Lignoselulozik Materyallerden Fenolik Bileşiklerin Üretimi ve

Lignoselülozik materyallere fiziko-kimyasal, kimyasal ve biyolojik işlemler uygulanarak fenolik bileşikler elde edilmektedir (Hasyierah ve ark., 2008).

Lignoselülozik maddelerin kimyasal işleminde en sık kullanılan yöntem asit hidrolizi yöntemidir. Asit hidrolizinde H₂SO₄ ve HCl gibi asitler kullanılmaktadır. Seyreltik sülfürik asit uygulaması en yaygın kullanılan yöntemdir ve yüksek oranda parçalanma ürünü elde edilmektedir (Hasyierah ve ark., 2008). Seyreltik asit yöntemi ile hemiselüloz bileşenlerine (ksiloz, glikoz, arabinoz) ayrılması sağlanırken, lignindeki β- 1-4-alkil-aril bağlarının ve lignin-hemiselüloz bağlarının kırılması sağlanarak çözünmüş fenolik bileşikler elde edilmektedir (Garrote ve ark., 2004, Saha, 2003). Seyreltik asit yöntemi ile fenolik bileşiklerin üretimi hakkında literatürde pek çok çalışma vardır. Farklı sıcaklık, süre ve asit konsantrasyonları kullanılarak, farklı lignoselülozik materyallerden farklı miktarlarda fenolik bileşikler üretilmiştir.

Akpınar ve ark. (2012) buğday saplarını 120°C’de 45 dakika %4,7 H2SO4 ile muamele

ederek asit hidrolizi yöntemi uygulamış ve buğday saplarının fenolik verimini 0,014g GAE/g olarak bulmuşlardır. Fernandez-Bolanos ve ark. (1998) zeytin çekirdeği kabuklarını %0-0,1 H2SO4 ile 215-229°C’de 2-3 dakika muamele ederek vanillik asit,

vanilin, siringik asit gibi fenolik bileşikleri tanımlamışlardır. Martin ve ark. (2002)’da şekerkamışı posasını %1 H2SO4 ile 205°C’de 10 dakika muamele ederek, posanın

içerdiği fenolik maddeleri belirlemişlerdir.

Lignoselülozik materyallerden biyolojik işlemlerle fenolik bileşikler üretilmektedir. Çeşitli mikroorganizmalar lignin peroksidaz, manganez gibi enzimler üretip lignini vanilin, vanilik asit ve ferulik asite parçalayarak fenolik bileşikler üretir. Biyolojik işlem lignoselülozdan lignin uzaklaştırılması için güvenli ve çevreci bir metot olarak önceden rapor edilmiştir (Hasyierah ve ark., 2008). Lignin ve hemiselülozun kolay bozunması, yüksek ürün verimi, ihtiyaç duyulan enerji miktarının düşük olması ve yöntemin ortam koşullarına uygun olması avantaj sağlarken, hidroliz oranının çok düşük olması ve daha uzun sürede gereksinimi biyolojik işlemde dezavantajdır (Kumar ve ark., 2009).

Fiziko-kimyasal işlemlerde ise en sık kullanılan yöntem buhar patlaması yöntemidir ve genellikle bir sonraki enzimatik hidroliz işlemini kolaylaştırmak, inhibitör bileşiklerin üretimi azaltmak ve hemiselüloz daha az kayıpla elde etmek için H₂SO₄ (SO2) veya

işlemiyle kütle parçalanmaktadır. Daha sonra materyale uygulanan basınç hızlı bir şekilde düşürülür. Materyali atmosfer basıncına maruz bırakmadan önce birkaç dakika 160-260ºC’de tutulur. Yüksek sıcaklık hemiselülozun bozulmasına ve lignin transformasyonuna sebep olmaktadır. Böylece selüloz hidrolizi artmaktadır. Buhar patlaması işlemini etkileyen faktörler süre, sıcaklık, parçalanma boyutu ve nem içeriğidir. Optimum hemiselüloz çözünürlüğü ve hidrolizi ya yüksek sıcaklık ve kısa sürede (270ºC, 1 dakika) ya da düşük sıcaklık uzun sürede (190ºC, 10 dakika) gerçekleşmektedir. Yapılan son çalışmalarda ise düşük sıcaklık ve uzun sürenin daha uygun olduğu tespit edilmiştir (Hasyierah ve ark., 2008).

Lignoselülozik materyallerden fenolik bileşiklerin saflaştırılmasında en yaygın olarak kullanılan yöntem ekstraksiyon yöntemidir. Fenolik maddelerin saflaştırılması için klasik çözücü ile ekstraksiyon yönteminin yanında, ultrason destekli ekstraksiyon, süper kritik akışkan ekstraksiyonu ve süper kritik akışkan ekstraksiyonunun bir türevi olan basınçlı düşük polariteli su ekstraksiyonu gibi saflaştırma yöntemleri bulunmaktadır.

Ultrason destekli ekstraksiyon yüksek verim, daha kısa sürede ve düşük sıcaklıkta ekstraksiyon ve az miktarda çözücü kullanımı gibi avantajları nedeniyle klasik çözücü ekstraksiyonu ve Soxhlet ekstraksiyonuna alternatif olabilecek yöntemler arasındadır. Bu metod yardımı ile ekstraksiyonun veriminin artması, ultrasona bağlı olarak hücre duvarlarının parçalanmasına ve kütle aktarımının teşvik edilmesine bağlanmaktadır (Paniwnyk ve ark., 2001). Bunun yanı sıra, ekstraksiyon sırasında katı madde ile ultrasona tabi tutulan çözelti arasındaki sıcaklık ve basıncın yükselmesine bağlı olarak ekstraksiyon veriminin arttığı belirtilmiştir. Ancak örneğin ultrasona çok uzun süre tabi tutulmasının, fenolik maddelerin bozulmasına da yol açabileceği bildirilmiştir (Luque-Garcia ve Luque de Castro, 2003). Literarürde yapılan bazı çalışmalar da ultrason destekli ekstraksiyonunu diğer ekstraksion yöntemleri (katı-sıvı ekstraksiyonu, süper kritik su ekstraksiyonu, mikrodalga destekli ekstraksiyon) ile karşılaştırılmış ve ultrason destekli ekstraksiyonun bu yöntemlere göre çok daha hızlı olduğunu, daha az parçalanmaya sebep olduğunu ve ultrason uygulamasının ekstraksiyon kinetiğini ve ekstrakt kalitesini artırdığını belirtmişlerdir. Wang ve ark. (2008) tarafından yapılan bir çalışmada buğday kepeğinden fenolik bileşikler %64’lük etanolle 60 ºC’de 25 dakika

gibi kısa bir sürede elde edilmiştir. Diğer bir çalışmada hindistan cevizi kabuğu tozuna ultrason destekli ekstraksiyon uygulanarak fenolik bileşikler saflaştırılmış ve ultrason destekli ekstraksiyonun diğer ekstraksiyonlara göre daha hızlı olduğu belirtilmiştir (Tavman ve ark., 2009).

Süper kritik akışkan ekstraksiyonu saf bir çözücünün kritik basınç ve sıcaklık değerleri üzerindeki basınç ve sıcaklık değerlerinde yürütülen ekstraksiyon işlemidir. Yüksek ekstraksiyon basıncı genellikle süper kritik akışkanın yoğunluğunu yükseltir ve bu da ekstrakte edilecek maddenin çözünürlüğünü artırır. Sıcaklığın artması buhar basıncını artırır ve bu akışkan yoğunluğundaki azalmadan daha etkili olup, ekstraksiyon verimini artırır (Akkaş, 2011). Arlorio ve ark. (2005) tarafından yapılan bir çalışmada kakao ağacı kabuğundaki fenolik pigmentlerin antioksidan özellikleri ve biyolojik aktivitelerinin tespiti amacıyla bu yöntem kullanılmıştır ve yöntemin fenolik madde ekstraksiyonuna oldukça uygun olduğu tespit edilmiştir. Fadel ve ark. (1999) Eucalpytus bitkisinin fenolik maddelerinin hidrodestilaston ve süper kritik akışkan ekstraksiyonu konusunda çalışmışlardır. Süper kritk sıvı ekstraktının daha yüksek antioksidant aktivite gösterdiğini belirlemişlerdir.

Basınçlı düşük polariteli su ekstraksiyonunda ise su 100ºC’nin üzerindeki sıcaklıklarda ve yüksek basınçta sıvı formda tutularak. suyun ekstraksiyon kapasitesi artırılmaktadır. Bu yöntemin hızlı olma, yüksek seçicilik, düşük maliyet ve enerji tasarrufu gibi avantajları bulunmaktadır. Buranov ve Mazza (2009) buğday ve mısır kepeğinde bu yöntemi kullanarak fenolik bileşikleri ekstrakte etmiştir. Buğday kepeğindeki ferulik asit miktarını 180ºC sıcaklıkta 97 mg/100 g, 220ºC sıcaklıkta 63 mg/100 g olarak; mısır kepeğinde ise 180ºC sıcaklıkta 404 mg/100 g, 220ºC sıcaklıkta 334 mg/100 g olarak tespit etmişlerdir.