بررسی تجربی و مدل‏سازی استخراج فوق بحرانی کروسین و سافرانال از زعفران و بهینه‏سازی شرایط عملیاتی با الگوریتم ژنتیک

استخراج با سیالات فوق بحرانی (sfe) تکنیک قدرتمند و جدیدی در فرایندهای جداسازی است و از لحاظ زیست محیطی از روش های کریستالیزاسیون، جذب سطحی، کروماتوگرافی و تبخیر بسیار مناسب تر می باشد. استخراج با دی اکسیدکربن فوق بحرانی (sc-co2) به دلیل دارا بودن مزیت هایی چون آتش گیر نبودن، غیر سمی بودن، خلوص بالا و قیمت پایین و عدم وجود باقیمانده ی حلال در دهه های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. کروسین و سافرانال دو نمونه از اجزای فعال زعفران بوده که برای درمان انواع بیماری ها به ویژه بیماری آلزایمر مفید هستند. بیماری آلزایمر معمولی ترین معلولیت در افراد سالخورده می باشد. این بیماری باعث تخریب سلول مغز ی، ایجاد مشکلات حافظه، یادگیری، تفکر، شناخت و رفتار می شود. بر اساس تاکید سازمان جهانی سلامت (who)، محققان معاصر تلاش می کنند از گیاهان دارویی برای درمان آلزایمر استفاده نمایتد. از این رو، کروسین و سافرانال این پتانسیل را دارند که به عنوان داروی طبیعی جدید معرفی گردند. در این مطالعه، کروسین بوسیله دی اکسید کربن فوق بحرانی به همراه متانول به عنوان جز همراه و سافرانال نیز تنها توسط سیال فوق بحرانی استخراج شد و در نهایت نتایج به دست آمده با روش سوکسله به عنوان استخراج 100% مقایسه گردید. نمونه های استخراجی به وسیله کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (hplc) آنالیز شد و پارامتر های استخراج به کمک روش رویه پاسخ بهینه سازی گشت. تاثیرات دما، فشار، نرخ جریان co2 و زمان استخراج بر روی بازیابی کروسین و سافرانال در بازه ی oc 55- 35 (oc 105-35 برای سافرانال)mpa 30- 10 و ml/min 5/1- 3/0 و min 150- 30 به ترتِب مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج بازیابی کروسین و سافرانال نشان داد که داده های آزمایشگاهی به خوبی به وسیله ی یک مدل چند جمله ای مرتبه دوم برازش می شوند. r2 و r2 اصلاح شده مدل برای کروسین 11/97 و 58/94 و برای سافرانال 52/97 و 35/95 به تریتب به دست آمد. پیش بینی شد که شرایط عملیاتی برای استخراج بهینه کروسین در محدوده آزمایش ها بایستی فشار استخراج mpa3/19 و دمایoc 9/43 و نرخ جریانml/min 1 و زمان دینامیک min 110 با بازیابی 67/32 % باشد. و بازیابی سافرانال نیز نشان داد که بیشترین بازیابی 76/91 %در شرایط عملیاتیmpa 4/92 وoc 3/21 وml/min 87/0 و min 122 (زمان استخراج دینامیک) به دست می آید. همچنین، در مطالعه حاضر، مدل سازی ریاضی برای استخراخ کروسین و سافرانال از زعفران با استفاده از دی اکسید کربن فوق بحرانی انجام شد. در مدل به کار رفته تاثیر پراکندگی محوری در فاز سیال، مقاومت انتقال جرم فیلمی و نفوذ حفره ای در داخل ذرات در نظر گرفته شده است. پارامترهای مدل شامل ضریب نفوذ موثر، ضریب انتقال جرم فیلمی، پراکندگی محوری و پارامتر حلالیت می باشند. سه پارامتر اول از طریق روابط تجربی محاسبه گردیده و رابطه ی هنری برای بیان حالت تعادلی بین فاز جامد و سیال داخل حفره ها استفاده شده است. برای محاسبه مقادیر بهینه ی ثابت هنری از الگوریتم ژنتیک استفاده شد به گونه ای که خطای میانگین مطلق (aad) میان نتایج مدل و داده های تجربی حداقل گردد. مقادیر خطای میانگین مطلق در این تحقیق در محدوده 23/2 تا 69/8 قرار داشت که بیانگر سازگاری و دقت مناسب مدل استفاده شده می باشد. در نهایت تطابق خوبی بین دو روش بهینه سازی مشاهده گردید ( الگوریتم ژنتیک و rsm).