روشهای جدید و انقلابی استخراج مواد مفید از گیاهان

روشهای جدید و انقلابی استخراج مواد مفید از گیاهان
در حالی که برخی از مواد از طریق کار دقیق در آزمایشگاه ایجاد می شوند، مواد گیاهی به آرامی در طول تاریخ طبیعی تولید می شوند. مواد گیاهی به طور فزاینده ای توسط مصرف کنندگان و تولیدکنندگان امروزی ارزش قائل می شوند – به دلیل تمایل به بازگشت به منبع طبیعی و همچنین مرتبط با مزایای درک شده از گیاهان در اطراف احساسات و هاله سالم – اما آنها نقش فعالی در طعم، تغذیه و سلامتی برای قرن ها، از آیین نوشیدن دمنوش های خوش طعم گیاهی گرفته تا استفاده از گل، ریشه و گیاهان دارویی برای درمان بیماری ها.

اگرچه چندین روش سنتی و قابل اعتماد برای استخراج مواد گیاهی وجود دارد، پیشرفت‌های تکنولوژیکی باعث نوآوری‌های فرآیند شده است، از جمله روش‌های استخراج که پایدارتر و کارآمدتر از قبل هستند و حتی ممکن است محصولات باکیفیت تولید کنند. ما با اطلاعاتی از لی پان، دکترا، پژوهشگر کری – نوآوری طعم و مزه، عمیقاً به فناوری های استخراج می پردازیم. وانگ بائو گان، دکترا، مدیر فناوری کری. و زینب ایلکبهار، رهبر تنظیم کننده طعم جهانی کری.

مقالات KerryDigest را به صندوق ورودی خود تحویل بگیرید
اشتراک در
فرآیندهای استخراج گیاه شناسی سنتی
برای تبدیل یک گیاه جامد به یک ترکیب محلول، مواد فعال معمولاً به مایعی مانند آب و/یا الکل اضافه می‌شوند و سپس جدا یا مخلوط می‌شوند. محصولات گیاه شناسی حاصل را می توان در محصولات غذایی و نوشیدنی از نوشابه های غیر الکلی، نوشیدنی های الکلی، سفت ها و بستنی ها تا محصولات قنادی عالی استفاده کرد.

در اینجا برخی از تکنیک های خاص برای ایجاد فرمولاسیون های گیاهی مختلف آورده شده است:

تنتور: مواد خام مانند برگ، ریشه، دانه و گل به مخلوطی از اتانول و آب در دمای اتاق اضافه می شود. پس از یک دوره مشخص، جامدات و مایعات از هم جدا می شوند و مایع باقی مانده تنتور است.
دم کرده: در اینجا نیز مواد خام مانند برگ، ریشه، دانه و گل را به مخلوطی از اتانول و آب اضافه می کنند، اما مخلوط را حرارت می دهند. پس از یک دوره مشخص، جامدات و مایعات از هم جدا می شوند و مایع باقیمانده دم کرده است.
تقطیر: برای تهیه یک تقطیر، ما با یک تنتور شروع می کنیم و سپس فرآیند تقطیر را انجام می دهیم و بخار مایع گرم شده را می گیریم. سپس دانشمندان ما مایع را تکه تکه می کنند – مایع را به طور مکرر گرم و متراکم می کنند – که می تواند محصول نهایی خالص تری به دست آورد که به عنوان تقطیر شناخته می شود و سپس مخلوط می شود.
عصاره: یک دم کرده ایجاد کنید، مایع و جامد را جدا کنید و سپس آنها را در فرآیند انفوزیون دوباره اجرا کنید. خمیر یا مایع غلیظ حاصل عصاره است. سپس ممکن است روی حاملی مانند گلیسیرین، تری استین یا پروپیلن گلیکول حمایت شود.

فن آوری های جدید استخراج گیاه شناسی در افق

اگرچه تکنیک‌های بالا روش‌های اثبات‌شده‌ای برای ایجاد عصاره‌های گیاهی با کیفیت هستند، فشارها در مورد ایمنی، پایداری و هزینه صنعت را به سمت یافتن رویکردهای سبزتر برای استخراج ترکیبات زیست توده از منابع طبیعی سوق می‌دهد. به عنوان مثال، فن‌آوری‌های جدید استخراج و تفکیک توسعه داده شده‌اند به طوری که مواد مغذی هدف، اجزای عملکردی و مواد طعم دهنده استخراج و غنی‌سازی می‌شوند در حالی که آلاینده‌ها، نت‌های غیرطبیعی و سایر اجزای نامطلوب حذف می‌شوند.

فناوری‌های اخیراً توسعه‌یافته زیر که تحت عناوین «روش استخراج»، «تجزیه و جداسازی» و «فناوری‌های خشک کردن» دسته‌بندی می‌شوند، در مراحل مختلف تهیه عصاره گیاهی نقش دارند. اگرچه همه فناوری ها به طور گسترده در دسترس نیستند، بسیاری از فناوری های امیدوارکننده ممکن است به زودی توسط کری در فرآیند گیاه شناسی مورد استفاده قرار گیرند.

روش های استخراج

1.استخراج با حلال معمولی هنوز به طور گسترده در صنایع غذایی استفاده می شود، با فناوری های جدید که باعث بهبود کارایی و کیفیت استخراج، کاهش هزینه و استفاده از تکنیک های پایدارتر می شود. روش های استخراج برای تهیه عصاره های گیاهی بر اساس تفاوت در خواص فیزیکی یا شیمیایی مخلوط، مانند اندازه مولکولی، قطبیت و بارهای الکتریکی مواد مختلف است.

2.استخراج به کمک انجماد-ذوب
روش انجماد-ذوب به عنوان یک تکنیک پایدار برای تجزیه بافت گیاهی و غشای سلولی در نظر گرفته می شود. پیش تیمار انجماد و ذوب قادر است درجه نفوذپذیری غشای سلولی را تا حد زیادی افزایش دهد، بنابراین کارایی استخراج زیر را بهبود می بخشد. ثابت شده است که این فناوری دارای پتانسیل در بهبود عملکرد است.

3.استخراج آب گرم تحت فشار (PHWE)
استخراج آب یکی از تمیزترین و سبزترین فناوری ها است، اگرچه استخراج آب سنتی اغلب فاقد کارایی و انتخاب پذیری است. PHWE یک فناوری استخراج است که از آب فوق‌گرم شده با دمای بالاتر از نقطه جوش اتمسفر (100 درجه سانتی‌گراد/273 کیلو، 0.1 مگا پاسکال)، اما زیر آستانه فوق بحرانی (374 درجه سانتی‌گراد/647 کیلو، 22.1 مگاپاسکال) به عنوان حلال استخراج استفاده می‌کند. . PHWE عمدتاً برای استخراج عصاره های نسبتاً قطبی استفاده شده است.
4.روش های تشدید به کمک فراصوت و مایکروویو سونوگرافی
و استخراج به کمک مایکروویو چندین مزیت از جمله اختلال کارآمد دیواره سلولی را ارائه می دهند. استخراج به کمک مایکروویو (MAE) شامل استفاده از تشعشعات مایکروویو برای گرم کردن مخلوط نمونه-حلال است که حلال را در نمونه قابل دسترسی تر می کند و فرآیند پارتیشن بندی را تسریع می کند. استخراج به کمک اولتراسوند (امارات متحده عربی) از پالس‌های فرکانس بالا (20 کیلوهرتز) برای ایجاد کانون‌های محلی در مقیاس ماکروسکوپی با تنش برشی و دمای بالا با تولید حباب‌های حفره‌ای که در سطح ماتریس نمونه گیاهی می‌ترکد و باعث تخریب دیواره‌های سلولی گیاه می‌شود، استفاده می‌کند. و انتقال جرم ترکیبات فعال به محلول را تسهیل می کند. در مقایسه با روش‌های مرسوم، استخراج اولتراسوند و به کمک مایکروویو نه تنها اختلال کارآمد دیواره سلولی را ارائه می‌کند، بلکه از حلال کمتر و زمان کمتری نیز استفاده می‌کند .
5.استخراج سیال فوق بحرانی (SFE)
استخراج سیال فوق بحرانی (SFE) به یکی از امیدوارکننده ترین تکنیک های استخراج سبز تبدیل شده است. SFE از سیالات فوق بحرانی – که خواص بین مایع و گاز بالاتر از نقاط بحرانی خود را نشان می دهند – به عنوان حلال استخراج استفاده می کند. تاکنون، CO2 که نقطه بحرانی پایینی دارد (73 اتمسفر و 31 درجه سانتیگراد) و شرایط عملیاتی نسبتاً ملایم را امکان پذیر می کند، رایج ترین سیال فوق بحرانی مورد استفاده است. علاوه بر مزایای تمیز، ایمن و مقرون به صرفه بودن، برجسته‌ترین مزیت SFE نسبت به روش‌های استخراج سنتی این است که تلاش‌های مورد نیاز برای مراحل پاک‌سازی پس از استخراج به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد. امروزه SFE در مقیاس بزرگ عمدتاً برای کافئین زدایی و تولید عصاره هاپ استفاده می شود. با این حال، علاقه فزاینده ای به سایر کاربردهای صنعتی مانند استخراج عطر و روغن از میوه ها و ادویه جات ترشی جات و همچنین فلاونوئیدها و ترپن ها از گیاه شناسی کاربردی وجود دارد.
6.تفکیک و جداسازی
گاهی اوقات برای تولید محصولات حاوی ترکیبات هدف با خلوص بالاتر نیاز به تفکیک و جداسازی بیشتر است. اغلب بر اساس خواص شیمیایی یا فیزیکی مختلف مواد مختلف، فناوری‌های متداول مورد استفاده برای جداسازی از جمله تکنیک‌های کروماتوگرافی، استخراج مایع-مایع، سانتریفیوژ، تقطیر و فیلتراسیون غشایی انتخاب می‌شوند. استخراج سیال فوق بحرانی، همانطور که در بخش قبل ذکر شد، همچنین برای جداسازی استفاده می شود، زیرا می توان از آن برای استخراج بر روی مواد خام جامد استفاده کرد، اما برای عصاره های مایع نیز شکنش را انجام داد. نکات زیر عمدتاً بر روی کروماتوگرافی، فیلتراسیون غشایی و استخراج مایع-مایع تمرکز دارند.

7.کروماتوگرافی ستونی
روش های کروماتوگرافی انتخابی ترین، متنوع ترین و پرکاربردترین تکنیک ها در تفکیک عصاره ها هستند. اصل جداسازی کروماتوگرافی بر اساس مولکول های متفاوت در اندازه، بار، قطبیت و حلالیت است. در صنایع غذایی، رزین های پلیمری متخلخل مختلف رایج ترین کروماتوگرافی مورد استفاده برای فرآیندهای افزایش مقیاس هستند، به ویژه در تولید آب میوه، تخمیر و لبنیات. کروماتوگرافی رزینی به طور موفقیت آمیزی برای تلخی، دمینرالیزاسیون و رنگ زدایی و همچنین برای حذف سموم و آفت کش ها و بازیابی رنگدانه ها، پلی فنول ها، پروتئین ها و نشاسته ها با کیفیت بالا به کار گرفته شده است. اگرچه این فرآیند در مقایسه با سایر روش‌های جداسازی از گزینش‌پذیری بالایی برخوردار است، ظرفیت محدود مقیاس کروماتوگرافی یک نقطه ضعف است. برای بهبود این کمبود، فرآیند بسیار مهندسی شده اجرای جداسازی کروماتوگرافی مانند فرآیند بستر متحرک شبیه سازی شده (SMB) و کروماتوگرافی چند ستونی متوالی (SMCC) در دهه های گذشته توسعه یافته است که تولید کروماتوگرافی را به طور چشمگیری بهبود می بخشد و هزینه ها را کاهش می دهد.
8.فیلتراسیون غشایی
به عنوان یک روش پردازش و جداسازی، فیلتراسیون غشایی یک فناوری سبز است که کاربرد گسترده ای در صنایع غذایی پیدا می کند. فرآیندهای غشایی تحت فشار شامل میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس با توجه به اندازه منافذ غشا می باشد. با اندازه منافذ مختلف (یا کاهش وزن مولکولی، MWCO) غشاها، جداسازی اجزای با طیف وسیعی از اندازه ذرات امکان پذیر است. با این حال، اصل جداسازی غشاء تنها بر اساس اندازه منافذ نیست، بلکه بر اساس بار مولکول‌ها و تمایل آنها به غشای فیلتر است. این امر جداسازی غشا را پیچیده‌تر می‌کند، اما انعطاف‌پذیری بیشتری را برای کاربرد فراهم می‌کند. غشاء و فرآیندهای غشایی مزایایی نسبت به فناوری های سنتی دارند. به عنوان مثال، سیستم های افزایش مقیاس بسیار خودکار و شهودی هستند و اجازه کار در دمای اتاق را می دهند. فیلترهای کوچک MWCO همچنین می توانند برای حذف حلال های اضافی بدون عملیات حرارتی مانند فرآیند تبخیر سنتی استفاده شوند.
9.استخراج مایع-مایع ستونی مستمر
، که به عنوان استخراج با حلال نیز شناخته می شود، یک تکنیک جداسازی به خوبی تثبیت شده است که اجزا را با استفاده از توزیع نابرابر اجزا بین دو فاز مایع غیرقابل اختلاط جدا می کند. میکسر تنظیم کننده ها، کنتاکتورهای گریز از مرکز و ستون جریان متقابل پیوسته، عملیات بزرگ مقیاس بر اساس این فناوری هستند. در یک فرآیند ستون استخراج ادامه، قطرات پراکنده در حال حاضر بر خلاف جریان فاز دوم (پیوسته) حرکت می کنند، سپس جریان غنی از املاح یا از بالا یا پایین جمع آوری می شود، بستگی به این دارد که حلال عصاره سنگین تر یا سبک تر از حامل باشد. حلال. 9
فناوری خشک کردن
گاهی اوقات، عصاره های گیاهی، به ویژه عصاره های آبی، برای ماندگاری طولانی تر باید به شکل جامد خشک شوند. فرآیند خشک کردن بهینه و به خوبی کنترل شده می تواند محصولی با کیفیت بالا با کمترین تلفات مواد فعال و طعم و در عین حال حفظ ایمنی میکروبی تولید کند. فناوری های خشک شناخته شده در صنایع غذایی مانند خشک کردن اسپری، خشک کردن با تسمه خلاء و خشک کردن درام در اینجا بررسی نمی شوند. در عوض، فن‌آوری خشک‌کن پیشرفته‌تر از جمله خشک کردن انجمادی، خشک کردن با خلاء مایکروویو و فناوری‌های خشک کردن مادون قرمز به طور خلاصه معرفی شده‌اند.

نقل قول های گیاهی- استخراج-1گیاه شناسی – استخراج – نقل قول – زنجبیل

خشک
10.کردن انجمادی خشک کردن انجمادی که به عنوان لیوفیلیزاسیون نیز شناخته می شود، یک فرآیند خشک کردن است که در آن محیط مایع (معمولاً آب) در نمونه ها در دمای پایین متبلور شده و سپس از حالت جامد مستقیماً به حالت گاز تصعید می شود. در مقایسه با فناوری های خشک کردن معمولی، مزایای کلیدی خشک کردن انجمادی شامل حفظ ساختارهای مورفولوژیکی و همچنین خواص بیولوژیکی و شیمیایی و بازیابی بالای اجزای فرار و حساس به حرارت است. علیرغم مزایای بی نظیر، خشک کردن انجمادی همچنان به عنوان یکی از گران ترین فرآیندهای خشک کردن در نظر گرفته می شود زیرا مصرف انرژی بالا و هزینه های بالا هم برای عملیات و هم برای نگهداری دارد. امروزه، خشک کردن انجمادی در طیف گسترده ای از محصولات غذایی رایج شامل میوه ها و سبزیجات، قهوه فوری و محصولات لبنی استفاده می شود.
11.خشک کردن با خلاء مایکروویو
خشک کردن خلاء مایکروویو یک فرآیند کم آبی است که انرژی تشعشع مایکروویو و خلاء را ترکیب می کند. تابش مایکروویو می تواند با تبدیل انرژی الکترومغناطیسی به انرژی حرارتی، نمونه ها را به سرعت گرم کند. با این حال، خلاء نقطه جوش آب را کاهش می دهد و دمای محصول را پایین نگه می دارد و همچنین یک گرادیان فشار ایجاد می کند که سرعت خشک شدن را افزایش می دهد. در مقایسه با خشک کردن انجمادی، مقرون به صرفه تر است، زیرا پیشرفت خشک کردن بسیار سریعتر است و بنابراین امکان خروجی بالاتری را برای همان ابعاد کارخانه فراهم می کند. 12.خشک کردن مادون قرمز
تشعشعات مادون قرمز (IR) با استفاده از طول موج هایی که بین 2.5 تا 200 میکرومتر است، روش جدیدی را نشان می دهد که برای عملیات های مختلف پردازش حرارتی در صنایع غذایی استفاده می شود. استفاده از اشعه مادون قرمز برای آبگیری غذاها مزایای زیادی دارد. علاوه بر صرف زمان و انرژی کمتر، فرآیند خشک کردن را می توان به طور دقیق کنترل کرد و دما به طور یکنواخت در سیستم خشک کردن توزیع می شود که کیفیت محصولات نهایی را تا حد زیادی بهبود می بخشد. همچنین مشخص شده است که پردازش حرارتی با استفاده از مادون قرمز می تواند سطوح آنتی اکسیدان ها و ترکیبات فنلی عصاره از منابع طبیعی مانند پوسته بادام زمینی، انگور و مرکبات را افزایش دهد، زمانی که در فرآیند استخراج با حلال، مانند مایکروویو و فراصوت اجرا شود.

منابع

یان جیائو و همکاران، اثر پیش تیمار انجماد- ذوب بر عملکرد استخراج و زیست فعالی آنتی اکسیدانی کاروتنوئیدهای ذرت (لوتئین و زیگزانتین). مجله کیفیت غذا 2018 | کد مقاله 9843503 | https://doi.org/10.1155/2018/9843503
Huixia Zhu و همکاران، تکرار انجماد-ذوب به عنوان یک روش کمکی برای ترویج جداسازی کارآمد همی سلولز از صنوبر. Green Chemistry، ژانویه 2020، DOI 22(21): 10.1039/C9GC03792F
ر. ولی افتری و همکاران، بهینه‌سازی فعالیت آنتی‌اکسیدانی اسپیرولینا پلاتنسیس C-phycocyanin به‌دست‌آمده از روش‌های استخراج انجماد- ذوب، مایکروویو و استخراج با کمک اولتراسوند. تضمین کیفیت و ایمنی محصولات و مواد غذایی. 2017، 09(1): 1-9 DOI https://doi.org/10.3920/QAS2015.0708.
مریکل پلازا، شارلوتا ترنر، استخراج آب گرم تحت فشار از مواد فعال زیستی. گرایش های شیمی تجزیه. 2015، 71: 39-54
M. Vinatoru، و همکاران، استخراج با کمک اولتراسونیک (UAE) و استخراج به کمک مایکروویو (MAE) ترکیبات کاربردی از مواد گیاهی. گرایش های شیمی تجزیه، 2017، 97:159-178
آندریا کاپوزو. استخراج سیال فوق بحرانی مولکول های طعم و عطر گیاهی 2013، 18: 7194-7238; doi:10.3390/molecules18067194
https://www.novasep.com/media/articles-and-publications/85novasep-ipt-continuous-chromatography-in-biopharma.pdf
Dhineshkumar V و Ramaswamy D، مروری بر کاربردهای فناوری غشاء در فرآوری مواد غذایی و لبنیات، مجله کاربردی بیوتکنولوژی و مهندسی زیستی، 2017، 3 (5): 399-407.
جک دی لاو و تری آ. تجهیزات استخراج مایع-مایع Doi: http://www.cresp.org/NuclearChemCourse/monographs/11_Law_Liquid-liquid%20extraction%20equipment%20jdl_3_2_09.pdf
Ciurzyńska, A and Lenart, A. Freeze-Drying – Application in Food Processing and Biotechnology – A Review, Journal of Polian of Food and Nutrition Science, 2011, 61(3):165-171 https://doi.org/10.2478/ v10222-011-0017-5
ویرجینیا سانچز و همکاران، کپسوله‌سازی انجمادی پلی فنول‌های شراب قرمز در ماتریس آمورف مالتودکسترین. فناوری غذا و فرآیندهای زیستی 2011 6 (5) 1350-1354
سندور فرنسزی و همکاران، ارزیابی خشک کردن خلاء مایکروویو همراه با خشک کردن با هوای داغ و مقایسه با خشک کردن انجمادی و هوای داغ بر اساس کیفیت محصول سیب خشک شده. Periodica Polytechnica Chemical Engineering, 2014, 58 (2), 111-116
Aboud، و همکاران، مروری جامع بر کاربردهای گرمایش مادون قرمز در پردازش مواد غذایی. Molecules, 2019, 24, 4125
چمت، فرید و همکاران، دیدگاه فعلی در شیمی سبز و پایدار 2021، 28:100450، https://doi.org/10.1016/j.cogsc.2021.100450
برچسب ها:
آسیا، خاورمیانه و آفریقا
این داستان را به اشتراک بگذارید:
اشتراک گذاری
توییت
مطالب مرتبط:
ظرف قارچ
Umami و Kokumi برای طعم بهتر و پری دهان
دکتر کی مارشالسی | 30 مارس 2020

جهانی
برگ نعنا در نوشیدنی منجمد مرکبات
وضعیت جهانی مواد گیاهی در مواد غذایی و نوشیدنی های گیاهی
میشل اوبانل | 24 فوریه 2020