مدلسازی و تعیین شرایط بهینه تولید میکروکریستال سلولزاز باگاس با استفاده از روش سطح پاسخ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه تهران

2 دانشیار، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران

چکیده

یکی از ویژگی‌های مهم میکروکریستال سلولز درجه پلیمرازیسیون است که طبق استانداردهای بین‌المللی باید مساوی یا کمتر از 350 باشد. در این پژوهش با استفاده از روش سطح پاسخ، درصد اسید، زمان و دمای واکنش به عنوان ورودی و متغیرهای اصلی تاثیر گذار بر روی درجه پلیمرازیسیون تعریف شده است. گستره مقدار اسید نسبت به ماده خشک بین 3 تا 7 درصد، دما بین 100 تا 140 درجه سانتی‌گراد و زمان بین 120 تا 150 دقیقه قرار گرفت. بعد از انجام محاسبات آماری و استخراج یک مدل ریاضی غیر خطی با ضریب تعیین 9/0، هدف این تحقیق دسترسی به عدد بهینه ۳۵۰ برای درجه پلیمرازیسیون در نظر گرفته شد. پس از انجام فرآیند بهینه‌سازی، مقادیر اسید، دما و زمان در نقطه بهینه درجه پلیمرازیسیون به ترتیب 3.34، 127 و 116 به دست آمد. برای اعتبارسنجی مدل و اعداد شرایط بهینه، ۳ آزمایش و هیدرولیز دیگر با مقادیر موردنظر جهت بهینه‌سازی صورت گرفت و سپس میانگین خواص فیزیکی- مکانیکی و حرارتی میکروکریستال سلولز تولیدشده با نمونه وارداتی مقایسه شد. درجه پلیمرازیسیون نمونه تولید شده با شرایط بهینه، 348 اندازه گیری شد که بالاتر از نمونه وارادتی بوده و نتایج سایر خواص فیزیکی و مکانیکی به جز خاکستر مطابق با استاندارد مواد دارویی آمریکا به دست آمد. نقطه شروع تخریب میکروکریستال سلولز تولید شده 212 درجه سانتی‌گراد و نمونه وارداتی 226 درجه سانتی‌گراد به دست آمد.

کلیدواژه‌ها


[1] Vanhatalo, K. M., and Dahl, O. P., 2014. Effect of mild acid hydrolysis parameters on properties of microcrystalline cellulose. BioResources, 9(3), 4729-4740.
[2] Battista, O.A., 1971. Microcrystalline cellulose. In Bikales, N.M. and Segal, L. (Eds), Cellulose and Cellulose Derivatives, Wiley, New York, Vol. V, pp. 1265-1276.
[3] Hosseinzadeh, J., and Abdolkhani, A., 2021. Evaluation of properties of microcrystalline cellulose produced from bagasse fibers using hydrochloric acid. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 12(3), 441-452.
[4] Akhabue, C. E., and Osubor, N. T., 2017. Optimization of extraction of microcrystalline cellulose from orange peel waste using response surface methodology. Ife Journal of Science, 19(2), 227-235.
[5] Abdolmaleki, H., Jafari, A., Mousazadeh, H., and Hajiahmad, A., 2018. Prediction of Lateral Force in An Off-Road Tire as A Function of Seven Variables Using Response Surface Methodology (RSM). Agricultural Engineering International: CIGR Journal, 20(2), 138-143.
[6] SCAN-test standards. Viscosity in cupri-ethylenediamin (CED) solution, SCAN-CM 15:88, Scandinavian Pulp, Paper and Board testing committee, Stockholm, 1998.
[7] TAPPI. Ash in wood, pulp, paper and paperboard: combustion at 525° C, T-211 om-02, TAPPI test methods, 2002.
[8] Pharmacopeia, U. S. "USP 38–NF 33." The United States Pharmacopeia-The National Formulary, The United States Pharmacopeial Convention, Rockville, MD, 2015.
[9] Ahuja, S., 2011. Overview of modern pharmaceutical analysis. In Separation science and technology (Vol. 10, pp. 1-9). Academic Press.
[10] Håkansson, H., and Ahlgren, P., 2005. Acid hydrolysis of some industrial pulps: effect of hydrolysis conditions and raw material. Cellulose, 12(2), 177-183.
[11] Battista, O. A., 1950. Hydrolysis and crystallization of cellulose. Industrial & Engineering Chemistry, 42(3), 502-507.
[12] Doelker, E., Mordier, D., Iten, H., and Humbert-Droz, P., 1987. Comparative tableting properties of sixteen microcrystalline celluloses. Drug Development and Industrial Pharmacy, 13:1847-1875.
[13] Sun, C. C., 2008. Mechanism of moisture induced variations in true density and compaction properties of microcrystalline cellulose. International journal of pharmaceutics, 346(1-2), 93-101.
[14] Nokhadachi, A., 2005. An overview of the effect of moisture on compaction and compression. Pharm. Technol., 2005, 46-66.
[15] Amidon, G. E., and Houghton, M. E., 1995. The effect of moisture on the mechanical and powder flow properties of microcrystalline cellulose. Pharmaceutical research, 12(6), 923-929.
[16] Pesonen, T., and Paronen, P., 1990. The effect of partice and power proterties on the mechnical properties of directly compressed cellulose tablets. Drug Development and Industrial Pharmacy, 16(1), 31-54.
[17] Whiteman, M., and Yarwood, R. J., 1988. Variations in the properties of microcrystalline cellulose from different sources. Powder Technology, 54(1), 71-74.
[18] Herting, M. G., and Kleinebudde, P., 2007. Roll compaction/dry granulation: Effect of raw material particle size on granule and tablet properties. International journal of pharmaceutics, 338(1-2), 110-118.
[19] Kushner, IV, J., 2013. Utilizing quantitative certificate of analysis data to assess the amount of excipient lot-to-lot variability sampled during drug product development. Pharmaceutical Development and Technology, 18(2), 333-342.
[20] Patel, S., Kaushal, A. M., and Bansal, A. K., 2006. Compression physics in the formulation development of tablets. Critical Reviews™ in Therapeutic Drug Carrier Systems, 23(1).
[21] Landin, M., Martínez-Pacheco, R., Gómez-Amoza, J. L., Souto, C., Concheiro, A., and Rowe, R. C., 1993. Influence of microcrystalline cellulose source and batch variation on the tabletting behaviour and stability of prednisone formulations. International journal of pharmaceutics, 91(2-3), 143-149.
[22] Williams, R. O., Sriwongjanya, M., and Barron, M. K., 1997. Compaction properties of microcrystalline cellulose using tableting indices. Drug development and industrial pharmacy, 23(7), 695-704.
[23] Dybowski, U., 1997. Does polymerisation degree matter? Manufacturing Chemist, 68(12), 19-20.
[24] Tarchoun, A. F., Trache, D., Klapötke, T. M., Derradji, M., & Bessa, W., 2019. Ecofriendly isolation and characterization of microcrystalline cellulose from giant reed using various acidic media. Cellulose, 26(13), 7635-7651.
[25] Trache, D., Donnot, A., Khimeche, K., Benelmir, R., & Brosse, N., 2014. Physico-chemical properties and thermal stability of microcrystalline cellulose isolated from Alfa fibres. Carbohydrate polymers, 104, 223-230.