استخراج فوق‌بحرانی آنتول از بذر گیاه رازیانه با دی‌اکسیدکربن فوق‌بحرانی:بهینه‌سازی با روش تلفیقی تجربی و تئوری

STUDENT

DEGREE

YEAR

Medicinal herbs for centuries to treat aches and pains that are only available source. At the present time, despite impressive progress and development of synthetic drugs, not herbs and dosage forms thereof are used on a large scale. Today, with the development of cancer in communities, extensive research on the prevention of cancer using herbal medicines have been done. Antioxidants neutralize the free radicals on the one hand reduces the risKk of heart disease, and stroke are vascular and on the other hand can stop the progression of cancer. The scientific name Foeniculum vulgare has significant amounts of phenolic compounds that show good antioxidant activity and are able to neutralize free radicals produced by oxidation. The plant contains chemicals Anethole (the original effective), Fenchon, Camphene, Limonene, Estragole and is Phellandrene. Anethole in fennel extraordinary anti-cancer properties and is particularly effective in the prevention of breast cancer. Fennel seed is also effective for the prevention of colon cancer and for being loaded with plant fibers to remove toxins and waste through the intestines help. In this study anethole in Fennel seed extract in two ways Extractors solvent (ethanol) and extracted by means of supercritical carbon dioxide modified with a fixed amount of modifier ethanol (1 ml), the static time (20 min) and the mean particle size (20-35) will be carried out. Extraction process parameters such as pressure (10-30 Mpa), temperature (40-80 o C), carbon dioxide supercritical fluid flow rate (0.5-2.1 ml/min) and the dynamic time (40-120 minutes) will be investigated as well. Analysis second order polynomial procedure call a model laboratory for the recovery Anatole is fitted. The resulting model shows a linear terms of temperature, pressure, flow rate, and dynamic time, the square terms of temperature, pressure and time dynamic and interactive sessions temperature - pressure and the dynamic time - pressure are important. Optimal values ??of model parameters, temperature 60.2 °C, pressure 21.3 MPa, flow rate 1.74 mL per minute, dynamic time 103 minutes and the optimal recovery of Anatole 55.89 percent achieved.R-square of the second-order polynomial model approximately one and 0.96, which show the range of error is very low. Also, in this study Mathematical modeling process has been done using two broken and intact cell model and balance equations of mass transfer model.The model parameters including the effective diffusion coefficient, mass transfer coefficient film and axial dispersion coefficient by empirical correlations, distribution coefficient, solubility using thermodynamic relations and fennel density obtained using the test. The results show that both models are able to predict the experimental data, But Mass-balance model with R 2 =0.95 is more accurate match with the recovery of the experiment.In the last phase of optimization was performed by the genetic algorithm optimization parameters, temperature of 55.5 °C, pressure 21.55 MPa, flow rate 1.49 ml per minute, dynamic time 96.38 minutes and optimal recovery of Anethole 50.55 percent is obtained. As can be seen, the optimal parameters values optimizes both methods match well with each other. Keywords : Anetole, supercritical fluid extraction, carbon dioxide, response surface design, broken and intact cell model, mass-balance model

گیاهان دارویی طی قرون متمادی تنها منبع قابل‌دسترس جهت درمان دردها و آلام بوده‌اند. در عصر حاضر با وجود پیشرفت و توسعه‌ی‌ چشم‌گیر کاربرد داروهای سنتزی، هنوز گیاهان دارویی و اشکال دارویی حاصل از آن‌ها در مقیاس وسیعی مورد استفاده قرار می‌گیرند و بازار تجارت آن‌ها نیز در مقایسه با سایر داروهای شیمیایی رونق افزون‌تری دارد. امروزه با پیشرفت سرطان در جوامع، تحقیقات گسترده‌ای در رابطه با جلوگیری از سرطان با استفاده از داروهای گیاهی صورت گرفته است. آنتی‌اکسیدان‌ها با خنثی‌سازی رادیکال‌های آزاد از یک ‌طرف باعث کاهش خطر ابتلا به بیماری‌های قلبی، عروقی و سکته می‌شوند و از طرف دیگر از پیشرفت سرطان جلوگیری می‌کنند. رازیانه با نام علمی Foeniculum vulgare دارای مقادیر قابل‌توجهی از ترکیبات فنلیک است. این ترکیبات فعالیت آنتی‌اکسیدانی مناسبی از خود نشان می‌دهند و قادر به خنثی کردن رادیکال‌های آزاد حاصل از اکسیداسیون می‌باشند. این گیاه حاوی مواد شیمیایی آنتول (قسمت مؤثر اصلی)، فنچون، کامفن، لیمونن، استراگول و فلاندرن می‌باشد. آنتول موجود در رازیانه خاصیت ضد‌التهابی و ضد‌سرطانی قابل‌توجهی دارد و به‌ویژه در پیشگیری از سرطان سینه مؤثر است. بذر رازیانه علاوه بر پیشگیری از سرطان کولون، به دلیل سرشار بودن از فیبرهای گیاهی به حذف توکسین‌ها و مواد زائد از طریق روده‌ها نیز کمک می‌کند. در این پژوهش استخراج آنتول موجود در بذر گیاه رازیانه با دو روش استخراج سوکسله با حلال آلی (اتانول) و استخراج به‌وسیله دی اکسید کربن فوق بحرانی اصلاح‌شده با مقادیر ثابتی از اصلاحگر اتانول (1 میلی لیتر)، زمان استاتیک (20 دقیقه) و میانگین اندازه ذرات (35-20) انجام گرفته است. طراحی آزمایش با استفاده از روش طراحی رویه پاسخ و در نظر گرفتن پارامترهای مؤثر بر فرآیند استخراج ازجمله فشار (Mpa 30-10)، دما (?C80-40)، شدت‌جریان سیال دی‌اکسید‌کربن فوق بحرانی (ml/min 1 / 2-5 / 0) و زمان دینامیک استخراج (min 120-40) انجام شده است. آنالیز رویه‌ی پاسخ یک مدل چندجمله‌ای مرتبه‌ی دوم برای میزان بازیابی آزمایشگاهی آنتول برازش کرده ‌است. مدل به‌دست‌آمده نشان می‌دهد ترم‌های خطی دما، فشار، نرخ جریان و زمان دینامیک، ترم‌های مربع دما، فشار و زمان دینامیک و ترم‌های متقابل دما - فشار و زمان دینامیک - فشار حائز اهمیت می‌باشند. مقادیر بهینه‌ی پارامترهای مدل، دمای 2 / 60 درجه سانتی‌گراد، فشار 3 / 21 مگاپاسکال، نرخ جریان 74 / 1 میلی‌لیتر بر دقیقه، زمان دینامیک 103 دقیقه و مقدار بازیابی بهینه‌ی آنتول 89 / 55 درصد به ‌دست آمده است. R 2 مدل مرتبه‌ی دوم نزدیک به یک و برابر با 96 / 0 به‌دست‌آمده که نشان از محدوده خطای ناچیز آن می‌باشد. پس از یافتن مدل مناسب تأثیر پارامترهای دما، فشار، دبی جریان و زمان دینامیک بر میزان بازیابی مورد‌بررسی قرار گرفت. همچنین در این تحقیق مدل سازی ریاضی فرآیند با استفاده از دو مدل معادلات موازنه‌ی انتقال جرم و مدل سل شکسته و سالم انجام‌گرفته است. پارامترهای مدل شامل ضریب نفوذ مؤثر، ضریب انتقال جرم فیلمی و ضریب پراکندگی محوری توسط روابط تجربی، ضریب توزیع با محاسبه حلالیت با استفاده از روابط ترمودینامیکی و چگالی رازیانه به کمک آزمایش به‌دست‌آمده‌اند. نتایج نشان داده است که هر دو مدل به‌صورت قابل قبولی قادر به پیشگویی داده های آزمایشگاهی می‌باشند؛ اما مدل مبتنی بر معادلات موازنه‌ی انتقال جرم با R 2 برابر 95 / 0 مطابقت دقیق‌تری با میزان بازیابی حاصل از آزمایش دارد. همچنین در این تحقیق بهینه‌سازی توسط الگوریتم ژنتیک انجام گرفت و پارامترهای بهینه، دمای 5 / 55 درجه سانتی‌گراد، فشار 55 / 21 مگاپاسکال، نرخ جریان 49 / 1 میلی‌لیتر بر دقیقه، زمان دینامیک 38 / 96 دقیقه و مقدار بازیابی بهینه‌ی آنتول 50 / 55 درصد به‌دست‌آمده است. بنابراین مقادیر پارامترهای بهینه‌ی الگوریتم ژنتیک و طراحی رویه‌ی پاسخ مطابقت خوبی با یکدیگر دارند. کلمات کلیدی : آنتول، استخراج فوق بحرانی، کربن‌دی‌اکسید، طراحی رویه پاسخ، مدل سل شکسته و سالم، مدل موازنه انتقال جرم.