Uçucu fraksiyon ve total ekstrakt

Aynı bitkiden iki ayrı CO₂ ekstraktı çıkar. Biri uçucu yağa benzeyen hafif ve akışkan uçucu fraksiyon (ekstraktın kolay buharlaşan kesimi), öteki koyu ve yoğun total ekstrakt. Fark bitkide değil, basınçtadır. Karbondioksit (CO₂) basınç altında çözücü (bitkiden madde çeken sıvı) olur ve çözme gücü yoğunluğuna bağlıdır. Yoğunluk basınç ve sıcaklıkla ayarlanır. Düşük basınçta yalnız hafif, uçucu moleküller çözünür. Basınç yükseldikçe ağır moleküller de çıkar: mumlar (yaprağı kaplayan su geçirmez tabaka), yağ asitleri, renk maddeleri, yağda çözünen antioksidanlar.

Aynı bitkiden neden iki ekstrakt çıkıyor?

CO₂ basınç altında seçici bir çözücüdür. Yaklaşık 31 °C (kritik sıcaklık) ve 74 bar üstünde CO₂ "süperkritik" hâle geçer: gaz gibi bitki dokusuna girer, sıvı gibi çözer [1]. Bu hâlde küçük ve yağda çözünen molekülleri alır, suda çözünen büyük molekülleri almaz [2]. Basınç arttıkça CO₂ sıkışır, yoğunluğu ve çözme gücü artar. Önce hafif moleküller çözünür, basınç yükseldikçe ağır moleküller de katılır.

Düşük basınçla alınan ekstrakt kokulu bileşenlerce zengindir. Basınç yükselince aynı bitkiden mumlar da çıkar ve kokulu bileşenlerin payı düşer. Ağaç kavunu kabuğunda uçucu yağın ağır kokulu bileşenleri (seskiterpenler) distile yağda (bitkiden buharla alınan klasik uçucu yağ) 0,6 %, düşük yoğunluklu CO₂ ekstraktında 5,6 %, yüksek yoğunluklu ekstraktta 12,1 % bulunmuştur [3]. Limonen (narenciye kokusunun ana bileşeni) distile yağda 60 %, yüksek yoğunluklu ekstraktta 4,5 %'tir. Limonen yok olmamış, yüksek yoğunlukta ekstrakta çıkan mumlar onu seyreltmiştir [3].

Basıncı artırmak uçucu yağı artırmaz, ağır bileşenleri ekler. Nane yaprağında 100 ile 300 bar arasında yapılan bir çalışmada mumların çıkış hızı basınçla belirgin artmış, uçucu yağın çıkış hızı neredeyse sabit kalmıştır [4]. Uçucu yağ düşük basınçta çıkar. Yüksek basınç mum, sabit yağ ve ağır etkin maddeleri (ekstraktın kokudan başka asıl alınma nedeni olan bileşenler) ekler.

Ağır bileşen daha yüksek basınç ister. Uçucu yağ için 80 ile 100 bar arası yeter, bu koşulda uçucu yağın bütün bileşenleri CO₂'de iyi çözünür [5]. Zencefilin acı bileşenlerini taşıyan oleoresin (baharatın koku ve tadını birlikte taşıyan yağlı özüt) esas olarak 150 bar ve üstünde alınmıştır. 80 bar'da verim en düşük bulunmuş, ürün berrak bir uçucu yağ ekstraktı olmuştur [6]. Zerdeçalın sarı boyar maddeleri (kurkuminoidler) için en iyi sonuç denenen en yüksek basınçta, 425 bar'da bulunmuş, basınç en etkili değişken sayılmıştır [7].

Hangisi ne için?

Koku ve tat için uçucu fraksiyon, acılık, renk ya da antioksidan gibi ağır bileşen için total ekstrakt alınır [1].

Uçucu fraksiyon uçucu yağa benzer, aynısı değildir. Distilasyonda kaynar buhar vardır, CO₂ ekstraksiyonu ılık çalışır ve su kullanmaz. Distile yağda en hafif bileşenler daha çoktur, CO₂ ekstraktında ağır bileşenler [8], [3]. Kekikte CO₂ ekstraktı, distile yağda bulunmayan bir bileşeni (timokinon) ve küçük bir mum payı içermiştir [5].

Total ekstrakt oleoresine benzer. Koşullara göre CO₂ mumları, renk maddelerini, yağ asitlerini ve E vitamini gibi yağda çözünen antioksidanları da alır. Ürün klasik uçucu yağ değil, oleoresine benzeyen koyu bir ekstrakt olur [1]. Amaç kokuysa koşullar uçucu bileşenleri alacak, ağır fraksiyonu bırakacak biçimde seçilir. Amaç gıda, kozmetik ya da takviye için etkin madde taşıyan ekstraktsa ağır antioksidanların da çıkması istenir [1]. Mumlar ve yağ asitleri oda sıcaklığında katıdır, total ekstrakt bu yüzden çoğu zaman yarı katı gelir.

İki ürün nasıl ayrılır?

Ayırıcı kaplar ekstraktı ekstraktörden çıktıktan sonra böler. Ekstraktörden (bitkinin yıkandığı basınçlı kap) çıkan CO₂ bir ya da iki ayırıcıdan (separatör) geçer. Ayırıcıda basınç ve sıcaklık düşürülür, çözünürlük azalır ve madde çöker. İlk ayırıcı soğuk tutulursa mumlar orada çöker, uçucu yağ ikinci ayırıcıda toplanır [5]. Misk adaçayı (Salvia sclarea) çalışmasında ilk ayırıcı 0 °C'ye soğutulmuş, içinde yalnız mumlar birikmiştir [9].

Ardışık ekstraksiyon aynı hammaddeyi iki kez yıkar. Önce düşük yoğunlukta uçucu fraksiyon alınır, sonra aynı malzeme daha yüksek yoğunlukta yeniden ekstrakte edilir. Misk adaçayı çalışmasında hammadde bitkinin kendisi değil, hekzanla alınmış ön ekstraktı (konkret) olmuştur. İlk adımda yalnız hafif kokulu bileşenler, biraz daha yüksek yoğunluktaki ikinci adımda yalnız sklareol (misk adaçayının ağır, uçmayan koku bileşeni) ve akrabaları toplanmıştır. Yoğunluk artınca toplam verim 6,0 %'den 9,3 %'ye çıkmıştır [9]. Biberiyede art arda dört ayarla dört ayrı fraksiyon alınmış, son ikisinde CO₂'ye az miktarda etanol katılmıştır [10].

Sıcaklık iki yönlü çalışır. Sıcaklık artınca CO₂'nin yoğunluğu düşer, çözme gücü azalır. Aynı anda maddeler daha kolay buharlaşır ve CO₂'ye daha kolay geçer. Hangi etkinin kazandığı basınca bağlıdır [2]. Zencefilde düşük basınçta daha soğuk, yüksek basınçta daha sıcak ayar daha verimli bulunmuştur [6]. Bu yüzden basınç ve sıcaklık birlikte seçilir.

Subkritik CO₂ ne demek?

Kritik sıcaklığın altında CO₂ sıvıdır. CO₂'nin kritik sıcaklığı 31 °C'dir [2]. Bunun altında, yeterli basınçta sıvı hâlde kalır ve buna subkritik (sıvı) CO₂ ekstraksiyonu denir. Sıvı CO₂ süperkritik hâlden daha soğuktur ve daha yoğundur. Seçiciliği yoğunluktan değil düşük sıcaklıktan gelir: sıcaklık düştükçe ağır bileşenler daha zor buharlaşır ve CO₂'ye geçmez [2]. Şerbetçiotunda soğuk (10 °C) sıvı CO₂ biraya acılığını veren maddeleri (alfa asitleri) ve hafif kokulu bileşenleri seçici almış, süperkritik koşul daha ağır, daha az uçan bileşenleri de çözmüştür [11]. Düşük sıcaklık ısıya duyarlı bileşenleri korur [2]. Subkritik su ekstraksiyonu başka bir yöntemdir, orada çözücü sıcak basınçlı sudur, burada anlatılan sıvı CO₂'dir.

Belgede hangisi olduğu nasıl anlaşılır?

Fark ürün adında değil, tanımlayıcı bileşende görünür. İki ürünün adı aynı olabilir. Kokulu bir bileşenle tanımlanan ürün uçucu fraksiyon, acı, renk ya da antioksidan bir bileşenle tanımlanan ürün total ekstrakttır. Aynı kokulu bileşenin alt sınırı total ekstraktta daha düşük olabilir, çünkü ağır bileşenler onun payını seyreltir. Teknik veri sayfasında (TDS) basınç çoğu zaman yazmaz, total ekstraktta çoğu zaman "uçucu yağ içeriği" satırı vardır. Belgelerin nasıl okunduğu ayrı sayfada anlatılır: TDS, SDS, CoA. Basınç düşünce CO₂ gaz olur ve uçar, CO₂'nin kendisi ekstraktta kalmaz [1]. Yardımcı çözücü kullanıldıysa ne kalabileceği ayrı sayfada anlatılır: çözücü kalıntısı.