Modeling the Extraction Yield of Anthole from Fennel Essential Oil through Response Surface Methodology and Artificial Neural Network

Mohammadi, Mohammad; Bahmanyar, Hossein; Azizpour, Hedayat; Moradi, Hojatollah

Modeling the Extraction Yield of Anthole from Fennel Essential Oil through Response Surface Methodology and Artificial Neural Network

Document Type : Research Article

Authors

School of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, University of Tehran, Tehran. I.R. IRAN

Abstract

In this study, experimental findings related to the efficiency of a solid-liquid extraction were modeled through Response Surface Methodology (RSM) and Artificial Neural Network (ANN). Anethole is the main active pharmaceutical ingredient in the essential oil of fennel seeds, and it was extracted in contact with 70% ethanol as a solvent in a new modified Rotating Disc Contactor (RDC) column. The extraction yield of Anethole was considered as a response factor on which the impact of three variables was investigated, including fennel particle size, rotor speed, and solvent-to-solid ratio. The experiments were conducted with finely chopped fennel particles in sizes of 1.7, 1, and 0.3 mm, the rotor speed of 90, 135, and 180 rpm, and solvent-to-solid ratios of 10, 15, and 20. The obtained yields were modeled through RSM and were also simulated with the ANN method. The result of GC-MS and GC analyzers as well as simulation findings showed that by decreasing the size of fennel seeds, increasing the solvent-to-solid ratio, and rotor speed, the yield of the extraction process was enhanced. In addition, the correlation coefficient for the RSM and ANN were 0.9604 and 0.9955, respectively; which proves a high accuracy of ANN modeling in comparison with RSM.

Keywords

Main Subjects

Mass Transfer, Separation Processes

References

[1] محمدی م.، بهمنیار ح.، عزیزپور ه.، "استخراج اسانس و مواد مؤثره دارویی موجود در دانه‌های گیاه رازیانه با حلال در ستون تماس‌‌دهنده با دیسک مشبک گردان (RSDC)"، شانزدهمین کنگره ملی مهندسی شیمی ایران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران (۱۳۹۷).

[2] خلیقی سیگارودی ف.، جاروندی .، تقی زاده م.، "کاربردهای درمانی گیاهان دارویی"، انتشارات ارجمند، چاپ دوم، (1392).

[3] خواجه‌نوری م.، حقیقی اصل ع.، "بررسی پارامترهای مؤثر در استخراج ترانس-آنتول از دانه‌های انیسون"، فصل‌نامه علوم و فناوری‌های غذایی، (1)1: 3 تا 12 (1392).

[4] شمس اردکانی م.ر.، حاجی آخوندی ع.، جمشیدی ا.ح.، عبدی خ.، "مطالعه روغن فرار کشت بافت رازیانه و مقایسه آن با گیاه کامل"، فصل‌نامه گیاهان دارویی، (11)3: 68 تا 72 (1383).

[5] شاه حسینی ر.، دولتی م.، عزیزی ع.، سفیدکن ف.، "تأثیر مرحله برداشت میوه بر مقدار و ترکیب اصلی در اسانس رازیانه بومی همدان" فناوری تولیدات گیاهی. (2)4: 1 تا 9 (1391).

[6] فنایی ح.ر.، سارانی م.، کوهکن ش.ع.، "بررسی ترکیب‌های شیمیایی اسانس گیاه رازیانه در شرایط منطقه سیستان"، همایش ملی گیاهان دارویی، جهاد دانشگاهی واحد مازندران، مازندران، ایران (1388).

[7] Carvalho Jr.R.N., Moura L.S., Rosa P.T., Meireles M.A.A., Supercritical Fluid Extraction from Rosemary (Rosmarinus Officinalis): Kinetic Data, Extract's Global Yield, Composition, and Antioxidant Activity, The Journal of Supercritical Fluids, 35(3): 197-204 (2005).

[8] Behzad F., Bahmanyar H., Molavi H., Manafi S., Mean Drop Diameter in a Rotating Sieved Disc Contactor, Int. J. Technol., 1: 31-43 (2015).

[9] Jafari Ozumchelouei E., Bahmanyar H., Mansoori S., Simultaneous Investigation of Hydrodynamic Characteristics and Column Mass Recovery of Waste Water of Spearmint Produced in a Hydro-Distillation using RDC Extraction Column, Sep. Sci. Tech., 54(15): 2440-2449 (2018).

[10] Mohammadpour H., Sadrameli S.M., Eslami F., Asoodeh A., Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction of Moringa Peregrina Oil with Response Surface Methodology and Comparison with Soxhlet Method, Industrial crops and products, 131: 106-116 (2019).

[11] مرادی ح.، مرادی م.، منصوری ی.، یزدی ب.، "مدل‌سازی و بهینه‌سازی فرایند تصفیه پساب پالایشگاه کرمانشاه با استفاده از روش سطح پاسخ و شبکه عصبی مصنوعی"، دومین همایش نفت، گاز و پتروشیمی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد گچساران، سمنان، ایران (1391).

[12] Ohale P.E., Uzoh C.F., Onukwuli O.D., Optimal Factor Evaluation for the Dissolution of Alumina from Azaraegbelu Clay in Acid Solution using RSM and ANN Comparative Analysis, South African Journal of Chemical Engineering, 24: 43-54 (2017).

[13] محمدی دوست ا.، مرادی ح.، مرادی م.، "مدل‌سازی و بهینه‌سازی حذف رنگ با نانوفوتوکاتالیست TiO₂-Ag₂O به روش شبکه عصبی"، سومین کنفرانس ملی پژوهش‌های نوین در علوم و مهندسی شیمی، بابل، ایران (1396).

[14] Pakravan P., Akhbari A., Moradi H., Azandaryani A.H., Mansouri A.M., Safari M., Process Modeling and Evaluation of Petroleum Refinery Wastewater Treatment through Response Surface Methodology and Artificial Neural Network in a Photocatalytic Reactor using Poly Ethyleneimine (PEI)/Titania (TiO₂) Multilayer Film on Quartz Tube, Applied Petrochemical Research, 5(1): 47-59 (2015).

[15] Agu C.M., Menkiti M.C., Ekwe E.B., Agulanna A.C., Modeling and Optimization of Terminalia Catappa L. Kernel Oil Extraction using Response Surface Methodology and Artificial Neural Network, Artificial Intelligence in Agriculture, 4: 1-11 (2020).