Zencefilden Uçucu Yağ Elde Etmek için Beş Yöntem Üzerine Karşılaştırmalı Çalışma
Zingiber officinale Roscoe, tropikal Asya'ya özgü ve Amerika'nın çoğu tropikal ülkesinde yaygın olarak yetiştirilen, zencefilgiller familyasından çok yıllık otsu bir bitki olan zencefilin taze rizomudur. "Shennong Bencao Jing", "Canlı varlıklar iyi kalitededir. Uzun süreli tüketim kötü kokuları ortadan kaldırabilir ve tanrıların refahını artırabilir." "Newly Compiled Materia Medica", "Tanrıların zihinlerini yumuşatır, salgın hastalıkları önler ve rüzgarı ve kötü ruhları uzaklaştırabilecek qi oluşumuna yardımcı olur" der. Eski kitaplar düzenli olarak zencefil tüketmenin rüzgârı ve kötü ruhları uzaklaştırdığını, beyni güçlendirdiğini ve zihni temizlediğini kaydeder. Zencefilin uçucu yağı temel olarak iki tür bileşik içerir: monoterpenler ve seskiterpenler. Daha yüksek içeriğe sahip bileşikler arasında α - gingerene, α - pinene, β - carvacene, camphene, laurene, citronellol vb. bulunur. Modern farmakolojik araştırmalar, zencefilin anti-enflamatuar, analjezik, antioksidan, antibakteriyel, antiemetik gibi farmakolojik etkilere sahip olduğunu ve ayrıca kardiyovasküler ve bağışıklık sistemi hastalıklarını tedavi edebileceğini göstermiştir. Araştırma ekibi daha önce ağ farmakolojisi yoluyla zencefil uçucu yağının baş rüzgarı hastalığının tedavisinde çok bileşenli, çok hedefli ve çok yollu bir etki mekanizmasına sahip olduğunu doğrulamış ve sinir sistemi üzerinde belirli bir koruyucu etkiye sahip olduğunu göstermiştir.
Zencefil uçucu yağı için yaygın olarak kullanılan ekstraksiyon yöntemleri arasında buhar distilasyonu, ultrason, mikrodalga, enzim destekli distilasyon vb. bulunmaktadır. Süperkritik CO2 ekstraksiyonu endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Li ve arkadaşları, farklı bölgelerden zencefilden uçucu yağları çıkarmak için buhar distilasyonu kullanmış, yağ verimleri 0,14% ile 0,41% arasında değişmiş ve 23 ila 39 bileşik tanımlamıştır. Xie ve arkadaşları, 0,665%'ye kadar yağ verimi ile zencefil uçucu yağını çıkarmak için flaş destekli buhar distilasyonu kullanmıştır. Chen ve arkadaşları, zencefilden uçucu yağ çıkarma oranının farklı bölgelerde değiştiğini, Sichuan'da üretilen zencefilin daha yüksek bir çıkarma oranına sahip olduğunu ve Shandong'da üretilen zencefilin daha düşük bir çıkarma oranına sahip olduğunu bulmuştur; Farklı bölgelerdeki zencefilin uçucu yağındaki bileşen türleri benzerdir, temel fark her bir bileşenin değişen seviyeleridir. Bununla birlikte, Shaanxi'de üretilen zencefilin farklı ekstraksiyon yöntemlerinden elde edilen uçucu yağların ana bileşenlerindeki farklılıklar hakkında çok az rapor bulunmaktadır. Bu çalışmada, beş ekstraksiyon yöntemiyle elde edilen zencefil uçucu yağının kimyasal bileşenlerini tespit etmek için GC-MS kullanılmıştır. Kimyasal bileşenler ve göreceli pik alanlarındaki farklılıkları karşılaştırmak için temel bileşen analizi (PCA) ve küme ısı haritası analizi kullanılmıştır. Tıbbi kalıntının mikro yapısı, zencefil uçucu yağ ekstraksiyon yöntemlerinin seçimi ve zencefilin pratik uygulamalarda daha da geliştirilmesi ve kullanılması için referans sağlamak amacıyla görsel olarak karşılaştırılmıştır.

Çin Farmakopesi'nde (2020 baskısı) zencefil uçucu yağının ekstraksiyonu, uçucu yağ belirleme yöntemine (Genel Kural 2204A yöntemi) göre gerçekleştirilmektedir. Şu anda, zencefil uçucu yağının laboratuvarda ekstraksiyonu genellikle mevcut farmakopenin buhar distilasyon yöntemini kullanmaktadır. Literatür araştırmaları, endüstride süperkritik CO2 ekstraksiyonu ile elde edilen zencefil uçucu yağ bileşenlerinin, buhar damıtma ile elde edilenlerden daha karmaşık olduğunu, bileşimde önemli farklılıklar olduğunu ve fenoller gibi diğer uçucu olmayan bileşenlerle karışmaya eğilimli olduğunu göstermiştir. Bu nedenle, bu çalışmada buhar distilasyonu ile karşılaştırmak için esas olarak enzimatik hidroliz, ultrason ve mikrodalga olmak üzere üç tür destekli buhar distilasyonu yöntemi kullanılmış ve ayrıca yukarıdaki dört yöntemle karşılaştırmak için basit bir işlem olan presleme yöntemi eklenmiştir.
Buhar distilasyonu, enzim destekli buhar distilasyonu, ultrason destekli buhar distilasyonu, mikrodalga destekli buhar distilasyonu ve presleme olmak üzere beş yöntemle ekstrakte edilen zencefil uçucu yağının yağ verimleri sırasıyla 0.18%, 0.19%, 0.21%, 0.18% ve 0.10% idi. Bunlar arasında, ultrason destekli buhar distilasyonu en yüksek yağ verimine sahipti ve en fazla kimyasal bileşen türünü tanımladı. Bu çalışmada GC-MS ile tespit edilen uçucu yağ bileşenleri Li ve diğerleri ve Gunasena ve diğerleri tarafından tespit edilenlere benzerdi, ancak zencefilin kökeni ve ekstraksiyon yöntemlerindeki farklılıklardan kaynaklanabilecek farklılıklar da vardı.
Tıbbi bitkilerden uçucu yağları çıkarmak için buhar distilasyonu ve solvent ekstraksiyonu gibi geleneksel yöntemler kullanıldığında, genellikle aşırı enerji ve zaman tüketimi, kalıntı organik çözücüler ve uçucu yağların düşük verimi gibi sorunlar ortaya çıkmakta ve bunlar yavaş yavaş yerini yeni teknolojilere bırakmaktadır. Enzim destekli buhar distilasyonu, doğal bitkilerden uçucu yağların elde edilmesi için yeni geliştirilen bir yöntemdir. Bitkilerin enzimatik ön muamelesi için uygun enzimlerin uygulanmasıyla, hücre duvarı tamamen hidrolize edilir, böylece hücre içindeki ikincil metabolitlerin salınımı artar ve uçucu yağların verimi yükselir. Ultrasonik destekli buhar distilasyonu, hedef moleküllerin taşıyıcıdan hızlı bir şekilde ayrılmasını teşvik etmek, yani bitki hücre yapısının tahrip edilmesini teşvik etmek ve uçucu yağlar gibi hücre içeriklerinin dışarı akışını etkili bir şekilde teşvik etmek için esas olarak mekanik etkiler, kavitasyon etkileri, termal etkiler ve kimyasal etkiler kullanır. Mikrodalga, dipol dipol etkileşimleri yoluyla bir elektrik alanındaki polar moleküllerin hızlı dönüşünü teşvik edebilen ve böylece hızlı ısıtma sağlayan bir elektromanyetik dalgadır. Mikrodalgaların kullanılması, uçucu yağ damıtma işleminde ısıtma yöntemini değiştirerek sistemin ısıtma hızını büyük ölçüde artırır. Isı ve kütle transferinin sinerjik etkisi sayesinde, uçucu yağların ayrılma oranı etkili bir şekilde iyileştirilir. Bununla birlikte, aşırı mikrodalga ışınlama gücü kolayca uçucu bileşenlerin kaybına ve bitki materyallerinin termal bozulmasına yol açabilir. Buhar damıtma yöntemiyle karşılaştırıldığında, üç yardımcı buhar damıtma yöntemi, mikrodalga, ultrason ve enzim etkilerinden etkilenebilen uçucu bileşenlerin termal kararsızlığı nedeniyle değişikliklere uğrayabilir ve bu da bileşenlerde ve göreceli pik alanlarında farklılıklara neden olabilir.
Bu çalışmada, referans literatürdeki zencefil uçucu yağının ekstraksiyon yöntemi, meyve suyu ekstraksiyonu ve yağda çözünen bileşenlerin elde edilmesi için daha ileri işlemler için kullanılmıştır. Farklı ekstraksiyon yöntemleriyle elde edilen uçucu yağları (lipofilik bileşenler) belirlemek için GCMS kullanılırken, eşik 20'ye eşit olarak ayarlanmış ve presleme yöntemiyle üç bileşik tanımlanmıştır. Diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında, zencefil uçucu yağının presleme yöntemiyle ekstraksiyonunun eksik olmadığı tahmin edilmektedir. Bununla birlikte, elde edilen α - gingeren ve β - seskiterpenin nispi pik alanları diğer dört yöntemden önemli ölçüde daha yüksekti ve nispeten daha fazla 6-gingerol elde edilebildi. Buradan, presleme yönteminin düşük enerji tüketimi ve minimum kirlilik ile taze zencefilden α - gingeren, β - seskiterpen ve 6-gingerolü kolayca ve hızlı bir şekilde çıkarabildiği görülebilir. 6-gingerol, gingerol'e ait 6-gingerol'ün dehidrasyonu ile oluşan bir alkil fenolik bileşiktir. Gingerolün moleküler yapısı 3-metoksi-4-hidroksifenil fonksiyonel grubu içerir. Bu fonksiyonel grup tarafından bağlanan farklı hidrokarbon zincirlerine göre gingerol, gingerol, gingerol, gingerol diketon, gingerol diol vb. gibi farklı türlere ayrılabilir. Gingerol konsantrasyonu gingerolden daha düşüktür, ancak daha yüksek biyolojik aktiviteye sahiptir.
Farklı ekstraksiyon yöntemleriyle elde edilen zencefil kalıntısını mikroskop altında gözlemlerken, elle dilimlemenin tek tip numune kalınlığı standartlarını sağlaması zordur ve numune çok sayıda kabarcık içerir. Bu nedenle, mikroskobik gözlem, çeşitli yöntemlerin uçucu yağ ekstraksiyonu üzerindeki etkisini doğrulamak için yalnızca basit ve sezgisel bir yöntemdir. Yağ verimi ile karşılaştırıldığında, zencefil güçlü lifli özelliklere sahiptir ve ultrason ve enzimatik hidroliz, yağ hücrelerinin parçalanmasına ve buhar damıtma sırasında uçucu yağın dışarı akmasına daha elverişlidir, böylece ekstraksiyon verimliliğini artırır. Mikrodalga, zencefil hücrelerinin yapısı üzerinde belirli bir etkiye sahip olsa da, uçucu bileşenlerin kaybına ve taze bitkilerin termal bozulmasına yol açabilir.

Bu çalışma, zencefil uçucu yağ ekstraksiyon yöntemlerinin seçimi ve pratik uygulamalarda ham zencefilin daha da geliştirilmesi ve kullanılması için referans sağlamak amacıyla, farklı ekstraksiyon yöntemleriyle elde edilen zencefil uçucu yağının kimyasal bileşimini, bağıl pik alanını ve mikro yapısını karşılaştırmış ve farklı yöntemlerle elde edilen zencefil uçucu yağının karakteristik bileşenlerini analiz etmiştir.