polizaharidelor de cistanche decolorizate a fost îmbunătățită semnificativ. La o concentrare de1. 0 mg/ml, rata de epurare radicală DPPH a crescut de la14,78% (înainte de decolorare)la38,38% (după decolorare).
Acest lucru indică faptul că procesul de decolorare poate îmbunătăți capacitatea de epurare a radicalilor DPPH a polizaharidelor Cistanche. Această îmbunătățire poate fi atribuită eliminării impurităților în timpul procesului de decolorare, ceea ce crește puritatea polizaharidelor și, ulterior, le îmbunătățește activitatea.
2.3.2 Puterea totală de reducere a polizaharidelor Cistanche
În condiții acide, antioxidanții pot reduce Fe³⁺-TPTZ (ferric-tritiridiltriazină) la Fe²⁺-TPTZ, care produce o culoare albastră. Absorbanța la593 nmpoate fi utilizat pentru a calcula puterea totală de reducere a eșantionului. O valoare FRAP mai mare indică o putere de reducere totală mai puternică [30].
Așa cum se arată în figura 5, puterea totală de reducere a reducerii1. 0 mg/mlPolizaharidele Cistanche nu au arătat nicio diferență notabilă înainte și după decolorizare. Acest lucru se poate datora lipsei de substanțe din extractul capabil să reacționeze cu Fe³⁺-TPTZ sau prezența substanțelor care inhibă conversia Fe³⁺-TPTZ în Fe²⁺-TPTZ.
2.3.3 Capacitatea de epurare a radicalilor hidroxilului de polizaharide Cistanche
Așa cum se arată în figura 6, rata de epurare a radicalilor hidroxil1. 0 mg/mlPolizaharidele Cistanche au crescut de la84,37% (înainte de decolorare)la96,18% (după decolorare).
Acest lucru indică faptul că polizaharidele Cistanche au o capacitate semnificativă de epurare a radicalilor hidroxil, care a fost îmbunătățită în continuare după decolorare. Această îmbunătățire poate fi atribuită creșterii purității polizaharidelor după procesul de decolorizare, care îmbunătățește capacitatea de epurare a radicalilor hidroxil.
În mod similar, Sun Mingli și colab. [31] a constatat că capacitatea de epurare a radicalului hidroxil al Scutellaria polizaharide a fost semnificativ îmbunătățită după decolorare, în concordanță cu rezultatele obținute în acest studiu.
2.3.4 Abts Cation Capacitate de epurare radicală a polizaharidelor Cistanche
Studiile au arătat că tratamentul de decolorizare a polizaharidelor poate reduce capacitatea lor de epurare a radicalilor cationilor [32]. Așa cum se arată în figura 7,1. 0 mg/mlPolizaharidele Cistanche prezintă o activitate semnificativă de epurare a radicalilor cationi. Cu toate acestea, după decolorare, activitatea a scăzut semnificativ, scăzând de la7,85% (înainte de decolorare)la0. 89% (după decolorare).
Acest lucru indică faptul că procesul de decolorizare slăbește capacitatea de epurare a radicalilor cationilor ABTS a polizaharidelor Cistanche. Această reducere se poate datora eliminării componentelor din polizaharidele Cistanche care reacționează cu radicalii de cation ABTS, ceea ce duce la o scădere a capacității de epurare.
3 Concluzie
Acest studiu a utilizat carbonul activat ca agent de decolorare, cu o rată de decolorizare și rata de recuperare a polizaharidelor ca indicatori de evaluare. Pe baza rezultatelor experimentale cu un singur factor, a rezultatelor experimentale de suprafață de răspuns și a fezabilității practice a producției, condițiile optime ale procesului au fost determinate după cum urmează:
Doza de carbon activată: 20%
Temperatură:37 de grade
Timp:49 de minute
PH: 5.03
În aceste condiții, rata de decolorare a extractului de polizaharidă Cistanche a fost62.66%, iar rata de recuperare a polizaharidei a fost96.16%. Polizaharidele rezultate au arătat o capacitate semnificativ îmbunătățită a capacității de epurare a radicalilor DPPH și a capacității de epurare a radicalilor hidroxil.
Acest proces de decolorizare a demonstrat o bună eficiență de decolorare și o rată ridicată de recuperare a polizaharidelor, oferind o referință pentru pregătirea produselor polizaharide Cistanche din punct de vedere mare, estetic superior.
