بررسی آزمایشگاهی، مدل‏سازی و بهینه ‏سازی شرایط عملیاتی فرایند استخراج فوق بحرانی egcg از چای سبز

اخیراً دانشمندان با تحقیقات گسترده بر روی خواص درمانی چای سبز، تأثیر این ماده را در درمان و پیشگیری از بیماری‏های مختلف مانند سرطان سینه، روده، کولون، اثنی عشر، رکتوم و پانکراس ، فشار خون، دیابت وغیره به اثبات رسانده‏اند. چای از ترکیبات بی‏شماری تشکیل یافته است ولی عمده خواص آنتی اکسیدانی آن به کاتچین های موجود در آن به خصوص اپی گالوکاتچین گالات نسبت داده می شود. بنابراین لزوم استخراج اپی گالوکاتچین گالات و تولید عصاره آنتی اکسیدانی ازآن مشخص می شود. در این تحقیق استخراج عصاره از چای سبز به دو روش استخراج سوکسله با حلال آلی (اتانول) و استخراج به وسیله دی‏اکسید کربن فوق بحرانی اصلاح شده با مقادیر ثابتی از اصلاحگر اتانول (1 میلی‏لیتر)، زمان استاتیک (25 دقیقه) و میانگین سایز ذرات (674/0 میلی‏متر) مورد بررسی قرار گرفت. استخراج با سیال دی‏اکسید‏کربن فوق بحرانی اصلاح شده بر مبنای طراحی آزمایشات آماری به روش طراحی رویه پاسخ با استفاده از نرم افزارminitab 15 انجام شد. چهار متغیر موثر بر این فرایند دما (?c60-40 )، فشار (mpa 30-10) ، شدت جریان سیال دی اکسید کربن فوق بحرانی (ml/min 7/1-5/0) و زمان استخراج دینامیک (120-40 دقیقه) می باشند که طراحی آزمایش ها بر اساس آن ها انجام گرفته است. آنالیز رویه ی پاسخ نشان داد که داده های آزمایشگاهی به خوبی به وسیله ی یک مدل چند جمله ای مرتبه دوم برازش می شوند. علاوه بر این مشخص شد که ترم های خطی و مربع دما، فشار، دبی جریان و زمان دینامیک هم چنین ترم های متقابل فشار- دما و دما-زمان دینامیک از اهمیت بسیار زیادی در مدل پیشنهادی بر اساس متغیرهای کدگذاری شده برخوردارند. ضریب تشخیص(r2) در مدل برابر با 40/98 درصد و ضریب تشخیص اصلاح شده r^2 (adj) برابر 99/96 درصد می باشد و مقادیر بهینه ی استخراج در محدوده ی آزمایش با این روش، دمای7/43 درجه سانتی گراد، فشارmpa 29/19، نرخ جریان 5/1 میلی لیتر بر دقیقه و زمان دینامیک 106 دقیقه با میزان بازیابی 462/0 بدست آمد. همچنین در این تحقیق مدل سازی ریاضی فرآیند نیز انجام گرفت. پارامترهای مدل شامل ضریب نفوذ موثر، ضریب انتقال جرم فیلمی، ضریب پراکندگی محوری و ضریب توزیع می باشند. سه پارامتر اول از طریق روابط تجربی محاسبه گردیده وضریب توزیع نیز با محاسبه حلالیت با روابط ترمودینامیکی و دانسیته چای سبز با آزمایش بدست آمد. نتایج نشان داد که مدل ریاضی به خوبی قادر به پیشگویی داده های آزمایشگاهی است و r2 بسیار نزدیک به یک و برابر با (98/0) بدست آمد که نشان از محدوده خطای بسیار کم آن می باشد. در ادامه پارامترهای عملیاتی آن برای نیل به استخراج بیشتر به کمک الگوریتم ژنتیک نیز بهینه شدند که مقادیر بهینه پارامترهای عملیاتی برای دستیابی به بیشترین میزان بازیابی 446/0 ، فشار 79/19 مگاپاسکال، دمای 2/41 درجه سانتیگراد، دبی 7/1 میلی‏لیتر بر دقیقه و زمان دینامیک 3/116 دقیقه بدست آمد و تطابق خوبی بین دو روش بهینه سازی (ژنتیک و روش رویه پاسخ) مشاهده گردید. در انتها نیز فرایند به کمک شبکه عصبی mlpبا سه لایه مخفی به ترتیب دارای 16، 10 و 8 نورون مدل سازی شده و نتایج نشان داد که شبکه به خوبی آموزش داده شده و تطابق مناسبی بین میزان بازیابی بدست آمده از شبکه آموزش داده شده و مقادیر بدست آمده از آزمایشات وجود دارد.