استخراج گلابریدین از ریشه ی گیاه شیرین بیان با استفاده از دی اکسید کربن فوق بحرانی اصلاح شده با اتانول: مدلسازی ریاضی و بهینه سازی شرایط عملیاتی با روش سطح پاسخ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 Iranian Research Organization for Science and Technology (IROST), Department of Chemical Technologies, Tehran, Iran

2 Department of Chemical Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran

چکیده

در این پژوهش، استخراج سیال فوق‌بحرانی گلابریدین از ریشه‌های شیرین‌بیان با استفاده از دی‌اکسید کربن به‌عنوان حلال و اتانول به‌عنوان کمک‌حلال انجام شد. روش سطح پاسخ برای طراحی آزمایش‌ها، مدل‌سازی و بهینه‌سازی بازده استخراج گلابریدین به‌کار گرفته شد. دما (۴۰ تا ۸۰ درجهٔ سلسیوس)، فشار (۸ تا ۲۴ مگاپاسکال)، دبی جریان دی‌اکسید کربن (۰٫۵ تا ۲٫۵ میلی‌لیتر بر دقیقه) و زمان استخراج پویا (۲۰ تا ۱۰۰ دقیقه) به‌عنوان متغیرهای عملیاتی مستقل در نظر گرفته شدند. در تمامی آزمایش‌ها، زمان استخراج ایستا و دبی کمک‌حلال به‌ترتیب برابر با ۳۰ دقیقه و ۵ درصد حجمی از دبی جریان دی‌اکسید کربن ثابت نگه داشته شد. مقدار گلابریدین موجود در نمونه‌های استخراج‌شده با استفاده از روش کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا تعیین گردید. بیشینه ی بازده استخراج برابر با ۶۰ درصد در شرایط بهینه شامل دمای ۴۰ درجهٔ سلسیوس، فشار ۲۴ مگاپاسکال، دبی جریان دی‌اکسید کربن برابر با ۱٫۸ میلی‌لیتر بر دقیقه و زمان استخراج ۷۶ دقیقه به‌دست آمد. ایزوترم‌های بازده استخراج گلابریدین نیز به‌عنوان تابعی از زمان در فشار ۲۴ مگاپاسکال و دبی جریان دی‌اکسید کربن برابر با ۱٫۸ میلی‌لیتر بر دقیقه تعیین شدند. افزون بر این، یک مدل مکانیزمی انتقال جرم شامل تعادل جامد-سیال، انتقال جرم بین‌فازی، پخش محوری و نفوذ درون‌ذره‌ای توسعه داده شد تا سینتیک استخراج را توصیف کند. مدل توسعه‌یافته توانست داده‌های تجربی را با انحراف نسبی مطلق میانگین کلی در حدود ۴٫۲ درصد با موفقیت پیش‌بینی کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Extraction of Glabridin from Glycyrrhiza glabra L. root using ethanol modified supercritical CO2: RSM optimization and mathematical modeling

نویسندگان [English]

  • Ali Hedayati 1
  • Seyyed Mohammad Ghoreishi 2
1 Iranian Research Organization for Science and Technology (IROST), Department of Chemical Technologies, Tehran, Iran
2 Department of Chemical Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده [English]

In this study, supercritical fluid extraction (SFE) of glabridin (GB) from licorice (Glycyrrhiza glabra L.) roots was carried out using CO2 as the solvent and ethanol as a co-solvent. Response surface methodology (RSM) was employed for the design of experiments (DOEs), modeling and optimization of GB extraction recovery. Temperature (40-80 °C), pressure (8-24 MPa), CO2 flow rate (0.5-2.5 ml/min) and dynamic extraction time (20-100 min) were considered as independent operating variables. At all experiments the static extraction time and co-solvent flow rate were kept constant at 30 min and 5 vol. % of the CO2 flow rate, respectively. The GB content in the extracted samples was quantified using high-performance liquid chromatography (HPLC). The maximum extraction recovery of 60±2% was obtained at the optimal conditions of 40 °C, 24 MPa, 1.8 ml CO2/min and 76 min. The isotherms of GB recovery were also obtained as a function of time at 24 MPa and a CO₂ flow rate of 1.8 mL min⁻¹. Moreover, a mechanistic mass-transfer model incorporating solid-fluid equilibrium, interphase mass transfer, axial dispersion and intraparticle diffusion was developed to describe the extraction kinetics. The developed model successfully predicted the experimental data with an overall average absolute relative deviation (AARD) of approximately 4.2%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Supercritical CO2
  • Extraction
  • Glabridin
  • Glycyrrhiza glabra (licorice)
  • Mathematical Modeling

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 18 بهمن 1404
  • تاریخ دریافت: 08 دی 1404
  • تاریخ بازنگری: 12 بهمن 1404
  • تاریخ پذیرش: 18 بهمن 1404
  • تاریخ اولین انتشار: 18 بهمن 1404
  • تاریخ انتشار: 18 بهمن 1404