总多酚的萃取动力学的研究从咖喱叶

文摘

总多酚含量的固液分批提取从咖喱叶(九里koenigiil .)进行了研究。不同的溶剂浓度和温度的影响总多酚含量被执行批处理实验研究。实验研究表明,固液分批萃取的动力学是受不同的溶剂浓度和温度的影响。在固液分批提取,获得更多的总多酚的复苏为50% (v / v)水甲醇和在333 K温度。在最佳条件下获得的总多酚79.34 mgGAE / L。数学建模是一个重要的工程工具用于研究萃取动力学以及提取工艺的设计,以减少时间、能源和化学试剂。法勒和幂律,这两个数学模型,用于研究分批萃取的动力学过程。法勒模型显示,最适合解释过程的动力学R²> 0.99。进一步与小说相比传统的提取方法提取方法。

1。介绍

主要生物活性化合物的提取多酚类物质增加了近年来因为他们的药用价值。多酚类物质是植物次生代谢物构成酚酸、黄酮类化合物、对称二苯代乙烯和木酚素。这些天然抗氧化剂取代合成抗氧化剂如没食子酸丙酯(PG)、叔丁基羟基茴香醚(BHA),丁羟甲苯(二叔丁基对甲酚)和叔丁基氢醌(特丁基对苯二酚)。食物富含多酚类物质的消费提供了更好的保护对抗癌症的发展,心血管疾病、糖尿病、骨质疏松症和其它疾病。这些化合物存在于水果,蔬菜,香料,谷物,和植物与不同浓度(1- - - - - -4]。草本植物富含生物活性化合物如脂类、植物化学物质,制药学,味道,香料,色素5]。咖喱叶(九里koenigiil。),一个家庭成员芸香料,被用作香料和容易获得在印度。主要用于咖喱准备因为它特有的味道和香味的6]。咖喱叶有消炎的特性,antidysenteric,抗氧化,抗糖尿病的抗菌,抗菌、正性肌力和降脂活动(7,8]。

可以提取多酚类物质在植物材料的固液萃取过程。固液萃取是一种传质现象所需的生物活性化合物的分离和隔离或一组化合物的植物矩阵用合适的溶剂。提取的过程分为两个阶段:快速洗涤阶段和缓慢的扩散阶段。研究提取工艺,使溶质和溶剂的物理和化学性质很重要,solute-solvent交互必须是已知(9]。的研究已经进行了许多研究人员的固液分批提取多酚等不同原料不同提取条件下溶剂组成、粒度、solid-to-solvent比,时间,温度(2,10- - - - - -13]。提取过程的动力学预测使用合适的模型(14]。数学建模是一个重要的工程工具用于促进模拟、优化、设计和控制的过程(2]。通过应用实验数据模型方程,像洗的传质系数和扩散参数的步骤以及扩散系数可以确定。菲克扩散定律(15- - - - - -17),一线和二阶动力学模型(4,18,19],法勒模型[2,13,20.],幂律模型[21],two-site动力学模型(14,19,22)被用于提取多酚类物质和其他生物活性化合物的研究从植物矩阵使用传统和先进的提取方法。

本文着重于研究溶剂浓度和温度对经济复苏的影响从咖喱叶总多酚的固液分批提取。文学数学建模数据的总多酚咖哩叶稀缺。有洞察数学模型,尝试研究法勒的萃取动力学的应用模型和幂律模型获得的实验数据。传统的提取方法相比,新方法的多酚比例复苏。

2。材料和方法

2.1。植物材料

咖喱叶(九里koenigiil .)收集当地市场。在实验室,树叶干细胞分离和用水洗,最后用蒸馏水去除灰尘和杂质。Sejali和Anur23)发现植物的药用质量部分是由于热降解影响有效成分,研究干燥过程对酚类化合物的影响出现在印楝树叶粉。他们观察到酚类内容在阴凉干燥粉高于炉干燥在45°C和70°C。所以,咖喱叶清理在阴凉干燥∼30至35°C了10天。定期检查重量,以确保完全去除水分。地面清洗和干燥的样本使用磨床机(Jaipan)。地面样本已筛和分离,36-mesh(0.425毫米)粒径材料被用于进一步的实验。样品在4°C存放在密封的容器里,以避免直接接触空气。

2.2。化学物质

没食子酸(Sigma-Aldrich) Folin-Ciocalteu试剂,甲醇,无水碳酸钠(Na₂有限公司₃默克)被用于这项研究。

3所示。方法

3.1。索氏提取

包含10 g的顶针的0.425毫米的植物材料装在一个白色的棉布被冷凝器和圆底烧瓶之间包含400毫升的50% (v / v)甲醇-水溶剂24]。沸点溶剂后,用新溶剂萃取室逐步提供从圆底烧瓶。会面时的最大级别的提取,提取的浓缩溶剂室是由虹吸冲回圆底烧瓶。这种浓缩的溶剂有溶质在溶剂。提取了7 h和样本总多酚含量进行了分析。结果从索格利特方法被认为是获得最大价值的多酚浓度和其他从批处理和ultrasound-assisted萃取实验值进行比较。

3.2。分批提取

固液批量提取了300毫升容量的玻璃反应器配备采用三叶船用螺旋桨的直径4厘米提供激动人心的。搅拌有助于避免由于重力沉降的固体颗粒。实验研究甲醇-水溶剂成分的影响(0%、50%、和100% v / v)和温度(313、323和333 K)为0.425毫米的颗粒大小和solid-to-solvent比1:40 (g / mL)。执行批处理提取7 h。样本撤回以固定时间间隔与绘画纸42号滤纸过滤之前的分析。

3.3。Ultrasound-Assisted提取

Ultrasound-assisted提取(UAE)是由使用超声波探测器120 DP模型由PCI分析、孟买、20 kHz频率和250 W功率。调查是在脉冲模式(10 s开关),以避免散热和溶剂由于热损失25]。其他实验条件保持类似的如分批提取。混合物是用1 h使用50% (v / v)甲醇-水溶剂浓度和样本撤回在固定时间间隔、过滤和分析。

3.4。总多酚含量的测定(TPC) Folin-Ciocalteu方法

TPC决心Folin-Ciocalteu方法(26]。对所有分析,1.0毫升的样本添加到至少60毫升蒸馏水的100毫升容量瓶。5毫升Folin-Ciocalteu试剂添加到瓶和混合。1分钟后在8分钟之前,15毫升的20%碳酸钠溶液添加和音量调整到100毫升蒸馏水。样本保持在40°C水浴30分钟,和765纳米波长的吸光度测量3毫升试管使用紫外双光束分光光度计(模型:岛津制作所UV1800,日本)。校准曲线是由没食子酸标准解决方案(100,150,200,500,和1000 mg / L) (R²= 0.996)和蒸馏水的空白了。总多酚含量表示为mgGAE / L。

3.5。数学模型

总多酚提取的批处理过程的动力学研究了拟合实验数据获得法勒和幂律模型方程。

3.6。幂律模型

经验方程的幂律模型是一个用于固液萃取的动力学研究。喜树碱的模型已经在动力学研究中使用Nothapodytes nimmoniana(21)和香兰素香草planifolia安德鲁斯(27通过微波萃取)。

幂律模型的方程 在哪里C_t是一个总多酚的提取溶剂浓度(mgGAE / L)的时间吗t(年代)n幂律指数(< 1),B是常数与萃取率(L / g (s)。

3.7。法勒模型

1988年法勒提出了一个非指数的经验方程吸附曲线,即。、湿度和时间28]。由于吸附曲线之间的相似度和浓度曲线,法勒模型还可以用来解释固液萃取的动力学(2]。模型被用来解释从大豆多酚的固液萃取动力学(13和葡萄籽2]。法勒的方程模型 在哪里C(t)总多酚的浓度在时间t(mgGAE / L),C_o是总多酚的浓度(mgGAE / L)的时间吗t= 0,K₁=法勒的速率常数与最初的萃取率(min.g /毫克),和K₂=法勒的能力相关的常数最大提取率(g /毫克)。在溶剂中,初始浓度的茶多酚是零;因此,这个词C_o可以排除在方程(2)。因此,方程(2)修改

3.8。统计分析

预测和实验数据之间的一致性检查使用相关系数(R²)和均方误差(RMSE),它被定义为 在哪里n样品的数量,x_我的实验值吗我^th样本,的预测价值吗我^th样本,所有实验数据的平均值,高吗R²值和较低的RMSE值指示高实验和预测数据之间的一致性。

4所示。结果与讨论

4.1。溶剂浓度对TPC的影响

适当的溶剂或混合溶剂的选择是一个重要的一步提取植物多酚的矩阵。多酚类物质主要由酚酸、黄酮类化合物、对称二苯代乙烯、木酚素和复杂的结构。因此,很难预测solute-solvent交互。溶剂的选择取决于极性溶质的溶解度在给定的溶剂,反应性,安全性和成本。极地化合物溶于极性溶剂如甲醇、乙醇,乙酸乙酯,丙酮,而非极性化合物溶于非极性溶剂,如甲苯、苯、正己烷、环己烷。发现酒精和水的混合物相比,酚类化合物提取效果最好的单组分溶剂(29日]。甲醇-水溶剂成分的影响(0%、50%、和100% v / v)在总多酚的提取分批提取粒度的0.425毫米和solid-to-solvent比1:40 (g / mL),在室温下(27°C)进行了研究。这是观察从图1最大数量的总多酚含量75.42 mgGAE / L获得50% (v / v)甲醇-水组成,而少总多酚的浓度是获得绝对的水和无水甲醇溶剂。所有溶剂成分,发现最初的速度提取多酚类物质较高,仍对平衡常数接近。获得的浓度在7 h被视为平衡浓度达到提取。获得更高的可能原因的多酚50% (v / v)甲醇-水组成,少量的水,甲醇的加入可以提高介质的极性和氢键的断裂,从而促进提取(30.]。极性指数的50% (v / v)甲醇-水混合物为7.05,高于甲醇。同时,水的加入可以提高植物的肿胀进而提高solvent-solid的接触面积。增加的浓度甲醇溶剂混合物导致蛋白质变性,防止多酚溶解的溶剂,因此影响萃取率(31日]。我们的研究结果符合约万诺维奇et al。32]。他们报道的最高产量的总多酚19.6 mgGAE浸渍/ L, 22.6 mgGAE / L heat-assisted提取、和24.9 mgGAE / L的阿联酋胸腺serpyllum叶子包裹浓度50%。科斯塔et al。33)发现,50%包裹的多酚类物质的提取的最佳溶剂胸腺lotocephalus。Jokic et al。13包裹]还发现50%的从大豆多酚提取的最佳溶剂固液分批提取。从文献发现,40 - 60% (v / v) alcohol-water(乙醇或甲醇)效果最好获得更高收益率的多酚植物材料。也报道,咖喱叶提取的多酚类物质是由使用水,乙醇,包裹(1:1),己烷、氯仿为溶剂(6)和获得最高产量168 mgGAE / g的提取物1:1包裹混合物。具体结果存在差异由于方法之后,实验工作,植物的种类和位置。

4.2。温度对TPC的效果

温度是一个重要因素影响从不同的植物多酚的提取矩阵。随着温度增加,酚类化合物的溶解度和扩散系数增加,提高茶多酚的提取。增加温度降低萃取介质的表面张力和粘度,从而加快传质速率,因此提取多酚(4]。执行批处理提取在313、323和333 K 0.425毫米的颗粒大小,solid-to-liquid比率1:40 (g / mL),甲醇-水组成50% (v / v)。图2显示的积极影响温度对多酚的浓度。多酚的提取从313增加到333 K。TPC的浓度的增加可能是由于多酚类物质为溶剂的扩散系数增加。获得的最大数量的多酚类物质在333 K为79.34 mgGAE / L。提取的速度快于最初的1.5小时,即,washing stage, and thereafter, it was slow in the diffusion stage. However, a too high temperature may cause loss of solvent by evaporation and thermal degradation of polyphenols may affect the efficiency of extraction [34]。Ghitescu et al。35)观察到类似的结果为313 - 333 K温度提取多酚通过阿联酋从云杉木材树皮。王等人。36)也取得了类似的结果提取麦麸的酚类化合物通过增加温度从298 K到348 K。

4.3。对动力学模型进行比较

通过执行分批提取获得的实验数据进行分析通过使用两种动力学模型:法勒模型和幂律模型。过程的数学模型有助于理解复杂的扩散传质现象。评估最适合的模型是基于相关系数的值(R²)和均方误差(RMSE)。

4.4。法勒模型

图1 /C_t和1 /t收益率法勒模型常数的值K₁和K₂。的降低值K₁和K₂意味着提取的速度和平衡的最大浓度,分别。法勒的计算模型常数K₁和K₂、实验和预测平衡浓度和价值观R²和RMSE如表所示1。的值R²在0.997 - -0.998的范围和RMSE的范围0.343 - -1.267(表吗1)。高值的相关系数和较低的RMSE值表明该模型符合实验数据相比,幂律模型。具有较高的值R²,图3显示了良好的相关性实验和总多酚浓度的预测值法勒模型在不同温度和甲醇-水溶剂的组成部分。

4.5。幂律模型

在这个模型中,ln的阴谋C_t与lnt收益率幂律常量的值n和B。幂律模型常数的值,R²,RMSE如表所示2。的值R²0.954 - -0.991的范围内,而RMSE在0.543到-4.0之间(表吗2)。图4总多酚的浓度显示实验值与预测值的幂律模型在不同温度和甲醇-水溶剂的组成部分。

4.6。提取方法的比较

阿联酋是一种新型、清洁、绿色开采方法。阿联酋需要更少的时间、溶剂和能量比传统提取方法。索氏提取和批处理提取方法相比,阿联酋的方法。比较方法的总多酚含量的百分比提取图所示5。在所有的三个方法,0.425毫米的颗粒大小,solid-to-solvent比1:40 g / mL,溶剂的浓度50% (v / v)甲醇-水是维持。索氏提取7 h执行结果总多酚的浓度100.66 mgGAE / L和被认为是100%提取和剩余价值而这个基础值(25]。提取获得的比例分批提取7 h为74.92%而由超声波协助提取比例为65.68%的1 h持续时间。虽然获得了更高的多酚复苏在索氏提取,它需要更多的时间和精力。阿联酋的结果比传统方法更好的恢复多酚。因为在阿联酋由于声空化,植物细胞破裂的发生,促进溶质在溶剂的扩散,从而提高效率。

5。结论

总多酚的固液分批萃取动力学咖喱叶子了。结果表明,温度和溶剂浓度对提取效率有很大的影响。最优批量提取条件发现温度333 K和甲醇-水的浓度为50% (v / v)。在这些最优条件下,总多酚含量的最大浓度79.34 mgGAE / L。数学模型研究表明,法勒模型与实验数据的吻合程度。积极的相关性被发现在所有实验值和预测值之间的总多酚浓度。和批处理的比较传统的索氏提取方法与小说阿联酋法显示,需要更少的时间和精力恢复多酚对阿联酋高于传统方法。

缩写

TPC:	总多酚含量
GAE / L:	没食子酸当量/升
阿联酋:	Ultrasound-assisted提取
RMSE:	根均方误差
C(t):	总多酚的浓度t
Ce:	平衡浓度
C年代:	总多酚的浓度在饱和
k:	速率常数的提取
K1:	法勒的速率常数
K2:	法勒的能力不断
n,B:	模型拟合参数(幂律模型)
t:	时间
R2:	相关系数。

数据可用性

本文结果报告可从相应的作者和其他研究人员要求。密码不能与其他研究人员共享。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

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