Sulfur-containing amino acids play important roles in good flavor generation in Maillard reaction of non-enzymatic browning, so aqueous model systems of glucosamine and cysteine were studied to investigate the effects of reaction temperature, initial pH, reaction time, and concentration ratio of glucosamine and cysteine. Response surface methodology was applied to optimize the independent reaction parameters of cysteine and glucosamine in Maillard reaction. Box-Behnken factorial design was used with 30 runs of 16 factorial levels, 8 axial levels and 6 central levels. The degree of Maillard reaction was determined by reading absorption at 425 nm in a spectrophotometer and Hunter's L, a, and b values. ${\Delta}E$ was consequently set as the fifth response factor. In the statistical analyses, determination coefficients ($R^2$) for their absorbance, Hunter's L, a, b values, and ${\Delta}E$ were 0.94, 0.79, 0.73, 0.96, and 0.79, respectively, showing that the absorbance and Hunter's b value were good dependent variables for this model system. The optimum processing parameters were determined to yield glucosamine-cysteine Maillard reaction product with higher absorbance and higher colour change. The optimum estimated absorbance was achieved at the condition of initial pH 8.0, $111^{\circ}C$ reaction temperature, 2.47 h reaction time, and 1.30 concentration ratio. The optimum condition for colour change measured by Hunter's b value was 2.41 h reaction time, $114^{\circ}C$ reaction temperature, initial pH 8.3, and 1.26 concentration ratio. These results can provide the basic information for Maillard reaction of aqueous model system between glucosamine and cysteine.
Liu, Qing;Jo, Yang Hee;Ahn, Jong Hoon;Kim, Seon Beom;Paek, Kee-Yoeup;Hwang, Bang Yeon;Park, So-Young;Lee, Mi Kyeong
Natural Product Sciences
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v.24
no.2
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pp.103-108
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2018
The usage of wild ginseng (Panax ginseng C.A. Meyer) has been limited due to short supply and high price. Therefore, sufficient production as well as efficient extraction of mountain ginseng are required for the development as products. In this study, wild ginseng adventitious root cultures were prepared for efficient production with advantages of fast growth and stable production. Treatment of methyl jasmonate (MJ) to wild ginseng adventitious root cultures increased the extraction yield and antioxidative activity. Further investigation on effect of extraction conditions suggested the importance of ethanol concentration on antioxidative activity and extraction yield of MJ-treated wild ginseng adventitious root cultures. Optimized extraction condition of MJ-treated wild ginseng adventitious root cultures for maximum extraction yield and antioxidative activity was determined using response surface methodology with three-level-three-factor Box-Behnken design (BBD). Extraction of 1 g MJ-treated wild ginseng adventitious root culture with 30 ml of 9% ethanol at $30^{\circ}C$ produced 310.2 mg extract with 71.0% antioxidative activity at $100{\mu}g/ml$. Taken together, MJ-treated wild ginseng adventitious root culture is valuable source for wild ginseng usage and optimized extraction condition can be used for the development of functional products or folk remedies.
Biedermann, Till M.;Reich, Marius;Kameier, Frank;Adam, Mario;Paschereit, C.O.
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.6
no.6
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pp.529-550
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2019
The effect of multiple process parameters on a set of continuous response variables is, especially in experimental designs, difficult and intricate to determine. Due to the complexity in aeroacoustic and vibroacoustic studies, the often-performed simple one-factor-at-a-time method turns out to be the least effective approach. In contrast, the statistical Design of Experiments is a technique used with the objective to maximize the obtained information while keeping the experimental effort at a minimum. The presented work aims at giving insights on Design of Experiments applied to aeroacoustic and vibroacoustic problems while comparing different experimental designs and approximation models. For this purpose, an experimental rig of a ducted low-pressure fan is developed that allows gathering data of both, aerodynamic and aeroacoustic nature while analysing three independent process parameters. The experimental designs used to sample the design space are a Central Composite design and a Box-Behnken design, both used to model a response surface regression, and Latin Hypercube sampling to model an Artificial Neural network. The results indicate that Latin Hypercube sampling extracts information that is more diverse and, in combination with an Artificial Neural network, outperforms the quadratic response surface regressions. It is shown that the Latin Hypercube sampling, initially developed for computer-aided experiments, can also be used as an experimental design. To further increase the benefit of the presented approach, spectral information of every experimental test point is extracted and Artificial Neural networks are chosen for modelling the spectral information since they show to be the most universal approximators.
Paecilomyces japonica is widely cultured to produce mycelium for medicinal and health food use. Illumination is an important factor in the growth and production of mycelium in submerged culture. The effects of different light-emitting diode (LED) combinations on the growth and cordycepin content as bioactive substances of mycelium were investigated. The results showed that the mycelium dry weights were lower under dark condition and red LED treatments. Dark condition, fluorescent light, and ultraviolet-A failed to increase the cordycepin content. Blue light was necessary to increase the cordycepin content, and a red-to-blue ratio of 3:7 induced the highest cordycepin content. The cordycepin contents of mycelium in submerged culture were significantly higher in a 12 h/day illumination time under red and blue (red-to-blue ratio of 3:7) LED treatments, showing an increase of up to 38% compared with those under the fluorescent-light control condition. The results demonstrated the roles of light with different wavelengths on the biosynthesis of cordycepin as bioactive substances. The low-heat release and replacement of traditional fluorescent lights with low-energy-consuming LEDs could increase the contents of bioactive substances. After optimization of the cordycepin production using response surface methodology (Box-Behnken design) to its canonical form, the optimum combination was found to be as follows: illumination time = 17.7 h/day, sugar content in the medium = 9.7 g/50 mL, and incubation time = 61.2 h. The model predicted a maximum response of 3779.2 ㎍/mL cordycepin yield.
This study was conducted to develop a functional feed additive for pig with spent $Lycium$$chinense$ Mill fruit. We investigated the optimum conditions for the extraction of polyphenol from spent $Lycium$$chinense$ Mill using methanol. Methanol concentration as a solvent for extraction, extraction time and the volume of solvent per a gram of solid (ground spent Lyceum chinense Mill) were selected as parameters. Three levels of parameters were configured according to Box Behnken experiment design, a fractional factorial design, and total 15 trials were employed. Total polyphenol concentration from each trial was used as response from experiment system and effects of parameters on total polyphenol extraction efficiency were determined using response surface model. As a result, all terms in analysis of variance, regression ($p$ = 0.001), linear ($p$ = 0.002), square ($p$ = 0.017) and interaction ($p$ = 0.047) was significant and adjusted determination coefficient ($R^2$) was 94.7%. Total polyphenol extraction efficiency was elevated along increased methanol content and decreased solvent to solid ratio. However extraction time did not affect the efficiency. This study provides a primary information for the optimum extraction conditions to maximize total polyphenol recovery from spent Lycium chinens Mill fruit and this result could be applied to re-use of argo-industrial by-products and to develop of functional feed additives in organic farming.
Jeong, Kyung Min;Lee, Cheong Hoon;Kim, Su Hyun;Lee, Jeongmi
Analytical Science and Technology
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v.30
no.1
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pp.39-48
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2017
Roxithromycin (RXT), which is an antibiotic used to treat respiratory tract and urinary infections, is official in Korean Pharmacopoeia (KP) and is marketed in various dosage forms including tablet, granule, suspension, and tablet for suspension in Korea. This study presents how a universal and reliable method to quantify RXT in bulk drug and formulations was developed. Effects of factors including column type, buffer concentration, type and concentration of organic solvent, buffer pH, and type and concentration of mobile phase additive, were examined, and some categorical or crucial factors including the types of column, organic solvent, mobile phase additive and the buffer pH were optimized by one-factor-at-a-time approach. Subsequently, concentrations of the buffer and additive and column temperature were optimized by response surface methodology using Box-Behnken design aiming to acquire the RXT peak of good shape. The optimized method employed a Phenomenex Gemini $5{\mu}$ C18 110A ($150{\times}4.60mm$, $5{\mu}m$) maintained at $30^{\circ}C$ with the mobile phase consisting of 25 mM phosphate buffer (pH 6.0) with 0.3 % tetrabutylammonium hydroxide and methanol at a ratio of 37:63 (v/v). Method validation results showed that the developed method was linear, precise, and accurate. Compared to the compendial methods in KP 10 that exhibited a significant tailing of the RXT peak despite using unfavorably high buffer concentrations and were not harmonized among bulk drug and formulations, this method could be universally applied to RXT bulk drug and marketed products in various dosage forms and thus was adopted in KP 11.
Rodriguez-Duran, Luis V.;Contreras-Esquivel, Juan C.;Rodriguez, Raul;Prado-Barragan, L. Arely;Aguilar, Cristobal N.
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.21
no.9
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pp.960-967
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2011
Tannin acyl hydrolase, also known as tannase, is an enzyme with important applications in the food, feed, pharmaceutical, and chemical industries. However, despite a growing interest in the catalytic properties of tannase, its practical use is very limited owing to high production costs. Several studies have already demonstrated the advantages of solid-state fermentation (SSF) for the production of fungal tannase, yet the optimal conditions for enzyme production strongly depend on the microbial strain utilized. Therefore, the aim of this study was to improve the tannase production by a locally isolated A. niger strain in an SSF system. The SSF was carried out in packed-bed bioreactors using polyurethane foam as an inert support impregnated with defined culture media. The process parameters influencing the enzyme production were identified using a Plackett-Burman design, where the substrate concentration, initial pH, and incubation temperature were determined as the most significant. These parameters were then further optimized using a Box-Behnken design. The maximum tannase production was obtained with a high tannic acid concentration (50 g/l), relatively low incubation temperature ($30^{\circ}C$), and unique low initial pH (4.0). The statistical strategy aided in increasing the enzyme activity nearly 1.97-fold, from 4,030 to 7,955 U/l. Consequently, these findings can lead to the development of a fermentation system that is able to produce large amounts of tannase in economical, compact, and scalable reactors.
The aim of this work was to obtain uniform and well-dispersed spherical silver nanoparticles using statistical design-of-experiment methods. We performed the experiments using 2 k fractional factorial designs with respect to key factors of a general chemical reduction method. The nanoparticles prepared were characterized by SEM, TEM and UV-visible absorbance for particle size, distribution, aggregation and anisotropy. The data obtained were analyzed and optimized using a statistical software, Minitab. The design-of-experiment methods using quantified data enabled us to determine key factors and appreciate interactions between factors. The measured properties of nanoparticles were dominated not only by individual one or two main factors but also by interactions between factors. The appropriate combination of the factors produced small, narrow-distributed and non-aggregated silver nanoparticles of about 30 nm with approximately 10% standard deviation.
In the present work, Arthrobacter sp. 25, a lead-tolerant bacterium, was assayed to remove lead(II) from aqueous solution. The biosorption process was optimized by response surface methodology (RSM) based on the Box-Behnken design. The relationships between dependent and independent variables were quantitatively determined by second-order polynomial equation and 3D response surface plots. The biosorption mechanism was explored by characterization of the biosorbent before and after biosorption using atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy, X-ray diffraction, and Fourier transform infrared spectroscopy. The results showed that the maximum adsorption capacity of 9.6 mg/g was obtained at the initial lead ion concentration of 108.79 mg/l, pH value of 5.75, and biosorbent dosage of 9.9 g/l (fresh weight), which was close to the theoretically expected value of 9.88 mg/g. Arthrobacter sp. 25 is an ellipsoidal-shaped bacterium covered with extracellular polymeric substances. The biosorption mechanism involved physical adsorption and microprecipitation as well as ion exchange, and functional groups such as phosphoryl, hydroxyl, amino, amide, carbonyl, and phosphate groups played vital roles in adsorption. The results indicate that Arthrobacter sp. 25 may be potentially used as a biosorbent for low-concentration lead(II) removal from wastewater.
Ahmed, Rania S;Embaby, Amira M;Hassan, Mostafa;Soliman, Nadia A;Abdel-Fattah, Yasser R
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.49
no.2
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pp.181-191
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2021
The present study addresses isolation, optimization, partial purification, and characterization of a haloalkaline serine protease from a newly isolated haloarchaeal strain isolated from Wadi El Natrun in Egypt. We expected that a two-step sequential statistical approach (one variable at a time, followed by response surface methodology) might maximize the production of the haloalkaline serine protease. The enzyme was partially purified using Hiprep 16/60 sephacryl S-100 HR gel filtration column. Molecular identification revealed the newly isolated haloarchaeon to be Natrialba hulunbeirensis strain WNHS14. Among several tested physicochemical determinants, casamino acids, KCl, and NaCl showed the most significant effects on enzyme production as determined from results of the One-Variable-At-A-time (OVAT) study. The BoxBehnken design localized the optimal levels of the three key determinants; casamino acids, KCl, and NaCl to be 0.5% (w/v), 0.02% (w/v), and 15% (w/v), respectively, obtaining 62.9 U/ml as the maximal amount of protease produced after treatment at 40℃, and pH 9 for 9 days with 6-fold enhancement in yield. The enzyme was partially purified after size exclusion chromatography with specific activity, purification fold, and yield of 1282.63 U/mg, 8.9, and 23%, respectively. The enzyme showed its maximal activity at pH, temperature, and NaCl concentration optima of 10, 75℃, and 2 M, respectively. Phenylmethylsulfonyl fluoride (PMSF, 5 mM) completely inhibited enzyme activity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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