Bitkilerden Ultrasonik Ekstraksiyon için Çözücüler

• Ultrasonik ekstraksiyon; yüksek verim, hızlı ekstraksiyon, çevre dostu olma ve düşük enerji tüketimi gibi birçok avantaj sunar.
• En önemli avantajlarından biri, ekstraksiyon ortamı olarak suyun kullanılmasıdır. Bununla birlikte, hedeflenen ekstrakt için üstün sonuçlar elde etmek üzere sonikasyon çok çeşitli çözücü sistemleriyle kullanılabilir.
• Bitkisel biyoaktif maddelerin ultrasonik ekstraksiyonu için en uygun çözücü, ham maddeye göre seçilir.

Ultrasonik Ekstraksiyon

Ultrasonun hücre yapılarını parçaladığı ve kütle transferini iyileştirerek biyolojik bileşiklerin (ör. fenolikler, karotenoidler) ekstrakte edilebilirliğini artırdığı iyi bilinmektedir.
Sonikasyonun mekanik etkileri, kütle transferinin iyileşmesi sayesinde ekstraksiyon sürecini büyük ölçüde geliştirdiğinden, organik çözücülerin kullanılması çoğu zaman gereksizdir. Bu, ultrasonik ekstraksiyon için suyun çoğu zaman yeterli bir ekstraksiyon ortamı olduğu anlamına gelir. Su; ucuz, tehlikesiz, kolay erişilebilir ve çevre dostu olması gibi birçok avantaja sahiptir.
Ancak belirli biyoaktif bileşikler için en iyi sonuçlar, uçucu bir çözücüyle birlikte ultrasonik ekstraksiyon kullanılarak elde edilebilir.
Doğru çözücüyü seçmek için ham madde (ör. taze veya kurutulmuş, masere edilmiş/öğütülmüş veya toz hâline getirilmiş bitki materyali) ve hedeflenen maddeler (ör. lipofilik, hidrofilik) dikkate alınmalıdır.
 

Aşağıdaki tabloda, bitki materyalinden ultrasonik ekstraksiyonda kullanılan, yerleşik ekstraksiyon çözücülerinden bazıları listelenmektedir.

Güçlü ultrason dalgaları, biyolojik yapıların hücre matrisini parçalar ve biyoaktif bileşikleri serbest bırakır. Bitki materyali ile çözücü arasındaki kütle transferi yoğunlaşır. Bu mekanizmalar sayesinde ultrasonik ekstraksiyon, bitkisel ekstraksiyon için son derece verimlidir.

Ekstraksiyon için Ultrasonikatörler

Laboratuvar ve tezgâh üstü ultrasonik cihazlardan tamamen endüstriyel ultrasonik ekstraksiyon sistemlerine kadar – başarılı ekstraksiyon süreçleri için güçlü ve güvenilir ultrasonik cihazlar söz konusu olduğunda, Hielscher Ultrasonics uzun yıllara dayanan deneyime sahip iş ortağınızdır.
Ultrasonik sistemlerimiz, biyokimya laboratuvarlarında ve ilaç üretim tesislerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ultrasonik sonotrotlar ve reaktörler otoklavlanabilir ve ilaç üretimi standartlarını karşılar.

Hielscher endüstriyel sonikatörleri, hücre matrislerini parçalamak ve hedeflenen maddeleri serbest bırakmak için çok yüksek genlikler sağlayabilir. 200µm’ye kadar genliklerde 24/7 çalışma ile kesintisiz işletim kolaylıkla sağlanabilir. Hielscher ultrasonikatörlerinin gücü ve sağlamlığı, geleneksel ekstraksiyon süreçlerini aşarak yüksek verim, hızlı ekstraksiyon ve daha eksiksiz ekstraksiyon sağlar.
Ultrasonik işlemcilerimiz, Soxhlet ekstraksiyonu veya süperkritik CO2 ekstraksiyonu gibi geleneksel ekstraksiyon yöntemleriyle birleştirilebilir. Mevcut üretim hatlarına sonradan entegrasyon kolaylıkla gerçekleştirilebilir.

Literatür / Kaynaklar

• Dent M., Dragović-Uzelac V., Elez Garofulić I., Bosiljkov T., Ježek D., Brnčić M. (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chem. Biochem. Eng. Q. 29(3), 2015. 475–484.
• Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
• Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk(2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.

Bilinmesi Gerekenler

Kavitasyon Yoluyla Ultrasonik Ekstraksiyon

Yoğun ultrason dalgaları sıvılarda akustik kavitasyon oluşturur. Kavitasyonun oluşturduğu kesme kuvvetleri, hücre duvarını ve zarlarını parçalayarak hücre içi materyalin serbest kalmasını sağlar. Ultrasonik ekstraksiyon, çözücünün bitkisel dokuya daha fazla nüfuz etmesini sağlar ve kütle transferini iyileştirir. Böylece ultrasonik ekstraksiyon, ekstraksiyon sürecini önemli ölçüde yoğunlaştırarak daha yüksek verim, daha hızlı ekstraksiyon ve daha eksiksiz ekstraksiyon sağlar.

Çözücü Sistemleri

Bitkisel materyalden biyoaktif bileşiklerin ekstraksiyonu için çeşitli çözücü sistemleri mevcuttur. Hidrofilik bileşiklerin ekstraksiyonunda çoğunlukla metanol, etanol veya etil asetat gibi polar çözücüler seçilirken, lipofilik bileşiklerin (ör. lipitler) ekstraksiyonunda diklorometan veya diklorometan/metanol (v/v 1:1) gibi çözücü sistemleri tercih edilir. Hekzan, klorofil ekstraksiyonunda sıklıkla çözücü olarak kullanılır.

Biyoaktif Bileşikler Nelerdir?

Biyoaktif bileşikler veya fitokimyasallar, canlı organizmalar, dokular veya hücreler üzerinde etkisi olan maddeler olarak tanımlanır. Biyolojik olarak aktif maddeler arasında antibiyotikler, enzimler ve vitaminler bulunur. Karotenoidler ve polifenoller gibi biyoaktif maddeler, örneğin meyvelerden, yapraklardan ve sebzelerden ekstrakte edilebilirken, fitosteroller bitkisel yağlarda bulunur.
Bitki kökenli biyoaktif bileşikler arasında flavonoidler, kafein, karotenoidler, kolin, ditioltiyonlar, fitosteroller, polisakkaritler, fitoöstrojenler, glukozinolatlar, polifenoller ve antosiyaninler bulunur. Birçok biyoaktif madde, antioksidan olarak etki göstermesi nedeniyle değerli kabul edilir ve bu nedenle sağlığa yararlı olduğu düşünülür.

En İyi Ekstraksiyon Çözücüsünü Nasıl Seçerim?

Aşağıdaki yönergeler, ultrasonik bitkisel ekstraksiyon için uygun bir çözücü seçmenize yardımcı olur. Sonikasyon her türlü standart çözücüyle uyumlu olduğundan, bitkisel ham maddeniz, hedeflenen fitokimyasallar ve maliyet verimliliği açısından en ideal çözücüyü seçebilirsiniz.

• Seçicilik: İstenmeyen bileşenleri geride bırakırken özellikle istenen bileşikleri çözen bir çözücü seçin. Örneğin, alkaloidler ve flavonoidler gibi polar bileşikler için etanol kullanın.
• Çözünürlük: “Benzer benzeri çözer” ilkesine dayanarak, çözünen maddeninkine benzer polariteye sahip bir çözücü seçin. Polar çözücüler (ör. su, etanol) polar bileşikleri çözerken, apolar çözücüler (ör. hekzan) lipitler ve yağlar gibi apolar bileşikleri çözer.
• Maliyet: Çözücünün maliyet etkinliğini göz önünde bulundurun. Bazı çözücüler daha pahalı olabilir ancak daha yüksek verim veya daha iyi seçicilik sağlayarak toplam ekstraksiyon maliyetini dengeleyebilir.
• Güvenlik: Çözücünün kullanımının ve elleçlenmesinin güvenli olduğundan emin olun. Dikkate alınması gereken faktörler arasında toksisite, yanıcılık ve çevresel etki bulunur. Örneğin, su ve etanol, kloroform veya toluene kıyasla daha güvenli seçeneklerdir.

Polarite ve Çözücü Seçimi
Benzerlik ve karşılıklı karışabilirlik yasasına göre, polarite değeri çözünen maddenin polaritesine yakın olan çözücülerin daha iyi performans gösterme olasılığı yüksektir. İşte bazı örnekler:

• Polar Çözücüler: Su, Etanol, Metanol – Alkaloidler, flavonoidler, glikozitler ve proteinler gibi polar bileşiklerin ekstraksiyonunda kullanılır.
• Orta Derecede Polar Çözücüler: Aseton, Etil Asetat, İzopropanol – Fenolikler ve bazı alkaloidler dâhil olmak üzere çok çeşitli bileşiklerin ekstraksiyonuna uygundur.
• Apolar Çözücüler: Hekzan, Toluen, Petrol Eteri – Lipitler, mumlar, terpenler ve uçucu yağlar gibi apolar bileşiklerin ekstraksiyonu için idealdir.

Çözücü Kullanım Örnekleri

• Etanol: Bitkisel ekstraksiyonda en yaygın kullanılan çözücülerden biridir. Polar bir çözücü olan etanol, alkaloidler ve flavonoidler gibi polar bileşikleri çözer.
• Su: Polisakkaritler, proteinler ve bazı glikozitler gibi hidrofilik bileşiklerin ekstraksiyonunda sıklıkla kullanılan evrensel çözücüdür.
• Metanol: Fenolikler, flavonoidler ve bazı alkaloidler dâhil olmak üzere çok çeşitli bitkisel bileşiklerin ekstraksiyonunda etkili, yüksek derecede polar bir çözücüdür.
• Hekzan: Öncelikle lipitler, mumlar ve uçucu yağlar gibi apolar bileşiklerin ekstraksiyonunda kullanılan apolar bir çözücüdür.
• Aseton: Polar aprotik bir çözücü olan aseton, özellikle su veya metanol ile ekstrakte edilenlerden daha az polar olanlar olmak üzere çok çeşitli bitkisel bileşiklerin ekstraksiyonunda etkilidir.
• İzopropanol: Etanole benzer polar bir çözücüdür; uçucu yağların, reçinelerin ve bazı alkaloidlerin ekstraksiyonunda yaygın olarak kullanılır.
• Kloroform: Alkaloidlerin, terpenoidlerin ve bazı glikozitlerin ekstraksiyonunda etkili, apolar bir çözücüdür. Toksisitesi nedeniyle daha az yaygın olarak kullanılır.
• Etil Asetat: Flavonoidler, alkaloidler ve fenolikler dâhil olmak üzere çeşitli bileşiklerin ekstraksiyonunda kullanılan, orta derecede polar bir çözücüdür.
• Toluen: Uçucu yağlar, terpenler ve mumlar gibi apolar bileşiklerin ekstraksiyonunda kullanılan apolar bir çözücüdür.
• Bütanol: Bazı glikozitler ve saponinler dâhil olmak üzere orta polariteli bileşiklerin ekstraksiyonunda etkili, orta derecede polar bir çözücüdür.
• Petrol Eteri: Öncelikle bitki materyallerinden katı yağların, sıvı yağların ve diğer apolar bileşiklerin ekstraksiyonunda kullanılan apolar bir çözücüdür.

Aşağıdaki çözücüler, belirli bitki materyallerinin ve fitokimyasalların ultrasonik ekstraksiyonunu inceleyen araştırmalarda test edilmiştir.

Organik Çözücüler Nelerdir?

Organik bir çözücü, bir tür uçucu organik bileşiktir (VOC). VOC’ler, oda sıcaklığında buharlaşan organik kimyasallardır.
Çözücü olarak kullanılan organik bileşikler şunlardır:

• aromatik bileşikler, ör. benzen ve toluen
• alkoller, ör. metanol
• esterler ve eterler
• ketonlar, ör. aseton
• aminler
• nitrolanmış ve halojenlenmiş hidrokarbonlar

Birçok organik çözücü, toksik veya kanserojen olarak sınıflandırılır. Yanlış kullanıldıklarında insanlar için tehlikeli olabilir ve havayı, suyu ve toprağı kirletebilirler. Ultrasonik ekstraksiyonun güçlü mekanizması sayesinde, organik çözücüler daha yumuşak etkili, toksik olmayan çözücülerle değiştirilerek organik çözücü kullanımından kaçınılabilir.