خبرنامه شماره ۱1. در این مقاله تلاش شده است تا با استفاده از معیارهای کیفی موثر، استانداردهای اولیه در ارزیابی یک ذغال فعال مطلوب مورد ارزیابی قرار گیرد، تا کارشناسان دامپروری دید وسیع‌ تری نسبت به انتخاب ذغال فعال داشته باشند.
مهندس سید محمد جواد یعقوبی، دی ماه 1400

اگر چه اثرات تصفیه کنندگی ذغال فعال برای هزاران سال است که توسط بشر شناسایی شده است، اما اخیرا کیفیت و ویژگی های خاص ذغال فعال با جزییات بیش تری مورد مطالعه قرار گرفته است. در تحقیقات صورت گرفته در آزمایش های سم زدایی ذغال فعال در حیوانات مختلف، به صورت ناامید کننده ای محققین هیچ اشاره ای به کیفیت ذغال فعال مورد استفاده نداشته اند که ناشی از نادیده گرفتن اهمیت آن در ارزیابی اثربخشی ذغال فعال است. بنابراین دامنه ی بسیار وسیعی از نتایج استفاده از ذغال فعال در تغذیه حیوانات گزارش شده است که ارزیابی اثربخشی ذغال فعال را دشوار می کند. در این مقاله تلاش شده است تا با استفاده از معیارهای کیفی موثر، استانداردهای اولیه در ارزیابی یک ذغال فعال مطلوب مورد ارزیابی قرار گیرد، تا کارشناسان دامپروری دید وسیع­ تری نسبت به انتخاب ذغال فعال داشته باشند.

اصطلاح “ذغال” به باقی مانده کربنی سیاه و سبک وزنی اتلاق می شود که با حرارت شدید منابع گیاهی در شرایط حداقلی اکسیژن تولید می شود، با این تعریف گرافیت و الماس هر دو در دسته بندی ذغال قرار می­ گیرند. ذغال را از طریق افزایش دما یا زمان حرارت دهی، دمیدن گازهایی مانند اکسیژن یا دی اکسید کربن و یا افزودن بخار آب یا مواد شیمیایی  فعال می­ نمایند. برای تعریف “ذغال فعال” در طول سال­ ها تعاریف متفاوتی ارایه شده است، تعریف اولیه کربن فعال این است؛ «هر شکلی از کربن که قادر به جذب باشد». به هر فرآیندی که به طور انتخابی هیدروژن را از یک ماده خام کربنی به گونه­ ای حذف کند که یک پسماند باز و متخلخل تولید شود، فعال­ سازی می گویند. قطعا چگونگی اعمال فرآوری بر وسعت فعال سازی ذغال موثر خواهد بود. ذغال فعال هر چقدر دارای ساختار منظم ­تری باشد، قدرت جذب بالاتری خواهد داشت.

امروزه انواع مختلفی از ذغال فعال با کیفیت­ های متفاوت برای مصارف متفاوت در بازار موجود است. دمای فعال‌سازی (600 تا 1200 درجه سانتی گراد) و مواد شیمیایی فعال‌کننده‌ مورد استفاده (اسید فسفریک 25 درصد، هیدروکسید پتاسیم 5 درصد، هیدروکسید سدیم 5 درصد، کلرید کلسیم 25 درصد و کلرید روی 25 درصد)، دو عامل مهمی هستند که می ­توانند به باز شدن منافذ، افزایش حجم و سطح کل ذغال کمک نمایند. وجود هر گونه ناخالصی باعث افزایش تنوع کیفیت و خواص عملکردی ذغال فعال می ­شود. منشا ماده اولیه، فرآیند اعمال شده و خلوص ذغال را می­ توان کم و بیش کنترل و استاندارد کرد که در نتیجه بر استانداردسازی کیفیت نهایی و خواص عملکردی ذغال فعال تاثیر می ­گذارد. برای سادگی در درک فعال سازی ذغال، آن را به فرآوری ساخت پاپ کورن از دانه­ های ذرت می ­توان تشبیه کرد.

پاپ کورن سبک و حجیم با چگالی کم است که از فرآوری حرارتی دانه ­های ذرت با چگالی بالا تولید می­ شود. مشابه چنین فرایندی در فراوری ذغال اتفاق می ­افتد که بر اثر حرارت بالا ساختار کربنی حجیم می­ شود و با استفاده از مواد شیمیایی و شوینده ­ها تمام ناخالصی ­های آن از بین می­ رود تا به درجه­ ی خلوص بالاتری برسد. برای ارزیابی یک ذغال فعال روش ­های متفاوتی وجود دارد که در این مقاله تلاش شده است تا به مهم ­ترین آن ­ها پرداخته شود.

1. روش تست BET

ذغال فعال شکل بسیار متخلخل کربن با مساحت 500 تا 3،500 متر مربع بر گرم است که قادر به جذب سموم با وزن مولکولی یکصد تا یک هزار دالتون است. بله، تعجب نکنید! هر گرم از ذغال فعال مساحتی شگفت انگیز دارد که به آن این امکان را می­ دهد که تمامی سموم را با نیروی واندروالسی جذب نماید. وسعت سطح ذغال فعال تعیین کننده­ ی میزان قدرت جذب آن است.

در سال 1938، استفان بروناور، پل هیو امت و ادوارد تلر (Brunauer-Emmett-Teller, BET) روش آنالیزی را در مجله انجمن شیمی آمریکا ارایه نمودند که در آن از یک گاز جذب شونده برای تعیین سطح خلل و فرج مواد جاذب چندلایه­ ای مانند ذغال فعال استفاده می ­شد. این روش آنالیز یک روش کاملا کاربردی برای اندازه­ گیری خلل و فرج ذغال فعال در اختیار کارشناسان قرار می ­دهد. با ارسال یک نمونه به آزمایشگاه می ­توانید از سطح مقطع ذغالی که استفاده می­ کنید مطلع شویید. ذغال کباب­ پزی، دارای سطح ویژه ای در محدوده 5-2 متر مربع در هر گرم است که بعد از فرایند پخت و خاکستر شدن آن به 150-100 مترمربع  در گرم می­ رسد. براساس تجربه مولف، اغلب ذغال فعال­ های تولید داخل دارای سطح مقطعی بین 350-200 مترمربع در گرم هستند، در حالی که ذغال فعال­ های وارداتی دارای سطح مقطعی وسیع ­تر بین 2،000-900 مترمربع درگرم هستند. بنابراین با استفاده از این تست می­ توانید به خوبی مطمئن شویید که هر گرم از ذغالی فعالی که در فرمولاسیون توکسین بایندر مصرفی شما مورد استفاده قرار گرفته است چه مقدار فضا برای جذب سموم در اختیار قرار می ­دهد. هر قدر این فضا بزرگ تر باشد به معنای آن است که ذغال فعال دارای ساختار منظم­ تری است و بنابراین سموم بیش تری را می ­تواند به خود جذب نماید.

سوالی که ممکن است مطرح شود این است که آیا این تست در آزمایشگاه ­های معمول تغذیه ­ی خوراک دام انجام می ­شود؟ در پاسخ باید گفت که معمولا چنین آزمایش ­های در دانشکده­ های مهندسی شیمی دانشگاه های معتبر کشور انجام می ­شود و مولف معمولا برای بررسی میزان BET ذغال فعال، نمونه ­ها را به آزمایشگاه مهندسی شیمی دانشگاه امیرکبیر ارسال می­ نماید.

سوال بعدی این است که چگونه نتایج را تفسیر نماییم؟ در صورتی که مقدار BET ذغال فعال بالای 1،000 مترمربع در هر گرم بود، نشان دهنده ­ی آن است که ذغال فعال دارای کیفیت خوبی است و در صورتی که مقدار آن 2،000 مترمربع در هر گرم بود، ذغال فعال دارای کیفیت بسیار عالی است. استفاده از ذغال فعال­ هایی با مقدار BET کم­تر از 1،000 مترمربع توجیه فنی چندانی ندارد و می ­توان آن­ها را از لیست انتخاب برای استفاده در گله حذف نمود.

2. تعیین pH

مقدار pH ذغال فعال بستگی به مواد شیمیایی دارد که با آن فرآوری شده است. در صورتی که از اسید فسفریک در فرآوری محصول استفاده شود، pH ذغال فعال اسیدی خواهد بود و در صورتی که هیدروکسید پتاسیم یا هیدروکسید سدیم برای از بین بردن ضایعات استفاده شود، مقدار pH ذغال فعال قلیایی خواهد بود. اما کدامیک از این دامنه اسیدیته برای استفاده در تغذیه حیوانات مناسب است؟ با توجه به ترشح نمک های صفراوی در ابتدای روده باریک، هر ماده ی جاذب مایکوتوکسینی که در فرمولاسیون ترکیب جیره های خود استفاده نموده اید دچار نوعی شوک تغییر اسیدیته در این محدوده از دستگاه گوارش خواهد شد که به اتصالات یونی بین جاذب و مجذوب آسیب خواهد زد. استفاده از ترکیبات جاذب با دامنه pH اسیدی باعث خواهد شد تا شوک حاصل از تغییرات pH در محدوده دئودنوم بر روی جاذب کمتر شده و جاذب مقدار مایکوتوکسین جذب شده ی کمتری را رها نماید. به این خاصیت بازرهایش مایکوتوکسین یا اصطلاحا واجذب گفته می شود. براین اساس استفاده از جاذب هایی با pH اسیدی باعث خواهد شد تا میزان بازرهایش مایکوتوکسین ها کاهش یابد.

3. عدد یدی

براساس این واقعیت که ذغال فعال می­ تواند ید را به خوبی جذب نماید از ترکیب ید برای ارزیابی قدرت جذب ذغال فعال استفاده می ­شود. عدد یدی اساسی ­ترین شاخص برای تشخیص سطح فعالیت و عملکرد جذب کربن فعال است و عدد بالاتر نشان‌دهنده درجه بالاتر فعال‌سازی است که اغلب بر حسب میلی‌گرم در گرم گزارش می‌شود. محدوده معمول عدد یدی در ذغال فعال بین 500 تا 1200 میلی‌گرم بر گرم است که معمولا معادل یک عدد BET بین 900 تا 1100 متر مربع بر گرم است. باید توجه داشت که از این شاخص معمولا برای شرایط استاندارد در کاربردهای فاز مایع مانند محیط دستگاه گوارش استفاده می­ شود.

عدد یدی به عنوان میلی گرم ید جذب شده توسط یک گرم کربن فعال تعریف می شود. کربن فعال را در محلول 0/02 نرمال ید قرار می­ دهند و مقدار ید باقیمانده در محلول را اندازه­ گیری می ­نمایند. مقدار ید جذب شده توسط ذغال فعال نشان دهنده ­ی عدد یدی آن است. اساسا، عدد یدی معیاری از ید جذب شده در منافذ است و به این ترتیب، نشانه ای از حجم منافذ بسیار ریز موجود در کربن فعال مورد نظر است. غالبا استفاده از عدد یدی به دلیل آن که معیاری از جذب مولکول­ های بسیار ریز ارایه می­ دهد کمی سردرگم کننده است، زیرا برخلاف شاخص BET که تمامی منافذ را نشان می­ دهد، صرفا بر وسعت فضاهای ریز تمرکز دارد و بنابراین در تفسیر آن می­ بایستی به این نکته توجه شود که مقادیر گزارش شده صرفا به مساحت ریز موجود در کربن فعال اشاره دارد.

4. عدد ملاس

برخی از کربن های فعال در جذب مولکول های بزرگ استعداد بیش تری دارند. عدد ملاس یا بازده ملاسی معیاری از میزان مزوپور کردن کربن فعال (مولکول هایی با بیش از 20 آنگستروم حجم یا بزرگتر از 2 نانومتر) با جذب ملاس از محلول است.

یک عدد ملاس بالا نشان دهنده پتانسیل بالای جذب مولکول های بزرگ توسط ذغال فعال است. از این شاخص معمولا به عنوانی معیاری جهت قدرت ذغال فعال در رنگ زدایی محلول های رنگی استفاده می شود اما از این شاخص می توان به عنوان شاخص حجم منافذ بالقوه موجود برای گونه های جاذب بزرگ تر استفاده نمود. در مقام مقایسه بین دو کربن فعالی که حجم BET مشابه برای جذب دارند، کربنی که دارای عدد ملاس بالاتری است، معمولاً دارای منافذ تغذیه‌کننده بزرگ‌تری است که منجر به انتقال موثرتر جذب برای مولکول های درشت تر خواهد شد. به عبارت دیگر، عدد ملاس رابطه ی معکوسی با عدد یدی دارد. عدد یدی شاخصی برای ارزیابی منافذ ریز و عدد ملاس شاخصی برای ارزیابی منافذ درشت ذغال فعال خواهد بود.

نتیجه گیری

ذغال فعال دارای خواص اتصال به سموم است و این سموم تنها شامل مایکوتوکسین ­ها نمی ­شود. یک منبع مناسب ذغال فعال می تواند علاوه بر مایکوتوکسین­ ها، انتروتوکسین ­های تولید شده توسط میکروفلور مضر دستگاه گوارش را نیز جذب نماید. با استفاده از ذغال فعال و حذف بخشی از سموم موجود، می توان سلامت روده را بهتر حفظ کرد و به افزایش عملکرد سیستم ایمنی کمک نمود. در مقایسه با آلومینوسیلیکات­ ها و دیواره ی سلولی مخمر، ذغال فعال عمدتا می توانند ترکیبات غیر قطبی (مانند زیرالنون) یا خنثی (مانند تریکوتسن ها) را بهتر جذب نمایند. نوع فرآوری بر میزان فعال سازی ذغال فعال موثر است و بنابراین کیفیت ذغال فعال در میزان جذب مایکوتوکسین ها موثر است. براساس کیفیت ذغال فعال، مقدار استفاده آن­ ها در فرمولاسیون جیره و هم چنین فرمولاسیون توکسین بایندر متفاوت خواهد بود. در این مقاله به مهم ترین شاخص های ارزیابی ذغال فعال پرداخته شد.

بر همین اساس و با دانش استفاده طولانی از ذغال فعال، محصول “ام تی گارد® پلاس” طراحی شده است که علاوه بر ترکیب مونت موریلونیت اسیدشویی شده، حاوی ذغال فعالی با شاخص های برتر است که به محصول این شانس را می دهد که ترکیبات مایکوتوکسینی غیرقطبی، انترتوکسین ها و اندوتوکسین ها را به خوبی از جیره های آلوده به سموم حذف نماید.

برای دریافت مقاله کامل، لطفا درخواست خود را از طریق فرم زیر با ما در میان بگذاریید.