بهينه سازي شرايط رنگبري ملانوئيدين ها با پودر كربن فعال و تعيين توزيع وزن مولكولي آن-ها با استفاده از كروماتوگرافي ژل تراوايي

Optimization of process parameters for decolorization of melanoidins using powdered activated carbon and determination of their molecular weight by Gel Permeation Chromatography

ملانوئيدين هاي سنتز شده در سيستم مدل گلوكز و گلايسين (به عنوان يك مدل از تركيبات رنگي موجود در شربت غليظ چغندر قند) با استفاده از پودر كربن فعال رنگبري شده و به منظور دستيابي به شرايط بهينه رنگبري، از روش آماري سطح پاسخ (RSM) استفاده شد. نتايج به دست آمده نشان داد كه شرايط بهينه رنگبري در حداكثر غلظت ملانوئيدين ها (750 ميلي گرم بر ليتر) عبارت بود از: 7 =pH و زمان تماس30 دقيقه. در اين شرايط، كارآيي رنگبري در سيستم هاي مدل ملانوئيدين ها و شربت غليظ چغندر قند با افزودن 0/1 گرم پودر كربن فعال، به ترتيب 73/07 و 93 درصد به دست آمد. خصوصيات سطحي ملانوئيدين ها و پودر كربن فعال (قبل و پس از جذب سطحي) با استفاده از طيف سنجي تبديل فوريه مادون قرمز (FTIR) ارزيابي گرديد. بررسي سينتيك رنگبري، نشان دهنده پيروي جذب ملانوئيدين ها از مدل سينتيكي شبه مرتبه اول بود. نتايج ايزوترم هاي جذب نشان داد كه جذب ملانوئيدين ها با مدل ايزوترم در حال تعادل لانگموير مطابقت خوبي داشت. در ادامه، به منظور بررسي اثر فرآيند رنگبري بر توزيع وزن مولكولي ملانوئيدين ها از روش كروماتوگرافي ژل تراوايي (GPC) استفاده گرديد كه نشان دهنده توزيع وزن مولكولي اين تركيبات از 0/7 تا 4000 كيلو دالتون بود. در طي رنگبري سيستم هاي مدل ملانوئيدين ها، تركيباتي با وزن مولكولي 4000 كيلو دالتون، كاملا« برطرف شده در حالي كه تركيباتي با وزن مولكولي بيشتر از 230، 7 و 0/7 كيلو دالتون، تمايل كمتري به جذب بر روي كربن فعال نشان دادند. نتايج اين بررسي نشان دهنده قابليت مناسب پودر كربن فعال جهت حذف ناخالصي هاي رنگي با وزن مولكولي بالا در شربت غليظ چغندر قند بود.

In this study, the aqueous melanoidin solution (as a model for the colorant present during thick beet juice processing) were decolorizied by powdered activated carbon. A Response Surface Methodology (RSM) was applied to optimize the operating variables of the decolorization process. The results revealed that the optimal values of the process parameters for concentration of melanoidins equal to 750.0 mgL-1 were as follow: pH of 7 and reaction time of 30 min. Under these optimal conditions, the color removal performance was achieved 73.07% and 93.0% for aqueous melanoidin solution and sugar beet syrup, respectively with the addition of 0.1 g of powdered activated carbon. Chemical specifications of synthetic melanoidins and activated carbon, before and after adsorption process were determined using Fourier transform infrared. Decolorization kinetic parameters indicated that the adsorption of melanoidins was followed from pseudo-first order equation. Furthermore, adsorption isotherm studies indicated that melanoidins adsorption was correlated reasonably well by Langmuir isotherm model. In following, molecular size distribution of melanoidins was studied in order to get a better understanding of the evolution distribution molecular weight of melanoidins during decolorization processes. Analysis confirmed the presence of melanoidins with molecular weight distribution between 0.7 kDa to 4000.0 kDa. The colorants with a molecular mass of 4000.0 kDa were completely removed whereas components above 230.0 kDa, 7.0 kDa and 0.7 kDa presented lower removal efficiencies, showing lower affinity on powdered carbon during decolorization process. The results of this study indicated that powdered activated carbon has a good potential for removal of the high molecular weight colored impurities in thick beet juice.