۲-۷- روش های استخراج ترکیبات موثره از گیاهان
۲-۷-۱- روش سنتی استخراج
۲-۷-۱-۱- اصول و مکانیسم استخراج
تکنیک­های کلاسیک برای استخراج با حلال مواد موثره از ترکیبات گیاهی به نوع حلال انتخابی، حرارت و همزدن وابسته است. این روش ها عبارتند از : روش غرقابی، سوکسله، خیساندن و پرکولاسیون با یک مخلوط آب-الکل یا چربی داغ است. سوکسله یک روش استاندارد و مرجع اصلی برای ارزیابی اجرای دیگر روش­های استخراج جامد- مایع است. استخراج با سوکسله تکنیک ثابت شده ای است که به جز موارد محدودی همچون استخراج ترکیبات حساس به حرارت، نسبت به روش­های استخراج دیگر برتری دارد. در مدتی که مواد گیاهی با حلال در تماس است، انتقال جرم ترکیب مورد نظر از ماده غذایی به حلال صورت می گیرد که این انتقال در سه مرحله انجام می گیرد: ۱- ماده در حلال حل می گردد ۲- محلول از داخل ماده غذایی به سطح حرکت می کند ۳- محلول در حلال پخش می گردد. بنابراین زمان استخراج بایستی به حد کافی باشد تا حلال به خوبی حداکثر مقدار ماده را استخراج کند (وانگ[۴۹] و ولر، ۲۰۰۶).
پایان نامه - مقاله - پروژه
۲-۷-۱-۲- جنبه های عملی برای روش سنتی استخراج
برای استخراج مواد گیاهی مورد نظر با بهره گرفتن از روش سنتی استخراج ، باید یک حلال استخراجی مناسب انتخاب شود. حلال های مختلف، عصاره­ها و ترکیبات عصاره­ای مختلفی را استخراج می­ کنند. همچنین، استخراج با سوکسله به میزان زیادی به خصوصیات بافت گیاهی و اندازه ذرات وابسته است به عنوان مثال انتشار(دیفوزیون) درونی ممکن است مرحله محدود کننده در طی استخراج باشد. زمان استخراج عامل مهمی بوده و به چند عامل بستگی دارد:
۱) حلالیت ماده درون حلال: بسته به نوع حلال استخراجی متفاوت است.
۲) دمای استخراج: افزایش دما باعث افزایش سرعت استخراج می­ شود اما امکان تجزیه ترکیبات حساس به حرارت در دماهای بالا وجود دارد.
۳) سطح تماس: سرعت انتقال جرم به طور مستقیم به سطح ماده غذایی بستگی دارد بنابراین هر چه ذرات مواد گیاهی ریزتر باشد سرعت استخراج افزایش می یابد.
۴) سرعت جریان حلال : هر چه سرعت جریان حلال بیشتر باشد، باعث کاهش لایه مرزی در سطح مواد گیاهی شده و در نتیجه باعث افزایش سرعت استخراج می گردد.
کاربرد­های صنعتی گسترده، قابلیت تجدید، کارایی بهتر و امکان دستکاری کمتر در عصاره استخراجی، از مزیت های استخراج با سوکسله نسبت به دیگر روش های نوین استخراج هستند. با این حال در مقایسه با روش­های نوین استخراج، سوکسله یک روش قدیمی است و مصرف حلال بالایی داشته و نیاز به زمان زیادی دارد. اخیراً سمیت بعضی حلال های مورد استفاده در روش سوکسله مورد سوال قرار گرفته است.
۲-۷-۲- روش استخراج به کمک اولتراسوند[۵۰](UAE)
۲-۷-۲-۱- اصول و مکانیسم استخراج
امواج صوتی که فرکانس های بالاتر از ۲۰ کیلو هرتز دارند، نوسان­های میکانیکی در یک ماده جامد، مایع و گاز ایجاد می­ کنند. برخلاف امواج الکترومغناطیسی، امواج صوتی باید در یک ماده پخش شوند و دارای چرخه­های انبساط و انقباض در طی پخش در محیط می باشند. انبساط باعث افزایش فاصله مولکولی شده و انقباض آنها را با هم تحت فشار قرار می دهد. در حالت انبساط، حباب هایی در یک مایع ایجاد می­ شود و فشار منفی تولید می کند. حباب­های تشکیل شده، رشد و در نهایت متلاشی می­شوند (پدیده کاویتاسیون[۵۱]).
دو طرح کلی استخراج کننده­ های همراه با اولتراسوند، حمام­های اولتراسوند و سیستم پروب اولتراسوند است. تاثیرات میکانیکی اولتراسوند، باعث نفوذ بیشتری از حلال به درون مواد سلولی شده و انتقال جرم را بهبود می دهند. اولتراسوند در طی استخراج می تواند همچنین دیواره های سلولی را تخریب کند و باعث تسهیل آزاد سازی محتوای آن شود. بنابراین، تخریب سلولی کارآمد و انتقال جرم موثر، دو فاکتور اصلی هستند که باعث افزایش استخراج با اولتراسوند می­ شود. برخلاف استخراج کننده­ های معمولی، عصاره های گیاهی در اثر اولتراسوند، از عرض دیواره­ های سلولی انتشار پیدا کرده و باعث پاره شدن دیواره سلولی در زمانی کوتاهتر می­ شود (ویلخا[۵۲] و همکاران، ۲۰۰۸).
۲-۷-۲-۲- جنبه های عملی برای استخراج به کمک اولتراسوند
برای دستیابی به یک استخراج مناسب با اولتراسوند، در نظر گرفتن بعضی ویژگی­های گیاهان همچون مقدار رطوبت، اندازه ذرات و حلال مورد استفاده برای استخراج ضروری می­باشد. علاوه بر این فاکتور های زیادی شامل فرکانس، فشار، دما و زمان، مکانیسم عمل اولتراسوند را تحت تاثیر قرار می­ دهند (وانگ و ولر[۵۳]، ۲۰۰۶).
فرکانس اولتراسوند تاثیرات زیادی روی بازده و سرعت استخراج دارد. همچنین اثرات اولتراسوند روی بازده و سرعت استخراج اولتراسوند بسته به ماهیت مواد گیاهی استخراجی فرق می کند.
پراکنش امواج اولتراسوند درون یک استخراج کننده پارامتر کلیدی در طراحی استخراج کننده­ های اولتراسوند است. حداکثر قدرت اولتراسوند در پیرامون سطح منتشر کننده پروب اولتراسوند مشاهده می­ شود. شدت اولتراسوند به طور ناگهانی با افزایش فاصله از سطح منتشر کننده و همچنین با افزایش حضور ذرات جامد کاهش می یابد. به منظور جلوگیری از توقف امواج یا تشکیل نواحی آزاد جامد[۵۴] برای عبور بهتر امواج اولتراسونیک، معمولاً از عمل همزدن یا تکان دادن استفاده می­ شود (ویناترو[۵۵] و همکاران، ۱۹۹۷).
استخراج به کمک اولتراسوند یک روش ساده بوده و جایگزین مناسبی برای روش های سنتی استخراج است. فواید اصلی استفاده از اولتراسوند در استخراج جامد-مایع شامل افزایش بازده استخراج و سرعت استخراج است. اولتراسوند می تواند دمای عملیاتی را کاهش دهد و امکان استخراج ترکیبات حساس به حرارت را فراهم سازد. در مقایسه با تکنیک­های استخراج جدید دیگر همچون استخراج با مایکروویو، دستگاه اولتراسوند ارزان تر است و اجرای آن راحتتر می­باشد. استخراج به کمک اولتراسوند مشابه استخراج با سوکسله می تواند با هر حلالی برای استخراج دامنه وسیعی از ترکیبات طبیعی استفاده شود (وانگ و ولر، ۲۰۰۶).
۲-۸- مروری بر پژوهش های انجام شده
نگرو و همکاران (۲۰۰۳) در آزمایشی که برروی تفاله انگور قرمز در ایتالیا انجام شد مقدار ترکیبات کل فنلیک تفاله ۱۶۱ گرم در کیلوگرم ماده خشک گزارش نمودند.
پکیک و همکاران (۱۹۹۸) مخلوط اتیل استات و آب را بعنوان بهترین حلال برای استخراج ترکیبات فنلی از هسته انگور معرفی کردند، زیرا این ترکیب بخشی از ترکیبات فنلی که در بخش چرب غذا قابلیت حل شدن دارند را استخراج می کند و همچنین به علت نقطه جوش پایین به سهولت قابل جداسازی می­باشد.
کاراکبی و همکاران (۲۰۰۸) ترکیب ۷۰ – ۵۰ % آب و اتانول و دمای ۸۴ درجه سانتی ­گراد را شرایط بهینه برای استخراج trans-resveratrol و اسید فرولیک از ساقه انگور معرفی کردند.
روزبهان و همکاران (۱۳۸۷) گزارش کردند که تفاله انگور قرمز (واریته سیاه سردشت) منبع خوبی از آنتی اکسیدان­های طبیعی است و غلظت ppm 350 از این آنتی اکسیدان دارای کارایی خوبی در کند نمودن روند اکسیداسیون روغن خام سویا بوده است.
ابوطالبیان (۱۳۸۵) برای استخراج ترکیبات فنولی و فلاونوئیدی از گیاهان نعناع، پونه و ریحان از سه حلال آب، متانول ۸۰% و اتانول ۸۰% استفاده کرد و حلال متانول به عنوان بهترین حلال انتخاب شد. این محقق میزان استخراج ترکیبات فنولی با بهره گرفتن از متانول ۸۰% را به ترتیب ۱۶/۵۸، ۳۲/۶۷ و ۸۳/۲۳ میلی گرم معادل اسید تانیک در وزن خشک گیاه و ترکیبات فلاونوئیدی به ترتیب ۸/۵۲، ۱۷/۵۱ و ۱۹/۴۵ میلی گرم معادل اپی کاتکین در وزن خشک گیاه گزارش کرد.
گلی[۵۶] و همکاران (۲۰۰۵)، نشان دادند که در میان روش­های استفاده شده برای استخراج ترکیبات فنولیک از پوست سبز پسته، روش استفاده از حلال آب به همراه امواج اولتراسونیک و آب به تنهایی دارای بالاترین درصد استخراج ترکیبات فنولیک بودند، البته درصد استخراج با بهره گرفتن از این دو روش تفاوت معنی داری با روش استفاده از حلال متانول و امواج اولتراسونیک نداشت.
بامداد (۱۳۸۲) میزان ترکیبات فلاونوئیدی در زیره سیاه و میخک را به ترتیب ۶۰/۲ و ۵ میلی گرم در گرم وزن خشک گزارش کرد. احمدی و همکاران (۲۰۰۷) گزارش دادند که میزان کل ترکیبات فلاونوئیدی در کرفس کوهی ۵۹۵/۰ میلی گرم در وزن خشک است و نسبت کل فلاونوئیدها به کل ترکیبات فنولیک محاسبه شده ۵۸% بود.
عربشاهی و اروج[۵۷](۲۰۰۷)، از سه حلال متانول، آب و استون برای بررسی خصوصیات آنتی اکسیدانی برگ های شاه توت استفاده کردند که حلال متانول بیشترین میزان ترکیبات فنولی(۳۲/۹ گرم اسید گالیک در ۱۰۰ گرم عصاره خشک) را استخراج کرد.
سینگ[۵۸] و همکاران (۲۰۰۲)، ۳ حلال مختلف(آب، متانول و اتیل استات) را برای استخراج ترکیبات فنولیک از پوست و دانه انار استفاده نمودند که در این تحقیق متانول بیشترین بازده را نشان داد.
اوزتورک[۵۹] و همکاران (۲۰۰۷)، از دو حلال متانول و کلروفرم برای بررسی فعالیت آنتی اکسیدانی ریشه و ساقه Rheum ribes استفاده کردند. عصاره کلروفرمی ریشه میزان ترکیبات فلاونوئیدی بیشتری را در مقایسه با عصاره متانولی(۵۹/۱۴۵ در برابر ۲۳/۱۶ میکروگرم معادل کوئرستین به میلی گرم عصاره) استخراج کرد. میزان ترکیبات فنولی نیز به ترتیب ۶۶/۴۸ و ۹۱/۲۵ میکروگرم پیروکاتکول به میلی گرم عصاره گزارش شد. میزان این ترکیبات در هر دو عصاره برای ساقه اختلاف کمی داشت. همچنین عصاره کلروفرمی ریشه فعالیت بهتری از استاندارد کوئرستین در سیستم بتاکاروتن- اسید لینولئیک برای جلوگیری از پراکسیداسیون لیپید نشان داد.
در بررسی فعالیت آنتی اکسیدانی و استخراج ترکیبات فنولی از کاه گندم از حلال هایی همچون اتانول، اتانول ۷۰% آبی، متانول ۷۰% آبی و استون ۵۰% آبی استفاده شده است که حلال استون ۵۰% آبی بیشترین مقدار ترکیبات فنولیک را از کاه گندم استخراج کرد (زو و یو[۶۰]، ۲۰۰۴). همچنین استخراج ترکیبات فنولی از قارچ خوراکی با بهره گرفتن از ۴ نوع حلال (آب، متانول، اتیل استات و پترولیوم اتر) صورت گرفت که عصاره آبی دارای بیشترین مقدار ترکیبات فنولیک بود (چونگ و همکاران، ۲۰۰۳). روش سوکسله، روش معمول برای استخراج این ترکیبات می­باشد که راندمان آن به نوع حلال نیز بستگی دارد ولی عمدتاً از آب، متانول، اتیل استات و دی اتیل اتر برای استخراج پلی فنل ها استفاده گردیده است. برای استخراج با سوکسله مزایایی همچون تماس کامل نمونه و حلال در طول مرحله استخراج، عدم نیاز به روش فیلتراسیون و استفاده ساده و مناسب باید مد نظر باشد. اجزای جانبی همچون یک پمپ خلا، یک واحد جداسازی غشایی، یک منبع اولتراسوند یا مایکروویو و سیال فوق بحرانی می تواند با روش سوکسله به منظور بهبود اجرای آن ترکیب شود (وانگ و ولر، ۲۰۰۶).
واتم و همکاران (۲۰۰۳) گزارش کردند که اغلب ترکیبات پلی فنلی موجود در سیب به صورت باند شده با کربوهیدرات­هایی مانند گلیکوزیدها هستند و این موضوع باعث کاهش کارایی آنها بعنوان آنتی اکسیدان می گردد.برخی از قارچ­ها در طی تخمیر پسماندهای لیگنوسلولزی آنزیم­ های متابولیسمی تولید می­ کنند و در نتیجه فعالیت این آنزیمها ترکیبات فنلی آزاد می­گردند.
آجیلا و همکاران (۲۰۱۱) برای بهبود میزان استخراج آنتی اکسیدان­های تفاله سیب از تخمیر توسط قارچ فانروچیت کریزوسپوریوم بهره گرفتند. نتایج حاصل نشان داد تفاله­های تخمیر شده دارای مقادیر بالاتر ترکیبات فنلی بوده و اثرات آنتی اکسیدانی قویتری نسبت به تفاله­های تخمیر نشده نشان دادند.
از تخمیرهای میکروبی محصولات متنوعی بدست می آید. وانگ و همکاران (۲۰۰۷) گزارش کردند که دوچی نوعی محصول چینی تخمیر شده توسط آسپرژیلوس اریزه منبعی خوبی از آنتی اکسیدان­های طبیعی است.
لین و همکاران (۲۰۰۶) گزارش کردند که غلظت بالایی از ترکیبات فنلی از سویای تخمیر شده توسط آسپرژیلوس اریزه نسبت به نمونه تخمیر نشده بدست آمد.
دالجیت سینگ و همکاران (۲۰۱۱) شرایط بهینه فعالیت آنتی اکسیدانی آسپرژیلوس فومیگاتوس را ۵% ساکارز، ۰۵/۰ % نیترات سدیم و دمای انکوباسیون ۳۵ درجه سانتی ­گراد معرفی کردند.
کاربرد اولتراسونیک به عنوان یک تکنیک آزمایشگاهی برای استخراج مواد گیاهی به طور وسیعی بررسی شده است. چندین مقاله مروری قبلا درباره استخراج متابولیت های موجود در ریشه گیاهان، فلاونوئیدها از غذاها با بهره گرفتن از طیفی از حلال ها و مواد فعال زیستی از گیاهان منتشر شده است. دامنه کاربرد های استخراج منتشر شده شامل مواد گیاهی، روغن، پروتئین و ترکیبات فعال زیستی از مواد گیاهی هستند(ویناترو۲، ۲۰۰۱).
با بهره گرفتن از اولتراسوند می توان تغییراتی را در شرایط فرایند همچون کاهش دما و فشار در مقایسه با روش معمولی استخراج ایجاد کرد. رومهان و گوردون[۶۱] (۲۰۰۲) بیان کردند برای استخراج پایرترین[۶۲] از گل های Pyrethrum با حلال هگزان بدون اولتراسوند، بازده استخراج با دمای استخراج افزایش یافت و حداکثر بازده در c˚۶۶ به دست آمد. در حالی که با اولتراسوند، چنانچه استخراج بهینه در محدوده دمایی c˚۴۰ تا۶۶ اتفاق بیافتد، تاثیر دما در این محدوده روی بازده استخراج قابل اغماض است. بنابراین استفاده از روش استخراج با اولتراسوند برای ترکیبات حساس به حرارت مناسب می­باشد زیرا ممکن است در شرایط عملیاتی سوکسله به دلیل دمای استخراج بالا، تغییر کرده باشند. با این حال باید توجه نمود زمانی که اولتراسوند حرارت تولید می کند، باید به دقت دمای استخراج را کنترل کرد. زمان سونیکاسیون نیز باید به دقت مورد توجه باشد زیرا سونیکاسیون زیادی می تواند به کیفیت عصاره ها آسیب بزند (رومهان و گوردون، ۲۰۰۲).
روش اولتراسوند برای استخراج مواد موثره ای همچون اسانس ها، روغن ها و پلی فنل ها از گیاهان استفاده شده است (ویلخا[۶۳] و همکاران، ۲۰۰۸). اولتراسوند می تواند بازده استخراج را افزایش دهد. شارما و گاپتا[۶۴] (۲۰۰۴) گزارش کردند که اولتراسونیکاسیون یک پیش تیمار حیاتی بوده و باعث افزایش راندمان استخراج روغن ها از بادام، زردآلو و سبوس برنج گردیده است. برای استخراج ساپونین از جینسنگ[۶۵] به کمک اولتراسوند، بازده کل و بازده ساپونین استخراجی به ترتیب ۱۵ و ۳۰% افزایش یافت. اولتراسوند همچنین می تواند سرعت های استخراج را افزایش و کیفیت عصاره ها را بهبود دهد(هیو[۶۶] و همکاران، ۱۹۹۴). سرعت های استخراج کاروون[۶۷] و لیمونن[۶۸] با روش استخراج به کمک اولتراسوند با بهره گرفتن از هگزان بسته به دمای به کار رفته، ۳/۱ تا ۲ برابر سریعتر از روش های استخراج معمولی بود. بنابراین بازده و کیفیت کاروون بدست آمده بهتر از روش معمولی بود. استفاده از اولتراسوند، زمان استخراج را به حداقل نصف زمان مورد نیاز با روش های استخراج معمولی بدون هر گونه تغییر در ترکیب روغن­های استخراجی کاهش داد(چمات و همکاران، ۲۰۰۴).
وو[۶۹] و همکاران(۲۰۰۱) دریافتند که استخراج ساپونین های جینسینگ با اولتراسوند تقریبا سه برابر سریعتر از روش استخراج سوکسله انجام گرفت. استخراج به کمک اولتراسوند همچنین به عنوان یک روش مناسب برای استخراج ترکیبات فعال زیستی از گیاه Solvia officinalis و گل های Hibiscus tiliaceus ، آنتی اکسیدان­ها از گیاه رزماری و استروئیدها و تری ترپن ها از Chresta spp بود (وانگ و ولر، ۲۰۰۶).
افزایش بازده استخراج با روش اولتراسوند در مقایسه با روش های کلاسیک در آب و اتانول برای رازیانه، رازک ها، گل جعفری و نعناع به ترتیب ۳۴% ، ۱۲% ، ۳% و ۷% بود (ویناترو، ۲۰۰۱). وجود تغییرات در درصد بازده استخراج عمدتاً به دلیل ساختار ویژه محصول است.
آلبو[۷۰] و همکاران (۲۰۰۴) تاثیر حلال های مختلف و اولتراسوند را بر استخراج اسید کارنوسیک[۷۱] از رزماری بررسی کردند. استفاده از روش استخراج همزنی معمولی با اتانول به طور معنی داری در مقایسه با اتیل استات و بوتانون تاثیر کمتری داشت. کاربرد اولتراسوند، عملکرد نسبی اتانول را در مقایسه با دو حلال دیگر بهبود داد. بنابراین عمل اولتراسونیکاسیون ممکن است وابستگی به یک حلال را کاهش داده و قابلیت استفاده از حلال­های جایگزین را که از نظر اقتصادی، محیطی، سلامتی و ایمنی مناسب اند، فراهم سازد. آنتراکینون­های حاصل از ریشه Morinda citrifolia ترکیبات فعالی هستند که تاثیرات درمانی از خود نشان داده و در کاربرد های دارویی ضد سرطانی استفاده می شوند. همویمول[۷۲] و همکاران (۲۰۰۶) استفاده از روش استخراج با اولتراسوند را برای بهبود ضریب استخراج آنتراکینون ها از ریشه M.citrifolia با حلال تحقیق کردند. استخراج با اولتراسوند در یک سیستم آب- اتانول ، ۷۵% کاهش را در زمان و بازده استخراج در مقایسه با نمونه های غیرسونیک شده ایجاد کرد.
راستاقنو[۷۳] و همکاران (۲۰۰۳) استخراج ایزوفلاوون­ها را از سویا با اولتراسوند ارزیابی کردند که ضریب استخراج تا ۱۵% بهبود یافته بود اما راندمان استخراج به حلال آلی مورد استفاده وابسته بود. مخصوصا، ۴۰- ۶۰ % آب برای بهبود ضریب استخراج لازم بود که به دلیل قطبیت نسبی ایزوفلاوون­ها بود.
روسانگلا و همکاران[۷۴](۲۰۰۷)، ترکیب شیمیایی عصاره­های چای مت[۷۵] (برگ های Ilex paraguariensis) را تحقیق کردند. تاثیر تیمار اولتراسونیک منجر به بهبود بازده میزان کافئین و اسید پالمیتیک در حلال متانول شد.

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...