Application of the bootstrap method in the optimization of beet betacyanin extraction

Authors

DOI:

https://doi.org/10.5902/2179460X71479

Keywords:

Optimization, Bioactive compounds, Betacyanin, Resampling, Bootstrap

Abstract

The bootstrap method with resampling is a statistical tool that allows obtaining a greater confidence interval without the need for repetitions, as is the case with the RSM. The objective of this work was to apply this method in the extraction optimization of betacyanin from beet. Time and temperature were used in a second-order CCRD, and the response variable was the betacyanin content. The optimum extraction point was obtained by RSM, at 28min and 66°C. From the bootstrap analysis a reliable ellipse was constructed, and the maximum amounts were located at 20-35min and 60-65ºC, confirming the maximum extraction point. These results suggest that the bootstrap method is useful in evaluating the reliability of the optimization of betacyanin extraction from beet, predicted by RSM.         

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Author Biographies

Gabrielli Clímaco, Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)

Engenheira de Alimentos pela Universidade Federal do Maranhão (2016), atuando principalmente nosseguintes temas: cupuaçu, chá-verde, néctar misto e análise sensorial. Mestra em Engenharia de Alimentos pelaUniversidade Estadual de Maringá com ênfase na otimização da extração de compostos bioativos de vegetais.Doutoranda em Engenharia de Alimentos pela UNICAMP, na área de extração de bioativos por tecnologia comalta pressão e produção de sistemas gelificados.

Diogo Francisco Rossoni, Universidade Estadual de Maringá

Graduado em Matemática pela Universidade Estadual do Oeste do Paraná - UNIOESTE. Especialista em Matemática e Estatística pela Universidade Federal de Lavras - UFLA. Mestre e Doutor em Estatística e Experimentação Agropecuária pela Universidade Federal de Lavras - UFLA. Foi membro do Conselho de liberativo da Fundação de Apoio ao Ensino, Pesquisa e Extensão - FAEPE, no período de 2010 a 2012. Foi membro/coordenador da Associação de Pós-graduandos da UFLA no período de 2009 a 2012, sendo Presidente no ano de 2011. Foi membro do Comitê Permanente de Ética em Pesquisa Envolvendo Seres Humanos -COPEP/UEM de 2013 a 2016. Foi coordenador adjunto do programa de pós-graduação (mestrado) em Engenharia de Alimentos da Universidade Estadual de Maringá - UEM, no período de 2016 a 2019. Participa como pesquisador dos seguintes grupos de pesquisa: Planejamento e Análise de Experimentos (UFLA), Grupo de Pesquisa em Construções e Ambiência em Biossistemas - COAMBI (UFLA), Grupo de Estudos em Séries Temporais e Espaciais - GESTE (UEM), Estatística Geoespacial (UFV) e Sistemas e Processos em Engenharia Química (UEM). Atualmente é professor Associado no Departamento de Estatística - DES e Coordenador do programa de pós-graduação (mestrado) em Bioestatística da Universidade Estadual de Maringá - UEM. Orientador em nível de pós-graduação (mestrado) nos programas de Bioestatística e Engenharia de Alimentos, além de lecionar no programa de Zootecnia (mestrado/doutorado). Principais áreas de interesse: Estatística Espacial, Geoestatística, Estatística Experimental, Modelos não-lineares, Otimização de Experimentos, Bootstrap e Métodos computacionais intensivos.

Rita de Cássia Bergamasco, Universidade Estadual de Maringá

Possui graduação em Engenharia Química pela Universidade Estadual de Maringá (2000), mestrado em Engenharia Química pela Universidade Estadual de Maringá (2002) e doutorado em Engenharia Química pela Universidade Estadual de Maringá (2006). Atualmente é coordenadora de monitoria da Universidade Estadual de Maringá, coordenadora adjunta do Departamento de Engenharia de Alimentos da Universidade Estadual de Maringá, revisora de periódico da ACTA SCIENTARIUM (UEM), revisora de periódico da Revista do Instituto Adolfo Lutz (Impresso), revisora de periódico da INDUSTRIAL CROPS AND PRODUCTS e revisora de periódico da FOOD HYDROCOLLOIDS. Tem experiência na área de Engenharia Química, atuando principalmente nos seguintes temas: ciclodextrina, complexação, aromas, superfícies celulósicas.

References

ARAI, H. et al. Effect of an experimental design for evaluating the nonlinear optimal formulation of theophylline tablets using a bootstrap resampling technique. Chemical and Pharmaceutical Bulletin, v. 57, n. 6, p. 572–579, 2009. DOI: https://doi.org/10.1248/cpb.57.572

ARAI, H. et al. Reliability Evaluation of the Design Space of the Granulation Process of Mefenamic Acid Tablets Using a Bootstrap Resampling Technique. Chemical and Pharmaceutical Bulletin, v. 59, n. 5, p. 608–617, 2011. DOI: https://doi.org/10.1248/cpb.59.608

BAS, D.; BOYACI, I. H. Modeling and optimization i: Usability of response surface methodology. Journal of Food Engineering, v. 78, n. 3, p. 836–845, 2007. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2005.11.024

CHEN, M.; ZHAO, Y.; YU, S. Optimization of ultrasonic-assisted extraction of phenolic compounds, antioxidants, and anthocyanins from sugar beet molasses. Food Chemistry, v. 172, p. 543–550, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.09.110

DAVISON, A. C.; HINKLEY, D. V. Bootstrap Methods and their Application. United States of America: Cambridge University Press 1997, 1997. DOI: https://doi.org/10.1017/CBO9780511802843

DUANGJIT, S. et al. Bootstrap resampling technique to evaluate the reliability of the optimal liposome formulation: Skin permeability and stability response variables. Biological and Pharmaceutical Bulletin, v. 37, n. 9, p. 1543–1549, 2014. DOI: https://doi.org/10.1248/bpb.b14-00361

DUQUÉ, B. et al. Quantification of Campylobacter jejuni contamination on chicken carcasses in France. Food Research International, n. August, p. 1–9, 2017.

EFRON, B. Second Thoughts on the Bootstrap. Statistical Science, v. 18, n. 2, p. 135–140, 2003. DOI: https://doi.org/10.1214/ss/1063994968

FILHO, A. S. DA S. Inferência em amostras pequenas: métodos bootstrap. Revista de Ciência Exata e Tecnologia, v. 5, n. 5, p. 115–126, 2010.

GIL-CHÁVEZ, G. J. et al. Technologies for Extraction and Production of Bioactive Compounds to be Used as Nutraceuticals and Food Ingredients: An Overview. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, v. 12, n. Harvey 2008, p. 5– 23, 2013. DOI: https://doi.org/10.1111/1541-4337.12005

MARAN, J. P.; PRIYA, B. Multivariate statistical analysis and optimization of ultrasound- assisted extraction of natural pigments from waste red beet stalks. Journal of Food Science and Technology, v. 53, n. 1, p. 792–799, 2016. DOI: https://doi.org/10.1007/s13197-015-1988-8

MATSUYAMA, T. An application of bootstrap method for analysis of particle size distribution. Advanced Powder Technology, v. 29, n. 6, p. 1404–1408, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apt.2018.03.002

MISHRA, D. K.; DOLAN, K. D.; YANG, L. Bootstrap confidence intervals for the kinetic parameters of degradation of anthocyanins in grape pomace. Journal of Food Process Engineering, v. 34, n. 517, p. 1220–1233, 2011. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1745-4530.2009.00425.x

MONTGOMERY, D. C. Design and Analysis of Experiments. 5. ed. [s.l.] John Wiley & Sons, 1976.

QUINTO, E. J. et al. Bootstrap parametric GB2 and bootstrap nonparametric distributions for studying shiga toxin-producing Escherichia coli strains growth rate variability. Food Research International, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodres.2018.11.045

RSTUDIO. RStudio: Integrated Development for R.Bostom, MA, 2021. Disponível em:

<http://www.rstudio.com/>

SILVA, C. M. et al. Controle estatístico de qualidade usando o método bootstrap. Scientia Pllena, v. 14, n. 3, p. 1–9, 2018. DOI: https://doi.org/10.14808/sci.plena.2018.037001

SIVAKUMAR, V. et al. Ultrasound assisted enhancement in natural dye extraction from beetroot for industrial applications and natural dyeing of leather. Ultrasonics - Sonochemistry, v. 16, n. 6, p. 782–789, 2009. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2009.03.009

STINTZING, F. C. et al. Color, betalain pattern, and antioxidant properties of cactus pear (Opuntia spp.) clones. Journal of Agricultural and Food Chemistry, v. 53, n. 2, p. 442– 451, 2005. DOI: https://doi.org/10.1021/jf048751y

SWAMY, G. J.; SANGAMITHRA, A.; CHANDRASEKAR, V. Response surface modeling and process optimization of aqueous extraction of natural pigments from Beta vulgaris using Box-Behnken design of experiments. Dyes and Pigments, v. 111, p. 64–74, 2014. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2014.05.028

WERKEMA, M. C. C.; AGUIAR, S. Otimização estatística de processos: como determinar a condição de operação de um processo que leva ao alcance de uma meta de melhoria. [s.l.] Editora QFCO, 1996.

YUAN, Y. et al. Anthocyanins from buds of Lonicera japonica Thunb. var. chinensis (Wats.) Bak. FRIN, v. 62, p. 812–818, 2014. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodres.2014.03.026

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Published

2024-07-31

How to Cite

Clímaco, G., Rossoni, D. F., & Bergamasco, R. de C. (2024). Application of the bootstrap method in the optimization of beet betacyanin extraction. Ciência E Natura, 46, e71479. https://doi.org/10.5902/2179460X71479

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