مدل سازي سينتيكي و بهينه سازي فرآيند استخراج اسانس بيدمشك (Salix aegyptiaca L.) با استفاده از تقطير آبي با كمك فراصوت

Kinetic modeling and optimization of musk willow (Salix aegyptiaca L.) essential oil extraction process of using ultrasound assisted hydrodistillation

هدف از پژوهش حاضر، مدل سازي و بهينه سازي فرايند استخراج اسانس بيدمشك (Salix aegyptiaca L.) با روش تقطير آبي با كمك فراصوت و مقايسه آن با اسانس به دست آمده با روش تقطير آبي بود. به منظور به حداكثر رساندن بازده استخراج، محتواي فنولي كل و IC50، زمان فراصوت (45-15 دقيقه)، توان فراصوت (500-100 وات) و نسبت آب به گياه (10-3 (حجمي/وزني)) مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه اثرات زمان و توان فراصوت بر بازده استخراج، محتواي فنولي كل و IC50 اسانس معنيدار بود (05/0˂p). اگرچه افزايش نسبت آب به گياه به طور معني داري منجر به بازده استخراج بيشتر گرديد (05/0˂p)؛ با اين حال، اين متغير تاثير معني داري بر محتواي فنولي كل و IC50 نداشت (05/0˃p). متغيرهاي بهينه شده زمان فراصوت، توان فراصوت و نسبت آب به گياه به ترتيب برابر 39 دقيقه، 189 وات و 8/6 (وزني/حجمي) بود. در شرايط بهينه، از هر دو روش تقطير آبي و تقطير آبي با كمك فراصوت براي استخراج اسانس استفاده شد. بازده استخراج تقطير آبي با كمك فراصوت (009/0±108/0 درصد) به طور معني داري بالاتر از روش تقطير آبي (109/0±081/0 درصد) بود (05/0˂p). در مقايسه با تقطير آبي، روش تقطير آبي با كمك فراصوت منجر به زمان استخراج كوتاه تر، مصرف انرژي كمتر، خاصيت ضداكسايشي بالاتر و بازده استخراج بالاتر گرديد. خصوصيات فيزيكي اسانس روش هاي تقطير آبي و تقطير آبي با كمك فراصوت تفاوت معني داري نداشت (05/0˃p). در ميان چهار مدل سينتيكي، مدل سيگموييدي بهترين مدل انتخاب گرديد كه مي تواند براي مدل سازي سينتيك استخراج اسانس توسط روش هاي تقطير آبي و تقطير آبي با كمك فراصوت مورد استفاده قرار گيرد.

The aim of the present research was modeling and optimizing the ultrasound-assisted hydrodistillation (USHD) of essential oil extraction process and comparing the effects of hydrodistillation (HD) and USHD techniques on the musk willow (Salix aegyptiaca L.) essential oil. Sonication time (15-45 min), ultrasound power level (100-500 W) and water to plant ratio (3-10 (v/w)) were varied in order to maximize S. aegyptiaca L.essential oil yield, total phenolic content (TPC) and IC50. The effect of sonication time and sound power levels on the essential oil yield, TPC and IC50 was significant at the 5% level. Although increasing water to plant ratio parameter significantly resulted in a higher yield (p<0.05), however, this parameter no significant effect the TPC and IC50 (p>0.05). The optimum parameters were sonication time of 39 min, sound power levels of 189 w, and water to plant ratio of 6.8 V/W. Under optimum conditions, both USHD and HD methods were used for essential oil extraction. USHD showed a significantly higher amount of extraction yield (0.108±0.009% (v/w)) compared to the HD (0.081±0.01% (v/w)) (p<0.05). Compared to the HD extraction, the USHD resulted in a shorter extraction time, less energy consumption, higher antioxidant properties and a higher extraction yield. Physical properties of OAHD and HD essential oils were not significantly different (p>0.05). Among the four kinetics models, the sigmoid model was shown to be the best one. This model can be used for modeling the kinetics of essential oil extraction by both HD and USHD.