Biyorafineri yaklaşımıyla ultrason destekli yeşil ekstraksiyon uygulaması kullanılarak acı biber posasından karotenoid ekstraksiyonu ve enkapsülasyonu
Green ultrasound-assisted extraction of carotenoids from hot pepper pomace based on the bio-refinery concept and encapsulation
Yazar: MERVE CİVAN
Danışman: DOÇ. DR. SEHER KUMCUOĞLU
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Beta karoten = Beta carotene ; Mikroenkapsülasyon = Microencapsulation

Özet:
Bu tez çalışmasında; fenolik madde ve antioksidan aktivite bakımından zengin acı biber salçası posasından yeşil ekstraksiyon tasarımına uygun bir şekilde karotenoid ekstraksiyonu yapılması ve bu ekstraktın kapsül haline getirilmesi amaçlanmıştır. Yeşil ekstraksiyon prensipleri doğrultusunda, az miktarda çözücü kullanımı ile yüksek verimde ekstraksiyon işlemi gerçekleştirmek amacıyla en uygun katı:çözgen oranı 0.4 g/mL olarak belirlenmiştir. Ekstraksiyon parametrelerinin ekstraksiyon işlemine olan etkilerini incelemek amacıyla farklı güç seviyeleri (80, 120 ve 160 W), işlem sıcaklıkları (30, 40, 50, 60ºC) ve işlem süreleri (5, 10, 15, 20 dk) ile sabit katı:çözgen oranında rafine zeytinyağı içerisinde ultrason destekli ekstraksiyon işlemi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen ekstraktların β-karoten, kapsaisin, toplam fenolik madde ve antioksidan aktivite içerikleri belirlenmiştir ve en yüksek β-karoten içeriğine sahip ekstrakt maltodekstrin ve gam arabik kaplama materyalleri kullanılarak dondurarak kurutma yöntemiyle enkapsüle edilmiştir. Maksimum β-karoten miktarının 120 W ultrasonik güçte, 40ºC sıcaklıkta gerçekleştirilen 10, 15 veya 20 dakikalık ultrason destekli ekstraksiyon işlemi ile elde edildiği görülmüştür. Ayrıca 120 W ultrason gücünde gerçekleştirilen tüm ekstraksiyon işlemlerinde, diğer güç seviyelerine göre daha yüksek β-karoten ve toplam fenolik madde eldesi sağlandığı görülmüştür. Bu güç seviyesinde, toplam fenolik içeriğin yüksek sıcaklık ve uzun işlem süresinden olumsuz etkilendiği ve ideal ekstraksiyon koşullarının 40ºC sıcaklık 10 dk olarak belirlenmiştir. 80 ve 120 W ultrason gücünde gerçekleştirilen ekstraksiyon işlemlerinden elde edilen ekstraktların yüksek kapsaisin içeriğine sahip olduğu belirlenmiştir. Maksimum β-karoten değerine 120 W ultrason gücünde 50ºC'de 15 dk uygulan ultrasonik ekstraksiyon işlemiyle ulaşılmıştır. Bu çalışmanın yeşil ekstraksiyon prensiplerine uygunluğu aynı sıcaklık aralığında gerçekleştirilen 8 saatlik maserasyon ekstraksiyonun sonuçlarıyla kıyaslanarak doğrulanmıştır. 
  Ultrason destekli ekstraksiyon için bulunan optimum işlem koşulunda elde edilen ekstraktlar, 1:4 oranında kaplama materyali ile -50ºC kondensör sıcaklığına sahip liyofilizatör kullanılarak enkapsüle edilmiştir. Kapsüller, %74.39±5.68 β-karoten, %75.81±2.54 toplam fenolik madde miktarı ve %40.94±7.78 antioksidan aktivite verimi göstermiştir. Taramalı elektron mikroskobuyla morfolojisi ve boyut dağılımı incelenen kapsüller, çatlak içermeyen küresel yapılar göstermelerine rağmen heterojen görünüm sergilemişlerdir ve boyutları 6.70-23.03 µm aralığında bulunmuştur.

Abstract:
In this thesis study, it was aimed to provide carotenoid extraction and encapsulation according to the design of green extraction from pepper paste which is rich in phenolic content and antioxidant activity. The optimum solids:solvent ratio was determined to be 0.4 g/mL in order to achieve high yield extraction with a minimum amount of solvent in the direction of green extraction principles. In order to investigate the effects of extraction parameters on the extraction process, ultrasound assisted extraction was performed in refined olive oil with different power levels (80, 120 and 160 W) were measured with temperatures (30, 40, 50, 60ºC) and times (5, 10, 15, 20 min) β-carotene, capsaicin, total phenolic substances and antioxidant activity contents of the obtained extracts were determined and the highest carotenoid contents were encapsulated by freeze drying method using maltodextrin and gum arabic coating materials. 
 The results showed that the maximum amount of β-carotene was provided by ultrasound-assisted extractions of 10, 15 or 20 minutes at a temperature of 40°C with ultrasonic power of 120 W. In addition, all extracts in the 120 W ultrasound power yield higher β-carotene and total phenolic material yields than other powers. At this power level, toal phenolic materials were adversely affected by high temperature and 15 and 20 min extractions, and the ideal extraction 
x    
parameter was determined to be 10 min at 40°C. Extracts were provided with high capsaicin content of extracts with extractions performed at 80 and 120 W ultrasound power and the maximum value of which is reached by ultrasound based extraction in 120 W ultrasonic power for 15 minutes at 50ºC. In addition, the validity of this study with the green extraction principles was confirmed by comparison with the results of 8 hour maceration extraction. 
 Extracts obtained with ideal parametres for ultrasound-assisted extraction were encapsulated using a 1:4 coating material and a lyophilizer at -50ºC. The capsules showed 74.39±5.68% total carotenoid, 75.81±2.54% total phenolic content and 40.94±7.78 total antioxidant activity encapsulation efficiency. The morphology and size distribution of the microcapsules examined by scanning electron microscopy showed a heterogeneous appearance despite the spherical structures without fracture and the dimensions were found to be 6.70-23.03 μm.