Packing and entrainer effects on supercritical carbon dioxide fractionation of origanum oil

Abstract

VI ÖZET Bu çalışmada, kekik yağının içerdiği, kullanım açısından değerli olmayan ve önemli bir karakteristik özellik taşımayan, ayrıca stabil olmayan monoterpenlerin kritik üstü karbon dioksit ortamında ayrıştırılması ile kekik yağının kalitesinin arttırılması amacıyla, sistem basıncının, kule sıcaklığının, 1.5 mm Dixon dolgu maddesinin, ve etil alkol yardımcı çözücüsünün bu ayrıştırma üzerindeki etkileri incelenmiştir. Yapılan deneylerde 15 gr kekik yağı kullanılmış ve karbon dioksit akış hızı 1.0 gr/dak olarak ayarlanmıştır. Ayrıştırıcı kulenin üst ürününden 15., 25., 35. ve 45. dakikalarda örnekler toplanmıştır. Özütleme ünitesinde ve ayrıştırma kulesindeki sıcaklıklar 38 ve 55° C olarak ve yer değiştirilerek kullanılmıştır. 110 atmosfer basınçta yapılan bir deney dışında, tüm deneyler 70 ve 85 atmosferde yapılmıştır. Deney sonuçları, kullanılmış olan kekik yağının ağırlıkça yüzde 86.4'ünü oluşturan 14 ana bileşene göre değerlendirilmiştir. Sistem basıncının, kule sıcaklığının, dolgu maddesinin, ve etil alkol yardımcı çözücüsünün kekik yağının ayrıştırılması üzerindeki etkileri göreceli dağılım değerlerine göre tartışılmıştır Dört farklı zamanda etil alkol çözücüsü içermeyen dolgu maddeli kuleden alınan numunelerin GC/MS analizleri, örnek toplayıcılanndaki ayrıştırılmış yağın alan yüzdesi, yüzde 48-89 arasında monoterpen ve yüzde 52-11 arasında monoterpen olmayan kısımlar içerip monoterpence zenginleştiği gözlemlenmiştir. Bununla beraber, özütleme ünitesindeki kalan yağ analiz edildiğinde ise, yağın alan yüzdesi, yüzde 15-24 arasında monoterpen, ve yüzde 85-76 arasında monoterpen olmayan kısımlar içeridigi ve yüksek moleküler ağırlığa sahip monoterpen olmayan kısım açısından zenginleştiği gözlemlenmiştir. Böylece, başlangıçta yüzde 36.4 monoterpen ve yüzde 63.6 monoterpen olmayan kısımlar içeren yağın kalitesinin arttığı görülmüştür. Genel olarak, bütün şartlar için en iyi ayrıştırmalar ilk 25 dakika içinde elde edilmiştir. 25. dakikadan sonra, ayrıştırma kötüleşmeye başlamıştır. Dolgu maddesi kullanımı ile kekik yağı ilk 15 dakika içinde ayrıştırılabilmiştir. Bu yüzden, dolgu maddeli kulede aynı düzeyde ayrıştırma boş kuleye göre 10 dakika erken sağlanmıştır. Düzeneğe yüklenen yağa yüzde 1.25, 2.5, 5 olarakvıı eklenen etil alkol yardımcı çözücüsü ayrıştırmada belirgin bir iyileştirme sağlamamıştır. Sonuç olarak, kekik ve diğer uçucu yağların kritik üstü karbon dioksit ayrıştırılmasında yararlanılabilir uygulama şartlan önerilmiştir.

IV ABSTRACT The aim of this research was to improve the quality of origanum oil (Origanum Munituflorum) by separating the non-monoterpene (NMT) part, which is the pharmaceutically most valuable part of the oil, from the monoterpene (MT) part which includes chemically unstable components with almost no valuable characteristics. To carry out this aim, Supercritical Carbon Dioxide (SC-CO2) fractionation was used. The effects of system pressure, column temperature zones, packing (1.5 mm Dixon packing), and entrainer (ethanol) on SC-CO2 fractionation of origanum oil were studied. In all experiments, the amount of the oil charged was 15 g, the CO2 flowrate was 1.0 g/min, and MT and NMT fractions of the oil were obtained at four different fractionation-time cuts, i.e., 15, 25, 35 and 45 min. The temperatures of the extraction vessel and the fractionation column were kept at 38 and 55°C respectively, and vice versa. Except for a single run at 1 10 atm, experiments were performed at 70 and 85 atms. Experimental results were evaluated in terms of 14 major components making up 86.4 per cent by weight of origanum oil used. The effects of system pressure, column temperature profile, packing, and entrainer on separation were discussed in terms of the relative-distribution values. GC/MS analyses on the samples obtained in the packed column without ethanol in four different time cuts showed that the composition of the resulting fractionated product was rich in MT components (the area percentages of MT group and NMT group are between 48-89 and 52-11, respectively). However, the oil remaining in the extraction vessel was rich in high-molecular weight NMT components (the percentages of MT group and NMT group are between 15-24 and 85-76, respectively). Thus, the quality of origanum oil is improved as compared to the oil charged which contains 36.44 percent MT group and 63.56 percent NMT group. Generally, better separations were obtained at the first two time cuts in all conditions, separation then deteriorates with time. Enhancement of separation with packing is observed at the first time cut, so the same degree of separation can be obtained ten minutes earlier in the packed column than in the empty column. However, nosignificant ethanol entrainer effect (1.25, 2.5 and 5 per cent ethanol in the charge) was noticed on the separation. Finally, favorable operating conditions for SC-CO2 fractionation Origanum Munitutflorum, or similar essential oils are suggested.