Optimalizace procesu dekolorizace a antioxidační aktivita CiStanche Deserticola polysacharid extrakt pomocí metodiky povrchu odezvy ⅱ
Mar 10, 2025
2 výsledky a analýza
2.1 Experimenty s jedním faktorem
2.1.1 Vliv aktivované dávky uhlíku na odbarvení extraktu polysacharidu Cistanche
Aktivovaná dekolorizace uhlíku je typ adsorpční dekolorizace. Povrch částic aktivovaného uhlíku obsahuje četné póry a kanály, které mohou silně adsorbujte molekuly pigmentu. Může však také adsorbovat molekuly polysacharidů v roztoku, což způsobuje ztrátu polysacharidu [25]. Jak je znázorněno na obrázku 1A:
Se zvýšením aktivované dávky uhlíku se míra odbarvení postupně zvyšuje. Když však dávka přesáhne 10%, trend růstu míry dekolorizace zpomaluje.
Když je dávka pod 20%, zvyšuje se míra regenerace polysacharidu, ale když překročí 20%, míra zotavení se začíná snižovat.
Když je dávka 20%, je dekolorizační účinek optimální.
S ohledem na provozní a nákladové faktory v praktické produkci bylo 10%, 20%a 30%vybráno jako aktivované hladiny dávkování uhlíku pro experiment povrchu odezvy.
Polysacharidové bylinné doplňky polysacharidu
2.1.2 Vliv doby dekolorizace na extrakt z polysacharidu Cistanche
Adsorpce molekul pigmentu pomocí aktivovaného uhlíku vyžaduje určité množství času. Jak je znázorněno na obrázku 1b:
Během 10–50 minut se míra odbarvení postupně zvyšuje. Když však doba dekolorizace přesáhne 50 minut, míra odbarvení se začíná snižovat. K tomuto jevu dochází, protože dekolorizace prostřednictvím aktivovaného uhlíku zahrnuje dynamický proces adsorpce a desorpce. Jak se desorpce pigmentových molekul zrychluje s prodlouženou dobou interakce, vzrůstá objem desorbovaných molekul pigmentu, což vede ke snížení rychlosti dekolorizace.
Míra zotavení polysacharidu ukazuje postupný trend dolů. Může to být proto, že obsah polysacharidů v roztoku je výrazně vyšší než adsorpční kapacita aktivovaného uhlíku, což snižuje rozdíl mezi rychlostí adsorpce a desorpce [26].
Ačkoli míra odbarvení a míra zotavení během prvních 30 minut je přijatelná, je náročné zpracovat velké objemy vzorků v tak krátké době v praktické výrobě.
Proto s ohledem na praktické výrobní podmínky, 40, 50 a 60 minut, byly jako úrovně dekolorizace pro experiment povrchu odezvy vybrány.
Obr.1 Vliv koncentrace aktivované uhlíku, doby odbarvení, teploty odbarvení a pH na odbarvovací účinky CiStanche Deserticola polysacharid
2.1.3 Vliv teploty odbarvení na odbarvení extraktu polysacharidu Cistanche
Jak je znázorněno na obrázku 1C, v rozmezí 20–40 stupňů se rychlost dekolorizace Cistanche postupně zvyšuje s rostoucí teplotou dekolorizace. Když teplota dekolorizace dosáhne 40 stupňů, míra dekolorizace a míra regenerace polysacharidů je 64,39%, respektive 84,49%. Když však teplota přesáhne 40 stupňů, míra odbarvení začne klesat. Může to být proto, že nadměrně vysoké teploty negativně ovlivňují adsorpci pigmentů aktivovaným uhlíkem, čímž oslabuje dekolorizační účinek.
Jak se teplota dekolorizace zvyšuje, míra regenerace polysacharidu mírně klesá. Menší změny teploty však mají malý dopad na adsorpci polysacharidů aktivovaným uhlíkem [11]. V rozmezí 30–50 stupňů zůstává míra obnovy hmoty relativně vysoká. S ohledem na spotřebu energie v praktických výrobních procesech, 30 stupňů, 40 stupňů a 50 stupňů, byly jako hladiny teploty dekolorizace pro experiment povrchu odezvy.
2.1.4 Vliv pH na odbarvení extraktu polysacharidu Cistanche
Proces odbarvení adsorpce pomocí aktivovaného uhlíku vyžaduje účast h⁺ iontů. Přiměřené zvýšení koncentrace h⁺ iontů v roztoku může zlepšit míru dekolorizace [27]. Jak je znázorněno na obrázku 1D, se zvýšením pH míra dekolorizace Cistanche obecně vykazuje trend dolů, zatímco míra regenerace polysacharidu se postupně zvyšuje. Může to být proto, že nízké hladiny pH ovlivňují strukturu polysacharidů, což snižuje míru zotavení.
V rozmezí pH 4–7 není pokles míry dekolorizace významný a míra regenerace polysacharidů zůstává relativně vysoká. Vzhledem k tomu, že měřené pH roztoku vzorku je 5,03, může výběr pH 5,03 jako optimálního pH v průmyslové produkci zabránit použití kyselin a bází, snížit náklady a prospívat ochraně životního prostředí. Proto byly jako hladiny pH pro experiment povrchu odezvy vybrány hladiny pH 4, 5 a 6.
2.2 Optimalizace procesu dekolorizace pro extrakt z polysacharidu Cistanche pomocí metodiky povrchu odezvy
2.2.1 Výsledky experimentů s optimalizací povrchu odezvy
Experimentální výsledky jsou uvedeny v tabulce 2 a výsledky analýzy rozptylu jsou uvedeny v tabulce 3. Z tabulky 3:
V modelu montáže povrchu odezvy pomocí rychlosti dekolorizace (Y1) a rychlosti regenerace polysacharidů (Y2) jako hodnoty odezvy byly hodnoty p pro Y1 a Y2 nižší než 0. 01, což ukazuje na velmi významné rozdíly. Modely jsou tedy smysluplné.
Hodnoty p z pojmů nedostatek fit byly větší než 0. 05, což naznačuje žádné významné rozdíly. To naznačuje, že předpokládané hodnoty modelu dobře zapadají do skutečných hodnot, což je činí vhodné pro předpovídání experimentálních výsledků a stanovení optimálních podmínek procesu.
Korelační koeficienty (R²) pro Y1 a Y2 byly 0. 8633 a 0. 9308, což naznačuje, že model by mohl předpovídat 86. 33% a 93,08% experimentálních výsledků.
Prostřednictvím vícenásobné regresní a analýzy rozptylu byly kvadratické polynomiální regresní modely pro rychlost dekolorizace (Y1) a rychlost regenerace polysacharidů (Y2) týkající se aktivované dávky uhlíku, času, teploty a pH následovně:
Míra odbarvení (Y1):
Y {{{0}}. 21 + 0. 1 0 A - {}}. 22b - 0. 44C - 0. 29D - {{{{17}. + 0. 07BC - 0,07bd - 3,08a² - 1,27b² - 1,09c² - 1,82d²
Míra zotavení polysacharidu (Y2):
Y {{{0}}. 93 + 0. 12A - 0. 41B - 0. 54C - 0. 3 {{{{{} d - {{{13}. + 0. 08BC + 0. 04BD + 0. 04CD - 3,78A² - 1,15B² - 1,51c² - 2,10d²
Kvadratické modely pro hodnoty odezvy navíc vykazovaly vysoce významné rozdíly. Faktory C, A², B², C² a D² měly významné účinky na míru dekolorizace extraktu polysacharidu Cistanche (p <{{0}}. 0 5 nebo P <0. 01). Podobně faktory B, C, A², B², C² a D² měly významné účinky na míru regenerace polysacharidů (p <0,05 nebo p <0,01). To ukazuje, že vztahy mezi faktory a hodnotami odezvy nejsou jednoduché lineární vztahy.
2.2.2 Interakce mezi dvěma faktory na míře odbarvení
PoužitíDesign Expert 8. 0. 6Byly analyzovány software, interakční účinky mezi faktory a byly generovány grafy povrchu 3D odezvy, aby se vizuálně analyzovaly interakce mezi páry faktorů a jejich účinky na hodnoty odezvy.
Jak je znázorněno na obrázcích 2a - F:
Jak se hladiny interagujících faktorů zvyšovaly, míra dekolorizace extraktu polysacharidu Cistanche ukázala trend původně rostoucího a poté klesajícího.
Změny mezi aktivovanou dávkováním uhlíku a dalšími faktory byly výraznější, což naznačuje silné interakce mezi těmito faktory.
Naproti tomu změny mezi teplotou dekolorizace a dobou dekolorizace, teplotou pH a dekolorizace a dobou pH a odbarvení byly méně výrazné, což naznačuje slabší interakce mezi těmito páry faktorů.
2.2.3 Interakce mezi dvěma faktory míry zotavení polysacharidu
Jak je znázorněno na obrázcích 3a - F:
Jak se hladiny interagujících faktorů zvyšovaly, míra regenerace polysacharidu v extraktu polysacharidu Cistanche také vykazovala trend původně rostoucí a poté snižování.
Změny mezi aktivovanou dávkováním uhlíku a dalšími faktory byly výraznější, což naznačuje silné interakce mezi těmito faktory.
Naproti tomu změny mezi teplotou dekolorizace a dobou dekolorizace, teplotou pH a dekolorizace a dobou pH a odbarvení byly méně výrazné, což naznačuje slabší interakce mezi těmito páry faktorů.
| Pokus č. | Aktivovaná dávka uhlíku (%) | B Čas dekolorizace (min) | C odbarvovací teplota (stupeň) | D ph | Míra odbarvení Y₁ (%) | Rychlost obnovy polysacharidů (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
| Zdroj | Součinitel | Y₁ | Y₂ | Součet čtverců | Y₁ | Y₂ | Střední čtverec | Y₁ | Y₂ | F hodnota | Y₁ | Y₂ | P hodnota P. | Y₁ | Y₂ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Model | 13.64 | 73.29 | 78.39 | 14.55 | 10.88 | <0.0001 | <0.0001 | ||||||||
| A(Aktivovaná dávka uhlíku) | 0.10 | 0.72 | 0.98 | <0.05 | |||||||||||
| B(Čas) | |||||||||||||||
| Poznámka |
2.2.4 Stanovení optimálních podmínek procesu a experimentů s validací
Pomocí návrhu Box-Behnken bylo vyvinuto experimentální schéma a experimentální data byla analyzována pomocí pomocí pomocíDesign Expert 8. 0. 6software. Optimální podmínky procesu dekolorizace pro extrakt polysacharidu Cistanche s aktivovaným uhlíkem byly stanoveny následujícím způsobem:
Aktivovaná dávka uhlíku:20.18%
Teplota:37,74 stupňů
Čas:48,88 minut
PH:4.92
Za těchto podmínek byly předpokládané výsledky:
Míra odbarvení:61.25%
Míra zotavení polysacharidu:98.02%
S ohledem na praktickou proveditelnost výroby byly optimální procesní podmínky mírně upraveny na:
Aktivovaná dávka uhlíku:20%
Teplota:37 stupňů
Čas:49 minut
PH:5.03
Za těchto upravených optimálních podmínek byly provedeny tři experimenty s paralelní validací. Výsledky byly:
Míra odbarvení:62.66%
Míra zotavení polysacharidu:96.16%
Naměřené hodnoty vykazovaly odchylky od teoretických hodnot regresního modelu v rozumném rozsahu, což prokazuje, že model je platný [28].
2.3 Antioxidační aktivita polysacharidů Cistanche
2.3.1 Schopnost vychytávání radikálů DPPH
Rostlinné polysacharidy vykazují významnou antioxidační aktivitu, obvykle v rozsahu koncentrace1. 0 - 1 0. 0 Mg/Ml. Proces dekolorizace může ovlivnit antioxidační aktivitu polysacharidů [16,29].
Jak je znázorněno na obrázku 4, výrazně se zlepšila schopnost vychytávání radikálu DPPH radikálního vychytávání dekolorizovaných Cistanche polysacharidů. Při koncentraci1. 0 mg/ml, míra radikálního úklidu DPPH se zvýšila z14,78% (před odbarvením)na38,38% (po odbarvení).
To ukazuje, že proces dekolorizace může zvýšit schopnost polysacharidů Cistanche polysacharidů DPPH. Toto zlepšení lze přičíst odstranění nečistot během procesu odbarvení, což zvyšuje čistotu polysacharidů a následně zvyšuje jejich aktivitu.
2.3.2 Celková redukční síla polysacharidů Cistanche
Za kyselých podmínek mohou antioxidanty redukovat Fe³⁺-TPTZ (železitý tripyridyltriazin) na Fe²⁺-TPTZ, který produkuje modrou barvu. Absorbance na593 nmlze použít pro výpočet celkové redukční síly vzorku. Vyšší hodnota FRAP označuje silnější celkovou redukční sílu [30].
Jak je znázorněno na obrázku 5, celková redukční síla1. 0 mg/mlPolysacharidy Cistanche nevykazovaly žádný znatelný rozdíl před a po dekolorizaci. To může být způsobeno nedostatkem látek v extraktu schopném reagovat s Fe³⁺-TPTZ nebo přítomností látek, které inhibují přeměnu Fe³⁺-TPTZ na Fe²⁺-TPTZ.
2.3.3 Hydroxyl Radical Schopnost polysacharidů Cistanche
Jak je znázorněno na obrázku 6, rychlost vychytávání hydroxylových radikálů1. 0 mg/mlPolysacharidy Cistanche se zvýšily z84,37% (před odbarvením)na96,18% (po odbarvení).
To ukazuje, že polysacharidy Cistanche mají významnou schopnost vychytávání hydroxylových radikálů, která byla po dekolorizaci dále zvýšena. Toto zlepšení lze připsat zvýšení čistoty polysacharidů po procesu dekolorizace, což zvyšuje schopnost vychytávání hydroxylu.
Podobně Sun Mingli et al. [31] zjistili, že schopnost hydroxylového radikálu vychytávání polysacharidů scutellaria byla po dekolorizaci významně zvýšena, což je v souladu s výsledky získanými v této studii.
2.3.4 ABTS Kation Radical Spaling Schopnost polysacharidů Cistanche
Studie ukázaly, že dekolorizační léčba polysacharidů může snížit jejich schopnost vychytávání radikálu ABTS [32]. Jak je znázorněno na obrázku 7,1. 0 mg/mlPolysacharidy Cistanche vykazují významnou aktivitu vychytávání radikálů ABTS. Po odbarvení se však aktivita výrazně snížila a klesla z7,85% (před odbarvením)na0. 89% (po odbarvení).
To ukazuje, že proces dekolorizace oslabuje schopnost Cistanche polysacharidů Cistanche ABTS. Tato redukce může být způsobena odstraněním složek v polysacharidech Cistanche, které reagují s ABTS kationtovými radikály, což vede k poklesu schopnosti úklidu.
3 Závěr
Tato studie použila jako indikátory hodnocení aktivovaného uhlíku jako dekolorizační činidlo s mírou dekolorizace a mírou regenerace polysacharidů. Na základě jednofaktorových experimentálních výsledků, experimentálních výsledků povrchu odezvy a praktické výrobní proveditelnosti byly optimální procesní podmínky stanoveny následujícím způsobem:
Aktivovaná dávka uhlíku: 20%
Teplota:37 stupňů
Čas:49 minut
PH: 5.03
Za těchto podmínek byla míra odbarvení extraktu polysacharidu Cistanche62.66%a míra zotavení polysacharidu byla96.16%. Výsledné polysacharidy vykazovaly výrazně zlepšenou schopnost vychytávání radikálu DPPH a schopnost vychytávání hydroxylu.
Tento proces dekolorizace prokázal dobrou účinnost dekolorizace a vysokou míru regenerace polysacharidů, což poskytlo odkaz na přípravu vysoce čistoty, esteticky nadřazených produktů Cistanche polysacharidů.
