ekstraktion og karakterisering af afrikansk Stjerneæble (Chrysophyllum albidum) frøolie og de Adsorptive egenskaber af frugtskallen i Ghana

abstrakt

dette forskningsarbejde blev udført for at bestemme de fysisk-kemiske parametre for olie fra frøene fra afrikansk Stjerneæble (Chrysophyllum albidum) og yderligere evaluere adsorptive egenskaber af frugtskallen. Olien blev ekstraheret ved anvendelse af geksan med sokhlet-apparatet ved en temperatur på 65 liter C i 4 timer. Resultaterne viste et gennemsnitligt olieudbytte opnået på 11,6%, specifik tyngdekraft på 0.92 kg/m3, brydningsindekset på 1,464 ved 30 liter C, en syreværdi på 7,72 mg KOH/g, en fri fedtsyreværdi på 3,16 g/100 g, forsæbningsværdi på 200,56 mg KOH/g og en jodværdi på 70,64 g/100 g. en Fourier Transform Infrared (FTIR) undersøgelse af olien identificerede nogle triglycerider, carbonyl, Alkan og Alken forbindelser. Adsorptive undersøgelser af frugtskallen til fjernelse af farvestof blev også udført efter kemisk aktivering med CaCl2, MgCl2 og Nncl2. Adsorptionens kinetik favoriserede en pseudo-førsteordens reaktionsvej for CaCl2 med R2 på 0.941 mens Nncl2 og MgCl2 favoriserede en pseudo-andenordens reaktionsvej med R2 på henholdsvis 0,914 og 0,973.

1. Introduktion

Der er flere frugter i Ghana, der har æteriske olier, som er af stor medicinsk betydning. Den Afrikanske stjerne æble (Chrysophyllum albidum) er en slags frugt, der dyrkes i Ghana. Træet vokser som en vild plante og tilhører familien af Sapotaceae, der har op til 800 arter og udgør næsten halvdelen af ordren . Det er en lille til medium træart, op til en højde på 25-37 m med en moden omkreds, der varierer fra 1,5 til 2,0 m . Frugterne høstes normalt ikke fra træerne, men overlades til at falde naturligt til skovbunden, hvor de plukkes . De fleste plantefrø er en kilde til æteriske olier. Eksempler på nogle plantefrø, der traditionelt er blevet udnyttet kommercielt til dette formål, inkluderer sojabønner, bomuldsfrø, jordnød, majs, palmefrø og solsikke . Olie fra plante og dyr anvendes i formuleringen af fødevarer, kosmetik og narkotika i mange industrielle aktiviteter . Frugt og grøntsager er en god kilde til naturlige antioksidanter, der indeholder mange forskellige antioksidantkomponenter, der giver beskyttelse mod skadelige frie radikaler, som er blevet impliceret i ætiologien af flere menneskelige lidelser såsom kræft, neurale lidelser, diabetes, gigt og hjerte-kar-lidelse . En undersøgelse af Chrysophyllum albidums antioksidant og fødevareværdi viste, at planten indeholder noget phenol, flavonoid, anthocyanin og proanthocyanidin og også en høj antioksidantværdi . Generelt anvendes rødderne, barks og blade af Chrysophyllum albidum i vid udstrækning som en applikation til forstuvninger, blå mærker og sår i det sydlige Nigeria . Frø og rodekstrakter af Chrysophyllum albidum bruges til at standse blødning fra friske sår og til at hæmme mikrobiel vækst af kendte sårforurenende stoffer og også forbedre sårhelingsprocessen . Olien af Chrysophyllum albidum er blevet ekstraheret fra de tilsvarende frø i en sokhletekstraktor med heksan (kogepunktsområde: 55 liter C-65 liter C) og analyseret for fugtindhold, pH, specifik tyngdekraft, forsæbningsværdi, brydningsindeks, overilteværdi, syretal, fri fedtsyre og jodværdi ved . Deres resultater viste, at olieudbyttet var på 21,57%, og syreværdierne var på 2,87. Tilsvarende undersøgt i udvinding og karakterisering af frøolien. Nogle andre forskere undersøgte effekten af procesvariabler (partikelstørrelse, temperatur og tid) på udvinding af olie fra Nigeriansk Chrysophyllum. Albidum at bestemme de optimale betingelser for udvinding af olien og også at karakterisere den ekstraherede olie og bestemme dens fysisk-kemiske egenskaber. Adsorption har fordele i forhold til andre metoder til oprensning af tungmetaller fra spildevand, fordi dens design er enkel; det er slamfrit og kan være af lav kapitalintensiv . Det mest anvendte adsorbent er aktivt kul . Forskellige landbrugsprodukter , såsom kokosnødskal , risskal , jordnøddeskal , kassavaskaller , pecanskaller og teaffald , er rapporteret at være effektive til afhjælpning i spildevand. Frøene af Chrysophyllum albidum er blevet anvendt til adsorption af bly Pb fra industrielt spildevand af nogle forskere, hvor virkningerne af pH, kontakttid og adsorbentmasse blev overvåget. Dampaktiveret kulstof fremstillet ud fra Chrysophyllum albidum frøskal til adsorption af Cadmium i spildevand (kinetik, ligevægt og termodynamiske undersøgelser) blev også undersøgt af og blev observeret at være en potentiel sekvestrer af Cadmium i spildevand. Undersøgelser blev udført af på effekten af pH på sorptionen af cadmium (ll), nikkel (II), bly (II) og krom (VI) fra vandige opløsninger af afrikansk hvid stjerne æble (Chrysophyllum albidum) skal og indså, at processen er meget pH-afhængig. Fra litteraturen er de fleste af de udførte forskningsarbejder fra Nigeria, og skaller er alle blevet brugt til fjernelse af tungmetaller. Formålet med dette forskningsdokument er at udvinde og karakterisere olie fra Chrysophyllum albidum frugtfrø fra Ghana og bruge frøskallen som adsorbent til fjernelse af methylorange (farvestof) fra vandige opløsninger.

2. Eksperimentel Procedure

2.1. Frugtopsamling og Frøforberedelse

friske Rippede frugter af afrikansk stjerne æble blev købt fra nogle lokale markedssælgere ved University of Cape Coast Science market, som ligger i den sydlige del af Ghana. Dette er en sæsonbestemt frugt, der er tilgængelig i de tørre årstider. Frøene blev først lufttørret i solen ved en gennemsnitstemperatur på 29 kg C i 7 dage og derefter mekanisk revnet ved hjælp af en nøddeknækker til frøet, der skulle tages ud. De tørrede frø blev yderligere lufttørret i 5 dage og derefter ovntørret ved en temperatur på 100 liter C i 24 timer i en laboratorie ovn (MMM Medcenter Ecocell 55).

2, 2. Olieudvindings-og Koncentrationsprocedure

de tørrede frø blev formalet ved hjælp af en laboratorierørmølle (Ika M20 Universalmølle). En mængde af det formalede frø blev brugt til ekstraktion af Sokhlet . En rundbundet kolbe indeholdende analytisk klasse N-Geksan (99%) var udstyret med en tilbagesvalingskondensator til toppen. Dette blev anbragt i en varmekappe ved 65 liter C, og det flydende kondensat dryppede ned i fingerbølen, der indeholdt den formalede prøve. Ekstraktet sivede gennem fingerbølens porer og fyldte et syphonrør, og dette fik lov til at fortsætte i 6 timer. Ekstraktet blev derefter opvarmet for at genvinde opløsningsmidlet med en roterende fordamper (R00102439, 50v/15a), der efterlod den ekstraherede olie. Kolben fik derefter lov til at afkøle, og det procentvise udbytte blev bestemt.

brydningsindekset, viskositeten, forsæbningsværdierne, syreværdi, jodværdi, fri fedtsyreværdi, specifik tyngdekraft og andre parametre for olien blev bestemt ved anvendelse af AOAC (2000) .

2, 3. Infrarød (FTIR) analyse kombineret med Fourier Transform

brugen af Fourier Transform Infrared (FTIR) spektrometer til bestemmelse af de funktionelle grupper er rapporteret af forskellige forskere . Det blev udført for at bestemme de forskellige funktionelle grupper af de kemiske komponenter ved hjælp af Fourier-Transformationsspektroskopimodellen i-R Prestige 21.

2, 4. Forberedelse af skallen før Adsorptionseksperiment

frøskaller af Chrysophyllum albidum blev lufttørret i 14 dage til konstant vægt og formalet til pulver. Det blev yderligere lufttørret i 7 dage og derefter ovntørret i en laboratorie ovn (MMM Medcenter Ecocell 55) ved 105 liter C i 8 timer for at reducere fugtindholdet. Det blev derefter pyrolyseret i en ovn (Nabertherm, LE140K1BN, 230V, 1/N/PE) ved en temperatur på 500 liter C i to timer. Under pyrolyse blev nitrogengas ved en strømningshastighed 0,1 m3/time anvendt som rensegas. De pyrolyserede skaller blev formalet til en pulverform og sigtet med et laboratorienet af størrelse +500 liter.

den kemiske aktivering af den pyroliserede og pulveriserede Chrysophyllum albidum-frugtskal blev udført under anvendelse af CaCl2, MgCl2 og Nncl2

2.5. Kemisk aktivering af Chrysophyllum albidum-skaller under anvendelse af CaCl2,MgCl, 2 og Nncl2

den kemiske aktivering af den pyroliserede og pulveriserede Chrysophyllum albidum-skal blev udført under anvendelse af 0,5 m vandige opløsninger af hver CaCl2, MgCl2 og Nncl2. 20 g af de pyroliserede pulveriserede skaller blev vejet og tilsat til 250 ml af de forskellige aktiveringskemiske vandige opløsninger. Blandingerne blev derefter omrørt med en varmepladeomrører ved 200rpm og 60 liter C i fire timer. Dette blev derefter filtreret ved hjælp af et Papirfilterpapir, og resten blev ovntørret ved 200 liter C i 2 timer. De tørrede skaller blev derefter aktiveret i en ovn ved en temperatur på 550 liter C i 4 timer for at afslutte aktiveringsprocessen for Chrysophyllum albidum-skaller.

2, 6. Adsorptionstest

Adsorptionstest blev udført i 2L Erlenmeyer-kolbe under anvendelse af 1g hver af skaller aktiveret med CaCl2, Mgcl2og Nncl2. Methylorange med en koncentration på 0,2 mg/L og 0,5 mg/L blev fremstillet og anvendt som adsorbent til denne undersøgelse. 1 g af den aktiverede skal blev vejet og opløst i en liter af opløsningen og omrørt ved hjælp af en laboratorie omrører ved 250rpm. 50 ml af opløsningen opsamles efter en time og filtreres ved hjælp af et Papirfilterpapir og koncentrationen af methylorange i filtratet målt ved hjælp af T70 UV-Vis spektrometer. De opnåede data blev monteret på adsorptionsisoterm-modeller. De indledende koncentrationer af methylorange er henholdsvis 0,2 mg/l for CaCl2 og MgCl2 og 0,5 mg / l for Cncl2.

3. Beregninger

procentdelen af fjernelse af sorbent blev beregnet under anvendelse af hvor R% er den procentvise genvinding af methylorange fra opløsningen CO er den indledende koncentration af methylorange i opløsning Ct er koncentrationen af methylorange på tidspunktet t.

4. Sorptionskinetik

4.1. Pseudo-første ordens kinetiske Model

det er repræsenteret af følgende:Ved at integrere ovenstående ligning med randbetingelser på T=0, kt=0 og t=T, giver kt=kt følgende: Hvor kt er mængderne af farvestof adsorberet ved ligevægt og på tidspunktet t (mg/g), henholdsvis t er kontakttiden (min), og K1 er pseudo-førsteordens hastighedskonstant (/min). Det lineære plot af log mod t giver log som hældning og aflytning svarende til k1/2.303. Gram sorbent ved ligevægt og førsteordens hastighedskonstant (k1) kan evalueres fra hældningen og aflytningen.

4.2. Pseudo-andenordens kinetisk Model

Dette er repræsenteret ved følgende:integration af ovenstående ligning med randbetingelser for t=0, KVT=0 og t=t, KVT=KVT giver følgende:Hvor k2 repræsenterer hastighedskonstanten og KVT er optagelseskapaciteten til enhver tid (t).

5. Resultater og diskussion

5.1. Oliekarakterisering

fysiske og kemiske parametre for Den Afrikanske stjerne Æblefrøolie (Chrysophyllum albidum) er vist i tabel 1.

olien ekstraheret fra de afrikanske Stjerneæblefrø (Chrysophyllum albidum) med geksan ved hjælp af sokhlet-apparatet blev fysisk og kemisk analyseret og gav følgende resultater som vist i tabel 1.

farven viste sig at være dyb rød ligesom rapporteret af Musa, Isah, men forskellig fra Adebayor, Orhevba og ominyi, Ominyi, der registrerede den som rød.

5.1.1. Olieudbytte

olieudbyttet blev beregnet på grundlag af forskellene i vægt af prøven og fingerbøl før og efter ekstraktion:hvor vi er vægten af fingerbøl og prøve før ekstraktion, er vægten af fingerbøl og prøve efter ekstraktion.

olieudbyttet var meget lavt med en værdi på 11,6% sammenlignet med den på 12% registreret af Adebayor, Orhevba , 8,05% og 12,70% for . Dette indikerer, at frøet måske ikke er en god kilde til rigelig olie. Det lave olieudbytte kan tilskrives variation i gener, klima, plantearter, jordtilstand og forkerte behandlingsteknikker såsom langvarig eksponering af høstede frø for sollys, som er i stand til at forringe olieudbyttet betydeligt .

5.1.2. Brydningsindeks

brydningsindekset angiver niveauet for optisk klarhed af råolieprøven i forhold til vand. Brydningsindekset for den ekstraherede olie var 1.464, som var enig med det for 1. 46 og 1.672 kl. 31.2. kr. for Adebayor, Orhevba . Det er heller ikke så tykt som de fleste tørrende olier, hvis brydningsindeks falder mellem 1.475 og 1.485 .

5.1.3. Specifik tyngdekraft

den har en specifik tyngdekraft på 0,92 ved 30 liter C, hvilket er forskelligt fra Adebayor, Orhevba, der havde 0,89 ved 25 liter C, 0,8269 ved 25 liter C for . Forsæbningsværdi af olie tjener som en vigtig parameter til bestemmelse af oliens egnethed til sæbefremstilling .

5.1.4. Syreværdi

syreværdien er en vigtig indikator for iltning af olien. Det er vægten (mg) af kaliumhydroksid, der kræves for at neutralisere den frie syre i 1 g af olien. I god olie skal syreværdien være meget lav (< 0.1), og en stigning i syreværdien er en indikator for iltning af olien, som kan føre til dannelse af gummi og slam ved siden af korrosion. Syreværdien viste sig også at være 7,72 mg / KOH / g .Dette adskiller sig fra værdier på 2,57 mg/KOH/g af Musa, Isah , 4,50 mg/KOH/g for Adebayor, Orhevba og 19,70 mg/KOH/g for Ominyi , ominyi.

5.1.5. Forsæbningsværdi

Forsæbningsværdi (SV) er relateret til den gennemsnitlige molekylmasse af fedtsyre i olieprøven. Den opnåede forsæbningsværdi var 200 mg/KOH/g, som var tættere på værdien på 199, 50 mg/KOH / g opnået for Adebayor, Orhevba . Det var dog højere end for Ominyi, Ominyi, som var 90,71 mg/KOH/g, men lavere for Musa, Isah, der rapporterede 228,4 mg/KOH/g. den høje forsæbningsværdi antyder brugen af olien til produktion af flydende sæbe, shampoo og skumbarberingscremer . Den høje forsæbningsværdi kan tilskrives procesparametre såsom ekstraktionstid, ekstraktionstemperaturen, og partikelstørrelser af de formalede frø som rapporteret af .

5.1.6. Fri fedtsyre

den frie fedtsyre i den ekstraherede olie var 3,16 mg/KOH/g sammenlignet med 2,25 mg/KOH/g af Adebayor, Orhevba og 9,90 mg/KOH/g af . Lavt indhold af frie fedtsyrer er tegn på lav hydrolyse. Dette kan være en fordel, da olie med højt frie fedtsyrer Udvikler off-smag under opbevaring .

5.1.7. Jodværdi

jodværdien er et mål for graden af umættelse af vegetabilske olier og bestemmer stabiliteten over for iltning og gør det muligt at måle den samlede umættelse af fedtet kvantitativt . Jodværdien af den ekstraherede olie blev målt og fundet at være 72,8 mg/KOH/g. Dette var højere end det, der blev opnået af Adebayor, Orhevba og Musa, Isah, men lavere end det opnåede Ominyi, ominyi .

FT-IR spektroskopi blev brugt til at identificere de forskellige funktionelle grupper, der var til stede i olien. Et Nicolet 870 spektrometer, der var udstyret med en deutereret triglycinsulfatdetektor, blev anvendt. FTIR-analysen af den ekstraherede olie viste sig også at indeholde nogle funktionelle grupper. Spektralanalysen som vist i Figur 1 viser de forskellige toppe af de funktionelle grupper, der er til stede i olien. Frekvenser mellem 3008,01 cm – 1 og 2853cm-1 med transmittanser på henholdsvis 92,69 (%T) og 62,1(%T) som vist i tabel 2 viste asymmetrisk og symmetrisk strækning af C – H, der repræsenterer alkaner ligesom majs−og sennepsolier, der viste 2854,7-2925,8 cm-1 som C-H asymmetriske og symmetriske strækvibrationer af den alifatiske CH2 . De funktionelle grupper, der blev identificeret inden for bølgelængden 1709−1744 cm-1, blev sammenlignet med olie fra kamille og rosmarin af aver S. El-Badry og Sameh S. Ali samt majs-og sennepsolie til at repræsentere c= o estercarbonyl af triglycerider .

Figur 1

spektral analyse af Chrysophyllum albidum frøolie.

5.2. Adsorptionsundersøgelser

adsorptionsundersøgelserne af methylorange farvestofopløsning af frugtskallen af Chrysophyllum albidum aktiveret med MgCl2, CaCl2 og Nncl2 blev udført. Figur 2 viser effekten af kontakttid for adsorption af skallerne i farvestofopløsningen. Fra Figur 2, det observeres, at hastigheden af farvestofreduktion generelt steg hurtigt inden for de første to timers kontakttid for alle tre skaller med forskellige aktiveringskemikalier. Dette kan tilskrives de aktive ledige steder inden for de aktiverede skaller som rapporteret af . Efter de første to timer falder reduktionshastigheden af farvestoffet, indtil ligevægten blev nået efter 5 timers kontakttid for alle de tre frøskaller med forskellig aktivering. MgCl2 og MgCl2 udviser lignende reduktionsegenskaber på farvestoffet. Den samlede præstation af de tre skaller viser, at Nncl2 presterede lidt bedre end MgCl2 ved at reducere koncentrationen af methylorange i opløsningen. Kemisk aktivering med CaCl2 synes ikke at fungere så effektivt som for Cncl2 og MgCl2 som vist i figur 2.

figur 2

procentvis reduktion af farvestoffer med tiden (timer).

5.3. Kinetiske undersøgelser

figur 3 viser det lineære plot af log( – ) versus t for Lagrangien pseudo-førsteordens model og figur 4 viser det lineære plot af t/ versus t for Lagrangien pseudo-andenordens model til reduktion af methylorange ved hjælp af skaller af Chrysophyllum albidum aktiveret med CaCl2, MgCl2 og Nncl2. Ligevægtshastighedskonstanterne og korrelationskoefficienten for pseudo-førsteordens-og pseudo-andenordens-modellerne er vist i tabel 3. Pseudo-første ordens ligning monterede de eksperimentelle data godt for CaCl2 (R2 = 0,94), mens MgCl2 (R2 = 0,97) og Nncl2 (R2 = 0.97) monteret pseudo-andenordens ligning. På basis af korrelationskoefficienten følger adsorptionen af methylorange farvestof fra opløsning af skaller af Chrysophyllum albidum aktiveret med CaCl2 en førsteordens reaktionsvej, mens skaller aktiveret med MgCl2 og Nncl2 følger en andenordensvej.

Parameters Methyl Orange Methyl Orange Methyl Orange ZnCl2 MgCl2 CaCl2 Pseudo-first order kinetics k1, min−1 0.52 0.68 0.59 , mg/g 0.32 0.17 0.18 R2 0.889 0.796 0.941 Pseudo-second order kinetics , mg/g 0.43 0.17 0.28 k2, g/mg min 1.45 3.44 0.41 H 0.27 0.10 0.03 R2 0.9714 0.973 0.596

Table 3

The calculated parameters of the pseudo-first-order and pseudo-second order models for the adsorption methyl orange using activated ZnCl2, MgCl2 and CaCl2.

Figure 3

Pseudo-first-order adsorption kinetics of the dye.

figur 4

Pseudo-andenordens adsorptionskinetik af farvestoffet.

6. Konklusion

resultaterne af den fysisk-kemiske analyse af olien ekstraheret fra de afrikanske Stjerneæblefrø blev sammenlignet positivt med resultaterne af andre traditionelle frøolier, såsom palmekern og jordnød. Olieudbyttet på 11,6% var lavt sammenlignet med olie fra palmekerneolie (45,6%) og jordnøddeolie (35.76%) de fysisk-kemiske egenskaber ved Den Afrikanske stjerne Æblefrøolie indikerede, at den ikke tørrer (forsæbningsværdi på 200 mg/KOH/g) og kan bruges som råmateriale til produktion af sæber, smøreolier og belysningslys. Det er dog muligvis ikke egnet til fremstilling af overfladebelægninger, lakker og oliemaling på grund af dets ikke-tørrende egenskab. Det lave niveau af umættelse af olien skyldes, at den indeholder oliesyre, som typisk er umættet fedtsyre. Endelig har frøene muligvis ikke tilstrækkeligt olievolumenpotentiale til at blive brugt som spiselig (indenlandsk) og industriel olie. FTIR-analyse afslørede også, at olien indeholder flere funktionelle grupper såsom alkener og aromater, som kan være gavnlige for den menneskelige krop. Frøskallerne kan også bruges som billig adsorbent, når de aktiveres med CaCl2, Nncl2 og MgCl2. 70% fjernelse af farvestof end CaCl2 og MgCl2.

datatilgængelighed

de fysiske og kemiske egenskaber af de ekstraherede oliedata, der bruges til at understøtte resultaterne af denne undersøgelse, er inkluderet i artiklen. Fourier-Transformations infrarøde data, der bruges til at identificere de forskellige funktionelle grupper vedrørende olien i denne undersøgelse, er inkluderet i artiklen. De adsorptionsdata, der bruges til at understøtte resultaterne af denne undersøgelse, er inkluderet i den supplerende informationsfil (tilgængelig her).

interessekonflikter

forfatterne erklærer ingen interessekonflikter.

finansiering

dette forskningsarbejde blev selvfinansieret af forfatterne.

supplerende materialer

Dette er de adsorptionsdata, der blev brugt til denne undersøgelse. Det viser de indledende koncentrationer af farvestoffet (methylorange) såvel som adsorbenten (Chrysophyllum albidum seed shell), som blev aktiveret med tre forskellige kemikalier (CaCl2, MgCl2 og Nncl2). Forsøget blev udført under stuetemperatur på 25 C. ændringen i koncentrationen af farvestoffet med tiden kunne ses i datoen ovenfor. (Supplerende Materialer)