این مطالعه تخصصی به پژوهش در زمینه بهینه سازی استخراج همزمان و موازی امواج فراصوت و مایکروویو با آرایش متعامد برای بازیابی عصاره پالایش یافته پلی فنول Oleuropein از ماتریکس برگ Olea europaea اختصاص یافت. با توجه به ساختار حساس و مستعد اکسیداسیون Oleuropein و دیگر ترکیبات فنولی، چالش اصلی فرایند استخراج در این تحقیق حفظ پایداری مولکولی و افزایش بازده استخراج بدون تخریب حرارتی و فازی این لیگنان ها بود. با استفاده از روش های مهندسی پیشرفته، دستگاه استخراج با قابلیت اعمال امواج فراصوت در فرکانس های بالا و تابش الکترومغناطیسی مایکروویو در زوایای قائمه طراحی و ساخته شد که امکان کنترل دقیق پارامترهای انرژی، دما و شدت امواج را فراهم می آورد.
نمونه برگ خشک و آسیاب شده به ابعاد میکرونی جهت فراهم ساختن سطح تماس بهینه، با حلالی سبز ترکیبی از اتانول 70 درصد و آب مقطر به نسبت وزنی 30 به 70 تحت استخراج قرار گرفت. پارامترهای سیستم شامل شدت امواج فراصوت در بازه 200 تا 600 وات، توان مایکروویو 100 تا 400 وات، زمان استخراج 5 تا 30 دقیقه، دمای فرآیند محدود به کمتر از 50 درجه سانتیگراد و نسبت حلال به نمونه متغیر، سیستماتیک و با رعایت اصول طراحی آزمایش (DOE) تحلیل شد.
برای مدل سازی مکانیسم چندفازی انتقال جرم و حرارت، معادلات غیرخطی ناویر-استوکس همراه با مدل نفوذ داخلی در ماتریکس زیستی به کار رفت که به شکل هم افزای اثرات تابش مایکروویو و انرژی فراصوت را در کاهش مقاومت سطحی، تغییر ضخامت فیلم مایع و شدت جریان نفوذ مولکولی به دقت شبیه سازی کرد. ارزیابی کمی عصاره به کمک کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC-DAD) و طیف سنج UV-Vis با دقت انحراف معیار کمتر از 2 درصد نشان دهنده بهبود بیش از 92 درصدی بازده استخراج Oleuropein در شرایط بهینه بود.
نتایج این پژوهش، نشان دهنده تسلیم ترکیبی انرژی مکانیکی و حرارتی با موقعیت دهی دقیق قطب ها و کنترل پارامترهای عملیاتی بود که ضمن بهینه سازی انتقال جرم موجب افزایش کارایی استخراج و کاهش مدت زمان عملیات گردید، بدون آنکه تخریب ترکیبات حساس اتفاق بیفتد. این فناوری منجر به تولید عصاره ای با بالاترین سطح فعالیت آنتی اکسیدانی و ثبات ساختاری شد که قابلیت کاربردی گسترده در صنایع دارویی، غذایی و آرایشی را دارد.
چالش های این فرآیند شامل اطمینان از توزیع یکنواخت میدان های امواج، فاقد نقاط داغ حرارتی، و پیچیدگی های دینامیکی انتقال حرارت و جرم در ماتریکس غیر همگن بود که توسط مدل سازی چندفازی و بازخورد تجربی برطرف شد. این مطالعه چارچوبی علمی و مهندسی برای توسعه فرآیندهای استخراج سبز، پایدار و مهندسی شده فراهم نموده که قابلیت تعمیم صنعتی در مقیاس های متنوع را دارد. آینده پژوهش می تواند معطوف به بهبود روش های پایش آنلاین فرآیند، ارزیابی اثرات زیست محیطی و بهبود فناوری های هم افزای استخراج همزمان چند ترکیب زیستی باشد.