استخراج آب زير بحراني آنتوسيانين ها از مواد اولية ميوه اي هسته اي (مثل توت)
خلاصه

استخراج رنگدانه ها بر مبناي آنتوسيانين از ميوه هاي هسته اي و انگور معمولاً با استفاده از محلول هاي اتانول يا اتانول بر مبناي آبي و اكثراً با استفاده از اتيل استات، استون يا كلريد ميتلن صورت مي گيرد. هر چند اتانول به عنوان يك حلال GRAS (به طور كلي شناخته شده) طبقه بندي مي شود. استفاده از آن بايد تحت وضعيت قانوني باشد.

آب زير بحراني در تواكم متوسط بالاتر از نقطة جوش آب معمولي يك محيط جايگزين براي اتانول ثابت دي الكتريك وابسته به دماي آن و تراكم انرژي چسبندگي آن، مي باشد. در اين تحقيق آب زير بحراني تحت فشار و در دماي بين حفظ شده، براي جدا كردن رنگدانه هاي بر مبناي آنتوسيانين از ميوه هاي هسته اي (خشك و مرطوب) مثل تمشك، زغال اخته، bilberry ،elderbery و ساقه، پوست و هستة آنها به كار رفته است.

آزمايش هاي نمايش و استخراج با استفاده از سيستم استخراج خانگي و جريان دار انجام گرفتند كه در آن محلول آب اسيدي شده با سرعت بالا و به كمك پمپ فشارافزا در اتاقك واحد سرعت وارد شدند. آزمايش هاي اضافي نمايش به وسيلة دستگاه ASE (استخراج حلال تسريع شده) ديونكس مدل ۳۰۰ صورت گرفتند كه در ان مقدار انحراف برداي راه اندازي نرمال ASE از طريق كنترل كنندة زير پردازشگر براي سهولت بخشيدن به استخراج در شرايط بالا تغيير يافت. نمونه هاي ميوه هاي بدون هسته انواع هسته دار آن در محفظة استخراج قرار گرفتند و تا دماي گرم گرديد.

آب خالص ديونيزه و خالص شدة Milli-Q- و آب اسيدي شده با سرعت با فشار ثابت وارد شدند. به طور مشابه استخراج سريع در سيستم ASE با استفاده از آب خالص، تركيب آب – اتانول و آب اسدي شده هدايت شد. استخراج به شكل بعدي طيف نوربيني و از طريق تجزية HPLC نمايش داده شد. بازده استخراج H2O – زير بحراني با نتايج بدست آمده از عصارة اتانولي %۷۰ مقايسه شد.

نتايج آزمايش هاي استخراج كنندة جريان نشان مي دهد كه حجم آب زير بحراني مورد نياز براي انجام استخراج همسان آنتوسيانين نسبت به اتاوول كمتر است و به همين ترتيب فقط %۹۰ از آنتولسيانين موجود استخراج شده است. كاهش استفاده از حلال بين ۲ تا ۴ برابر بوده كه باعث ايجاد عصارة غليظ تر و استخراج سريعتر شده است. اين نتايج تا حدودي به دليل سرعت بالاي فوق سيال در بستر استخراج كنندة اينگونه هستند.

نتايج ASE نشان مي دهند كه عصاره ايي با قدرت رنگي بالاتر زماني بدست مي آيد كه آب اسيدي شده مورد استفاده قرار مي گيرد و زمانيكه فرآيند استخراج در بهينه سازي شده و تخريب رنگدانه كاهش يافته است.

تفسير چند جانبة نتايج بالا با توجه به عوامل ترموديناميك و انتقال جرم پشتيباني مي شود كه بر استخراج بر مبناي آب زير بحراني اثر مي گذارد. محاسبات با استفاده از روش تجربي كليفرود براي برآورد كسر مولي مادة حل شونده (آنتوسيانين) در آب زير بحراني، افزايش انحلال پذيري آنتوسيانين را تاييد كرده و روند ثابت دي الكتريك حلال و پارامتر پذيري نيز اين مساله را تاييد مي كنند. ثابت دي الكتريك براي آب زير بحراني در دماي بالاي كمتر از ۵۰ است كه به مقادير مربوط به حلال هاي قطبي آلي در دماي محيط نزديك است.

همچنين از بين رفتن ساختمان مرتبة سوم در آب در دماي بالاتر و پارامتر انحلال پذيري پايين آن از روند كاهش ثابت دي الكتريك پيروي و پشتيباني مي كند. قابليت نفوذ مادة حل شونده كمتر از برآورده شده و محاسبة سرعت استخراج را ممكن مي سازد.

به طور خلاصه يا بهتر از موارد به دست آمده از طريق استخراج بر مبناي اتانول در خصوص تركيب، ارزش تغذيه اي و فعاليت آنتي اكسيدان هستند. علاوه بر اين استفاده از آب در بالاتر از نقطة جوش آن استريل كردن در جاي عصاره را سهولت مي بخشد شبيه روش تصفيه فرعي گرمايي. مقالاتني كه فرآيند بالا را تحت پوشش قرار مي دهند اخيراً جمع آور شده اند.

مقدمه:
غذاهاي طبيعي و مكمل هاي رژيمي بيش از ۹/۱۳ ميليارد دلار از ۴۸۰ ميليارد دلار فروش غذا در سال ۱۹۹۸ در آمريكا را به خود اختصاص داده اند. اين مقدار نسبت به سال گذشته %۲۳ افزايش داشته است. تخمين زده شده كه ۱ ميليون از مكمل هاي رژيمي استفاده مي كنند و بر اين عقيده اند كه اين مكمل ها سلامت عمومي آنها را بهبود مي بخشيده و از بيماريها جلوگيري مي كنند.

از بسياري از مكمل هاي به دليل قانون آموزش و سلامت مكمل هاي رژيمي در سال ۱۹۹۴، با قوانين اندك يا ارزيابي علمي اندكي در بازار موجود هستند. در بسياري از مكمل هاي هايي كه منبع گياهي دارند حاوي تركيبات گيا شيميايي هستند كه كمي سازي و حتي شناسايي نشده اند. بخش هاي ديگر صنايع مكمل هاي رژيمي نيز تركيبات پلي فنولي را از ميوه ها و سبزيجات جدا مي كنند.

عصاره هاي پلي فنولي تمشك، زغال اخته، boiiberry , elderberry انگور و سويا از بازار تهيه مي كنند. قيمت عصاره اي پلي فنولي بسته به غلظت مولفه هاي فعال بسيار متفاوت بوده و گاهي به صدها دلار در هر كيلوگرم مي رسد. محصول Novasy (ايزوفلاوون) كه از شستشوي اتانولي دانه سويا بدست آمده و Grape Max (پروسيانيونن، كاتچين و آنتوسيانيدين) كه با استفاده از اتانول و استات جدا و تغليظ شده است،

دو محصول موجود در بازار هستند كه تركيب آنها ناشناخته شده است. به عنوان مثالي از پيچيدگي اين عصاره هاي جدول ۱ تركيب پلي فنولي برخي عصاره هاي ميوه هاي هسته اي را نشان مي دهد كه در بازار موجود هستند.

جداسازي تركيبات پلي فنولي مي تواند گران تمام شود. مقدار زيادي مادة خام، كه مقدار كمي مادة فعال دارد براي جدا كردن مقدار كمي ماده مورد نياز است. محتواي آنتوسيانين (ANC) زغال اخته بين mg/g3/6-1/3 (وزن خشك) گزارش شده است. سطح اسيد لاجيك در گونه هاي مختلف توت فرنگي بين mg/g64/4-83/0 (وزن خشك) است.

مولفه هاي ديگر مثل پروسيانين و فلاوانول ها نيز بسته به شرايط رشد و محل كشف سطح پاييني دارند. بيشتر ميوة برداشت شده در فرآيند پردازش محصولات آب ميوه (به طور كلي و جزيي) وارد مي شوند بنابراين در دسترس ترين منبع اين تركيبات از تفاله ميوه ها (مثل پوست، ساقه، ؟؟؟) پس از فرآيند عصاره گيري است كه درصد بالايي از جرم آن فرآوري شده است.

با در دسترس بودن عصاره گيري است كه درصد بالايي از جرم آن فرآوري شده است.
با در دسترس بودن اين محصولات فرعي غني از مواد مغزي (تفاله ها) ابزار موثري براي جداكردن حداقل بخشي از اين تركيبات بدست آمده است. با قيمت kg/200-50 دلار عصارة ميوه ها و يا بيشتر، ارزش بالقوة تجاري آنها ميليونها دلار است. استخراج آب زير بحراني (SWE) ابزاري بالقوه ارزان كارآمد و دوست خريدار براي جدا كردن اين مواد پلي فنولي ارزشمند فراهم مي كند.

پلي فنوليك ها و به طور خاص تر ANCS اغلب توسط حلال هاي اتانولي يا اتانولي آبي جدا مي شوند. و اين كار بايد به دليل حساسيت بسيار، بالاتر از نقطة جوش نرمال آن تحت فشار بستگي دارد، در حاليكه ثابت دي الكتريك آب و قدرت انحلال سيال را تغيير مي دهد. استفاده از SWE براي استخراج محصولات طبيعي براي kava-kava، تمشك و Saworg انعناع مستندسازي شده است همچنين براي Wost ؟؟

جان و اخيراً به خوبي توسط كليفورد و هالوژن خلاصه شده است. همانطور كه توسط كينگ اعلام شده بود، SWE با استفاده از براي فرآوري «سبز» مولفه هاي سازندة مغزي SEE را تكميل مي كند. در اين تحقيق ما قابليت كاربرد SWE را براي جدا كردن پلي فنوليك ها از ميوه هاي بسته اي و محصولات مرغي باقيمانده آنها، گسترش مي دهيم.

مواد و روش ها
دستگاه تجربي استفاده شده براي هدايت SWES در شكل يك نشان داده شده است. اين دستگاه حاوي پمپاژ سرعتي جداسازي كاربري بر روي ورود آب به مخزن استخراج (اتاقك) است كه در يك فر تنظيم گرمايي شده قرار گرفته است. محفظة استخراح يك SS316، “Od1، “id16/9 با حجم تقريبي ml55 بوده است. همانطور كه در شكل هم نشان داده شده،

آب از طريق يك فنر تعاديل در فر پمپاژ مي شود تا در دماي بالاتر از نقطة جوش خود تحت فشار به حد زير بحراني برسد و سپس قبل از خارج شدن از فر از طريق محفظة استخراج به مخزن حمام خنك كننده وارد شود. فشار برگشتي به كمك دريچة ويزمتري در سيستم حفظ شده است كه تنظيم سرعت جريان آب را ممكن مي سازد

. عصاره هاي آبي پس از خارج شدن از دريچة ريزمتري جمع آوري شده اند. اولين ترموكوپل در شكل ۱ به كنترل كنندة دما متصل شده كه دماي فر را تنظيم مي كرد. در حاليكه ترموكوبل هاي ديگر به يك دستگاه سنجش ديجيتالي متصل بودند تا خواصش دقيق دمامي آب قبل و پس از محفظة استخراج بدست آيد.

نمونه هاي ميوه هاي بسته اي مختلف و محصولات فرعي (تفاله) آنها در محفظه استخراج قرار گرفته و فر تا دماي بين با سرعت ml/min24 و فشار ثابت Mpa40 وارد شدند. اين فشار بيشتر از حد مورد نياز بود تا از تشكيل كار در محفظة استخراج جلوگيري كند. نمونه هاي اضافي در هر g80-60 از محلول آبي بدست آمده از استخراج كننده در فاصله زماني ۴۰ دقيقه اي بدست آمدند. اما تا زمانيكه محفظه به دما و فشار مطلوب استخراج رسيد برداشته شده به صورت بصري با اكي ولان تقريبي ppm20 از سيانين

۳ – گلوكوزيد (مدل خاص ANC) نمايش داده شد. نمونه هاي استخراج شده به روش HPLC توصيف شده توسط اسكرد و همكاران تجزيه و تحليل شدند. بازده استخراج SWE با نتايح به دست آمده از عصارة اتانولي %۷۰ مقايسه گرديد.

نمونة كنترل با اتانول %۷۰ در آب به مدت ۴۰ دقيقه و با استفادئه از صوتي سازي استخراج شده و با اتانول اضافي شسته شد تا هر گونه رنگ باقي مانده از مادة اوليه ميوة بسته اي جدا شود، به دليل حساسيت بالاي ANC ها به نور، گرما و اكسيژن تمامي نمونه ها پس از استخراج فوراً براي تزريق به HPLC همانطور كه گفته شد آماده شدند.

شكل ۲ سيستم ASE مدل ۳۰۰ را نشان مي دهد كه براي تضمين سريع اثر SWE بر روي تفالة elderbery، با استفاده از آب بدون گاز خالص، آب اسيدي شده و تركيب آب/ اتانول، مورد استفاده قرار گرفت.

دماي استخراج بين متغير بود. شرايط استخراج كلي يعني همان ۱۳ مورد استفاده شدند تا بهينه سازي SWE ممكن شود. هر چند ASE (استخراج حلال تسريع شده) از فشار برگشتي N2 براي جلوگيري از جوشيدن استخراج استفاده مي كند، اثر آن بسيار شبيه اثر استفاده از وسيلة تنظيم كنندة فشار برگشتي براي، استخراج كنندة مداوم خانگي است كه قبلاً در مورد آن توضيح داده شد.

استفاده از سيستم لسيتم ASE يك رويكرد تجربي «تركيبي» براي بررسي SWE پلي فنوليك ها از مواد اوليه بدست آمده از ميوه هاي بسته اي ايجاد مي كند. اين سيستم پس از تحليل آماري، انتخاب پروتوكل استخراج كه بيشترين غلظت/گرم ANC از عصاره را ممكن ساخته است براي آزمايش سيستم جريان مداوم SWE در مقياس بزرگتر.

نتايج و بحث
جدول ۲ نتايج و با استفاده از SWE در دستگاه استخراج خانگي براي elderberry خشك شده، نور رسانه هاي آن و تفالة تمشك سياه ارايه داده است. هر كدام از اين مواد اوليه تحت شرايط توصيف شده در بخش آزمايش با اتانول، آب زير بحراني، در زمان و شرايط كافي براي استخراج تقريباً %۹۰ از ANC هاي موجود همانطور كه در عصاره گيري اتانولي تعيين شده، استخراج شدند. بازده از نظر mgANclg- ماده اوليه در مادة خشك و مرطوب – براي هر نوع استخراج و مادة اوليه در جدول ۲ ارايه شده است

. بر اساس اشكال وزن خشك درصد ANC استخراج شده و نسبت به استخراج اتانولي محاسبه شده وارنستون پنجم جدول ۲ ارايه شده است. در اغلب موارد، بدون توجه به مادة اوليه، بازده %۹۰ بيشتر براي ANC ها با استفاده از SWE بدست آمد.

بازده ANC با SWE كمي بيشتر از %۱۰۰ براي عصارة elderberry خشك بود، اما علت آن ممكن است كسب بازده بهتر استخراج ANC با SWE باشد، يا به دليل خطاي آزمايش نتايج نسبتاً پايين تر براي SWE براي تفالة مرطوب تمشك به دست آمد. اما حتي در اين مورد بازده ۸۰ درصد ANC از طريق SWE به دست آمد.