การสกัดน้ำมันและไขมันจากเมล็ดพืชด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง
น้ำมันจากถั่วและไขมัน: องค์ประกอบและความสำคัญ
ถั่วอุดมไปด้วยกรดไขมันไม่อิ่มตัวและลิปิดที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพซึ่งมีความสำคัญทางโภชนาการ เภสัชกรรม และอุตสาหกรรม โปรไฟล์ของลิปิดแตกต่างกันไปตามสายพันธุ์ แต่โดยทั่วไปประกอบด้วยไตรกลีเซอไรด์ กรดไขมันอิสระ ฟอสโฟลิปิด และส่วนประกอบรองเช่น ฟีโตสเตอรอลและโทโคฟีรอล (สารประกอบวิตามินอี)กรดไขมันที่พบทั่วไปในน้ำมันถั่ว ได้แก่ กรดโอเลอิก (C18:1), กรดไลโนเลอิก (C18:2), กรดปาล์มิติก (C16:0) และกรดอัลฟา-ไลโนเลนิก (C18:3)
น้ำมันและไขมันที่ได้จากถั่วใช้สำหรับ:
- น้ำมันพืชสกัดเย็นที่มีเสถียรภาพทางออกซิเดชันสูงและมีคุณค่าทางโภชนาการ
- สารช่วยในการผลิตยาและตัวพาสำหรับสารออกฤทธิ์ที่ชอบไขมัน
- สูตรเครื่องสำอางเนื่องจากคุณสมบัติในการให้ความชุ่มชื้น, สารต้านอนุมูลอิสระ, และปรับสภาพผิว
- อาหารเสริมที่อุดมไปด้วยกรดไขมันจำเป็นและสเตอรอลจากพืช
การสกัดที่มีประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญในการรักษาสารประกอบที่ไวต่อความร้อนเหล่านี้ โดยเฉพาะในเมทริกซ์ที่ทนต่อความร้อนได้น้อย เช่น อัลมอนด์ เฮเซลนัท วอลนัท และแมคคาเดเมีย
หลักการของการสกัดด้วยตัวทำละลายด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง
การสกัดน้ำมันและลิพิดอาศัยการแพร่กระจายของตัวทำละลายและการทำลายเมทริกซ์ วิธีการดั้งเดิม เช่น การสกัดแบบ Soxhlet หรือการกดเชิงกล ต้องใช้เวลานานและพลังงานมาก การใช้คลื่นเสียงความถี่สูง (อัลตราโซนิก) นำข้อได้เปรียบเชิงกลโดยใช้ปรากฏการณ์คาวิเตชันเชิงอะคูสติก เมื่อคลื่นเสียงความถี่สูงผ่านตัวทำละลาย จะเกิดฟองอากาศขนาดเล็กมากที่ขยายตัวและยุบตัวอย่างรวดเร็ว กระบวนการนี้ก่อให้เกิดแรงเฉือนที่รุนแรง ไมโครเจ็ต และความดันสูงในบริเวณเฉพาะ
ในบริบทของการสกัดน้ำมันจากถั่ว การเกิดโพรงอากาศจะเปิดผนังเซลล์ของพืช ทำให้ไขมันภายในเซลล์หลุดออกมาในตัวทำละลายโดยรอบ ผลลัพธ์คือการสกัดที่เร็วขึ้น ผลผลิตที่สูงขึ้น และการรักษาไขมันไม่อิ่มตัวได้ดีกว่าเมื่อเทียบกับวิธีการใช้ความร้อน นอกจากนี้ การเกิดโพรงอากาศไม่เพียงแต่สามารถละลายสารที่ละลายได้เท่านั้น แต่ยังกระจายสารที่ไม่ละลายได้อีกด้วย
การสกัดน้ำมันและไขมันจากถั่วด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง
การตั้งค่าการทดลอง
สำหรับการสาธิตนี้ ได้ใช้เครื่องประมวลผลอัลตราโซนิก Hielscher UIP1000hdT ภายใต้เงื่อนไขดังต่อไปนี้:
- กำลังอัลตราโซนิก: 1000 วัตต์
- แอมพลิจูด: 100% (เทียบเท่ากับ 35µm จากยอดถึงยอดที่ Cascatrode)
- โซโนโทรด: 40 มม. แคสคาโทรด (CS4d40L2)
- ตัวทำละลาย: เอทานอล 70% (ปริมาตรต่อปริมาตร) 500 มิลลิลิตร
- ตัวอย่าง: ถั่วเปลือกแข็งผสมบด 200 กรัม
- ภาชนะปฏิกิริยา: บีกเกอร์แก้วบอโรซิลิเกต 800 มิลลิลิตร
- เงื่อนไข: ภาชนะเปิด, ความดันบรรยากาศ, อุณหภูมิบรรยากาศ
UIP1000hdT ถูกใช้งานในโหมดแบตช์ เอทานอลถูกเลือกใช้เนื่องจากมีพิษต่ำ มีคุณสมบัติเป็นสารละลายแอมฟิฟิลิก และเหมาะสำหรับการใช้งานในอาหารและยา ระหว่างการโซนิเคชัน สารละลายกลายเป็นสีขาวขุ่นภายในไม่กี่วินาทีเนื่องจากการกระจายตัวของไขมันและน้ำมันที่ถูกสกัดออกมา
การตั้งค่าการสกัดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงโดยใช้เครื่องโซนิเคเตอร์ UIP1000hdT กำลัง 1000 วัตต์
การกรองด้วยสูญญากาศ
หลังจากการโซนิคแล้ว ส่วนผสมจะประกอบด้วยสารสกัดเหลวและของแข็งตกค้าง การแยกของแข็งออกจากของเหลวจะดำเนินการโดยใช้กรวยบุชเนอร์และกระดาษกรองหรือแผ่นกรองเมมเบรนภายใต้สภาวะสุญญากาศ
การกรองภายใต้ความดันที่ลดลงเป็นที่นิยมเพื่อหลีกเลี่ยงการสัมผัสกับอากาศและแสงเป็นเวลานาน ซึ่งอาจส่งเสริมการเกิดออกซิเดชันของไขมันไม่อิ่มตัว ตรวจสอบให้แน่ใจว่า:
- อนุภาคของนัตมีขนาดเล็กเพียงพอแต่ไม่ละเอียดเกินไปที่จะทำให้เกิดการอุดตัน
- กรวยถูกปิดผนึกอย่างถูกต้องกับขวดเพื่อรักษาความสมบูรณ์ของสุญญากาศ
- การกรองดำเนินการอย่างรวดเร็วเพื่อลดการระเหยของเอทานอล
สารละลายที่ได้จากการกรองเป็นสารละลายเอทานอลที่มีไขมันสูง ปราศจากของแข็งแขวนลอย และพร้อมสำหรับการกู้คืนตัวทำละลาย
กรวยบุชเนอร์ การกรองแบบสุญญากาศหลังการสกัดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง
สเปกโทรสโกปี UV-Vis ของสารสกัด
ก่อนการกำจัดตัวทำละลาย การวิเคราะห์ด้วยสเปกโทรสโกปี UV-Visible (UV-Vis) ให้ภาพรวมเชิงวิเคราะห์ที่มีข้อมูลของสารสกัดเอทานอล วิธีนี้เผยให้เห็นการมีอยู่ของโครโมฟอร์ธรรมชาติที่สกัดจากถั่ว รวมถึงกรดไขมันไม่อิ่มตัวหลายตำแหน่ง โทโคฟีรอล อนุพันธ์ฟีนอล และชีวโมเลกุลที่ละลายในไขมันอื่นๆการสแกนดำเนินการในช่วงระหว่าง 200 นาโนเมตรถึง 400 นาโนเมตร ซึ่งเป็นช่วงที่มีความเกี่ยวข้องมากที่สุดกับการเปลี่ยนสถานะ π→π* และ n→π* ของระบบคอนจูเกตและฟังก์ชันอะโรมาติก
ใช้คิวเวตต์ควอตซ์ขนาด 1 ซม. ที่เติมสารสกัดเจือจางในเอทานอล 70% บันทึกสเปกตรัมการดูดกลืนแสงโดยใช้เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ UV-Vis มาตรฐาน สารสกัดมักมีสีเหลืองอ่อนถึงสีเหลืองอำพัน และอาจแสดงพีคการดูดกลืนแสงหลายพีคในช่วงอัลตราไวโอเลต ขึ้นอยู่กับชนิดของถั่วและเงื่อนไขการสกัด
UV-Visible (UV-Vis): การสกัดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงเปรียบเทียบกับการสกัดแบบดั้งเดิม
โปรไฟล์ UV-Vis นี้สามารถทำซ้ำได้และมีลักษณะเฉพาะสำหรับการสกัดด้วยเอทานอลจากถั่ว แม้ว่าจะไม่ได้ระบุสารประกอบเฉพาะ แต่รูปแบบและความเข้มของยอดสามารถใช้ในการตรวจสอบความสม่ำเสมอของการสกัด ประเมินประสิทธิภาพของตัวทำละลาย และคัดกรองการมีอยู่ของโมเลกุลเป้าหมาย การวิเคราะห์องค์ประกอบเพิ่มเติมสามารถทำได้โดยการ HPLC พร้อมการตรวจจับด้วยไดโอดอาร์เรย์ (HPLC-DAD) หรือ GC-MS หลังจากการกำจัดเอทานอล
การระเหยแบบหมุนเพื่อการกำจัดตัวทำละลาย
ขั้นตอนสุดท้ายเกี่ยวข้องกับการระเหยเอทานอลเพื่อแยกน้ำมันสกัดจากถั่วเข้มข้น การระเหยแบบหมุนเวียนเป็นวิธีที่เหมาะสมที่สุดสำหรับวัตถุประสงค์นี้ เนื่องจากสามารถกำจัดตัวทำละลายที่ระเหยง่ายภายใต้ความดันที่ลดลงและอุณหภูมิที่อ่อนโยน จึงช่วยปกป้องสารประกอบที่ไวต่อความร้อน
เครื่องระเหยแบบหมุน Büchi
พารามิเตอร์การระเหย
ในกระบวนการนี้:
- เครื่องระเหยแบบหมุนทำงานที่อุณหภูมิของอ่าง 60°C (140°F)
- ระดับสุญญากาศถูกตั้งค่าไว้ที่ 700 มิลลิบาร์ ต่ำกว่าบรรยากาศรอบข้าง ซึ่งเทียบเท่ากับ 313 มิลลิบาร์สัมบูรณ์
- ตัวอย่างถูกหมุนที่ประมาณ 100 รอบต่อนาที ในขวดก้นกลมขนาด 1 ลิตร
- คอยล์ทำความเย็นถูกควบคุมให้อยู่ที่ 5-10°C (41-50°F) เพื่อควบแน่นไอของเอทานอล
การตั้งค่านี้ช่วยให้เอทานอล (จุดเดือดลดลงเหลือ ~60°C ที่ 313mbar) สามารถระเหยได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ทำให้สารสกัดร้อนเกินไป ขวดรับจะเก็บเอทานอลที่กลั่นแล้ว ซึ่งสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ สามารถใส่ลูกบอลโพลีโพรพิลีนลอยน้ำเพื่อเป็นฉนวนให้กับอ่างน้ำและลดการสูญเสียน้ำในระหว่างการทดลองเป็นเวลานาน
เมื่อใกล้สิ้นสุดการระเหย น้ำมันอาจเริ่มติดกับกระจก การหยุดกระบวนการก่อนที่น้ำมันจะแห้งสนิทเล็กน้อยสามารถรักษาความลื่นไหลและป้องกันการร้อนเกินไปได้ ขั้นตอนการทำให้แห้งขั้นสุดท้ายอาจทำภายใต้ไนโตรเจนหรือในเตาอบสุญญากาศ
วิธีการสกัดที่รวดเร็ว สามารถปรับขนาดได้ และทำซ้ำได้
การสกัดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงด้วยเครื่อง Hielscher UIP1000hdT เป็นวิธีการที่รวดเร็ว สามารถปรับขนาดได้ และทำซ้ำได้สำหรับการแยกน้ำมันและไขมันจากถั่ว เมื่อใช้ร่วมกับเทคนิคการกรองที่เหมาะสมและการระเหยแบบหมุนวน วิธีนี้จะให้สารสกัดน้ำมันถั่วคุณภาพสูงซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานในด้านโภชนาการ ยา หรือเครื่องสำอาง
การสกัดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงในแบบกวนต่อเนื่อง
กรุณาติดต่อเราโดยตรงเพื่อใช้การสกัดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง. เราจะยินดีช่วยเหลือคุณในการปรับแต่งแต่ละขั้นตอนตามชนิดของวัสดุ, ระบบตัวทำละลาย, และการนำไปใช้ในขั้นตอนต่อไป.