بهینه سازی فرآیند تجزیه و فعالیت آنتی اکسیدانی عصاره پلی ساکارید Cistanche Deserticola با استفاده از روش سطح پاسخ ⅱ
Mar 10, 2025
2 نتیجه و تجزیه و تحلیل
2.1 آزمایش تک عاملی
2.1.1 تأثیر دوز کربن فعال شده بر تجزیه عصاره پلی ساکارید Cistanche
تجزیه کربن فعال نوعی از تجزیه جذب است. سطح ذرات کربن فعال حاوی منافذ و کانال های بی شماری است که می تواند مولکول های رنگدانه را به شدت جذب کند. با این حال ، همچنین می تواند مولکول های پلی ساکارید را در محلول جذب کند و باعث از بین رفتن پلی ساکارید شود [25]. همانطور که در شکل 1A نشان داده شده است:
با افزایش دوز کربن فعال ، میزان تجزیه به تدریج افزایش می یابد. با این حال ، هنگامی که دوز بیش از 10 ٪ باشد ، روند رشد نرخ تجزیه کاهش می یابد.
هنگامی که دوز زیر 20 ٪ باشد ، میزان بازیابی پلی ساکارید افزایش می یابد ، اما وقتی بیش از 20 ٪ باشد ، میزان بازیابی شروع به کاهش می کند.
هنگامی که دوز 20 ٪ است ، اثر تجزیه سازی بهینه است.
با توجه به عوامل عملیاتی و هزینه در تولید عملی ، 10 ٪ ، 20 ٪ و 30 ٪ به عنوان سطح دوز کربن فعال برای آزمایش سطح پاسخ انتخاب شدند.
مکمل های گیاهی گیاهی پلی ساکارید سطح بالا
2.1.2 تأثیر زمان تجزیه بر روی عصاره پلی ساکارید Cistanche
جذب مولکول های رنگدانه توسط کربن فعال شده به زمان مشخصی نیاز دارد. همانطور که در شکل 1B نشان داده شده است:
در طی 10-50 دقیقه ، میزان تجزیه به تدریج افزایش می یابد. با این حال ، هنگامی که زمان تجزیه بیش از 50 دقیقه است ، میزان تجزیه شروع به کاهش می کند. این پدیده به این دلیل اتفاق می افتد که تجزیه از طریق کربن فعال شامل یک فرآیند پویا جذب و دفع است. از آنجا که دفع مولکولهای رنگدانه با زمان تعامل طولانی مدت تسریع می شود ، حجم مولکولهای رنگدانه دفع شده افزایش می یابد و در نتیجه کاهش میزان تجزیه می شود.
نرخ بازیابی پلی ساکارید روند نزولی تدریجی را نشان می دهد. این ممکن است به این دلیل باشد که محتوای پلی ساکارید در محلول به طور قابل توجهی بالاتر از ظرفیت جذب کربن فعال شده است و تفاوت بین میزان جذب و دفع را کاهش می دهد [26].
اگرچه میزان تجزیه و میزان بهبودی در طی 30 دقیقه اول قابل قبول است ، پردازش حجم زیادی از نمونه ها در چنین مدت کوتاهی در تولید عملی ، چالش برانگیز است.
بنابراین ، با توجه به شرایط تولید عملی ، 40 ، 50 و 60 دقیقه به عنوان سطح زمان تجزیه برای آزمایش سطح پاسخ انتخاب شدند.
شکل 1 تأثیر غلظت کربن فعال ، زمان تجزیه ، دمای تجزیه و pH بر اثرات تجزیه کننده Cistanche eserticola polyysaccharide
2.1.3 تأثیر دمای تجزیه در تجزیه عصاره پلی ساکارید Cistanche
همانطور که در شکل 1C نشان داده شده است ، در محدوده 20-40 درجه ، میزان تجزیه Cistanche به تدریج با افزایش دمای تجزیه می شود. هنگامی که دمای تجزیه سازی به 40 درجه می رسد ، میزان تجزیه و میزان بازیابی پلی ساکارید به ترتیب 64.39 ٪ و 84.49 ٪ است. با این حال ، هنگامی که دما بیش از 40 درجه باشد ، میزان تجزیه شروع به کاهش می کند. این ممکن است به این دلیل باشد که دمای بیش از حد بالا بر جذب رنگدانه ها توسط کربن فعال تأثیر می گذارد و در نتیجه اثر تجزیه را تضعیف می کند.
با افزایش دمای تجزیه ، میزان بازیابی پلی ساکارید کمی کاهش می یابد. با این حال ، تغییرات جزئی در دما تأثیر کمی در جذب پلی ساکاریدها توسط کربن فعال دارد [11]. در محدوده 30-50 درجه ، میزان بازیابی جرم نسبتاً زیاد است. با توجه به مصرف انرژی در فرآیندهای تولید عملی ، 30 درجه ، 40 درجه و 50 درجه به عنوان سطح دمای تجزیه برای آزمایش سطح پاسخ انتخاب شدند.
2.1.4 تأثیر pH بر تجزیه عصاره پلی ساکارید Cistanche
فرآیند تجزیه جذب با استفاده از کربن فعال نیاز به مشارکت یونهای H⁺ دارد. به طور مناسب افزایش غلظت یونهای H⁺ در محلول می تواند میزان تجزیه را بهبود بخشد [27]. همانطور که در شکل 1D نشان داده شده است ، با افزایش pH ، میزان تجزیه Cistanche به طور کلی روند نزولی را نشان می دهد ، در حالی که میزان بازیابی پلی ساکارید به تدریج افزایش می یابد. این ممکن است به این دلیل باشد که سطح pH پایین بر ساختار پلی ساکاریدها تأثیر می گذارد و میزان بهبودی را کاهش می دهد.
در محدوده pH 4-7 ، کاهش نرخ تجزیه قابل توجه نیست و میزان بازیابی پلی ساکارید نسبتاً زیاد است. با توجه به اینکه pH اندازه گیری شده محلول نمونه 5.03 است ، انتخاب pH 5.03 به عنوان pH بهینه در تولید صنعتی می تواند از استفاده از اسیدها و پایه ها جلوگیری کند ، هزینه ها را کاهش داده و از حفاظت از محیط زیست بهره مند شود. بنابراین ، سطح pH 4 ، 5 و 6 به عنوان سطح pH برای آزمایش سطح پاسخ انتخاب شدند.
2.2 بهینه سازی فرآیند تجزیه برای عصاره پلی ساکارید Cistanche با استفاده از روش سطح پاسخ
2.2.1 نتایج آزمایشات بهینه سازی سطح پاسخ
نتایج تجربی در جدول 2 نشان داده شده است ، و نتایج آنالیز واریانس در جدول 3 نشان داده شده است. از جدول 3:
در مدل متناسب با سطح پاسخ با استفاده از میزان تجزیه (Y1) و میزان بازیابی پلی ساکارید (Y2) به عنوان مقادیر پاسخ ، مقادیر p از مدل ها برای Y1 و Y2 هر دو کمتر از {5}} 01 بودند ، که نشان دهنده تفاوت های بسیار معنی داری است. بنابراین ، مدل ها معنی دار هستند.
مقادیر p از اصطلاحات عدم مناسب ، هر دو بیشتر از {3}} 05 بود ، که نشان دهنده تفاوت معنی داری نیست. این نشان می دهد که مقادیر پیش بینی شده مدل به خوبی با مقادیر واقعی متناسب است ، و آنها را برای پیش بینی نتایج تجربی و تعیین شرایط بهینه فرآیند مناسب می کند.
ضرایب همبستگی (R²) برای Y1 و Y2 0. 8633 و 0 9308 ، به ترتیب ، نشان می دهد که این مدل می تواند {6}} 33 ٪ و 93.08 ٪ از نتایج آزمایشی را پیش بینی کند ،
از طریق اتصالات رگرسیون چندگانه و تجزیه و تحلیل واریانس ، مدلهای رگرسیون چند جمله ای درجه دوم برای میزان تجزیه (Y1) و میزان بازیابی پلی ساکارید (Y2) در مورد دوز کربن فعال ، زمان ، دما و pH به شرح زیر ایجاد شد:
نرخ تجزیه (Y1):
y {0}}. 21 + 0. 1 0 a - {{7}. 22b - {{9}. 44c - {{13}. 29d - {{17 {17 {{{}. {15}}}. 07bc - 0.07bd - 3.08a² - 1.27b² - 1.09c² - 1.82d²
نرخ بازیابی پلی ساکارید (Y2):
y {0}}. {{1}. 12a - {{5}. 41b - {7}. 54c - {{9}. 3 {{11} d -} d - {{{13 {13 {13} .04ab - 04ab. + 0. 08bc {17}}. 04bd {{19}. 04cd - 3.78a² - 1.15b² - 1.51c² - 2.10d²
علاوه بر این ، مدل های درجه دوم برای هر دو مقدار پاسخ تفاوت های بسیار معنی داری را نشان دادند. فاکتورهای C ، A² ، B² ، C² و D² اثرات قابل توجهی در میزان تجزیه عصاره پلی ساکارید Cistanche (p <{{0}. به طور مشابه ، عوامل B ، C ، A² ، B² ، C² و D² اثرات معنی داری بر میزان بازیابی پلی ساکارید داشتند (P <0.05 یا P <0.01). این نشان می دهد که روابط بین عوامل و مقادیر پاسخ روابط خطی ساده نیست.
2.2.2 تعامل بین دو عامل در میزان تجزیه
با استفاده ازمتخصص طراحی 8. {1}}. 6نرم افزار ، اثرات متقابل بین عوامل مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت ، و توطئه های سطح پاسخ سه بعدی برای تجزیه و تحلیل بصری تعامل بین جفت عوامل و اثرات آنها بر مقادیر پاسخ ایجاد شد.
همانطور که در شکل 2A -F نشان داده شده است:
با افزایش سطح عوامل متقابل ، میزان تجزیه عصاره پلی ساکارید Cistanche روند افزایش در ابتدا و سپس کاهش را نشان داد.
تغییرات بین دوز کربن فعال و سایر عوامل برجسته تر بود ، که نشانگر تعامل شدید بین این عوامل است.
در مقابل ، تغییرات بین دمای تجزیه و زمان تجزیه ، pH و دمای تجزیه و pH و زمان تجزیه ، کمتر برجسته شد و این نشانگر تعامل ضعیف تر بین این جفت عوامل است.
2.2.3 تعامل بین دو عامل در میزان بازیابی پلی ساکارید
همانطور که در شکل 3A -F نشان داده شده است:
با افزایش سطح عوامل متقابل ، میزان بازیابی پلی ساکارید عصاره پلی ساکارید Cistanche نیز روند افزایش در ابتدا و سپس کاهش را نشان داد.
تغییرات بین دوز کربن فعال و سایر عوامل برجسته تر بود ، که نشانگر تعامل شدید بین این عوامل است.
در مقابل ، تغییرات بین دمای تجزیه و زمان تجزیه ، pH و دمای تجزیه و pH و زمان تجزیه ، کمتر برجسته شد و این نشانگر تعامل ضعیف تر بین این جفت عوامل است.
| شماره آزمایش | دوز کربن فعال (٪) | B زمان تجزیه (MIN) | C دمای تجزیه (درجه) | d | نرخ تجزیه y₁ (٪) | نرخ بازیابی پلی ساکارید 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 |
| منبع | ضریب | Y₁ | Y₂ | مجموع مربعات | Y₁ | Y₂ | مربع | Y₁ | Y₂ | مقدار f | Y₁ | Y₂ | مقدار P | Y₁ | Y₂ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| مدل | 13.64 | 73.29 | 78.39 | 14.55 | 10.88 | <0.0001 | <0.0001 | ||||||||
| A(دوز کربن فعال) | 0.10 | 0.72 | 0.98 | <0.05 | |||||||||||
| B(زمان) | |||||||||||||||
| یادداشت |
2.2.4 تعیین شرایط بهینه فرآیند و آزمایش های اعتبار سنجی
با استفاده از طراحی Box-Behnken ، طرح آزمایشی تدوین شد و داده های تجربی با استفاده از آن مورد بررسی قرار گرفتمتخصص طراحی 8. {1}}. 6نرم افزار. شرایط فرآیند تجزیه بهینه برای عصاره پلی ساکارید Cistanche با کربن فعال به شرح زیر تعیین شد:
دوز کربن فعال:20.18%
دما:37.74 درجه
زمان:48.88 دقیقه
ph:4.92
در این شرایط ، نتایج پیش بینی شده عبارت بودند از:
میزان تجزیه:61.25%
نرخ بازیابی پلی ساکارید:98.02%
با توجه به امکان سنجی تولید عملی ، شرایط بهینه فرآیند کمی تنظیم شده است:
دوز کربن فعال:20%
دما:37 درجه
زمان:49 دقیقه
ph:5.03
در این شرایط بهینه تنظیم شده ، سه آزمایش اعتبار سنجی موازی انجام شد. نتایج این بود:
میزان تجزیه:62.66%
نرخ بازیابی پلی ساکارید:96.16%
مقادیر اندازه گیری شده انحراف از مقادیر نظری مدل رگرسیون را در یک محدوده معقول نشان می دهد ، نشان می دهد که مدل معتبر است [28].
2.3 فعالیت آنتی اکسیدانی پلی ساکاریدهای Cistanche
2.3.1 DPPH توانایی تعویض رادیکال پلی ساکاریدهای Cistanche
پلی ساکاریدهای گیاهی فعالیت آنتی اکسیدانی قابل توجهی را نشان می دهند ، به طور کلی در محدوده غلظت0 - 1 0. 0 میلی گرم در میلی لیتربشر فرایند تجزیه می تواند بر فعالیت آنتی اکسیدانی پلی ساکاریدها تأثیر بگذارد [16،29].
همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است ، توانایی اصلاح رادیکال DPPH پلی ساکاریدهای Cistanche تجزیه شده به طور قابل توجهی بهبود یافته است. در غلظت0 mg/ml، میزان تعویض رادیکال DPPH از14.78 ٪ (قبل از تجزیه)به38.38 ٪ (بعد از تجزیه).
این نشان می دهد که فرآیند تجزیه می تواند توانایی تعویض رادیکال DPPH پلی ساکاریدهای Cistanche را تقویت کند. این پیشرفت ممکن است به حذف ناخالصی ها در طی فرآیند تجزیه ، که باعث افزایش خلوص پلی ساکاریدها و متعاقباً فعالیت آنها می شود ، نسبت داده شود.
2.3.2 قدرت کاهش کل پلی ساکاریدهای Cistanche
در شرایط اسیدی ، آنتی اکسیدان ها می توانند Fe³⁺-TPTZ (Fric-tripyridyltriazine) را به Fe²⁺-TPTZ کاهش دهند ، که باعث ایجاد رنگ آبی می شود. جذب در593 نانومترمی توان برای محاسبه کل قدرت کاهش نمونه استفاده کرد. مقدار FRAP بالاتر نشان دهنده قدرت کاهش کل قوی تر است [30].
همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است ، کل قدرت کاهش0 mg/mlپلی ساکاریدهای Cistanche تفاوت قابل توجهی قبل و بعد از تجزیه نشان ندادند. این ممکن است به دلیل عدم وجود مواد در عصاره باشد که قادر به واکنش با Fe³⁺-TPTZ یا وجود موادی است که مانع از تبدیل Fe³⁺-TPTZ به Fe²⁺-TPTZ می شوند.
2.3.3 هیدروکسیل رادیکال توانایی پلی ساکاریدهای Cistanche
همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است ، میزان تعویض رادیکال هیدروکسیل از0 mg/mlپلی ساکاریدهای Cistanche از84.37 ٪ (قبل از تجزیه)به96.18 ٪ (پس از تجزیه).
این نشان می دهد که پلی ساکاریدهای Cistanche از توانایی تعویض رادیکال هیدروکسیل قابل توجهی برخوردار هستند ، که پس از تجزیه بیشتر افزایش یافته است. این پیشرفت ممکن است به افزایش خلوص پلی ساکارید پس از فرآیند تجزیه ، نسبت داده شود ، که باعث افزایش توانایی اصلاح رادیکال هیدروکسیل می شود.
به همین ترتیب ، Sun Mingli و همکاران. [31] نشان داد که توانایی اصلاح رادیکال هیدروکسیل پلی ساکاریدهای Scutellaria پس از تجزیه ، به طور قابل توجهی افزایش یافته است ، مطابق با نتایج به دست آمده در این مطالعه.
2.3.4 ABTS CATION توانایی تعویض رادیکال پلی ساکاریدهای Cistanche
مطالعات نشان داده اند که درمان تجزیه پلی ساکاریدها می تواند توانایی اصلاح رادیکال کاتیون ABTS آنها را کاهش دهد [32]. همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است ،0 mg/mlپلی ساکاریدهای Cistanche فعالیت قابل توجهی از رادیکال کاتیون ABTS را نشان می دهد. با این حال ، پس از تجزیه ، فعالیت به طور قابل توجهی کاهش یافته و از بین می رود7.85 ٪ (قبل از تجزیه)به0. 89 ٪ (پس از تجزیه).
این نشان می دهد که فرآیند تجزیه ، توانایی اصلاح رادیکال ABTS کاتیون پلی ساکاریدهای Cistanche را تضعیف می کند. این کاهش ممکن است به دلیل حذف اجزای موجود در پلی ساکاریدهای Cistanche باشد که با رادیکال های کاتیون ABTS واکنش نشان می دهند و منجر به کاهش توانایی درگیری می شوند.
3 نتیجه گیری
در این مطالعه از کربن فعال شده به عنوان یک عامل تجزیه کننده ، با میزان تجزیه و میزان بازیابی پلی ساکارید به عنوان شاخص های ارزیابی استفاده شده است. بر اساس نتایج تجربی تک عاملی ، نتایج تجربی سطح پاسخ و امکان تولید عملی ، شرایط بهینه فرآیند به شرح زیر تعیین شد:
دوز کربن فعال: 20%
دما:37 درجه
زمان:49 دقیقه
ph: 5.03
در این شرایط ، میزان تجزیه عصاره پلی ساکارید Cistanche بود62.66%، و میزان بازیابی پلی ساکارید بود96.16%بشر پلی ساکاریدهای حاصل از توانایی اصلاح رادیکال DPPH و توانایی تنظیم رادیکال هیدروکسیل به طور قابل توجهی بهبود یافته است.
این فرآیند تجزیه ، بازده تجزیه خوب و میزان بازیابی پلی ساکارید بالا را نشان داد ، و مرجع تهیه محصولات پلی ساکارید سستانچاید با خلوص بالا و از نظر زیبایی شناسی را ارائه می دهد.
