بررسی کاربرد استخراج با سیال فوق بحرانی در صنایع غذایی



کاربرد استخراج با سیال فوق بحرانی در صنایع غذایی

مقدمه:
استخراج با حلال یکی از قدیمی ترین روش های جداسازی بوده و بدون شک تاریخ استفاده از آن به قبل از میلاد برمی گردد. علم استخراج با حلال در طی مدت زمان طولانی، توسعه یافته است و بیشترین پیشرفت در مورد حلالها و سیالهای مورد استفاده در فرآیندهای استخراج بوده است. روش های استخراجی نظیر، سونیکیشن1، سوکسله2، استخراج با فاز جامد1 و استخراج مایع-مایع2 که مدتها پیش ابداع شده اند امروزه نیز به همان صورت قبلی جهت تهیه نمونه بکار می روند. بعلاوه، روش های استخراج با حلالهای مایع نظیر سوکسله دارای محدودیت های مختلفی همچون آلودگی محیط زیست بدلیل وجود حلالهای دورریز، بازگیری ناقص نمونه ها، وقت گیر بودن فرآیند، مصرف زیاد حلال و… هستند. بدین ترتیب، محققان به فکر ابداع روش جدید استخراجی افتادند که علاوه بر اینکه معایب فوق را نداشته باشد بلکه دارای مزایای چندی نیز باشند. یکی از این روش ها، استخراج با سیال فوق بحرانی3 (SFE) است که مزیت های بسیاری دارد که از مهمترین آنها می توانیم به کاهش زمان استخراج و عدم آلودگی محیط زیست اشاره کرد.

فصل اول
استخراج با سیال فوق بحرانی

1-1- تاریخچه
هوگارت1 و هانی2 در سال 1879 خواص بی نظیر سیال فوق بحرانی اتانول و تتراکلریدکربن را توضیح دادند. آنها دریافتند که حلالیت هالیدهای فلزی در این دو سیال خیلی بالاست. در سال 1906 بوخنر3 اعلام کرد که حلالیت مواد آلی غیرفرار در دی اکسید کربن فوق بحرانی ده برابر مقداری است که از مطالعات فشار بخار انتظار می رفت. در سال 1958 زهوز4 و همکارانش استخراج لانولین از پشمهای روغنی با CO2 فوق بحرانی را گزارش کردند. نقطه شروع استفاده از سیالهای فوق بحرانی در فرآیندهای صنعتی از کار زوسل5 در انیستیتوی ماکس پلانک در مطالعه زغال سنگ آغاز شد. امروزه این سیالها کاربرد فراوانی در اغلب صنایع پیدا کرده اند. با این حال استفاده از SFE به عنوان یک تکنیک تجزیه ای تا دهه 1980 به تاخیر افتاد. در سال 1976 استال6 و شیلز7 سیستم استخراجی میکرو را به همراه کروماتوگرافی لایه نازک به کار بردند. از این سال به بعد SFE در حد تجزیه ای رشد سریعی کرد به طوری که امروزه این سیستم به صورت پیوسته یا ناپیوسته با سیستم های کروماتوگرافی گازی، کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا و کروماتوگرافی با سیال فوق بحرانی کاربرد وسیعی در آنالیز انواع نمونه ها پیدا کرده است بطوریکه در سالهای 1990-1992 بیش از یکصد مقاله در این زمینه ارائه شده است.
1-2- خصوصیات و مزایای یک سیال فوق بحرانی
هر ماده ای را که در دما و فشاری بالاتر از دما و فشار بحرانی اش قرار گیرد، سیال فوق بحرانی گویند. شکل (1-1) نمودار فاز ساده ای است که نقطه بحرانی و ناحیه فوق بحرانی را نشان می دهد.
یک سیال فوق بحرانی خصوصیاتی مابین خصوصیات یک گاز و مایع را داراست. آنچه باعث شده تا سیال فوق بحرانی برای استخراج مورد استفاده و توجه قرار گیرد خصوصیات فیزیکی آن است. همانطوریکه در جدول (1-1) مشاهده می شود چگالی سیال فوق بحرانی تقریباً هزار برابر چگالی حالت گازی می باشد، بهمین دلیل قدرت حل کنندگی سیال فوق بحرانی بیشتر از گازها و مشابه مایعات است. از طرفی، سیال فوق بحرانی دارای نفوذپذیری زیادتر و ویسکوزیته کمتر نسبت به حلالهای مایع است، این دو عامل انتقال جرم را کنترل می کنند و باعث می شود تا SFE خیلی سریع عمل کند.
1- دما و فشار فوق بحرانی پائینی داشته باشد.
2-از نظر سلامتی برای انسان خطرناک نباشد، یعنی آتشگیر و سمی نباشد.
3-از نظر شیمیایی بی اثر باشد و درجه خلوص آن بالا بوده و ارزان باشد.
چرا CO2 به عنوان حلال عمومی در استخراج به روش سیال فوق بحرانی انتخاب شده است؟
بهترین حلال برای SFE در استخراج ترکیبات طبیعی(غذاها و داروها) CO2 است زیرا یک ترکیب خنثی، ارزان، در دسترس، بی بو، بی مزه، دوستدار طبیعت و حلال GRAS است. همچنین در ماده فرآیند SFE با CO2، حلال در ماده استخراج شده باقی نمی ماند زیرا که این ماده در شرایط طبیعی به صورت گاز می باشد. علاوه بر این، دمای بحرانی آن است که برای مواد حساس به حرارت شرایط ایده آلی را بوجود می آورد و به خاطر گرمای نهان پایین آن، انرژی کمی برای جداسازی آن از ماده استخراجی لازم است. نکته دیگر آنکه، انرژی مورد نیاز برای بدست آوردن حالت فوق بحرانی CO2اغلب کمتر از انرژی مورد نیاز برای تقطیر حلالهای آلی تجارتی است. در کل قابلیت استخراج ترکیبات با CO2فوق بحرانی بستگی به وجود گروه های عاملی ویژه در این ترکیبات، وزن ملکولی و قطبیت آنها دارد.
برای مثال هیدروکربن ها و دیگر ترکیبات آلی با قطبیت نسبتاً پائین مثل استرها، اترها، آلدئیدها، لاکتون ها، کتون ها و اپوکسیدها در CO2 فوق بحرانی با فشار کمتر (100-75بار) قابل استخراج هستند در حالیکه ترکیبات با قطبیت بالا نظیر آنهائیکه یک گروه کربوکسیلیک و سه گروه هیدروکسیل و یا بیشتر دارند به ندرت در آن محلول هستند.
برای استخراج دسته خاصی از محصولات از یک حلال کمکی کمک می گیرند که موجب افزایش قطبیت CO2 فوق بحرانی می گردد. اتانول، اتیل استات و آب بهترین حلالهای کمکی برای استخراج ترکیبات غذایی هستند. CO2تجارتی مورد نیاز برای فرآیند SFEرا تقریباً می توان از سیستم های محیط زیستی بدست آورد. بعنوان مثال می توان از محصول جانبی صنایع تخمیر یا صنعت کود حیوانی، در استخراج استفاده کرد. بنابراین، استفاده از این CO2میزان CO2موجود در جو را افزایش نخواهد داد.
1-3- طرح فرآیندهای سیستم استخراج با CO2 :
در شکل 1-2 و 1-3 شماتیک فرآیند استخراج CO2 فوق بحرانی نشان داده شده است که از مراحل اصلی زیر تشکیل شده است:
1-مرحله استخراج 2-مرحله انبساط 3-مرحله مشروط سازی حلال
همچنین 4جزء دیگر عبارتند از:
1- ظرف استخراج با فشار بالا 2-شیر کاهنده (Term) فشار 3-جداکننده کاهنده (Term)فشار و 4- پمپ افزاینده فشار حلال بازیافت شده.
همچنین دیگر تجهیزات ضروری شامل: مبدلهای حرارتی، کندانسور، ظرف های ذخیره سازی، منبع تامین کننده حلال و خوراک می باشد. خوراک معمولاً به شکل خرد شده است که در ظرف استخراج گذاشته می شود و CO2با فشار 350-100بار به داخل ظرف ظرف استخراج تزریق می شود. عصاره حاوی CO2از طریق یک فشار شکننده فشار به جداکننده که حاوی فشار 120-50بار است فرستاده می شود با کاهش فشار، دما و عصاره ته نشین می گردد در حالیکه CO2فاقد عصاره به ظرف استخراج برگردانده می شود.
SFEبرای خوراک جامد یک فرآیند نیمه مداوم است به این صورت که جریان بصورت مداوم است ولی جریان نیمه پیوسته شدن ظرف استخراج از خوراک به صورت نیمه مداوم یا بچ است برای ایجاد جریان نیمه پیوسته در ظرف استخراجها از چند ظرف استخراج بهره می گیریم که به نوبت پر و خالی می شوند.
1-4 اصول و پایه فاز تعادلی و سیستم های بحرانی:
در این بخش مهمترین مسائل ترمودینامیکی است بحث می شود، این مبحث در سیستم های فوق بحرانی بسیار گسترده و مهم می باشد اما بدلیل اینکه در این مجموعه سعی شده تا کاربرد این سیستم در استخراج مواد غذایی مورد بحث وبررسی قرار گیرد و بدلیل اینکه پایه اصلی دانشجویان مرتبط با رشته صنایع غذایی ترمودینامیک نمی باشد این مبحث به طور خلاصه آورده می شود.
برای فهم بهتر فرآیند SFE بایستی به پارامترهای مرتبط به فرآیند توجه ویژه ای مبذول داشت. به منظور انتخاب پارامترهای فرآیند، طراحی سیستم های عملیاتی و بهینه سازی سیستم SFE، دانش و بینش درباره رفتار تعالی فازها و تعادلی و ایجاد داده های تعادلی فازها نظیر انتخابی بودن مواد قابل استخراج در حلال فوق بحرانی در شرایط جداسازی و استخراج لازم است.
1-5 چه شد؟
1-5-1 پارامترهای موثر در SFE
همانطوریکه قبلاً گفته شد، برای فرآیند استخراج با CO2 در مقیاس صنعتی، از 2 یا چند ظرف استخراج بطور سری یا موازی استفاده می شود. همانطوریکه در جدول (1-4 ) آمده است 5حالت از فشار و دمای فوق بحرانی آورده شده است:
جدول 1-4 حالت های فشار و دما را در فرآیندهای مختلف استخراج نشان می دهد.

فشار
دما
مورد اول
P1>PC>P2
T1>TC>T2
مورد دوم
P1>PC>P2>P3
T1>T2>TC>T3
مورد سوم
P1>P2>PC>P3
T1T2>TC>T3
مورد چهارم
P1=P2>PC>P3
T1<T2>TC>T3
مورد پنجم
P1>P2>PC>P3
T1T2>T3>TC

P1 و T1 شرایط فشار و دمای ظرف استخراج 1 هستند و P2 و T2 و P3 و T3دما و فشار در محیط جداکننده 1و2(به ترتیب) هستند و PC و TC، فشار و دمای حالت بحرانی هستند. برای شرایط صنعتی موارد 2و3و5 اغلب انتخاب می گردد تا مورد 1، زیرا در عمل به این نتیجه گیری دست یافته اند. در این مورد دما و فشار جداکننده اول (P3,T3) بین دما و فشار ظرف استخراج و شرایط بحرانی خواهد بود در حالیکه در جداکننده 2 دما و فشار از PC و TC کمتر است. مورد 4 برای صرفه جویی در مصرف انرژی بکار می رود و با افزایش دما جداسازی راحت تر انجام می گیرد.
1-5-2 ترمودینامیک SCF
SCF یا سیال فوق بحرانی از نظر ترمودینامیکی حالتی است که فشار و دما در آن بیشتر از حالت بحرانی است. در عمل یک حلال SCF بعنوان یک ماده استخراج کننده می تواند استفاده شود. محدوده تقریبی دما حدود 2/1برابر دمای بحرانی است و فشار آن حدود 5/3برابر فشار بحرانی است. این محدوده شرایطی را بوجود می آورد که دانسیته CO2 شبیه دانسیته مایع شود و در فشار بحرانی بیش از 200بار دانسیته مشابه مایع شود.
1-5-3 تغییر پذیری چگالی با فشار و دما
میزان حلالیت در حالت فوق بحرانی با چگالی مرتبط می باشد و میزان چگالی با دما و فشار ارتباط نزدیک دارد. شکل زیر تغییرات چگالی را با فشار را در دماهای مختلف برحسب پارامتر Tr یا و Pr یا نشان می دهد. در P>PC، تغییر دانسیته با چگالی با افزایش دما از زیر حالت بحرانی به بالای حالت بحرانی بصورت یکنواخت صورت می گیرد. برای مثال در محدوده Tr برابر 2/1-9/0، میزان Pr یا می تواند از 2-1/0 افزایش یابد.
با افزایش Pr از 1 به 2 و Tr به 55/1 ، چگالی کاهش می یابد . با تنظیم فشار و دما می توان چگالی و در نتیجه حلالیت را تغییر داد.
1-5-4 تاثیر حلال های کمکی یا اصلاحگرها3:
نقش حلال کمکی در بالا بردن درصد حلالیت نمونه در CO2 فوق بحرانی است، زیرا باعث افزایش قطبیت حلال شده و ترکیبات قطبی بهتر جدا می شوند علاوه بر این، با واکنش با برخی از ترکیبات مزاحم موجود در نمونه، باعث می شود که عمل استخراج براحتی انجام گیرد (1986،Dobbs).
میزان حلال کمکی افزوده شده به CO2 فوق بحرانی از 5-01/0 درصد مولی متفاوت می باشد و مشخص گردیده که اصلاحگرهای قطبی نیز باعث کمک به استخراج مواد غیرقطبی نیز می شوند.
1-5-5 رفتار حلالیت در SCF
رفتار حلالیت یک حلال در SCF مربوط به حجم نسبی مولی و آنتالپی نسبی مولی در اطراف نقاط بحرانی حلال است. میزان حلالیت در یک حلال SCF بستگی به اثرات فشار، دما و حلال کمکی بر منحنی های همدما و هم فشار دارد که در ذیل به آنها اشاره می شود:
الف) همدماهای حلالیت: همانطوریکه در شکل (1-4 ) پیداست برای یک سیستم معمولی جامد-مایع مرزی، رفتار همدماهای حلالیت وابسته به فشار است. همانطوری که در شکل مشخص است حلالیت ماده جامد حل شونده ابتدا کاهش یافته و به حداقل خود می رسد و سپس با افزایش فشار در اطراف فشار بحرانی در حالت SCF، به صورت نمایی افزایش می یابد. به افزایش حلالیت با افزایش در عامل فشار کمتر اشاره شده است. در محدوده بین فشارهای حداقل و حداکثر که بترتیب با PL و PU مشخص شده است بنظر می رسد که همدماها به یکدیگر رسیده اند و همگرا هستند. در این ناحیه SCF دارای خصوصیات سیستم جامد – مایع است.
ب: هم فشارهای حلالیت: بمنظور فهم تغییرات مهم فشارهای حلالیت با مراجعه به متن اصلی به نفتالین در CO2 به عنوان ماده حل شونده در سیستم مدل انتخاب شده است. همانطوری که در شکل(1-5 ) مشاهده می شود منحنی ها با هم تلاقی نداشته و نحوه وابستگی حلالیت به فشار و دما نسبت به منحنی های همدما کاملاً متفاوت است. برای مثال، در فشار 300بار افزایش دما میزان حلالیت نفتالین را در CO2 افزایش داده در حالیکه در فشار کمتر از 90بار، افزایش دما میزان حلالیت را کاهش داده است. این مربوط به این حقیقت است که چگالی کاهش می یابد در حالیکه فشار بخار افزایش می یابد. با افزایش دما و در فشار بالاتر از 110بار، افزایش فشار بخار و کاهش چگالی اتفاق می افتد.
1-6 عوامل موثر بر استخراج با CO2 فوق بحرانی
1-6-1 چگالی
در توضیحاتی که در بخش 1-5-3 داده شد اثر و ارتباط بین قدرت حل کنندگی و چگالی سیال فوق بحرانی مشخص گردید و بر این که تاکید گردید که با تغییر دما و فشار، قدرت حل کنندگی سیال فوق بحرانی به سادگی تغییر می نماید در حالیکه قدرت حل کنندگی حلالهای معمولی در حین استخراج ثابت است. در درجه حرارت ثابت، چگالی و به تبع آن قدرت حل کنندگی با افزایش فشار فزونی می یابد. البته این فرضیه ها در تمام فشارها صادق نمی باشد.
Eggars و همکارانش(1994) بیشترین مقدار حلالیت روغن سویا را در فشار 1000-500بار گزارش کردند. گزارش های مشابهی نیز برای ترکیبات دیگر ارائه شده است. هنگامی که حلالیت در برابر فشار رسم شود، در فشارهای خاص همدما معکوس می شود. در فشارهای پائینتر از این نقطه با افزایش دما حلالیت کاهش می یابد ولی در فشارهای بالاتر از آن، حلالیت با افزایش دما فزونی می یابد. این تضاد آشکار را با درنظر گرفتن نقش فراریت حل شونده در حلالیت می توان توجیه کرد. هرچند افزایش درجه حرارت، چگالی را کاهش می دهد ولی فشار بخار حل شونده را به صورت نمایی افزایش می دهد. بنابراین بایستی از منحنی های چگالی به جای فشار استفاده شود تا این مشکل به خودی خود حل شود. زیرا در چگالی ثابت، افزایش درجه حرارت در هر مورد حلالیت را افزایش می دهد.
1-6-2 اصلاحگرها4 یا حلالهای کمکی5
اغلب سیالهای موجود، حلالهای ضعیفی برای SFE هستند و این کاربرد آن را محدودتر می سازد. برای حل مشکل یا می توانیم از سیال فوق بحرانی قطبی تر استفاده کنیم یا اینکه به سیال فوق بحرانی اصلاحگر یا کمک حلال اضافه کنیم. اما روش اول راحت تر از روش دوم است؛ اما حلال موردنظر ممکن است برای کار ما مناسب نباشد مثلاً آمونیاک حلالی با قدرت بالاست ولی پمپ کردن آن مشکل است و از طرفی سیالی سمی و مضر برای سلامتی انسان است. راه دوم بهتر است و می توان از حلالهایی چون اتانول و متانول و دی کلرو متان به عنوان اصلاحگر استفاده کرد.
مثلاً در استخراج کافئین از قهوه از آنجائیکه کافئین ترکیبی قطبی است با CO2 به طور کامل استخراج نمی شود. اما با افزودن مقداری آب به CO2 فوق بحرانی عمل استخراج کافئین از قهوه یا چای کامل می شود. انتخاب نوع و غلظت اصلاحگر تجربی است زیرا اطلاعات خیلی کمی در مورد حلالیت آن جزء در سیالهای فوق بحرانی اصلاح شده وجود دارد و همینطور چگونگی تاثیر متقابل سیال فوق بحرانی اصلاح شده با جزء موجود در نمونه و با توده نمونه موردنظر درک نشده است.
1-6-3 اندازه ذرات
مشخص است که هرچه اندازه ذرات نمونه کوچکتر باشد درصد بازیابی بیشتر می شود اما معمولاً بایستی یک حد بهینه را درنظر گرفت. به منظور بررسی اثر اندازه ذرات، ابتدا بایستی مروری بر مکانیسم کنترل کننده استخراج داشته باشیم. فرآیند استخراج دینامیکی از دو بخش تشکیل شده است؛ بخش اول انتقال حل شونده به توده سیال(و به دور از بافت شیمیایی نمونه است) که سرعت انتقال جرم بستگی به سرعت نفوذ در توده سیال دارد. بخش دوم، که مهمتر از بخش اول است نفوذ نمونه از درون بافت شیمیایی به سطح آن است.

1-6-4 سرعت
قاعدتاً سرعت های بالا بایستی زمان استخراج مواد را کاهش دهد. تقریباً سرعت های یک سانتی متر در دقیقه برای استخراج هایی در مقیاس کم رضایت بخش هستند. یکی از اثرات سرعت، استخراج ناقصی است که در ظرفهای استخراج با حجم زیاد(نسبت به حجم نمونه) اتفاق می افتد. جریان سیال فوق بحرانی در ظرف استخراج به صورت آرام6 است. در این نوع جریان، جریانی عمود بر جریان کلی سیال وجود ندارد. بعلاوه، سرعت سیال در نزدیکی جداره ظرف بدون توجه به سرعت خطی سیال به صفر نزدیک می شود بنابراین، اگر نمونه به جداره ظرف استخراج بچسبد ممکن است سرعت سیال به اندازه ای نباشد تا آنالیت را از درون ظرف عبور دهد. با توجه به مطالب فوق، علت درصد بازیابی کم جزء موردنظر(یا آنالیت) از ظرف های بزرگ استخراج توجیه می گردد. در حالیکه درصد بازیابی همان مقدار آنالیت از یک ظرف استخراج کوچک خیلی بیشتر است.
1-6-5 جمع آوری نمونه
هرچه آنالیت فرارتر باشد گیراندازی آن مشکل تر است. بنابراین، راندمان گیراندازی آنالیت تابعی از درجه حرارت تله7 است . این اثر در شکل (1-6 ) نشان داده شده است
شکل 1-6 درصد بازیابی آلکانهای نرمال استخراجی در دماهای گیراندازی مختلف با توجه به شکل ممکن است این طور تصور گردد که اگر درجه حرارت تله خیلی پائین بیاید، حتی فرارترین آنالیت ها را هم می توان گیر انداخت، اما این تصور سطحی است زیرا با کاهش بیش از حد دما، سیال فوق بحرانی نیز جمع آوری می گردد. برای مثال، CO2 در ذوب می شود. برای نمونه های حاوی آب باید شرایط ویژه ای بکار رود تا از تجمع بلورهای یخ در تله جلوگیری شود. اندرسن و همکارانش(Anderson etal) دریافتند که برای جلوگیری از ترسیب ترکیبات در داخل فشارشکن و همچنین انجماد سیال فوق بحرانی بایستی دمای تله را پائین آورد ولی دمای فشارشکن را بالاتر از تله نگه داشت.

فصل دوم
استخراج عصاره های عطری و طعمی با استفاده از CO2 فوق بحرانی

2-1 روغن های اسانس طبیعی
عطرها و طعم های طبیعی سرچشمه ترکیبات معطری هستند که در بخشهای مختلف گیاه اعم از: دانه ها، ریشه ها، چوب، شاخه ها، برگ ها، میوه ها، روغن درخت و رزین وجود دارند.
روغن های اسانسی چیستند و چه فرقی با روغنهای معمولی دارند؟ اینها ترکیبات ارگانولپتیکی هستند یعنی ترکیباتی هستند که بر ارگانهای حسی بدن ما تاثیر می گذارند. آنها در غلظتهای مختلف، از چند ppmتا چند درصد در منابع شان وجود دارند. این ترکیبات بسیار سبک وزن هستند و وزن ملکولی زیر 300 دارند و نسبتاً فرار هستند و رنگی از خود بر روی پارچه باقی نمی گذارند. روغن های اسانسی در ساختمان شیمیایی شان ممکن است تفاوت های زیادی داشته باشند اما یکسری خصوصیات مشترک فیزیکی دارند مثل: اندیس ضریب شکست بالا، فعالیت نوری، مخلوط شدن با آب و حلالیت کافی برای عطر دادن به آب. آنها در اتر، الکل، حلالهای آلی و درمایعا ت سیال نظیر CO2 فوق بحرانی قابل حل هستند. روغن های تری گلیسریدی غیرفرار هستند و فعالیت نوری ندارند.
روغن های ضروری را ترپنوئید نیز می نامند بدلیل اینکه مشتقی از ملکول های ایزوپرن هستند. این ها به 2گروه اصلی طبقه بندی می شوند:
1- هیدروکربن های حاوی ترپن ها، نظیر: مونوترپن ها، دی ترین ها، سسکویترین ها.
2-ترکیبات اکسیژن دار نظیر: استرها، آلدئیدها، کتونها، الکل ها، فنل ها، اکسیدها، اسیدها و لاکتون ها که معمولاً ترکیبات نیتروژنه و سولفوره را نیز شامل می شوند.
ترپنوئیدها ممکن است حلقه ای یا دوحلقه ای باشند . هیدروکربنهای ترپنی با توجه به nدر فرمول کلی (C5H8)n طبقه بندی می گردند. برخی ترکیبات مهم ترپنی در شکل (2-1 )نشان داده شده اند آمده است. جدول (2-1 )طبقه بندی برخی از ترکیبات مهم ترپنی را نشان می دهد.
2-2 عصاره گیری با CO2 فوق بحرانی:
این روش مزایای بسیاری دارد که می توان به موارد ذیل اشاره کرد :
الف)حلال های سمی در عصاره باقی نمی ماند.
ب) تغییرات نامطلوب در ترکیبات استخراجی بدلیل درجه حرارت پایین استفراج بوجود نمی آید.
ج) صرفه جویی در مصرف انرژی و بازیابی حلال همچنین کاهش زمان استخراج.
د) نگهداری بهتر عصاره به دلیل استخراج همزمان آنها با آنتی اکسیدانها و حذف اکسیژن حل شده.
هـ) خلوص بالا.
ز) خصوصیات مخلوط شدنی بسیار عالی عصاره.
با وجود روش های متعددی که برای استخراج روغن های اسانسی وجود دارد، در کل بازدهی عصاره گیری با CO2 و اتانول بیشتر از روشهایی چون تقطیر با بخار است. این تفاوت ها بیشتر بخاطر این حقیقت است که عصاره ها حاوی ترکیبات غیرفرار هستند.
عطر و طعم های طبیعی حاصل از گیاهانی چون استوقدوس، یاسمن، سنبل ختایی، تخم رازیانه، آنقوزه، ریحان، چوب خیزران، زیره، گل همیشه بهار، پرک هندی، دارچین، میخک، فلفل قرمز، بابونه، گشنیز، زیره سبز، شوید، رازیانه، زنجبیل، سیر، رازک، پوست جوز هندی، ادویه، آویشن، نعناع هندی و… می تواند کاربرد گسترده ای در صنایعی چون لبنیات، کنسروسازی، شیرینی جات، فرآورده های گوشتی و دیگر فرآورده های غذایی داشته باشد.
2-2-1 عطر یاسمن
عطر یاسمن جزو عطرهای گرانبها و باارزش است. 10هزار گل آن kg1وزن دارد و استخراج عصاره یاس از حدود kg 360-300گل آن حدود kg1عصاره یاسمن ناخالص تولید می شود که از آن kg5/0یاسمن خالص بدست می آید (در روش تقطیر با آب). اما در روش SFE با ازCO kg فوق بحرانی 250 گل آن kg1عصاره روغن یاسمن در استخراج یک مرحله ای بدست می آید (1995 و Lawrence).
با عمل استخراج با CO می توان حدود 50-40% یاسمن ناخالص و یا خالص بدست آورد که این مقدار بستگی به دما، فشار و کیفیت یاسمن ناخالص دارد. گلها قبل از استخراج موم گیری می شوند که به توده بدست آمده از گلها کانکریت (concrete)گویند. در روش های جدید استخراج با CO2 فوق بحرانی، نیازی به موم گیری نیست و می توان مستقیماً از گلها عمل استخراج را انجام داد. مشخص گردیده است که در دماهای پائینتر و بالاتر از ، عمل بازدارندگی استخراج، کمی افزایش می یابد یا بعبارتی دیگر استخراج کمی سخت تر انجام می گیرد. همچنین ،شکل( 2-2 )اثر فشار و دما را بر فاکتور بازدارندگی نشان می دهد.
با توجه به شکل( 2-1 )قطبیت حلال کمکی به همراه فشار و دما، عامل مهمی در کاهش فاکتور ممانعت کنندگی است. به نسبت حلالیت خالص به میزان بازدارندگی ترکیب ویژه در طی استخراج استاپایا، فاکتور ممانعت کنندگی می گویند. اثر فشار بر فاکتور ممانعت کنندگی با افزودن حلالهای کمکی نظیر متانول، متفاوت از زمانی است که ما حلال کمکی نداشته باشیم. همانطوری که در شکل( 2-3 )مشاهده می شود میزان ممانعت کنندگی حدود 4برابر کاهش یافته است.
شکل (2-3 )اثر فشار بر فاکتور ممانعت کنندگی با حلال کمکی متانول و بدون حلال کمکی.
در استخراج این عطر بهترین حلال کمکی اتیل استات است که بعد از آن می توان به ایزوپروپانول، n-بوتانول، متانول و استن اشاره کرد.
CO2 فوق بحرانی در فشار 120بار و ، حتی بدون حلال کمکی، عصاره های عطری یاسمن را استحصال می کند.
در مقایسه ای که بین ترکیبات عصاره های استخراج شده با CO2 مایع و CO2 فوق بحرانی(با حلال کمکی و بدون حلال کمکی) انحام شده است مشخص گردید که عصاره استخراج شده با CO2به همراه متانول حاوی درصد ترکیبات بیشتری است.
جدول( 2-1 )درصد وزنی ترکیبات موجود در عصاره را نشان می دهد که با 3روش مختلف استخراج شده اند.
افزایش مستقیم مقدار کمی حلال کمکی محلول در آب(5-3%) به گلها قبل از استخراج باعث افزایش حلالیت ترکیبات معطر می شود که بخاطر تغییرات مورفولوژیکی سوبسترای گل و کاهش جذب اجزاء نسبت به همدیگر است.
2-2-2 عطر گل محمدی
بیش از 120گونه گل محمدی در جهان وجود دارد که کم و بیش در میزان ترکیبات شان فرق می کنند. گزارش شده است که میزان 2-فنیل اتانول در استخراج با CO2 حدود 5/67% است و از روغن بدست آمده به روش تقطیر بسیار بیشتر است (b. 1996 و Boelens).
ارزش بویایی(کیفیت وشدت) روغن بدست آمده به روش تقطیر بسیار کمتر از روغن بدست آمده به روش CO2است و مصرف کنندگان این را بهتر می پسندند. ترکیب اصلی موجود در عطر گل محمدی 2-فنیل اتانول است که میزان این ترکیب در روغن بدست آمده با CO2تا 60% است. روغن گل محمدی در شیرینی جات، عطرها، نوشابه ها و… بکار می رود. فرمول عطر و بوی گل محمدی حاوی 2% روغن گل محمدی، 5/1% شبه طبیعی(سیترونلول، ژرانیول و فنیل اتیل الکل) است و بقیه حلال پایه است مثل ایزوپروپانول و پروپان گلیکول.
جدول 2-2 ترکیبات شیمیایی روغنهای گل محمدی را نشان می دهد که به سه روش مختلف بدست آمده اند.
جدول 2-2 ترکیبات شیمیایی روغنهای گل محمدی.
2-2-3 عطر گل نارنج:
عطر روغن این گل بخاطر ترکیب معروف روغن نرولی آن است که به مصارف مختلفی می رسد .با تقطیر با بخار میزان روغن نرولی بدست آمده حدو 1/0-08/0% است در حالیکه به روش استخراج با هگزان به میزان 25/0-2/0% میزان کانکریت است. روغن استحصالی به روش تقطیر و به روش scco2 فوق بحرانی با هم تفاوت دارند. همانطوریکه در جدول (2-3 )و( 2-4 )نشان داده شده است تفاوت ها در میزان ترکیبات مونوترپنی و استات لینالیل است .علت بیشتر بودن ترکیبات مونوترپنی در روغن حاصل شده به روش تقطیر این است که در طی حرارت دادن استات لینالیل به مونوترپن ها تجزیه می شود. همچنین ترکیبات نیتروژنه کمتری در محصول تقطیر شده با بخار دیده می شود که بخاطر کم بودن حلالیت این ترکیبات در آب است. ارزش بویایی روغن استخراج شده به روش CO2نسبت به تقطیر 2برابر است که مشتریان آن را بهتر می پسندند.
جدول 2-3 مقایسه ترکیبات روغن گل نارنج که به روش های متفاوت بدست آمده را نشان می دهد.
جدول 2-4 ترکیبات شیمیایی روغنهای مختلف گلهای نارنج را نشان می دهد.
2-2-4 عطر استوقدوس
در تحقیقی که بر روی نوعی از استوقدوس زیرزمینی ایتالیایی انجام شداز CO2 فوق بحرانی در فشار 90بار و دمای برای عمل استخراج استفاده شد که بعد از آن عمل جداسازی در دو مرحله ادامه یافته است. در جداکننده اول دمای 0 و فشار 80بار اعمال گردید و در جداکننده دومی دمای و فشار 25بار اعمال گردید و عمل جداسازی انجام شد. میزان روغن استحصال شده 9/4% وزنی بود(1994و Reverchon etd). اما عصاره گرفته شده به روش CO2 در دمای و فشار 110بار که روی گونه زیرزمینی ترکیه ای آن انجام گرفت، میزان بازیابی 4/90% بود که 67/1% کمتر از روش تقطیر بود. خصوصیات ارگانولپتیکی روغن های استخراج شده با CO2 و روش تقطیر با هم متفاوت بودند. جدول( 2-5 ) مقایسه ترکیبات موجود در این روغن ها که با دو روش متفاوت بدست آمده است را نشان می دهد.
جدول 2-5
قطر ذرات برای استخراج با CO2 بین mm2-1 بود. علت تفاوت میزان لینالول استات(بیشتر بودن آن در عصاره حاصل از scco2 ) مربوط به هیدرولیز بخشی از ترکیبات در طی استخراج با تقطیر است.
2-2-5 عطر صندل
روغن صندل خصوصیات تثبیت کنندگی خوبی دارد. رنگ آن خیلی روشن است و اثر رنگ کنندگی روی محصول ندارد. عطر آن در مقادیر کم بسیار مطلوب است و کاربرد آن در ساخت صابون ها، مواد آرایشی، عطرها و شیرینی جات است. در روش سنتی با عمل تقطیر با بخار عمل استحصال روغن صندل با بازدهی 8/3% روغن بعد از 24ساعت بدست می آمد در حالیکه در استخراج با CO2 مایع در دو ساعت و بازدهی آن 9/4% است. میزان درصد روغن صندل در عصاره در روش تقطیر 8/81% است در حالیکه در روش با استخراج CO2 حدود 6/83% است (c 1992 , Mahindru).
محتوی روغن صندل با پیشرفت فرآیند استخراج با CO2 افزایش می یابد و میزان ترپن کاهش می یابد. روش های استخراج با CO2مایع و CO2فوق بحرانی از روش های دیگر بهتر هستند زیرا ترپن کمتری در عصاره وارد می شود و میزان روغن صندل بیشتر است.

فصل سوم
استخراج عصاره میوه جات با scco2

3-1: اهمیت استخراج:
ترکیبات فرار آب میوه جات حاوی عطر و طعم های منحصربفردی هستند که برای تشدید طعم نوشیدنی ها و آب میوه ها بکار می روند. در روشهای قدیمی تولید عصاره، در طی فرآیند حرارتی عمل تغلیظ انجام می شد که باعث تخریب و تغییر ترکیبات عصاره می گردید مثلاً در تولید آب انگور مشخص شده است که طعم انگور در طی فرآیند تغییر می کند بطور مثال ترکیبات فرار با نقطه جوش پائین تر نظیر 2-متیل-3-بوتن-2-اُل و ethyl crotonate از بین می رفتند(1994 و Ohta etal). حتی ترکیبات با نقطه جوش بالا مثل متیل آنترانیلات (methyl anthraniLate) پس از فرآیند تغلیظ به نصف کاهش یافت.
3-2: استخراج روغن مرکبات در طی تولید:
در سراسر دنیا روغن مرکبات یکی از محصولات مهم است که از میوه جات مرکبات نظیر نارنج، پرتقال، لیمو، گریپ فروت و نارنج بدست می آید. از نظر ارزش اقتصادی، روغن مرکبات سوددهی فراوانی دارد. بطوریکه در بعضی از آنها مثل لیمو، روغن سرد پرس شده آن محصول اصلی کارخانه و آب آن حصول فرعی کارخانه بوده است.
بازدهی روغن سرد پرس شده پوست پرتقال 28% می باشد در حالیکه روغن آب میوه آن 008/0% میوه می باشد.(1994 wright). میزان تولید روغن مرکبات حدود 3/0% وزنی کل میوه می باشد(1998 و Mendes etal).
امولسیون روغنی که پس از پرس سرد پوست مرکبات و افزودن آب برای گرفتن روغن، بدست می آید به 3دسته جداگانه تقسیم می شوند: 1-فاز آبی 2-فاز جامد(sludge)3-امولسیون سرشار از روغن(80-60%) که خامه نام دارد که سپس این سانتریفوژ می شود و روغن مرکبات بدست می آید.
آبمیوه پس از استخراج به عنوان یک منبع طعم دهنده طبیعی بکار می رود و اگر تغلیظ گردد ترکیبات فراری از آن بوجود می آید که به 2دسته تقسیم می گردند: 1-عطرهای محلول در آب که حاوی بیشتر آب، اتانول و ترکیبات با نقطه جوش پائین هستند نظیر استالدئید که ممکن است مستقیماً با روشهای مختلفی مثل تبخیر، استخراج با حلال، کروماتوگرافی و… جداسازی شوند. 2-روغن های اسانسی که یا مستقیماً یا بعداً برای تولید مواد طعم دهنده طبیعی تغلیظ می شوند.
3-3: استخراج ترکیبات طعم دهنده از میوه جات:
عصاره های میوه جات نه فقط برای تولید طعم دهنده های طبیعی بکار می روند، بلکه برای تولید آبمیوه غلیظ شده حاوی عطر و طعم نیز بیشتر بکار می روند تا در موقع رقیق شدن به حد مطلوب طعم برسند. جدول 3-1 یکسری از ترکیبات موجود در عصاره میوه جات را طبقه بندی کرده است.
بسیاری از ترکیبات ویژه که حلالیت کمی در فاز آبی دارند وقتیکه غلظت آنها 100برابر گردد مکن است جدا شدن آنها از فاز آبی اتفاق بیفتد، اما در حضور اتانول در عصاره های فرار غلیظ شده به حلالیت آنها کمک می کند. میزان اتانول ممکن است 30-1% حجمی حجمی باشد البته میزان طبیعی آن 6-5% است و بیشتر از این ممکن است عمل تخمیر را باعث گردد.
3-4: پایداری و کیفیت:
در طراحی تجهیزات، پارامترهای فرآیند و انتخاب حلال بایستی به پایداری ترکیبات فرار توجه کرد. هیدرولیز نسبی ترکیبات باعث تغییراتی در ترکیب عطری می گردد و از اینرو بایستی به طور دقیقی به مراحل فرآیند از مرحله جمع آوری تا تغلیظ، توجه گردد. بطور مثال اگر آبمیوه برای مدتی قبل از پاستوریزاسیون نگه داشته شود اتانول تخمیر می گردد و این باعث تخمیر محصول می گردد. کیفیت عصاره میوه با ترکیب کروماتوگرافی گازی و ارزیاب حسی همیشه بایستی مورد ارزیابی قرار گیرد با ساختن یک محلول 5/12% ساکارز، 25/0% اسید سیتریک بی آب و 5/0% عصاره کیفیت آن می تواند بررسی گردد.
3-5: فرآیند استخراج با CO2 :
استفاده از CO2 برای استخراج عصاره آب میوه در سال 1939 توسط Horvarth گزارش گردید الکلها، اترها، آلدئیدها و کتونها که عصاره آبمیوه ها را تشکیل می دهند در CO2 محلول هستند استخراج آب میوه جاتی نظیر سیب، پرتقال، هلو، آناناس، توت و گلابی با CO2 مایع انجام گرفت که مشاهده گردید، اکثر ترکیبات موثر در ایجاد طعم آرومایی توسط CO2 مایع استخراج گردید مثلاً در سیب ترکیبات: اتیل-2-متیل بوتیرات، ترانس-2-هگزنِل و هگزنِل در طعم سیب موثر بودند. عصاره CO2 مایع حاوی اسانس 150برابر شده است زیرا CO2 قدرت انتخابی بالایی در جذب ترکیبات مسئول عطر دارد(آلدئیدها، استرها، کتونها، الکلها).
بازدهی استخراج برای حلالهای ایزونپتان، فلوروکربن، اتر و CO2 مایع بترتیب 38/0، 41/0،21/1 و 58/1% گرم عصاره در گرم اسانس آبی دارد.
با افزایش دما از 20 به Cْ25 و فشار 64بار بازدهی استخراج عصاره سیب افزایش می یابد. در استخراج روغن اسانسی از پوست لیمو با scco2 که در فشار 300بار و دمای Cْ40انجام گردید بازدهی استخراج 9/0% گزارش شد.(1980و Calame). ترکیب روغن اسانسی استخراج شده بوسیله CO2 فوق بحرانی با روش پرس سرد یکی بود. استخراج عصاره سبزیجاتی چون گوجه فرنگی، هویج، کرفس نیز توسط CO2 انجام گرفت.
3-6: ترپن گیری روغن مرکبات با CO2 فوق بحرانی:
دامنه کاربرد روغنهای مرکبات بسیار وسیع است و از کاربردهای آن می توان به عنوان طعم دهنده در صنایع غذایی، نوشابه سازی، بهداشتی و آرایشی، دارویی و غیره اشاره کرد. روغنهای مرکبات مخلوطی از مونوترپن ها، سسکویترین ها، ترکیبات اکسیژن دار و ترکیبات غیرفرار نظیر رنگ ها، موم ها و مشتقات کومارین و… اشاره کرد.
98-95% روغنهای اسانسی حاصل از مرکبات حاوی ترکیبات ترپنی هستند که از این ترکیبات 95% آنها را لیمونن تشکیل می دهد. ترکیبات ترپنی نقش چندان مهمی را در عطر و طعم دهندگی روغنهای اسانسی ندارند علاوه بر این، این ترکیبات سرانجام تجزیه شده و باعث بدمزگی محصول می شود. میزان بالای این ترکیبات باعث حل شدن محصول در الکل و فاز آبی می شود. بدین ترتیب ضروریست که ترپن ها از روغن های مرکبات جداسازی شوند.
عمل ترپن گیری تا زمانیست که میزان آن به 50-25% وزنی محصول برسد. ترکیب اصلی جداشده d- لیمونن است که برای موادی نظیر روغن نعناع، رزین های ترپنی، چسب ها بکار می رود. جداسازی ترپن هم با CO2 مایع امکان پذیر است و هم با CO2 فوق بحرانی می تواند انجام بگیرد.
Kimbal(1987) با استفاده از CO2 فوق بحرانی در فشار 210بار تا 450بار و در دمای توانست d- لیمونن را از آبمیوه مرکبات تا میزان 25% جداسازی کند. این عمل در یک ساعت بطول انجامید و هیچگونه کاهش ویتامین C، اسید سیتریک و اسیدهای آمینه مشاهده نشد بطوریکه ترپن ها در scco2 از ترکیبات اکسیژن دار حلالتر بودند.
Temelli و همکاران(1988) scco2 را برای تغلیظ ترکیبات اکسیژن دار در روغن پرتقال بکار برد او این فرآیند را در فشار 83بار و دمای cْ70 در حالت نیمه پیوسته انجام داد و افت ترکیبات عطرزا با وجود بازده پائین آن، کم بود حتی با غلیظ کردن روغن پوست پرتقال تا 20برابر مقادیر قابل توجهی از ترپن ها در آن باقی ماند. با ترکیبی از استخراج با scco2 و رفع scco2 فرآیند ترپن گیری را بنحو موثری بهبود بخشید. با بکارگیری یک ستون سیلیکاژل با scco2 در فشار 200بار که با اتانول مخلوط گردیده است، ترکیبی که 95% آن ترکیبات اکسیژن دار غیرترپنی بودند. (1990 Yamauchi and Saito). دانشمند دیگری با استفاده از ستون سیلیکاژل و تغییرات فشار از78 به 100بار، فرآیند ترپن گیری را در روغن بدست
آمده بروش سرد پرس شده را بررسی کرد و به ماده ای که سرشار از عطر بود دست یافت (1994 و Chouchi etal). با استفاده از scco2 دانشمند دیگری ترپن های موجود در سیلیکاژل را خارج کردند(1995 و Dugo etal)، بعداً ترکیبات اکسیژن دار با افزایش دما و فشار جریان scco2 از ستون خارج کردند. با وجود آنکه CO2 مایع یک انتخابگر نیست استخراج روغن پرتقال از ستون سیلیکاژل پوشیده شده با مایع در فشار 7/6بار و cْ15باعث کاهش میزان لیمونن از 95% به 40% گردید.
عمل مداوم ترپن گیری با ممکن است در دمای نسبتاً پائینتری( cْ60-40) با یک ستون بصورت غیرهمجهت انجام گردد. روغن مرکبات برای پروسه شدن با راس ستون تماس می یابند و ترپن ها با CO2 استخراج می شوند و از راس ستون خارج می شوند. با کاهش فشار این ترپن ها از CO2 جدا می گردند و CO2 بازیافت می گردد. برای عمل ترپن گیری با scco2 ضروریست که فشار در زیر 110بار اعمال گردد و دما در cْ60باشد زیرا scco2 در فشارهای بالاتر خاصیت همگنی خود را از دست می دهد دما در بالای ستون جداکننده نسبت به پائین ستون بایستی بیشتر باشد این حالت به ترکیبات با فراریت کمتر اجازه کندانس شدن را می دهد(به این دلیل که در اثر افزایش دما حلالیت آنها کاهش می یابد) این کار جریان مورد نیاز را بری جداسازی را در ستون فراهم می کند.
پارامترهای مهم فرآیند یکی نسبت استخراج است و دیگری قدرت جداسازی که با افزایش در نسبت حلال به خوراک و فشار، افزایش می یابد. این قضیه هم در استخراج مداوم و هم در استخراج نیمه مداوم صدق می کند.
یک نوع از مرکبات به نام Bergamot در ایتالیا رشد می کند که خواص متفاوتی از دیگر مرکبات دارد روغن پوست آن، خاصیت ضدافسردگی و شاداب کنندگی قوی دارد و در میزان هیدروکربن های مونوترپنی و ترکیبات معطر اکسیژن دار با پوست پرتقال متفاوت است. روغن پوست این میوه حاوی مقادیر زیادی از ترکیبات طعمی فرار مثل: لینالول و لینالیل استات دارد که بر جداسازی ترپن ها اثر دارد. این روغن همچنین حاوی 45% ترپن است و لینالیل استات به عنوان ترکیب اصلی ایجاد عطر در آن شناخته می شود که در روغن پوست پرتقال نیست. جداستزی ترپن ها به روش غیرهمجهت توسط CO2 فوق بحرانی یکی از نکات جالب توجه در تجارت است و می تواند تقریباً بخش عطری بدون ترپن را ایجاد کند(1994 و Sato etal).
3-7: الکل گیری آب میوه جات توسط scco2 :
در سالهای اخیر مصرف نوشابه های غیرالکلی افزایش یافته است بهیمن دلیل وجود روشهایی که بتواند الکل را از نوشیدنی ها جداسازی کند بدون آنکه به عطر و طعم آن لطمه وارد نسازد، مورد توجه قرار گرفته است. استخراج با scco2 به عنوان روشی موثر در جداسازی الکل ها معرفی گردیده است CO2 مایع و scco2 برای استخراج اتانول و عطر از شراب سیب در فشار 250-80بار و دمای cْ40-20بکار گرفته شد. سرعت جریان CO2 kg10بر ساعت بود و سرعت خوراک نوشیدنی 1لیتر در ساعت با غلظت 2/6%وزنی اتانول بود(1994 Medina and Martinez).
یک تعداد از ترکیبات برای ایجاد طعم و بو در شراب سیب موثر شناخته شدند. این ترکیبات عبارتند از: متانول، 1-پروپانول، اتیل-2-متیل بوتیرات، 2-بوتانول، 3-متیل-1-بوتانول، 1-هگزانول، اسسید استیک و 2-فنیل اتانول.
قدرت انتخاب scco2 بیشتر از CO2 مایع است بنابراین کارایی scco2 در کاهش این مواد در نوشیدنی سیب بهتر از CO2 مایع است اسید استیک و 2-فنیل اتانول توسط scco2 و CO2 مایع بازگیری نگردید. در حالیکه متانول هم با scco2 و هم با CO2 مایع استخراج گردید. بیشتر ترکیبات فرار با scco2 در فشار 125بار و cْ40 بازگیری شدند اما بهترین شرایط برای بازگیری اتانول در 250بار فشار و cْ40 دما بود که راندمان بازیافت و سرعت جریان CO2 بیشتری را از خود نشان داد. بخش ترکیبات معطر در فشار ملایم 125بار قابل جداسازی هستند که برای الکل گیری فشار بیشتری بکار می رود و به حدود 250بار می رسد سپس عمل افزودن مواد عطری جداشده صورت می گیرد و اینکه نوشیدنی با الکل کم تولید گردد.
3-8: استریلیزاسیون و غیرفعال سازی آنزیمها با scco2 :
حرارت دهی آبمیوه ها در cْ90 به مدت یک دقیقه یک روش معمول برای پاستوریزاسیون و غیرفعال ساختن آنزیمها در آنهاست تا از قهوه ای شدن آبمیوه جلوگیری شود. این حرارت دهی باعث می شود تا عطر و طعم میوه دستخوش تغییر گردد و رنگ آن به تیرگی بگراید بهمین دلیل از scco2 به عنوان یک راه حل ممکن برای غیرفعال کردن آنزیمها در آبمیوه ممکن است استفاده شود. آنزیم پکتیناز باعث رسوب پکتین در آب پرتقال و آب آناناس می شود و پلی فنل اکسیداز نیز باعث همین نقصان در آب سیب می گردد. مجاورت آبمیوه ها با scco2 سریعاً بعد از عمل استخراج آبمیوه، آنزیمها را غیرفعال می کند. بطور مثال آب سیبی که با scco2 در فشار 337بار و دمای cْ45 به مدت 4ساعت مجاور گردیده است در ساعت اول افزایش آنزیم پلی فنل اکسیداز مشاهده شد در حالیکه در ساعت چهارم کاهش شدیدی به میزان 8% در فعالیت این آنزیم مشاهده گردید.(1993 و balban etal). در تحقیق دیگری، آب پرتقال را با scco2 از فشار 69 تا 349بار و در دمای cْ35 تا cْ65به مدت 18 تا 180دقیقه مجاور کرده و مشاهده گردید که میزان غیرفعال شدن آنزیم بستگی به فشار، دما و زمان دارد که در جدول 3-2 قابل مشاهده است.
در نمونه هایی که فقط حرارت اعمال گردیده است(خط پیوسته) عقیم سازی آنزیم ها در دمای cْ40خیلی نادر است. در حالیکه در فرآیند scco2 در همان دما و فشار 310بار کاهش فعالیت آنزیمی از 43% به 100% است. ترکیب افزایش دما و فشار، زمان غیرفعال شدن آنزیم را کاهش می دهد(1994 و Arreola etal).
سرعت ثابت کاهش فعالیت آنزیم ها در فشار 1بار برابر 2-10×7/1 در دقیقه است و در فشار 138بار برابر 2-10×26/8 در دقیقه و در فشار 310بار برابر 1-10×45/9 در دقیقه است(1994 و Arreola etal). حتی تازگی رنگ و تیرگی آب پرتقالی که در مجاورت با scco2 در فشار 290بار و دمای cْ45 به مدت 2ساعت قرار گرفته بود، بهبود یافت که در شکل 3-1 می توان دید.
شکل 3-1 نتایج آزمونهای ارزیابی حسی را نشان می دهد. امتیاز کل در واقع مجموع نتایج 30ارزیابی است.(3برای بهترین، 2متوسط، 1ضعیف).
برای نمونه هایی که در دمای ثابت نگه داشته شده بودند بعد از 45 روز حالت ژله ای شدن در آنها پدیدار شد در حالیکه در نمونه هایی که با scco2 تحت فرآیند قرار گرفتند حالت پایداری و کدورت و سیالیت خود را حفظ کردند.
فرآیند scco2 بر آبمیوه جات باعث کاهش جمعیت میکروبی نیز می شود که این میکروبها شامل؛ لاکتوباسیلوس، لیستریا و سالمونلا است(1983 و Molin). حلالیت CO2 پرفشار در آب باعث تشکیل اسید کربنیک می شود که موقتاً PH را به 3الی4 می رساند و در هنگام برداشتن فشار از آبمیوه، PH به میزان اولیه خود برمی گردد. همچنین اسید آسکوربیک بیشتری حفظ می گردد و اسیدیته کل حفظ می شود علاوه بر این موارد رنگ و کدورت افزایش یافته و پایدار می گردند(حتی در حضور باقیمانده های پکتین استراز).
اما سلولهای خشک عقیم نمی گردند. اثر عقیم سازی CO2 بر روی انواع متفاوت باکتریها در فشار 203بار و cْ35 بررسی گردید(1987 و Kamihira etal). اثر ممانعت کنندگی آنها با افزایش فشار و کاهش دما افزایش می یابد که احتمالاً بخاطر حلالیت بیشتر CO2 در آب و پایین بودن PH یا احتمال برهم کنش های شیمیایی بین میکروارگانیسم ها در CO2 است.
فرآیند عقیم سازی میکروارگانیسم ها در دمای کم و عقیم سازی آنزیم با استفاده از برای آبمیوه هایی که به حرارت حساسند، بسیار مفید است.

فصل چهارم
استخراج عصاره های ادویه جات با scco2

4-1: اهمیت بازگیری:
ادویه جات دسته ای از مواد را تشکیل می دهند که خاصیت عطر و طعم دهندگی شدیدی دارند و مخصوص مناطق گرمسیری هستند. آنها به عنوان چاشنی در غذاهای خانگی، شیرینی جات، غذاهای کنسروی و پروسه شده، فراورده های گوشتی سوسیس و کالباس و غیره بکار می روند و اهمیت کاربرد آنها روز به روز بیشتر می شود. ادویه ها 2نوع هستند: نوع اول آنهائی هستند که مسئول عطر و طعم دهندگی هستند که روغن های اسانسی نام دارد و نوع دوم آنهائی هستند که نقطه جوش بالاتری دارند و مسئول تندی ادویه هستند و اولئورزین نام دارند. کیفیت و بازدهی عصاره ها بستگی به عملیات استخراج و طبیعت حلال دار که آن براساس ویژگی مطلوب فراورده انتهائی برحسب میزان عطر و طعم حلالیت آن دارد. هر عصاره ای، نقش ویژه ای در فرمولاسیون آن ایفاء می کند و برای رسیدن به طعم مطلوب بایستی مقدار صحیحی از آن را بکار برد. جدول 4-1 میزان روغن اسانسی و اولئورزین برخی ادویه را نشان می دهد.
جدول 4-1 میزان روغن اسانسی و اولئورزین موجود در برخی ادویه ها را نشان می دهد.
خاصیت ضداکندگی ادویه های یک ویژگی منحصربفرد آنهاست که از آنها می توانیم به میخک زرد، زردچوبه، اکلیل کوهی، جوز هندی، آویشن، دارچین، پرک هندی، زنجبیل و غیره اشاره کرد. بر این اساس اهمیت عصاره های این گیاهان بسیار زیاد و دارای ویژگیهای مطلوب و عالی هستند و لزوم بکارگیری یک روش استخراجی مناسب برای آنها نیاز است.
4-2: تخم کرفس:
ترکیب روغن بذر این گیاه که به روش تقطیر بدست آمده است با ترکیب روغنی که با روش scco2 (فشار 100بار و دمای cْ40) بدست آمده بود مقایسه گردید و مشخص گردید که روغن بدست آمده از روش تقطیر حاوی مونوترپن های بیشتری دارد در حالیکه روغن بدست آمده به روش scco2 بیشتر حاوی فتالیدها است. عصاره بدست آمده به روش scco2 حاوی ترکیبات اضافی دیگری نیز است که در روغن بدست آمده به روش تقطیر (HD) وجود ندارد. مونوترپن ها در روغن HD، حدود 6/57% هستند در حالیکه در روغن scco2 حدود 8/56% فتالید است (1997 و Zhang etal).
میزان کم فتالید(2/15%) در روغن HD بخاطر نقطه جوش بالا و فراریت کم آن در بخار است عمل تقطیر بیش از 10ساعت بطول می انجامد که برای استحصال کامل روغن ضروریست فتالیدها استرهای حلقوی لاکتونها با خصوصیات بویایی برجسته ای هستند که در کرفس هستند بوی عصاره استخراجی با scco2 شدیدتر از روغن HD است و ترکیبات ترپنی کمتری دارد با بکارگیری عمل scco2 در فشار 100بار و دمای cْ40بازدهی استخراج 03/2% می گردد که بسیار خوب است در حالیکه در دمای cْ40 و فشار 90بار استخراج خیلی کم است(04/0%). (1998 Della Porta etal).

همچنین براساس تحقیقات انجام شد میزان پارافین و استرهای متیلی اسید چرب در عصاره تخم کرفس بیشتر از عصاره برگ کرفس است.
4-3: فلفل قرمز:
استخراج عصاره این ادویه با scco2 در فشار 500-300بار و حرارت cْ100-80 با فراکسیون سازی همزمان آنها انجام گرفت و 2نوع عصاره بدست آمد یکی بخش سبک که بیشتر حاوی کاسپایسین(مسئول تندی ادویه) و روغنهای اسانسی بود و دیگری بخش سنگین که حاوی تری گلیسریدها و ترکیبات رنگی بعلاوه به مقدار کمی کاسپایسین بود .
4-4: پاپریکا:
پاپریکا در صنعت بیشتر برای رنگ آن استفاده می گردد. در عصاره استخراج شده پاپریکا به روش scco2 بیشتر ترکیبات رنگی آنها در بخش سنگین جمع می گردد در حالیکه ترکیبات آرومایی در بخش سبک جمع می گردند میزان رنگ عصاره استخراج شده با scco2، حداکثر 7000است(واحد رنگ براساس استاندارد مشخص شده توسط انجمن تجارت ادویه آمریکا است) در حالیکه این میزان رنگ در روشهای تجارتی 2000-1000بوده است.
4-5: زنجبیل:
عصاره زنجبیل که به روش scco2 بدست آمده است به 2بخش تفکیک شده است. یک بخش سبک که غنی از روغن های اسانسی است و بخش دیگر که بخش سنگین نام دارد و اولئورزین بیشتری دارد. ترکیبات این دو بخش در جدول 4-4 آمده است. ژرانیول (G) و شوگاول (S) مسئول تندی زنجبیل شناخته شدند و بیشتر در بخش سنگین جمع آوری شدند.
شوگاول باعث اکسیداسیون محصولات زنجبیلی می گردد که در بخش های استخراج شده با scco2 به مقدار خیلی کمی وجود دارد. با ترکیب نسبتهایی از این 2بخش سبک و سنگین محصولی با کیفیت مطلوب می توان تولید کرد.
4-6: جوز هندی:
در استخراج و جداسازی عصاره جوز هندی با scco2، 2بخش سنگین و سبک بدست می آید بخش سنگین حاوی ترکیباتی روغنی است که حاوی مقدار کمی از ترکیبات فرار را داراست و بخش سبک آن حاوی روغن جوز هندی به همراه مقادیر جزئی ترکیبات توهم زای نامطلوب مریسیتین است(1998 و Nguyen etal). حضور این ترکیبات در روغن جوز هندی باعث شده است که مصرف این ماده در برخی کشورها ممنوع گردد. با استفاده از scco2 می توان روغن جوز هندی بدون ترکیبات توهم زا را تولید کرد.
4-7: فلفل:
در استخراج و جداسازی عصاره فلفل به روش scco2 2بخش سبک و سنگین بدست آمده. بخش سبک عاری از پی پرین است در حالیکه بخش سنگین حدود 60% پی پرین دارد. این ترکیب فعالیت بالایی را در فلفل از خود نشان می دهد(1998 و Nguyen etal). علاوه بر وجود ترکیبات ویژه تمام محصولات فراکسیون شده با کیفیت بهتری را از خود نشان دادند. میزان استخراج در فشار 500بار تقریباً 2برابر میزان استخراج در فشار 300بار و cْ60 است. با بکارگیری 4استخراج کننده هزینه تجهیزات scco2 75% کاهش می یابد.
4-8: وانیلین:
عصاره وانیلین از لوبیای بو داده شده آن استخراج می شود. با عمل بودهی گلیکوزیدهای موجود در لوبیا، هیدرولیزمی شوند. در روش سنتی از الکل 40-35% و دمای cْ87 برای استخراج وانیلین استفاده می شود که حرارت باعث تغییر ترکیب آن می گردد. استخراج با scco2، از لوبیا خرد گردیده و منجمد شده، میزان بازدهی اولئورزین را 6/10% افزایش داد(در فشار 110بار و دمای cْ36) در حالیکه میزان بازدهی در روش استخراج با الکل 4/8-3/5% بود(1998 و Nguyen etal). با عمل استخراج با scco2 میزان اولئورزین به 36-16% وانیلین رسید که میزان بازیافت به 97-74% کل میزان وانیلین می رسد. دیگر ترکیبات عطری موجود در عصاره وانیلین طبیعی عبارتند از پلی هیدروکسی بنز آلدئید، اسید وانیلیک، اسید پلی هیدروکسی بنزوئیک.
وانیلین بدست آمده با scco2 که از لوبیای خیس خورده بدست آمد، درجه خلوص بالایی داشت ولی بازده این روش 3% بود. سوال اینجاست که چرا عصاره گیری از لوبیای منجمد بازدهی بیشتری دارد. دلیل آن اینست که انجماد در لوبیا باعث آزاد شدن ترکیبات مختلف در بافت می گردد و بدین ترتیب راحتتر از بافت جدا می گردند و بازده عصاره گیری به حدود 6/10% افزایش می یابد.
درجه خلوص عصاره ای که با الکل استخراج شده کمتر از عصاره ای است که با scco2 استخراج شده و همچنین رنگ آن قهوه ای تیره است در حالیکه عصاره بدست آمده با scco2 زردرنگ است.
4-9: هل:
استخراج عصاره هل با scco2 در فشار 100بار انجام گردید در حالیکه با پروپان که در حالت غیربحرانی بود در فشار 20بار انجام گرفت نکته قابل توجه این بود که بازده استخراجی در هر دو روش یکی بود و افزودن کمک حلال اتانول به scco2 نیز هیچ کمکی به افزایش استخراج نگردید ولی باعث شد که میزان رنگیزه ها در عصاره ها افزایش یابد. جدول4-6 تایید کننده این موضوع است. کاهش فشار scco2 معمولاً باعث محتوی کاروتن، کلروفیل و فئوفیتین در عصاره می گردد. وقتی که از پروپان در حالت غیربحرانی استفاده شود، میزان رنگیزه استخراج شده بیشتر از عصاره استخراجی با scco2 است. البته بازگیری آروما و عطر در عصاره استخراجی با scco2 در فشار 100بار و cْ35 بهتر از عصاره استخراج شده با پروپان است.
4-10: رازیانه، زیره، گشنیز:
در بازگیری ترکیبات فعال از این ادویه که با روشهای متفاوت انجام گرفت مشخص شد که با بکارگیری scco2 عصاره های غنی تر ایجاد می گردد. جدول 4-8 بیانگر این موضوع است.

4-11: سیر:
ترکیبات اصلی روغن سیر عبارتند از: دی آلیل دی سولفید(30%)، دی آلیل تری سولفید(30%) و دی آلیل سولفید(15%). ترکیب اصلی سیر آلین است که با فعالیت آنزیمی به آلیسین تبدیل می گردد. استخراج عصاره سیر با scco2 انجام گردید و مشخص شد که این عصاره حاوی ترکیباتی بیشتر و مهمتری از عصاره سیر استخراج با حلال هگزان است که بدلیل از بین رفتن ترکیبات عصاره در حلال هگزان میباشد.(1991 Nawrot and Wenclawiak).
4-12: دارچین:
از این گیاه 2دسته روغن اسانسی استخراج می گردد که یکی از برگ آن و دیگری از پوست درخت آن. روغن حاصل از برگ آن عمده محصول حاصل از دارچین را تشکیل می دهد تا پوست آن، زیرا که حدود 85% از کل تولید را شامل می گردد. بازدهی روغن برگ آن حدود 1% است، در صورتیکه بازدهی پوست ریشه آن حدود 3% است(1992 Mahindru). مقایسه ترکیبات عصاره روغن برگ و پوست آن در جدول 4-9 آمده است.
جدول 4-9 مقایسه روغن برگ دارچین و روغن پوست آن را نشان می دهد.
در استخراج روغن پوست، بازدهی روش تقطیر حدود 4/1% است در حالیکه در روش scco2 حدود 5/1% است(در فشار 200بار و دمای cْ60). همچنین افزودن اتانول به عنوان حلال کمکی به scco2 بازده استخراج را به 6/2% می رساند. روغن برگ دارچین از اوژنول غنی است که جانشین خوبی برای روغن میخک است و حتی مکن است به وانیلین نیز قابل تبدیل باشد. پوست درخت آن ارزش بیشتری از روغن برگ آن دارد و هر دوی آنها در صنایع داروسازی و غذایی بکار می روند.

فصل پنجم
عصاره گیاهان دارویی

مصرف این گونه مواد روز به روز در حال افزایش است و امید آن می رود که روزی جای خود را به داروهای شیمیایی بدهد. عصاره این گیاهان برای درمان بیماریهای مختلفی بکار می رود و حال اثرات شگفت انگیزی هستند و برخلاف داروهای شیمیایی فاقد اثرات جانبی می باشند. این مواد خواص درمانی فراوانی دارند که در این فصل به برخی از این خواص اشاره کرده و به بررسی شرایط استخراج این عصاره ها با CO2 فوق بحرانی می پردازیم.
5-1: ترکیبات ضدمیکروبی و آنتی اکسیدان:
عصاره های طبیعی حاصل از گیاهان دارویی دارای خواص ضداکسندگی، ضدعفونی کنندگی و میکروب زدائی دارد که در فرمولاسیون مواد آرایشی، دارویی و غذایی بکار می روند. در مقایسه ای که بین روشهای استخراجی تقطیر و scco2 برای یکسری از این گیاهان نظیر آویشن، اکلیل کوهی، بابونه، جعفری و مریم گلی انجام شد، مشخص گردید که بیشترین بازدهی استخراج مربوط به روش سوکسله است منتها در عصاره آنها ترکیبات ناخواسته زیادی مثل موم، تانن، رنگهای کلروفیلی و و املاح معدنی، استخراج گردید(1998 و Simandi etal). بازده کلی بدست آمده در روش scco2 مشابه با روشهای استخراج با هگزان است. ارزیابی حسی نشان داد که عصاره های اکلیل کوهی و بابونه بدست آمده از روش scco2 بهتر از عصاره های بدست آمده به روش سنتی بود و عطر خوبی داشت اما عصاره آویشن بدست آمده به روش دارای بوی نامطلوبی برای بکارگیری آن در فرمولاسیون مواد آرایشی بود. راندمان جداسازی عصاره از برگ های جعفری 5% کمتر از جداسازی عصاره از تخم جعفری بود. مقایسه ترکیبات بین این دو نشان می دهد که دو ترکیب مهم: استراگول و آنتول به مقدار زیاد در این عصاره ها موجود است (1998 و Della Porta etal). همچنین در مقایسه دیگری که بین عصاره گرفته شده از قسمتهای مختلف گیاه مریم گلی، مثل برگ خشک شده، برگ تازه، گلبرگ و کاسبرگ انجام گرفت مشخص گردید که ترکیب روغن اسانسی بشدت وابسته به حالت خشک یا تازه بودن برگ ها و همچنین به نوع اندام گیاه دارد. برای مثال غلظت ایزومرهای توجون (Thujone) در روغن برگ های خشک شده در بیشترین مقدار ممکن بود(9/37%) در حالیکه در کاسبرگ در کمترین مقدار ممکن بود(9/5%) و در کاسبرگ غلظت -caryophyllene و humulene – در بیشترین مقدار بود ولی در برگ خشک شده مقدار اینها ناچیز بود همچنین ترکیبات فعال موجود در عصاره ریحان شامل: متیل کاویکول (Methyl Chavicol)(ترکیب عمده عصاره ریحان است که 88-70% آنرا شامل می شود)، D-لینالول، کامفور، متیل سینامت، اوژنول و تیمول هستند. عمل استخراج با scco2 از برگ های خرد شده آن در فشار 200 بار و دمایcْ40 انجام گرفت. عمل فراکسیون سازی یکبار در فشار 56بار و cْ20 و بار دیگر در فشار 25بار و دمای cْ5- انجام گرفت. راندمان این روش 05/1% وزن مواد مورد استفاده شده است. در صورتیکه از اتانول به عنوان حلال کمکی استفاده کنیم بازدهی کار 3/1% می شود(1987 Calame & Steiner). بازده استخراج به روش تقطیر تنها 5% می باشد. راندمان استخراج عصاره گیاهانی چوون تخم کرفس، پاپریکا، Elder fruit، ریشه قاصدک، Garden Stage و Mildfoid her و سیر به روشهای متفاوت است.
گیاه اوکالیپتوس:
درخت همیشه سرسبز اوکالیپتوس بومی مناطق استرالیا، هند، چین و برزیل است. بازده استخراجی از برگ ها از 75% تا 25/1% فرق می کند. 85-70% این روغن که حاوی ترکیب 1و8-سیزول است بعنوان طعم دهنده و ضدعفونی کننده در تهیه فرمولاسیونها بکار می رود. ترکیبات موجود در روغن که با scco2 بدست آمده شامل اسپاتولنول (spatulenol) می باشد که 2/43% آن را تشکیل می دهد و ترکیب پلی سیمین(Poly Cymene) حدود 8/16% آنرا تشکیل می دهد همینطور ترکیب 8و1-سیزول 5/4% آنرا تشکیل می دهد.
شرایط استخراجی روغن اسانسی اوکالیپتوس شامل فشار 300بار و دمایcْ40 بود.
درخت چای: بومی استرالیا است و درخت کوچک و بوته ای است که برگهای سوزنی دارد و دسته های گل آن به رنگ بنفش یا زرد است. روغن این گیاه خواص ضدباکتری و ضدقارچی قوی دارد که از برگها و ساقه های کوچک آن بدست می آید. ترکیبات اساسی این روغن عبارتند از:
ترپینن-4-اُل1 (تا60%)، سینول2، پینن3، ترپینن ها4 و غیره. این روغن ضدعفونی کننده قوی در بدن بوده و باکتریها و کپک ها و ویروسها را از بین می برد. تحقیقات وسیع صورت گرفته روی آن مشخص کرده است که این ترکیب خاصیت تحریک کنندگی سیستم ایمنی بدن نسبت به میکروبهاست. شرایط استخراجی پیشنهاد شده برای این روغن با scco2 در فشار 1100-110بار و دمای بین cْ50-45 بوده است.
نعناع:
روغن برگهای نعناع حاوی منتول5 و استات منتول6 و هیدرات ترانس سابینن7 و غیره است. بازده عمل استخراج در روش scco2 در فشار 100-90بار و دمای cْ50 بین 2/3-2/2% فرق می کند.
زعفران:
این گیاه بومی جنوب اروپا، ایران و هند است. گلهای زعفران حدود 6/0-4/1% اسانس روغنی دارند.(1992 Mahikdru). این گیاه بخاطر داشتن کروسین به رنگ قرمز می باشد. ترکیب اصلی این روغن سافرانال است. بدلیل اینکه این گیاه خیلی گران است و مقدار قابل استخراج آن کم است بنابراین بازیافت روغن آن با نهایت دقت و سرعت بایستی انجام شود. از این رو scco2 را برای استخراج روغن آن پیشنهاد کردند و از روغن آن به عنوان یک عامل رنگ کننده و طعم استفاده می شود.
5-2- ترکیبات ضدالتهاب:
گل جعفری: حاوی ترکیبات فعال بیولوژیکی به همراه اسانس روغنی و رنگ طبیعی است. مهمترین ویژگی این عصاره فعالیت ضدالتهابی آن است که بخاطر حضور ترپنوئیدها و فارادیول است. استخراج عصاره گل خشک شده آن با scco2 در فشار 450بار و دمای cْ60 انجام می گردد که راندمان بین 11-3/5% بسته به نوع واریته است. راندمان استخراج در فشار پائینتر از 200بار 2/1% است که با حلال کمکی اتانول به 8/2% نیز می رسد. مقدار مونواستر فارادیول1 در عصاره بدست آمده به روش scco2، 2برابر مقدار آن در عصاره استخراجی بدست آمده با حلال الکل است. بدلیل اینکه خاصیت درمانی این عصاره بخاطر مونواستر فارادیول است، خواص درمانی بیشتری نسبت به عصاره بدست آمده از حلال الکل می باشد.(1998 و Ronyai etal).
گیاه بابونه:
سسکویترپن -لاکتون2، ترپنوئیدهای ارزشمند غیرفرار هستند که برای درمان التهاب، میگرن و دیگر اختلالات بکار می روند که در بابونه زرد وجود دارد که با روش استخراجی scco2 بازده عصاره گیری از بابونه زرد(در فشار 400بار و دمایcْ60) حدود 2/5% است.
عصاره بدست آمده از scco2 نسبت به روش تقطیر دارای رنگ روشنتر، تمیزتر و تاثیر دارویی بیشتری دارد.

5-3: آلکالوئیدهای ضدسرطان:
آلکالوئیدهای پیرولیزیدین1 بخاطر فعالیت ضدسرطانی که دارند مشهورند و مونوکروتالین2 با فرمول کلی C16H23No6 یکی از این آلکالوئیدهاست. مخلوط scco2 با متانول در محدوده فشار 185 تا 274بار با دمایcْ55-35 برای بازگیری مونوکروتالین استفاده گردید که مقدار آن در عصاره 24% بود(مقدار این ترکیب در خود دانه گیاه 9/1% وزنی بود). با بکارگیری پدیده رفتار حلالیت در برابر دما خلوص آن می تواند تا 50% افزایش یابد. همچنین با استفاده از رزین های مبادله کننده یونی، خلوص آلکالوئید تا 100-94% نیز می تواند افزایش یابد که بری شیمی درمانی نیز می تواند استفاده گردد. با افزودن 10-5% مولی اتانول به scco2 ، حلالیت آن تا 25برابر افزایش می یابد. عصاره scco2 حاوی چربی و مونوکروتالین است که اگر چربی قبلاً از دانه خارج شود ماده مونوکروتالین خالص بدست خواهد آمد. با افزایش دما و فشار و همچنین غلظت اتانول، حلالیت مونوکروتالین افزایش می یابد. بدلیل وجود لیپیدها در سوبسترا، اتانول در سوبسترا باقی خواهد ماند و بایستی آنرا بعداً جدا کرد. برای جداسازی مونوکروتالین از فاز فوق بحرانی می توانیم از ستون مبادله کننده کاتیونی کمک گرفت و برای جداسازی مونوکروتالین از ستون با اتانول ستون را شستشو داده و سپس از NH4OH کمک می گیریم تا به بازدهی 94% مونوکروتالین دست یابیم(1998 و Schaeffer etal). استفاده از رزین های مبادله کنندگی یونی که با روش استخراج با scco2 ترکیب شده است، یک تکنیک موثری را در جداسازی بوجود آورده است که باعث غیرفعال شدن رزین نمی گردند. مشابه یک چنین سیستمی می تواند برای دیگر آلکالوئیدها بکار گرفته شود.
5-4: پلی فنل های ضدسرطان:
پلی فنل ها جزو ترکیبات آلی، حاوی 2یا چند گروه هیدروکسیل یا مشتقات عاملی آنها نظیر: استرها، فنیل استر و گلیکوزیدها هستند. آنها دارای خواص متعددی از قبیل ضداکسندگی، ضدتومور، و فعالیت های ضدویروسی دارند. آنها بطور طبیعی در برگ ها، گلها، ریزوم ها و بذر گیاهان وجود ارند. پلی فنل ها قادر هستند تا با ترکیبات متبولیکی نظیر پروتئین، لیپید و کربوهیدرات ها، ترکیبات پایداری ایجاد کند و از اینرو از فعالیت های سرطانی و موتاژی آنها جلوگیری کند. پروآنتوسیانیدین ها متعلق به گروه پلی فنل ها با 2یا چند ملکول از فلاوان-3-اُل ایجاد می گردند و مشخص شده که خواص درمانی دارند. جداسازی بیشتر پروآنتوسیانیدین ها از منابع طبیعی بسیار پیچیده و خسته کننده است استخراج پلی فنل ها با scco2 از پوشش دانه تمرهندی توسط(1995 و Tsuda etal) انجام گرفت. آنها گزارش دادند که برخی ملکولهای فلاوان-3-اُل1 نظیر اپی کاتچین2 در scco2 محلول است و با افزودن یک حلال کمکی نظیر اتانول حلالیت آن افزایش می یابد. .
قابلیت استخراج با scco2 را روی 3ترکیب اسید گالیک3، کاتچین(+) و اپی کاتچین(-) از دانه های انگور مطالعه کردند که توضیحات آن در فصل بعد آمده است. بمنظور ارزیابی قابلیت جداسازی 3ترکیب پروآنتوسیانیدینی از عصاره های دانه انگور، شرایط آزمایش در یک مخلوط مساوی از ترکیبات خاص در فشار 200بار و دمایcْ40با scco2 مخلوط با اتانول 10%حجمی-حجمی انجام گردید. نتایج بدست آمده بیانگر این بود که اپی کتچین(-) بسختی قابل استخراج است در حالیکه اسید گالیک، ترکیب غالب در عصاره است.
5-5: ترکیبات دارویی عصاره چای:
مصرف چای از دیرزمان معمول بوده است. مصرف 2تا3 فنجان چای در روز باعث کاهش خطر ناراحتی های قلبی نظیر تصلب شرایین، برخی سرطانها و تومورها و برخی بیماریهای وابسته به پیری می گردد. همچنین مشخص گردیده که خواص ضدسرطانی پلی فنلهای موجود در چای 20برابر اسید آسکوربیک است. برگهای چای به 2صورت تهیه می شود: 1-چای سبز یا تخمیر نشده 2-چای سیاه یا تخمیر شده.
چای سبز حاوی پلی فنلهای ساده است در حالیکه چای سیاه حاوی پلی فنلهای سنگین و پیچیده است. اکسیداسیون پلی فنلها، توسط آنزیم پلی فنل اکسید انجام می گیرد که منجر به ایجاد تئافلاوین ها1 و تئاروبیژن ها2 می گردد که بترتیب رنگ نارنجی و رنگ قرمز چای سیاه را باعث می گردد. 2ترکیب اکسید شده از کاتچین های چای سیاه با یکی تئافلاوین مونوگالات B و دیگری تئافلاوین دی گالات جزو مهمترین پلی فنل های چای سیاه هستند زیرا خاصیت ضداکسندگی آنها حتی از کاتچین نیز قویتر است(1992 Balentine) استخراج چای سیاه با scco2 نشان داد که عصاره آن حاوی ترکیبات ارزشمند است.
این عصاره حاوی آروما، کافئین، پلی فنل ها، ایسدهای فنلی، گزانتین و اسیدهای آمینه است که در آب سرد نیز قابل حل است و کاربرد این عصاره در چای فوری می تواند باشد.
فرآیند استخراج کافئین با scco2 از 20سال پیش آغاز گردید. حدود 90% قهوه مصرفی آمریکا از نوع دکافئینه3 شده است. عطر قهوه با یک فرآیند ترد کردن دانه های قهوه سبز دکافئینه شده، با فرآیند ترد کردن دانه های قهوه سبز دکافئینه شده آزاد می گردد(1993 و Lack etal).
5-6: عوامل تنظیم کننده چربی:
اولئورزین پیاز از نظر داشتن ترکیبات سولفوره که تنظیم کنده تعادل غدد بدن و چاقی و تصفیه خون مشهور است. استخراج با scco2 از پودر پیاز خشک شده در فشار 300بار و دمای cْ65نشان داد که بازدهی استخراج اولئورزین 9/0% بوده است در حالیکه میزان بازدهی روغن اسانسی با روش استخراج با تقطیر 044/0% بوده است(1997 و Gao etal) در فشار پائینتر(100-90بار) scco2 فقط قادر به استخراج طعم پیاز است اما اگر فشار بکار رفته برای scco2 بیشتر از 300بار شود استخراج بخشهای اولئورزینی و روغن اسانسی بطور جداگانه از پودر پیاز ممکن است با این حال استخراج با scco2 روش بهتری برای بازگیری اولئورزین های از پودر پیاز است که عاری از عطر هستند.

فصل ششم
استخراج آنتی اکسیدانهای طبیعی

آنتی اکسیدانهای طبیعی ترکیبات پلی فنلی و فنلی هستند که معمولاً در گیاهان وجود دارد و از پیشرفت واکنشهای آغازی توسط رادیکالهای آزاد جلوگیری می کنند یعنی از تشکیل هیدروپراکسیدها جلوگیری می کند. همچنین این آنتی اکسیدانها خواص مفیدی برای بدن دارند و باعث تقویت سیستم دفاعی بدن می گردد زیرا رادیکالهای آزاد باعث اختلال در متابولیسم بدن می شود و از ایجاد اختلالات متابولیسمی جلوگیری می کند. بدلیل عوارض جانبی که در آنتی اکسیدانهای مصنوعی وجود دارد نظیر خاصیت موتاژنیکی، سرطانزایی و میکروبی، مصرف آنتی اکسیدانهای طبیعی گسترش یافته است. بیشترین آنتی اکسیدانهای طبیعی مورد استفاده؛ توکوفرول ها، آسکوربیک اسید، فلاونوئیدها، لسیتین، اسید سیتریک و پلی فنل ها هستند.
6-1: طبقه بندی آنتی اکسیدانها:
1-آنی اکسیدانهای اولیه، مثل اکثر ترکیبات فنلی، ترکیباتی هستند که بعنوان دهنده الکترون عمل کرده و رادیکالهای آزاد را غیرفعال می کند مانند توکوفرول های سنتزی، آلکیل گالات ها، BHT، BHA، TBHQ و…
2-گیرنده های اکسیژن، آنهائی هستند که با اکسیژن واکنش نشان داده و در یک سیستم بسته آنرا برمی دارد مثل اسید آسکوربیک، آسکوربیک پالمیتات، اسید اریتروبیک(ایزومر D-اسید آسکوربیک)
3-آنتی اکسیدانهای ثانویه، آنهائی هستند که هیدروپراکسیدهای لیپیدی را تجزیه می کنند و ترکیبات پایدار را بوجود می آورند.
4-آنتی اکسیدانهای آنزیمی، که اکسیژن اضافی و حل نشده را برداشته و غیرفعال می کنند مانند: گلوکز اکسیداز یا با برداشتن گونه های فعال اکسید کننده مثل سوپراکسید دیسموتاز، عمل می کنند.
5-عامل های چنگالی کننده: ترکیبات سینرژیکی هستند که فعالیت ضداکسندگی فنلها را تشدید می کنند. بیشتر این ترکیبات فعالیت ضداکسندگی را به میزان کم نشان دادند یا اصلاً نشان نداند مثل اسید سیتریک، آمینو اسید، فسفولیپیدها نظیر لسیتین.
6-2: استخراج توکوفرول ها:
توکوفرول ها به عنوان عمده ترین آنتی اکسیدانها در مواد غذایی استفاده می گردد این ترکیبات به عنوان ویتامین E نیز شناخته شده است و آنتی اکسیدان قوی هستند. آنها به میزان 2/0تا02/0% بطور طبیعی در روغنهای خوراکی و غلات وجود دارند.
عملیات بوگیری با بخار در تصفیه روغنهای نباتی باعث کاهش میزان توکوفرول تا میزان 65-60% می گردد و حتی این افت در بهترین حالت تصفیه نیز اتفاق می افتد.
براساس موقعیت و تعداد متیل روی حلقه آروماتیک توکول، 4دسته توکوفرول وجود دارد: یعنی. در میان روغنهای نباتی، روغن جوانه گندم حاوی بیشترین میزان توکوفرول است و بعد از آن روغن سویا است. برای استخراج توکوفرول ها، روشهای مختلفی بکار گرفته می شود، نظیر استخراج با حلال، تقطیر ملکولی، استخراج با scco2 که بطور صنعتی انجام می گیرد. روش اول و دوم به دلیل بکارگیری حرارت باعث تخریب توکوفرول ها می گردد و یا باقیمانده حلال در آنها می ماند و روش سوم به عنوان بهترین روش پیشنهاد می شود زیرا استحصال توکوفرول بدون تخریب آن یا بدون باقیماندن حلالها انجام می گیرد. سهولت استخراج – توکوفرول از لخته سویا(محصول جانبی بدست آمده از فرآیند بوگیری روغن) به روش scco2 در فشار 400-200بار و دمای cْ70-35 بررسی گردید مشاهده گردید که با یک فرآیند غیرمداوم ساده می توانیم توکوفرول ها را از غلظت 13% وزنی به غلظت 40% وزنی برسانیم(1991 و Lee etal).
حلالیت لخته سویای استریفیه شده در scco2 از لخته سویایی که استرول آن برداشته شده بود، 6-4برابر بیشتر است.
با ترکیب 2سیستم scco2 و کروماتوگرافی با سیال فوق بحرانی می توان توکوفرول های روغن جوانه گندم را استخراج نمود با تکرار عمل استخراج غلظت نهایی توکوفرول ها 20% می شود که بدلیل غلظت بسیار پائین توکوفرول ها در جوانه گندم است(mg/kg05/0) البته با استفاده از 2ستون سیلیکاژل متراکم شده و بکارگیری فشار 250-200بار و انجام سیکل عمل آماده سازی با SFC می توان به فراکسیون های حاوی 85%-توکوفرول و 70%-توکوفرول دست یافت.-توکوفرول را می توان بعد از 2سیکل جمع آوری کرد و-توکوفرول را می توان بعد از 2سیکل اضافی برای جداسازی توسط GC کاپیلاری انجام داد. برای استخراج روغن از شبکه جامد پولکهای سویا و شلتوک برنج و فراکسیون سازی توکوفرول از روغن استخراج شده، 2روش استخراج با scco2 و SFC ترکیب گردید(1991 و King etal)، در فشار 250بار و دمای cْ80 برای مرحله scco2 و فشار 250بار و دمای cْ40 برای SFC، بازیافت مناسبی از توکوفرول بدست می آید. قبل از این روش، روش بهتری برای استخراج توکوفرول ابداع گردید(1984 و ohgaki etal). در این روش CO2 مایع متراکم شده در cْ25 و فشار 100-85بار مورد استفاده قرار گرفت. توکوفرول ها از اسیدهای چربی که به همراه آن استخراج شده بودند جدا گردیدند. این عمل در دمای بالاتر(حالت فوق بحرانی) انجام گرفت و 80% محتوی اولیه(1/0%وزنی) توکوفرول ها با تری گلیسریدها جدا گشتند، اسیدهای چرب نتیجتاً در دومین فراکسیون در فشار پائینتر از CO2 جدا می گردند.
در هر صورت اگر عمل استخراج تنها در شرایط فوق بحرانی انجام گیرد توکوفرول بازگیری شده تنها 40% خواهد بود، راه دیگر توکوفرول موجود در روغنهای نباتی در دستگاه بوبری تقطیر شده و در طی بوگیری توسط بخار تغلیظ می گردد. ترکیب جدا شده از دستگاه بوگیری سپس به 2لایه آبی و آلی تقسیم می گردد. لایه آلی بیشتر حاوی توکوفرول است که سپس به قسمت تقطیر خلاء رفته و توکوفرول تغلیظ می گردد. این عمل تغلیظ با scco2 بهتر انجام می گیرد بنابراین فرآیند scco2 می تواند برای فراکسیون سازی روغن های نباتی یا جداسازی توکوفرول از کنستانتره توکوفرول بعنوان یک فرآیند جانبی در صنعت روغن نباتی قرار داده شود. برای غنی تر شدن توکوفرول یکبار با scco2 و بار دیگر با اتانول + scco2عمل استخراج انجام گرفت(1991و Brunner etal).
در ستون اول، اسکوالن که فراریت بیشتری دارد از توکوفرول و استرول جدا می گردد، سپس باقیمانده به ستون دوم فرستاده می شود که غلظت توکوفرول از 1/56% وزنی به 2/71%وزی می رسد. استرول های غیرفرار از انتهای ستون دوم برداشته می شوند در حالیکه فراکسیون حاوی 95-85% توکوفرول از بالای ستون دوم برداشته می شوند. با مطالعه فاز تعادلی برای بازگیری -توکوفرول از یک مخلوط اسکوالن- توکوفرول- کامپسترول مشخص شده است که فاکتور استخراجی برای توکوفرول- اسکوالن از مقدار 4(در مقادیر ماکزیمم اسکوالن به میزان 5/0%) تا مقدار 1(در محتوی اسکوالن بالا یعنی حدود 85%) فرق می کرد. میزان دانسیته scco2 در فشار 300-200بار و دمای برابر 655کیلوگرم بر مترمکعب بود. در شرایط عملیاتی مشابه این حالت، فاکتور جداسازی برای -توکوفرول- کامپسترول در محدوده 6/2-5/1 است. این محدوده برای حالتی است که میزان توکوفرول در مخلوط شبه مرزی حدود 80-60% باشد. اما فاکتور جداسازی با افزایش میزان -توکوفرول کاهش می یابد. مقادیر بیشتر فاکتور جداسازی معمولاً در فشارهای پائینتر مشاهده گردید. بمنظور تولید تجارتی فراکسیون توکوفرول که حداقل دارای 80% توکوفرول باشد بطور آزمایشی از scco2 در فشار 295بار و دمای cْ100 با استفاده از یک ستون متراکم بقطر داخلی mm17 و مارپیچ mm5 که ماکزیمم خروجی scco2 در حدود 20000کیلوگرم در مترمکعب ساعت داشت استفاده گردید. برای بازیافت مناسب توکوفرول، 3مرحله بطور نظری درنظر گرفته شد(1994 و Brunner). برای بازگیری توکوفرول با خلوص 99%، از مخلوط خوراک حاوی توکوفرول با خلوص 60%، از scco2 مخلوط شده با 30-10% اتانول در فشار 200بار و دمای cْ70 استفاده گردید با فرض ثابت بودن فاکتور جداسازی تعداد مراحل نظری مورد نیاز باری ترکیبات با فراریت بیشتر، 16مرحله برای اولین ستون ئ برای جداسازی ترکیبات با فراریت کمتر، در ستون دوم، 24مرحله است. اسکوالن و اسیدهای چرب آزاد در بالای ستون اول تجمع می گردند، اما توکوفرول، گلیسیرید و استرول ها در ته ستون تغلیظ می گردند. با افزایش غلظت اتانول در scco2، هرچه فراریت ترکیب افزایش یابد، فاکتور جداسازی توکوفرول کاهش می یابد و هرچه فراریت کمتر باشد، فاکتور جداسازی بیشتر می گردد.
بدین ترتیب فراکسیون گیری مداوم توکوفرول از روغن بوگیری شده، شامل بررسی های سنجیده تجربی روی محلول خوراک و بررسی شرایط مناسب برای فرآیند است.
برای بکارگیری آنتی اکسیدانها، به مخلوط توکوفرول ها که در روغن رقیق شده اند کمی ترکیبات سینرژیستیکی1 توکوفرول یعنی آسکوربیل پالمیتات2 یا دیگر آنتی اکسیدانها و سینرژیست ها نظیر لسیتین، اسید سیتریک و غیره می افزایند. بطور تجارتی مخلوط بی بو و بی رنگ شده توکوفرول 50% به عنوان Tenox GT-1 در بازار بفروش می رسد و مخلوط توکوفرول 70% به اسم Tenox GT-2 معروف است.
6-3: فلاونوئیدها:
این دسته از ترکیبات جزو معمولترین آنتی آکسیدانهای طبیعی هستند که فلاونوئیدها نام دارند که از این گروه می توانیم به فلاون ها3، فلاونول ها4، ایزوفلاون ها5، کتچین ها، فلاوانون ها6، اسید سینامیک7 و مشتقات آنها را نام برد این گروه در تمام قسمتهای گیاه وجود دارند اما بیشتر در برگ ها و گلها ومیوه ها پراکنده است. یکسری از فلاونوئیدها، خصوصیات متابولیکی شناخته شده ای دارند. روی IE فلاونوئیدی که در میتوکندریهای سلولهای گوشت گاو بررسی شد، بترتیب کاهش فعالیت متابولیکی آنها بصورت زیر مشخص شد: کالکون < فلاون < فلاوانول< دی هیدرو فلاوانول< آنتوسیانیدین(1990 و Bermond). بطور مثال چربی خوک براحتی اکسیده می گردد ولی با افزودن 1/0% تا 025/0%کالکون باعث پایداری آن می گردد.
منابع غذایی مختلفی از قبیل بذر کتان، هلو، دانه انگور، سویا و بادام زمینی حاوی اسیدهای فنلی چند عاملی توکوفرول ها، کومارین ها، اسید گالیک، اسید کافئیک، اسیدهای کارنوسیک و غیره هستند. البته بهترین منبع برای فلاونوئیدهای آنتی اکسیدانی، قسمت چوب و شاخه گیاه است. برای مثال شاخه درخت دوگلاس حاوی 5% تاکسی فولین و دی هیدورکوئرستین است در حالیکه چوب آن 22% دارد.
در حال حاضر توجه زیادی به فعالیت ضداکسندگی عصاره چای استخراج شده از نوع تخمیر نشده آن شده است که اثر ضداکسندگی بیشتری را در مقایسه با BHA و BHT دارد.

6-4: استخراج فلاونوئید با scco2 :
پلی فنلهای طبیعی نظیر اسید گالیک، کاتچین و اپی کاتچین از دانه انگور بطور تجارتی قابل استخراج است. پروآنتوسیانیدین ها، پلی فنل هایی هستند که از متراکم ملکولهای فلاوان-3-ال شکل گرفته اند که بعنوان آنتی اکسیدان یا عوامل آنتی نئوپلاستیک کاربرد دارند حلالیت این مونومرها در scco2 و مخلوط اتانول + scco2برای استخراج ترکیبات گیاهی مورد مطالعه قرار گرفت. جدول 6-2 مقادیر مواد حل شده را در ای که با مقادیر مختلف اتانول مخلوط شده را نشان می دهد.

حلالیت
(ppm)
(%حجمی اتانول)

ترکیبات
0
2
5
10
اسید گالیک
005/0
11/0
55/0
48/7
(+)کاتچین
__
16/0
47/0
8/4
(-)اپی کاتچین
__
05/0
45/0
23/2

همانطوریکه از جدول 6-2 پیداست، کاتچین(+) و اپی کاتچین(-) در CO2 خالص و فشار 200بار و دمای cْ40 محلول نمی باشد و اسید گالیک کمی در CO2 خالص قابل است اما با افزودن الکل به میزان 10% حجم CO2، حلالیت آن 2500برابر می گردد. حلالیت کم کاتچین و اپی کاتچین در scco2 خالص به خاطر قطبیت بالای آنها و اندازه ملکولی(وزن مولی 3/290) آنهاست. بیشترین حلالیت مربوط به اسید گالیک(وزن مولی 1/170) است و کمترین حلالیت مربوط به اپی کاتچین است که این امر باعث می گردد که عصاره بیشتر حاوی اسید گالیک و کمتر حاوی اپی کاتچین باشد.
6-5- استخراج کاروتنوئیدها با scco2 :
کاروتنوئیدها، ترکیبات محلول در چربی بوده و در اکثر سبزیجات نظیر: هویج، شوید، فلفل قرمز، کرفس، شوید و… یافت می شوند. در میوه جات نیز این ترکیبات به وفور یافت می شوند.
در کل بیش از 500ترکیب کاروتنوئیدی در منابع گیاهی یافت شده است و کار آنها غیرفعال کردن اکسیژن فعال و رادیکالهای آزاد است.
استخراج -کاروتن با scco2 از روغن پالم که حاوی ppm550 کاروتن است در یک ستون غیرهمجهت انجام می گیرد. امکان تغلیظ -کاروتن تا میزان ppm1225 در فشار 300بار و دمای cْ65با scco2 که با 5/7% مول اتانول مخلوط شده وجود دارد(1996 و Ooi etal).
استخراج -کاروتن از سیب زمینی شیرین با scco2 در دما و فشار cْ45 و 414بار صورت گرفت که عصاره بدست آمده حاوی 94% کاروتن بود(1993 و Slanis etal). همچنین بازیافتکاروتن از هویج توسط scco2 بررسی گردید و شخص شد که افزودن اتانول در استخراجکاروتن نقش بسزائی دارد(Goto etal). در تحقیقات بعمل آمده بالاترین میزان استخراج و کاروتن در دما و فشار cْ57 و 250بار می تواند حاصل شود که در طی 2ساعت عمل استخراج، غلظت کاروتن در عصاره 2/0mg بود. بخاطر مقاومت در برابر انتقال جرم، مواد استخراجی که بروش انجماد، خشک شده باشند، میزان بارگیری خیلی کمتر از حلالیت بود و به همین دلیل بازدهی استخراج خیلی پائین بود. بنابراین بایستی تغییراتی در بافت آن انجام بدهیم یعنی با عمل خرد کردن، بافت آنرا به قطعات ریز تبدیل کنیم تا مقاومت در برابر انتقال جرم کاهش یابد. اما استخراج کاروتن از هویجی که بروش معمولی نسبتاً خشک شده بود نشان داد که بازدهی استخراج بالاتر از بقیه موارد بود شرایط عملیاتی برای حلال scco2 به همراه اتانول در دمای cْ40 و فشار 294بار است. بایستی توجه شود که کاروتنوئیدها در طی عمل خشک کردن بروش انجماد، تغییر ماهیت بیابند که این عمل باعث افزایش مقاومت در برابر انتقال جرم می گردد.

فصل هفتم
استخراج لیپیدهای حیوانی و نباتی

7-1- اهمیت بازگیری:
لیپیدها دسته بزرگی از ترکیبات آلی موجود در موجودات زنده است. روغن های گیاهی حاوی شبکه پیچیده ای از مونوگلیسریدها، دی گلیسریدها، تری گلیسیردها و اسیدهای چرب آزاد است که با بعضی از ترکیبات جزئی پیوند داده است.
روغن های گیاهی، تری گلیسریدها یا تری استرهای گلیسرول و اسیدهای چرب مونوکربوکسیلیک با طول زنجیره متفاوت است علاوه بر خوراکی بودن این روغنها، در صنایع دارویی و آرایشی نیز کاربرد دارند. برای مثال اسیدهای چرب چند غیر اشباعی بخاطر اهمیت دارویی و درمانی شان مهم هستند. در سالهای اخیر تقاضا برای روغنهای غنی شده با اسید چرب افزایش یافته است زیرا اینها اثر مستقیمی بر درمان بیماریهای التهابی نظیر: تصلب شرایین، آسم، ورم مفاصل و سرطان اثر دارند. این اسید چرب ها، بطور طبیعی در روغن ماهی، قارچهای دریایی و جلبک ها وجود دارند که بازیافت این اسیدها بسیار سوددهی دارد.
7-2- روشهای استخراج:
اسیدهای چرب آزاد با هیدرولیز تری گلیسریدها بدست می آیند. استرهای متیلی اسیدهای چرب (FAME) با ترکیب متانول با اسید چرب بدست می آید و مونوگلیسرید از ترکیب اسیدهای چرب با گلیسرول بدست می آید. برای جداسازی اسیدهای چرب یا استرهای متیلی یا گلیسرول ها 2روش سنتی وجود دارد: 1-تقطیر در خلاء 2-استخراج حلال.
هرکدام از این روشهای استخراج مشکلات خاص خود را درد اما روش سومی هم وجود دارد و آن استخراج باscco2 است که قدرت حلالیت و انتخابیت بالایی دارد. بکارگیری این روش در موارد زیر توسط محققین بررسی گردیده است:
1-جداسازی اسیدهای چرب آزاد (FFA) از روغنهای نباتی.
2-جداسازی اسیدهای چرب چند غیراشباعی (PUFA) از چربیهای حیوانی.
3-تصفیه و بوگیری روغنهای نباتی.
4-فراکسیون سازی گلیسریدها.
5-بازگیری روغن ها از مواد حاوی روغن.
6-روغن گیری از لسیتین.
7-کلسترول گیری و چربی گیری از محصولات غذایی.
7-3- جداسازی FFA از روغن های نباتی با scco2 :
این روش برای جداسازی FFA از روغن های نباتی به عنوان یک محصول جانبی و جداسازی بوهای نامطلوب از روغن کمک شایانی می کند.
Chraril's (1982) اطلاعات حلالیت 5تری گلیسرید و 2اسید چرب را در scco2 در فشار 250-80بار و دمای بین cْ80-40 بدست آورد. نتایج بدست آمده بدین قرار بود که حلالیت اسیدهای چرب بیشتر از تری گلیسریدها بود همچنین حلالیت اسید اولئیک و تری اولئین به میزان غلظت و فشار بستگی دارد. بدین ترتیب عامل انتخابیت scco2 برای جداسازی اسید اولئیک از تری اولئین عامل فشار است. با مطالعه ای که بر روی تری گلیسریدهای اشباع در دمای cْ40 و فشار 300-80بار انجام گردید(یعنی: تری لورین، تری مریسیتین و تری پالمیتین) مشخص شد که حلالیت تری لورین و اسید پالمیتیک در scco2 با وجود اینکه نسبت وزن ملکولی آنها به ترتیب 5/2به10 است با هم مشابه بود دلیل این امر را می توان بخاطر قطبیت بیشتر اسیدهای چرب آزاد(نسبت به تری گلیسریدهای اشباع) نسبت داد.
همچنین برای کاهش میزان اسیدهای چرب آزاد در روغن پالم از scco2 مخلوط شد با اتانول در فشار 137بار و دمای استفاده گردید که باعث کاهش میزان FFA از 3% به 1/0% می شود (1981 و Brunner etal). در خنثی سازی روغن زیتون نیز این حلال در فشار 200بار و دمای cْ60 انجام گردید و این روش بسیار کارآمد بود. در خنثی سازی شلتوک برنج و روغن بذر کتان نیز این روش بسیار موثر بود.(1995) Nath and Mukhopad hyay تاثیر حلال کمکی را در استخراج FFA در فشار 155-90بار و در دمای 60 و cْ40 بررسی کردند، نتایج بدست آمده حاکی از آن بود که حلالیت CO2 در محدوده 33-13% وزنی حلال کمکی، بستگی به فشار، دما و محتوی FFA دارد و حلالیت لیپیدها با افزودن ایزوپروپانل به CO2 در محدوده فشار 145-110بار و دمای افزایش می یابد.
7-4- فراکسیون سازی PuFA از لیپیدهای حیوانی:
لیپیدهای ماهی و حیوانات خشکی زی اکثراً حاوی تری گلیسریدهایی هستند که جرم ملکولی آنها در محدوده 1200-500 است. علاوه بر تری گلیسریدها ترکیبات دیگری از قبیل اسیدهای چرب باارزش، رتینول، اسکوالن، کوله کلسیفرول، کلسترول، استرهای کلسترول، استرهای موم، دی گلیسریدها و فسفولیپیدها به میزان نیز وجود دارد(1998 و Borch-Jensen etal). اسیدهای چرب چند غیراشباعی ویژه (PuFA) در لیپیدهای حیوانی برای تغذیه انسان و متابولیسم بسیار سودمند هستند، مثل اسیدهای ایکوزا پنتا انوئیک (EPA) و اسید دکاهگزا انوئیک (DHA). این اسیدهای چرب پایداری خیلی کمی دارند و با روش تقطیر ملکولی بسختی جداسازی می شوند که بایستی تا دمای cْ180 آنها را حرارت داد که این باعث تغییر در ساختار اسیدهای چرب و پلیمریزاسیون و تولی ترکیبات ناخواسته می گردد در حالیکه در روش scco2 خلوص فراکسیون های بدست آمده تا بیش از 90% می تواند افزایش یابد. برای استخراج این اسیدهای چرب، از استرهای متیلی یا اتیلی آنها صورت می گیرد البته مشخص شده که استرهای اتیلی بسیار مناسبتر هستند، زیرا متانول آزاد شده برای مواد غذایی مناسب نیست. استرهای متیلی با استفاده از scco2 می توان در دمای کمتر از cْ80، آنها را جداسازی کرد. برای مثال DHA ,EPA در خلوص بیشتر از 96و98% قابل جداسازی هستند که توسط Eisenbach(1984) در فشار 150بار و دمای cْ50 با scco2 بدست آمد.
خلوص EPA در استرهای روغنی menhaden تا 96% هم می تواند افزایش یابد که این کار با بکارگیری روش ترکیبی کریستالیزاسیون اوره و استخراج scco2 بدست می آید. با روش کریستالیزاسیون اوره بعضی از اسیدهای چرب کم غیراشباعی نظیر CO2:0 و CO2:1 را نیز می توان جداسازی کرد. در تحقیقی که توسط (1988) Rizvi etal انجام گردید مشخص شد که غلظت استرهای اسیدهای چرب از روغن مای می تواند تا 98-88% افزایش یابد که این امر بستگی به میزان اولیه EPA به DHA در خوراک داشته و همچنین به برنامه ریزی دمایی(افزایش تدریجی دمای استخراج در طی فرآیند) و برنامه ریزی فشاری تا ماکزیمم دما و فشار، cْ80 و 150بار دارد.(در طول ستون جداسازی).
فراکسیون سازی با scco2 بر پایه تغییر درجه رفتار حلالیت است که باعث جداسازی و خلوص ترکیبات بدست آمده می شود. اگر دما در طول ستون جداسازی تغییر نکند، جداسازی وابسته به تعداد کربن می باشد تا جریان داخلی در ستون برقرار شود. برنامه ریزی افزایش تدریجی فشار برای بدست آوردن EPA و DHA با خلوص 76% بکار گرفته می شود.
7-5- تصفیه و بوبری روغن های نباتی:
در دنیا 4نوع روغنی که مصرف بالایی را دارد عبارتند از روغن سویا، روغن پالم، روغن کانولا و روغن آفتابگردان. روشهای معمولی که برای تصفیه این نوع روغنها استفاده می شود باعث تغییر و تجزیه ترکیبات مغزی و ویتامینی می گردد و علاوه بر آن این روغنها دارای باقیمانده حلال هستند. مشکل دیگر افت بالای این روشها است که باعث کاهش راندمان روغن گیری از محصول می گردد. بر همین اساس بود که بکارگیری scco2 در تصفیه روغن مطرح گردید این روش علاوه بر مزایای کلی که در مباحث قبل گفته شده است را داراست:، باعث جداسازی بهتر اسیدهای چرب، اسکوالن، دی و مونو گلیسرید و تری گلیسریدهای خاص و برخی کاروتنوئیدها می شود.
Ooi و همکاران در سال 1996 فرآیند تصفیه مداوم غیرهمجهت روغن پالم را در یک ستون متراکم که طول آن cm61 و قطر داخلی cm75/1 بود را برسی کردند.میزان FFA در فشار و دمای 240بار و cْ50، با ملاحظه اینکه نسبت حلال له خوراک برابر 2/58 است از 35/2% به 19/0% رسانده شد اما برای اینکه مقدار FFA از 1/0 نیز کمتر گردد بایستی 7/3% اتانول به scco2 اضافه کرد با افزودن متانول 3/6% مولی به scco2 و با نسبت برابر 40، میزان FFA به 04/0% نیز کاهش می یابد.
هر چقدر میزان دی گلیسریدها در روغن کمتر باشد خصوصیات کریستالیزاسیون آن روغن بهتر خواهد بود. Penedo و Coelho (1997) فرآیندی را با استفاده از scco2 که با اتانول مخلوط شده بود ارائه داد که شامل مراحل خنثی سازی، بوگیری، شفاف سازی است که همگی در یک مرحله انجام می گیرد و حدود 3/65% FFA روغن سویای خام و حدود 8/55% FFA روغن بادام زمینی برزیلی در فشار 140بار و دمای cْ80 جدا گردد.
روغن زیتون به طور سنتی با عمل پرس سرد مکانیکی استخراج می گردد که اغلب حاوی FFA بالایی است و بوی نامطبوعی را به روغن می دهد. تقریباً 50% روغنهای زیتون تولید شده با پرس سرد حاوی 4% FFA هستند. FFA و اسکوالن را می توان در فشار 300بار و دمای cْ40 با scco2 جداسازی کرد. اسکوالن فراریت بیشتری از FFA دارد. با افزایش فشار ضرایب توزیع تمام ترکیبات برای غلظتهای مختلف FFA افزایش می یابد در حالیکه با افزایش دما تا cْ50 مقدار ضریب توزیع کاهش می یابد و سپس با افزایش دما تا cْ80 مقدار آن افزایش می یابد. بهترین شرایط برای جداسازی در فشار 260بار و دمای cْ80 بدست آمد که در آن میزان FFA روغن از 7% به 33/0% رسید.(1994 و Simoes etal). به عبارت دیگر تصفیه 3نوع روغن زیتون با scco2 در پارامترهای مختلف فشار، دما و نسبت حلال به خوراک نشان داد که بهترین نتایج در فشار 130بار و نسبت حلال به خوراک 100 (CO2 kg به kg روغن) با گرادیان دمای 50-40-cْ30 بترتیب بدست آمد.
اسکوالن(با خلوص 95%) در زمینه تولید برخی داروها و مواد غذایی کاربرد وسیعی پیدا کرده است. از روغن کبد هم می توان اسکوالن با خلوص 70-40% بدست آورد که این روغن بصورت خام به فروش می رسد. وجود ترکیبات دیگر در این روغن باعث ایجاد بوی بد در آن می گردند. استخراج مداوم اسکوالن با scco2 از این روغن(حاوی 50% اسکوالن) در فشار 250بار و دمای cْ60 انجام گردید(1997 Catchpole etal) و اسکوالن با خلوص 5/99% بدست آمد که 5% جرم مواد تصفیه شده بعنوان ماده برگشتی برای نسبتهای بالای به حساب می آید.
7-6- فراکسیون سازی گلیسریدها:
با بهره گیری از لیپیدهای حاوی سطوح فعال نظیر مونو آسیل، گلیسرول (MAG)، بعنوان امولسیفایرها، عوامل ضدکف و پایدار کننده های روغن، باعث شده که آنها کاربرد گسترده ای از صنایع غذایی و دارویی داشته باشند نظیر صنایع نان، شیرینی جات، مارگارین و پودرهای فوری و لبنیات کاربرد دارند. مونو آسیل گلیسریدهای (MAG) اسیدهای چرب اشباع یا غیراشباع، استرهای نسبی گلیسریدهایی هستند که حاوی اسیدهای چرب با وزن ملکولی بالا هستند.
وزن ملکولی سه ترکیب TG , DAG , MAG بترتیب 354-174 و 616-456 و 878-639 است که با تقطیر ملکولی قابل جداسازی هستند، اما در روش استخراج با scco2 ما دیگر عیوب روش تقطیر را مشاهده نمی کنیم که یکی: احتیاج به خلاء بالا و دیگری دمای بالا که حدود cْ200 می باشد. در روش scco2 فشار بایستی 200بار بوده و گرادیان دما در یک ستون فشرده cْ100-50 باشد که روش موثری برای جداسازی مخلوط TAG , DAG , MAG است. در فشار 207بار و گرادیان خطی دما از کم تا زیاد (cْ95-65) بهترین حلالیت برای جداسازی ایجاد گردید و این مخلوط با یک ستون فشرده در روش نیمه پیوسته تفکیک گردیدند(1997 و Sahle-Demessie etal).
Bharath و همکاران(1991) فراکسیون گیری از مخلوط تری گلیسریدهای موجود در روغن پالم و روغن کنجد را با استفاده از scco2 در محدوده فشار 350-150بار و دمای cْ80-40 مطالعه کردند و مشخص شد که تری گلیسریدهایی که حاوی تعداد کربن کمتر در 3اسید چربشان هستند حلالیت آنها بیشتر می شود و مقادیر K در آنها افزایش می یابد. اما در فشار بالاتر تفاوت بین مقدار C , K (تعداد کربن) کاهش می یابد. این امر بیانگر این است که روغن پالم در دمای cْ60 و فشار 200بار می تواند جداسازی شود، اما روغن کنجد با داشتن تری گلیسریدهای زنجیر بلند (48> C) همگی مقدار K کمتری دارند و قادر به فراکسیون شدن نمی باشند.
روغن خام پالم حاوی بیش از 90% تری گلیسرید(TG)، 7/2% DG کمتر از 1% MG، 5-3%FFA و 1% ترکیبات جزئی است که این 1% متشکل از توکوفرول، کاروتنوئید و… است.
5گروه از این ترکیبات با روش SFC جداسازی گردید، ستون مورد استفاده یک سیلیکاژل C18 بود. scco2 با مقادیر حجمی -3% از اتانول مخلوط گردید و فرآیند در فشار 180بار انجام گردید. اولین فراکسیون FFA حاوی 1/0% اسید مریسیتیک بود که بعد از آن 9/47% اسید پالمیتیک و اسید اولئیک با 1/37% و اسید سینولئیک با 7/10% بود و آخرین فراکسون، کاروتنوئیدها بودند. مخلوط پیچیده ای از تری گلیسریدها نظیر کره می تواند به فراکسیون های متفاوت جداسازی شود وزن ملکولی و غیراشباعیت 2عاملی هستند که نقش مهمی را در جداسازی فراکسیون ها ایفا می کنند. این فراکسیون ها را می توان بعداً با هم مخلوط کرده و محصولات با نقطه ذوب بالاتری (cْ35-32) بوجود آورد که خاصیت پایداری و گستردگی کره را افزایش می دهد. مزیت این محصول این است که نیازی به انجماد(توسط فریزر) ندارد(1994 و Castera). تری گلیسریدهای زنجیر کوتاه تعداد کربن آنها در حدود 34-24 است را می توان در فشار بین 150-100بار و دمای بین cْ50-40 جداسازی کرد و TG با تعداد کربن متوسط 42-36 را می توان در فشار بین 250-200بار و در آخر TG با تعداد کربن بیشتر از 46 را می توان در فشار 350بار و دمای cْ70 جداسازی نمود.

7-7- بازیافت روغن از مواد حاوی روغن:
در بافتهای گیاهی و حیوانی، مهمترین منبع ذخیره انرژی تری گلیسریدها می باشند. برای استخراج این مواد از بافتها روشهای گوناگون بکار گرفته شده است که مهمترین آن استفاده از پرس و استفاده از حلال است. با وجود مزیت هایی که روش scco2 دارد بدلیل هزینه های بالای سرمایه گذاری آن بری استخراج روغن از بافتهای حیوانی و گیاهی هنوز به مرحله تجارتی نرسیده است.Osseo and Reverchon (1994) 3روش متفاوت جایگزین شده را برای تولید روغن سویا توسط scco2 در مقیاس صنعتی را مورد تجزیه و تحلیل قرار داد و به این نتیجه رسید که هزینه های عملیاتی فرآیندها در حدود همان روشهای استخراج سنتی می باشد. البته با انتخاب پارامترهای صحیح عملیاتی و یکی کردن فرآیند می توان هزینه ها را به کمتر از هزینه های یک واحد روغنکشی با حلال رساند علاوه بر این هزینه زیاد اولیه با کاهش یافتن افت روغن و کاهش راندمان استخراج و ایجاد محصول با ارزش افزوده بالا جبران می گردد.
روش استخراج شده با scco2 از دانه های روغنی، دارای لیپیدهای قطبی کمتری هستند(نظیر گلیوکولیپیدها و فسفولیپیدها). عدم وجود این ترکیبات کمک شایانی در حذف مراحل صمغ گیری و بوگیری می کند. روغن استخراج شده با scco2 حاوی توکوفرول و اسیدهای چرب آزاد است که با روغن استخراج شده با هگزان قابل مقایسه است. تری گلیسریدها نسبتاً در scco2 محلول هستند.
با اعمالی چون پختن یا پولک کردن می توان درصد استحصال روغن را بالا برد. همانطوریکه در شکل زیر پیداست میزان درصد استخراج روغن در روغن پالم با فرآیندهای آماده سازی افزایش می یابد.میزان استخراج روغن به روش scco2 با افزایش دما، فشار و افزودن حلال کمکی نیز افزایش می یابد.
7-7-1: روغن آفتابگردان:
تخم آفتابگردان حاوی 4/43% روغن با کیفیت خوب و غنی از استرهای تک غیراشباعی است. استخراج با scco2 تا فشار 400بار و با افزایش دما و فشار افزایش می یابد.
(1996 Cocero and Calvo) و با افزودن gr5/4 اتانول به هر kg CO2 میزان استخراج افزایش می یابد. مثلاً در فشار 300بار و دمای cْ42 میزان استخراج 5/0% است در حالیکه با افزودن 10% اتانول در scco2 میزان استخراج به بیش از 10برابر می گردد. افزودن اتانول به میزان 5%، فشار ماکزیمم را از 400بار به 375بار می رساند. اثر فشار در افزایش استخراج روغن بیشتر از افزودن اتانول است. فسفولیپیدها به ندرت در scco2 محلول هستند که این یک مزیت بحساب می آید زیرا وجود آن در روغن های خوراکی مطلوب نیست. میزان درصد استخراج در فشار 200بار و دمای cْ42 با scco2(که با 10% اتانول مخلوط شده) 6/2% است. همچنین این میزان استخراج در فشار 400بار و دمای cْ80 با همان حلال، 12% است. بمنظور یافتن شرایط اپتیمم دما و فشار، یکسری آزمایشات در محدوده فشار 700-200بار در شرایط دمایی مختلف انجام گردید(1994 و Favati etal). بالاترین میزان استخراج روغن مربوط به فشار 700بار و دمای cْ80 بود که 18% است. رنگ روغن در دمای بیشتر از و فشار بیش از 500بار تیره می گردد. افزودن حلالهای کمکی به scco2 حلالیت آنرا افزایش ولی قدرت انتخابی آنرا کاهش می دهد و ترکیبات دیگری به همراه روغن استخراج می گردند. اثر کمک حلال بوتانل در افزایش حلالیت scco2 بیشتر از اتانول است مثلاً با افزودن 5% بوتانل حلالیت روغن به 6/0% می رسد در حالیکه با افزودن 20% بوتانل این حلالیت به 4/24% می رسد یعنی حلالیت scco2 با افزایش 4برابر غلظت اتانول 40برابر می گردد. (فرآیند در فشار 300بار و دما cْ40 انجام شد). همانطوریکه حلالیت روغن در scco2 مخلوط شده با بوتانل 10%، بیشتر از همان میزان اتانول است.
7-7-2: روغن جوانه ذرت:
جوانه ذرت حاوی 50-45% روغن می باشد که با هگزان یا پرس سرد جداسازی می گردد. این روغن حاوی مقادیر بالایی از اسیدهای چرب چند غیراشباعی می باشد. روغن جوانه ذرت بدست آمده بروش scco2، رنگ روشنتری دارد و حاوی فسفولیپید کمتری است(نسبت به روغنی که بروش حلال هگزان بدست آمده است). همچنین رافینیت یا پروتئین جوانه ذرت بدست آمده پس از استخراج روغن جوانه ذرت، scco2 ، حاوی خصوصیات تغذیه ای بهتری است زیرا گلیکولیپیدها و فسفولیپیدهای بیشتری دارد. مقدار روغن استخراجی از جوانه ذرت به فشار، دما، حلال کمکی و قطب ذرات آن بستگی دارد. استخراج روغن در فشار بیشتر از 300بار و دمای cْ42 با استفاده از scco2 مخلوط با اتانول انجام گرفت که بازدهی آن 50-48% بود. روغن بدست آمده کیفیت و طعم مطلوبی داشت و همینطور کنجاله حاصل از آن نیز خواص بهتری نسبت به حالتی که استخراج فقط با scco2 انجام می شد را داشت.
7-7-3: روغن تفاله پرسی زیتون:
این روغن تمام چربی های باقیمانده در تفاله پرسی میوه زیتون است حاوی اسیدهای چرب چند غیراشباعی است. تفاله زیتون حاوی 7/21% روغن است که معمولاً با هگزان استخراج می گردد(1994 و Esquivel ) و سپس تصفیه شده و برای مصارف انسانی به بازار عرضه می شود. استخراج با scco2 برای جداسازی روغن تفاله می تواند مورد استفاده قرار بگیرد با افزایش فشار راندمان استخراج نیز افزایش می یابد. بطور مثال در فشار 350بار و cْ60 بالاترین میزان بازدهی بدست آمد یعنی در 4-3ساعت 90% روغن آن استخراج گردید. اندازه ذرات در این کار تحقیقی mm19/0 بود.
7-7-4: روغن هسته انگور:
هسته انگور حدود 5/7% روغن دارد. استخراج این روغن با هگزان باعث می شود که این روغن حاوی 8/33% اسید چرب آزاد گردد که بسیار بالاست و مقدار مواد غیرصابونی آن 89/2% گردد.
عملیات استخراج با scco2 در فشار 350-100بار روی هسته هایی که با آب داغ مجاور گشته بود انجام گردید(1994 و Molero-Gomez etal ) آب داغ بدین منظور به هسته های انگور زده شود تا قندهای باقیمانده روی آنها را بگیرد. در نتیجه میزان کلی روغن معمولاً در هسته های شسته شده با آب داغ کمتر از هسته های شسته نشده با آب داغ است. بازدهی روغن در فشار 350بار و cْ40 حدود 9/6% بدست آمد و میزان FFA و مواد غیرصابونی بطور قابل ملاحظه ای کاهش یافتند. (میزان FFA حدود 41/3% و میزان غیرصابونیها 27/0 گردید) و کیفیت روغن بدست آمده با روغنی که به روش حلال هگزان بدست آمده به تازگی بوگیری و خنثی سازی و صمغ گیری شده بود، معادل بود.
7-7-5: روغن گیری از لسیتین با scco2 :
لسیتین خام یا تجارتی مخلوط پیچیده ای فسفاتیدها، تری گلیسریدها، فسفوگلیکولیپیدها، توکوفرول ها و اسیدهای چرب است که بعنوان محصول جانبی در عملیات صمغ گیری تولید می شود. در حال حاضر لسیتین بطور تجارتی از روغنهای سویا، کانولا، بذر کتان، ذرت، آفتابگردان و تفاله زیتون بدست می آید. لسیتین خالص به فسفا تیدیل کولین (PC) معروف است.
لسیتین تجارتی حاوی 35% لیپیدهای خنثی است که بایستی به کمتر از 2% کاهش یابد. روش سنتی جداسازی چربی های قطبی و خنثی شامل 2مرحله است: 1-پر کردن مخلوط لسیتین خام با حلال استر. 2-برداشتن لیپیدهای قطبی نامحلول در تانک جداسازی که بعد بصورت گرانول خشک می شوند. لسیتین روغن گرفته شده بصورت یک ماده جامد زردرنگ است. در روش دیگر محلول هگزان به همراه لسیتین خام از یک ستون سیلیکا عبور کرده و لیپیدهای خنثی جذب شده در حالیکه فسفولیپیدها از ستون رد می شوند، آنها در محلولهای غیرقطبی نظیر هگزان تشکیل کلوئید می دهند.
در روش scco2 در دمای cْ40 و فشار 300بار لیپیدهای خنثی استخراج گردید و لیپیدهای قطبی را جا می گذارند. عیب این روش اینست که در طی برداشتن روغن، ویسکوزیته بشدت بالا رفته و ادامه استخراج با مشکل مواجه می گردد. برای مقابله با این وضعیت از مخلوط پروپان +CO2 برای کاهش ویسکوزیته لسیتین روغن گیری شده استفاده می کنند(1998- Alkio). گاز حاوی روغن خنثی غنی از CO2 از بالای یک ستون غیرهمجهت خارج می شود. در حالیکه محلول مایع لسیتین غنی از پروپان از پائین گرفته می شود. هر چند که این روش نسبت به استفاده از حلال استن بهتر است متاسفانه پروپان گاز شدیداً اشتعال زا است و برای طبیعت مضر است. بمنظور غلبه بر مشکل ویسکوزیته در استخراج روغن از لسیتین، دستگاهی ساخته شد که مخلوط روغن و لسیتین را در محفظه ای پاشیده و آنها را به قطعات ریزی تبدیل می کند. درون محفظه را با CO2 پر کرده اند بدین ترتیب قطعات روغن چون سنگینتر هستند بعنوان محصول پودری به داخل ظرف جمع آوری فرستاده می شوند و حاوی روغن در جداکننده از روغن جدا شده و خارج می گردد. برای استخراج روغن از پولکهای سویا با استفاده از scco2، عملیات استخراج در فشار 700بار و دمای cْ80 انجام می گیرد و برای استخراج فسفولیپیدها از پولکهای سویا از scco2 در فشار 682بار و دمای cْ80 استفاده می کند.
7-7-6: چربی گیری و کلسترول گیری از مواد غذایی:
در سالهای اخیر تقاضا برای غذاهای کم چربی و کم کلسترول افزایش یافته است. بر این اساس، فرآیندهای مختلفی که بر مبنای بکارگیری scco2 برای چربی گیری و کلسترول گیری باشند، توسعه یافته است. موادی مثل لسیتین چربی گرفته شده، پودر تخم مرغ کم کلسترول، کره کم کلسترول، پودر شیر چربی گرفته شده و غیره از این روش برای کاهش چربی کلسترول بهره گرفته اند.
اولین بار این کار در سال 1981 توسط Hannigan روی چیپس بکار گرفته شد که روغن آنرا از 40% به 20% کاهش داد بدون اینکه تغییری در طعم و بافت آن داشته باشد. شرایط استخراج برای آن در فشار 410بار و دمای 50-cْ60 انجام گردید.
در زمینه جداسازی کلسترول، بیشترین قدرت انتخاب scco2 برای زرده تخم مرغ است(در بین کره و چربی دنبه) و کمترین قدرت انتخاب برای کره است. در آنالیز ترکیبات زرده تخم مرغ مشخص شد که چربی های تخم مرغ بیشتر حاوی تعداد کربن 16 و بالاتر هستند در حالیکه برای کره بیشتر اسیدهای چرب حاوی تعداد کربن 10 و کمتر هستند. تری گلیسرید اسیدهای چرب 4و8 کربنه(در کره) حلالیت بیشتری از تری گلیسرید اسیدهای چرب 16 کربنه دارند. در نتیجه مولکولهای با وزن کمتر راحتتر توسط scco2 برداشته می شوند قدرت انتخاب scco2 برای روغن دنبه متوسط است.
میزان کلسترول در کره می تواند از 31/0% به 1/0% کاهش یابد که این کار در فشار 175-150بار و در دمای cْ50 صورت می گیرد. کلسترول به طور خاص حلالیت کمتری از تری گلیسریدها در scco2 دارد. اما بخاطر شباهت بالای آن با تری گلیسریدهای زنجیر کوتاه و متوسط، قدرت انتخاب آن در کره افزایش می یابد. برای کلسترول گیری کره، میزان رطوبت آن بایستی از 15% به 8-2% برسد تا جداسازی کلسترول از آن با سهولت صورت گیرد. بدین ترتیب اپتیمم شرایط scco2 برای کلسترول گیری کره فشار 150بار و دمای cْ40 است. و بیشتر از 150بار قدرت انتخابی scco2 کاهش می یابد.
زرده تخم مرغ نیز حدود 35% لییپد دارد که 65% آنرا تری گلیسیرد و 30%آنرا فسفو لیپید و 4% کلسترول و بقیه کاروتنوئیدها هستند. استخراج با scco2 از پودر زرده تخم مرغ در حدود 300بار و cْ45 تقریباً کلسترول را جداسازی می کند. میزان رطوبت بایستی کمتر از 15% باشد یعنی حدود 8-2% و سپس عمل استخراج انجام می گیرد. برای پودر شیر و گوشت خشک نیز این مورد صدق می کند و عمل استخراج در cْ45-30 و فشار 130-125بار می گیرد. در این شرایط کلسترول بدون تغییر ماهیت پروتئین برداشته می شود.
Rossi و همکاران(1990) مخلوط scco2 با اتانول را در فشار 150بار و دمای cْ50 برای استخراج کلسترول از پودر زرده تخم مرغ را بررسی کرد. افزایش استخراج لیپیدها از حالت بدون اتانول یا با اتانول بترتیب 3% و 30% بود. غلظت اتانول 7% بود. میزان پروتئین نیز از 40% به 53% افزایش یافت و میزان کلسترول از 2/2% به 4/1% کاهش یافت.
برای چربی گیری از گوشت نیز بایستی مراحل زیر را انجام داد:
1-خرد کردن قطعات گوشت به قطعات کوچکتر.
2-گرفتن رطوبت اضافی از آن و رساندن رطوبت آن به 50-30%
3-استخراج با scco2 در فشار 300-200بار و دمای cْ50-30 .
عمل خشک کردن ترجیحاً از طریق فریز درایینگ بایستی انجام گیرد. در کل افزایش راندمان استخراج با scco2 بستگی زیادی به کمیت لیپید، رطوبت، لیپوپروتئین و کمپلکس پروتو فسفولیپیدهای موجود در گوشت دارد. با انتخاب صحیح شرایط فرآیند استخراج با scco2، می توانیم قدرت انتخاب و جداسازی کلسترول و چربی ها را همزمان بالا ببریم و به مناسبترین محصول دست یابیم.

1-Sonication
2-Soxhlet
1- Solid-phase extraction
2- Liquid-Liquid
3-SuperCritical Fluid Extraction
1 -Hogarth
2-Hanny
3-Buchner
4-Zhuze
5-Zosel
6-Stahl
7-Shilz
1-Generally Recognized As a Safe
3 – Modifier
4 – Modifiers
5 – Cosolvents
6 – Laminar flow
7 – Trap
1-terpinene-4-oL
2-Cineol
3-Pinene
4-terpinene
5-Menthol
6-acetate Menthol
7-Trans-Sabinenehydrate
1-faradiol monoester
2-sesquiterpenen –Lactone
1-Pyrrolizidine alkaloids
2-Monocrotaline
1-flavan-3-ol
2-Epicatechin
3-Galic Acid
1-Theaflavins
2-Thearubigens
3-decaffeinate
1-Synergistic
2-ascorbyl palmitate
3-flavones
4-flavonols
5-Isoflavones
6-flavanones
7-Cinamic Acid
—————

————————————————————

—————

————————————————————

21