Slide 1 - دانشگاه صنعتی اصفهان
Download
Report
Transcript Slide 1 - دانشگاه صنعتی اصفهان
دانشگاه صنعتی اصفهان
دانشكده شیمی
استخراج روغن سبوس برنج با روش استخراج با ّ
سيال تحت فشار ( ) PFE
و بهينهكردن شرايط استخراج به وسيله طراحی فاكتوريال
سميه كوچكي
استاد راهنما:
استاد مشاور:
دکتر مهدی کديور
دکتر سيد حسن قاض ی عسکر
اسفند 85
عناون مطالب :
بخش تئوری
استخراج و روش های مختلف آن
سبوس برنج و روغن قابل استحصال آن
طراحی آزمايش
بخش تجربی
نتيجه گيری و آينده نگری
3
• هدف از استخراج ،جداکردن و بازيابی ترکيبات مورد نظر از بافت نمونه است.
• سادگی ،سرعت عمل و بازيابی ّ
کمی ترکيبات مورد نظر از بافت نمونه ،بدون کاهش و يا
تجزيهشدن آنها و اقتصادی بودن روش.
• نسبت به روشهای جداسازی از حساسيت بيشتری برخوردار است.
• تعريف استخراج
4
استخراج مايع – مايع:
استخراج فاز جامد:
5
استخراج مايع – جامد :
روشهای عملی استخراج مايع-جامد عبارتند:
سوكسله
سوكستك
استخراج با کمک امواج مايكروويو
استخراج با کمک امواج فرا صوت
استخراج با سيال فوق بحراني
استخراج با سيال تحت فشار يا استخراج با حالل تسريع شده
6
سوكسله:
1848
Franz van Soxhlet
اجزاي تشكيل دهنده:
-1وسيله گرم كننده
-2بالن حاوي حالل
-3محفظه استخراج
-4انگشتانه
ّ -5مبرد
7
سوكستك:
1970
1982
اجزاي تشكيل دهنده:
-1ظرف حاوي حالل
-2انگشتانه
-3سيستم بازيابي حالل
ّ -4مبرد
8
استخراج توسط دستگاه سوكستك شامل 3مرحله است:
-1مرحله جوشيدن
-2مرحله شستشو
-3در مرحله بازيابي حالل
9
تمايل براي كاهش استفاده از حاللهاي آلي خطرناك در استخراج هاي در سالهاي اخير موجب
توسعه روشهاي جديد استخراج با مصرف كم حالل نسبت به روشهاي كالسيك شده است .در
ميان اين روشها:
-1استخراج با سيال فوق بحراني (Supercritical Fluid Extraction):
-2استخراج با کمک امواج مايكروويو (Microwave Associated Extraction):
-3استخراج با سيال تحت فشار (Pressurized Fluid Extraction):
10
استخراج با سيال فوق بحراني:
CO2
دانسيته شبيه گازها
ويسكوزيته و كشش سطحي شبيه گازها
استخراج با کمک امواج مايكروويو:
امواج مايكروويو
كاهش زمان استخراج و مصرف حالل
11
استخراج با سيال تحت فشار ):(PFE
جامد و نيمه جامد
استخراج با سيال تسريع شده )(Accelerated Solvent Extraction
آژانس حفاظت از محيط زيست .1994
مواد زايد و آفت كش ها در خاك و تركيبات آروماتيك چندهسته اي .1995
12
13
هر سيستم PFEشامل قسمت هاي زير مي باشد:
مخزن حالل
پمپ فشار باال :پمپ مايع رفت و برگشتی پيستونی ،مدل اين پمپ
شرکت JASCOژاپن.
PU-2080از
سل استخراج :استنلس استيل ،316سل يكطرفه ،حجم 10ميلیليتر
سيستم كنترل دما (گرمخانه) co-2060 Plusاز شركت JASCOژاپن.
كنترل كننده فشار برگشتي BP-1580-81از شركت JASCOژاپن.
ظرف جمعآوري
14
15
مراحل استخراج:
پركردن نمونه در داخل سل و قراردادن در داخل گرمخانه. -پر كردن سل استخراج به وسيله حالل.
گرمكردن و رساندن فشار به فشار مورد نظر. -استخراج به صورت استاتيك.
استخراج به صورت ديناميك. جمع آوري نمونه.16
ّ
مزيتهای نسبی اين روش نسبت به روشهاي سنتي استخراج عبارتند:
در كسري از زمان (در دقيقه) انجام مي شود.
هزينه پايين است و مصرف حالل تا %90كاهش مي يابد.
براي دسته زيادي از تركيبات استفاده مي شود.
روش ي خودکار بوده و مي تواند به طور همزمان تعداد زيادي استخراج را انجام
داد.
17
چند نمونه از سيستم تجاري از شركت :DIONEX
18
كاربردهاي روش :PFE
مطالعات زيست محيطي
مواد دارويي و مواد طبيعي
ضايعات و آفت كش ها تركيبات آروماتيك چندتايي دي فنيل هاي چندكلره -فوران ها و دي اكسينها
تركيبات ّفعال
-گياهان دارويي
مواد غذايي
نساجي و الياف
ضايعات باقي مانده در مواد غذايی چربي ها - 19ويتامين ها
سبوس برنج:
محصول فرعي حاصل از فرايند توليد برنج سفيد است.
ً
حدودا غذاي بيش از نيمي از جمعيت جهان.
حدود 8 -10درصد وزني از برنج.
حدود 12-20درصد وزني از سبوس برنج.
20
اهميت بررس ي موضوع:
خواص خاص روغن سبوس برنج:
اسيدچرب ترانس
دماي احتراق باال
درصد اسيدچرب اشباع پايين
ويتامين E
آنتي اكسيدان
21
R3
Tocopherol
O
R2
HO
R1
R3
O
R2
Tocoterienol
HO
R1
O
MeO
O
HO
O
Oryzanol
MeO
O
HO
O
MeO
HO
O
22
خاصيت آنتي اكسيداني
23
ساير كاربردهاي سبوس برنج:
جاذبهاي بيولوژيكي ساخته شده از سبوس برنج براي جذب فلزاتي مثل
.Cr 6+
تركيبات آلي كلردار و بنزن از پساب ها.
ّ
تهيه سراميك هاي تحت عنوان . SiC/rice bran carbon
سبوس برنج روغن كش ي شده از نظر پروتئينی غني از 8اسيدآمينه ضروري است
ميزان پروتئين در سبوس برنج.12-16
براي استخراج فروليك اسيد.
عامل جلوگيري كننده از ايجاد كف
24
توليد اسيدفسفريك
25
26
California rice bran oil
King rice bran oil
Honest Food
27
طراحي آزمايش و بهينه سازي
طراحی آزمايش
بهينه سازی
طرح فاكتوريال كامل
طراحی فاکتوريال
يکی در يک زمان
همزمان
28
طرح فاكتوريال جزئي
Central Composite Designs
كدگذاري
مقدار مركزي
صفر
مقادير بزرگتر
مثبت
مقادير كوچكتر
منفي
29
Central Composite Designs (CCD):
هر طراحي CCDشامل سه ناحيه اندازهگيري است :
روشهاي مختلف از طراحي CCDوجود دارد كه شامل موارد زير است:
CCC
مكعب (ناحيه فاكتوريال ) 2k :
• نقاط CCI CCF2k
• نقاط ستاره
• نقاط مركزي
30
براي بدست آوردن نقاط ستاره و براي حفظ حالت چرخش ي و متعامدبودن طراحي :
α = (Nf)1/4
Scaled Value
for α
1.414
1.682
2.00
2.00
2.378
31
Factorial
Portion
22
23
24
25-1
26-1
Number of
factors
2
3
4
5
6
: CCC طراحي
X1
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
X2
-1
-1
1
1
-1
-1
1
1
-1
-1
1
1
-1
-1
1
1
X3
-1
-1
-1
-1
1
1
1
1
-1
-1
-1
-1
1
1
1
1
X4
X1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
1
1
1
1
1
1
1
1
-2
2
0
0
0
0
0
0
0
0
-2
2
0
0
0
0
0
0
0
0
-2
2
0
0
0
0
0
0
0
0
-2
2
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2k
X2
X3
X4
2k
7
32
روئه پاسخ و ساخت مدل:
) y = ƒ ( x 1 ‚ x2 ‚ … , x k
Y = β0 + ∑ βj Xi + ∑ βjj Xj2 + ∑ βjk Xj Xk
Yپاسخ سيستم Xijkمتغيّرهاي سيستم
: β0ضريب رگراسيون براي ضريب ثابت
: βjضريب رگراسيون براي ترمهاي خطي
: βjjضريب رگراسيون براي ترمهاي مربع
: βjkضريب رگراسيون براي ترمهاي برهمكنش
33
بخش تجربي:
آماده‌سازي‌نمونه‌ها:
مش 70 - 80
برنج طارم
نمونه در گرمخانه در دماي 100oCبه مدت 3ساعت و نيم
وزن نمونه(گرم)
زمان(دقيقه)
955/1
0
860/1
848/1
843/1
30
60
90
درصد رطوبت933/5 :
34
841/1
120
840/1
150
839/1
180
839/1
210
استخراج روغن سبوس برنج توسط دستگاه سوکسله:
حالل استخراج -n :هگزان
مدت زمان استخراج 10 :ساعت
وزن سبوس()g
وزن روغن استخراج شده)(g
درصد روغن ()%
789/15
468/15
202/15
522/15
457/2
449/2
379/2
458/2
15/ 562
832/15
653/15
821/15
RSD=768/0
:717/15ميانگين
35
SD=121/0
استخراج‌روغن‌سبوس‌برنج‌توسط‌دستگاه‌سوکستک:
حالل استخراج -n :هگزان
مدت زمان استخراج :
مرحله جوشيدن 2 :ساعت
مرحله شستشو :يک ساعت و نيم
مرحله بازيابي حالل 30 :دقيقه
وزن سبوس()g
وزن روغن استخراج شده)(g
درصد روغن ()%
778/15
618/15
764/15
542/15
515/2
473/2
547/2
526/2
943/15
836/15
135/16
254/16
RSD=171/1
36
SD=188/0
:042/16ميانگين
متغيرها موثر در روش :PFE
• دما
• فشار
• زمان استاتيک استخراج
• زمان ديناميک استخراج
• سرعت جريان حالل
• درصد خرده شيشه که با نمونه ترکيب
37
استخراج‌سبوس‌برنج‌با‌روش : PFE
اثر‌خورده‌شيشه:
درصد خرده شيشه%60 :
دما 50
38
فشار 50
سرعت جريان
4/0
زمان ديناميك 20دقيقه
سطوح كدگذاري شده
+2
0
+1
-2
-1
پارامترها
80
70
60
50
40دما(سانتيگراد)
140
110
80
50
20فشار(بار)
50
40
30
20
10زمان(دقيقه)
1
8/0
6/0
4/0
2/0سرعت جريان(ميلي ليتر دز دقيقه)
(4/1=± )16( 4/1= ±2تعداد اندازه گيري در بخش فاكتولاير) α = ±
39
40
سرعت جريان
(ميلی ليتر در دقيقه)
زمان
(دقيقه)
فشار (بار)
دما (سانتيگراد)
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
+1
+1
+1
+1
+1
+1
+1
+1
0
0
0
0
0
0
-2
+2
0
-1
-1
-1
-1
+1
+1
+1
+1
-1
-1
-1
-1
+1
+1
+1
+1
0
0
0
0
-2
+2
0
0
0
-1
-1
+1
+1
-1
-1
+1
+1
-1
-1
+1
+1
-1
-1
+1
+1
0
0
-2
+2
0
0
0
0
0
-1
+1
-1
+1
-1
+1
-1
+1
-1
+1
-1
+1
-1
+1
-1
+1
-2
2+
0
0
0
0
0
0
0
41
شماره
آزمايش
دما
(سانتيگراد)
فشار
(بار)
زمان
(دقيقه)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
50
70
50
70
50
70
50
70
50
70
50
70
50
70
50
70
40
80
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
50
50
110
110
50
50
110
110
50
50
110
110
50
50
110
110
80
80
20
140
80
80
80
80
80
80
80
80
80
80
80
20
20
20
20
40
40
40
40
20
20
20
20
40
40
40
40
30
30
30
30
10
50
30
30
30
30
30
30
30
30
30
سرعت جريان
(ميلي ليتر در دقيقه)
4/0
4/0
4/0
4/0
4/0
4/0
4/0
4/0
8/0
8/0
8/0
8/0
8/0
8/0
8/0
8/0
6/0
6/0
6/0
6/0
6/0
6/0
2/0
1
6/0
6/0
6/0
6/0
6/0
6/0
6/0
وزن روغن (گرم)
732/0
811/0
737/0
831/0
729/0
894/0
769/0
797/0
667/0
721/0
679/0
735/0
695/0
756/0
689/0
799/0
751/0
927/0
795/0
809/0
766/0
881/0
931/0
869/0
856/0
837/0
835/0
836/0
787/0
47/0
812/0
وزن سبوس
(گرم(
بازده
بازده نسبی
649/5
635/5
576/5
674/5
481/5
086/6
688/5
372/5
556/5
457/5
469/5
327/5
572/5
588/5
298/5
837/5
937/5
976/5
043/6
984/5
965/5
969/5
139/6
068/6
861/5
907/5
847/5
812/5
392/5
909/5
686/5
961/12
388/14
212/13
645/14
315/13
694/14
535/13
846/14
013/12
223/13
417/12
798/13
468/12
522/13
808/12
701/13
646/12
545/15
163/13
531/13
851/12
776/14
154/15
074/14
594/14
182/14
283/14
374/14
603/14
335/14
287/14
554/82
643/91
153/84
280/93
809/84
592/93
210/86
560/94
315/76
223/84
089/79
885/87
418/79
127/86
579/81
267/87
548/80
013/99
828/83
185/86
853/81
114/94
522/96
643/89
955/92
331/90
974/90
554/91
013/93
306/91
000/91
ti = (bi-0)/s bi =bi / s bi
ضريب پارامترها
پارامترها
عرض از مبداﺀ
T
P
t
F
T2
P2
t2
F2
T×P
T×t
T×F
P×t
P×F
t×F
42
-402/7
+7104/1
+3961/0
+2215/1
-4564/1
-0086/0
-0023/0
-0131/0
-8812/0
-0001/0
-0032/0
-1768/0
-0008/0
+041/0
-027/0
انحراف استاندارد پارامترها
310/509
284/0
023/0
2136/0
2179/285
1/1 × 10 637/2 × 10 666/6 × 10 65729/103
20/3× 10 602/1 × 10 60056/0
50/4 × 10 61181/0
0729/0
tب ر ر ر ر ررراي فرض ر ر ر ر رريه
صفر
-0154/0
0225/6
2217/17
7186/5
0051/0
-18/7818
-464/970
-97/1966
-0085/0
-25/31
-25/3137
-5714/31
-778/177
0617/5
-3703/0
Y= -8402/7 + 7104/1 T + 3961/0 P + 2215/1 t – 4564/1 F
– 0086/0 T2 – 0023/0 P2 – 0131/0 t2 – 8812/0 F2 - 0001/0 T.P
– 0032/0 T.t – 1768/0 T.F– 0008/0 P.t + 0410/0 P.F – 0270/0 F.t
43
پارامترها
T
P
T
T2
P2
t2
T×P
T×t
T×F
P×t
P×F
ضريب پارامترها
5095/1
3782/0
0974/1
-0073/0
-0022/0
-0126/0
-0002/0
-0022/0
-194/0
-0006/0
0174/0
انحراف استاندارد پارامترها
0409/0
0132/0
1043/0
57/2 ×10 647/2 ×10 675/4 ×10 69/6 ×10 685/3 ×10 6003/0
20/2 ×10 60026/0
tبراي فرضيه صفر
907/36
6515/28
5215/10
-74/2840
-688/890
-63/2652
9855/28
-429/571
-6667/64
-727/272
6923/6
– Y= 5095/1 T + 3782/0 P + 0974/1 t – 0073/0 T2 – 0022/0 P2
0126/0 t2- 0002/0 T.P – 194/0 T.t -0006/0 T.F + 0174/0 P.F
44
)SSlog / (f-p
Flog
=
)SSpe / (n-f
SSlogمجموع مربعات فقدان برازش
SSpeمجموع مربعات خطاي خالص
R2مربع ضريب همبستگي براي مدل مقدار 0/9221
)FCal (66/3) <FCrit (060/4
45
نمودار بازده تجربی بر حسب بازده تئوری :
R2مربع ضريب همبستگي براي مدل مقدار 0/9221
100
98
96
R2 = 0.9221
92
90
88
86
84
82
80
100
98
96
94
92
90
88
Calculated Yield
46
86
84
82
80
Experimental Yield
94
شرايط بهينه:
دما (سانتيگراد)
فشار (بار)
زمان (دقيقه)
80
34
80
سرعت جريان (ميلی ليتر در دقيقه)
بازده استخراج%
14/101
2/0
بازده تجربي و پيش بينيشده در شرايط بهينه :
47
مقدار پيش بينی شده
مقدار تجربی
درصد خطاي نسبي
14/101
43/99±41/0
712/1
رويه پاسخ بر حسب فشار و سرعت جريان در دمای 80 oCو زمان 40دقيقه:
48
نمودار کانتر برای دو پارامتر فشار و سرعت جريان در دمای 80 oCو
زمان 40دقيقه:
49
رويه پاسخ بر حسب دما و سرعت جريان در فشار 90بار و زمان 40دقيقه:
50
نمودار کانتر برای دو پارامتر دما و سرعت جريان در فشار 90بار و زمان 40دقيقه:
51
رويه پاسخ بر حسب دما و فشار در سرعت جريان 2/0ميلی ليتر در دقيقه و زمان 40دقيقه:
52
نمودار کانتر برای دو پارامتر دما و فشار در سرعت جريان 2/0ميلی ليتر در دقيقه
و زمان 40دقيقه:
53
رويه پاسخ بر حسب دما و زمان در فشار 90بار و زمان 40دقيقه:
54
نمودار کانتر برای دو پارامتر دما و زمان .در فشار 90بار و زمان 40دقيقه :
55
اندازه گيري دقت استخراج با روش :PFE
وزن سبوس
وزن روغن استخراج شده
بازده استخراج
بازده نسبی
496/5
166/5
588/5
473/5
857/0
807/0
867/0
858/0
598/15
628/15
532/15
687/15
3509/99
5468/99
9335/98
9187/99
RSD=.0041/0
56
SD=0/ 4103
=43/99ميانگين
* مقايسه روغن بدست آمده از روش هاي ، PFEسوكسله و سوكستك:
تعيين انديس اسيدي روغن :
بر حسب تعريف ،انديس اسيدي روغن ،تعداد ميلي گرم ئيدروكسيد پتاسيم يائيدروكسيد سديمي
است كه براي خنثي كردن اسيد هاي آزاد يك گرم نمونه الزم مي باشد.
مقدار نمونه
موالريته سود
حجم سود
عدد اسيدی
اسيديته آزاد
57
سوکسله
سوکستک
PFE
416/2
098/0
37/0
603/0
423/0
507/2
098/0
41/0
641/0
452/0
472/2
098/0
28/0
444/0
313/0
تعيين انديس صابوني روغن :
انديس صابوني عبارت است از مقدار ميلي گرم هاي هيدروكسيد پتاسيم ياهيدوكسيد سديم
كه براي صابوني كردن يک گرم روغن الزم مي باشد .
مقدار نمونه
موالريته اسيد
حجم اسيد کلريدريک
عدد صابونی
58
سوکسله
سوکستک
PFE
158/2
480/0
7/14
426/183
247/2
48/0
9/15
545/190
513/2
48/0
3/14
170/153
تعيين انديس يدي روغن :
انديس يدي عبارت است از مقدار گرم يدي است كه با صد گرم روغن تحت شرايط ويژه
آزمايش واكنش مي دهد.
مقدار نمونه
نرماليته تيوسولفات سديم
حجم تيوسولفات سديم
عدد يدی
59
سوکسله
سوکستک
PFE
202/0
098/0
6/15
049/96
212/0
098/0
1/17
318/100
226/0
098/0
2/16
151/89
آينده نگري:
با توجه بهه اينكهه سها نه مقهدار زيهادي بهرنج در نقهاط مختلهو كشهور توليهد مهي شهودتوجه به اين منبع با ارزش جهت توليد روغن كهه درصهد روغهن بن بهه انهدازه سهويا از
دانههه هههاي روغنههي مهههم اسههت امههر ضههروري بههه ن ههر مههي رسههد .سههاليانه مقههدار زيههادي
سبوس برنج در كشور توليد مي شود كه تهاكنون مصهرفي غيهر از خهوراك دام بهراي بن
در ن ر گرفته نشده است .توجه به اين منبع بها ارزش مهي توانهد بخشهي از نيهاز مملكهت
را به واردات روغن برطرو كند .بنابراين سرمايه گذاري در اين زمينه امر ضهروري
به ن ر مي رسد.
روغن برنج حاوي تركيبات باارزش طبيعي ن ير ويتامين Eو اوريزانول مي باشد.از اين مواد ارزشمند مي توان براي توليد مواد افزودني خوراكي استفاده كرد .همچنين
به دليل خاصيت بنتي اكسيداني مي توان در مواد برايشي استفاده نمود .بنابراين جاي
كار در زمينه بهينه سازی و روشهای جداسازي اين تركيبات وجود دارد .
60
23