バイオの強化 - 保定市必需品グループ

Scientific Reports volume 13、記事番号: 4606 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

エネルギー不足と従来のエネルギー問題は、安価で環境に優しい再生可能エネルギー源を見つける主な理由であるため、バイオディーゼル生産はこの問題の最も有望な解決策の 1 つです。また、エジプトヒマシは、他の一般的に使用される油料作物と比較して、油生産にとって最も重要な作物の1つです。この研究の主な目的は、前処理としてマイクロ波と超音波を使用することにより、エジプトヒマの種子からのバイオオイルの生産を強化することです。それを達成するために、抽出スクリュー速度 (20、40、60 rpm) と温度 (100、150、200、250 °C) が油抽出収量と品質、抽出エネルギー要件と抽出時間に及ぼす影響が研究されました。また、3 つの出力レベル (低、中、高) および異なる時間 (1、2、3 分) でのマイクロ波の前処理条件と、異なる温度 (40、60、および 80 °C) での前処理条件の超音波の影響も示します。ヒマ種子からの油抽出収量、抽出エネルギー、抽出時間、および抽出された油の品質について、スクリュープレスの最適条件で抽出する前にヒマ種子に対して 3 回 (15、30、および 45 分) の時間をかけて測定しました。結果は,スクリュープレスによる油抽出の最適条件は抽出温度200°Cおよびスクリュー速度60rpmであることを示した。抽出油収率、抽出エネルギー必要量、抽出時間はそれぞれ 35.59%、18.68 分、1.86 分であることがわかりました。マイクロ波前処理は、超音波前処理と比較して油の収量と抽出に必要なエネルギーの点で優れており、マイクロ波前処理は超音波前処理と比較して高い油の収量と低いエネルギー要件を記録しました。油収率は、文献では 13.29 ～ 39.83% であったのに対し、32.67 ～ 37.41% の範囲でした。抽出に必要な時間は、マイクロ波前処理の場合は 1.77 ～ 2.00 分、超音波前処理の場合は 1.79 ～ 2.21 分の範囲でした。前処理により抽出油の特性が向上しました。

産業のエネルギー消費量は建物のエネルギー消費量よりも少なくなっています。エネルギー消費において、輸送は建物と輸送に次いで 3 番目のレベルにあります。農業、漁業、林業活動は低レベルのエネルギー消費です。 2019 年中のこれらすべての活動によるエネルギー消費量は 9.1 ギガトンに増加しました1。

人口、都市化、世界的なモビリティの増加により、輸送のための燃料消費量は失われた 10 年間で 2 倍に増加しました。この部門は総エネルギー需要の約 28% を消費しました。乗客の移動と物品は、輸送で消費される総エネルギーの約 70% を消費しました。輸送に使用されるエネルギーの約 95% に石油ベースの燃料が使用されているため、環境とエネルギー安全保障は深刻な影響を受けています。

エネルギー不足は非常に深刻な問題です。 2022 年のエジプトのエネルギー収支は、最終エネルギー消費のうち工業部門が最大 (34.2%) を消費し、次いで運輸部門 (24.2%)、住宅建築物 (18.8%)、農業および鉱業 (4.7%) が続き、全体の 81.9% を占めています。総消費量3. 今日、意識の問題を伴う燃料価格危機は、世界中のエネルギー使用構造に最も影響を与える要因となっています。研究者らは再生可能エネルギーの開発に多大な努力を払ってきた。再生可能エネルギーは、エジプトだけでなく全世界の将来にとって重要な要素です4。したがって、代替エネルギー資源としてバイオディーゼルを使用すると、汚染物質と潜在的な発がん物質が減少します。光生成には有機炭素が使用されるため、排出量が低くなります。また、大気中の二酸化炭素レベルを増加させません5,6。

大豆、トウモロコシ、パーム、ヒマシ油などの植物は、触媒されたアルコールとの反応によってバイオディーゼルを生成するために使用されます。これらの油は食用油であっても非食用油であってもよい。バイオディーゼルに非食用油を使用することは、食糧不足の問題を解決するためにより良いことです。バイオディーゼルの価格は原油の価格 (75%) によって決まります。低価格の原材料を使用すると、バイオディーゼルの価格が下がります。エジプトでは、ヒマシ油の価格はジャトロファ油よりも安い7。ヒマシから得られる石油価格の差は、エジプトのジャトロファよりも小さい (15%)。

トウゴマ (Ricinus Communis) は、長さ 3 ～ 5 m まで成長する多年生低木で、世界中の熱帯および亜熱帯地域で見られます。インドは世界第 1 位で、平均生産量はヒマシ種子約 106 トン、ヒマシ油 3.5 ～ 5.0 × 105 トンです 8,9。ヒマシは非常に重要な作物であり、その種子はバイオディーゼルの原料として石油生産に使用されます。水分の必要性が低い限界地帯で栽培されています。害虫に強く、乾燥にも強いです。ヒマ種子には 40 ～ 55% の油が含まれており、これは大豆 (15 ～ 20%)、ヒマワリ (25 ～ 35%)、菜種 (38 ～ 46%)、ヤシ (30 ～ 60%) などの他の一般的に使用される作物と比較して非常に多く含まれています。 %)。リシノール酸含有量が高いのが特徴で、食品用途ではなく工業用途に適しています。ヒマの種子の生産コストはジャトロファ、大豆、菜種の生産コストよりも低いため、ヒマシはバイオディーゼルの持続可能な供給源と考えられています5、7、10。

油は、機械的、化学的、酵素的方法などのいくつかの方法で抽出されます。バイオディーゼル抽出には有機溶媒を使用することが最良の方法と考えられていますが、プロセス中に揮発性有機化合物が放出されるため、環境に影響を与えます。実用的な観点から見ると、安全でサンプルが採取でき、コストも低いため、機械的抽出が最良の方法です6。エンジン駆動の生ピストンを使用した場合の 60 ～ 65% と比較して、エンジン駆動のスクリューピストンを使用すると、より多くのオイルを抽出できます (68 ～ 80%)。フライなどの作物の前処理により、ダブルパス後の油収率は 89 ～ 91% まで増加しました 6,11。

油抽出のマイクロ波前処理は、従来の方法と比較して、より少ないエネルギー消費、より安全な時間、より低い溶媒レベルで油の収量と品質を向上させます12。電子レンジ前処理油は、酸性価、過酸化物価、油組成など、従来の抽出油と同様の特性を持っています13。マイクロ波放射により、加熱につながるフラクションが発生します。脂肪は比熱が低いため、この放射線に対して脆弱になり、種子に永久的な細孔が形成され、その結果、収量が増加し、品質が向上します。従来の方法に代わるマイクロ波前処理により、より高速な処理、より低いエネルギー消費、より短い曝露時間14を実現します。

油の抽出に超音波前処理を適用すると、油の抽出効率、抽出された油の品質、抽出されたフェノール化合物の含有量が改善される可能性があります15。従来の油抽出方法を使用すると、油収量が低く、抽出効率が低く、エネルギー消費量が多く、抽出された油の品質が低くなるため、種子の前処理を使用してエネルギー消費を改善し、最終的には油の品質を向上させることがこの研究の主なアイデアです。オイルの品質。マイクロ波および超音波前処理は、種子の油抽出で最も一般的に使用される前処理です。

主な実験はエジプトのギザにある国立研究センターで行われた。 2021年夏シーズン中。

エジプトヒマの種子は、シナイ県のイボタノキ農場から入手されました。ヒマの種子はベンハ大学の規定の許可に基づいて使用されています。植物材料は地域および国の規制に準拠しています。脂質分析を行って、種子中の油の割合を示しました。バイオオイルは、前処理なしでスクリュープレスによってエジプトヒマシ種子から抽出され、ヒマシ種子からのバイオオイルの生産を高めるために、マイクロ波および超音波前処理を使用して前処理が行われました。図1の模式図は、スクリュープレスによるヒマ種子からの油抽出のシーケンスを示しています。

エジプト産ヒマ種子からのスクリュープレスによる油抽出の模式図。

油の抽出は、国立研究センターで特別に設計された実験室規模の機械式スクリュープレスを使用して行われ、その仕様は、その部分の説明に記載されています16。スクリュープレスとその写真を図2に示します。

スクリュープレスの写真。

スクリュープレスは、研究で成功し、抽出に効率的であることが証明されているため、油の抽出に使用されました。ヒマ種子は、50 ～ 100 °C の温度、40、80、120 rpm の速度でプレスされるため、ヒマ種子の性質と特性に合わせて温度を上げ、パラメーターと条件を選択しました。したがって、実験は 40、60、80 rpm の 3 つの速度、100、150、200、250 °C の抽出温度で階乗配置で実行され、実験では 3 つの反復が行われました。油収量とケーキの重量を測定した。各処理ごとにエネルギー計器で電力とエネルギー消費量を測定し、各処理のプレスに要した時間も記録しました。

図 3 に示すように、出力 700 W、容量 20 L のマイクロ波を使用しました。CARIA はベンハ大学が所有しており、この作業はこの大学の規則に従って行われます。治療法は14に従って選択されました。ヒマの種子を電子レンジで加熱し、加熱の前後でサンプルの重量を測定して水分の損失を測定しました。サンプルをマイクロ波で低、中、高の 3 つの出力レベルで 1、2、3 分間加熱し、その後サンプルをスクリュープレスで決定した最適パラメータでマイクロ波で加熱した直後にスクリュープレスでプレスしました。。電子レンジでの加熱に必要なエネルギーと各サンプルの電力をエネルギー計器で測定し、油とケーキの両方を秤量しました。

電子レンジ機。

図 4 に示す超音波装置（型式：UD50Sh-2.5LQ、超音波出力：50W、総消費電力：160W、電源：AC220V、50Hz）を使用した。Eumax はベンハ大学が所有しており、本研究では本学の規定に基づいて行われます。 3 つの異なる暴露時間 (15、30、および 45 分) と温度 (40、60、および 80 °C) が使用されました。水分損失を測定するために加熱する前後でサンプルの重量を測定し、スクリュープレスで決定された最適パラメータでサンプルをスクリュープレスに移しました。実験のために 3 つの複製を作成しました。各サンプルの超音波加熱の消費エネルギーと電力を測定し、オイルとケーキの重量を測定しました。

超音波洗浄機。

ガスクロマトグラフィー (GC) テストは、油サンプル中の脂肪酸組成を測定するために使用される技術で、沸点に基づいて混合物を分離できます 17。脂肪酸組成は、18 による修正方法に従って、脂肪鎖を脂肪酸メチルエステル (FAME) にメチル基交換することによって決定されました。０．２ｇの油サンプルを６ｍＬのメタノール性水酸化ナトリウム溶液と混合した。混合物を１０分間還流し、その後、ＨＣｌ（３０ｍＬ）およびメタノール２０ｍＬを加え、さらに１０分間還流し、次いでヘキサン１０ｍＬを加え、さらに２分間還流し、その後放冷する。最後に、蒸留水（１０ｍＬ）を加え、分離トンネルに注いだ。上層を収集し、塩化カルシウムで乾燥させます。 FAME は、HP 6890 plus ガスクロマトグラフィー (Hewlett Packard、米国)、キャピラリーカラム Supelco™ SP-2380 (60 m × 0.25 mm × 0.20 μm)、(Sigma-Aldrich、米国)、検出器 (FID) を使用して分離されました。インジェクターと検出器の温度は 250 °C でした。カラム温度は 140 °C (5 分間保持) で、4 °C/分の速度で 240 °C まで上昇し、240 °C で 10 分間保持しました。キャリアガスは流量 1.2 mL min-1 のヘリウムでした。サンプル量は 1µL (n-ヘキサン中) で、スプリットインジェクターを介して 100:20 の分割比で注入されました。 FAME は、相対保持時間および絶対保持時間を FAME の本物の標準 (Supelco™ 37 コンポーネント FAME ミックス) と比較することによって同定されました。脂肪酸組成は、総ピーク面積の相対パーセンテージとして報告されました18。

油のケン化価、酸価および分子量は、19に従って決定されました。油の酸価は、油のジエチルエーテル溶液を水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムのアルコール溶液で滴定することによって決定した。オイル1gあたりは、オイルを中和するために使用されるKOHの量で表されます。

図 5 は、ヒマ種子からの油収量に対する抽出スクリュー速度 (20、40、および 60 rpm) と温度 (100、150、200、および 250 °C) の影響を示しています。結果は、スクリュー速度が増加し、温度が低下すると、油収量が減少することを示しています。スクリュー速度が変化すると、油収率が 37.66 から 30.13 (19.99%)、38.13 から 31.88 (16.39%)、39.24 から 35.59 (9.30%)、および 40.85 から 30.37 (25.65%) % 減少したことがわかります。 100、150、200、250 °C では、それぞれ 20 rpm から 60 rpm に増加しました。この結果は、250 °C の抽出温度で油抽出収率の減少の最高値 (25.65%) が見られたことも示しています。これは、温度が高くなるとセルからオイルが出やすくなるためと考えられます17。

抽出スクリューの速度と温度が油抽出収量に及ぼす影響。

また、高温によりセルから油が蒸発し、油収率の低下につながります。これらの結果は、抽出油収率の最低値と抽出温度の最高値を求めた 16 によって得られた結果と一致しました。結果は、スクリュープレスによる最大油生産量が約 40.84% であることを示しています。これは、エンジン速度 20 rpm、予熱温度 250℃で得られた種子中の油の割合 48.96% と比較して、種子中の油の質量分率 83.41% に相当します。 ℃。これらの結果は 1 で得られた結果と一致しました。ただし、これらの抽出条件では、より高いエネルギーが必要となり、多くの時間が消費されます。油の最大収率 (40.85%) は、250 °C の範囲の温度、20 rpm の速度で得られました。

図 6 は、ヒマ種子からの油抽出エネルギー消費に対する抽出スクリュー速度 (20、40、および 60 rpm) と温度 (100、150、200、および 250 °C) の影響を示しています。結果は、スクリュー速度が増加し、温度が低下すると、抽出エネルギー消費が減少することを示しています。抽出エネルギー消費量は、スクリューを使用した場合、38.67 から 14.00 (63.80%)、42.00 から 17.00 (59.52%)、50.33 から 18.67 (62.90%)、および 66.00 から 35.00 (46.97%) Wh に減少したことがわかります。 100、150、200、250 °C ではそれぞれ速度が 20 rpm から 60 rpm に増加しました。この結果はまた、抽出エネルギー消費量の最高値 (66.00 Wh) は抽出温度 250 °C、スクリュー速度 20 rpm で見つかったのに対し、抽出エネルギー消費量の最低値 (14.00 Wh) は 100 °C 抽出で見つかったことも示しています。温度とスクリュー速度 60 rpm。これらの結果は 20 によって得られた結果と一致しました。

抽出エネルギーに対する抽出スクリューの速度と温度の影響。

図 7 は、ヒマシ種子からの油抽出時間に対する抽出スクリュー速度 (20、40、および 60 rpm) と温度 (100、150、200、および 250 °C) の影響を示しています。結果は、スクリュー速度が増加し、温度が低下すると、抽出時間が減少することを示しています。スクリュー速度が変化すると、抽出時間が 5.00 分から 1.59 分 (68.20%)、5.25 から 1.70 分 (67.62%)、5.76 から 1.86 分 (67.71%)、6.45 から 2.68 分 (58.45%) 減少したことがわかります。 100、150、200、250 °C ではそれぞれ 20 rpm から 60 rpm に増加しました。この結果はまた、抽出時間の最高値 (6.45 分) は抽出温度 250 °C、スクリュー速度 20 rpm で見つかった一方で、抽出時間の最低値 (1.59 分) は抽出温度 100 °C で見つかったことも示しています。スクリュー速度は 60 rpm。これらの結果は、21 によって得られた結果と一致しました。

抽出時間に対する抽出スクリューの速度と温度の影響。

結果は,抽出されたキャスター種子のためのスクリュープレスの最適条件は,抽出温度200°Cおよびスクリュー速度60rpmであることを示した。抽出油収率、抽出エネルギー、抽出時間はそれぞれ35.59%、18.68分、1.86分であることがわかりました。

図 8a は、ヒマ種子からの油抽出収量に対するマイクロ波出力レベル (低、中、高) と動作時間 (1、2、3 分) の影響を示しています。結果は、油抽出収量は、低および中マイクロ波出力レベルでは動作時間が増加すると増加し、高マイクロ波出力レベルでは動作時間が増加すると減少することを示しています。運転時間が 1 分から 3 分に増加すると、低および中マイクロ波出力レベルでそれぞれ油抽出収率が 30.24 から 35.43 %、35.54 から 39.36% に増加したことがわかります。一方、マイクロ波出力レベルが高い場合、動作時間が 1 分から 3 分に増加すると、それぞれ 38.05 % から 36.06% に減少しました。これは、マイクロ波の出力レベルが高いとセルから油分の水分が蒸発し、油の収量が減少するためです。結果はまた、未処理と比較して、3 分間の操作時間および中程度のマイクロ波出力レベルで油抽出収率の最高値 (39.36%) が見出され、同じ条件 (抽出温度 200 °C) で油抽出収率が 35.59% であったことも示しています。スクリュー速度は 60 rpm）。

(a) 油抽出収量に対するマイクロ波条件の影響。 (b) 油抽出収量に対する超音波条件の影響。

図 8b は、ヒマシ種子からの油抽出収量に対する超音波温度 (40、60、および 80 °C) と操作時間 (15、30、および 45 分) の影響を示しています。結果は、油抽出収率値が、40、60、および80°Cの超音波温度で、15、30、および45分の操作時間で、それぞれ36.26、35.54および34.95、36.46、35.71および36.93、37.03、36.50および37.71%であったことを示しています。この結果は、未処理と比較して、操作時間 15 分、超音波温度 80 °C で油抽出収率の最高値 (37.03%) が得られたことも示しています。

この結果はまた、マイクロ波前処理を使用したヒマ種子からの油抽出収量は、中および高出力レベルおよび中高温温度では超音波前処理よりも高かったが、マイクロ波前処理を使用したヒマ種子からの油抽出収量は超音波前処理よりも低かったことも示しています。低出力レベルおよび低温向けの超音波前処理のもの。油抽出収率の値は、低、中、高のマイクロ波出力レベルではそれぞれ 32.67、37.59、および 37.41% でしたが、40、60、および 80 °C の超音波温度ではそれぞれ 35.59、36.37、および 37.08% であったことがわかります。。また、マイクロ波前処理を使用したヒマ種子からの油抽出収量は、中程度および長時間の運転時間では超音波前処理よりも高かったが、マイクロ波前処理を使用したヒマ種子からの抽出油の収量は超音波前処理よりも低かった。短い稼働時間のために。油抽出収率の値は、1、2、3 分のマイクロ波操作時間ではそれぞれ 34.61、36.10、36.95% でしたが、15、30、45 分の超音波操作時間では 36.59、35.92、36.53% であったことがわかります。それぞれ。一般に、ヒマシ種子からの油収率は、文献では 13.29 ～ 39.83% であったのに対し、32.67 ～ 37.41% の範囲でした 22。

図 9a は、ヒマ種子からの抽出エネルギー消費に対するマイクロ波出力 (低、中、高) と動作時間 (1、2、3 分) の影響を示しています。結果は、マイクロ波出力レベルと動作時間が増加するにつれて、抽出エネルギー消費が減少することを示しています。動作時間が 1 分から 3 分に増加すると、抽出エネルギー消費量は、低、中、高のマイクロ波電力レベルでそれぞれ 21.0 Wh から 19.0 Wh、20.0 Wh から 18.0 Wh、19.0 Wh から 16.5 Wh に減少したことがわかります。一方、マイクロ波によって消費されるエネルギーは、マイクロ波の出力レベルと動作時間が増加するにつれて増加します。動作時間が 1 分から 3 分に増加すると、マイクロ波によって消費されるエネルギーは、低、中、高のマイクロ波出力レベルでそれぞれ 4.33 Wh から 10.67 Wh、14.00 Wh から 40.00 Wh、17.67 Wh から 51.67 Wh に増加したことがわかります。この結果は、抽出エネルギーの最高値 (21.0 Wh) が 1 分間の動作時間と低いマイクロ波出力レベルで見つかったことも示しています。一方、抽出エネルギーの最低値 (16.5 WH h) は、3 分間の動作時間と高いマイクロ波出力レベルで見つかりました。

(a) 油抽出エネルギーに対するマイクロ波条件の影響。 (b) 抽出エネルギーに対する超音波条件の影響。

図 9b は、ヒマ種子からの抽出エネルギー消費に対する超音波温度 (40、60、および 80 °C) および操作時間 (15、30、および 45 分) の影響を示しています。結果は、超音波温度と動作時間が増加するにつれて、抽出エネルギー消費量が増加することを示しています。動作時間が 40、60、および 80 °C の超音波温度でそれぞれ 15 分から 45 分に増加すると、抽出エネルギー消費量が 18.0 から 20.0、19.0 から 21.0、および 20.0 から 22.0 Wh h に増加したことがわかります。一方、超音波によって消費されるエネルギーは、超音波の温度と動作時間が増加するにつれて増加します。超音波温度が 40、60、80 °C の場合、動作時間が 15 分から 45 分に増加すると、超音波によって消費されるエネルギーがそれぞれ 11.00 から 34.95、12.40 から 36.33、16.33 から 38.00 Wh h に増加したことがわかります。この結果は、抽出エネルギー消費量の最高値 (38.0 W h) が 45 分の操作時間および 80 °C の超音波温度で見つかったことも示しています。一方、抽出エネルギー消費量の最低値 (18.0 Wh) は、15 分間の動作時間と 40 °C の超音波温度で見つかりました。

この結果はまた、マイクロ波前処理を使用したヒマ種子からの抽出エネルギー消費量が超音波前処理よりも低いことも示しています。ヒマ種子からの抽出エネルギー消費量は、低、中、高のマイクロ波出力レベルではそれぞれ 20.0、19.0、および 17.5 Wh であったが、40、60、および 80 °C の超音波では 19.17、20.17、および 21.00 Wh であったことがわかります。それぞれ温度。また、マイクロ波前処理によるヒマ種子からの抽出エネルギー消費量は、中・高運転時間では超音波前処理よりも高かったが、低運転時間ではマイクロ波前処理による抽出エネルギーは超音波前処理よりも低かった。抽出エネルギー消費量は、1、2、3 分のマイクロ波動作時間ではそれぞれ 20.0、19.0、17.33 Wh でしたが、15、30、45 分の超音波動作時間では 19.0、20.3、21.0 Wh でした。、それぞれ。

図 10a は、ヒマ種子からの抽出時間に対するマイクロ波出力レベル (低、中、高) と動作時間 (1、2、3 分) の影響を示しています。結果は、マイクロ波出力レベルと動作時間が増加すると、抽出時間が減少することを示しています。操作時間が 1 分から 3 分に増加すると、抽出時間は低、中、高のマイクロ波出力レベルでそれぞれ 2.00 から 1.88、1.95 から 18.82、1.92 から 1.77 分に減少することがわかりました。この結果は、抽出時間の最高値 (2.0 分) が 1 分の操作時間と低いマイクロ波出力レベルで見つかったことも示しています。一方、抽出時間の最低値 (1.77 分) は、3 分の操作時間と高いマイクロ波出力レベルで見つかりました。

(a) 油抽出時間に対するマイクロ波条件の影響。 (b) 油抽出時間に対する超音波条件の影響。

図 10b は、ヒマ種子からの抽出時間に対する超音波温度 (40、60、および 80 °C) および操作時間 (15、30、および 45 分) の影響を示しています。結果は、超音波温度と操作時間が増加するにつれて抽出時間が増加することを示しています。超音波温度が 40、60、80 °C の場合、操作時間が 15 分から 45 分に増加すると、抽出時間がそれぞれ 1.79 分から 1.93 分、1.92 から 2.11 分、2.00 から 2.21 分に増加したことがわかります。この結果は、抽出時間の最高値 (2.21 分) が操作時間 45 分、超音波温度 80 °C であることも示しています。一方、抽出時間の最低値 (1.79 分) は、15 分の操作時間と 40 °C の超音波温度で見つかりました。

表 1 は、ヒマ種子の前処理 (マイクロ波および超音波) がガスクロマトグラフィー分析に及ぼす影響を、同じ条件 (200 °C 抽出温度および 60 rpm スクリュー速度) での前処理なしと比較した結果を示しています。結果は、ヒマ種子の前処理にマイクロ波を使用すると、ヒマ種子の超音波前処理および前処理なしの場合よりも油収量特性の含有量が向上したことを示しています。一方、ヒマ種子の前処理に超音波を使用すると、前処理を行わないヒマ種子のマイクロ波前処理よりも油の特性の品質が向上しました。パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノレン酸およびαリノレン酸は、1.26、1.76および0.77、1.35、2.61および1.09、4.47、5.12および3.43、5.41、6.53および4.17および0.62、0.54および未処理、マイクロ波前処理、超音波前処理ではそれぞれ0.49%。これらの結果は、ヒマシ油にはステアリン酸 (1%)、リノール酸 (4.2%)、リノレン酸 (0.3%)、ジヒドロキシステアリン酸 (0.7%)、オレイン酸（3.0％）、パルミチン酸（1％）、エイコサン酸（0.3％）17．

結果はまた、リシノール酸が、未処理、マイクロ波前処理、超音波前処理でそれぞれ 86.99、83.44、および 90.05% であったことも示しています。これらの結果は、リシノール酸がヒマシ油の主要成分であり、ヒマシ油中の脂肪酸含有量の約 90% がリシノール酸から形成されるトリグリセリドであると言及した 6 によって得られた結果と一致しました。それは不飽和オメガ-9脂肪酸およびヒドロキシ酸です。

結果は、酸価が無処理、マイクロ波前処理および超音波前処理でそれぞれ 1.56、2.11、および 1.13% であったことを示しています。酸価は、油の品質の重要な指標の 1 つです26。 Omari ら 27 は、ヒマシ油の酸価が高いのは、トリグリセリドを遊離脂肪酸に加水分解するリパーゼ酵素に影響を与えた種子抽出の遅延による可能性があると示唆しました 25。

ケン化価の値は、無処理、マイクロ波前処理、超音波前処理でそれぞれ 179.9、178.7、182.4 でした。これらの結果は、7,25 によって得られた結果と一致しました。また、酸価や遊離脂肪酸の割合が低く、ケン化価の高い酸などの油の物理化学的性質は、ヒマシ油が油の品質に優れていることを示しています。

オイルの分子量 (MW) は、未処理、マイクロ波前処理、超音波前処理でそれぞれ 943.70、953.06、928.45 でした。原料はアルコールと触媒を含む化学反応によりバイオディーゼルに変換されます。反応物質の量の決定はヒマシ油の分子量に基づいて計算されるため、作物油の分子量の仕様はバイオディーゼル生産プロセスにとって重要です28。結果は、油の分子量 (MW) の最低値と最高値は、超音波前処理、前処理なし、次にマイクロ波前処理であることを示しています。

この実験は、ヒマ種子からの油抽出収量、抽出エネルギー、抽出時間に対する抽出スクリュー速度 (20、40、60 rpm) と温度 (100、150、200、250 °C) の影響を研究するために実施されました。また、前処理条件の影響を調べます。マイクロ波 (低、中、高出力レベル、操作時間は 1、2、3 分)、超音波温度 (40、60、80 °C)、操作時間 (15、30、45 分)スクリュープレスの最適条件 (抽出温度 200 °C、スクリュー速度 60 rpm) で抽出する前のヒマ種子について、ヒマ種子からの油抽出収量、抽出エネルギー、抽出時間、および抽出による油生産の成分についての結果を示します。得られた結果は次のように要約できます。

最適抽出油収量,抽出エネルギーおよび抽出時間は,それぞれ35.59%,18.68Whおよび1.86分であり,抽出温度200°Cおよびスクリュー速度60rpmで見出された。

油抽出収率の値は、低、中、高のマイクロ波出力レベルではそれぞれ 32.67、37.59、および 37.41% でしたが、超音波温度 40、60、および 80 °C ではそれぞれ 35.59、36.37、および 37.08% でした。

抽出エネルギー消費量は、マイクロ波動作時間 1、2、3 分ではそれぞれ 20.0、19.0、17.33 Wh でしたが、超音波動作時間 15、30、45 分ではそれぞれ 19.0、20.3、21.0 Wh でした。

抽出時間の最高値 (2.34 分) は、操作時間 45 分、超音波温度 80 °C で見つかりました。一方、抽出時間の最低値 (1.77 分) は、3 分の操作時間と高いマイクロ波出力レベルで見つかりました。

前処理により抽出油の特性が向上しました。しかし、マイクロ波前処理を使用すると、超音波前処理や未処理よりも油の特性を向上させる効果がありました。しかし、マイクロ波前処理を使用すると、超音波前処理よりも優れた効果が得られました。

現在の研究中に使用および/または分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

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彼の研究は、ベンハ大学科学研究開発支援センターによって全面的に後援されています。

科学技術イノベーション資金庁 (STDF) がエジプト知識銀行 (EKB) と協力して提供するオープンアクセス資金。この研究は、エジプトのベンハ大学科学研究センターの支援と開発によって支援されました。

ベンハ大学農学部農業生物システム工学部、私書箱 13736、モシュトホル、トゥーク、カルビア、エジプト

エルサイード G. カーター、ソハ A. アブドアッラー、アデル H. バナサウィ

国立研究センター、工学研究部門、機械工学部、ギザ、エジプト

ハッサン・M・アブ・ハシシ

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ESK、AB、SAA、および HAH: 調査、リソース、執筆 - 原案の準備、執筆 - レビューおよび編集。

エル・サイード・G・カーターへの通信。

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転載と許可

Khater、ES.G.、Abd Allah、SA、Bahnasawy、AH 他マイクロ波と超音波を使用してエジプトヒマの種子から抽出されるバイオオイルの収量を向上させます。 Sci Rep 13、4606 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-31794-3

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受信日: 2022 年 11 月 25 日

受理日: 2023 年 3 月 17 日

公開日: 2023 年 3 月 21 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-31794-3

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