روش های نوین استخراج ترکیبات گیاهی

.

اگرچه مقاله ای که در زیر مشاهده می فرمایید در رابطه با مواد غذایی نگاشته شده است ولی اصول کلی روش های استخراج معرفی شده در آن با مباحث مرتبط با استخراج مواد موثره گیاهان دارویی مشترک می باشد. لذا این مقاله در شبکه خبری آموزشی گیاهان دارویی منتشر شد.

.

در این گفتار روش های نوین استخراج ترکیبات مورد نیاز از مواد غذایی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. این روشها شامل استخراج با سیال فوق بحرانی، استخراج با مایع تحت فشار، استخراج با آب داغ تحت فشار، استخراج به کمک امواج مایکروویو، استخراج با حلال به کمک غشا، ریز استخراج با فاز جامد و استخراج با لوله جاذب متحرک می باشد. این تکنیکها با بسیاری از نیازهای امروزی مانند ملاحظات زیست محیطی، سرعت و قابلیت اتوماسیون مطابقت دارند. استفاده از این روشها موجب کاهش زمان استخراج، کاهش مقدار حلال مصرفی ، افزایش راندمان استخراج و بهبود کیفیت ترکیبات استخراج شده می گردد. اصول عملیاتی این روشها و شرایط انجام آنها مورد بحث و یررسی قرار گرفته است.

 مقدمه
در گذشته استخراج با حلال متداولترین روش استخراج بود . از معایب این روش، طولانی بودن زمان استخراج و مصرف مقادیر زیادی حلال است که مستلزم مراحل اضافی و صرف هزینه و وقت برای بازیافت حلال و تغلیظ عصاره می باشد که باعث آسیب به محیط زیست می گردد. همچنین باید از حرارت استفاده گردد که منجر به تجزیه گرمایی برخی ترکیبات می گردد ]۱[. روشهای نوین استخراج باید غیر سمی، سریع ، مکانیزه و قابل اتوماسیون ،دارای حساسیت بالا، از لحاظ هزینه به صرفه و از لحاظ محیطی ایمن باشند. روشی وجود ندارد که همه شرایط را داشته باشد اما روشهایی که در بالا ذکر شد بسیار امید بخشند و می توانند به صورت موثر و کارا در استخراج ترکیبات موثره در صنایع غذایی به کار روند ]۲[.

استخراج با سیال فوق بحرانی(SFE)
یک مایع یا گاز زمانی فوق بحرانی می گردد که دما و فشار آن به بالای نقطه بحرانی برسد که برای دی اکسیدکربن ۳۱ درجه سانتیگراد و ۷۲ بار می باشد. دی اکسید کربن به علت سمیت پایین، دما و فشار فوق بحرانی پایین انتخاب شده است. اساس این روش این است که SF (سیال فوق بحرانی) توسط پمپ از یک مجرای پر شده با نمونه عبور می کند . بنابراین محفظه استخراج از طریق پمپ با سیال موردنظر تحت فشار قرار می گیرد ]۳[. سپس در سپراتور با کاهش فشار یا افزایش دما ترکیبات استخراج شده رسوب کرده و جمع آوری گردند و سیال بازیافت می گردد. این سیستم همچنین مجهز یک مجرای فشار بالا برای نگهداری نمونه ، یک محدود کننده و ظرفی برای جمع آوری نمونه و کمک حلال در صورت نیاز می باشد ]۲و۴[. از مزایای سیال های فوق بحرانی نسبت به حلالهای دیگر بالاتر بودن قدرت انحلال و قابلیت تنظیم این ویژگی با تغییر فشار یا دما، ضریب نفوذ بالاتر و ویسکوزیته کمتر می باشد ]۵[.

استخراج با مایع تحت فشار(PLE)
اصول PLE تا حدودی ساده تر از SFE می باشد. اما استخراج با آن سریعتر است که دلیل آن ضریب انتشار بالا، قابلیت حلالیت بالا، شکست موثر پیوند بین ماتریکس-آنالیت یک حلال مایع در دمای بالاتر از نقطه جوش آن می باشد. در این روش محفظه نمونه با حلال پر می گردد، سپس محفظه تا دمای مورد نظر گرم می شود و تحت فشار قرار می گیرد تا حلال در حالت مایع باقی بماند. حلال حاوی ماده حل شده در یک ظرف خالی جمع می گردد. از فواید این روش قابلیت استفاده مجدد از همان حلال می باشد ]۲[.

استخراج با آب داغ تحت فشار(PHWE)
استفاده از آب با دماهای بالا به عنوان حلال در استخراج ترکیبات قطبی یا نیمه قطبی موجه و عملی می باشد. در یک سیستم تحت فشار و در دمای بین ۱۰۰ و ۳۷۴ درجه سانتیگراد آب زیر نقطه بحرانی حاصل می گردد و در دمای بالای ۳۷۴ درجه ( و فشار ۲۱۸ اتمسفر) فوق بحرانی می گردد. در اینجا از واژه PHWE برای آب مایع با دمای بالا ۱۰۰ درجه و فشار نسبتا نسبتا پایین حدود ۲۰ اتمسفر استفاده می گردد. اصول PHWE مانند PLE می باشد. اما در اینجا از آب به عنوان حلال استفاده می گردد. آب یک حلال ویژه است. زیرا خصوصیات فیزیکی آن با افزایش دما تغییر می کند و در دماهای بالا شبیه یک حلال آلی عمل میکند ]۲[. در این سیستم محفظه تحت فشار قرار می گیرد تا آب به صورت مایع باقی بماند. آب حلالی سازگار با محیط زیست ، با خلوص بالا و هزینه کم می باشد. این استخراج در عرض یک ساعت انجام می گیرد و سیتستم توسط CO2 تحت فشار قرار میگیرد ]۶[.

استخراج با کمک امواج مایکروویو(MAE)
این روش بر اساس حرارت دهی و استفاده از حلالهای آلی می باشد. نمونه و حلال مناسب آن در یک ظرف ریخته می شوند، فشار تنظیم می گرددو با مایکروویو حرارت داده می شود . بعد از ۵ تا ۲۰ دقیقه استخراج کامل می گردد. اما ۴۰ ثانیه نیز در پژوهشها دیده شده است. اجازه می دهیم تا مجرا سرد شود . سپس حلال فیلتر می گردد. کارایی گرم شدن حلالهای مختلف به ضریب پراکنش آنها بستگی دارد که برابر است با اتلاف دی الکتریک به ثابت دی الکتریک. اتانول و متانول نسبت به آب مقدار کمتری از انرژی مایکروویو را جذب می کنند. از طرف دیگر هگزان و سایر حلالهای غیر قطبی در مقابل مایکروویو خنثی هستند و حرارت ایجاد نمی کنند. بهینه سازی MAE بستگی به ترکیب حلال، حجم حلال، دما و زمان استخراج و ویژگی نمونه مورد نظر دارد ]۱و۷[.

استخراج با حلال به کمک غشا(MASX)
از غشاهای بدون منفذ برای استخراج ترکیبات قطبی و غیر قطبی از نمونه های مایع با مقادیر کم حلال استفاده می گردد. این غشا یک فاز مایع یا جامد (پلیمری) است که بین دو فازی که معمولا آبی است قرار گرفته است. یکی از این دوفاز، فاز دهنده است که شامل ترکیباتی است که باید استخراج گردند و فاز دیگر فاز پذیرنده است که در این فاز ترکیبات استخراج شده جمع آوری می گردند. نیروی پیش برنده در فرایند استخراج از طریق غشا، شیب غلظت می باشد. از مزایای این روش استفاده از مقادیر کم حلال و همچنین مکانیزه شدن از طریق اتصال با HPLC می باشد. اما از معایب آن این است که حلال آلی (حتی در مقادیر کم) خطرناک است و فقط نمونه های مایع و گازی می تواند فرایند شوند.این روش شامل انواع زیر است:

استخراج غشایی محافظت شده مایع( SLM)
در SLM هم فاز دهنده و هم فاز پذیرنده آبی هستند و غشا یک حلال آلی است که بوسیله نیروهای موئینه در سوراخهای یک غشای متخلخل آبگریز نگهداری می شود. فاکتور اساسی در اینجا تنظیم PH است. PH فاز دهنده باید طوری تنظیم گردد که ترکیب غیر باردار گردد و نتواند از میان یک حلال آلی ساکن عبور کند و PH فاز پذیرنده طوری تنظیم گردد که ترکیب یونیزه و به دام افتد. این روش برای استخراج اسیدهای آلی کوچک از نمونه ها کاربرد دارد.

استخراج مایع مایع با غشایی با منافذ بسیار ریز(MMLLE)
فاز دهنده و پذیرنده هر دو آلی هستند و فاز دهنده آبی می باشد. محلول پذیرنده آلی تا حدی در منافذ غشا قرار دارد و تا حدی در فاز پذیرنده. آنالیت موجود در فاز آبی دهنده به درون منافذ غشا نفوذ می کند و به علت تفاوت غلظت در فاز پذیرنده منتشر می گردند. این روش برای استخراج ترکیبات غیر قطبی مناسب تر از SLM می باشد و می تواند با GC همراه شود.

استخراج با غشای پلیمری( PME)
دارای غشای آبگریز ( رزین سیلیکونی) هستند که فاز دهنده آلی یا آبی را از فاز پذیرنده جدا می کند. غشا کاملا جامد است و قابلیت نفوذ بالا برای ترکیبات آبگریز مانند لیپیدها دارد.

ریز استخراج با فاز جامد(SPME)
درSPME از یک فیبر سیلیکا استفاده می گردد که در خارج با یک فاز ساکن مناسب به ضخامت ۵ تا ۱۰۰ میکرومتر از پلیمرهای مختلف مانند پلی دی متیل سیکلوکسان (PDMS)) پوشانده شده اند. اندازه کوچک فیبر و حالت لوله ای آن این امکان را می دهد که درون سوزن یک وسیله سرنگ مانند جا گیرد. از فواید اصلی آن این است که نیازی به حلال ندارد یا مقادیر ناچیز حلال نیاز است و قابل اتوماسیون می باشد. از پارامترهای مهم موثر بر این روش می توان به نوع و ضخامت فیبر پوشاننده، زمان استخراج و ویژگیهای نمونه اشاره کرد ]۲[.

استخراج با لوله جاذب متحرک( SBSE)
مشابه SPME می باشد و از جاذبهای مشابه استفاده می گردد. استخراج به کمک حرکت کردن لوله متحرک پوشانده شده با PDMS در زمان مشخص انجام می گیرد. لوله متحرک از نمونه بیرون آورده می شود و ترکیبات جذب شده توسط حرارت یا توسط یک مایع جدا می گردند. این روش نسبت به SPME حساسیت بالاتر و تکرارپذیری بهتری دارد. اما برخلاف SPME نمی تواند به صورت آن لاین به تکنیکهای جداسازی مانند GC وصل گردند ]۲و۸[.

نتیجه گیری
همه تکنیکهای شرح داده شده دارای فواید و مضراتی هستند. در همه این روشها، مقدار حلال مصرفی کم است یا استفاده نمی گردد، سریعند، سمیت کمی دارند، حساسیت بالایی دارند، نسبت به روشهای کلاسیک استخراج راحت است. با اینحال با توجه به نمونه های مختلف و ملکولهایی که باید استخراج شوند متغیرند. نمونه های جامد و نیمه جامد ترجیحا با SFE، PLE، PHWE یا MAE فرایند می گردند. در حالیکه نمونه های گازی و مایع توسط MASX، SPME یا SBSE راحت تر فرایند می شوند. نوع ملکول قابل استخراج نیز مهم می باشد. SFE معمولا برای استخراج ترکیبات غیرقطبی یا قطبیت متوسط استفاده می گردد. در حالیکه PLE و MAE می توانند برای ترکیباتی با قطبیت مختلف بکار روند. SPME و SBSE می توانند برای استخراج ترکیبات آلی فرار و ترکیبات آلی کوچک با فراریت کم بکار روند.

.

فهرست منابع

[۱] Mandal, V., Y. Mohan, and S. Hemalatha, Microwave-assisted extraction- an innovative and promising extraction tool for medicinal plant search. Pharmacognosy reviews, 2007. 1(1): p.7-18

[۲] Turner, C. Modern extraction techniques food and agriculture, 2006:p.4-20.
[۳] Japon-Lujan, R. and M.D. Luque de Castro, superheated liquid extraction of oleuropein and related biophenols from olive leaves. Journal of choromatography A, 2006. 1136: p. 185-191
[۴] Dunford, N. T., King, J.W., List, G.R,(2003).Supercritical fluid extraction in food engineering, Tzia, c, extraction optimization in food engineering.
[۵] Wang, L. and C. Weller, Recent advances in extraction of nutraceuticals from plants. Trends in food Science and Technology, 2006. 17: p. 300-312
[۶] Mamata, M., Panja, P, Recovery of phytochemicals from kokum ( Garcinia indica choisy) using pressurized Hot Water. International Journal of Food Engineering, 2008: p. 4(8).
[۷] Hemwimon, S., P. Pavasant, and A. Shotipruk, Microwave-assisted extraction of antioxidative anthraquinones from roots of Morinda citrifolia. Separation and Purification Technology, 2007. 54:p. 44-50
[۸] Ibanez, C., Sola,J. Optimisation of stir bar sorptive extraction (SBSE) for flavor analysis, Recent Advance and Trends, 2006. P:577-580