روش های نوین عصاره گیری
عصاره گیاهی حاوی انواع مختلفی از ترکیبات موثره هستند که از جمله آنها می توان به ترکیبات فنولی، رنگدانه ها، آنتی اکسیدان ها، ترکیبات ضد میکروبی و ترکیبات مولد عطر و طعم اشاره کرد. این عصاره های گیاهی به دلیل وجود چنین ترکیباتی به طور گسترده در صنایع غذایی و دارویی مورد استفاده قرار می گیرند. اولین مرحله برای تهیه عصاره گیاهی، جداسازی و خالص سازی ترکیبات موثره موجود در گیاهان یعنی “استخراج” است (1).
معرفی روش های عصاره گیری
روش های مختلفی برای استخراج عصاره گیاهی وجود دارد. در روش های سنتی، استخراج عصاره به کمک “حلال” های مختلف انجام می شود. اساس روش های سنتی استخراج، انتخاب حلال مناسب (بسته به نوع ترکیبات موثره ای که قرار است استخراج شود)، استفاده تا از حرارت و هم زدن (جهت تسریع استخراج) است. در این روش جهت استخراج میزان مکفی عصاره نیاز به زمان طولانی (بین 8 تا 24 ساعت ) داشته و به دلیل استفاده از حرارت و زمان طولانی احتمال تخریب ترکیبات موثره نیز وجود دارد.
از طرف دیگر، استفاده از حلال جهت استخراج نیازمند یک مرحله بازیابی حلال اضافی و تبخیر آن (جهت تغلیظ عصاره) دارد. این دو مورد نه تنها سبب هدر رفت مقادیر قابل توجه هزینه و انرژی می شوند. بلکه احتمال باقی ماندن مقادیر کم حلال در عصاره نیز وجود دارد.
با توجه به این که برخی از حلال های مورد استفاده جهت استخراج ممکن است تا حدی برای سلامت انسان مخاطره آمیز باشند. استفاده از روش های سنتی جهت استخراج امروزه مورد مناقشه بسیاری از دانشمندان فعال در زمینه گیاهان دارویی است. به همین دلیل، امروزه محققان در صدد توسعه روش هایی هستند که علاوه بر حذف حلال های سمی، مدت زمان استخراج را کاهش داده و از طرف دیگر بازده استخراج را افزایش دهند (1).
روش عصاره گیری فراصوت
استخراج به کمک فراصوت در واقع به کمک امواج صوتی با فرکانس بالاتر از 20 کیلوهرتز انجام می شود. در این روش، اندام های گیاهی درون مقدار اندکی حلال قرار گرفته و امواج صوتی از طریق دستگاه به مخلوط گیاه / حلال وارد می شود. این امواج درون محیط نوسان های مکانیکی ایجاد کرده و دارای چرخه های انقباض و انبساط هستند.
در حالت انبساط حباب هایی درون محیط ایجاد شده و این حباب ها در حالت انقباض متلاشی می شوند. تولید و متلاشی شدن مداوم هزاران حباب در مایع سبب ایجاد تنش مکانیکی، در هم شکستن دیواره سلولی گیاه، و خروج راحت تر و سریعتر ترکیبات موثره گیاه خواهد شد (1). به طور کلی دو نوع سیستم فراصوت جهت استخراج عصاره های گیاهی وجود دارد:
- سیستم حمام فراصوت
- سیستم پروب فراصوت
فاکتورهایی که راندمان استخراج عصاره را در این روش افزایش می دهند شامل میزان رطوبت موجود در سیستم، اندازه قطعات گیاه، و حلال مورد استفاده است.همچنین فاکتورهای خود دستگاه مانند فرکانس دستگاه، دما، و زمان نیز روی راندان استخراج موثر است.
به طور کلی، هر قدر حجم ظرف محتوی حلال وگیاه که تحت فراصوت قرار می گیرد بزرگتر باشد، و هر قدر میزان ترکیبات جامد گیاهی بیشتر باشد، قدرت فراصوت جهت استخراج کاهش یافته و در نتیجه راندمان استخراج نیز کاهش خواهد یافت. به طور کلی می توان گفت که با استفاده از فراصوت، امکان استخراج ترکیبات موثره حساس به حرارت در زمان کوتاهتر و در دمای پایین تر وجود دارد (1).
روش عصاره گیری میکرویو
برخلاف فراصوت که در آن از امواج صوتی استفاده می شد، در روش استخراج عصاره به کمک میکرویو از امواج الکترومغناطیس غیر یونیزه با فرکانس بین 300 مگا هرتز تا 300 گیگا هرتز استفاده می شود. در این روش امواج الکترومغناطیس توسط دو پدیده انتقال یونی و چرخش دو قطبی روی حلال و ترکیبات موثره قطبی (مانند فنل ها) تاثیر می گذارد. در پدیده انتقال یونی، یون ها (ترکیبات باردار موجود در مخلوط اندام گیاهی و حلال) در نتیجه وجود میدان الکتریکی به سمت قطب مخالف خود جذب می شوند و با حرکت خود در محیط گرما تولید می کنند.
از طرف دیگر، میدان مغناطسی حاصل از ملکول های قطبی باعث چرخش این ملکول ها در راستای میدان شده که این حرکت نیز سبب تولید گرما در مخلوط حلال/گیاه می شود. جهت دست یابی به راندمان مناسب در روش میکرویو، باید از حلال های قطبی (مانند آب و حلال های الکلی) استفاده نمود و حلال های غیر قطبی مانند هگزان در این روش کارایی چندانی نخواهند داشت. همچنین در این روش کارایی حلل های مختلف بستگی به میزان تونایی هر حلال برای جذب انرژی امواج میکرویو دارد. از جنبه تجاری، دو نوع عمده سیستم میکرویو وجود دارد که قابل استفاده در صنعت است:
- سیستم میکرویو با محفظه بسته
- آون میکرویو متمرکز
در هر دو این سیستم ها استخراج عصاره تحت فشار و دمای کنترل شده انجام می گیرد. در روش استخراج به کمک میکرویو، دو فاکتور ماهیت (میزان قطبیت) و حجم حلال دو عامل اصلی تعیین کننده راندمان استخراج می باشند. همچنین نسبت حجم حلال به ماده گیاهی، مدت زمان پرتودهی، اندازه ذرات گیاهی، دما و همچنین توان پرتو دهی نیز در این روش از اهمیت زیادی برخوردار است (1).
از جمله مزایای استفاده از روش میکرویو نسبت به روش های سنتی استخراج می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- کاهش زمان استخراج (چند ثانیه تا 15-20 دقیقه)
- کاهش مصرف حلال
- افزایش راندمان استخراج
حلال فشرده و سیال فوق بحرانی
استخراج عصاره توسط حلال فشرده و سیال فوق بحرانی تقریبا مشابه با یکدیگر است. در هر دو این روش ها، حلال با دمای بالا (50 تا 200 درجه سانتیگراد) و تحت فاشر بالا (10-15 مگا پاسکال) قرار می گیرد. با اعمال فشار بالا بر حلال، حتی در صورت وجود دمای بالا، حلال تبخیر نمی شود و کماکان به صورت مایع باقی می ماند و بدین طریق کارایی خود را برای استخراج ترکیبات موثره گیاهی حفظ خواهد کرد.
ترکیب دما و فشار زیاد سبب در هم شکستن دیواره سلول های گیاهی شده و استخراج عصاره را از ماتریکس گیاهی تسهیل می کند. معمولا در این روش حلال به کار رفته آب است. در مقایسه با روش های سنتی استخراج، حلال فشرده و سیال فوق بحرانی نیاز به حلال کمتری برای استخراج داشته و مدت زمان استخراج در این روش نیز بسیار کمتر است (1).
روش های نوین خشک کردن عصاره
خشک کردن معمولا برای تبدیل عصاره های آبی به پودر مورد استفاده قرار می گیرد. به طور کلی، استفاده از عصاره به صورت پودر آسان‌تر است و ماندگاری بیشتری نیز نسبت به عصاره های آبی و مایع دارد. معیار تعیین کیفیت عصاره خشک و پودر شده میزان رطوبت و مقدار ترکیبات موثره موجود در آن است.
نکته ای که در خشک کردن عصاره ها اهمیت دارد این است که در طول خشک کردن به روش های سنتی، به دلیل طولانی بودن فرایند و دمای نسبتا بالا، مقداری از ترکیبات موثره موجود در آن ممکن است از بین بروند. به همین دلیل استفاده از فرایندهای نوین برای خشک کردن عصاره های گیاهی ضرورت دارد (2).
وکیوم درایر
وکیوم درایر یا خشک کن تحت خلا نوعی از خشک کن است که می تواند حتی عصاره های مایع با ویسکوزیته بالا را به خوبی و بدون تخریب مواد موثره کاملا خشک کند. در این روش، عصاره مایعی که قرار است خشک شود وارد محفظه ای می شود که خلا در آن برقرار و دمای محفظه اندکی بالاست.
در این حالت رطوبت عصاره در دمای بسیار پایین تری از حالت سنتی تبخیر شده و پودری با رطوبت پایین و کیفیت بالا حاصل می آید.در این روش متغییرهای موثر روی کیفیت عصاره خشک حاصله شامل دمای خشک کردن، فشار خلاء و مدت زمان ماندن عصاره در محفظه خواهد بود (2).
اسپری درایر
اسپری درایر یا خشک کن پاششی نیز یکی از روش های نوین و صنعتی جهت خشک کردن عصاره های گیاهی است. این روش یکی از پرکاربردترین روش های ریزپوشانی و خشک کردن عصاره های گیاهی است. این فناوری بازده بالایی داشته و در مقایسه با سایر روش ها هزینه های عملیاتی کمتری دارد.
پودرهایی که به این روش خشک می شوند پایدار بوده و به راحتی قابل استفاده هستند. به طور کلی در این روش عصاره مایع درون محفظه ای حاوی هوای نسبتا گرم با شدت اسپری می شود و در حین این عمل مایع موجود در عصاره تبخیر شده و ذرات عصاره به صورت پودر در پایین محفظه جمع می شوند (3).
ماکرویو وکیوم درایر
ماکرویو وکیوم درایر یا خشک کن مایکرویو تحت خلا دستگاهی است که از ترکیب دو روش مایکروویو و خشک کردن تحت خلاء استفاده می کند. این روش هم مزایای خشک کردن در وسط مایکروویو و هم مزایای خشک کردن خلاء را دارد و نسبت به روش خشک کردن تحت خلا به تنهایی مدت زمان کوتاه تر راندمان بسیار بالاتری دارد. سایر مزایای این روش شامل ظرفیت خشک کردن بالا، کیفیت خوب عصاره خشک شده و هزینه تولید پایین می باشد.
در این روش، از تشعشعات مایکروویو برای تولید گرما و در فشار بسیار پایین (0.61-101.33 کیلو پاسکال) استفاده می شود و در نتیجه عصاره در دمای پایین به سرعت خشک می شود. با استفاده از این فناوری نوین می توان خشک کن خلاء مایکروویو را می توان در خشک کردن انواع مواد غذایی، غذاهای دریایی، عصاره های دارویی، عصاره های مایع، میوه ها، سبزیجات، گوشت، محصولات شیمیایی و غیره را خشک نمود.
به طور کلی، مدت زمانی که طول می کشد تا یک عصاره با استفاده از مایکرویو وکیوم درایر خشک شود حدود 9 دقیقه (یک سوم تا یک دهم زمان خشک کردن معمولی) است که در مقایسه با مایکرویو بدون خلا (30 دقیقه) و روش سنتی هوای گرم (205 دقیقه) مدت زمان بسیار کوتاه تری است (4).
فریز درایر
فریز درایر یا خشک کن انجمادی فرآیندی است که طی آن آب منجمد شده در عصاره مایع تصعید شده و مستقیما به گاز تبدیل می شود. در این روش عصاره مایع قبل از قرار گیری در خشک کن انجمادی باید منجمد شود، سپس عصاره منجمد شده وارد دستگاه فریز درایر شده و آنجا در نتیجه ایجاد خلا و کاهش فشار محیط، آب منجمد شده مستقیما به گاز تبدیل شده و از عصاره خارج می گردد. این روش علیرغم هزینه زیادی که دارد، نسبت به سایر روش های خشک کردن آسیب کمتری به مواد موثره موجود در عصاره وارد می کند (5).
منابع
- شاطرآبادی, داریوش, ابونجمی, محمد, قربانی جاوید, مجید, عرب حسینی, اکبر. (1396). مقایسه روش فراصوت با دیگر روش های نوین در استخراج عصاره گیاهان دارویی. مجله علمی صوت و ارتعاش, 6(12), 15-30.
- Xu, P., Peng, X., Yuan, T., Yang, J., Li, X., Zhang, H., … & Jia, X. (2021). Effect of vacuum drying on drying kinetics and quality of the aqueous extracts of Callicarpa nudiflora Hook. et Arn. LWT, 152, 112305.
- Kalušević, Ana & Veljović, Mile & Salevic, Ana & Levic, Steva & Stamenković-Đoković, Marijana & Branko, Bugarski & Nedović, Viktor. (2015). Microencapsulation of herbs extract by spray drying.
- https://www.talinchina.com/microwave-vacuum-dryer/
- Nakbanpote, W., Ruttanakorn, M., Sukadeetad, K., Sakkayawong, N., & Damrianant, S. (2019). Effects of drying and extraction methods on phenolic compounds and in vitro assays of Eclipta prostrata Linn. leaf extracts. Sci. Asia, 45, 127-137.
ثبت ديدگاه