7Biorefinery of Schisandra chinensis Vine Waste: An Integrated Green Process Coupling Deep Eutectic Solvent Extraction with Electrodialysis for Lignan Recovery
تؤسس هذه الدراسة لعملية مصفاة حيوية متكاملة ومستدامة تجمع بين المعالجة المسبقة بالمياه، والاستخلاص بالمذيبات العميقة ذات المذيبات اليوتكتيكية بمساعدة الموجات فوق الصوتية، والتحليل الكهربائي لاستعادة اللغنانات عالية القيمة من نفايات كرمة "شيساندرا تشينينسيس" بكفاءة مع تحسين ملحوظ في العوائد مقارنة بالطرق التقليدية.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
في عالم الطب والتغذية القائمة على النباتات، يبرز تحدٍ شائع يتمثل في كيفية استخراج المركبات القيمة من المواد النباتية الصلبة دون استخدام مواد كيميائية قاسية أو إهدار الطاقة. فالنباتات مبنية من ألياف متينة تحفظ مكوناتها المفيدة بإحكام، تماماً كما يحفظ الصندوق الآمن محتوياته. ولإخراج تلك المكونات، يلجأ العلماء غالباً إلى المذيبات، وهي سوائل مصم-مة لإذابة مواد معينة. تعتمد الطرق التقليدية في كثير من الأحيان على الماء أو الكحول، ولكن هذه المواد قد تكون غير فعالة لبعض المركبات النباتية الزيتية أو قد تترك بقايا غير آمنة للغذاء والدواء. ومؤخراً، ظهرت فئة جديدة من السوائل تسمى "المذيبات العميقة سهلة التكوين" (deep eutectic solvents) كبديل أكثر رفقاً بالبيئة. وهذه المذيبات هي مزيج من مواد شائعة وآمنة تذوب معاً لتشكل سائلاً قادراً على إذابة المواد الصعبة، مما يوفر وسيلة لاستخراج الموارد القيمة مع تجنب النفايات السامة.
لقد طبق الباحثون في جامعة جياموسي في الصين هذا المفهوم على مشكلة زراعية محددة: وهي المخلفات المتبقية بعد حصاد ثمار نبات "الشيشادرا تشينينسيس" (Schisandra chinensis). هذا النبات، المعروف بتوتاته المستخدمة في الأغذية الصحية والطب التقليدي، ينتج سيقاناً وكرومًا تُلقى عادةً. وهذه السيقان المهملة غنية في الواقع بـ "الليغنانات"، وهي مجموعة من المركبات الطبيعية المعروفة بقدرتها على تهدئة الجهاز العصبي، وحماية الكبد، ومكافحة الإجهاد التأكسدي. كان الهدف من الدراسة هو ابتكار عملية نظيفة وفعالة لسحب هذه الليغنانات القيمة من السيقان المهملة، واستعادة سائل الاستخلاص لإعادة استخدامه، وضمان أن يكون المنتج النهائي نقياً بما يكفي للتطبيقات عالية القيمة.
بدأ الفريق باختبار نوع معين من المذيبات الخضراء المصنوعة من "الجلايسين"، وهو حمض أميني موجود في البروتينات، و"حمض اللاكتيك"، وهو مادة حافظة غذائية شائعة. قاموا بخلط هذين المكونين من الدرجة الغذائية بنسبة محددة لإنشاء سائل يمكنه إذابة الليغنانات الزيتية المحاصرة داخل سيقان الكروم الصلبة بفعالية. ولجعل العملية أكثر فعالية، استحدثوا استراتيجية من خطوتين؛ أولاً، عالجوا سيقان الكروم المجففة والمطحونة بالماء العادي. عملت عملية النقع الأولية بالماء كعامل انتفاخ لطيف، حيث عملت على تليين الجدران الخلوية للنبات وغسل الفضلات القابلة للذوبان في الماء مثل السكريات والبروتينات التي قد تعيق الخطوة التالية. وبمجرد معالجة المادة مسبقاً وتجفيفها، طبقوا خليط الجلايسين وحمض اللاكتيك باستخدام الموجات فوق الصوتية للمساعدة في اختراق السائل لأعماق الألياف النباتية.
أظهرت النتائج أن هذا النهج المشترك كان متفوقاً بمراحل على الطرق القياسية. فعندما قارن الباحثون طريقتهم المكونة من خطوتين (الماء والمذيب) مقابل استخدام الكحول فقط أو الماء فقط، كان الفرق صارخاً. فقد أنتجت الطريقة الجديدة كمية من المركبات المستهدفة تزيد بمقدار 2.5 مرة عن استخراج الكحول القياسي، وبمقدار 1.6 مرة عن استخدام المذيب وحده. كان التحضير المسبق بالماء هو المفتاح؛ فمن خلال إرخاء البنية النباتية أولاً، سمح ذلك للمذيب المتخصص بالوصول إلى الليغنانات بسهولة أكبر. ومن خلال الاختبار الدقيق لمختلف المتغيرات، حدد الفريق أن أفضل الظروف تضمنت نقع المادة النباتية لمدة 40 دقيقة عند درجة حرارة 40 درجة مئوية، مع نسبة محددة من مسحوق النبات إلى السائل. وتحت هذه الظروف، نجحوا في استخراج كميات كبيرة من خمسة أنواع مختلفة من الليغنانات، بما في ذلك "الشيشادرول أ" و"الشيشادرين ب".
ومع ذلك، فإن استخراج المركبات ليس سوى نصف المعركة. فإذا كان المنتج النهائي يحتوي على المذيب، فلا يمكن استخدامه في الغذاء أو الدواء. احتاج الباحثون إلى طريقة لإزالة الجلايسين وحمض اللاكتيك دون فقدان الليغنانات القيمة أو خلق نفايات جديدة. فاستعانوا بتقنية تسمى "الترشيح الكهربائي" (electrodialysis)، والتي تستخدم الكهرباء لتحريك الجسيمات المشحونة عبر أغشية خاصة. في هذا الإعداد، وُضع السائل الذي يحتوي على الليغنانات المستخلصة والمذيب في غرفة مركزية. وعند تطبيق تيار كهربائي، انتقلت المكونات المشحونة للمذيب — أي الجلايسين وحمض اللاكتيك — خارج المركز إلى غرف جانبية منفصلة، تاركة وراءها جزيئات الليغنان المتعادلة. نجحت هذه العملية في استعادة أكثر من 92 بالمائة من الجلايسين وما يقرب من 87 بالمائة من حمض اللاكتيك. والأهم من ذلك، ظلت الليغنانات في مكانها في الغرفة المركزية، مما نتج عنه مستخلص نقي.
أكدت الدراسة أن المذيب المستعاد يمكن خلطه مجدداً واستخدامه بنفس الفعالية تقريباً كالدفعات الجديدة، مما يثبت أن العملية يمكن أن تعمل في حلقة مغلقة دون توليد نفايات مستمرة. وتم اختبار المستخلص النهائي، الذي أصبح الآن خالياً من المذيب وغنياً بالليغنانات، لقدرته على تحييد الجذور الحرة الضارة، وهو مقياس رئيسي لقوة مضادات الأكسدة. وأظهر المستخلص نشاطاً قوياً، مما يؤكد أن العملية الخضيفة واللطيفة قد حافظت على القيمة البيولوجية للمركبات. ومن خلال تحويل النفايات الزراعية إلى مصدر لمنتجات طبيعية عالية القيمة، يقدم هذا النهج المتكامل نموذجاً مستداماً لمعالجة الكتلة الحيوية في المستقبل، موضحاً كيف يمكن لما كان يعتبر سابقاً "قمامة" أن يتحول إلى مورد من خلال الكيمياء الذكية والنظيفة.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.