Optimalisasi proses dekolorisasi dan aktivitas antioksidan ekstrak Cistanche deserticola polisakarida dengan metodologi permukaan respons ⅱ
Mar 10, 2025
2 Hasil dan Analisis
2.1 Eksperimen Faktor Tunggal
2.1.1 Pengaruh Dosis Karbon Aktif pada Dekolorisasi Ekstrak Cistanche Polysaccharide
Dekolorisasi karbon aktif adalah jenis dekolorisasi adsorpsi. Permukaan partikel karbon aktif mengandung banyak pori dan saluran, yang dapat sangat menyerap molekul pigmen. Namun, ia juga dapat menyerap molekul polisakarida dalam larutan, menyebabkan kehilangan polisakarida [25]. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1A:
Dengan peningkatan dosis karbon aktif, tingkat dekolorisasi secara bertahap meningkat. Namun, ketika dosis melebihi 10%, tren pertumbuhan tingkat dekolorisasi melambat.
Ketika dosis di bawah 20%, tingkat pemulihan polisakarida meningkat, tetapi ketika melebihi 20%, tingkat pemulihan mulai menurun.
Ketika dosisnya 20%, efek dekolorisasi optimal.
Mempertimbangkan faktor operasional dan biaya dalam produksi praktis, 10%, 20%, dan 30%dipilih sebagai tingkat dosis karbon aktif untuk percobaan permukaan respons.
Suplemen cistanche herbal polisakarida tingkat tinggi
2.1.2 Pengaruh waktu dekolorisasi pada ekstrak polisakarida cistanche
Adsorpsi molekul pigmen oleh karbon aktif membutuhkan waktu tertentu. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1B:
Dalam 10-50 menit, tingkat dekolorisasi secara bertahap meningkat. Namun, ketika waktu dekolorisasi melebihi 50 menit, laju dekolorisasi mulai menurun. Fenomena ini terjadi karena dekolorisasi melalui karbon aktif melibatkan proses dinamis adsorpsi dan desorpsi. Ketika desorpsi molekul pigmen berakselerasi dengan waktu interaksi yang berkepanjangan, volume molekul pigmen yang diserap meningkat, menghasilkan penurunan laju dekolorisasi.
Tingkat pemulihan polisakarida menunjukkan tren penurunan bertahap. Ini mungkin karena kandungan polisakarida dalam larutan secara signifikan lebih tinggi dari kapasitas adsorpsi karbon aktif, mengurangi perbedaan antara laju adsorpsi dan desorpsi [26].
Meskipun tingkat dekolorisasi dan tingkat pemulihan selama 30 menit pertama dapat diterima, sangat sulit untuk memproses volume besar sampel dalam waktu singkat dalam produksi praktis.
Oleh karena itu, mempertimbangkan kondisi produksi praktis, 40, 50, dan 60 menit dipilih sebagai tingkat waktu dekolorisasi untuk percobaan permukaan respons.
Gbr.1 Pengaruh konsentrasi karbon aktif, waktu dekolorisasi, suhu dekolorisasi dan pH pada efek dekolorisasi cistanche deserticola polisakarida
2.1.3 Pengaruh Suhu Dekolorisasi pada Dekolorisasi Ekstrak Cistanche Polysaccharide
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1C, dalam kisaran 20-40 derajat, laju dekolorisasi cistanche secara bertahap meningkat dengan meningkatnya suhu dekolorisasi. Ketika suhu dekolorisasi mencapai 40 derajat, laju dekolorisasi dan tingkat pemulihan polisakarida masing -masing adalah 64,39% dan 84,49%. Namun, ketika suhu melebihi 40 derajat, laju dekolorisasi mulai menurun. Ini mungkin karena suhu yang terlalu tinggi mempengaruhi adsorpsi pigmen oleh karbon aktif, sehingga melemahkan efek dekolorisasi.
Ketika suhu dekolorisasi meningkat, laju pemulihan polisakarida sedikit menurun. Namun, variasi kecil dalam suhu memiliki sedikit dampak pada adsorpsi polisakarida oleh karbon aktif [11]. Dalam kisaran 30-50 derajat, tingkat pemulihan massa tetap relatif tinggi. Mempertimbangkan konsumsi energi dalam proses produksi praktis, 30 derajat, 40 derajat, dan 50 derajat dipilih sebagai tingkat suhu dekolorisasi untuk percobaan permukaan respons.
2.1.4 Pengaruh pH pada dekolorisasi ekstrak cistanche polisakarida
Proses dekolorisasi adsorpsi menggunakan karbon aktif membutuhkan partisipasi ion H⁺. Meningkatkan konsentrasi ion H⁺ dalam larutan yang tepat dapat meningkatkan laju dekolorisasi [27]. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1D, dengan peningkatan pH, laju dekolorisasi cistanche umumnya menunjukkan tren penurunan, sedangkan tingkat pemulihan polisakarida secara bertahap meningkat. Ini mungkin karena tingkat pH rendah mempengaruhi struktur polisakarida, mengurangi laju pemulihan.
Dalam kisaran pH 4-7, penurunan tingkat dekolorisasi tidak signifikan, dan tingkat pemulihan polisakarida tetap relatif tinggi. Mempertimbangkan bahwa pH yang diukur dari larutan sampel adalah 5,03, memilih pH 5,03 karena pH optimal dalam produksi industri dapat menghindari penggunaan asam dan basa, mengurangi biaya, dan menguntungkan perlindungan lingkungan. Oleh karena itu, level pH 4, 5, dan 6 dipilih sebagai level pH untuk percobaan permukaan respons.
2.2 Optimalisasi Proses Dekolorisasi untuk Ekstrak Cistanche Polysaccharide Menggunakan Metodologi Permukaan Respons
2.2.1 Hasil Eksperimen Optimasi Permukaan Respons
Hasil eksperimen ditunjukkan pada Tabel 2, dan hasil analisis varians ditunjukkan pada Tabel 3. Dari Tabel 3:
Dalam model pemasangan permukaan respons menggunakan laju dekolorisasi (Y1) dan laju pemulihan polisakarida (Y2) sebagai nilai respons, nilai-p dari model untuk Y1 dan Y2 keduanya kurang dari 0. 01, menunjukkan perbedaan yang sangat signifikan. Dengan demikian, modelnya bermakna.
Nilai-p dari istilah-istilah yang kurang sesuai keduanya lebih besar dari 0. 05, menunjukkan tidak ada perbedaan yang signifikan. Ini menunjukkan bahwa nilai -nilai yang diprediksi dari model cocok dengan nilai aktual, membuatnya cocok untuk memprediksi hasil eksperimen dan menentukan kondisi proses yang optimal.
Koefisien korelasi (r²) untuk y1 dan y2 adalah 0. 8633 dan 0. 9308, masing -masing, menunjukkan bahwa model dapat memprediksi 86. 33% dan 93.08% dari hasil eksperimental, dengan kesalahan kecil dan prediksi baik yang baik.
Melalui beberapa fitting regresi dan analisis varians, model regresi polinomial kuadratik untuk laju dekolorisasi (Y1) dan laju pemulihan polisakarida (Y2) mengenai dosis karbon aktif, waktu, suhu, dan pH ditetapkan sebagai berikut:
Tingkat Dekolorisasi (Y1):
Y {{0}}. 21 + 0. 1 0 a - 0. 22b - {{9aB {9aB {{{{{{{{{{{{{{{{17 {{{. + 0. 07bc - 0.07bd - 3.08a² - 1.27b² - 1.09c² - 1.82d²
Tingkat Pemulihan Polisakarida (Y2):
Y {{0}}. 93 + 0. 12a - 0. 41b - 0. 54c - 0. + 0. 08bc + 0. 04bd + 0. 04cd - 3.78a² - 1.15b² - 1.51c² - 2.10d²
Selain itu, model kuadratik untuk kedua nilai respons menunjukkan perbedaan yang sangat signifikan. Faktor C, A², B², C², dan D² memiliki efek signifikan pada laju dekolorisasi ekstrak polisakarida cistanche (p <{{0}}. 0 5 atau p <0. 01). Demikian pula, faktor B, C, A², B², C², dan D² memiliki efek signifikan pada tingkat pemulihan polisakarida (p <0,05 atau p <0,01). Ini menunjukkan bahwa hubungan antara faktor dan nilai respons bukanlah hubungan linier sederhana.
2.2.2 Interaksi antara dua faktor pada tingkat dekolorisasi
MenggunakanDesign Expert 8. 0. 6Perangkat lunak, efek interaksi antara faktor -faktor dianalisis, dan plot permukaan respons 3D dihasilkan untuk menganalisis secara visual interaksi antara pasangan faktor dan efeknya pada nilai respons.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2A - F:
Ketika tingkat faktor yang berinteraksi meningkat, laju dekolorisasi ekstrak Cistanche polisakarida menunjukkan tren peningkatan awalnya dan kemudian menurun.
Perubahan antara dosis karbon aktif dan faktor -faktor lain lebih jelas, menunjukkan interaksi yang kuat antara faktor -faktor ini.
Sebaliknya, perubahan antara suhu dekolorisasi dan waktu dekolorisasi, pH dan suhu dekolorisasi, dan pH dan waktu dekolorisasi kurang jelas, menunjukkan interaksi yang lebih lemah antara pasangan faktor ini.
2.2.3 Interaksi antara dua faktor pada tingkat pemulihan polisakarida
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3A - F:
Ketika tingkat faktor yang berinteraksi meningkat, laju pemulihan polisakarida dari ekstrak polisakarida cistanche juga menunjukkan tren peningkatan awalnya dan kemudian menurun.
Perubahan antara dosis karbon aktif dan faktor -faktor lain lebih jelas, menunjukkan interaksi yang kuat antara faktor -faktor ini.
Sebaliknya, perubahan antara suhu dekolorisasi dan waktu dekolorisasi, pH dan suhu dekolorisasi, dan pH dan waktu dekolorisasi kurang jelas, menunjukkan interaksi yang lebih lemah antara pasangan faktor ini.
| Eksperimen No. | Dosis karbon aktif (%) | B Dekolorisasi Waktu (Min) | C Suhu dekolorisasi (derajat) | D ph | Y₁ Tingkat Dekolorisasi (%) | Tingkat pemulihan polisakarida 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 |
| Sumber | Koefisien | Y₁ | Y₂ | Jumlah kotak | Y₁ | Y₂ | Berarti persegi | Y₁ | Y₂ | Nilai f | Y₁ | Y₂ | Nilai p | Y₁ | Y₂ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Model | 13.64 | 73.29 | 78.39 | 14.55 | 10.88 | <0.0001 | <0.0001 | ||||||||
| A(Dosis karbon aktif) | 0.10 | 0.72 | 0.98 | <0.05 | |||||||||||
| B(Waktu) | |||||||||||||||
| Catatan |
2.2.4 Penentuan kondisi proses optimal dan percobaan validasi
Menggunakan desain kotak-behnken, skema eksperimental dikembangkan, dan data eksperimental dianalisis menggunakanDesign Expert 8. 0. 6perangkat lunak. Kondisi proses dekolorisasi yang optimal untuk ekstrak polisakarida Cistanche dengan karbon aktif ditentukan sebagai berikut:
Dosis karbon aktif:20.18%
Suhu:37.74 derajat
Waktu:48,88 menit
PH:4.92
Dalam kondisi ini, hasil yang diprediksi adalah:
Tingkat dekolorisasi:61.25%
Tingkat Pemulihan Polisakarida:98.02%
Mempertimbangkan kelayakan produksi praktis, kondisi proses yang optimal sedikit disesuaikan dengan:
Dosis karbon aktif:20%
Suhu:37 derajat
Waktu:49 menit
PH:5.03
Di bawah kondisi optimal yang disesuaikan ini, tiga percobaan validasi paralel dilakukan. Hasilnya adalah:
Tingkat dekolorisasi:62.66%
Tingkat Pemulihan Polisakarida:96.16%
Nilai -nilai yang diukur menunjukkan penyimpangan dari nilai -nilai teoritis model regresi dalam rentang yang masuk akal, menunjukkan bahwa model tersebut valid [28].
2.3 Aktivitas Antioksidan Polisakarida Cistanche
2.3.1 DPPH Radikal Kemampuan Memperbaiki Polisakarida Cistanche
Polisakarida tanaman menunjukkan aktivitas antioksidan yang signifikan, umumnya dalam kisaran konsentrasi1. 0 - 1 0. 0 mg/ml. Proses dekolorisasi dapat mempengaruhi aktivitas antioksidan polisakarida [16,29].
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4, kemampuan pemulungan radikal DPPH dari polisakarida cistanche yang didekoloris secara signifikan meningkat. Pada konsentrasi1. 0 mg/ml, tingkat pemulungan radikal DPPH meningkat dari14,78% (sebelum dekolorisasi)ke38,38% (setelah dekolorisasi).
Ini menunjukkan bahwa proses dekolorisasi dapat meningkatkan kemampuan pemulungan radikal DPPH dari cistanche polisakarida. Peningkatan ini dapat dikaitkan dengan penghapusan kotoran selama proses dekolorisasi, yang meningkatkan kemurnian polisakarida dan kemudian meningkatkan aktivitas mereka.
2.3.2 Total Kekuatan Pengurangan Polisakarida Cistanche
Dalam kondisi asam, antioksidan dapat mengurangi fe³⁺-tptz (ferric-tripyridyltriazine) menjadi fe²⁺-tptz, yang menghasilkan warna biru. Absorbansi di593 nmdapat digunakan untuk menghitung daya pengurangan total sampel. Nilai FRAP yang lebih tinggi menunjukkan daya pengurangan total yang lebih kuat [30].
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5, kekuatan pereduksi total1. 0 mg/mlPolisakarida Cistanche tidak menunjukkan perbedaan yang nyata sebelum dan sesudah dekolorisasi. Ini mungkin karena kurangnya zat dalam ekstrak yang mampu bereaksi dengan fe³⁺-tptz, atau adanya zat yang menghambat konversi fe³⁺-tptz ke fe²⁺-tptz.
2.3.3 Hydroxyl Radical Scavenging Kemampuan Cistanche Polysaccharides
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6, laju pemulungan radikal hidroksil1. 0 mg/mlPolisakarida Cistanche meningkat dari84,37% (sebelum dekolorisasi)ke96,18% (setelah dekolorisasi).
Ini menunjukkan bahwa polisakarida cistanche memiliki kemampuan memulung radikal hidroksil yang signifikan, yang semakin ditingkatkan setelah dekolorisasi. Peningkatan ini dapat dikaitkan dengan peningkatan kemurnian polisakarida setelah proses dekolorisasi, yang meningkatkan kemampuan memulung radikal hidroksil.
Demikian pula, Sun Mingli et al. [31] menemukan bahwa kemampuan pemulungan radikal hidroksil dari scutellaria polisakarida secara signifikan ditingkatkan setelah dekolorisasi, konsisten dengan hasil yang diperoleh dalam penelitian ini.
2.3.4 Abts Kation Radikal Kemampuan Memulung Cistanche Polysaccharides
Studi telah menunjukkan bahwa pengobatan dekolorisasi polisakarida dapat mengurangi kemampuan pemulungan radikal kation ABTS mereka [32]. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7,1. 0 mg/mlPolisakarida Cistanche menunjukkan aktivitas pemulungan radikal yang signifikan. Namun, setelah dekolorisasi, aktivitas menurun secara signifikan, turun dari7,85% (sebelum dekolorisasi)ke0. 89% (setelah dekolorisasi).
Ini menunjukkan bahwa proses dekolorisasi melemahkan kemampuan pemulungan radikal kation radikal dari polisakarida cistanche. Pengurangan ini mungkin disebabkan oleh penghapusan komponen dalam polisakarida Cistanche yang bereaksi dengan radikal kation ABTS, yang menyebabkan penurunan kemampuan memulung.
3 Kesimpulan
Penelitian ini menggunakan karbon aktif sebagai agen dekolorisasi, dengan laju dekolorisasi dan tingkat pemulihan polisakarida sebagai indikator evaluasi. Berdasarkan hasil eksperimen faktor tunggal, hasil eksperimen permukaan respons, dan kelayakan produksi praktis, kondisi proses yang optimal ditentukan sebagai berikut:
Dosis karbon aktif: 20%
Suhu:37 derajat
Waktu:49 menit
PH: 5.03
Dalam kondisi ini, tingkat dekolorisasi ekstrak polisakarida cistanche adalah62.66%, dan tingkat pemulihan polisakarida adalah96.16%. Polisakarida yang dihasilkan menunjukkan kemampuan pemulungan radikal DPPH yang meningkat secara signifikan dan kemampuan memulung radikal hidroksil.
Proses dekolorisasi ini menunjukkan efisiensi dekolorisasi yang baik dan tingkat pemulihan polisakarida yang tinggi, memberikan referensi untuk menyiapkan produk-produk polisakarida cistanch estetika yang estetika.
