Otimização do processo de descoloração e atividade antioxidante do extrato de polissacarídeo deserticola de Cistanche por Metodologia da Superfície de Resposta ⅱ
Mar 10, 2025
2 resultados e análise
2.1 Experimentos de fator único
2.1.1 Efeito da dosagem de carbono ativada na descoloração do extrato de polissacarídeo Cistanche
A descoloração de carbono ativada é um tipo de descoloração de adsorção. A superfície das partículas do carbono ativado contém numerosos poros e canais, que podem adsorver fortemente moléculas de pigmento. No entanto, também pode adsorver moléculas de polissacarídeo na solução, causando perda de polissacarídeo [25]. Como mostrado na Figura 1A:
Com o aumento da dosagem de carbono ativada, a taxa de descoloração aumenta gradualmente. No entanto, quando a dose excede 10%, a tendência de crescimento da taxa de descoloração diminui.
Quando a dose está abaixo de 20%, a taxa de recuperação de polissacarídeos aumenta, mas quando excede 20%, a taxa de recuperação começa a diminuir.
Quando a dosagem é de 20%, o efeito de descoloração é ideal.
Considerando os fatores operacionais e de custo na produção prática, 10%, 20%e 30%foram selecionados como os níveis de dosagem de carbono ativados para o experimento da superfície de resposta.
Suplementos de cistanche de ervas polissacarídeos de alto nível
2.1.2 Efeito do tempo de descoloração no extrato de polissacarídeo Cistanche
A adsorção de moléculas de pigmento por carbono ativado requer uma certa quantidade de tempo. Como mostrado na Figura 1b:
Dentro de 10 a 50 minutos, a taxa de descoloração aumenta gradualmente. No entanto, quando o tempo de descoloração excede 50 minutos, a taxa de descoloração começa a diminuir. Esse fenômeno ocorre porque a descolorização via carbono ativado envolve um processo dinâmico de adsorção e dessorção. À medida que a dessorção de moléculas de pigmento acelera com o tempo de interação prolongado, o volume de moléculas de pigmento dessorvido aumenta, resultando em uma diminuição na taxa de descoloração.
A taxa de recuperação de polissacarídeos mostra uma tendência de queda gradual. Isso pode ocorrer porque o teor de polissacarídeos na solução é significativamente maior que a capacidade de adsorção do carbono ativado, reduzindo a diferença entre as taxas de adsorção e dessorção [26].
Embora a taxa de descoloração e a taxa de recuperação durante os primeiros 30 minutos sejam aceitáveis, é um desafio processar grandes volumes de amostras em tão pouco tempo em produção prática.
Portanto, considerando as condições práticas de produção, 40, 50 e 60 minutos foram selecionadas como os níveis de tempo de descoloração para o experimento da superfície de resposta.
Fig.1 Influência da concentração de carbono ativada, tempo de descoloração, temperatura de descoloração e pH nos efeitos de descoloração do polissacarídeo deserticola de Cistanche Deserticola
2.1.3 Efeito da temperatura de descoloração na descoloração do extrato de polissacarídeo Cistanche
Conforme mostrado na Figura 1C, dentro da faixa de 20 a 40 graus, a taxa de descoloração de cistanche aumenta gradualmente com o aumento da temperatura de descoloração. Quando a temperatura de descoloração atinge 40 graus, a taxa de descoloração e a taxa de recuperação de polissacarídeos são de 64,39% e 84,49%, respectivamente. No entanto, quando a temperatura excede 40 graus, a taxa de descoloração começa a diminuir. Isso pode ocorrer porque temperaturas excessivamente altas afetam negativamente a adsorção de pigmentos por carbono ativado, enfraquecendo assim o efeito de descoloração.
À medida que a temperatura de descoloração aumenta, a taxa de recuperação de polissacarídeos diminui ligeiramente. No entanto, pequenas variações de temperatura têm pouco impacto na adsorção de polissacarídeos por carbono ativado [11]. Dentro da faixa de 30 a 50 graus, a taxa de recuperação em massa permanece relativamente alta. Considerando o consumo de energia nos processos práticos de produção, 30 graus, 40 graus e 50 graus foram selecionados como os níveis de temperatura de descoloração para o experimento da superfície de resposta.
2.1.4 Efeito do pH na descolorização do extrato de polissacarídeo Cistanche
O processo de descoloração de adsorção usando carbono ativado requer a participação de íons H⁺. Aumentar adequadamente a concentração de íons h na solução pode melhorar a taxa de descoloração [27]. Conforme mostrado na Figura 1D, com o aumento do pH, a taxa de descoloração de cistanche geralmente mostra uma tendência descendente, enquanto a taxa de recuperação de polissacarídeos aumenta gradualmente. Isso pode ocorrer porque os baixos níveis de pH afetam a estrutura dos polissacarídeos, reduzindo a taxa de recuperação.
Dentro da faixa de pH 4-7, o declínio na taxa de descoloração não é significativo e a taxa de recuperação de polissacarídeos permanece relativamente alta. Considerando que o pH medido da solução da amostra é de 5,03, a escolha de pH 5,03, pois o pH ideal na produção industrial pode evitar o uso de ácidos e bases, reduzir custos e beneficiar a proteção ambiental. Portanto, os níveis de pH de 4, 5 e 6 foram selecionados como os níveis de pH para o experimento da superfície de resposta.
2.2 Otimização do processo de descoloração para extrato de polissacarídeo Cistanche usando a metodologia da superfície de resposta
2.2.1 Resultados das experiências de otimização da superfície de resposta
Os resultados experimentais são mostrados na Tabela 2 e os resultados da análise de variação são mostrados na Tabela 3. Da Tabela 3:
No modelo de ajuste da superfície de resposta usando a taxa de descolorização (Y1) e a taxa de recuperação de polissacarídeos (Y2) como valores de resposta, os valores p dos modelos para Y1 e Y2 foram menores que 0. 01, indicando diferenças altamente significativas. Assim, os modelos são significativos.
Os valores p dos termos de falta de ajuste foram maiores que 0. 05, indicando diferenças significativas. Isso sugere que os valores previstos do modelo se encaixam bem com os valores reais, tornando -os adequados para prever resultados experimentais e determinar as condições ideais do processo.
Os coeficientes de correlação (R²) para Y1 e Y2 foram 0. 8633 e 0. 9308, respectivamente, indicando que o modelo pode prever pequenos erros e bons erros e bons erros e bons erros e bons erros e bons erros e boa pessoa.
Através de ajuste de regressão múltipla e análise de variação, os modelos quadráticos de regressão polinomial para a taxa de descoloração (Y1) e a taxa de recuperação de polissacarídeos (Y2) em relação à dosagem de carbono ativada, tempo, temperatura e pH foram estabelecidos da seguinte forma:
Taxa de descoloração (Y1):
Y {{0}}. 21 + 0. 1 0 a - 0. 22b - 0. + 0.
Taxa de recuperação de polissacarídeos (Y2):
Y {{0}}. 93 + 0. 12a - 0. 41b - 0. 54c - 0. + 0. 08bc + 0. 04bd + 0.
Além disso, os modelos quadráticos para ambos os valores de resposta mostraram diferenças altamente significativas. Os fatores C, A², B², C² e D² tiveram efeitos significativos na taxa de descoloração do extrato de polissacarídeo Cistanche (p <{{0}}. 0 5 ou p <0}. 01). Da mesma forma, os fatores B, C, A², B², C² e D² tiveram efeitos significativos na taxa de recuperação de polissacarídeos (p <0,05 ou p <0,01). Isso indica que as relações entre os fatores e os valores de resposta não são relacionamentos lineares simples.
2.2.2 Interação entre dois fatores na taxa de descolorização
UsandoEspecialista de design 8. 0. 6Software, os efeitos da interação entre os fatores foram analisados e as parcelas da superfície de resposta 3D foram geradas para analisar visualmente as interações entre pares de fatores e seus efeitos nos valores de resposta.
Como mostrado nas Figuras 2a - F:
À medida que os níveis dos fatores de interação aumentavam, a taxa de descolorização do extrato de polissacarídeo Cistanche mostrou uma tendência de aumentar inicialmente e depois diminuir.
As mudanças entre dosagem de carbono ativadas e outros fatores foram mais pronunciadas, indicando fortes interações entre esses fatores.
Por outro lado, as mudanças entre a temperatura de descoloração e o tempo de descoloração, o pH e a temperatura da descoloração e o tempo de descoloração e o tempo de descoloração foram menos pronunciados, indicando interações mais fracas entre esses pares de fatores.
2.2.3 Interação entre dois fatores na taxa de recuperação de polissacarídeos
Como mostrado nas Figuras 3a - F:
À medida que os níveis dos fatores de interação aumentavam, a taxa de recuperação de polissacarídeos do extrato de polissacarídeo Cistanche também mostrou uma tendência de aumentar inicialmente e depois diminuir.
As mudanças entre dosagem de carbono ativadas e outros fatores foram mais pronunciadas, indicando fortes interações entre esses fatores.
Por outro lado, as mudanças entre a temperatura de descoloração e o tempo de descoloração, o pH e a temperatura da descoloração e o tempo de descoloração e o tempo de descoloração foram menos pronunciados, indicando interações mais fracas entre esses pares de fatores.
| Experiência No. | Uma dosagem de carbono ativada (%) | B Tempo de descoloração (min) | C Temperatura de descoloração (grau) | D ph | Y₁ Taxa de descoloração (%) | Y₂ Taxa de recuperação de polissacarídeos (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
| Fonte | Coeficiente | Y₁ | Y₂ | Soma dos quadrados | Y₁ | Y₂ | Quadrado médio | Y₁ | Y₂ | F valor | Y₁ | Y₂ | P valor | Y₁ | Y₂ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Modelo | 13.64 | 73.29 | 78.39 | 14.55 | 10.88 | <0.0001 | <0.0001 | ||||||||
| A(Dosagem de carbono ativada) | 0.10 | 0.72 | 0.98 | <0.05 | |||||||||||
| B(Tempo) | |||||||||||||||
| Observação |
2.2.4 Determinação de condições ideais de processo e experimentos de validação
Usando o design de box-behnken, o esquema experimental foi desenvolvido e os dados experimentais foram analisados usandoEspecialista de design 8. 0. 6software. As condições ideais do processo de descoloração para o extrato de polissacarídeo Cistanche com carbono ativado foram determinadas da seguinte forma:
Dosagem de carbono ativada:20.18%
Temperatura:37,74 grau
Tempo:48,88 minutos
ph:4.92
Sob essas condições, os resultados previstos foram:
Taxa de descoloração:61.25%
Taxa de recuperação de polissacarídeos:98.02%
Considerando a viabilidade prática da produção, as condições ideais do processo foram ligeiramente ajustadas para:
Dosagem de carbono ativada:20%
Temperatura:37 graus
Tempo:49 minutos
ph:5.03
Sob essas condições ótimas ajustadas, foram realizadas três experiências de validação paralelas. Os resultados foram:
Taxa de descoloração:62.66%
Taxa de recuperação de polissacarídeos:96.16%
Os valores medidos mostraram desvios dos valores teóricos do modelo de regressão dentro de um intervalo razoável, demonstrando que o modelo é válido [28].
2.3 Atividade antioxidante de polissacarídeos Cistanche
2.3.1 Capacidade de eliminação de radicais DPPH dos polissacarídeos Cistanche
Os polissacarídeos vegetais exibem atividade antioxidante significativa, geralmente dentro da faixa de concentração de1. 0 - 1 0. 0 mg/ml. O processo de descoloração pode influenciar a atividade antioxidante dos polissacarídeos [16,29].
Como mostrado na Figura 4, a capacidade de eliminação de radicais DPPH dos polissacarídeos descoloridos de cistanche foi significativamente melhorada. Em uma concentração de1. 0 mg/ml, a taxa de eliminação de radicais DPPH aumentou de14,78% (antes da descoloração)para38,38% (após a descolorização).
Isso indica que o processo de descoloração pode melhorar a capacidade de eliminação de radicais DPPH dos polissacarídeos Cistanche. Essa melhoria pode ser atribuída à remoção de impurezas durante o processo de descoloração, o que aumenta a pureza dos polissacarídeos e aumenta posteriormente sua atividade.
2.3.2 Poder de redução total dos polissacarídeos Cistanche
Sob condições ácidas, os antioxidantes podem reduzir o Fe³⁺-TPTZ (férrico-tripiridiltriazina) a Fe²⁺-tptz, que produz uma cor azul. A absorvância em593 nmpode ser usado para calcular o poder de redução total da amostra. Um valor mais alto de FRAP indica poder de redução total mais forte [30].
Como mostrado na Figura 5, o poder de redução total de1. 0 mg/mlOs polissacarídeos de cistanche não mostraram diferença perceptível antes e após a descoloração. Isso pode ser devido à falta de substâncias no extrato capaz de reagir com Fe³⁺-TPTZ, ou a presença de substâncias que inibem a conversão de Fe³⁺-TPTZ em Fe²⁺-tptz.
2.3.3 Capacidade de eliminação de radicais hidroxila de polissacarídeos Cistanche
Como mostrado na Figura 6, a taxa de eliminação de radicais hidroxila de1. 0 mg/mlPolissacarídeos Cistanche aumentou de84,37% (antes da descoloração)para96,18% (após a descoloração).
Isso indica que os polissacarídeos de cistanche têm capacidade significativa de eliminação de radicais hidroxila, que foi aprimorada após a descoloração. Essa melhoria pode ser atribuída ao aumento da pureza do polissacarídeo após o processo de descoloração, o que aumenta a capacidade de eliminação de radicais hidroxila.
Da mesma forma, Sun Mingli et al. [31] descobriram que a capacidade de eliminação de radicais hidroxila dos polissacarídeos de Scutellaria foi significativamente aumentada após a descoloração, consistente com os resultados obtidos neste estudo.
2.3.4 Capacidade de eliminação radical de cátio
Estudos demonstraram que o tratamento de descoloração dos polissacarídeos pode reduzir sua capacidade de eliminação de radicais de cátions ABTS [32]. Como mostrado na Figura 7,1. 0 mg/mlOs polissacarídeos de cistanche exibem atividade de eliminação de radicais de cátions ABTS. No entanto, após a descoloração, a atividade diminuiu significativamente, caindo de7,85% (antes da descoloração)para0. 89% (após a descoloração).
Isso indica que o processo de descoloração enfraquece a capacidade de eliminação de radicais de cátions de cátions dos polissacarídeos cistanche. Essa redução pode ser devida à remoção de componentes dentro dos polissacarídeos Cistanche que reagem com os radicais de cátions ABTS, levando a um declínio na capacidade de eliminação.
3 Conclusão
Este estudo utilizou carbono ativado como agente descolorante, com taxa de descoloração e taxa de recuperação de polissacarídeos como indicadores de avaliação. Com base em resultados experimentais de um fator único, resultados experimentais da superfície de resposta e viabilidade prática da produção, as condições ideais do processo foram determinadas da seguinte forma:
Dosagem de carbono ativada: 20%
Temperatura:37 graus
Tempo:49 minutos
ph: 5.03
Sob essas condições, a taxa de descoloração do extrato de polissacarídeo Cistanche foi62.66%e a taxa de recuperação de polissacarídeos foi96.16%. Os polissacarídeos resultantes mostraram capacidade de eliminação de radicais DPPH significativamente melhorada e capacidade de eliminação de radicais hidroxila.
Esse processo de descoloração demonstrou boa eficiência de descoloração e alta taxa de recuperação de polissacarídeos, fornecendo uma referência para a preparação de produtos de polissacarídeos de alta pureza e esteticamente superiores.
