Çaydan Kafein Ekstraksiyonu
Bitkiler ve diğer doğal maddeler pek çok kimyasalın kaynağıdır. Bazen tek bir bileşen diğer bileşenlerden ayrılmak istenir. Çaydan kafeini almak ve saflaştırmak için yapılan ekstraksiyon buna bir örnektir. Diğer kimyasalları doğal kaynaklardan ayırmak için de benzer prensipler uygulanır.
1. Yöntem
Gerekli malzemeler
- 2 poşet çay
- Diklorometan
- 0.2 M NaOH ( sodyum hidroksit )
- Celite (iki atomlu toprak, silikon dioksit)
- Hekzan
- Dietil eter
- 2-propanol (izopropil alkol)
Uygulanacak Adımlar:
- Çay poşetleri açılır ve içindekiler tartılır. Bu, yöntemin ne kadar iyi işlediğinin belirlenmesine yardımcı olur.
- Çay yaprakları 125 ml’lik erlenmeyer şişesine konulur.
- 20 ml diklorometan ve 10 ml 0.2 M NaOH eklenir.
- Ekstraksiyon: Şişe kapatılır ve çözücü karışımının yapraklara nüfuz etmesi için 5-10 dakika yavaşça karıştırılır. Kafein çözücüde çözünür ancak yapraklardaki diğer bileşiklerin çoğu çözünmez. Kafein diklorometan içinde suda olduğundan daha fazla çözünür.
- Filtreleme: Çay yapraklarını solüsyondan ayırmak için vakumlu filtreleme yapılır. Bu nedenle buchner hunisi, filtre kağıdı ve celite kullanılır. Filtre kağıdı diklorometanla nemlendirilir ve celite pedi (yaklaşık 3 gram celite) eklenir. Vakum açılır ve çözelti yavaşça celite üzerine dökülür. Celite 15 ml diklorometanla durulanır. Bu noktada çay yaprakları atılabilir. Toplanan sıvı (kafein içerir) saklanır.
- Bir çeker ocak içinde çözücüyü yıkayarak buharlaştırmak amacı ile 100 ml’lik bir beheri yavaşça ısıtılır.
Kafeinin Saflaştırılması: Çözücü buharlaştıktan sonra kalan katı kafein ve birkaç başka bileşik içermektedir. Kafeinin bu bileşiklerden ayrılması gerekir. Bu yöntem kafeinin çözünürlüğünü kafeini diğer bileşiklerden ayırmak için kullanılır.
- Beherin soğuması beklenir. Ham kafein 1 ml’lik kısımlar halinde 1: 1 heksan ve dietil eter karışımıyla yıkanır.
- Sıvıyı dikkatlice çıkartmak için bir pipet kullanılır. Katı kafein saklanır.
- Saf olmayan kafein 2 ml diklorometan içinde çözülür. Sıvı, ince bir pamuk katmanından küçük bir test tüpüne süzülür. Beher iki kez 0,5 ml diklorometan ile durulanır ve kafein kaybını en aza indirmek için sıvı pamuktan süzülür.
- Çeker ocak içinde çözücüyü buharlaştırmak için test tüpü ılık su banyosunda 50-60 °C’ye ısıtılır.
- Test tüpü ılık su banyosuna bırakılır. Katı çözülene kadar her seferinde bir damla 2-propanol eklenir. Katıyı çözmek için minimum miktar kullanılır. Bu miktar 2 mililitreden fazla olmamalıdır.
- Test tüpü su banyosundan çıkarabilir ve oda sıcaklığına kadar soğuması beklenir.
- Test tüpüne 1 ml heksan eklenir. Böylece kafein çözelti içinde kristalleşir.
- Pipet kullanarak sıvı dikkatlice çıkarılır ve saflaştırılmış kafein kapta bırakılır.
- Kafein 1 ml 1: 1 hekzan ve dietil eter karışımı ile yıkanır. Sıvıyı çıkarmak için pipet kullanılır. Verimi belirlemek için tartmadan önce katının kuruması beklenir.
- Herhangi bir saflaştırma ile numunenin erime noktasını kontrol etmek önemlidir. Bu maddenin ne kadar saf olduğuna dair fikir verir. Kafeinin erime noktası 234 °C’dir.
2. Yöntem
Gerekli Malzemeler
- Diklorometan
- Susuz sodyum sülfit
- Arıtılmış su
- Çay poşetleri
- Beher (500ml)
- Sıcak tabak
- Ayırma hunisi
- Erime noktası cihazı
Uygulanacak Adımlar
- 5 poşet çay alınır ve bu poşetlerin ağırlığı kaydedilir.
- 500 ml behere 200 ml distile su eklenir. 5 çay poşeti de behere yerleştirilir.
- Beher sıcak bir plaka kullanılarak iyi bir şekilde kaynatılır.
- Karışım 5 dakika soğumaya bırakılır ve ardında başka bir behere boşaltılır.
- Suyun geri kalanını uzaklaştırmak için çay poşetleri yavaşça sıkılır.
- Sulu çözelti oda sıcaklığına yakın bir sıcaklığa soğutulur.
- Buz banyosunda soğutmaya devam edilir, çayın diklorometanla (kaynama noktası 40 °C) temas etmeden önce soğuk (20 °C) olması gerekir.
- Çözelti üç kez 30 mL’lik diklorometan (CH2Cl2) çözeltileri ile ekstrakte edilir. Diklorometanın el ile temas etmemesine özen gösterilir.
- a. Çay solüsyonu bir ayırma hunisine dökülür ve buna 20 ml diklorometan eklenir. Karışım iki katmana ayrılır; üst katman çay katmanıdır ve alt katman çaydan daha yoğun olduğu için diklorometandır.
b. Huni standdan çıkarılır ve parmaklar durdurucu üzerinde tutularak ayırma hunisi dikkatlice sallanır.
c. Huni içinde oluşan buhar basıncını uzaklaştırmak için ayırma hunisini periyodik olarak (her 30 saniyede bir) havalandırılır.
d. Huni yeterince çalkalandıktan sonra tekrar halka standına yerleştirilir ve iki tabakaya ayrılır.
e. Alt katman konik bir şişeye boşaltılır çünkü bu adımda kafein diklorometan katmanına ekstrakte edilir. Çözeltinin buharlaşmasını önlemek için erlenin ağzı kapatılır.
f. a) ila e) arasındaki adımlar iki kez tekrarlanır. - Birleşik diklorometan solüsyonları susuz sodyum sülfit ile kurutulur. Şişenin dibinde bir araya toplanmayacak kadar yaklaşık 1 çay kaşığı kurutma ajanı eklenir. İyice karıştırılır ve 10 dakika bekletilir.
- Diklorometan 100 ml’lik bir erlene boşaltılır. Diklorometan çözücüsü sıcak su banyosunda buharlaştırılır.
- Tüm çözücü uzaklaştırıldığında sarımsı yeşil – beyaz kristal kafein kalıntısı görülür.
- a. Kafein kristalleri içeren erlen alınır.
b. Şişe önceden ısıtılmış bir sıcak plaka üzerine doğrudan yerleştirerek ham kafein atmosferik basınçta sulandırılır. Kafein 238 °C’de erir ve 178 °C’de süblimleşir.
c. Konik şişenin ağzında bir test tüpü tutularak süblimleştirilmiş kafein toplanır.
d. Test tüpüne ve erlenin duvarlarına yapışan beyaz kafein buharı gözlemlenir.
e. Erlen soğutulur. - Temiz bir saat camı alınır ve ağırlığı tartı terazisine kaydedilir.
- Spatula kullanarak konik şişeden ve test tüpünün duvarlarındaki kafein saat camına konulur.
- Saat camı + kafeinin ağırlığını tartım terazisine kaydedilir ve ekstrakte edilen saf kafeinin ağırlığı bulunur.
- Ekstrakte edilen kafeinin erime noktası, erime noktası ölçüm cihazı kullanılarak belirlenir.
3.YÖNTEM
Gerekli Malzemeler
- 15 gr çay yaprağı
- 5 gr kalsiyum karbonat tozu
- 200 ml su
- 35 ml metilen klorür
- Susuz magnezyum sülfat
- Metilen klorür
Uygulanacak Adımlar
**1.**600 mL’lik bir behere 15 gr çay yaprağı, 5 gr kalsiyum karbonat tozu ve 200 mL su konulur. Çözeltiyi ara ara karıştırılarak 20 dakika kaynatılır.
**2.**Çözelti soğutulur ancak hala sıcakken varsa filtre kağıdı kullanarak bir Buchner hunisinden vakumla süzülür. Normalde sıcak solüsyonlar vakumla filtrelenmez.
3. Yapraklar 50 mL su ile durulanır. Kafein sulu tabakada olduğu için süzüntüye olabildiğince dikkatlice bastırılır. 50 mL su ile tekrar durulanır.
**4.**Çözeltiyi oda sıcaklığına soğutulur ve 500 mL’lik ayırma hunisine dökülür. 35 mL metilen klorürle ekstrakte edilir.
**5.**Kafeini ayırmak için ayırma hunisi kuvvetlice çalkalanır. İki sıvıyı karıştırdıktan sonra basınç oluşumu azaltılır. Ardından 10 saniye kuvvetlice çalkalanır ve basıncı boşaltılır, çalkalama işlemi iki kez daha tekrarlanır. Muhtemelen bir emülsiyon oluşacaktır.
**6.**Metilen klorür katmanında oluşan emülsiyonu kırmak için metilen klorür katmanına az miktarda susuz magnezyum sülfat toz hunisi ile yavaşça boşaltılır.
**7.**Alttaki katmanı toplamak için yukarıdaki adımlar tekrarlanarak sulu çözelti bir kez daha 35 mL metilen klorürle ekstrakte edilir. Metilen klorür ekstraktları birleştirilir ve gerekirse tekrar susuz magnezyum sülfatla kurutulur.
**8.**Metilen klorür solüsyonu döner buharlaştırıcıda çözülür. Dara ağırlığında 100 mL’lik bir RB şişesine kuru metilen klorid solüsyonu aktarılır. Çözeltide magnezyum sülfat olmadığından emin olunmalıdır. Bu solüsyonun çözünerek kuruması 5 dakikadan az sürecektir. Yeşilimsi ve az miktarda kalıntı kalacaktır. Ham kafeinin ağırlığı farka göre elde edilir.
**9.**Ham kafeini çözmek için 5-8 mL sıcak aseton eklenir ve solüsyonu yeniden kristalleştirmek için 50 mL’lik bir erlenmeyer şişesine aktarılır. Bulutlanma noktasına ulaşana kadar birkaç damla petrol eteri eklenir (kafein bu karışık çözücüde daha az çözünür ve çökelmeye başlar) ve ardından çözelti soğutulur. Çökelti alınmazsa çok fazla aseton kullanılmış olabilir, fazlalık buhar banyosunda kaynatma çubuğu kullanarak dikkatlice kaynatılır.
**10.**Küçük bir hirsch hunisi ve bir durulama çözücüsü olarak petrol eteri kafeini emerek süzer. Çözücü buharlaştıkça süzüntüde ikinci bir kafein ürünü oluşabilir. Bu ikinci ürün vakumlu filtrasyonla da toplanabilir ancak ilk ürünle ayrı tutulmalıdır. Hava ile kurutulduktan sonra her ürün tartılır ve çaydan geri kazanılan kafein yüzdesi kaydedilir.
Güvenlik Bilgisi
Bu yöntemlerle ve laboratuvar prosedüründe kullanılan herhangi bir kimyasalla ilişkili bazı tehlikeler vardır. Her kimyasal için MSDS okunmalı, güvenlik gözlükleri, laboratuvar önlüğü, eldivenler ve diğer uygun laboratuvar kıyafetleri giyilmelidir. Çözücülerin genel olarak yanıcı oldukleri ve açık alevlerden uzak tutulmaları gerektiğini unutulmamalıdır. Kimyasallar tahriş edici veya toksik olabilecekleri için davlumbaz kullanılmalıdır. Kostik olduğundan ve temas halinde kimyasal yanıklara neden olabileceğinden sodyum hidroksit çözeltisiyle temastan kaçınılmalıdır. Kahve, çay ve diğer yiyeceklerde düşük dozlarda kafein bulunsa da saf kafein toksiktir. Elde ettiğiniz ürününüzü tatmamalısınız.