extracția și caracterizarea uleiului de semințe de măr African (Chrysophyllum albidum) și proprietățile adsorbante ale cochiliei fructelor în Ghana

rezumat

această lucrare de cercetare a fost întreprinsă pentru a determina parametrii fizico-chimici ai uleiului din semințele de măr African (Chrysophyllum albidum) și pentru a evalua în continuare proprietățile adsorbante ale cochiliei fructelor. Uleiul a fost extras cu ajutorul hexanului cu aparatul soxhlet la o temperatură de 65 centi C timp de 4 ore. Rezultatele au arătat un randament mediu de ulei obținut de 11,6%, greutate specifică de 0.92kg / m3, indicele de refracție de 1.464 la 30 CTC, o valoare acidă de 7.72 mg KOH/g, o valoare a acidului gras liber de 3.16 g/100g, o valoare de saponificare de 200.56 mg KOH/g și o valoare de iod de 70.64 g / 100g. un studiu cu infraroșu cu transformare Fourier (FTIR) asupra uleiului a identificat unele trigliceride, carbonil, alcan și compuși alchenici. Studiile adsorbante ale cochiliei de fructe pentru îndepărtarea colorantului au fost, de asemenea, efectuate după activarea chimică cu CaCl2, MgCl2 și ZnCl2. Cinetica adsorbției a favorizat o cale de reacție pseudo-de ordinul întâi pentru CaCl2 cu R2 de 0.941 în timp ce ZnCl2 și MgCl2 au favorizat o cale de reacție pseudo-de ordinul doi cu R2 de 0,914 și, respectiv, 0,973.

1. Introducere

există mai multe fructe în Ghana, care au uleiuri esențiale, care sunt de mare importanță medicală. Mărul stea African (Chrysophyllum albidum) este un fel de fruct cultivat în Ghana. Arborele crește ca plantă sălbatică și aparține familiei Sapotaceae care are până la 800 de specii și constituie aproape jumătate din ordin . Este o specie de arbore mic până la mediu, până la o înălțime de 25-37 m având o circumferință matură variind de la 1,5 la 2,0 m . Fructele nu sunt de obicei recoltate din copaci, ci lăsate să cadă în mod natural pe podeaua pădurii unde sunt culese . Majoritatea semințelor de plante sunt o sursă de uleiuri esențiale. Exemple de semințe de plante care au fost exploatate în mod convențional comercial în acest scop includ soia, semințe de bumbac, arahide, porumb, semințe de palmier și floarea-soarelui . Uleiul din plante și animale este utilizat în formularea alimentelor, produselor cosmetice și medicamentelor în multe activități industriale . Fructele și legumele sunt o sursă bună de antioxidanți naturali, care conțin multe componente antioxidante diferite care oferă protecție împotriva radicalilor liberi nocivi care au fost implicați în etiologia mai multor afecțiuni umane, cum ar fi cancerul, tulburările neuronale, diabetul, artrita și tulburările cardiovasculare . O investigație privind valoarea antioxidantă și alimentară a Chrysophyllum albidum a arătat că planta conține unele fenol, flavonoid, antocianină și proantocianidină și, de asemenea, o valoare antioxidantă ridicată . În general, rădăcinile, scoarțele și frunzele de Chrysophyllum albidum sunt utilizate pe scară largă ca aplicație pentru entorse, vânătăi și răni în sudul Nigeriei . Extractele de semințe și rădăcini de Chrysophyllum albidum sunt utilizate pentru a opri sângerarea din rănile proaspete și pentru a inhiba creșterea microbiană a contaminanților cunoscuți ai rănilor și, de asemenea, pentru a spori procesul de vindecare a rănilor . Uleiul de Chrysophyllum albidum a fost extras din semințele corespunzătoare într-un extractor soxhlet cu hexan (interval de punct de fierbere: 55 C-65 C)și analizate pentru conținutul de umiditate, pH, greutate specifică, valoarea saponificării, indicele de refracție, valoarea peroxidului, numărul acidului, acidul gras liber și valoarea iodului prin . Rezultatele lor au arătat că randamentul petrolului a fost de 21,57%, iar valorile acide au fost de 2,87. În mod similar, investigat în extracția și caracterizarea uleiului de semințe. Unii alți cercetători au investigat efectul variabilelor de proces (Dimensiunea particulelor, temperatura și timpul) asupra extracției uleiului din Chrysophyllum Nigerian. Albidum pentru a determina condițiile optime pentru extracția uleiului și, de asemenea, pentru a caracteriza uleiul extras și pentru a determina proprietățile fizico-chimice ale acestuia. Adsorbția are avantaje față de alte metode de remediere a metalelor grele din apele uzate, deoarece designul său este simplu; este fără nămol și poate avea un capital redus intensiv . Cel mai utilizat adsorbant este carbonul activ . Diverse produse agricole , cum ar fi coaja de nucă de cocos , coaja de orez , coaja de arahide , cojile de manioc , cojile de pecan și deșeurile de ceai , au fost raportate a fi eficiente în remedierea apelor uzate. Semințele de Chrysophyllum albidum au fost utilizate în adsorbția plumbului Pb din apele uzate industriale de către unii cercetători, unde au fost monitorizate efectele pH-ului, timpului de contact și masei adsorbante. Carbonul activat cu abur preparat din coaja de semințe Chrysophyllum albidum pentru adsorbția cadmiului în apele uzate (studii cinetice, de echilibru și termodinamice) a fost, de asemenea, investigat și s-a observat că este un potențial sechestru al cadmiului în apele uzate. Studiile au fost efectuate cu privire la efectul pH-ului asupra sorbției cadmiului (ll), nichelului (II), plumbului (II) și cromului (VI) din soluții apoase de coajă de măr Alb African (Chrysophyllum albidum) și au realizat că procesul este foarte dependent de pH. Din literatura de specialitate, majoritatea lucrărilor de cercetare efectuate sunt din Nigeria, iar cojile au fost utilizate în îndepărtarea metalelor grele. Scopul acestei lucrări de cercetare este de a extrage și caracteriza uleiul din semințele de fructe Chrysophyllum albidum din Ghana și de a folosi coaja de semințe ca adsorbant în îndepărtarea metil portocaliu (colorant) din soluții apoase.

2. Procedura experimentală

2.1. Colectarea fructelor și pregătirea semințelor

fructele proaspete rupte ale mărului African au fost cumpărate de la unii vânzători de pe piața locală de la Universitatea din Cape Coast Science market, care se află în partea de Sud a Ghanei. Acesta este un fruct de sezon care este disponibil în timpul anotimpurilor uscate. Semințele au fost mai întâi uscate la aer la soare la o temperatură medie de 29 de centimetrii timp de 7 zile și apoi crăpate mecanic cu ajutorul unui cracker de nuci pentru ca semințele să fie scoase. Semințele uscate au fost uscate în continuare la aer timp de 5 zile și apoi uscate la cuptor la o temperatură de 100 centi C timp de 24 de ore într-un cuptor de laborator (MMM Medcenter Ecocell 55).

2.2. Procedura de extracție și concentrare a uleiului

semințele uscate au fost măcinate folosind o moară rotativă de laborator (Moara universală Ika M20). O cantitate de semințe măcinate a fost utilizată pentru extracția Soxhlet . Un balon cu fund rotund care conține n-hexan de calitate analitică (99%) a fost prevăzut cu un condensator de reflux în partea superioară. Acesta a fost plasat într-o manta de încălzire la 65 centi C și condensul lichid a picurat în degetarul care conținea proba măcinată. Extractul s-a scurs prin porii degetarului și a umplut un tub de sifon și acest lucru a fost lăsat să continue timp de 6 ore. Extractul a fost apoi încălzit pentru a recupera solventul cu un evaporator rotativ (R00102439, 50w/15a) lăsând în urmă uleiul extras. Balonul a fost apoi lăsat să se răcească și s-a determinat randamentul procentual.

indicele de refracție, vâscozitatea, valorile de saponificare, valoarea acidului, valoarea iodului, valoarea acidului gras liber, greutatea specifică și alți parametri ai uleiului au fost determinați folosind AOAC (2000) .

2.3. Analiza cu infraroșu (FTIR) cuplată cu transformata Fourier

utilizarea spectrometrului cu infraroșu cu transformare Fourier (FTIR) pentru a determina grupurile funcționale a fost raportată de diverși cercetători . A fost efectuat pentru a determina diferitele grupe funcționale ale componentelor chimice folosind modelul de spectroscopie a transformatei Fourier I-R Prestige 21 Shimadzu.

2.4. Pregătirea învelișului înainte de experimentul de adsorbție

cojile de semințe de Chrysophyllum albidum au fost uscate la aer timp de 14 zile până la o greutate constantă și măcinate în pulbere. A fost ulterior uscat la aer timp de 7 zile și apoi uscat la cuptor într-un cuptor de laborator (MMM Medcenter Ecocell 55) la 105 centi C timp de 8 ore pentru a reduce conținutul de umiditate. Acesta a fost apoi pirolizat într-un cuptor (Nabertherm, LE140K1BN, 230V, 1/N/PE) la o temperatură de 500 centimetric C timp de două ore. În timpul pirolizei, gazul de azot la un debit de 0,1 m3 / oră a fost utilizat ca gaz de purjare. Cojile pirolizate au fost măcinate sub formă de pulbere și cernute cu o plasă de laborator cu dimensiunea de +500 unqqm.

activarea chimică a învelișului de fructe chrysophyllum albidum pirolizat și sub formă de pulbere a fost efectuată utilizând CaCl2, MgCl2 și ZnCl2

2.5. Activarea chimică a cojilor Chrysophyllum albidum utilizând CaCl2, MgCl, 2 și ZnCl2

activarea chimică a învelișului Chrysophyllum albidum pirolizat și sub formă de pulbere a fost efectuată utilizând 0,5 m soluții apoase din fiecare CaCl2, MgCl2 și ZnCl2. 20g din cojile de pulbere pirolizate au fost cântărite și adăugate la 250 ml din diferitele soluții apoase chimice de activare. Amestecurile au fost apoi agitate cu un agitator de placă fierbinte la 200 RPM și 60 de centi C timp de patru ore. Aceasta a fost apoi filtrată folosind o hârtie de filtru Whatman, iar reziduul a fost uscat la cuptor la 200 centimetric C timp de 2 ore. Cojile uscate au fost apoi activate într-un cuptor la o temperatură de 550 centimetric C timp de 4 ore pentru a finaliza procesul de activare a cojilor Chrysophyllum albidum.

2.6. Testele de adsorbție

testele de adsorbție au fost efectuate în flaconul 2L Erlenmeyer folosind câte 1g din cochilii activate cu CaCl2, MgCl2 și ZnCl2. Metil portocaliu cu o concentrație de 0,2 mg/l și 0,5 mg / l a fost preparat și utilizat ca adsorbant pentru acest studiu. 1g din învelișul activat a fost cântărit și dizolvat într-un litru de soluție și agitat folosind un agitator de laborator la 250 rpm. 50 ml de soluție se colectează după o oră și se filtrează folosind o hârtie de filtru Whatman și concentrația de metil portocaliu în filtrat măsurată folosind spectrometrul Shimadzu T70 UV-Vis. Datele obținute au fost montate pe modele de izoterme de adsorbție. Concentrațiile inițiale ale portocalei metil sunt de 0,2 mg/l pentru CaCl2 și respectiv MgCl2 și 0,5 mg / l pentru ZnCl2.

3. Calcule

procentul de eliminare a sorbentului a fost calculat folosind unde R% este procentul de recuperare a metil portocaliu din soluție CO este concentrația inițială de metil portocaliu în soluție Ct este concentrația de metil portocaliu la momentul t.

4. Cinetica sorbției

4.1. Modelul cinetic Pseudo-de ordinul întâi

este reprezentat de următoarele:Integrând ecuația de mai sus cu condiții limită de t=0, qt=0 și t=t, qt=qt dă următoarele: unde qe și qt sunt cantitățile de colorant adsorbite la echilibru și la momentul t (mg/g), respectiv, t este timpul de contact (min), iar K1 este pseudo-Constanta ratei de ordinul întâi (/min). Graficul în linie dreaptă al log (qe-qt) împotriva t dă log (qe) ca pantă și interceptare egală cu k1/2.303. Prin urmare, cantitatea de solut sorbit pe gram de sorbent la echilibru (qe) și Constanta ratei de prim ordin (k1) pot fi evaluate din pantă și interceptare.

4.2. Modelul cinetic Pseudo-de ordinul doi

acesta este reprezentat de următoarele:integrarea ecuației de mai sus cu condițiile limită ale t=0, qt=0 și t=t, qt=qt dă următoarele:unde k2 reprezintă Constanta vitezei și qt este capacitatea de absorbție în orice moment (t).

5. Rezultate și discuții

5.1. Caracterizarea uleiului

parametrii fizici și chimici ai uleiului din semințe de măr African Star (Chrysophyllum albidum) sunt prezentați în tabelul 1.

uleiul extras din semințele de măr stelar African (Chrysophyllum albidum) cu hexan folosind aparatul soxhlet a fost analizat fizic și chimic și a dat următoarele rezultate prezentate în tabelul 1.

culoarea a fost găsită a fi roșu intens, așa cum a fost raportată de Musa, Isah, dar diferită de Adebayor, Orhevba și Ominyi, Ominyi care a înregistrat-o ca roșie.

5.1.1. Randamentul uleiului

randamentul uleiului a fost calculat pe baza diferențelor de greutate a eșantionului și a degetarului înainte și după extracție:unde Wi este greutatea degetarului și a eșantionului înainte de extracție Wf este greutatea degetarului și a eșantionului după extracție.

producția de petrol a fost foarte scăzută, cu o valoare de 11,6% față de cea de 12% înregistrată de Adebayor , Orhevba, 8,05% și 12,70% pentru . Acest lucru indică faptul că semințele nu pot fi o sursă bună de ulei abundent. Randamentul scăzut de ulei ar putea fi atribuit variației genelor, climei, speciilor de plante, stării solului și tehnicilor de prelucrare necorespunzătoare, cum ar fi expunerea prelungită a semințelor recoltate la lumina soarelui, care este capabilă să afecteze considerabil randamentul uleiului .

5.1.2. Indicele de refracție

indicele de refracție indică nivelul de claritate optică a eșantionului de țiței în raport cu apa. Indicele de refracție al uleiului extras a fost 1.464, care a fost de acord cu cel al 1. 46 și 1.672 la 31.2 CTC pentru Adebayor, Orhevba . De asemenea, nu este la fel de gros ca majoritatea uleiurilor de uscare ale căror indici de refracție se încadrează între 1.475 și 1.485 .

5.1.3. Greutate specifică

are o greutate specifică de 0,92 la 30 centimetric C care este diferită de cea a lui Adebayor, Orhevba care a avut 0,89 la 25 centimetric c, 0,8269 la 25 centimetric C pentru . Valoarea de saponificare a uleiului servește ca un parametru important în determinarea adecvării uleiului pentru fabricarea săpunului .

5.1.4. Valoarea acidului

valoarea acidului este un indicator important al oxidării uleiului. Este greutatea (mg) de hidroxid de potasiu necesară pentru neutralizarea acidului liber în 1 g de ulei. În uleiul bun, valoarea acidului ar trebui să fie foarte scăzută (< 0,1) și o creștere a valorii acidului este un indicator al oxidării uleiului care poate duce la formarea de gumă și nămol pe lângă coroziune. De asemenea, s-a constatat că valoarea acidă este de 7,72 mg/KOH/g. aceasta este diferită de valorile de 2,57 mg/KOH/g de Musa , Isah, 4,50 mg/KOH/g Pentru Adebayor , Orhevba și 19,70 mg/KOH/g pentru Ominyi, Ominyi .

5.1.5. Valoarea saponificării

valoarea Saponificării (SV) este legată de masa moleculară medie a acidului gras din proba de ulei. Valoarea de saponificare obținută a fost de 200 mg / KOH/g, care a fost mai apropiată de valoarea de 199,50 mg/KOH / g obținută pentru Adebayor, Orhevba . Cu toate acestea, a fost mai mare decât cea a Ominyi, Ominyi care a fost de 90,71 mg/KOH/g, dar mai mică pentru Musa, Isah care a raportat 228,4 mg/KOH/g. valoarea ridicată de saponificare sugerează utilizarea uleiului în producția de săpun lichid, șampoane și creme de bărbierit . Valoarea ridicată a saponificării poate fi atribuită parametrilor procesului, cum ar fi timpul de extracție, temperatura de extracție și dimensiunile particulelor semințelor măcinate, raportate de .

5.1.6. Acid gras liber

acidul gras liber al uleiului extras a fost de 3,16 mg/KOH/g comparativ cu 2,25 mg/KOH/g de Adebayor, Orhevba și 9,90 mg/KOH / g de . Conținutul scăzut de acizi grași liberi indică o hidroliză enzimatică scăzută. Acest lucru ar putea fi un avantaj ca ulei cu acizi grași liberi de mare în curs de dezvoltare off-aroma în timpul depozitării .

5.1.7. Valoarea iodului

valoarea iodului este o măsură a gradului de nesaturare a uleiurilor vegetale și determină stabilitatea la oxidare și permite măsurarea cantitativă a nesaturării globale a grăsimii . Valoarea iodului uleiului extras a fost măsurată și s-a constatat că este de 72,8 mg/KOH/g. aceasta a fost mai mare decât cea obținută de Adebayor, Orhevba și Musa, Isah, dar mai mică decât cea obținută Ominyi, Ominyi .spectroscopia FT-IR a fost utilizată pentru a identifica diferitele grupe funcționale prezente în ulei. A fost utilizat un spectrometru Nicolet 870 care a fost echipat cu un detector de sulfat de triglicină deuterat. Analiza FTIR a uleiului extras a fost, de asemenea, găsită pentru a conține unele grupuri funcționale. Analiza spectrală prezentată în Figura 1 arată diferitele vârfuri ale grupelor funcționale prezente în ulei. Frecvențele cuprinse între 3008.01 cm−1 și 2853cm-1 cu transmisii de 92.69 (%T) și 62.1(%T), respectiv așa cum se arată în tabelul 2 au arătat întinderea asimetrică și simetrică A C – H reprezentând alcani la fel ca uleiurile de porumb și muștar care au arătat 2854.7−2925.8 cm-1 ca C-H vibrații de întindere asimetrice și simetrice ale CH2 alifatic . Grupurile funcționale identificate în lungimea de undă de 1709 – 1744 cm−1 au fost comparate cu uleiul din mușețel și rozmarin de către Anwer S. El-Badry și Sameh S. Ali, precum și uleiul de porumb și muștar pentru a reprezenta carbonilul ester C= O al trigliceridelor .

Figura 1

analiza spectrală a uleiului de semințe de Chrysophyllum albidum.

5.2. Studii de adsorbție

au fost efectuate studii de adsorbție a soluției de colorant metil portocaliu din coaja de fructe a Chrysophyllum albidum activat cu MgCl2, CaCl2 și ZnCl2. Figura 2 prezintă efectul timpului de contact al adsorbției cojilor în soluția de colorant. Din Figura 2, se observă că rata de reducere a colorantului a crescut în general rapid în primele două ore de timp de contact pentru toate cele trei cochilii cu diferite substanțe chimice de activare. Acest lucru ar putea fi atribuit siturilor vacante active din cochilii activate, după cum au raportat . După primele două ore, rata de reducere a colorantului scade până la atingerea echilibrului după 5 ore de timp de contact pentru toate cele trei cochilii de semințe cu activare diferită. ZnCl2 și MgCl2 prezintă caracteristici de reducere similare pe colorant. Performanța generală a celor trei cochilii arată că ZnCl2 s-a comportat puțin mai bine decât MgCl2 în reducerea concentrației de metil portocaliu în soluție. Activarea chimică cu CaCl2 pare să nu funcționeze la fel de eficientă ca cea a ZnCl2 și MgCl2 așa cum se arată în Figura 2.

Figura 2

reducerea procentuală a coloranților cu timpul (ore).

5.3. Studii cinetice

Figura 3 prezintă graficul liniar al log( – ) versus t pentru modelul pseudo-de ordinul întâi Lagrangien și Figura 4 prezintă graficul liniar al t / versus t pentru modelul pseudo-de ordinul doi Lagrangien pentru reducerea metil portocaliu folosind cochilii de Chrysophyllum albidum activat cu CaCl2, MgCl2 și ZnCl2. Constantele ratei de echilibru și coeficientul de corelație pentru modelele pseudo-de ordinul întâi și pseudo-de ordinul doi sunt prezentate în tabelul 3. Ecuația pseudo-de ordinul întâi a montat bine datele experimentale pentru CaCl2 (R2 = 0,94) în timp ce MgCl2 (R2 = 0,97) și ZnCl2 (R2 = 0.97) a montat ecuația pseudo-de ordinul doi. Pe baza coeficientului de corelație, adsorbția colorantului metil portocaliu din soluție prin cochilii de Chrysophyllum albidum activat cu CaCl2 urmează o cale de reacție de ordinul întâi, în timp ce cojile activate cu MgCl2 și ZnCl2 urmează o cale de ordinul doi.

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 de adsorbție de ordinul doi a colorantului.

6. Concluzie

rezultatele analizei fizico-chimice a uleiului extras din semințele de măr African Star au fost comparate favorabil cu cele ale altor uleiuri tradiționale de semințe, cum ar fi sâmburele de palmier și arahide. Randamentul uleiului de 11,6% a fost scăzut în comparație cu uleiul din uleiul de sâmburi de palmier (45,6%) și uleiul de arahide (35.76%) proprietățile fizico-chimice ale uleiului de semințe de mere African Star au indicat faptul că acesta nu se usucă (valoarea de saponificare de 200 mg/KOH/g) și poate fi utilizat ca materie primă pentru producția de săpunuri, uleiuri lubrifiante și lumânări aprinse. Cu toate acestea, este posibil să nu fie potrivit pentru producerea de acoperiri de suprafață, lacuri și vopsele în ulei datorită atributului său de uscare. Nivelul scăzut de nesaturare a uleiului se datorează faptului că conține acid oleic, care este de obicei acid gras nesaturat. În concluzie, este posibil ca semințele să nu aibă un volum suficient de ulei potențial pentru a fi utilizate ca ulei comestibil (intern) și industrial. Analiza FTIR a arătat, de asemenea, că uleiul conține mai multe grupuri funcționale, cum ar fi alchenele și aromatice, care pot fi benefice pentru corpul uman. Cojile de semințe pot fi, de asemenea, utilizate ca adsorbant cu costuri reduse atunci când sunt activate cu CaCl2, ZnCl2 și MgCl2. Cu toate acestea, activarea cu ZnCl2 a avut rezultate mai bune cu aproximativ 70% îndepărtarea colorantului decât cea a CaCl2 și MgCl2.

disponibilitatea datelor

proprietățile fizice și chimice ale uleiului extras datele utilizate pentru a susține rezultatele acestui studiu sunt incluse în articol. Datele în infraroșu ale transformatei Fourier utilizate pentru identificarea diferitelor grupuri funcționale privind uleiul din acest studiu sunt incluse în articol. Datele de adsorbție utilizate pentru a susține rezultatele acestui studiu sunt incluse în fișierul de informații suplimentare (Disponibil aici).

conflicte de interese

autorii nu declară niciun conflict de interese.

finanțare

această lucrare de cercetare a fost autofinanțată de autori.

materiale suplimentare

acestea sunt datele de adsorbție care au fost utilizate pentru acest studiu. Acesta arată concentrațiile inițiale ale colorantului (metil portocaliu), precum și adsorbantul (coaja de semințe Chrysophyllum albidum) care a fost activat cu trei substanțe chimice diferite (CaCl2, MgCl2 și ZnCl2). Experimentul a fost efectuat la temperatura camerei de 25 C. modificarea concentrației colorantului cu timpul a putut fi văzută în data de mai sus. (Materiale suplimentare)