چکیده:

ویتامین A از آنتی اکسیدانهایی است که از امراض زیادي مانند سرطان،بیماري قلبی، آلزایمر، بیماریهاي چشمی، تخریب سلولها و

DNA جلوگیري می کند. بتاکاروتن یکی از آنتی اکسیدانهایی است که در هویج به وفور وجود دارد، پیش ساز ویتامین A می باشد و در بدن تبدیل به این ویتامین می گردد. همچنین رنگ نارنجی هویج که بواسطه بتاکاروتن است از رنگهاي طبیعی بوده مصارف بسیاري دارد. براي استخراج بتاکاروتن از روشهاي جدید مثل کریستالیزاسیون بتاکاروتن در فرآیند گاز ضد حلال می توان استفاده کرد.

روشهاي جذبی مثل جذب شیمیائی بتاکاروتن روي بنتونیت اسید – فعال روش دیگري است که مورد بررسی قرار گرفت. روش تولید بتاکاروتن توسط کپک Blakesleatrispora در فرمانتورهاي مختلف بررسی شد. تولید نانو ذرات شامل بتاکاروتن از طریق جابجایی حلال نیز مطالعه شد. استخراج بتاکاروتن بوسیله سیال فوق بحرانی کربن دي اکسید همراه نیتروژن مونوکسید و همین روش با استفاده از روغن کانولا نیز بررسی و مقایسه گردید. در انتها نتیجه گیري شد که روش استخراج توسط سیال فوق بحرانی
Co2 با استفاده از روغن کانولا از نظر میزان بازدهی بیشتر روش مناسب تري می باشد.

کلمات کلید:بتاکاروتن، هویج، استخراج با سیال فوق بحرانی

مقدمه:

آنتی اکسیدانها، ویتامین ها، املاح معدنی و آنزیمهایی هستند که قادرند با اثرات مضر اما طبیعی فرآیند فیزیولوژیک اکسیداسیون در بافتها مقابله کرده سلولهاي بدن را در برابر رادیکالهاي آزاد محافظت کنند. آنها با افزودن برخی از اجزایشان به رادیکالهاي آزاد، این ترکیبات سمی را که از خوراکیهاي سرخ کردنی و مواد دیگر ایجاد می شوند، تثبیت و غیر فعال می کنند. رادیکالهاي آزاد اتمهاي فعال یا قطعات ملکولی شیمیائی باردار هستند که باعث فرآیند اکسیداسیون در بافتها می شوند، مثل آنیون سوپراکسید و رادیکال هیدروکسید و فلزاتی مثل آهن چنانچه آنتی اکسیدانها بمقدار کافی براي مقابله موجود نباشند، استرس اکسیداتیو روي می دهد، و بخش هاي سلولی آسیب می بینند. در اینجاست که بیماریهایی مثل سرطان، سکته مغزي، آلزایمر، آرتریت رومائوتید، آب مروارید چشم و تخریب سلولها ممکن است پیش آید. از انواع آنتی اکسیدانها می توان به ویتامین C، ویتامین E، بتاکاروتن (پیش نیاز ویتامین (Aسلنیوم، روي و مس اشاره نمود. همچنین برخی آنزیمها مانند سوپر اکسید وسموتاز ،کاتالاز و گلوتاسیون پراکسیداز نیز بعنوان خط دفاعی اولیه بدن در برابر رادیکالهاي آزاد عمل می کنند. کاروتنوئیدها در هویج، گوجه فرنگی، هندوانه، کلم و اسفناج و سولفیدها در پیاز، سیر و موسیر و فلاونوئیدها در انگور، ذغال اخته، توت فرنگی، گیلاس،گریپ فروت، تمشک و توت سیاه نیز از خاصیت آنتی اکسیدانی قابل توجهی برخوردارند ۲]و.[۱

بتاکاروتن از خانواده کارتنوئیدها با فرمول کلی C4OHx می باشد. بتاکاروتن %۶۰-۸۰، آلفا کاروتن %۱۰-۴۰ ولوتئین %۱-۵ از کارتنوئیدها در هویج را تشکیل می دهند.[۳]آنتی اکسیدان هاي هویج آلفا و بتا کاروتن ، کزانتوفیل ، لیکوپن و آنتوسیانین از بیماري هاي چشمی و قلبی و انواع سرطان ها پیشگیري میکند۵]و.[۴ مصرف میوه و سبزي سبب کاهش سرطان رحم میشود و پژوهش ها نشان داده در زنانی که بتا کاروتن زیاد مصرف میکنند حمله قلبی %۲۲ و سکته مغزي %۷۰ کاهش میابد.[۶] دکتر مریلین منکس دریافته که افراد با بتا کاروتن کمتر در خون ۴ بار بیشتر احتمال تومور هاي بدخیم در ریه دارند.[۷, ۸]

مواد و روشهاي استخراج بتاکاروتن:

-۱کریستالیزاسیون بتاکاروتن در فرآیند گاز ضد حلال – (GAS) بتاکاروتن بخوبی با استفاده از محلولهاي اتیل استات و دي کلرومتان و کربن دي اکسید بعنوان یک ضد حلال در یک دستگاه بسته (batch) با عنوان فرآیند GAS (گاز ضد حلال) تشکیل کریستال می دهد. تاثیر تغییرات شرایط فرآیند از جمله غلظت، دما، سرعت بهم زدن و نوع حلال برروي اندازه هاي کریستالها بررسی شده است .[۹]این فرآیند ایزومرهاي ترانس را با بازدهی بالایی جدا می کند. در این پژوهش حلالیت بتاکاروتن در دي اکسید کربن و اتیل استات با تغییرات دما و فشار بررسی شد و بین %۴۵ تا %۰٫۰۱ گرم بر لیتر بود.بهترین دما ۳۱۳ تا ۳۳۳ درجه کلوین و بازدهی حدود %۹۸ بدست آمد.براي آنالیز نمونه ها از HBLC استفاده شد[۱۰] (شکل -۲٫ (۱جذب شیمیائی بتاکاروتن برروي بنتونیت اسید – فعال(- (AAB در این روش از چهار محلول اسید سولفوریک با غلظت هاي متفاوت استفاده شد و تحلیل بر اساس جذب و دفع هم دما از نیتروژن بوسیله سطح ویژه فعال صورت گرفت. در اینجا عواملی که روي نتیجه اثر می گذارد عبارتند از حجم کلی حفرات، مساحت سطح ویژه و قطر متوسط حفرات. نتیجه نشان داده که جذب ابتدا افزایش سپس کاهش می یابد.

ماکزیمم مقدار استخراج شده در غلظت %۲۵ اسید سولفوریک بدست آمد. دما نیز بر فرایند جذب اثر مثبت داشت. نمونه یک
محلول روغنی از زایلن و روغن خوراکی بود.-۳[۱۱]تولید بتاکاروتن توسط کپک Blakesleatrisporaدر فرمانتور – استخراج بتاکاروتن از هویج براي اولین بار در ۱۸۳۱ توسط Wakenro انجام شد. علاوه بر کپک بساري از ریزسازه ها نظیر مخمرها از جمله

Rodotorula و جلبک ها مثل Dunaliellasalina نیز توانائی تولید بتاکاروتن را دارند.کپک B.trispora یک کپک کاملاٌ شناخته شده در زمینه تولید بتاکاروتن است. این کپک دو جنسی بوده داراي دو سویه مثبت و منفی است. مقدار تولید در کشت هاي جداگانه سویه هاي مثبت و منفی ناچیز است اما کشت هاي توام از مثبت و منفی مقادیر بالایی تولید می کنند. در سال ۱۹۶۳ Ciegler این کپک را در فرمانتورهاي همزن دار آزمایش کرد اما هیچگاه در فرمانتورهاي ایرلیفت که بدون همزن هستند مورد آزمایش قرار نگرفته بود تا امروز که بررسی ها در زمینه افزایش تولید توسط این کپک از طریق دستکاري ژنتیکی یا تغییرات محیط کشت در دنیاو ایران صورت گرفته و ادامه دارد -۴٫[۱۲]استخراج بوسیله سیال فوق بحرانی کربن دي اکسید همراه نیتروژن مونوکسید – در این روش از یک بستر خنثی ساختگی در یک تبخیر کننده گردان استفاده می شود و بتاکاروتن توسط هپتان حل می شود، سپس با خلاء کم و جریان نیتروژن جدا می گردد. نمونه هویج از مغازه تهیه شده بلافاصله خشک و در دماي -۱۸ درجه سانتیگراد فریز شده براي استخراج نگهداري می شود. درصد استخراج بصورت تابعی از دما، شدت جریان و سایز قطعات می باشد.

نتایج بر پایه مدل سازي ریاضی براي تحلیل رفتار متغیرهاي استخراج در یک بستر ملیه اي و صحت مدلهاي نفوذي و انتقال جرم بر اساس سایز قطعات بررسی می شود. با وجود آنکه مدل نفوذي و نتایج آزمایشگاهی تطابق خوبی نشان دادند، براي قطعات بزرگتر دو مرحله نفوذ در نظر گرفته شد. بعد از بررسی استخراج ها در دما و فشارهاي مختلف نتیجه گیري شد که دماي بهینه ۵۷ درجه سانتیگراد و فشار بهینه ۲۵۰ بار می باشد .[۱۳] مراحل این روش در شکل ۲ آمده است.

شکل -۱ شمایی از فرآیند تولید بتاکاروتن به طریق [۹GAS]

شکل –۲ شمایی از فرآیند استخراج توسط سیال فوق بحرانی کربن دي اکسید[۱۳]

-۶استخراج از طریق سیال فوق بحرانی CO2 با روغن کانولا -این روش معمولاٌ همراه با برخی افزودنیهاست که باعث افزایش بازده می شود مثل روغن کانولا که به عنوان یک کمک حلال کاربرد بسیار خوبی دارد کمک حلالهاي قطبی مثل اتانول مناسب نیستند چون بتاکاروتن زنجیره هیدروکربنی اشباع نشده ایست با حلقه سیکلوهگزانی در هر دو انتها و ساختار نسبتاٌ غیر قطبی دارد. مشکل دیگر اتانول اینست که براي جدا کردن آن نیاز به گرما و انرژي است. هاوتورن اعلام داشت که بهترین ماده آنست که در حالت مایع حلالیت بهتري براي منظور ما دارد مثل روغن کانولا. بررسی این روش به دو بخش تقسیم می شود-۱مطالعه اثر پارامترهاي استخراج از جمله دما، فشار، غلظت روغن کانولا، شدت جریان حلال و سایز و رطوبت نمونه هویج -۲تعیین ترکیب کاروتن هاي استخراج شده )[۱۴]شکل .(۳