extraktion och karakterisering av afrikansk Stjärnäpple (Chrysophyllum albidum) fröolja och de adsorptiva egenskaperna hos fruktskalet i Ghana

Abstrakt

detta forskningsarbete genomfördes för att bestämma de fysikalisk-kemiska parametrarna för olja från frön från afrikansk Stjärnäpple (Chrysophyllum albidum) och ytterligare utvärdera de adsorptiva egenskaperna hos fruktskalet. Oljan extraherades med användning av hexan med soxhlet-apparaten vid en temperatur av 65 kcal C under 4 timmar. Resultaten visade ett genomsnittligt oljeutbyte erhållet av 11,6%, specifik vikt av 0.92kg / m3, brytningsindex på 1.464 vid 30 CCB, ett syravärde på 7.72 mg KOH / g, ett fritt fettsyravärde på 3.16 g/100g, förtvålningsvärde på 200.56 mg KOH/g och ett jodvärde på 70.64 g/100g. en Fourier Transform infraröd (FTIR) studie på oljan identifierade vissa triglycerider, karbonyl -, Alkan-och alkenföreningar. Adsorptiva studier av fruktskalet för avlägsnande av färgämne utfördes också efter kemisk aktivering med CaCl2, MgCl2 och ZnCl2. Adsorptionens kinetik gynnade en pseudo-första ordningens reaktionsväg för CaCl2 med R2 av 0.941 medan ZnCl2 och MgCl2 gynnade en pseudo-andra ordningens reaktionsväg med R2 på 0,914 respektive 0,973.

1. Introduktion

det finns flera frukter i Ghana som har eteriska oljor som är av stor medicinsk betydelse. Det afrikanska Stjärnäpplet (Chrysophyllum albidum) är en slags frukt som odlas i Ghana. Trädet växer som en vild växt och tillhör familjen Sapotaceae som har upp till 800 arter och utgör nästan hälften av ordern . Det är en liten till medium trädslag, upp till en höjd av 25-37 m med en mogen omkrets som varierar från 1,5 till 2,0 m . Frukten skördas vanligtvis inte från träden, men lämnas för att falla naturligt till skogsbotten där de plockas . De flesta växtfrön är en källa till eteriska oljor. Exempel på några växtfrön som konventionellt har utnyttjats kommersiellt för detta ändamål inkluderar sojabönor, bomullsfrö, jordnöt, majs, palmfrön och solros . Olja från växt och djur används i formuleringen av livsmedel, kosmetika och läkemedel i många industriella aktiviteter . Frukt och grönsaker är en bra källa till naturliga antioxidanter, som innehåller många olika antioxidantkomponenter som ger skydd mot skadliga fria radikaler som har varit inblandade i etiologin hos flera mänskliga sjukdomar som cancer, neurala störningar, diabetes, artrit och hjärt-kärlsjukdom . En undersökning av antioxidant-och matvärdet av Chrysophyllum albidum visade att växten innehåller lite fenol, flavonoid, antocyanin och proanthocyanidin och också ett högt antioxidantvärde . I allmänhet används rötter, skäller och blad av Chrysophyllum albidum ofta som en applikation på sprains, blåmärken och sår i södra Nigeria . Frön och rötter extrakt av Chrysophyllum albidum används för att stoppa blödning från färska sår och för att hämma mikrobiell tillväxt av kända sårföroreningar och även förbättra sårläkningsprocessen . Oljan av Chrysophyllum albidum har extraherats från motsvarande frön i en soxhlet-extraktor med hexan (kokpunktsintervall: 55 kg C-65 kg C) och analyseras för fukthalt, pH, specifik vikt, förtvålning värde, brytningsindex, peroxidvärde, syratal, fri fettsyra, och jod värde av . Deras resultat visade att oljeutbytet var 21,57% och syravärdena var 2,87. På samma sätt undersöktes utvinning och karakterisering av fröoljan. Några andra forskare undersökte effekten av processvariabler (partikelstorlek, temperatur och tid) på utvinning av olja från Nigeriansk Chrysophyllum. Albidum för att bestämma de optimala förhållandena för utvinning av oljan och även för att karakterisera den extraherade oljan och bestämma dess fysikalisk-kemiska egenskaper. Adsorption har fördelar jämfört med andra metoder för sanering av tungmetaller från avloppsvatten eftersom dess utformning är enkel; det är slamfritt och kan vara av låg kapitalintensiv . Det mest använda adsorbenten är aktivt kol . Olika jordbruksprodukter , såsom kokosnötskal , risskal , jordnötskal , kassava-skal , pecanskal och teavfall , har rapporterats vara effektiva vid sanering i avloppsvatten. Frön av Chrysophyllum albidum har använts vid adsorption av bly Pb från industriellt avloppsvatten av vissa forskare där effekterna av pH, kontakttid och adsorberande massa övervakades. Ångaktiverat kol framställt från Chrysophyllum albidum fröskal för adsorption av kadmium i avloppsvatten (kinetik, jämvikt och termodynamiska studier) undersöktes också av och observerades vara en potentiell sekvesterare av kadmium i avloppsvatten. Studier genomfördes av effekten av pH på sorptionen av kadmium (ll), nickel (II), bly (II) och krom (vi) från vattenlösningar av African white star apple (Chrysophyllum albidum) skal och insåg att processen är mycket pH-beroende. Från litteraturen är de flesta av de utförda forskningsarbetena från Nigeria och skalen har alla använts vid avlägsnande av tungmetaller. Syftet med detta forskningsdokument är att extrahera och karakterisera olja från Chrysophyllum albidum fruktfrö från Ghana och använda fröskalet som adsorbent vid avlägsnande av metylorange (färgämne) från vattenhaltiga lösningar.

2. Experimentellt förfarande

2.1. Fruktsamling och fröberedning

färska rippade frukter av African Star Apple köptes från några lokala marknadssäljare vid University of Cape Coast Science market som ligger i södra delen av Ghana. Detta är en säsongsbetonad frukt som är tillgänglig under de torra årstiderna. Fröna lufttorkades först i solen vid en medeltemperatur på 29 CCB i 7 dagar och knäcktes sedan mekaniskt med en nötknäppare för att fröet skulle tas ut. De torkade frönna lufttorkades ytterligare i 5 dagar och torkades sedan i ugnen vid en temperatur av 100 kcal C i 24 timmar i en laboratorieugn (mmm Medcenter Ecocell 55).

2.2. Oljeutvinnings-och Koncentrationsförfarande

de torkade fröna maldes med hjälp av en laboratorierotorkvarn (Ika M20 Universalkvarn). En mängd av det malda fröet användes för Soxhlet-extraktionen . En rundbottnad kolv innehållande analytisk kvalitet N-hexan (99%) var försedd med en återflödeskondensor till toppen. Detta placerades i en värmemantel vid 65 kcal C och det flytande kondensatet droppade in i fingerborgen som innehöll det malda provet. Extraktet sipprade genom fingerborgens porer och fyllde ett sifonrör och detta fick fortsätta i 6 timmar. Extraktet upphettades sedan för att återvinna lösningsmedlet med en roterande förångare (R00102439, 50W/15a) som lämnade den extraherade oljan. Kolven fick sedan svalna och det procentuella utbytet bestämdes.

brytningsindex, viskositet, förtvålningsvärden, syravärde, jodvärde, fritt fettsyravärde, specifik vikt och andra parametrar för oljan bestämdes med användning av AOAC (2000) .

2.3. Infraröd (FTIR) analys i kombination med Fourier Transform

användningen av Fourier Transform infraröd (FTIR) spektrometer för att bestämma de funktionella grupperna har rapporterats av olika forskare . Det utfördes för att bestämma de olika funktionella grupperna av de kemiska komponenterna med användning av Fouriertransformspektroskopimodellen I-R Prestige 21 Shimadzu.

2.4. Skalberedning före Adsorptionsexperiment

fröskal av Chrysophyllum albidum lufttorkades i 14 dagar till konstant vikt och maldes till pulver. Den lufttorkades ytterligare i 7 dagar och torkades sedan i ugn i en laboratorieugn (MMM Medcenter Ecocell 55) vid 105 kcal C i 8 timmar för att minska fuktinnehållet. Den pyrolyserades sedan i en ugn (Nabertherm, LE140K1BN, 230V, 1/N/PE) vid en temperatur av 500 kcal C i två timmar. Under pyrolys användes kvävgas vid en flödeshastighet 0, 1m3 / h som rensningsgas. De pyrolyserade skalen maldes i en pulverform och siktades med ett laboratoriemask av storlek +500 kcal.

den kemiska aktiveringen av det pyroliserade och pulveriserade Chrysophyllum albidum-fruktskalet utfördes med användning av CaCl2, MgCl2 och ZnCl2

2.5. Kemisk aktivering av Chrysophyllum albidum skal med användning av CaCl2, MgCl, 2 och ZnCl2

den kemiska aktiveringen av det pyroliserade och pulveriserade Chrysophyllum albidum skalet utfördes med användning av 0,5 M vattenhaltiga lösningar av varje CaCl2, MgCl2 och ZnCl2. 20 g av de pyroliserade pulverformiga skalen vägdes och tillsattes till 250 ml av de olika aktiveringskemiska vattenlösningarna. Blandningarna omrördes sedan med en hetplattaomrörare vid 200 RPM och 60 kcal C i fyra timmar. Detta filtrerades sedan med hjälp av ett Whatman-filterpapper och återstoden torkades i ugnen vid 200 kcal C i 2 timmar. De torkade skalen aktiverades sedan i en ugn vid en temperatur av 550 C i 4 timmar för att slutföra aktiveringsprocessen för Chrysophyllum albidum-skalen.

2.6. Adsorptionstester

Adsorptionstester utfördes i 2l Erlenmeyer-kolv med användning av 1 g vardera skal aktiverade med CaCl2, MgCl2 och ZnCl2. Metylorange med en koncentration av 0, 2 mg/l och 0, 5 mg/L bereddes och användes som adsorbent för denna studie. 1 g av det aktiverade skalet vägdes och löstes i en liter av lösningen och omrördes med en laboratorieomrörare vid 250 rpm. 50 ml av lösningen uppsamlas efter en timme och filtreras med hjälp av ett Whatman-filterpapper och koncentrationen av metylorange i filtratet mätt med Shimadzu T70 UV-Vis-spektrometer. De erhållna data monterades på adsorptionsisoterm-modeller. De initiala koncentrationerna av metylorange är 0,2 mg/l för CaCl2 respektive MgCl2 och 0,5 mg / L för ZnCl2.

3. Beräkningar

andelen avlägsnande av sorbent beräknades med användning där R% är den procentuella återhämtningen av metylorange från lösningen CO är den initiala koncentrationen av metylorange i lösning Ct är koncentrationen av metylorange vid tiden t.

4. Sorptionskinetik

4.1. Pseudo-första ordningens kinetiska Modell

den representeras av följande:Integrering av ovanstående ekvation med gränsbetingelser för t = 0, qt=0 och t=t, Qt=qt ger följande: där qe och qt är mängderna färgämne adsorberat vid jämvikt respektive vid tiden t (mg/g) är t kontakttiden (min) och K1 är pseudo-första ordningens hastighetskonstant (/min). Den raka linjen av log (qe-qt) mot t ger log (qe) som lutning och avlyssning lika med k1/2.303. Följaktligen kan mängden löst ämne sorberat per gram sorbent vid jämvikt (qe) och första ordningens hastighetskonstant (k1) utvärderas från lutningen och avlyssningen.

4.2. Pseudo-andra ordningens kinetiska Modell

detta representeras av följande:integrering av ovanstående ekvation med gränsvillkor för t=0, qt=0 och t=t, qt=qt ger följande:där k2 representerar hastighetskonstanten och qt är upptagningskapaciteten när som helst (t).

5. Resultat och diskussion

5.1. Oljekarakterisering

fysikaliska och kemiska parametrar för den afrikanska stjärnans äppelfröolja (Chrysophyllum albidum) presenteras i Tabell 1.

oljan extraherad från de afrikanska stjärnans äppelfrön (Chrysophyllum albidum) med hexan med hjälp av soxhlet-apparaten analyserades fysiskt och kemiskt och gav följande resultat som presenteras i Tabell 1.

färgen befanns vara djupröd precis som rapporterats av Musa, Isah men skiljer sig från Adebayor, Orhevba och Ominyi, Ominyi som spelade in den som röd.

5.1.1. Oljeutbyte

oljeutbytet beräknades baserat på skillnaderna i vikt av provet och fingerborg före och efter extraktion:där Wi är vikten av fingerborg och prov före extraktion Wf är vikten av fingerborg och prov efter extraktion.

oljeutbytet var mycket lågt med ett värde av 11.6% jämfört med det av 12% registrerat av Adebayor, Orhevba , 8.05% och 12.70% för . Detta indikerar att fröet kanske inte är en bra källa till riklig olja. Det låga oljeutbytet kan hänföras till variation i gener, klimat, växtarter, markförhållanden och felaktiga bearbetningstekniker såsom långvarig exponering av skördade frön för solljus som kan försämra oljeutbytet avsevärt .

5.1.2. Brytningsindex

brytningsindexet anger nivån på råoljeprovets optiska klarhet i förhållande till vatten. Brytningsindexet för den extraherade oljan var 1.464 vilket överensstämde med 1. 46 och 1.672 vid 31.2 C C för Adebayor, Orhevba . Det är inte heller så tjockt som de flesta torkoljor vars brytningsindex faller mellan 1.475 och 1.485 .

5.1.3. Specifik vikt

den har en specifik vikt på 0,92 vid 30 CCG vilket skiljer sig från Adebayor, Orhevba som hade 0,89 vid 25 CCG, 0,8269 vid 25 CCG för . Förtvålningsvärde av olja tjänar som en viktig parameter vid bestämning av oljans lämplighet för tvåltillverkning .

5.1.4. Syravärde

syravärdet är en viktig indikator på oxidation av oljan. Det är vikten (mg) kaliumhydroxid som krävs för att neutralisera den fria syran i 1 g av oljan. I bra olja bör syravärdet vara mycket lågt (< 0.1) och en ökning av syravärdet är en indikator på oxidation av oljan som kan leda till gummi och slambildning bredvid korrosion. Syravärdet befanns också vara 7, 72 mg/KOH/g. detta skiljer sig från värden på 2 , 57 mg/KOH/g av Musa, Isah , 4, 50 mg/KOH/g för Adebayor, Orhevba och 19, 70 mg/KOH/g för Ominyi, Ominyi .

5.1.5. Förtvålningsvärde

Förtvålningsvärde (SV) är relaterat till den genomsnittliga molekylmassan av fettsyra i oljeprovet. Det erhållna förtvålningsvärdet var 200 mg/KOH/g vilket var närmare värdet 199, 50 mg/KOH/g erhållet för Adebayor, Orhevba . Det var dock högre än Ominyi, Ominyi som var 90, 71 mg/KOH/g men lägre för Musa, Isah som rapporterade 228, 4 mg/KOH/g. det höga förtvålningsvärdet antyder användningen av oljan vid produktion av flytande tvål, schampo och skumbarberkrämer . Det höga förtvålningsvärdet kan hänföras till processparametrar såsom extraktionstid, extraktionstemperaturen och partikelstorlekarna för de malda frön som rapporterats av .

5.1.6. Fri fettsyra

den fria fettsyran i den extraherade oljan var 3,16 mg/KOH/g jämfört med 2,25 mg/KOH/g av Adebayor, Orhevba och 9,90 mg/KOH/g av . Lågt innehåll av fria fettsyror är ett tecken på låg enzymatisk hydrolys. Detta kan vara en fördel som olja med höga fria fettsyror som utvecklar smak under lagring .

5.1.7. Jodvärde

jodvärdet är ett mått på graden av omättnad av vegetabiliska oljor och bestämmer oxidationsstabiliteten och gör att den totala omättnaden av fettet kan mätas kvantitativt . Jodvärdet för den extraherade oljan mättes och befanns vara 72,8 mg/KOH/g. detta var högre än det som erhölls av Adebayor, Orhevba och Musa, Isah men lägre än det som erhölls Ominyi, Ominyi .

FT-IR-spektroskopi användes för att identifiera de olika funktionella grupperna som finns i oljan. En Nicolet 870-spektrometer som var utrustad med en deutererad triglycinsulfatdetektor användes. FTIR-analysen av den extraherade oljan visade sig också innehålla vissa funktionella grupper. Spektralanalysen som visas i Figur 1 visar de olika topparna hos de funktionella grupperna som finns i oljan. Frekvenser som sträcker sig mellan 3008.01 cm-1 och 2853cm – 1 med transmittanser av 92.69 (%T) och 62.1(%T), respektive som visas i Tabell 2 visade asymmetrisk och symmetrisk sträckning av C−H som representerar alkaner precis som majs-och senapsoljor som visade 2854.7-2925.8 cm-1 som C-H asymmetriska och symmetriska sträckningsvibrationer av den alifatiska CH2 . De funktionella grupperna som identifierades inom våglängden 1709 – 1744 cm−1 jämfördes med olja från kamomill och rosmarin av Anwer S. El-Badry och Sameh S. Ali samt majs-och senapsoljan för att representera c= o esterkarbonyl av triglycerider .

Figur 1

spektralanalys av Chrysophyllum albidum fröolja.

5.2. Adsorptionsstudier

adsorptionsstudierna av metylorange färgämneslösning av fruktskalet av Chrysophyllum albidum aktiverat med MgCl2, CaCl2 och ZnCl2 utfördes. Figur 2 visar effekten av kontakttiden för adsorption av skalen i färglösningen. Från Figur 2 observeras att hastigheten för färgreduktion i allmänhet ökade snabbt inom de första två timmarna av kontakttiden för alla tre skal med olika aktiveringskemikalier. Detta kan hänföras till de aktiva lediga platserna inom de aktiverade skalen som rapporterats av . Efter de första två timmarna minskar reduktionshastigheten för färgämnet tills jämvikt uppnåddes efter 5 timmars kontakttid för alla tre fröskal med olika aktivering. ZnCl2 och MgCl2 uppvisar liknande reduktionsegenskaper på färgämnet. Den totala prestandan hos de tre skalen visar att ZnCl2 presterade något bättre än MgCl2 för att minska koncentrationen av metylorange i lösningen. Kemisk aktivering med CaCl2 verkar inte fungera lika effektivt som För ZnCl2 och MgCl2 som visas i Figur 2.

Figur 2

procentuell minskning av färgämnen med tiden (timmar).

5.3. Kinetiska studier

Figur 3 visar den linjära plot av log (-) kontra t för Lagrangien pseudo-första ordningens modell och figur 4 visar den linjära plot av t/ kontra t för Lagrangien pseudo-andra ordningens modell för reduktion av metylorange med hjälp av skal av Chrysophyllum albidum aktiverad med CaCl2, MgCl2 och ZnCl2. Jämviktshastighetskonstanterna och korrelationskoefficienten för pseudo-första ordningens och pseudo-andra ordningens modeller presenteras i tabell 3. Pseudo-första ordningens ekvation passade experimentdata väl för CaCl2 (R2 = 0,94) medan MgCl2 (R2 = 0,97) och ZnCl2 (R2 = 0.97) monterade pseudo-andra ordningens ekvation. På grundval av korrelationskoefficienten följer adsorptionen av metylorange färgämne från lösning av skal av Chrysophyllum albidum aktiverad med CaCl2 en första ordningens reaktionsväg medan skalen aktiveras med MgCl2 och ZnCl2 följer en andra ordningens väg.

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-andra ordningens adsorptionskinetik för färgämnet.

6. Slutsats

resultaten av den fysikalisk-kemiska analysen av oljan extraherad från de afrikanska stjärnans äppelfrön jämfördes positivt med andra traditionella fröoljor såsom palmkärna och jordnöt. Oljeutbytet på 11,6% var lågt jämfört med olja från palmkärnolja (45,6%) och jordnötsolja (35.76%) de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos den afrikanska stjärnans äppelfröolja indikerade att den inte torkar (förtvålningsvärde på 200 mg/KOH/G) och kan användas som råmaterial för produktion av tvålar, smörjoljor och ljusstearinljus. Det kan emellertid inte vara lämpligt för produktion av ytbeläggningar, lacker och oljemålningar på grund av dess icke-uttorkande attribut. Den låga nivån av omättnad av oljan beror på att den innehåller oljesyra som vanligtvis är omättad fettsyra. Sammanfattningsvis kan fröna inte ha tillräcklig oljevolympotential för att användas som ätbar (inhemsk) och industriell olja. FTIR-analys avslöjade också att oljan innehåller flera funktionella grupper såsom alkener och aromater som kan vara fördelaktiga för människokroppen. Fröskal kan också användas som lågkostnadsadsorbent när den aktiveras med CaCl2, ZnCl2 och MgCl2. Aktivering med ZnCl2 presterade emellertid bättre med cirka 70% avlägsnande av färgämne än CaCl2 och MgCl2.

datatillgänglighet

de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos de extraherade oljedata som används för att stödja resultaten av denna studie ingår i artikeln. Fourier Transform infraröda data som används för att identifiera de olika funktionella grupperna angående oljan i denna studie ingår i artikeln. Adsorptionsdata som används för att stödja resultaten av denna studie ingår i tilläggsinformationsfilen (tillgänglig här).

intressekonflikter

författarna förklarar inga intressekonflikter.

finansiering

detta forskningsarbete var självfinansierat av författarna.

kompletterande material

detta är adsorptionsdata som användes för denna studie. Det visar de initiala koncentrationerna av färgämnet (metylorange) såväl som adsorbenten (Chrysophyllum albidum fröskal) som aktiverades med tre olika kemikalier (CaCl2, MgCl2 och ZnCl2). Experimentet utfördes under rumstemperatur av 25 C. förändringen i koncentrationen av färgämnet med tiden kunde ses i datumet ovan. (Kompletterande material)