KEKİK VE BİBERİYE YAPRAKLARINDAN UÇUCU YAĞLARIN SU BUHARI DESTİLASYONU İLE AYRIŞTIRILMASI Burcu ERTEM Ömer Uygur ÖZER HAZIRLAYAN ÖĞRENCİLER Gülsüm TUNCAN Barlas KONTAŞ Umay KURALAY Kemal Atanur UZUN DANIŞMAN ÖĞRETMEN Rüçhan ÖZDAMAR 2005 İZMİR
İÇİNDEKİLER Uçucu Yağlar. 2 3 Uçucu Yağların Önemi ve Kullanım Alanları 3 Biberiye ve Uçucu Yağı 3 Kekik ve Uçucu Yağı 4 Su Buharı Destilasyonu 4 5 Yöntem 5 Çalışmamız... 6 Sonuçlar ve Tartışma... 6 Sözlük... 7 Kaynakça... 8 Resimler......... 9 10 1
KEKİK VE BİBERİYE YAPRAKLARINDAN UÇUCU YAĞLARIN SU BUHARI DESTİLASYONU İLE AYRIŞTIRILMASI Uçucu yağlar, bitkilerden ya da bitkisel droglardan, su ya da su buharı distilasyonuyla elde edilen, oda sıcaklığında sıvı halde olan ve fakat bazen donabilen, uçucu, kuvvetli kokulu ve yağımsı karışımlardır. Açıkta bırakıldığında, oda sıcaklığında bile buharlaşabildiklerinden uçucu yağ, eterik yağ güzel kokulu olduklarından esans gibi isimlerle anılırlar. Esans denmesinin bir başka nedeni de parfümeride kullanılmalarıdır. Uçucu yağ taşıyan bitkiler, daha çok, sıcak iklim bölgelerinde yetişmektedir. Tropik ve subtropik bölgelerde ılıman iklim kuşağının sıcak bölgelerinde de kokulu bitkiler bulunmaktadır. Ülkemizi de içine alan Akdeniz bölgesi ise, uçucu yağ taşıyan bitkiler açısından, en zengin bölgelerden biridir. Uçucu yağlar, yağı taşıyan bitki kısımlarından, genellikle distilasyon yolu ile kazanılır. Uygulanan yöntem bitkinin durumuyla ve koşullarıyla bağlantılıdır. Endüstride başlıca 3 tip distilasyon uygulanır: 1. Su distilasyonu 2. Su ve buhar distilasyonu 3. Doğrudan doğruya buhar distilasyonu Su distilasyonu, kurutulmuş olan ve kaynatılmakta bozulmayan bitkisel materyal ile çalışılıyorsa seçilir. Terementi(terebentin) esansı bu yolla elde edilir. Çam yaprakları, ağaç parçacıkları, bitkiye ait diğer salgı maddeleri ve yağmur suyu ile karışık şekilde bulunan ham terebentin, distilasyon aygıtına yerleştirilir ve bütün uçucu kısımlar, yani uçucucu yağ ve su, toplama kabında yoğunlaşana kadar ısıtılır, distile edilir. Terebentin esansı hemen tamamen terpenik maddelerden oluştuğu için, uygulanmış olan bu ısıdan etkilenmez, bozulmaz. Su ve buhar distilasyonu, ister kuru, ister taze bitki olsun, ısıdan bozulan maddeler varsa uygulanır. Kuru materyalden hareket ediliyorsa (örneğin tarçın kabuğu), drog önce toz edilir sonra su ile örtülerek maserasyona bırakılır. Bu maserattan su buharı geçirilmesi suretiyle uçucu kısımlar ayrılır. Taze materyalden hareket ediliyorsa uzun süre maserasyona gerek yoktur. Su buharı genellikle başka bir yerde elde edilir ve bir boru aracılığı ile su-drog karışımı içine yöneltilir. Böylece ısı ile parçalanma olasılığı ortadan kaldırılmış olur. Distilattaki yağ tabakası sulu tabakadan ayrıldıktan sonra, ya olduğu gibi ya da temizlendikten sonra satışa çıkarılır. Doğrudan doğruya buhar distilasyonu ise taze materyale uygulanan bir yöntemdir. Bitki canlı olduğundan ve yeterince su taşıdığından bu yöntemde su ile maserasyona bırakma gereği yoktur. Bitkisel materyal toplanır, kesilir tel sepet ya da benzeri kaplar içine konularak distilasyon kazanına yerleştirilir. Basınç ile taze bitki parçalarına yöneltilen buhar, yağ damlacıklarını da beraber sürükleyerek toplama kabına getirir. Buhar distilasyonu sırasında bazı maddeler dayanıklılıklarını sürdükleri halde, bazıları bu ısıda hidroliz olurlar. İşte bu hidrolize engel olmak, ya da hidrolizi en düşük düzeye indirebilmek için hücre zarından su ve buharın difüzyon hızını çok iyi düzenlemek ve distilasyonu olabildiği kadar hızlı yapmak gerekir. Uçucu yağ bitkide genellikle % 1 2 oranında, hatta bazen daha da az miktarda bulunduğundan, distilasyon işlemleri boyunca fazla hacimde su ve bu suya oranla, çok az miktarda uçucu yağ yoğunlaşacaktır. 2
Türkiye de uçucu yağ sanayi yeterince gelişmiş değildir. Bununla beraber, Isparta ve Burdur da Gül yağı elde etmek için kullanılan distilasyon ve konkret tesisleri ile Alanya da yasemin konkreti elde edilen bir fabrika vardır. Bazı meyve suyu fabrikalarında da portakal esansı elde edilmektedir. Batı ve Güney Anadolu nun bazı kesimlerinde su buharı distilasyonuna benzer bir metotla, kekik yağı nane yağı, dağ elması yağı elde edilmektedir. UÇUCU YAĞLARIN ÖNEMİ VE KULLANIM ALANLARI Kimyasal bileşimleri bakımından büyük ayrıcalıklar görebildikleri halde fiziksel özellikleri açısından uçucu yağların ortak yönleri oldukça çoktur. Genellikle sıvıdırlar (anason esansı 15 19 derecede donar). Kendine özgü kuvvetli ve hoş kokuları vardır. Acı ve birçoğu baharlı lezzettedir. Kırılma indeksleri yüksektir. Çoğunluğu optikçe aktiftirler ve spesifik çevirmeleri uçucu yağı tanıtmaya yarayan önemli özelliklerden biridir. Uçucu yağların büyük bir kısmı da parfümeride koku maddesi olarak kullanılır.(gül yağı. Lavanta esansı) Ayrıca uçucu yağlar gıda sanayide de tat verici olarak kullanılmaktadır. Baharatın besinlere verdiği tat ve koku dışında, koruyucu bir etkisi de vardır. Bu etki baharatta bulunan uçucu yağdan ileri gelmekte ve uçucu yağların antiseptik etkisi sayesinde bakterilerin üremesi yavaşlamakta, besinlerin bozulması gecikmektedir. Uçucu yağlar başka sanayi dallarında da kullanılır. Boya hazırlanmasında eritici olarak, madencilikte, maden filizlerini yüzdürerek saflaştırmada bazı uçucu yağlardan yararlanılmaktadır. Uçucu yağlardan elde edilen birçok madde, başka ilaç hammaddesi ya da koku verici maddenin yarı sentez yolu ile elde edilişinde de kullanılır. Örneğin kâfur, pinenden hareketle: vanilin, öjenolden hareketle, yarı sentetik olarak hazırlanmaktadır. BİBERİYE VE UÇUCU YAĞI Ballıbabagiller familyasındandır. Anayurdu Akdeniz havzası olup ülkemizde Batı ve Güney Anadolu kıyı şeridinde yetişen, çok yıllık çalı görünüşlü bir bitkidir. 2 m' ye kadar boylanabildiği ve kışın yapraklarını dökmediği için bahçelerde süs ve çit bitkisi olarak yetiştirilmektedir. Yaz boyunca açan küçük çiçekleri mavi ya da eflatuni renklidir. Biberiyenin içerdiği uçucu yağlar arasında başta bomeol olmak üzere linalol, kamfen, sineol ile kâfuru ve bitkide ayrıca tanen, reçine ile diğer etkili maddeler vardır. Özellikleri: *Kan dolaşımını hızlandırır. *Sinirleri uyarır ve güçlendirir. *Mide ve bağırsakları uyarır; sindirime (özellikle yağlı yiyecek yendiğinde) yardımcı olur. *Etkili bir toniktir. *Kas ağrılarını hafifletir. *Burkulma ve eziklerde iyileştiricidir. 3
KEKİK VE UÇUCU YAĞI Çok yıllık odunsu bir bitkidir. Yaprakları küçük; gövdesi yatay, odunsu ve dikey dallıdır. Boyu 15 50 cm. kadardır. Çimenlik tarla kıyılarında, orman kıyılarında, ve çayırlardaki karınca yuvalarının üstünde yer almaktan hoşlanır. Güneş ve sıcak istediği için, toprak sıcaklığının fazla olduğu kayalık ve dağlık bölgelerde çoğalır. Yaz aylarında pembe ya da beyaz renkli çiçekler açar. Dallar çiçek açtığı zaman toplanır. Küçük demetler halinde veya yere serilerek gölge ve havadar yerde kurutulur. Sonra kıyılır veya öğütülür. Akdeniz ülkelerindeki çorak topraklarda, kırlarda ve tepelerde doğal olarak yetişir. Türkiye de 40 kadar kekik türü vardır. Ayırım yapılmaksızın hepsi kullanılır. Alcoolat vulnearie, especes vulneraires, uçucu yağ (thymol (%50 civarında), phenol, carvacrol), saponin, flavonoid içerir. Özellikleri: *Organizmayı güçlendirir. *İştah açar ve sindirimi kolaylaştırır. *Yemeklerin bozulmasını önler. *Barsak iltihaplarını iyileştirir. *Böbrek ve mesanedeki mikropları öldürür. *Eterli uçucu yağlar kana karışıp, bronşiyal kasları etkileyerek, krampları çözebilir. *Antiseptik, güçlendirici ve uyarıcı etkisi vardır. *Vücuttaki kan sirkülasyonunu hızlandırdığından dolayı kalbe faydalıdır. *Kandaki şeker miktarını azaltır. *Sakinleştirici ve spazm gidericidir. *Salgı bezlerini uyarıp düzenli çalışmasını sağlar. *Ağız antiseptiğidir. SU BUHARI DESTİLASYONU Su buharı destilasyonu suda çözünmeyen ya da kısmen çözünen maddelerin saflaştırılmasında ya da ayrıştırılmasında kullanılan bir tekniktir. Böyle maddelerin sulu karışımlarının destilasyonu, ya da bu türden maddeleri içeren karışımlardan su buharı geçirilmesi ile uygulanan su buharı destilasyonu, birbirinde çözünmeyen sıvı çiftlerinin destilasyonuna da örnek oluşturur. Bu destilasyonda sıvı çiftini oluşturan bileşenlerden biri sudur. Su buharı destilasyonunun pratik avantajı karışımın, kaynama noktası düşük bileşeninin kaynama noktasından daha düşük bir sıcaklıkta ayrılabilmesidir. Sonuç olarak, kaynama noktası yüksek olan bir madde, vakum uygulanmaksızın normal kaynama noktasının çok altında destillenebilir. Birbirlerinde hiç çözünmeyen doygun sıvıların buharları Dalton un Kısmi Basınçlar Kanunu na uyarlar. Bu kanun şu şekilde tanımlanır: Birbirleri ile tepkime vermeyen iki ya da daha fazla gaz veya buhar sabit bir sıcaklıkta karıştırıldıkları zaman, her bir bileşen tek başına bulunduğunda gösterdiği kadar bir basınç gösterir ve sistemin basıncı bu basınçlar toplamına eşittir. Dalton un Kısmi Basınçlar Kanunu matematiksel olarak aşağıdaki gibi gösterilir: P = P 1 + P 2 +... + P n Burada P sistemin toplam basıncını, P 1, P 2...P n ise sistemdeki her bir bileşenin kısmi basıncını yani saf haldeki buhar basıncını belirtir. 4
Şekil 1: Su buharı destilasyonu düzeneği Eğer birbirinde çözünmeyen iki sıvının bir karışımı destillenirse, kaynama noktası, bu sıvıların buhar basınçlarının toplamının atmosfer basıncına eşit olduğu sıcaklık olacaktır. Dolayısıyla karışımın kaynama noktası düşük sıcaklıkta kaynayan bileşeninkinden düşük olacaktır. Bu sayede su buharı destilasyonu ile kaynama noktası 100 derecenin üstünde olan bileşiklerin 100 derecenin altındaki bir sıcaklıkta ayrılabilmeleri mümkün olmaktadır. Ayrıca bu yöntemle suda çözünmeyen ya da az çözünen maddeleri, istenmeyen yabancı maddelerden hiçbir bozunmaya uğramadan ayırmak olasıdır. Toplam basınç, sistemdeki bileşenlerin kısmi buhar basınçları toplamına eşit ve bileşenlerin bağıl miktarlarından bağımsız olduğu için, karışımın kaynama sıcaklığı, bileşenlerden biri (pratikte organik madde) sistemden tamamen uzaklaşıncaya kadar sabit kalır ve ancak bundan sonra yükselir. Su buharı destilasyonunda destillenen buhar karışımındaki bileşenlerin miktarları, bu bileşenlerin kısmi basınçları ile doğru orantılıdır. YÖNTEM UÇUCU YAĞ TAYİNİ Uçucu yağ tayini genellikle baharatlı bitkilere uygulanılır. Aroma, bir dereceye kadar lezzetin ölçüsüdür. Çok küçük miktarlardaki örneklerde veya özel destilasyon aletinin olmadığı hallerde; uçucu yağ doğrudan doğruya destilasyon yöntemi ile tayin edilebilir. Biraz uçucu yağ içeren örneklerde; meyve suyu vb. olduğu gibi fazla örnek alarak destilasyon yöntemi uygulanması önerilir. 5
DENEYİN YAPILIŞI Destilasyon düzeneğinin bütün parçaları kromik asitle temizlenir. Elekten geçirilerek öğütülmüş örneklerden 20g., hardal ise 50gr. olarak tartılıp uygun hacimde bir balona konur. Üzerine örneği tamamen ıslatacak kadar suyun biraz fazlası ilave edilir. Su yerine glisenin veya tuz çözeltisi kullanılarak uçucu yağın daha çabuk serbest kalması sağlanabilir. Aygıt kurulduktan sonra uçucu yağ tutucunun taksimatlı kısmına 1ml. Ksilen konulur. Soğutucu takılıp su musluğu açıldıktan sonra balon ceketli ısıtıcı veya yağ banyosu içerisinde ısıtılır. Yaklaşık 6 saatlik bir damıtmadan sonra, sabit bir okuma değerine ulaştı zaman damıtmaya son verilir. Taksimatlı bölmede okunan yağ miktarından ksilen miktarı çıkarılarak kuru madde üzerinden uçucu yağ miktarı hesaplanır. ÇALIŞMAMIZ İlk olarak kekikten elde etmeye başladığımız yağ için; önce 10gr. kekiği bir cam balonun içine koyarak üzerine 150ml. Saf su ilave ettik. Deney düzeneğini kurarak 100ºC de karışımı kaynattık. 2 saatlik aralarla kekiği ve suyu yeniledik. Kekiğin içindeki uçucu yağ ve su buharı ile birlikte boru içerisinde yükseldi ve soğutucu yardımıyla yoğunlaşarak diğer borunu dibinde sıvı halde toplandı. Son olarak musluktan öz kütle farkı nedeniyle altta toplanan suyu attık ve geriye kalan yağı ağzı kapalı bir kaba koyduk. Bu işlemi on kez tekrarladık. Yeteri kadar kekik yağı elde ettikten sonra, aynı işlemleri aynı işlemleri aynı ölçülerle biberiye için hazırladığımız düzenekte uyguladık. Şekil:2 Deney düzeneği 6
SONUÇLAR VE TARTIŞMA Yaptığımız bu deney ve araştırmaların sonucunda, bitkilerin uçucu yağlarının insan hayatındaki yerini ve önemini fark ettik. Birçok farklı alanda kullanıldıkları saptanmış ve her birinin çeşitli özelliklere sahip olduğu gözlenmiştir. Beklenen kekik yağı miktarı 4ml. olmasına karşın 1ml. yağ elde ettik. Bunu sebebi ise kullandığımız kekiğin toplandığı mevsime göre içindeki yağ kapasitesinin değişimi ve kuru bitki kullanımıdır. Biberiye için aynı işlemler uygulanarak %1 lik bir oran beklenmekteydi. Fakat %0,5 oranında yağ elde edebildik. Bunun nedeni de biberiyenin güneş altında fazla bekleyerek kurumuş olması ve toplandığı mevsimin, maksimum yağ elde edebilmek için gereken şartları sağlamayan bir mevsim olmasıdır. 7
KAYNAKÇA Ege Üniversitesi Kimya Fakültesi Ders Notları Yayın Çoğaltma No:2, sayfa 97 115. Ümit, E. (1990) Basılmamış ders notları. Bornova-İzmir Henden Emür, (2003) Ege Üniversitesi Kimya Fakültesi Ders Notları. İkizler, A., İkizler, A., Anıl, H., Toprak, M., (1982), Organik Kimya Laboratuar Kitabı Manahan, S.E., (1986), Quantitative Chemical Analysis. Brooks/Cole Publishing Company. Pamay Besalet-İst. Ünv.Orman Fakültesi. (1979) Park Bahçe ve Peyzaj Mimarisi. Seçmen Özcan, Gemici Yusuf, Görk Güven, Bekat Lütfi, Leblebici Erkuter. (1998) Tohumlu Bitkiler Sistematiği. İzmir Maria Treben. Gesundheit aus der Apotheke Gottes "Tanrı'nın Eczanesinden Sağlık. Prof. Dr. Turhan Baytop, I.U Eczacılık Fak. Türkiye'de Bitkilerle Tedavi, "Bir Yudum Sağlık", N.Eröztürk,Anahtar yayınları,istanbul,2000 Tanker, M., Tanker, N. (1976) Farmakognozi İstanbul www.komilizeytinyagi.com.tr RESİM KAYNAKÇASI www.bahce.biz www.bitkisel-tedavi.com www.lokman-hekim.com www.sevgikupu.com www.doktordoga.com 8
RESİMLER Biberiye Biberiye Çiçeği Biberiye Biberiye 9
İzmir Kekiği Kekik Çiçekleri İzmir Kekiği Yaprakları Kekik Yaprakları 10