Оптимізація процесу знебарвлення та антиоксидантна активність екстракту полісахариду Cistanche Deserticola за допомогою методології поверхні відповіді ⅱ
Mar 10, 2025
2 результати та аналіз
2.1 Однофакторні експерименти
2.1.1 Вплив дози активованого вуглецю на знебарвлення екстракту полісахариду Cistanche
Активована знебарвлення вуглецю - це тип деколоризації адсорбції. Поверхня частинок активованого вуглецю містить численні пори та канали, які можуть сильно адсорбувати пігментні молекули. Однак він також може адсорбувати полісахаридні молекули в розчині, викликаючи втрату полісахариду [25]. Як показано на малюнку 1А:
Зі збільшенням дози активованого вуглецю швидкість знебарвлення поступово зростає. Однак, коли дозування перевищує 10%, тенденція зростання швидкості знебарвлення сповільнюється.
Коли дозування нижче 20%, швидкість відновлення полісахариду збільшується, але коли вона перевищує 20%, швидкість відновлення починає зменшуватися.
Коли дозування становить 20%, ефект знебарвлення є оптимальним.
Враховуючи оперативні та фактори витрат у практичному виробництві, 10%, 20%та 30%були обрані як рівні дози активованого вуглецю для експерименту з поверхнею відповідей.
Полісахаридні рослинні добавки з високим рівнем полісахаридів
2.1.2 Вплив часу знебарвлення на екстракт полісахариду Cistanche
Адсорбція пігментних молекул за допомогою активованого вуглецю вимагає певної кількості часу. Як показано на малюнку 1b:
Протягом 10–50 хвилин швидкість знебарвлення поступово зростає. Однак, коли час знебарвлення перевищує 50 хвилин, швидкість знебарвлення починає зменшуватися. Це явище виникає через те, що знебарвлення за допомогою активованого вуглецю передбачає динамічний процес адсорбції та десорбції. У міру того, як десорбція пігментових молекул прискорюється з тривалим часом взаємодії, об'єм молекули десорбованих пігментів збільшується, що призводить до зниження швидкості знебарвлення.
Швидкість відновлення полісахариду показує поступову тенденцію вниз. Це може бути через те, що вміст полісахариду в розчині значно вищий, ніж адсорбційна здатність активованого вуглецю, зменшуючи різницю між швидкістю адсорбції та десорбції [26].
Незважаючи на те, що швидкість декороризації та швидкість відновлення протягом перших 30 хвилин є прийнятними, протягом такого короткого часу у практичному виробництві є складно обробити великі обсяги зразків.
Тому, враховуючи практичні умови виробництва, 40, 50 та 60 хвилин були обрані як рівні часу деколоризації для експерименту з поверхнею відповідей.
Рис.1 Вплив активованої концентрації вуглецю, часу знебарвлення, температури знебарвлення та рН на вплив полісахариду Cistanche Deserticola
2.1.3 Вплив температури знебарвлення на знебарвлення екстракту полісахариду Cistanche
Як показано на малюнку 1С, в межах 20–40 градусів швидкість знебарвлення Cistanche поступово зростає із підвищенням температури знебарвлення. Коли температура знебарвлення досягає 40 градусів, швидкість знебарвлення та швидкість відновлення полісахариду становлять 64,39% та 84,49% відповідно. Однак, коли температура перевищує 40 градусів, швидкість знебарвлення починає знижуватися. Це може бути через те, що надмірно високі температури негативно впливають на адсорбцію пігментів активованим вуглецем, тим самим послаблюючи ефект знебарвлення.
Зі збільшенням температури знебарвлення швидкість відновлення полісахариду незначно зменшується. Однак незначні зміни температури мало впливають на адсорбцію полісахаридів активованим вуглецем [11]. У межах 30–50 градусів швидкість відновлення масової залишається відносно високою. Враховуючи споживання енергії в практичних виробничих процесах, 30 градусів, 40 градусів та 50 градусів було обрано як рівні температури деколоризації для експерименту з поверхнею реакції.
2.1.4 Вплив рН на знебарвлення екстракту полісахариду Cistanche
Процес деколоризації адсорбції за допомогою активованого вуглецю вимагає участі іонів H⁺. Відповідне збільшення концентрації іонів H⁺ в розчині може покращити швидкість знебарвлення [27]. Як показано на малюнку 1D, зі збільшенням рН, швидкість знебарвлення Cistanche, як правило, показує тенденцію до зниження, тоді як швидкість відновлення полісахариду поступово зростає. Це може бути через те, що низький рівень рН впливає на структуру полісахаридів, зниження швидкості відновлення.
У межах pH 4–7 зниження швидкості знебарвлення не є суттєвим, а швидкість відновлення полісахариду залишається відносно високою. Враховуючи, що виміряний рН вибіркового розчину становить 5,03, вибираючи рН 5,03 як оптимальний рН у промисловому виробництві, може уникнути використання кислот та баз, зменшення витрат та користі для захисту навколишнього середовища. Тому рівні рН 4, 5 та 6 були обрані як рівні рН для експерименту з поверхнею відповідей.
2.2 Оптимізація процесу знебарвлення для екстракту полісахариду Cistanche за допомогою методології поверхні відповіді
2.2.1 Результати експериментів з оптимізації поверхні відповідей
Експериментальні результати показані в таблиці 2, а результати аналізу дисперсії показані в таблиці 3. З таблиці 3:
У моделі підгонки поверхні відповіді з використанням швидкості деколоризації (Y1) та швидкості відновлення полісахариду (Y2) як значень відповіді P-значення моделей для Y1 та Y2 були меншими, ніж 0. 01, що вказує на дуже значні відмінності. Таким чином, моделі значущі.
Р-значення відсутності термінів були більшими, ніж 0. 05, що вказувало на суттєвих відмінностей. Це говорить про те, що прогнозовані значення моделі добре відповідають фактичним значенням, що робить їх придатними для прогнозування експериментальних результатів та визначення оптимальних умов процесу.
Коефіцієнти кореляції (R²) для Y1 і Y2 були 0. 8633 і 0. 9308 відповідно, що вказує на те, що модель могла передбачити 86.
Завдяки багаторазовому регресійному встановленому та дисперсійному аналізі квадратичні поліноміальні регресійні моделі швидкості деколоризації (Y1) та швидкості відновлення полісахариду (Y2) щодо дози активованої вуглецю, часу, температури та рН були встановлені наступним чином:
Коефіцієнт знебарвлення (Y1):
Y {{0}}. 21 + 0. 1 0 a - 0. 22b - 0. 44c - 0. 29d - 0. + 0. 07BC - 0,07BD - 3,08A² - 1,27b² - 1,09c² - 1,82d²
Швидкість відновлення полісахариду (Y2):
Y {{0}}. 93 + 0. 12a - 0. 41b - 0. 54c - 0. 3 0 d - 0. + 0. 08bc + 0. 04bd + 0.
Крім того, квадратичні моделі для обох значень відповіді показали дуже значні відмінності. Фактори C, A², B², C² та D² суттєво вплинули на швидкість деколоризації екстракту полісахариду Cistanche (P <{{0}}. 0 5 або P <0. 01). Аналогічно, фактори B, C, A², B², C² та D² мали значний вплив на швидкість відновлення полісахариду (P <0,05 або P <0,01). Це вказує на те, що взаємозв'язки між факторами та значеннями відповіді не є простими лінійними зв’язками.
2.2.2 Взаємодія між двома факторами щодо швидкості знебарвлення
ВикористанняЕксперт з дизайну 8. 0. 6Програмне забезпечення, були проаналізовані ефекти взаємодії між факторами, а 3D -ділянки поверхні відповіді були створені для візуального аналізу взаємодій між парами факторів та їх впливом на значення відповіді.
Як показано на малюнках 2A - F:
Зі збільшенням рівня взаємодіючих факторів, швидкість деколоризації екстракту полісахариду Cistanche показала тенденцію спочатку збільшення та зменшення.
Зміни між дозуванням активованого вуглецю та іншими факторами були більш вираженими, що свідчить про сильну взаємодію між цими факторами.
На відміну від цього, зміни між температурою знебарвлення та часом знебарвлення, рН та температурою знебарвлення, рН та часом знебарвлення були менш вираженими, що свідчить про слабкі взаємодії між цими парами факторів.
2.2.3 Взаємодія між двома факторами швидкості відновлення полісахариду
Як показано на малюнках 3A - F:
Зі збільшенням рівня взаємодіючих факторів швидкість відновлення полісахариду екстракту полісахариду Cistanche також показала тенденцію спочатку збільшення, а потім зменшення.
Зміни між дозуванням активованого вуглецю та іншими факторами були більш вираженими, що свідчить про сильну взаємодію між цими факторами.
На відміну від цього, зміни між температурою знебарвлення та часом знебарвлення, рН та температурою знебарвлення, рН та часом знебарвлення були менш вираженими, що свідчить про слабкі взаємодії між цими парами факторів.
| Експеримент № | Активована дозування вуглецю (%) | B Час знебарвлення (хв) | C Температура знебарвлення (ступінь) | D ph | Y₁ Коефіцієнт знебарвлення (%) | Y₂ полісахаридна швидкість відновлення (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
| Джерело | Коефіцієнт | Y₁ | Y₂ | Сума квадратів | Y₁ | Y₂ | Середній квадрат | Y₁ | Y₂ | F значення | Y₁ | Y₂ | Р | Y₁ | Y₂ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Модель | 13.64 | 73.29 | 78.39 | 14.55 | 10.88 | <0.0001 | <0.0001 | ||||||||
| A(Дози активованої вуглецю) | 0.10 | 0.72 | 0.98 | <0.05 | |||||||||||
| B(Час) | |||||||||||||||
| Примітка |
2.2.4 Визначення оптимальних умов процесів та експериментів з перевірки
Використовуючи конструкцію Box-Behnken, була розроблена експериментальна схема, а експериментальні дані аналізували за допомогоюЕксперт з дизайну 8. 0. 6Програмне забезпечення. Оптимальні умови процесу знебарвлення для екстракту полісахариду Cistanche з активованим вуглецем визначали наступним чином:
Активована дозування вуглецю:20.18%
Температура:37,74 градус
Час:48,88 хвилин
PH:4.92
За цих умов прогнозовані результати були:
Коефіцієнт знебарвлення:61.25%
Швидкість відновлення полісахариду:98.02%
Враховуючи практичну доцільність виробництва, оптимальні умови процесу були незначно відрегульовані до:
Активована дозування вуглецю:20%
Температура:37 градусів
Час:49 хвилин
PH:5.03
За цих скоригованих оптимальних умов було проведено три експерименти паралельної перевірки. Результати були:
Коефіцієнт знебарвлення:62.66%
Швидкість відновлення полісахариду:96.16%
Вимірювані значення показали відхилення від теоретичних значень регресійної моделі в розумному діапазоні, демонструючи, що модель є дійсною [28].
2.3 Антиоксидантна активність полісахаридів Cistanche
2.3.1 Здатність до радикального відбиття DPPH полісахаридів Cistanche
Полісахариди рослин виявляють значну антиоксидантну активність, як правило, в межах концентрації1. 0 - 1 0. 0 мг/мл. Процес знебарвлення може впливати на антиоксидантну активність полісахаридів [16,29].
Як показано на малюнку 4, здатність DPPH Radical відбиття деколонізованих полісахаридів Cistanche була значно вдосконалена. При концентрації1. 0 мг/мл, швидкість відбиття радикалів DPPH зросла від14,78% (до знебарвлення)до38,38% (після знебарвлення).
Це вказує на те, що процес знебарвлення може підвищити здатність до радикального відбиття DPPH полісахаридів Cistanche. Це поліпшення може бути пов'язане з видаленням домішок під час процесу знебарвлення, що збільшує чистоту полісахаридів і згодом підвищує їх активність.
2.3.2 Загальна потужність зниження полісахаридів Cistanche
У кислих умовах антиоксиданти можуть зменшити Fe³⁺-TPTZ (залізо-триридилтріазин) до Fe²⁺-TPTZ, що виробляє синій колір. Поглинання при593 нмможе бути використаний для обчислення загальної зменшення потужності зразка. Більш високе значення FRAP вказує на більш сильну загальну потужність зниження [30].
Як показано на малюнку 5, загальна потужність зменшення1. 0 мг/млПолісахариди Cistanche не виявляли помітної різниці до та після знебарвлення. Це може бути пов’язано з відсутністю речовин у екстракті, здатному реагувати з Fe³⁺-TPTZ, або наявністю речовин, що інгібують перетворення Fe³⁺-TPTZ до Fe²⁺⁺-TPTZ.
2.3.3 Здатність від очищення гідроксильних радикалів Cistanche полісахаридів
Як показано на малюнку 6, швидкість очищення гідроксильних радикалів1. 0 мг/млПолісахариди Cistanche збільшувалися з84,37% (до знебарвлення)до96,18% (після знебарвлення).
Це вказує на те, що полісахариди Cistanche мають значну здатність до очищення гідроксильних радикалів, що ще більше посилювалося після знебарвлення. Це поліпшення може бути пояснено збільшенням чистоти полісахариду після процесу знебарвлення, що підвищує здатність до очищення гідроксильних радикалів.
Аналогічно, Sun Mingli та ін. [31] встановлено, що здатність очищення гідроксильних радикалів полісахаридів Scutellaria значно посилювалася після знебарвлення, що відповідає результатам, отриманим у цьому дослідженні.
2.3.4 Абтс Катіоніон Радикальна здатність полісахаридів Cistanche полісахаридів Cistanche
Дослідження показали, що лікування полісахаридів знебарвлення може знизити їх здатність до радикального викидання ABTS [32]. Як показано на малюнку 7,1. 0 мг/млПолісахариди Cistanche проявляють значну активність відбиття радикалів. Однак після знебарвлення активність значно знизилася, знижуючись від7,85% (до знебарвлення)до0. 89% (після знебарвлення).
Це вказує на те, що процес знебарвлення послаблює здатність до радикального відбиття в катіоні полісахаридів Cistanche. Це зменшення може бути зумовлене видаленням компонентів у полісахаридах Cistanche, які реагують з радикалами катіонів ABTS, що призводить до зниження здатності до очищення.
3 Висновок
У цьому дослідженні було використано активоване вуглець як знебарвлюючий засіб зі швидкістю знебарвлення та швидкості відновлення полісахариду як показники оцінки. На основі однофакторних експериментальних результатів, експериментальних результатів поверхні відповідей та практичній доцільності виробництва оптимальні умови процесів визначали наступним чином:
Активована дозування вуглецю: 20%
Температура:37 градусів
Час:49 хвилин
PH: 5.03
За цих умов швидкість знебарвлення екстракту полісахариду Cistanche була62.66%, і швидкість відновлення полісахариду була96.16%. Отримані полісахариди показали значно покращені здатність до очищення радикалів DPPH та здатність до очищення гідроксильних радикалів.
Цей процес знебарвлення продемонстрував хорошу ефективність знебарвлення та високу швидкість відновлення полісахариду, забезпечуючи посилання на підготовку високої чистоти, естетично вищих продуктів полісахариду Cistanche.
