دانلود کتاب فوریدر استخراج و خالص سازی مواد به شیوه های قدیمی معمولاً از روشهای مكانیكی جهت كاهش اندازه ی ذره ها استفاده می شود. اما هر كی از این روشها كاستی هایی را در پی دارند كه از آن جمله تغییر كیفیت در نتیجه ی اثرهای گرمایی و شیمیایی، مصرف زیاد حلّال و زدودن آن را می توان برشمرد.
روشهای جدید تولید ذره های ریز در مقیاس میكرو یا نانو می تواند در این زمینه راهگشا باشد كه با توزیع اندازه ی ذره های كنترل شده و افزایش كیفیت بلورهای تشكیل شده از دیدگاه خلوص و شكل هندسی همراه است. هم اكنون تلاش در جهت رعایت قوانین محیط زیستی و بهبود كیفیت تولید مواد گوناگون سبب استفاده ی روزافزون از فناوری های جدید همچون سیال فرابحرانی شده است. این امر، شناسایی فرایندها و فراسنج های مؤثر در این فناوری را یادآور می شود.
در استخراج و خالص سازی مواد به شیوه های قدیمی معمولاً از روشهای مكانیكی جهت كاهش اندازه ی ذره ها استفاده می شود. اما هر كی از این روشها كاستی هایی را در پی دارند كه از آن جمله تغییر كیفیت در نتیجه ی اثرهای گرمایی و شیمیایی، مصرف زیاد حلّال و زدودن آن را می توان برشمرد.
روشهای جدید تولید ذره های ریز در مقیاس میكرو یا نانو می تواند در این زمینه راهگشا باشد كه با توزیع اندازه ی ذره های كنترل شده و افزایش كیفیت بلورهای تشكیل شده از دیدگاه خلوص و شكل هندسی همراه است. هم اكنون تلاش در جهت رعایت قوانین محیط زیستی و بهبود كیفیت تولید مواد گوناگون سبب استفاده ی روزافزون از فناوری های جدید همچون سیال فرابحرانی شده است. این امر، شناسایی فرایندها و فراسنج های مؤثر در این فناوری را یادآور می شود.
سیال فرابحرانی سیالی است كه در دما و فشار بالاتر از نقطه ی بحرانی وجود دارد. تنها در دما و فشار مربوط به نقطه ی T است كه هر سه فاز جامد، مایع و گاز می توانند در كنار یكدیگر وجود داشته باشند. این نقطه كه به آن نقطه ی سه گانه گفته می شود نقطه ای است كه در آن منحنی های سه فاز تعادلی یعنی تصعید، ذوب و تبخیر به یكدیگر می رسند.
منحنی تبخیر از نقطه ی سه گانه آغاز می شود و در نقطه ی بحرانی C پایان می یابد. در راستای منحنی تبخیر، دما و فشار به طور پیوسته در حال افزایش است.
TC بالاترین دمایی است كه در آن یك گاز می تواند در نتیجه ی افزایش فشار به مایع تبدیل شود. PC بالاترین فشاری است كه در آن یك مایع می تواند به كمك افزایش دما به گاز تبدیل شود.
سیال های فرابحرانی حالتی واسطه میان گاز و مایع دارند و از این رو نفوذ بالایی در حد یك گاز، و انحلال پذیری مناسبی در حد یك مایع از خود به نمایش می گذارند. معمولاً اینگونه سیال ها از دید خواص انتقالی همچون گرانروی و نفوذپذیری همانند یك گاز، و از دید قدرت انحلال، شبیه حلال های مایع عمل می كنند.
معمول ترین سیال فرابحرانی، CO 2 است كه فشار بحرانی آن 73.3 بار و دمای بحرانی آن 304K است و برای استفاده در فرایندهای گوناگون شرایط مناسبی دارد. از برتری های دیگر این سیال می توان به ارزان بودن، اشتعال ناپذیری و سمی نبودن آن اشاره كرد. هم چنین، دمای بحرانی CO 2 پایین است و از تخریب گرمایی اجزای مواد غذایی، هنگام استخراج این مواد جلوگیری می كند.
هم اكنون سیال های فرابحرانی كاربردهایی گسترده در صنایع گوناگون مانند صنایع نفت و پتروشیمی (24 درصد)، دارویی ( 9 درصد) غذایی و كشاورزی ( 32درصد)، نساجی ( 19 درصد)، آفت كش ها ( 4 درصد) یافته اند. دلایل گستردگی كاربرد این سیال ها را می توان به شرح زیر خلاصه كرد:
- جداسازی اجزای مخلوط ها به كمك این سیال ها با صرف انرژی كمتر امكان پذیر است.
- در فرایندهای غذایی، آرایشی و دارویی كه نیاز به فراورده هایی با درجه خلوص بالا و در حد استاندارد است، بازیابی حلال به طور كامل، امری ضروری است. به كمك این سیال ها می توان این نیاز را برطرف كرد. در حالیكه در روش های معمول مانند تقطیر و استخراج مایع، بازیابی كامل حلال ممكن نیست.
- حلال های آلی، بویژه حلال های كلردار اثرهایی زیان آور بر محیط زیست دارند. در حالی كه با جایگزین كردن گاز CO 2 به عنوان یك حلال در فرایندهای فرابحرانی می توان بر این مشكل غلبه كرد.
سیال های فرابحرانی و صنایع غذایی
قیمت بالای حلال های آلی، افزایش آلودگی در محیط زیست و نیازهای جدید در صنایع غذایی مانند بالا بودن درجه خلوص و كیفیت فراورده ها نیاز به استفاده از فناوری های جدید را در این صنعت یادآور می شود.
سیال های فرابحرانی نسبت به حلال های مایع برتری های فراوانی دارند كه از آن میان می توان به این موارد اشاره كرد:
- فرایند استخراج بیش تر سیال های فرابحرانی در دمای پایین انجام می گیرد. بنابراین این سیال ها برای استخراج موادی كه به دما حساسند، مناسب هستند.
- در فرایندهایی كه سیال های فرابحرانی مورد استفاده قرار می گیرند، حلال به طور كامل از فراورده بازیابی می شود. به این ترتیب به خاطر كاهش مصرف حلال و استفاده ی دوباره از آن، این فرایندها از دیدگاه اقتصادی به صرفه ترند.
- به خاطر جداشدن حلال از فراورده، كیفیت فراورده ی نهایی افزایش می یابد.
روی هم رفته، استخراج به كمك این سیال ها به دو روش پیوسته و ناپیوسته، در فشار بالا صورت می گیرد، در هر دو روش، سیال در برابر موادی قرار می گیرد كه فراورده ی دلخواه را تولید می كنند. سیال فرابحرانی كه تا لحظه ی روبه روشدن با این مواد، از فراورده اشباع شده است، در شرایط هواكره منبسط می شود و فراورده به صورت محلول در مخزن جداسازی مورد بازیابی قرار می گیرد و در این جریان، سیال فرابحرانی نیز برای استفاده ی دوباره بازیابی می شود. در این روش ها فرایندهای متفاوتی مورد استفاده قرار می گیرد كه در ادامه، به آن ها می پردازیم.
فرایند انبساط سریع سیال فرابحرانی
این فرایند، شامل دو مرحله است؛ نخست، انحلال جزء دلخواه در سیال فرابحرانی و سپس انبساط ناگهانی محلول فرابحرانی. این كار به كمك لوله ای كه به عنوان خروجی محفظه ی اشباع كننده در نظر گرفته شده است انجام می گیرد.
هنگامی كه سیال منبسط می شود، در نتیجه ی كاهش قدرت انحلال آن، جزء حل شونده در محل خروجی رسوب می كند. كاهش فشار در این سامانه به سرعت روی می دهد. به این ترتیب حالت فرابحرانی به راحتی در سامانه ها ایجاد شده، ذره هایی با كیفیت مناسب تولید می شوند. از برتری های این روش می توان به درجه خلوص بالای مواد تولید شده اشاره كرد.
فرایند سامانه ی ضد حلال
در این فرایند از دو روش GAS و SAS بهره می گیرند كه از جمله روش های مهم تولید فراورده ها در اندازه های میكرو و نانو هستند. در این روش ها از یك حلال آلی استفاده می شود و از جزء دلخواه آن قدر در این حلال حل می كنند تا حلال به حالت فراسیر شده برسد. سپس آن را در شرایط فرابحرانی سیالی هم چون كربن دی اكسید قرار می دهند. تفاوت این دو روش در نوع دستگاه هایی است كه از آن ها استفاده می شود. اما در هر دو روش، پس از انحلال كربن دی اكسید در حلال آلی، جزء دلخواه متبلور می شود.
در فرایند GAS ، انحلال پذیری CO 2 در فشارهای بالا سبب انبساط حجمی محلول سیر شده و در نتیجه، كاهش چگالی و انحلال پذیری آن می شود و این امر، به تبلور جزء حل شده به صورت ذره هایی ریز با اندازه های مناسب می انجامد.
فرایند تولید ذره از محلول اشباع از گاز
در فرایند PGSS ، با افزایش فشار، انحلال پذیری سیال فرابحرانی در فاز مایع افزایش می یابد و در پی آن نقطه ی ذوب جزء حل شدنی پایین می آید. بنابراین به كمك این روش می توان نقطه ی ذوب موادی را كه جرم مولكولی بالایی دارند كاهش داد. سیال تزریق شده معمولاً كربن دی اكسید است. پس از تشكیل محلول اشباع، آن را به حال خود می گذارند تا منبسط شود. در اثر انبساط، جزء سبكتر تبخیر می شود و بنا به پدیده ی ژول تامسون، دمای سامانه كاهش می یابد و در نتیجه ی كاهش هم زمان دما و فشار، ذره هایی ریز تشكیل می شوند.
فرایند PGSS ، نسبت به فرایند RESS در فشار پایین تری انجام می گیرد و اندازه ی ذره های تولید شده در آن حدود 10 تا 20 میكرومتر است.
جداسازی
برای جداسازی سیال فرابحرانی، راهكارهایی به این شرح مورد استفاده قرار می گیرند:
- تغییر دما و فشار جهت تغییر در انحلال پذیری سیال فرابحرانی
- شست وشوی حل شونده به كمك یك حلال، برای زدودن سیال فرابحرانی
- استفاده از ستون جداسازی برای جدا كردن حل شونده های چندتایی.
كاربرد در صنایع غذایی
- استخراج كلسترول از چربی گاو
امروزه وجود مقدار زیاد كلسترول در گوشت گاو آن را برای مصرف بسیاری از افراد نامناسب كرده است. جدا كردن این ماده به روش سنتی، به كمك حلال های كلردار مانند دی كلرواتان امكان پذیر است اما مشكل این جاست كه این حلال ها سرطان زا هستند. با پیشنهاد روش های جدید كه هریك براساس استفاده از یك سیال فرابحرانی تعریف شده است این مشكل برطرف می شود. كلسترول در كربن دی اكسید حل می شود و انحلال آن در اتان فرابحرانی از این هم بیش تر است. از آن جا كه اتان فرابحرانی از كربن دی اكسید گرانتر است، برای استخراج كلسترول از مواد غذایی استفاده از مخلوط كاربرد یافته است.
- استخراج روغن زرده ی تخ ممرغ
گَرد زرده ی تخ ممرغ دارای فسفولیپید فراوانی است كه در صنایع غذایی، دارویی و آرایشی كاربرد گسترده دارد. اما مواد دیگری مانند كلسترول، این ماده را در زرده ی تخم مرغ همراهی می كنند. برای به دست آوردن فسفولیپید، بهتر است كلسترول از آن استخراج شود. برای این منظور استفاده از كربن دی اكسید به عنوان سیال فرابحرانی مناسب بوده است.
- تهیه ی گَرد روغن نارگیل
به كمك فرایند انبساط سریع محلول، RESS ، می توان روغن نارگیل را به شكل گَرد تهیه كرد. این ماده در صنایع شكلات سازی كاربرد فراوان دارد و برای نگهداری و استفاده ی بهتر، آن را به صورت گَرد درمی آورند. در فرایند RESS ، این ماده كه در كربن دی اكسید به عنوان سیال فرابحرانی حل شده است به صورت گَرد و با توزیع اندازه ی یك نواخت به دست می آید.
- استخراج اسیدهای چرب از روغن سویا
روغن سویا از پركاربردترین روغن ها در جهان به شمار می رود چنان كه، هم اكنون 54 درصد روغن های مورد استفاده در بازار را تشكیل می دهد.
در تولید روغن سویا و در جریان مراحل پالایش آن، لجن سویا به عنوان فراورده ای جانبی به مقدار زیاد تولید می شود. این فراورده شامل اجزایی از جمله اسیدهای چرب و ویتامین E است. ویتامین E كه غلظت آن در لجن سویا به 10 تا 13 درصد می رسد، به عنوان پاداكسنده در صنایع غذایی به مواد افزوده می شود. استرول موجود در لجن سویا نیز ماده ی خام مهمی در تولید هورمون ها و ویتامین هاست. استخراج این مواد همه به كمك سیال فرابحرانی CO 2 امكان پذیر شده است.
- دانه های تمشك
به كمك كربن دی اكسید به عنوان یك سیال فرابحرانی روغنی از دانه های تمشك استخراج می شود كه دارای چربی های سیر نشده ی كمی بوده، مقدار زیادی از كاروتنوییدها و ویتامین E فراوانی دربردارد.
- دانه های انگور
تركیب های فنولی و چربی هایی كه از دانه های انگور به دست می آیند به فنول ها و عصاره ای فعال و ضد میكروبی تجزیه می شوند. شرایط استخراج بهینه برای تولید فنول، استفاده از CO 2 با چگالی 95 درصد گرم بر مول و دمای 55 C به كمك متانول 10 درصد به عنوان حلال است.
فراورده ی استخراج شامل دو بخش است؛ یكی بخشی كه به كمك CO 2 خالص به دست می آید و دیگری، تركیب هایی كه به كمك CO 2 و حلال ایجاد می شوند.
بخش نخست شامل اسیدهای چرب و استرول است و فعالیت ضدمیكروبی بالایی دارد. اما بخش دوم تركیب های فنولی را دربر می گیرد.
- اكلیل كوهی
پاداكسنده هایی كه از اكلیل كوهی گرفته می شوند جهت استفاده در مكمل های طبیعی، به كمك كربن دی اكسید فرابحرانی عطرزدایی می شوند. پس از استخراج روغن اكلیل كوهی، گروهی از دانشمندان این كار را با استفاده از تقطیر جزء به جزء، برای جدا كردن روغن های ضروری به مقدار بیش تر، پی گرفتند. پس از آن سباستین لوپز در استفاده از CO 2 به عنوان یك سیال فرابحرانی جهت گرفتن عطر این ماده، به عصاره ای دست یافت كه در فراورده های غذایی به عنوان ماده ای افزودنی كاربرد پیدا كرد. گفتنی است كه در این فرایند، تقریباً 100 درصد حلال باقی مانده از فرایند استخراج، حذف می شد.
نتیجه گیری
سیال فرابحرانی برای استخراج اجزای فراوانی از نمونه های گیاهی مناسب است. این اجزا، روغن های ضروری، مواد فوتوشیمیایی و چربی ها را دربرمی گیرد.
استخراج این مواد با هدف های تجزیه ای، تكمیلی، مزه دار كردن و عطر دادن به مواد دیگر در صنعت مورد توجه قرار گرفته است چنان كه، برخی از شركت ها از عصاره های گیاهی به دست آمده از سیال های فرابحرانی بهره های تجاری گرفته اند.
منبع:رشد
مقاله شیمی کوپلیمریزاسیون 
