Estrazione e Caratterizzazione di Star Africana Apple (di chrisophillum albidum), Olio di Semi e l’Adsorbente Proprietà del Frutto Shell in Ghana

Abstract

Questo lavoro di ricerca è stato intrapreso per determinare i parametri fisico-chimici dell’olio dai semi di Stella d’Africa Apple (di chrisophillum albidum) e valutare ulteriormente la proprietà adsorbente della frutta a guscio. L’olio è stato estratto usando esano con l’apparato soxhlet ad una temperatura di 65°C per 4 ore. I risultati hanno mostrato una resa media di olio ottenuta di 11.6%, peso specifico di 0.92kg / m3, l’indice di rifrazione di 1,464 a 30°C, un valore acido di 7,72 mg KOH/g, un valore di acido grasso libero di 3,16 g/100g, un valore di saponificazione di 200,56 mg KOH/g e un valore di iodio di 70,64 g/100g. Uno studio a infrarossi di trasformata di Fourier (FTIR) sull’olio ha identificato alcuni trigliceridi, carbonile, alcano e composti alchenici. Studi adsorbenti del guscio di frutta per la rimozione del colorante sono stati eseguiti anche dopo l’attivazione chimica con CaCl2, MgCl2 e ZnCl2. La cinetica dell’adsorbimento ha favorito una via di reazione pseudo-primo ordine per CaCl2 con R2 di 0.941 mentre ZnCl2 e MgCl2 favorivano una via di reazione pseudo-secondo ordine con R2 di 0,914 e 0,973, rispettivamente.

1. Introduzione

Ci sono diversi frutti in Ghana che hanno oli essenziali che sono di grande importanza medica. La mela stella africana (Chrysophyllum albidum) è un tipo di frutto che viene coltivato in Ghana. L’albero cresce come pianta selvatica e appartiene alla famiglia delle Sapotaceae che conta fino a 800 specie e costituisce quasi la metà dell’ordine . È una specie arborea di piccole-medie dimensioni, fino ad un’altezza di 25-37 m con una circonferenza matura che varia da 1,5 a 2,0 m . I frutti di solito non vengono raccolti dagli alberi, ma lasciati cadere naturalmente sul pavimento della foresta dove vengono raccolti . La maggior parte dei semi di piante sono una fonte di oli essenziali. Esempi di alcuni semi di piante che sono stati convenzionalmente sfruttati commercialmente per questo scopo includono soia, semi di cotone, arachidi, mais, semi di palma e girasole . Gli oli vegetali e animali sono impiegati nella formulazione di alimenti, cosmetici e farmaci in molte attività industriali . Frutta e verdura sono una buona fonte di antiossidanti naturali, contenenti molti diversi componenti antiossidanti che forniscono protezione contro i radicali liberi dannosi che sono stati implicati nell’eziologia di diversi disturbi umani come cancro, disturbi neurali, diabete, artrite e disturbi cardiovascolari . Un’indagine sul valore antiossidante e alimentare di Chrysophyllum albidum ha mostrato che la pianta contiene fenolo, flavonoide, antocianina e proantocianidina e anche un alto valore antiossidante . Generalmente, le radici, le cortecce e le foglie di Chrysophyllum albidum sono ampiamente utilizzate come applicazione a distorsioni, contusioni e ferite nel sud della Nigeria . I semi e le radici estratti di Chrysophyllum albidum sono utilizzati per arrestare il sanguinamento da ferite fresche e per inibire la crescita microbica di contaminanti della ferita noti e anche migliorare il processo di guarigione della ferita . L’olio di Chrysophyllum albidum è stato estratto dai semi corrispondenti in un estrattore soxhlet con esano (intervallo del punto di ebollizione: 55°C-65°C) e analizzato per contenuto di umidità, pH, peso specifico, valore di saponificazione, indice di rifrazione ,valore di perossido, numero di acido, acido grasso libero e valore di iodio. I loro risultati hanno mostrato che la resa in olio era del 21,57% e i valori acidi erano del 2,87. Allo stesso modo, ha studiato l’estrazione e la caratterizzazione dell’olio di semi. Alcuni altri ricercatori hanno studiato l’effetto delle variabili di processo (dimensione delle particelle, temperatura e tempo) sull’estrazione di olio dal Chrysophyllum nigeriano. Albidum per determinare le condizioni ottimali per l’estrazione dell’olio e anche per caratterizzare l’olio estratto e determinare le sue proprietà fisico-chimiche. L’adsorbimento presenta vantaggi rispetto ad altri metodi di bonifica dei metalli pesanti dalle acque reflue perché il suo design è semplice; è privo di fanghi e può essere a bassa intensità di capitale . L’adsorbente più utilizzato è il carbone attivo . Vari prodotti agricoli , come guscio di noce di cocco , buccia di riso , buccia di arachide , bucce di manioca , gusci di pecan e rifiuti di tè , sono stati segnalati per essere efficaci nella bonifica nelle acque reflue. I semi di Chrysophyllum albidum sono stati utilizzati nell’adsorbimento del piombo Pb dalle acque reflue industriali da alcuni ricercatori in cui sono stati monitorati gli effetti del pH, del tempo di contatto e della massa adsorbente. Il carbone attivo a vapore preparato dal guscio di semi di Chrysophyllum albidum per l’adsorbimento del cadmio nelle acque reflue (studi cinetici, di equilibrio e termodinamici) è stato anche studiato da ed è stato osservato come un potenziale sequestratore di cadmio nelle acque reflue. Sono stati condotti studi sull’effetto del pH sull’assorbimento di cadmio (ll), nichel (II), piombo (II) e cromo (VI) da soluzioni acquose di guscio di mela stella bianca africana (Chrysophyllum albidum) e si è capito che il processo è altamente dipendente dal pH. Dalla letteratura, la maggior parte dei lavori di ricerca fatti provengono dalla Nigeria e le conchiglie sono state tutte utilizzate nella rimozione di metalli pesanti. Lo scopo di questo documento di ricerca è quello di estrarre e caratterizzare l’olio dal seme di frutta Chrysophyllum albidum dal Ghana e utilizzare il guscio del seme come adsorbente nella rimozione dell’arancio metilico (colorante) dalle soluzioni acquose.

2. Procedura sperimentale

2.1. Raccolta di frutta e preparazione dei semi

I frutti freschi strappati di mela africana sono stati acquistati da alcuni venditori del mercato locale presso l’Università di Cape Coast Science Market che si trova nella parte meridionale del Ghana. Questo è un frutto di stagione che è disponibile durante le stagioni secche. I semi sono stati prima essiccati all’aria al sole ad una temperatura media di 29°C per 7 giorni e poi cracking meccanicamente utilizzando un cracker di noci per il seme da estrarre. I semi essiccati sono stati ulteriormente essiccati all’aria per 5 giorni e poi essiccati al forno a una temperatura di 100°C per 24 ore in un forno di laboratorio (MMM Medcenter Ecocell 55).

2.2. Procedura di estrazione e concentrazione dell’olio

I semi essiccati sono stati macinati utilizzando un mulino rotante da laboratorio (mulino universale IKA M20). Una quantità del seme macinato è stata utilizzata per l’estrazione di Soxhlet . Un pallone a fondo tondo contenente N-esano di grado analitico (99%) era dotato di un condensatore a riflusso nella parte superiore. Questo è stato posto in un mantello riscaldante a 65°C e la condensa liquida gocciolava nel ditale che conteneva il campione macinato. L’estratto filtrava attraverso i pori del ditale e riempiva un tubo sifone e questo è stato permesso di continuare per 6 ore. L’estratto è stato poi riscaldato per recuperare il solvente con un evaporatore rotante (R00102439, 50W/15A) lasciando dietro di sé l’olio estratto. Il pallone è stato quindi lasciato raffreddare e la resa percentuale è stata determinata.

L’indice di rifrazione, la viscosità, i valori di saponificazione, il valore acido, il valore di iodio, il valore di acidi grassi liberi, il peso specifico e altri parametri dell’olio sono stati determinati utilizzando AOAC (2000) .

2.3. Analisi infrarossa (FTIR) Accoppiata con trasformata di Fourier

L’uso dello spettrometro infrarosso di trasformata di Fourier (FTIR) per determinare i gruppi funzionali è stato riportato da vari ricercatori . È stato eseguito per determinare i vari gruppi funzionali dei componenti chimici utilizzando il modello di spettroscopia a trasformata di Fourier I-R Prestige 21 Shimadzu.

2.4. Preparazione del guscio Prima dell’esperimento di adsorbimento

I gusci di semi del Chrysophyllum albidum sono stati essiccati all’aria per 14 giorni a peso costante e macinati in polvere. È stato ulteriormente essiccato all’aria per 7 giorni e poi essiccato al forno in un forno di laboratorio (MMM Medcenter Ecocell 55) a 105°C per 8 ore per ridurre il contenuto di umidità. È stato poi pirolizzato in un forno (Nabertherm, LE140K1BN, 230V, 1/N/PE) ad una temperatura di 500°C per due ore. Durante la pirolisi, il gas dell’azoto ad una portata 0.1m3/hr è stato usato come gas di spurgo. I gusci pirolizzati sono stati macinati in una forma polverosa e setacciati con una maglia di laboratorio di dimensioni +500µm.

L’attivazione chimica del guscio di frutta Chrysophyllum albidum pirolizzato e in polvere è stata eseguita utilizzando CaCl2, MgCl2 e ZnCl2

2.5. Attivazione chimica dei gusci di Chrysophyllum albidum Utilizzando CaCl2, MgCl, 2 e ZnCl2

L’attivazione chimica del guscio di Chrysophyllum albidum pirolizzato e in polvere è stata eseguita utilizzando soluzioni acquose di 0,5 M di ciascuna CaCl2, MgCl2 e ZnCl2. 20g dei gusci in polvere pirolizzati sono stati pesati e aggiunti a 250ml delle varie soluzioni acquose chimiche di attivazione. Le miscele sono state quindi agitate con un agitatore a piastra calda a 200 giri / min e 60°C per quattro ore. Questo è stato poi filtrato utilizzando una carta da filtro Whatman e il residuo è stato essiccato al forno a 200°C per 2 ore. I gusci essiccati sono stati quindi attivati in un forno a una temperatura di 550°C per 4 ore per completare il processo di attivazione dei gusci di Chrysophyllum albidum.

2.6. Prove di adsorbimento

Le prove di adsorbimento sono state effettuate in beuta da 2L utilizzando 1g ciascuno di gusci attivati con CaCl2, MgCl2 e ZnCl2. L’arancio metilico con una concentrazione di 0,2 mg/L e 0,5 mg / L è stato preparato e utilizzato come adsorbente per questo studio. 1g del guscio attivato è stato pesato e sciolto in un litro di soluzione e mescolato con un agitatore di laboratorio a 250 giri / min. 50 ml della soluzione vengono raccolti dopo un’ora e filtrati utilizzando una carta da filtro Whatman e la concentrazione di arancia metile nel filtrato misurata utilizzando lo spettrometro UV-Vis Shimadzu T70. I dati ottenuti sono stati montati su modelli isoterm ad adsorbimento. Le concentrazioni iniziali dell’arancia metile sono 0,2 mg/l per CaCl2 e MgCl2, rispettivamente, e 0,5 mg/l per ZnCl2.

3. Calcoli

La percentuale di rimozione del sorbente è stata calcolata utilizzando dove R% è la percentuale di recupero di metil arancio dalla soluzione CO è la concentrazione iniziale di metil arancio in soluzione Ct è la concentrazione di metil arancio al tempo t.

4. Cinetica di assorbimento

4.1. Modello cinetico pseudo-Primo Ordine

È rappresentato dal seguente:Integrando l’equazione di cui sopra, con condizioni al contorno di t=0, qt=0 e t=t, qt=qt ha pronunciato la seguente: dove: qe e qt sono la quantità di colorante adsorbita all’equilibrio e al tempo t (mg/g), rispettivamente, t è il tempo di contatto (min), e K1 è la pseudo-primo ordine di tasso costante (/min). La trama lineare di log (qe-qt) contro t dà log (qe) come pendenza e intercetta uguale a k1/2.303. Quindi, la quantità di soluto sorbito per grammo di sorbente all’equilibrio (qe) e la costante di velocità del primo ordine (k1) possono essere valutate dalla pendenza e dall’intercettazione.

4.2. Modello cinetico pseudo-Secondo Ordine

Questo è rappresentato dal seguente:Integrando l’equazione precedente con condizioni al contorno di t=0, qt=0 e t=t, qt=qt fornisce quanto segue:dove k2 rappresenta la costante di velocità e qt è la capacità di assorbimento in qualsiasi momento (t).

5. Risultati e discussione

5.1. Caratterizzazione dell’olio

I parametri fisici e chimici dell’olio di semi di mela stella africana (Chrysophyllum albidum) sono presentati nella Tabella 1.

L’olio estratto dai semi di mela stella africana (Chrysophyllum albidum) con esano utilizzando l’apparato soxhlet è stato analizzato fisicamente e chimicamente e ha dato i seguenti risultati come presentato nella Tabella 1.

Il colore è stato trovato rosso intenso proprio come riportato da Musa, Isah ma diverso da Adebayor, Orhevba e Ominyi, Ominyi che lo hanno registrato come rosso.

5.1.1. Resa in olio

La resa in olio è stata calcolata in base alle differenze di peso del campione e del ditale prima e dopo l’estrazione:dove Wi è il peso del ditale e del campione prima dell’estrazione Wf è il peso del ditale e del campione dopo l’estrazione.

La resa in olio era molto bassa con un valore dell ‘ 11,6% rispetto a quello del 12% registrato da Adebayor, Orhevba , 8,05% e 12,70% per . Ciò indica che il seme potrebbe non essere una buona fonte di olio abbondante. La bassa resa in olio potrebbe essere attribuita a variazioni nei geni, clima, specie vegetali, condizioni del suolo e tecniche di lavorazione improprie come l’esposizione prolungata dei semi raccolti alla luce solare che è in grado di compromettere notevolmente la resa in olio .

5.1.2. Indice di rifrazione

L’indice di rifrazione indica il livello di chiarezza ottica del campione di petrolio greggio rispetto all’acqua. L’indice di rifrazione dell’olio estratto era 1.464 che concordava con quello di 1. 46 e 1.672 a 31.2°C per Adebayor, Orhevba . Inoltre, non è denso come la maggior parte degli oli essiccanti i cui indici di rifrazione cadono tra 1.475 e 1.485 .

5.1.3. Peso specifico

Ha un peso specifico di 0,92 a 30°C che è diverso da quello di Adebayor, Orhevba che aveva 0,89 a 25°C, 0,8269 a 25°C per . Il valore di saponificazione dell’olio funge da parametro importante nel determinare l’idoneità dell’olio per la produzione di sapone .

5.1.4. Valore acido

Il valore acido è un importante indicatore di ossidazione dell’olio. È il peso (mg) di idrossido di potassio necessario per neutralizzare l’acido libero in 1 g di olio. Nel buon olio, il valore acido dovrebbe essere molto basso (< 0.1) e un aumento del valore acido è un indicatore di ossidazione dell’olio che può portare alla formazione di gomma e fanghi accanto alla corrosione. Il valore acido è stato anche trovato per essere 7,72 mg / KOH / g. Questo è diverso dai valori di 2,57 mg/KOH/g di Musa, Isah, 4,50 mg / KOH / g per Adebayor, Orhevba e 19,70 mg/KOH/g per Ominyi, Ominyi .

5.1.5. Valore di saponificazione

Il valore di saponificazione (SV) è correlato alla massa molecolare media dell’acido grasso nel campione di olio. Il valore di saponificazione ottenuto era 200 mg / KOH / g che era più vicino al valore di 199,50 mg/KOH/g ottenuto per Adebayor, Orhevba . Era comunque superiore a quello di Ominyi, Ominyi che era 90.71 mg / KOH / g ma inferiore per Musa, Isah che ha riportato 228.4 mg / KOH / g. L’alto valore di saponificazione suggerisce l’uso dell’olio nella produzione di sapone liquido, shampoo e creme da barba schiuma . L’alto valore di saponificazione può essere attribuito a parametri di processo come il tempo di estrazione, la temperatura di estrazione e le dimensioni delle particelle dei semi macinati come riportato da .

5.1.6. Acido grasso libero

L’acido grasso libero dell’olio estratto era 3,16 mg/KOH/g rispetto a 2,25 mg/KOH/g di Adebayor, Orhevba e 9,90 mg/KOH/g di . Il basso contenuto di acidi grassi liberi è indicativo di una bassa idrolisi enzimatica. Questo potrebbe essere un vantaggio come olio con alti acidi grassi liberi che sviluppano off-sapore durante lo stoccaggio .

5.1.7. Valore di iodio

Il valore di iodio è una misura del grado di insaturazione degli oli vegetali e determina la stabilità all’ossidazione e consente di misurare quantitativamente l’insaturazione complessiva del grasso . Il valore di iodio dell’olio estratto è stato misurato e trovato essere 72,8 mg / KOH / g. Questo era superiore a quello ottenuto da Adebayor, Orhevba e Musa, Isah ma inferiore a quello ottenuto Ominyi, Ominyi .

La spettroscopia FT-IR è stata utilizzata per identificare i vari gruppi funzionali presenti nell’olio. È stato utilizzato uno spettrometro Nicolet 870 dotato di un rivelatore di solfato di triglicina deuterata. L’analisi FTIR dell’olio estratto è stata trovata anche per contenere alcuni gruppi funzionali. L’analisi spettrale come mostrato in Figura 1 mostra i vari picchi dei gruppi funzionali presenti nell’olio. Frequenze comprese tra 3008,01 cm−1 e 2853 cm-1 con trasmittanze di 92,69 (%T) e 62,1(%T), rispettivamente come mostrato nella Tabella 2 hanno mostrato uno stiramento asimmetrico e simmetrico di C – H che rappresenta alcani proprio come gli oli di mais e senape che hanno mostrato 2854,7−2925,8 cm-1 come vibrazioni di stiramento asimmetrico e simmetrico di C-H del CH2 alifatico . I gruppi funzionali identificati all’interno della lunghezza d’onda di 1709 – 1744 cm−1 sono stati confrontati con l’olio di camomilla e rosmarino di Anwer S. El-Badry e Sameh S. Ali, nonché l’olio di mais e senape per rappresentare il carbonile estere C= O dei trigliceridi .

Figura 1

Analisi spettrale dell’olio di semi di Chrysophyllum albidum.

5.2. Studi di adsorbimento

Sono stati eseguiti studi di adsorbimento della soluzione di colorante metil arancio del guscio di frutta del Chrysophyllum albidum attivato con MgCl2, CaCl2 e ZnCl2. La figura 2 mostra l’effetto del tempo di contatto dell’adsorbimento dei gusci nella soluzione colorante. Dalla figura 2, si osserva che il tasso di riduzione del colorante è generalmente aumentato rapidamente entro le prime due ore dal tempo di contatto per tutti e tre i gusci con diverse sostanze chimiche di attivazione. Questo potrebbe essere attribuito ai siti vacanti attivi all’interno delle shell attivate come riportato da . Dopo le prime due ore, la velocità di riduzione del colorante diminuisce fino al raggiungimento dell’equilibrio dopo 5 ore di tempo di contatto per tutti e tre i gusci di semi con diversa attivazione. ZnCl2 e MgCl2 presentano caratteristiche di riduzione simili sul colorante. Le prestazioni complessive dei tre gusci mostrano che ZnCl2 si è comportato leggermente meglio di MgCl2 nel ridurre la concentrazione di Metil arancio nella soluzione. L’attivazione chimica con CaCl2 sembra non funzionare efficiente come quella di ZnCl2 e MgCl2 come mostrato nella Figura 2.

Figura 2

Riduzione percentuale di coloranti nel tempo (ore).

5.3. Studi cinetici

La figura 3 mostra la trama lineare di log( – ) rispetto a t per il modello Lagrangien pseudo-primo ordine e la Figura 4 mostra la trama lineare di t / rispetto a t per il modello Lagrangien pseudo-secondo ordine per la riduzione dell’arancio metilico utilizzando gusci di Chrysophyllum albidum attivati con CaCl2, MgCl2 e ZnCl2. Le costanti del tasso di equilibrio e il coefficiente di correlazione per i modelli pseudo-primo ordine e pseudo-secondo ordine sono presentati nella Tabella 3. L’equazione pseudo-primo ordine adattava bene i dati sperimentali per CaCl2 (R2 = 0,94) mentre MgCl2 (R2 = 0,97) e ZnCl2 (R2 = 0.97) montato l’equazione pseudo-secondo ordine. Sulla base del coefficiente di correlazione, l’adsorbimento del colorante metil arancio dalla soluzione da parte di gusci di Chrysophyllum albidum attivati con CaCl2 segue una via di reazione di primo ordine mentre i gusci attivati con MgCl2 e ZnCl2 segue una via di secondo ordine.

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.

Figura 4

Cinetica di assorbimento pseudo-secondo ordine del colorante.

6. Conclusione

I risultati dell’analisi fisico-chimica dell’olio estratto dai semi di mela stella africana sono stati confrontati favorevolmente con quelli di altri oli di semi tradizionali come palmisti e arachidi. La resa in olio dell ‘ 11,6% era bassa rispetto all’olio di palmisti (45,6%) e all’olio di arachidi (35.76%) Le proprietà fisico-chimiche dell’olio di semi di mela africana hanno indicato che non si asciuga (valore di saponificazione di 200 mg/KOH/g) e può essere utilizzato come materia prima per la produzione di saponi, oli lubrificanti e candele di illuminazione. Tuttavia, potrebbe non essere adatto per la produzione di rivestimenti superficiali, vernici e colori ad olio a causa del suo attributo non essiccante. Il basso livello di insaturazione dell’olio è perché contiene acido oleico che è tipicamente acido grasso insaturo. In conclusione, i semi potrebbero non avere un volume di olio sufficiente per essere utilizzati come olio commestibile (domestico) e industriale. L’analisi FTIR ha anche rivelato che l’olio contiene diversi gruppi funzionali come gli alcheni e gli aromatici che possono essere benefici per il corpo umano. Le coperture del seme possono anche essere usate come adsorbente a basso costo una volta attivato con CaCl2, ZnCl2 e MgCl2. Tuttavia, l’attivazione con ZnCl2 ha funzionato meglio con circa il 70% di rimozione del colorante rispetto a quella di CaCl2 e MgCl2.

Disponibilità dei dati

Le proprietà fisiche e chimiche dei dati sull’olio estratto utilizzati per supportare i risultati di questo studio sono incluse nell’articolo. I dati a infrarossi della trasformata di Fourier utilizzati per identificare i vari gruppi funzionali relativi all’olio di questo studio sono inclusi nell’articolo. I dati di adsorbimento utilizzati a supporto dei risultati di questo studio sono inclusi nel file di informazioni supplementari (disponibile qui).

Conflitti di interesse

Gli autori non dichiarano conflitti di interesse.

Finanziamento

Questo lavoro di ricerca è stato autofinanziato dagli autori.

Materiali supplementari

Questi sono i dati di adsorbimento utilizzati per questo studio. Mostra le concentrazioni iniziali del colorante (arancio metilico) e dell’adsorbente (guscio di semi di Chrysophyllum albidum) che è stato attivato con tre diverse sostanze chimiche (CaCl2, MgCl2 e ZnCl2). L’esperimento è stato condotto a temperatura ambiente di 25 C. Il cambiamento nella concentrazione del colorante con il tempo potrebbe essere visto nella data sopra. (Materiali supplementari)