مطالعات سینتیکی و ایزوترم استخراج کروسین زعفران با استفاده از نانوکامپوزیت 3بعدی اکسیدگرافن اصلاح شده با کیتوزان

سابقه و هدف: استخراج و خالص‌سازی ترکیب مسئول رنگ زعفران، کروسین، یکی از چالش‌های اصلی در زمینه فرآوری آن می‌باشد. ترکیبات گرافنی به واسطه خصوصیات بی نظیرشان در مرکز توجه محققان در رشته‌های مختلف قرار گرفته‌اند. اکسیدگرافن (go) بواسطه ویژگی‌هایی همچون ساختار مسطح، مساحت سطحی بالا، تنوع گروه‌های عملکردی اکسیژن‌دار در سطح و سهولت و ارزان بودن تولید آن از گرافیت یک جاذب عالی برای جداسازی ترکیبات از محیط می‌باشد لذا در این پژوهش، استخراج و خالص‌سازی کروسین زعفران با استفاده از نانوساختار 3بعدی go اصلاح شده با بیوپلیمر کیتوزان مورد ارزیابی قرار گرفت.مواد و روش‌ها: سنتز اکسیدگرافن با روش هامرز بهبودیافته انجام شده و سپس با کیتوزان اصلاح گردید. نانوساختار 3بعدی با روش خشک کردن انجمادی تولید گردید. آزمایشات برای تعیین شرایط بهینه فرآیند با کروسین خالص انجام شد. مقدار 15میلی‌لیتر از محلول کروسین با غلظت‌های مختلف (25، 50، 100 و200 میلی‌گرم بر لیتر) با 15میلی گرم از نانوساختار مخلوط شده و در شرایط کنترل شده دما (298، 308 و 318 کلوین)، سرعت همزدن (rpm 100، 200 و 300) و ph (5، 7 و 10) قرار داده ‌شد. در بازه‌های زمانی مشخص، جذب محلول کروسین در طول موج 440 نانومتر اندازه‌گیری ‌شد. مطالعات سینتیکی، ایزوترم و ترمودینامیک جذب کروسین انجام شد. به منظور بررسی توانایی نانوساختار در خالص‌سازی کروسین، از عصاره زعفران استفاده شد. برای حذف ترکیبات مزاحم، کلاله خشک زعفران طی دو مرحله تیمار شده و سپس عصاره‌گیری با استفاده از آب مقطر انجام شد. عصاره حاصل از واشویش نانوساختار به دستگاه hplc تزریق شد. یافته ها: بهترین شرایط محیط برای جداسازی کروسین به صورت سرعت همزدن rpm=300، دمای k 318، غلظت mg/l 100 و ph طبیعی محلول کروسین بود. جذب کروسین از مدل شبه مرتبه دوم و ایزوترم فروندلیچ پیروی کرده و واکنش ازنوع جذب فیزیکی گرماگیر بود. نتایج hplc نشان داد خلوص کروسین جداسازی شده بالا بوده و بسیار نزدیک به نمونه استاندارد می باشد.نتیجه گیری: آزمون‌های دستگاهی شکل‌گیری نانوساختار را تائید کردند. تاثیر متغیرهای فرآیند شامل ph، دما، سرعت همزدن و غلظت عصاره کروسین بر راندمان فرآیند جداسازی ارزیابی شده و بهترین شرایط فرآیند مشخص گردید. فرآیند جذب کروسین روی نانوساختار از مدل شبه مرتبه دوم پیروی کرده و جذب از نوع فیزیکی بود. نتایج این تحقیق نشان داد نانوساختار سنتزشده می‌تواند به خوبی در فرآیند خالص سازی ترکیبات ارزشمند بکار برده شود.

Kinetic and isotherm studies of saffron crocin Extraction using 3D graphene oxidechitosan nanocomposite

Kinetic and isotherm studies of saffron crocin Extraction using 3D graphene oxidechitosan nanocompositeBackground and objectives: saffron as the most expensive spice in the world contains compounds called crocins that grant it unique properties. Extraction and purification of this glycosidic compound is one of the major challenges in saffron processing. Graphene oxide (GO) is an excellent adsorbent due to its properties such as flat structure, high surface area, variety of oxygenated functional groups on the surface and the ease and cheapness of its production from graphite. Therefore, in this study, the extraction and purification of saffron crocins were evaluated using 3D nanostructure of GO modified with chitosan biopolymer.Materials and methods: Graphene oxide synthesis was conducted through improved Hummers method followed by modification with chitosan. 15 ml of crocin solution with different concentration (25, 50, 100 and 200 mg/ml) was mixed with 15mg of nanostructure and under controlled conditions (temperature, pH and stiring rate). In certain intervals (0200 min), the amount of crocin in solution was determined through reading its absorption at 440 nm. Kinetics (pseudo first and second order models) and isotherms (Langmuir, Freundlich and DubininRadushkevich isotherms) studies of process was investigated. The efficiency of nanostructure in crocin purification was assessed by HPLC at three wavelength of 250, 310 and 440 nm. In order to assess the ability of nanostructure in separation and purification of crocin, saffron extract was used. In order to remove picrocrocin and safranal, dried stigma of saffron was treated in two stages and then extraction was performed using distilled water. The nanostructure was washed with methanol and the extract injected to HPLC.Results: The best process conditions for crocin isolation were stirring speed = 300 rpm, temperature of 318 K, concentration of 100 mg/l and normal pH of saffron extract. Crocin adsorption was a physiosorption process and followed the pseudosecondorder model and the Freundlich isotherm. HPLC results showed that the purity of the isolated crocin was high and very close to the standard sample.Conclusion: Instrumental analysis confirmed the formation of graphene oxide/chitosan nanostructures. The effect of process variables including pH, temperature, stirring speed and crocin solution concentration on the separation process efficiency was determined. The adsorption process of crocin on the nanostructures followed a pseudosecondorder model and the adsorption was physical. The results of this study showed that synthesized nanostructures can be well used in the purification process of valuable compounds.Keywords: Saffron, crocin, purification, graphene oxide/chitosan nanostructure, isotherm.