شبیه‌سازی فرایند استانداردسازی اسانس نعناع دشتی با تقطیر جزء‌به‌جزء برای صنایع غذایی و دارویی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 دانشجوی دکتری کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان

3 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس

4 استادیار مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس

5 دانشیار کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس

6 دانشیار مهندسی مکانیک، دانشگاه پیام نور

چکیده

با وجود قرارگیری ایران در شمار یکی از کشورهای مطرح جهان در تولید نعناع دشتی، استخراج اسانس و استفاده از آن در صنایع مختلف غذایی و دارویی با چالش‌هایی نظیر نایکنواختی محصول و مقادیر کمتر از حد نیاز دو ترکیب ارزشمند کاروُن و لیمونن رو‌به‌روست. این پژوهش با هدف شبیه‌سازی و تحلیل فرایند استانداردسازی اسانس نعناع برای دست‌یابی به اسانسی حاوی بیش از 75 درصد کارون انجام گرفت. بعد از شناسایی اجزای اسانس خام و مدل‌سازی اجزای تشکیل‌دهندۀ اسانس نعناع استاندارد، برج تقطیر جزء‌به‌جزء ناپیوسته و تجهیزات مورد نیاز برای عملیات آن مدل‌سازی و عملیات پویای این سامانه شبیه‌سازی شد. طراحی عملیاتی فرایند بر مبنای شبیه‌ساز ایجادشده انجام گرفت و عمل‌کرد آن تحلیل شد. در شبیه‌سازی انجام‌شده، از 40 کیلوگرم اسانس خام نعناع با حدود 50 درصد کارون، 2/18 کیلوگرم اسانس استاندارد با میزان کارون بیش از 75 درصد در طی 5/18 ساعت به‌دست آمد. بر اساس نتایج نسبت میزان جریان برگشتی برای دست‌یابی به بیشترین خلوص در کمترین زمان جداسازی ترکیبات سبک، برابر با 3 بود. نتایج این پژوهش می‌تواند راهنمای پژوهشگران و صنایع برای تولید اسانس نعناع با شاخصه‌های مورد نظر صنعت باشد و برای طراحی سامانه‌های پایلوت و صنعتی اسانس‌گیری و استانداردسازی اسانس سایر گیاهان دارویی و معطر، مفید واقع شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Simulation of Spearmint Essential Oil Standardization with Fractional Distillation for Food and Pharmaceutical Industries

نویسندگان [English]

  • A. Nikkhah 1
  • S. Barekat 2
  • H. Amirsadri Naini 3
  • M. Fakhroleslam 4
  • M. T. Ebadi 5
  • S. Asadi 6
1 B.Sc. in Chemical Engineering, Isfahan University of Technology
2 Ph.D. Student of Agricultural Engineering, Isfahan University of Technology
3 M.Sc. Student of Chemical Engineering, Tarbiat Modares University
4 Assistant Professor of Chemical Engineering, Tarbiat Modares University
5 Associate Professor of Agricultural Engineering, Tarbiat Modares University
6 Associate Professor of Mechanical Engineering, Payame Noor University
چکیده [English]

Despite of Iran's position as one of the leading countries in the production of spearmint (Mentha spicata L.), the extraction of spearmint essential oil (SEO) and its use in food and pharmaceutical industries are faced with challenges such as non-uniformity of product and low amount of two valuable compounds of carvone and limonene. Therefore, this study was conducted with the aim of obtaining SEO with more than 75% carvone, as well as designing and simulating the extraction process with high economic efficiency. After determining the components of
the raw SEO and modelling the standardized SEO, the characteristics of the batch fractional distillation tower and the equipment required for the operation were modelled, and dynamic operations were simulated. The operational design of the process was performed based on the processed simulator (Aspen PLUS V.10), and its performance was analyzed. During the simulation, from 40 Kg of input feed with about 50% carvone, 18.2 Kg of standardized SEO with more than 75% carvone can be obtained. According to the results, the optimum condenser temperature and return flow to achieve maximum purity in the shortest time for the low weight compounds were 25-30°C and 3.1 ratios. The increasing temperature of the column tower caused increasing the amount of carvone in the pot and the amount of limonene in the receiver. However, the excessive temperature had an adverse effect on the output product; it reduced the amount of limonene in the receiver and increased undesirable components. Finally, the results obtained in this research can be a guide for researchers and industries to produce SEO with the desired characteristics and be helpful in designing pilot and industrial systems for essential oil extraction and standardization of other medicinal and aromatic plants.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Spearmint Essential Oil
  • Carvone
  • Limonene
  • Standardization
  • Batch Fractional Distillation

مراجع

 

[1]        Lawrence, B. M., "Mint: The genus Mentha", CRC press, London, p. 598, (2006).
[2]        Peter, V. C., "Handbook of herbs and spices", Vol. 3, Elsevier Science, New York, p. 568, (2006).
[3]        Ansari, K., Goodarznia, I., "Optimization of supercritical carbon dioxide extraction of essential oil from spearmint (Mentha spicata L.) leaves by using Taguchi methodology", The Journal of Supercritical Fluids, 67, pp. 123-130, (2012).
[4]        Caballero, B., Trugo, L. C., Finglas, P. M., "Encyclopedia of food sciences and nutrition", CRC press, London, p. 6601, (2003).
[5]        Sun, S., Lü, L., Yang, A., Shen, W., "Extractive Distillation: Advances in conceptual design, solvent selection, and separation strategies", Chinese Journal of Chemical Engineering, 27: pp. 1247-1256, (2019).
[6]        Mahboubi, M., "Mentha spicata L. essential oil, phytochemistry and its effectiveness in flatulence", Journal of Traditional and Complementary Medicine, 11, pp. 75-81, (2018).
[7]        Chrysargyris, A., Xylia, P., Botsaris, G., Tzortzakis, N., "Antioxidant and antibacterial activities, mineral and essential oil composition of spearmint (Mentha spicata L.) affected by the potassium levels", Industrial Crops and Products, 103, pp. 202-212, (2017).
[8]        Mokhtarikhah, G., Ebadi, M. T., Ayyari, M., "Qualitative changes of spearmint essential oil as affected by drying methods", Industrial Crops and Products, 153, p. 112492, (2020).
[9]        Scheffer, J. J. C., "The isolation of essential oils-factors influencing the oil composition", International Symposium on Medicinal and Aromatic Plants, Tiberias on the Sea of Galilee, Israel, 344, pp. 2-8, (1993).
[10]      Benyoussef, E. H., Yahiaoui, N., Khelfaoui, A., Aid, F., "Water distillation kinetic study of spearmint essential oil and of its major components", Flavour and Fragrance Journal, 20, pp. 30-33, (2005).
[11]      Katiyar, R., "Modeling and simulation of Mentha arvensis L. essential oil extraction by water-steam distillation process", International Research Journal of Engineering and Technology, 4, pp. 2793-2798, (2017).
[12]      Salha, G. B., Díaz, R. H., Labidi, J., Abderrabba, M., "Deterpenation of Origanum majorana L. essential oil by reduced pressure steam distillation", Industrial Crops and Products, 109, pp. 116-122, (2017).
[13]      Zhang, L. G., Zhang, C., Ni, L. J., Yang, Y. J., Wang C. M., "Rectification extraction of Chinese herbs’ volatile oils and comparison with conventional steam distillation", Separation and Purification Technology, 77, pp. 261-268, (2011).
[14]      Farah, A., Afifi, A., Fechtal, M., Chhen, A., Satrani, B., Talbi, M., Chaouch, A., "Fractional distillation effect on the chemical composition of moroccan myrtle (Myrtus communis L.) essential oils", Flavour and Fragrance Journal, 21, pp. 351-354, (2006).
[15]      Asadi, S., "Simulation of the multicomponent distillation of spearmint essential oil by a predictive soave-redlich-kwong equation of state and comparison with experiments", Chemical Industry and Chemical Engineering Quarterly, 20, pp. 417-423, (2014).
[16]      Cassel, E., Vargas, R. M. F., Martinez, N., Lorenzo, D., Dellacassa, E., "Steam distillation modeling for essential oil extraction process", Industrial Crops and Products, 29, pp. 171-176, (2009).
[17]      Mecklenburgh, J. C., "Process plant layout", Goodwin press, New York, p. 625, (1985).
مهندسی شیمی ایران
دوره 22، شماره 127 - شماره پیاپی 127
خرداد و تیر 1402
صفحه 55-64

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار