بررسی آزمایشگاهی و مدل سازی استخراج فوق بحرانی اجزا آنتی اکسیدان از گیاه آلوئه ورا و بهینه سازی شرایط عملیاتی با الگوریتم ژنتیک

چکیده استخراج با سیالات فوق بحرانی (sfe) تکنیک قدرتمند و جدیدی در فرآیند های جداسازی است و از لحاظ زیست محیطی از روش های کریستالیزاسیون، جذب سطحی، کروماتوگرافی و تبخیر بسیار مناسب تر است. در این تحقیق دو روش استخراج با حلال آلی و استخراج با دی اکسید کربن فوق بحرانی از گیاه آلوئه ورا انجام و با یکدیگر مقایسه گردید. در این آزمایش ها استخراج آنتی-اکسیدان های آلفا توکوفرول از ژل و بتا کاروتن از پوست برگ آلوئه ورا مد نظر قرار گرفت همچنین مدل سازی ریاضی استخراج فوق بحرانی و بهینه سازی شرایط عملیاتی آن از اهداف این تحقیق می باشد. به منظور بهینه سازی پارامتر های عملیاتی استخراج از جمله دما، فشار، شدت جریان co2 ، زمان دینامیک از الگوریتم ژنتیک و همچنین بهینه سازی حاصل از طراحی آزمایش به روش رویه پاسخ (rsm)استفاده شد. در آزمایش ها ژل و پوست برگ آلوئه باربادنسیس میلر سه ساله به کار برده شد. در استخراج سوکسله از پودر ژل خشک شده آلوئه ورا با استفاده از حلال آلی(%98 هگزان+ % 2 اتانول )، میزان 87/2 از آلفا-توکوفرول حاصل شد همچنین از استخراج سوکسله پودر پوست خشک شده آلوئه ورا با استفاده از حلال پترولیم اتر 86/33 از بتا کاروتن بدست آمد. به منظور طراحی آزمایش های مربوط به استخراج از ژل آلوئه ورا از نرم افزار minitab 15 و روش رویه پاسخ مرکب مرکزی (ccd) با در نظر گرفتن 4 فاکتور دما، فشار، شدت جریان co2 و زمان دینامیک استفاده شد.مدل های بازده عصاره استخراجی و درصد وزنی بازیابی آلفا توکوفرول، هریک به صورت رابطه درجه دومی از 4 فاکتور اشاره شده، حاصل شدند. طراحی آزمایش ها در محدوده شرایط عملیاتی: دما 40-60°c، فشار 200-320bar، شدت جریان 0/5-1/5 ml co2/min و زمان دینامیک 60-140 min، با در نظر گرفتن 5 سطح برای هر یک از فاکتور ها انجام شد همچنین از زمان استاتیک بهینه شده 15 min و اندازه ذره 0/6 mm استفاده گردید. نتایج نشان داد که شدت جریان co2 اثر مهمی بر بازده عصاره استخراجی و درصد بازیابی آلفا توکوفرول از ژل آلوئه ورا ندارد. شرایط عملیاتی بهینه برای حصول حداکثر میزان درصد بازیابی آلفا توکوفرول از ژل آلوئه ورا در دمای°c 60، فشار 320 bar ، شدت جریانmin / ml co25/0 و زمان دینامیک 140 min حاصل شد همچنین دمای°c 79/57، فشار 320 bar ، شدت جریان دی اکسید کربنmin / ml5/1 و زمان دینامیک 140 min، شرایط عملیاتی است که برای حصول بیشینه بازده وزنی عصاره استخراجی از ژل آلوئه ورا حاصل شد. مدل ریاضی هسته کوچک شونده برای استخراج آلفا توکوفرول از ژل و بتا کاروتن از پوست برگ آلوئه ورا به کار برده شد. نتایج حاصل از مقایسه مدل و داده-های تجربی حاکی از آن است که مدل با دقت خوبی رفتار سیستم را پیش بینی می کند. الگوریتم ژنتیک شرایط عملیاتی بهینه برای بیشینه بازده استخراج بتا کاروتن از پوست آلوئه ورا را در دمای 323/15 k ، فشار 29 mpa ، شدت جریانmin / ml co21 و زمان دینامیک 260min نشان داد همچنین شرایط عملیاتی بهینه به منظور استخراج آلفا توکوفرول از ژل آلوئه ورا همانند نتایج بهینه سازی حاصل از روش rsm است. تشخیص آلفا توکوفرول توسط کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا (hplc) و تشخیص بتا کاروتن از طریق اسپکتوفتومتر uv انجام شد. به طور کلی استخراج با دی اکسید کربن فوق بحرانی، به ویژه در صنایع داروسازی و غذایی، در مقایسه با روش های کلاسیک همانند استخراج با حلال های مایع سمی با مدت زمان عملیات زیاد مناسب تر است. واژگان کلیدی: استخراج با دی اکسید کربن فوق بحرانی، آلوئه ورا،آلفا توکوفرول، بتا کاروتن، رویه پاسخ، مدل سازی ریاضی، الگوریتم ژنتیک