DOI: https://doi.org/10.18524/2304-0947.2019.1(69).158418

ЗАКОНОМІРНОСТІ КІНЕТИКИ АДСОРБЦІЇ АНТОЦІАНІВ З ЕКСТРАКТІВ ЯГІД АРОНІЇ ТА БУЗИНИ КАТІОНІТОМ ФИБАН К-1

L. M. Soldatkina, T. V. Tiutiunnyk, V. V. Menchuk, A. P. Polikarpov, V. O. Novotna

Анотація


У роботі встановлено кінетичні закономірності адсорбції антоціанів з екстрактів ягід аронії та бузини на волокнистому сульфокислотному катіоніті ФИБАН К-1. Екстракти ягід аронії та бузини готували методом мацерації подрібнених ягід в 0,1 М водному розчині HCl. Досліджено вплив різних параметрів, таких як вихідна концентрація антоціанів (100-250 мг/л), температура (20-50 оС), рН екстрактів (2,0-3,5) і маса катіоніту (4,5-9,0 г/л) на кінетику адсорбції антоціанів. При збільшенні вихідної концентрації антоціанів від 100 до 250 мг/л рівноважна адсорбція антоціанів збільшується з екстрактів аронії ~ в 2,5 рази і з екстрактів бузини ~ в 2 рази. Час рівноважної адсорбції обох видів ягід зменшується від 135 до 75 хв з підвищенням температури від 20 до 50 °С. Максимальна величина рівноважної адсорбції антоціанів з екстрактів ягід аронії і бузини спостерігається при рН = 2,0. Рівноважна адсорбція антоцианів ягід аронії та бузини на катіоніті ФИБАН К-1 зменшується при збільшенні маси катіоніту. Експериментальні кінетичні криві проаналізовано за допомогою чотирьох кінетичних адсорбційних моделей. Адекватність кінетичних моделей оцінювали за допомогою лінійних коефіцієнтів кореляції (R2) і стандартних похибок (SE). Встановлено, що кінетичні криві адсорбції краще описуються кінетичними моделями у такому порядку: модель псевдодругого порядку > модель Єловіча > модель внутрішньої дифузії > модель псевдопершого порядку. Кінетичні дані найкраще описуються моделями псевдодругого порядку і Єловіча, вказуючи на те, що процес адсорбції лімітується хімічною реакцією між антоціанами у формі катіонів флавілію з SO3-функціональними групами катіоніту ФИБАН К-1. Аналіз кінетичних кривих за допомогою дифузійної моделі показав, що процес адсорбції антоціанів ягід аронії та бузини перебігає в режимі змішаної дифузії.

Ключові слова


адсорбція; кінетика; ФИБАН К-1; антоціани

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Delgado-Vargas F., Paredes-Lopez O. Natural colorants for food and nutraceutical uses. Boca Raton: CRC Press LLC, 2003, 327 p.

Tarahovskij Ju.S., Kim Ju.A., Abdrasilov B.S., Muzafarov E.N. Flavonoidy: biohimija, biofizika, medicina. Pushhino: Sunchrobook, 2013, 310 p. (in Russian)

Clifford M.N. Anthocyanins – nature, occurrence and dietary burden. J. Sci. Food and Agricul., 2000, vol. 80, pp. 1063-1072. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0010(20000515)80:73.0.CO;2-Q

Gostishhev D.A., Dejneka, V.I., Sorokopudov V.N., Voloshhenko L.V., Shirina L.S., Rybickij S.M. Antociany plodov nekotoryh vidov roda buzina. Nauchn. vedomosti BelGU. Serija: Medicina. Farmacija, 2011, vol. 15, no 16 (111), pp. 261-266. (in Russian)

Chulkov A.N., Boldin A.B., Dejneka V.I., Dejneka L.A. Sopostavlenie sorbcionnoj jeffektivnosti sorbentov treh tipov po otnosheniju k antocianam. Sorbc. i hromatograf. Processy, 2012, vol. 12, no. 6, pp. 922-928. (in Russian)

Das A.B., Goud V.V., Das C. Adsorption/desorption, diffusion, and thermodynamic properties of anthocyanin from purple rice bran extract on various adsorbents. Food Process Eng, 2018, no 10, pp. 102-113. https://doi.org/10.1111/jfpe.12834

Wang H., Fu Y., Han. J., Zhao Y., Liu D. Adsorption behavior of AB-8 resin for anthocyanins from Lycium ruthenicum Murray. Chem. Ind. Forest Products, 2016, vol. 36, no 4, pp.79-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-2417.2016.04.011

Khamanur A.T.M.Z., Sakinah M., Zularisam A.W. Adsorption and kinetic studies of dyeing Clitoria ternatea L. natural dye onto bamboo yarn. Int. J. Eng. Technol. Sci., 2017, vol. 7, no 1, pp. 56-72. http://dx.doi.org/10.15282/ijets.7.2017.1.11.1073

Soldatkina L., Novotna V. Removal of anthocyanins from aqueous berry extracts by adsorption on bentonite: Factorial design analysis. Adsorp. Sci. Technol., 2017, vol. 35, no 9-10, pp. 866-877. https://doi.org/10.1177/0263617417722252

Zhao Z., Wu M., Jiang Q., Zhang Y., Chang X., Zhan K. Adsorption and desorption studies of anthocyanins from black peanut skins on macroporous resins. Int. J. Food Eng., 2015, vol.11, no 6, pp. 841–849. https://doi.org/10.1515/ijfe-2015-0085

Kang Y.J., Jung S.W., Lee S.J. An optimal extraction solvent and purification adsorbent to produce anthocyanins from black rice (Oryza sativa cv. Heugjinjubyeo). Food Sci. Biotechnol., 2014, vol. 23, no 1, pp. 97-106. https://dx.doi.org/10.1007/s10068-014-0013-8

Chang X.-L., Wang D., Chen B.-Y., Feng Y.-M., Wen Sh.-H., Zhan P.-Y Adsorption and desorption properties of macroporous resins for anthocyanins from the calyx extract of roselle (Hibiscus sabdariffa L.). J. Agric. Food Chem., 2012, vol.60, pp. 2368−2376. https://dx.doi.org/10.1021/jf205311v

Soldatkina L.M., Novotna V.O., Polikarpau A.P. Sposib otrymannja antocianovogo barvnyka [Method for production of the anthocyan dye] Patent UA, no. 129709, publ. 12.11.2018. (in Ukrainian)

Lee J., Durst R.W., Wrolstad R.E. Determination of total monomeric anthocyanin pigment content of fruit juices, beverages, natural colorants, and wines by the pH differential method: collaborative study J. AOAC Int.,2005, vol. 88, no 5, pp.1269-1278.

Soldatov V.S., Sergeev G.I. Voloknistye ionity – perspektivnye sorbenty dlja vydelenija ionov tjazhelyh metallov iz vodnyh rastvorov. Zh. Vseros. him. Obshhestva, 1990, no 1, pp. 101-106. (in Belarus)

Ho Y.S., Ng J.C.Y., McKay G. Kinetics of pollutant sorption by biosorbents: review. Separ. Purif. Methods, 2000, vol.29, no 2, pp. 189–232.

Jacobek L., Seruga M., Medvidovic-Kosanovic M., Novak I. Anthocyanin contain and antioxidant activity of various red fruit juices. Deutsch Lebensmittel-Rundschau, 2007, vol. 103, no 3, pp. 58-64.

Chiou M.-Sh.,. Li Hs.-Y. Equilibrium and kinetic modeling of adsorption of reactive dye on cross-linked chitosan beads J. Hazard. Materials, 2002, vol. B93, pp. 233–248.

Khambhaty Y., Mody K., Basha Sh., Jha B. Kinetics, equilibrium and thermodynamic studies on biosorption of hexavalent chromium by dead fungal biomass of marine Aspergillus niger. Chem. Eng. J., 2009, vol. 145, pp.489–495 https://doi.org/10.1016/j.cej.2008.05.002

Gholizadeh A., Kermani M., Gholami M., Farzadkia M. Kinetic and isotherm studies of adsorption and biosorption processes in the removal of phenolic compounds from aqueous solutions: Comparative study. J. Environ. Health Sci. Eng., 2013, vol. 11, pp. 1–10. doi: 10.1186/2052-336X-11-29

Wua F.-Ch., Tsengb R.-L., Juangc R.-Sh. Characteristics of Elovich equation used for the analysis of adsorption kinetics in dye-chitosan systems. Chem. Eng. J., 2009, vol. 150, pp. 366–373. https://doi.org/10.1016/j.cej.2009.01.014

Shehata F.A, Attallah M.F., Borai E.H., Hilal M.A., Abo-Aly M.M. Sorption reaction mechanism of some hazardous radionuclides from mixed waste by impregnated crown ether onto polymeric resin. Appl. Radiation and Isotopes, 2010, vol. 68, pp. 239–249. https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2009.10.040

Cheung C.W., Porter J.F., McKay G. Sorption kinetics for the removal of copper and zinc from effluents using bone char. Sep. Purific. Technol., 2000, vol. 19, pp. 55–64. https://doi.org/10.1016/S1383-5866(99)00073-8


Пристатейна бібліографія ГОСТ


1. Delgado-Vargas F., Paredes-Lopez O. Natural colorants for food and nutraceutical uses. – Boca Raton: CRC Press LLC, 2003. – 327 p.

2. Тараховский Ю. С., Ким Ю. А., Абдрасилов Б. С., Музафаров Е. Н. Флавоноиды: биохимия, биофизика, медицина. – Пущино: Sуnchrobook, 2013. – 310 c.

3. Clifford M.N. Anthocyanins – nature, occurrence and dietary burden // J. Sci. Food and Agricul. –2000. – Vol. 80 – P. 1063-1072. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0010(20000515)80:73.0.CO;2-Q

4. Гостищев Д. А., Дейнека, В. И., Сорокопудов В. Н., Волощенко Л. В., Ширина Л. С., Рыбицкий С. М. Антоцианы плодов некоторых видов рода бузина // Научн. ведомости БелГУ. Серия: Медицина. Фармация. – 2011. – Т. 15, № 16 (111). – С.261-266.

5. Чулков А.Н., Болдин А.Б., Дейнека В.И., Дейнека Л.А. Сопоставление сорбционной эффективности сорбентов трех типов по отношению к антоцианам // Сорбц. и хроматограф. процессы. – 2012. – Т. 12., №. 6. – С. 922-928.

6. Das A.B., Goud V.V., Das C. Adsorption/desorption, diffusion, and thermodynamic properties of anthocyanin from purple rice bran extract on various adsorbents // Food Process Eng. – 2018. – N10. – Р. 102-113. https://doi.org/10.1111/jfpe.12834

7. Wang H., Fu Y., Han. J., Zhao Y., Liu D. Adsorption Behavior of AB-8 Resin for anthocyanins from Lycium ruthenicum Murray // Chem. Ind. Forest Products. – 2016. – Vol. 36 , N 4. – P.79-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.0253-2417.2016.04.011

8. Khamanur A.T.M.Z., Sakinah M., Zularisam A.W. Adsorption and kinetic studies of dyeing Clitoria ternatea L. natural dye onto bamboo yarn // Int. J. Eng. Technol. Sci. – 2017. – Vol. 7 , N 1. – P.56-72. http://dx.doi.org/10.15282/ijets.7.2017.1.11.1073

9. Soldatkina L., Novotna V. Removal of anthocyanins from aqueous berry extracts by adsorption on bentonite: Factorial design analysis // Adsorp. Sci. Technol. – 2017. – Vol. 35, N 9-10. – P.866-877. https://doi.org/10.1177/0263617417722252

10. Zhao Z., Wu M., Jiang Q., Zhang Y., Chang X., Zhan K. Adsorption and desorption studies of anthocyanins from black peanut skins on macroporous resins/ Int. J. Food Eng. 2015. – Vol.11, N6. – P. 841–849. https://doi.org/10.1515/ijfe-2015-0085

11. Kang Y.J., Jung S.W., Lee S.J. An Optimal Extraction Solvent and Purification Adsorbent to Produce Anthocyanins from Black Rice (Oryza sativa cv. Heugjinjubyeo) // Food Sci. Biotechnol. 2014. – Vol. 23, N1. – P. 97-106. https://doi.org/10.1007/s10068-014-0013-8

12. Chang X.-L., Wang D., Chen B.-Y., Feng Y.-M., Wen Sh.-H., Zhan P.-Y Adsorption and Desorption Properties of Macroporous Resins for Anthocyanins from the Calyx Extract of Roselle (Hibiscus sabdariffa L.). // J. Agric. Food Chem. – 2012. – Vol.60. – P.2368−2376. https://dx.doi.org/10.1021/jf205311v

13. Патент України на корисну модель UA 129709. МПК С09В 61/00. Спосіб отримання антоціанового барвника. / Л. М. Солдаткіна, В.О. Новотна, А.П. Полікарпау. № u201804759, заявл. 02.05.18; опубл.12.11.18, Бюл. № 21.

14. Lee J., Durst R.W., Wrolstad R.E. Determination of total monomeric anthocyanin pigment content of fruit juices, beverages, natural colorants, and wines by the pH differential method: collaborative study // J. AOAC Int. –2005. – Vol. 88, N 5. – Р. 1269-1278.

15. Солдатов В.С., Сергеев Г.И. Волокнистые иониты – перспективные сорбенты для выделения ионов тяжелых металлов из водных растворов // Ж. Всерос. хим. общества. – 1990. – № 1. – С. 101-106.

16. Ho Y.S., Ng J.C.Y., McKay G. Kinetics of pollutant sorption by biosorbents: review. // Separ. Purif. Methods. –2000. –Vol. 29, N 2. – Р. 189–232.

17. Jacobek L., Seruga M., Medvidovic-Kosanovic M., Novak I. Anthocyanin contain and antioxidant activity of various red fruit juices // Deutsch Lebensmittel-Rundschau. – 2007. – Vol. 103, N 3 – P. 58-64.

18. Chiou M.-Sh., Li Hs.-Y. Equilibrium and kinetic modeling of adsorption of reactive dye on cross-linked chitosan beads / J. Hazard. Materials. – 2002. – Vol. B93. – P. 233–248.

19. Khambhaty Y., Mody K., Basha Sh., Jha B. Kinetics, equilibrium and thermodynamic studies on biosorption of hexavalent chromium by dead fungal biomass of marine Aspergillus niger // Chem. Eng. J. – 2009. – Vol. 145. – P. 489–495 https://doi.org/10.1016/j.cej.2008.05.002

20. Gholizadeh A., Kermani M., Gholami M., Farzadkia M. Kinetic and isotherm studies of adsorption and biosorption processes in the removal of phenolic compounds from aqueous solutions: Comparative study // J. Environ. Health Sci. Eng. – 2013. – Vol. 11. – P. 1–10. https://doi.org/10.1186/2052-336X-11-29

21. Wua F.-Ch., Tsengb R.-L., Juangc R.-Sh. Characteristics of Elovich equation used for the analysis of adsorption kinetics in dye-chitosan systems // Chem. Eng. J. – 2009. –Vol. 150. – P. 366–373. https://doi.org/10.1016/j.cej.2009.01.014

22. Shehata F.A, Attallah M.F., Borai E.H., Hilal M.A., Abo-Aly M.M. Sorption reaction mechanism of some hazardous radionuclides from mixed waste by impregnated crown ether onto polymeric resin // Appl. Radiation and Isotopes. – 2010. – Vol. 68 – P. 239–249. https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2009.10.040

23. Cheung C.W., Porter J.F., McKay G. Sorption kinetics for the removal of copper and zinc from effluents using bone char // Sep. Purific. Technol. – 2000. Vol. 19. – P. 55–64. https://doi.org/10.1016/S1383-5866(99)00073-8





Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.