doctıbbi ve aromatik bitkilerde ekstraksiyon yöntemleri
download 
Şikayet Transkript
tıbbi ve aromatik bitkilerde ekstraksiyon yöntemleri
Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 731 TIBBİ VE AROMATİK BİTKİLERDE EKSTRAKSİYON YÖNTEMLERİ Extraction Methods in Medicinal and Aromatic Plants Serdar ÖZTEKİN1 Yurtsever SOYSAL 2 ÖZET Dünya eterik yağ üretiminin %55'inden daha fazlasını gerçekleĢtiren ülkeler arasında Türkiye beĢinci sırada yer almaktadır. Eterik yağların elde edilmesinde kullanılan tıbbi ve aromatik bitkiler çoğunlukla doğadan, kısmen de kültürel üretimden sağlanmaktadır. Ürün iĢleme tekniğinde bitkisel materyalden eterik yağ elde edilmesine dönük iĢlemler ekstraksiyon genel tanımı altında incelenmektedir. Ülkemizde sanayi ölçeğindeki ektraksiyon tekniklerinin az tanınması ve yetersiz olması nedeniyle hasat edilen ürünler önemli nitelik ve nicelik kayıplarıyla kurutulmuĢ olarak dıĢ pazarlara iletilmektedir. Hammadde kaynaklarının değerlendirilmesinde iĢlenmiĢ ürün dıĢsatımın desteklenmesi ile ülke tarımına yeni bir ivme verilebilir. Bu çalıĢmada, ülkemizde tarımsal mekanizasyon bilim dalında yeni bir konu olan tıbbi ve aromatik bitkiler tarımı ürün iĢleme tekniği yönünden incelenerek güncel ekstraksiyon teknikleri tartıĢılmıĢtır. ABSTRACT Turkey is the 5th major producer in the world among the countries supplying more than the 55% of total essential oil production. In Turkey, these essential oil crops are mainly picked up from nature and partly obtained from cultural production. Extraction techniques used to extract the essential oils from plant material are generally known as extraction. In Turkey, there exist important lack of knowledge about the , industrial scale extraction techniques. For this reason these crops are generally exported to the industrialized countries as a drog with an important quality and quantity losses. Supporting the threated product export to increase the value of the raw material could be hastened our agricultural sector. In this study, medicinal and aromatic plant processing techniques which is the new area of interest in agricultural mechanization science were evaluated and present extraction techniques of these plants were discussed. 1. GİRİŞ Zengin bir bitki örtüsüne sahip olan ülkemiz florasında doğal olarakta yetiĢen tıbbi ve aromatik bitkilerin kültürel üretimi yapılmaktadır. Doğal yada kültürel yolla elde edilen bitkisel hammaddelerin iĢlenmesi genellikle farmakoloji ve gıda sanayiileri geliĢmiĢ ülkelerde gerçekleĢtirilebilmektedir. Bu ülkeler ucuza aldıkları hammaddeleri 1 2 Doç.Dr., Ç.Ü. Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü, ADANA Araţ. Gör., Ç.Ü. Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü, ADANA Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 732 iĢledikten sonra daha pahalı mamül madde olarak pazara sunmaktadır. Ülkemizinde içinde bulunduğu hammadde üreticisi ülkeler bu konuda çalıĢan uzman ve teknoloji eksikliği nedeniyle geniĢ pazar potansiyelinden tam olarak yararlanamamaktadır. Tıbbi ve aromatik bitkilerden elde edilen önemli bir ara ürün olan uçucu yağların dünya genelindeki yıllık üretim miktarı yaklaĢık 50 000 t’dur. Uçucu yağ üretiminin %55'inden fazlası geliĢmekte olan ülkelerce yapılmaktadır. Türkiye, üretim bakımından geliĢmekte olan ülkeler içerisinde Çin, Brezilya, Endonezya ve Hindistan'dan sonra %10'luk pay ile 5. sırada yer almaktadır (1). Ülkemizin bu sektördeki rekabet gücünün artması için pazar gereksinimlerini gözeten bir bitkisel üretim politikası oluĢturması gereklidir. Bu anlamda, tıbbi ve aromatik bitki yetiĢtiriciliğinde birim alandan alınan ürünün nitelik ve niceliğinin yükseltilmesi, hasat sonrası ürün iĢleme tekniklerinde oluĢan kayıpların ve genel üretim maliyetlerinin azaltılması öncelikle ele alınması gerekli konulardır. Bu çalıĢmada, tıbbi ve aromatik bitkilerin hammadde olarak iĢlenmesinde kullanılan güncel yöntemler incelenmiĢtir. 2. TIBBİ VE AROMATİK BİTKİLERDEN ELDE EDİLEN SON ÜRÜNLER GeliĢmekte olan ülkeler, tıbbi ve aromatik bitkileri iĢleyerek çeĢitli ürünleri üretme kapasitesine sahip olsalar da genellikle bu ürünleri iĢlemede kullandıkları teknolojilerde önemli eksikler bulunmaktadır. Bu konudaki en önemli eksiklik laboratuvar ölçeğinde yapılan çalıĢmaların ticari ölçeğe uygulanamamasıdır. Ticari geçerliliği olan optimal parametrelerin belirlenebilmesi için ürün iĢleme teknolojilerinin büyük ölçekte uygulanması gerekmektedir. Bu ürünlerde uygulanan ürün iĢleme teknikleri ve elde edilen ürünler ġekil 1'de verilmiĢtir. AROMATĠK BĠTKĠLER PARÇA/BÜTÜN TAZE/KURUTULMUŞ DOĞAL SIZINTILAR (ÇAM) BUHAR/HĠDRO DESTĠLASYON (TOMURCUK) PRESLEME (TRUNÇGĠL) AYIRMA ENFLARUJ (ÇĠÇEKLER) ALKOL EKSTRAKSIYONU DESTILASYON ÇÖZÜCÜ EKSTRAKSĠYONU (YASEMĠN) DESTĠLASYON ETERĠK YAĞLAR FRAKSĠYONLARA AYIRMA REÇĠNE KONKRETLER (GÜL) OLEORESĠNLER (ZENCEFĠL) ĠZOLATLAR DESTĠLASYON BALSAMLAR REÇĠNE/RESĠNOĠDLER (LĠKENLER) ALKOLĠK EKSTRAKSĠYON/ DESTĠLASYON REKTĠFĠKASYON KĠMYASAL DÜZENLEMELER AROMA KĠMYASALLARI ZENGĠNLEġTĠRĠLMĠġ YAĞLAR ABSOLÜTLER ġekil 1. Tıbbi ve aromatik bitkilerde ürün iĢleme teknikleri ve elde edilen ürünler (2) Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 733 3. TIBBİ VE AROMATİK BİTKİLERDE EKSTRAKSİYON TEKNİKLERİ Ekstraksiyon iĢlemi hammaddeden elde edilmek istenilen son ürüne göre farklı Ģekillerde uygulanmaktadır. Ancak tıbbi ve aromatik bitkilerde uygulandığı Ģekliyle en genel anlamda ekstraksiyon, ekstrakte edilecek materyal içerisinden bir çözücü geçirerek, bitkisel materyalin bünyesindeki çözünebilir maddelerin bu çözücü yoluyla çıkarıltılması iĢlemidir. 3.1. Konkret Ekstraksiyonu Konkret; taze çiçek, yaprak vb. bitkisel aksamdan elde edilen bir hidrokarbon ekstraktıdır. Konkret elde edilen çiçeklerin kokularının bitkinin hasadından birkaç saat sonra değiĢmesi ya da buharlaĢması nedeniyle mümkün olan en kısa sürede bu çiçeklerin iĢlenmeleri gerekmektedir. ġekil 2'de uygulamada konkret üretiminde kullanılan bir donanımın Ģematik resmi verilmiĢtir. Isı DeğiĢtirici Isı DeğiĢtirici Ekstraktörler (5000 I) Buhar Enjeksiyonu I. BuharlaĢtırıcı (6000 I) II. BuharlaĢtırıcı (600 I) Durultucu Tankları YoğuĢturucu Çözücü Tankları Doymuş Çözücü Devir daim Pompası KONKRET Son Ürünü Çözücü ġekil 2. Konkret ekstraksiyon iĢlemi (3) Statik ekstraksiyon tankına doldurulan çiçeklerin kendi ağırlıkları ile sıkıĢmasını önlemek için bu tankların içerisine çok sayıda delikli raflar yerleĢtirilmiĢtir. Bu delikli raflardan oluĢan düzenek çıkarılabilir silindirik sepetler Ģeklinde de yapılabilmektedir. Daha sonra bu çiçekler ekstraksiyon tankının altından verilen bir çözücü içerisine daldırılır. Ekstraksiyon, iĢlemde kullanılan çözücünün kaynama noktasının altındaki bir sıcaklıkta gerçekleĢir. Taze çözücü ekstraksiyon tankları boyunca devir daim edilir. Çözücü her çevrimde uçucu aroma bileĢenleri bakımından giderek zenginleĢir. Ekstraksiyon tamamladığında yüksek oranda çiçek ekstrakıyla zenginleĢmiĢ olan çözücü, sıcaklığı çözücünün kaynama sıcaklığı ile aynı düzeyde tutulan birinci buharlaĢtırıcıya gönderilir. Burada karıĢımın çözücü içeriği onda bire düĢürülür. Ayrılan çözücü tekrar kullanılmak üzere çözücü tankına pompalanır. Daha Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 734 sonra çözücü-ekstrakt karıĢımı çözücünün yüksek vakumla karıĢımdan ayrıldığı son buharlaĢtırıcıya gönderilir. Bu iĢlem sonunda ayrılan çözücüde tekrar kullanılmak üzere çözücü tankına gönderilir. Çözücü ile yıkama sayısı, ekstraksiyon süresi, hangi tip çiçek kullanılacağı ve çiçeklerin durumuna bağlı olarak iĢlemin uygulama süresi değiĢmektedir. Örneğin 100 L çözücü kapasiteli 9 adet ekstraksiyon tankından oluĢan bir sistemde çözücünün çiçeklerden oluĢan materyal içerisinden 3 kez geçiĢi 60 dakika almaktadır (4). 100 L çözücü kullanılarak 140 kg yasemin, 150 kg gül yaprağı, 230 kg portakal çiçeği, 300 kg lavanta ve 60 kg meĢe mantarı ekstrakte edilebilir (5). 3.2. Absolut Ekstraksiyonu Konkret yaygın olarak kullanılan bir son ürün olmadığından absolut olarak bilinen uçucu bir konsantrasyona dönüĢtürülmesi gerekir. Bu iĢlem konkretin alkol ile ekstrakte edilmesiyle gerçekleĢtirilir. Konkretlerin absolute dönüĢtürülmesinde kullanılan bir donanımın Ģematik resmi ġekil 3'de verilmiĢtir. Soğutma Ünitesine Birinci BuharlaĢtırıcı Vakum Döner Filtre Konkret + Alkol Vakum Su Depolama Tankı Pompa Pompa Mum Tankı nkıTankı Çözünme Tankı Buhar Yeniden Kazanılan Alkol ABSOLUT Son BuharlaĢtırıcı ġekil 3. Konkretten absolüt elde edilmesi (5) Ġlk olarak konkret 30-60°C arasında ısıtılarak absolut alkolü (etanol) ile karıĢtırılır ve kuvvetli bir Ģekilde çalkalanarak çözelti haline gelmesi sağlanır. Daha sonra bu çözelti –5...-10°C arasında soğutulur ve döner filtrasyon uygulanarak mumun ani olarak ayrılması sağlanır. Filtrasyondan sonra karıĢım tekrar soğutulup, gözenekliği 3 olan cam tozu ile doldurulmuĢ soğuk geniĢ filtreler içerisinden geçirilerek vakum altında filtrelenir. Döner filtreden alınan karıĢım buradan birinci buharlaĢtırıcıya gönderilerek %10 alkol düzeyine kadar konsantre edilir. Daha sonra bu karıĢım son çalkalama buharlaĢtırıcısına gönderilir. Burada karıĢım içerisindeki alkol yüksek vakum altında ayrılır. Bu aĢamada ekonomik önemi fazla olan bazı floral maddelerin kaybını önlemek için kabın sıcaklığının 40°C'nin üzerine çıkmasına izin verilmez. Kap içerisindeki karıĢım yoğunlaĢma belirtisi gösterdiğinde alkolün ayrılmasına son verilir. Burada en iyi gösterge floral madde kayıplarının baĢlamasıdır. 3.3. Pomatlar Pomatlar sadece Güneydoğu Fransa'ya özgü bir teknik olan enflaruj olarak bilinen bir ürün iĢleme yöntemi ile elde edilirler. Enflaruj iĢlemi esas olarak çok az miktarlarda aromatik bileĢen içeren ve ısı ya da buhar gibi çeĢitli faktörlere karĢı oldukça hassas olan çiçeklerden aromatik madde elde edilmesinde kullanılır. Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 735 Enflaruj, yağ kullanılarak uygulanan bir soğuk ekstraksiyon yöntemidir. Yağ, ahĢap bir çerçeve ile çevrelenmiĢ cam plakalar üzerine çerçevenin kenarlarında temiz bir sınır oluĢturacak Ģekilde yayılır. AhĢap bir sıyırgı ile yağ yüzeyi üzerinde yiv setler açılarak soğurucu yüzey arttırılır. Taze taç yapraklar ya da çiçekler yağ yüzeyi üzerine yayılarak çerçeveler üst üste konulur. Çiçeklerdeki parfüm yağları emildikten sonra geriye kalan materyal el ile uzaklaĢtırılır. Bu iĢlemin uygulama süresi kullanılan bitkiye göre değiĢmekle birlikte yaseminde 12-30 saat, sümbülteberde 24-100 saattir (6). Yağın doygun hale gelmesi için 24-36 parti çiçek yüklenmesi gerekmektedir. Günümüzde çözücü ekstraksiyonu yöntemi ile daha ekonomik üretim yapılması ve bu yöntemle çok daha büyük miktarlardaki çiçeklerin iĢlenebilmesi gibi nedenlerle nadiren kullanılan bir yöntemdir. 3.4. Rezinoid Ekstraksiyonu Rezinoid, reçinece zengin doğal bitkisel materyalden hidrokarbon çözücüsü kullanılarak elde edilen bir ekstrakttır. Genel olarak rezinoid üretiminde ġekil 4'de görülen donanım kullanılmaktadır. Hammadde ve çözücü ekstraksiyon tankına doldurulur ve karıĢım hızlı bir Ģekilde karıĢtırılır. Çözücü rezinoid bakımından zengin hale geldikten sonra bu karıĢım çözücünün uzaklaĢtırılması için konsantre edici bölüme gönderilir. Elde edilen rezinoid sıcak iken boĢaltılır. Çünkü rezinoid oda sıcaklığında akıĢkan değildir. Doymuş Çözücü Isı DeğiĢtirici YoğuĢturucu Su Isı DeğiĢtirici Buhar Filtre Ekstraktör Pompa Ham Madde + Çözücü SON ÜRÜN Geri Kazanılan Çözücü Pompa Çözücü Depolama ġekil 4. Rezinoid ekstraksiyon iĢlemi (5) 3.5. Ekstraktlar Ekstraktlar, reçinesiz kurutulmuĢ bitkisel materyalden üretilirler. Ekstrakt elde edilmesinde rezinoid imalatında kullanılan donanımın aynısı kullanılır. Diğer bir yöntemde kurutulmuĢ bitkisel materyal geniĢ ĢiĢkin bir bez ya da kumaĢ torba içerisine konulur. Daha sonra bu kumaĢ torba sıvı etanol gibi bir çözücü içeren paslanmaz çelikten yapılmıĢ bir tankın içerisine yerleĢtirilir ve karıĢım çalkalanır. Bu iĢlemde bitkisel materyal içerisinde çözücünün tamamen yayılarak hücreleri yumuĢatıp geniĢletmesi 5 ile 8 gün sürmektedir. Bu sürenin sonunda ekstraksiyon çözücüsü ortamdan uzaklaĢtırılır ve geri kalan ekstraktın ayrılması için bitkisel materyal sıkıĢtırılır. Ekstraktın tamamının çıkarılabilmesi için bitkisel materyal bir miktar taze Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 736 ekstraksiyon çözücüsüyle yıkandıktan sonra tekrar sıkıĢtırılarak elde edilen ekstraktlar toplanır. Daha sonra bu ekstraktı temiz bir çözelti haline getirmek için santrifüj etme ve filtreleme iĢlemi yapmak ya da birkaç gün dinlenmeye bırakmak yeterlidir. 3.6. Karbondioksit Ekstraksiyonu Kuru bitkisel materyallerin hepsi basınç altında sıvı karbondioksitle ekstrakte edilebilir. CO2 alt kritik sıvı ya da süper kritik sıvı olarak kullanılmasının dıĢında diğer çözücülerine benzer Ģekilde davranır. Bu terimler arasındaki farkın iyi anlaĢılması için ġekil 5'de verilen faz diyagramının incelenmesi gerekmektedir. ġekildeki koyu renkli alanda CO2 sıvı haldedir. Taralı bölgenin üzeri kritik nokta olup nekadar basınç uygulanırsa uygulansın CO2 gaz formundan sıvı hale dönüĢtürülemez. Bu durum süper kritik faz olarak adlandırılır. Diğer sıvı alanlar alt kritik fazı oluĢtururlar. Alt 10 000 Basınç (bar) 1 000 KATI KRĠTĠK NOKTA 100 SIVI GAZ 10 ÜÇLÜ NOKTA 0 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 Sıcaklık (°C) Şekil 5. CO 2 faz değiĢim diyagramı kritik fazda CO2 ekstraksiyonu kurutulmuĢ aromatik bitkilerden uçucu konkretlerin çıkarılmasında ticari olarak geleneksel buhar destilasyonuna bir alternatiftir (7). Çünkü iĢletme koĢulları halihazırda kolayca orta seviyedeki basınç donanımlarıyla sağlanabilen 50-80 bar basınç ve 0 ile 10°C arasındaki sıcaklıklardır. CO2 toksik etkisi ve yanıcı özelliği olmayan, kokusuz, renksiz, ucuz, kullanıĢlı, çözücü kalıntısı bırakmadan kolayca uzaklaĢtırılabilen, düĢük viskoziteli bir gazdır. ÖğütülmüĢ materyale kolayca nüfuz edebilmekte, sıcaklık ve basıncı değiĢtirilerek farklı Ģekillerde kullanılabilmektedir. Bu üstünlüklerinden dolayı CO2 sıvı ya da süper kritik akıĢkan ekstraksiyonunda yaygın olarak kullanılan bir çözücüdür. Alt kritik ve süper kritik CO2 ekstraksiyonunun en belirgin özelliği hammadde ile hemen hemen aynı aroma profilinde ekstraksiyon yapılabilmesidir. Aromatik bitkilerden ekstrakt üretiminde karbondioksit ekstraksiyonu çok iyi bir yöntem olmasına karĢın ilk yatırım maliyeti oldukça yüksektir. 500-600 kg kapasiteli bir tankın maliyeti 4.5-5 milyon $ civarındadır (7). ġekil 6'da CO2 ekstraksiyonu Ģematik olarak gösterilmiĢtir. Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 737 Kirli CO2 Saf CO2 Son Soğutucu Kompresör Kompresör Ön Isıtıcı YoğuĢturucu-BuharlaĢtırıcı EXTRAKT D C B CO2 CO2 Tankı A Transfer Tankı Soğutucu ġekil 6. Ticari karbondioksit ekstraksiyon iĢlemi (5) 3.7. Mikrodalga Ekstraksiyonu Mikrodalga enerjisini geçiren çözücüler bütün enerjinin bitkisel materyal tarafından soğurulmasına izin verirler. Sıcaklıktaki ani bir artıĢ eterik yağ bezleri hücre duvarlarının kırılmasına neden olmakta ve eterik yağın çevredeki çözücü içerisine akmasını sağlamaktadır. Son zamanlarda bazı araĢtırıcılar bu iĢlemin kinetiği üzerinde çalıĢmaktadırlar (8). AraĢtırıcılar yağ bezeciklerinin Ģiddetli ısıl strese maruz bırakılması durumunda bu bezelerin kırılmakla kalmayıp aynı zamanda agrega Ģeklinde toz halindeki parçalara ayrıldıklarını belirlemiĢlerdir. Mikrodalga ekstraksiyonu tamamen ticari hale henüz gelebilmiĢtir (5). 3.8. İnfüzyon Ekstraksiyonu Ġnfüzyonlar kurutulmuĢ bitkisel materyalden elde edilen sıcak su ekstraktlarıdır. DemlenmiĢ çay, çay infüzyonu örneği olarak düĢünülebilir. Genel olarak infüzyonlar maserasyon ekstraktına benzer Ģekilde yapılırlar. Ayrıca sıcak su ile perkolasyonda (süzme iĢlemi) infüzyon yapımında kullanılabilecek bir seçenektir. 3.9. Tentür Ekstraksiyonu Tentürler kurutulmuĢ bitkisel materyalden elde edilen akıcı alkolik ekstraktlardır. Rezinoid imalinde kullanılan yönteme benzer bir yöntemle, benzer donanımlar kullanılarak üretilirler. Üretilen tentürün alkol içeriği imalatçılarca %20-60 düzeyinde tutulur (5). Bununla birlikte bazı alkolle ekstrakte edilen tentürlerde bu oranının %95 düzeyine çıktığı da bilinmektedir. 3.10. Baharat/Bitki Oleoresini Ekstraksiyonu Oleoresin terimi eterik yağ bakımından zengin doğal sızıntı anlamında kullanılır. Tatlandırıcı, aroma ve gıda endüstrilerinde baharat ve bitkilerden elde edilen ekstraktları tanımlamada da kullanılmaktadır (5). Oleoresin ekstraksiyonu bir ya da iki aĢamalı olarak yapılabilir. Ekstraksiyonun bir ya da iki aĢamada tamamlanması Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 738 iĢletmede buhar destilasyonu donanımının olup olmamasına bağlıdır. Baharat/bitki oleoresinleri imalat akıĢ Ģeması ġekil 7'de görülmektedir. Baharat/Bitki Hammaddesi Öğütme Ekstraksiyon Oleoresin Standardizasyonu Çözücü UzaklaĢtırma Filtrasyon Katkı Maddeleri Çözücü Kazanımı Atık UzaklaĢtırma ġekil 7. Bir aĢamalı oleoresin imalat iĢlemi akıĢ diyagramı (5) Bir aĢamalı ekstraksiyonda oleoresin, seçilen bir çözücüyle bitkiden ayrılarak alınır ve çözücü dikkatlice uzaklaĢtırılır. Ġki aĢamalı ekstraksiyonda bitkisel materyal ilk olarak eterik yağı alınmak üzere buharla destile edilir, kurutulur ve tek aĢamalı iĢlemdeki gibi ekstrakte edilir (ġekil 8). Çözücü uzaklaĢtırma iĢlemi tamamlandıktan elde edilen eterik yağın bir kısmı standart bir ürün elde etmek için oleoresin ile birleĢtirilir. Her iki yöntemde de ekstraksiyon iĢlemi aynıdır. ÖğütülmüĢ bitki uygun mesh numaralı bir sepet içerisine konulduktan sonra sızdırmaz buhar ceketli reaksiyon tankının içerisine yerleĢtirilir. Reaksiyon tankı etrafındaki buhar ceketleri ile sağlanan kontrollü sıcaklıkta bitkisel materyal bilinen miktardaki çözücüyle belirli aralıklarla yıkanarak eterik yağ ve uçucu olmayan bileĢiklerin tamamı uzaklaĢtırılıncaya kadar iĢlem sürdürülür. Baharat/Bitki Hammaddesi Kurutma Ekstraksiyon Buhar Destilasyonu Baharat/Bitki Tortusu Filtrasyon Eterik Yağ Atık UzaklaĢtırma Çözücü UzaklaĢtırma Oleoresin Standardizasyonu Çözücü Kazanımı ġekil 8. Ġki aĢamalı oleoresin üretim iĢlemi akıĢ diyagramı (5) 4. ETERİK YAĞ DESTİLASYON YÖNTEMLERİ Eterik yağ ekstraksiyonunda su buharı destilasyonu yönteminin kullanılması günümüzden 1000 yıl öncesine dayanmaktadır (9). Bitkisel materyalden eterik yağ elde edilmesinde kullanılan yöntemler sulu destilasyon, su-buhar destilasyonu, buhar destilasyonu, maserasyon destilasyonu, empiromatik (yıkıcı) destilasyon ve preslemedir. Presleme dıĢındaki diğer bütün yöntemlerde eterik yağın çıkarılmasında ısı enerjisi gereklidir (5). 4.1. Sulu Destilasyon Sulu destilasyonda temel prensip aromatik bitkisel materyal ve sudan oluĢan süspansiyonun kaynatılarak buharın yoğuĢmasını sağlamaktır. Bu yöntemde bitkisel materyal sürekli olarak su ile temas halindedir. Ayrıca destilasyon kazanı içerisindeki Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 739 suyun sürekli olarak ateĢle temas halinde olması nedeniyle tank içerisinde yeteri kadar su olması gereklidir. Aksi durumda su ile temas halinde bulunan bitkisel materyal aĢırı ısınma sonucunda kömürleĢebilmektedir. Bunu izleyen bazı kimyasal reaksiyonlar sonucunda da eterik yağda yanık kokusu oluĢmaktadır (5). Genellikle destilasyon kazanına yeteri kadar su konulması ve suyun iĢlem boyunca korunması olanaklı olmamaktadır. Bu nedenle destilasyon kazanının yanına yeniden destile etme ünitesi (kohobation tüpü) ilave edilir. Bu ilave donanımla destilasyon kazanına verilen su miktarı sabit tutulur (ġekil 9). Basın ç Odası YoğuĢturucu SU Yeniden Destilasyon Ünitesi Girişi ġekil 9. “Manakoka” tipi destilasyon ünitesi (yoğuĢturucu + yeniden destile etme ünitesi) (5) Su ile destile edilen yağlar genellikle koyu renkli olup diğer yöntemlerle üretilen yağlara göre daha keskin bir yanık kokusu içerirler. Su ile destilasyondan elde edilen yağın diğer yöntemlerle elde edilen yağlardan daha düĢük kalitede olmasının nedenleri aĢağıda sıralanmıĢtır (5): 1. Asiklik monoterpen hidrokarbonları ya da aldehitler gibi bileĢenler polimerizasyona karĢı hassas iken esterler gibi bileĢenler hidrolize karĢı duyarlıdırlar. 2. Fenoller gibi oksijene olmuĢ bileĢenlerin destilasyon suyu içerisinde kısmen çözünme eğiliminde olmaları tamamen uzaklaĢtırılmalarını olanaksızlaĢtırır. 3. Su ile destilasyon genellikle küçük ölçekte uygulandığından çok fazla yağ birikmesi uzun zaman alır ve iyi ve kötü kalitedeki yağlar birbirine karıĢır. 4. Sadece birkaç üretici yağ verimi ve kalitesinin iyileĢtirilmesi konusunda çalıĢmalar yapmaktadır. Çünkü yerel olarak uygulanan destilasyon iĢlemi çoğunlukla bir sanat olarak değerlendirilmektedir. 5. Sulu destilasyon buhar-su ya da buhar destilasyonuna göre daha uzun zaman aldığından harcanılan enerji verimli olarak kullanılamamaktadır. Su ile destilasyon yöntemi, biraraya toplanarak ya da birbirine yapıĢarak buharın penetrasyonunu engelleyen bitkisel materyallerin destilasyonunda tercih edilmektedir. Türkiye'de gül yağı üretiminde buhar destilasyonu yöntemi kullanılmaktadır (10). Su ile destilasyon yönteminin belkide tek üstünlüğü, ilk yatırım maliyetinin oldukça düĢük olması ve destilasyon kazanı, yoğuĢturucu ve toplama kaplarının tasarımının basit olmasıdır. 4.2. Buhar-Su Destilasyonu Temelde bu yöntem sulu destilasyondan buhar destilasyonuna bir geçiĢ oluĢturmaktadır. Buhar destilasyonunda kullanılan buhar, ya destilasyon kazanı dıĢındaki bir buhar üreteci ile ya da destilasyon kazanı içerisinde bitkisel materyalden ayrılmıĢ bir bölmede üretilebilmektedir. Su ile destilasyonda olduğu gibi büyük bir Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 740 sermaye yatırımı gerektirmediğinden kırsal alanlarda yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Ayrıca buhar destilasyonunda kullanılan donanımlar tasarım olarak sulu destilasyon donanımlarına oldukça benzerdir. Bu yöntemde su ile bitkisel materyal elek Ģeklindeki delikli plakalarla birbirinden ayrılmıĢ olup bitkisel materyalin su ile doğrudan teması kesilmiĢtir (ġekil 10). Çıkarılabilir Üst Kapak Su Bitkisel M ateryal Sızdırmaz Conta YoğuĢturucu Su Delikli Plaka Yağ Ayırıcı Su Isı Kaynağı ġekil 10. Buhar-su destilasyonu (5) Buhar-su destilasyonunun üstünlükleri aĢağıda maddeler halinde verilmiĢtir; 1. Yağ verimi yüksek olup,yağın bileĢenleri daha az hidrolize ve polimerize olurlar, 2. Geri akıĢın kontrolüyle polar bileĢenlerdeki kayıp azaltılmıĢtır, 3. Elde edilen yağın kalitesi sulu destilasyona göre daha tekdüzedir, 4. Destilasyon iĢlemi sulu destilasyona göre daha kısa sürdüğünden sistemin enerjetik etkinliği daha yüksektir. 4.3. Buhar Destilasyonu Buhar destilasyonu bitkisel materyalin genellikle buhar kazanı olarak adlandırılan uydu bir buhar üreteci tarafından üretilen buharla destile edilmesi iĢlemidir. Buhar-su destilasyonunda olduğu gibi bitkisel materyal buhar giriĢinin üstünde yeralan bir delikli plaka üzerine konulur. Buhar üreteci destilasyon kazanı dıĢında olduğundan üretilen buhar miktarının kontrol edilebilmektedir. Buharın destilasyon kazanı dıĢında üretilmesi bitkisel materyalin maruz kaldığı sıcaklığın 100°C'nin altında olmasını sağlamaktadır. Bu sıcaklık düzeyi kabul edilebilir sınırlar arasında olup bitkisel materyalde ısı etkisiyle bozulmaların oluĢması önlenir. Buhar destilasyonu aroma ve koku endüstrilerinde standart olarak kullanılan bir eterik yağ ekstraksiyon yöntemidir. ġekil 11'de modern bir buhar üretecinin Ģematik resmi verilmiĢtir. Buhar destilatörünün dezavantajı yüksek sermaye yatırımı gerektirmesidir. Biberiye, sedir ağacı, limonotu, litsea cubeba, baĢak lavanta, ökaliptus, citronella, cornmint gibi birim fiyatı düĢük olan ürünlerin büyük ölçekli üretimlerinde buhar destilasyonu ile eterik yağ ekstraksiyonu yapılabilmektedir. Ancak donanım için yapılan sermaye yatırımının geri dönüĢü 10 yıldan daha uzun bir zaman almaktadır. Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 741 Bitkisel Materyal YoğuĢturucu Delikli Plaka Su Buhar Su BoĢaltma Tapası Yağ Ayırıcı Yağ ġekil 11. Modern bir buhar destilasyonu ünitesi (5) 4.3.1. Mobil Destilasyon Mobil destilasyon ile buhar destilasyonu arasındaki tek fark bu yöntemde hasat edilen materyalin kıyılmadan önce tarlada soldurulduktan sonra bir tarım arabasına yüklenmesidir. Tarım arabası tamamen soldurularak kıyılmıĢ materyalle doldurulduktan sonra destilasyon sisteminin kurulduğu yere götürülerek buhar giriĢ sistemi takılır. Çoğu mobil destilatörlerde su ile çalıĢan sarımlı tip yoğuĢturucu kullanılmaktadır. Mobil destilasyonda sistemin destilasyon ünitesi ile olan zayıf bağlantısı nedeniyle; kesilen bitkilerin yüklenmesi, destilasyon kazanının bulunduğu yere taĢınması, tarım arabasının boĢaltılması ve destilasyon kazanının bitkisel materyalle doldurulması gibi iĢlemler zaman ve iĢçilik kaybına neden olmaktadır. Bu sakıncaların giderilmesi için destilasyon kazanının tarım arabası üzerine bindirilerek arazide yüklenip buradan da destilasyon ünitesinin bulunduğu yere taĢındığı bir sistem geliĢtirilmiĢtir. Bu uygulama ile soldurularak kıyılmıĢ materyalin arazide destilasyon kazanına yüklenmesi ve destilasyonu tamamlanan materyal kütlesinin boĢaltılması için harcanan süre 6...8 h'ten 3 h'e kadar düĢürülebilmekte ve iĢçilik maliyetleri de %50 azaltılabilmektedir. ġekil 12'de bir mobil destilasyon ünitesinin Ģematik resmi verilmiĢtir. Bu mobil ünite halihazırda ABD’de nane, adaçayı ve dereotu yağı üretiminde kullanılmaktadır. ABD'de nane yağı endüstrisinde kullanılan 4 tüplü bir mobil destilasyon ünitesinin satıĢ fiyatı 218 000 $ olup yaklaĢık olarak 160 ha’lık nane ekim alanı için yeterlidir (5). Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 742 Deve Boynu Boru Döndürme Kolu Vinç Deve Boynu Boru Buhar Hattı Havalandırma Destek Payandalar Yeniden Destilasyon Soğutma Ünitesi Suyu Girişi YoğuĢturucusu Dikey YoğuĢturucu Sıcaklık Ölçer Soğutma Suyu (Buhar Kazanı Besleme Pompasına) Açılır Üst Kapak Geçit Bölümlenmiş T. Arabası YoğuĢmuĢ Buhar Yüksek Basınçlı Buhar Otomatik Buhar Kontrol Subabı Boşaltma Ara Yağ Boşaltma Hattı Anti-sifon Ventili Havalandırma Filtresi By Pas Vanası Buhar Kazanına Bağlantı Hattı Kapatma Vanası Soğutma Suyu Girişi Nane Yağı Alma Deposu Nane Yağı Deposu Ölçek Yeniden Destilasyon Alıcı Deposu Otomatik Su Seviyesi Kontrol Valfi ġekil 12. Mobil destilasyon ünitesi (5) 4.3.2. Sürekli Destilasyon Biolandes iĢlemi olarak bilinen sürekli destilasyon iĢlemi ġekil 13 ve 14'de Ģematik olarak verilmiĢtir. Bu ünite bitkisel materyalin öğütülüp pülverize edildiği yüksek kapasiteli bir silodan oluĢmaktadır. Buradan alınan materyal bir helezon yardımıyla destilasyon kazanına taĢınır. Silindirler içerisinde materyalin taĢınması sırasında bitkisel materyal kütlesinin akıĢ yönüne ters yönde bir buhar akıĢı uygulanır. Genellikle yağ su buharı karıĢımı yoğuĢur ve yoğuĢma sonucunda ortaya çıkan gizli ısı kaybolur. Biolandes yönteminde yüksek ısı iletim kapasiteli bir sıcak hava üreteci kullanılır. Bu sıcak hava 100°C'deki buharı yaklaĢık 100°C'deki suya dönüĢtürür. DıĢarıya alınan bitkisel materyal atığı üretilen sıcak hava ile kurutulur ve buhar kazanı yakıtı olarak kullanılır. Bu ısı değiĢimi iĢlemlerinin gerçekleĢtirilmesiyle yoğuĢturucunun soğuk su gereksinimi önemli oranda azaltılmaktadır. Ġki adet 7.5 m yüksekliğindeki destilasyon kazanından oluĢan sistem 1 saatte 3 ton iğnesiz çam, 1.5 ton ardıç ağacı dalı ya da 250 kg cistus dalı iĢleme kapasitesine sahiptir (11). Bu yöntemden sağlanan yararlar aĢağıda özetlenmiĢtir: 1. Büyük miktarlardaki bitkisel materyal kısa sürede iĢlenebilmektedir, 2. Buhar kazanı için gerekli enerji sistemden elde edilen atıklardan sağlandığından enerji gereksinimi düĢüktür, 3. Su gereksinimi azdır, 4. ĠĢlenen bitkisel materyalin atık maliyeti düĢüktür, 5. ĠĢlem otomatik olarak yürütüldüğünden iĢçilik maliyeti düĢüktür, elde edilen yağ tekdüze özellikte ve yüksek kalitededir. Bu sistemin en büyük dezavantajı geleneksel donanımlara göre çok yüksek bir ilk yatırım maliyeti gerektirmesidir. Ancak endüstriyel amaçlı olarak verimli ve karlı bir uygulamadır. Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Destilasyon Kazanı Tekirdağ 743 Yoğuşturucu Atık Bitkisel Materyal Bitkisel Materyal Ayırıcı Buhar Öğütücü ġekil 13. Biolandes sürekli buhar destilasyonu iĢlemi (5) Bitkisel Materyal YoğuĢturucu Destilasyon Kazanı Kurutulan Bitkisel Materyal Atığı Ayırıcı Aerotermik Isı DeğiĢtirici Buhar Buhar Kazanı Buhar ġekil 14. Biolandes sürekli buhar destilasyonu iĢleminde ısı değiĢtirici sistem (5) 4.4. Hidrodifüzyon Bu yöntem geleneksel buhar destilasyonundan farklı olarak difüzyon prensibine göre çalıĢır. Hidrodifüzyon ünitesi geleneksel destilasyon kazanlarından oldukça farklı bir yapıya sahiptir. Bitkisel materyal kütlesi destilasyon kazanı içerisindeki sepetlere doldurulur. Sistem dıĢındaki bir buhar üretecinden sağlanan düĢük basınçlı buhar öğütülmüĢ bitkisel materyal kütlesi içerisine üstten verilir ve yerçekimi etkisiyle materyal kütlesi içerisinden geçer. Destilasyon kazanı içindeki sepetlerin altına konulan yoğuĢturucu genellikle tüp Ģeklinde yapılır. Yağ ve su yoğuĢturucunun altındaki bir yağ ayırıcı bölmede toplanır. Destilasyon iĢlemi tamamlandığında yan kapak açılarak sepetler içerisindeki materyal dıĢarı alınır ve sistem yeniden yüklemeye hazır hale getirilir. Hidrodifüzyondan sağlanan yararlar aĢağıdaki gibi özetlenebilir (12, 13): 1. Kullanımı kolaydır 2. Ġyi öğütülmüĢ bitkisel materyallerin destilasyonuna elveriĢlidir 3. Sadece düĢük basınçlı ıslak buhar kullanır 4. Yağ verimi geleneksel buhar destilasyonundan yüksektir 5. Destilasyon süresi kısa olup daha az buhar kullanıldığından üretim maliyeti azdır 6. Destilasyon süresinin kısaltılması ile yağdaki bileĢenlerin daha az hidrolize olmaları sağlanır, geriakıĢ olmadığından üretilen yağ yanık kokusu içermez. Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 744 7.Genellikle üretilen yağın fiziko-kimyasal özellikleri ulusal ve uluslararası standartlara uygundur. 4.5. Empiromatik (Yıkıcı) Destilasyon Yıkıcı destilasyon adından da anlaĢıldığı gibi bir ısıl bozunma iĢlemi olup sadece huĢ ağacı katran yağı ve katran ardıcı yağının elde edilmesinde kullanılmaktadır. Daha çok ağaç kütük, dal ve köklerinden elde edilen yağlar söz konusu olduğundan yıkıcı destilasyon ayrıntılı olarak ele alınmamıĢtır. 4.6. Maserasyon (Yumuşatma) Destilasyonu Bazı bitkilerin eterik yağları glikozitik olarak bağlı olduğundan eterik yağlarının çıkarılması için destilasyondan önce yumuĢatma yapılması gerekmektedir. Bu bitkiler acı badem tohumları, soğan, sarımsak hardal tohumu, keklik üzümü yaprakları ve tatlı huĢ ağacı dalları ve yapraklarıdır. 5. SONUÇ VE ÖNERİLER Sadece doğadan toplanıp hammadde olarak ihraç edilen ürünler bile bugün ülkemizin dünya pazarlarında üretimin %55'ten fazlasını gerçekleĢtiren geliĢmekte olan ülkeler arasında 5. büyük üretici konumuna gelmesine yetmiĢtir. Yükte hafif pahada ağır olarak nitelendirilen bu ürünlerin getirisi oldukça yüksektir. Ancak diğer geliĢmekte olan ülkelerde olduğu gibi ülkemizde de bu ürünlerde uygulanan ürün iĢleme tekniği konusunda oldukça büyük bir bilgi eksikliği vardır. Örneğin ülkemizde gülyağı üretiminde buhar destilasyonu yöntemi kullanılmaktadır. Oysa gül bitkisi biraraya toplanarak buharın penetrasyonunu engellemekte ve materyal tam olarak iĢlenemeden atılmaktadır. Bu küçük örnekte olduğu gibi eldeki kaynakların tam olarak değerlendirilememesi nedeniyle hem üreticilerin hemde ülke ekonomisinin kaybı büyüktür. Bu amaçla; 1. Tıbbi ve aromatik bitkilerin kültürel üretimi konusundaki araĢtırma ve geliĢtirme çalıĢmalarına ağırlık verilmeli, 2. Pazardan daha büyük pay alabilmek için bitkisel hammaddeler iĢlenerek pazara sunulmalı, 3. Uluslararası standartlara uygun ürün sunabilmek için hatalı bir Ģekilde gelenekselleĢen üretim yöntemleri terkedilmeli ve uygun teknikler kullanılmalı, 4. Bitki bazında çalıĢmalara ağırlık vererek, her ürün için makinalı tarım tekniği açısından gerekli parametreler belirlenmeli ve yetiĢtiricilikten son ürün eldesine kadar olan bütün iĢlemlerde mekanizasyon uygulamasına gidilmeli, 5. Hasat ve hasat sonrası iĢlemlerde (kurutma, ekstraksiyon ve destilasyon) araĢtırma geliĢtirme çalıĢmalarına ağırlık verilerek, geliĢtirilen yeni teknikler yakından izlenmeli, 6. Kamu, üretici ve ihracatçılar tıbbi ve aromatik bitkilerin üretiminden sağlanacak sosyal ve ekonomik faydalar konusunda bilinçlendirilmeli, 7. Tıbbi ve aromatik bitkiler mekanizasyonunda yoğun çalıĢmalar yapan araĢtırma kuruluĢları arasında bilgi alıĢveriĢi ve ortak araĢtırma programları özendirilmeli, 8. Kamu ve özellikle özel sektör, tıbbi ve aromatik bitki yetiĢtiricilerini düĢük faizli kredi, pazarlama vb. yöntemlerle teĢvik etmelidir. Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 745 6. KAYNAKLAR 1. VERLET, N. Commercialization of Essential Oils and Aroma Chemicals. In: In: A Manual on the Essential Oil Industry. Edit. K., Tuley De Silva, pp. 203-232, 1995. 2. SILVA, K.T. Development of Essential Oil Industries in developing Countries. In: A Manual on the Essential Oil Industry. Edit. K., Tuley De Silva, pp. 1-11, 1995. 3. MEYER-WARNOD, B. Natural Essential Oils. Extraction Processes and Application to Some Major Oils. Perfum. Flav., Vol: 94, (2), pp. 93-104, 1984. 4. NAVES, Y.R. and MAZUYER, G. Natural Perfume Materials. Reinhold Publ. Corp., Newyork, 1947. 5. LAWRANCE, B.M. The Isolation of Aromatic Materials from Natural Plant Products. In: A Manual on the Essential Oil Industry. Edit. K., Tuley De Silva, pp. 58-109. 1995. 6. SOZĠO, H. Essential Oils. Products of Enflaurage. Perfum. Essential Oil Rec., Vol: 47, pp. 160-162, 1956. 7. MOYLER, D. A. Oleoresins, Tinctures, and Extracts. Food Flavorings. Edit., P. Ashust, pp. 54-86, (AVI Van Nostrand Reinhold) 1991. 8. CHEN, S-C., and SPIRO, M. Kinetics of Microwave Extraction of Rosemary Leaves in Hexane, Ethanol, and a Hexane+Ethanol Mixture. Flav. Fragr. J., Vol: 10, pp. 101-112, 1995. 9. WILDE, P.F. Extracting the Benefits. 13th International Congress of Flav, Fragrances and Essential Oils. Proceedings, 15-19 Oct., 1995, Istanbul, pp. 351-357, 1995. 10. BAġER, K.H.C. Turkish Rose Oil. Perfum. Flav. Vol: 17, (3), pp 45-52, 1992. 11. ARNAUDO, J. F., Le Gout du Naturel, (Booklet, Biolandes Arômes Laboratories, Mougins Cedex, France) 1991. 12. LEGAST, E., and PEYRON, L. Hydrodiffusion Industrial Technology to Produce Essential Oils. Proceedings of 9th International Congres of Essential Oils, Tech. Book. No: 1, pp. 69-73, (Singapore), 1983. 13. PELLECUER, J., De LAUZUN, V., ATTISSO, M., De BOUCHBERG, M. SIMEON., JACOB, M., and IDERNE, M. A Study of Producing and of the Quality of Essential Oils Obtained by a New Process of Extraction: Hydrodiffusion. Proceeding IXth International Congres of Essential Oils Tech. Book. No: 5, pp. 115-120, (Singapore), 1983.
