Süperkritik karbondioksit ekstraksiyonu ile ekstrakte edilen köksüz su mercimeğinin (Wolffia arrhiza) fitokimyasallarının ve biyoaktif özelliklerinin incelenmesi
Investigation of phytochemicals and bioactive properties of rootless duckweed (Wolffia arrhiza) extracted by supercritical carbondioxide extraction
Yazar: FARUK TOLGA ŞENGÜLLENDİ
Danışman: PROF. DR. BEYHAN TAŞ
Ordu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyoloji = Biology ; Botanik = Botany
Dizin: Antioksidan aktivite = Antioxidant activity ; Farmasötik kimya = Chemistry-pharmaceutical ; Gaz kromatografisi = Gas chromatography ; Su mercimeği = Duckweed ; Süperkritik karbon dioksit = Supercritical carbon dioxide ; Süperkritik özütleme yöntemi = Supercritical extraction method

Özet:
Lemnaceae familyası üyelerinden, suda serbest yüzen su bitkisi Wolffia (köksüz su mercimeği) dünyanın en küçük çiçekli bitkisidir. Güneydoğu Asya'nın bazı bölgelerinde gıda olarak tüketilen Wolffia, yüksek protein içeriğinden dolayı "su yumurtaları" olarak adlandırılır. Türkiye'de bu tür henüz tanınmamaktadır. Bu çalışmada, Yeşilırmak Deltası'ndaki (Samsun) sulak alanlardan toplanan Wolffia arrhiza kontrollü laboratuvar koşullarında farklı LED ışıklar (beyaz, kırmızı, mavi, mor) altında yetiştirilmiştir. Bitkinin nispi büyüme oranı, kuru madde ve kül analizi, element içeriği ve fotosentetik pigmentleri (klorofil ve karotenoid içeriği) analiz edilmiştir. Süperkritik karbondioksit ekstraksiyonu ile elde edilen özütlerin in vitro antioksidan ve antimikrobiyal aktiviteleri incelenmiş, gaz kromatografisi-kütle spektrometresi (GC-MS) ile fitokimyasal içeriği analiz edilmiştir. 
Farklı dalga boyu uygulamalarında, kırmızı LED ışık W. arrhiza'nın fotosentetik pigment içeriği, fenolik madde ve flavonoid miktarı ile antioksidan aktiviteyi artırmıştır. Beyaz LED ışık kuru madde miktarını (%20.69) ve büyüme oranı (0.732 gün-1) artırmıştır. En yüksek protein içeriği (%55.3) mor LED ışık altında yetiştirilen W. arrhiza'da tespit edilmiştir. Antimikrobiyal aktivite analizinde, orta derecede Bacillus cereus üzerinde gözlenmiştir. W. arrhiza'nın SK-CO2 ekstraksiyonu ile elde edilen özütlerinin hekzan ile hazırlanan solüsyonunda yapılan GC-MS analizi sonucunda, 43 farklı biyoaktif fitobileşen tanımlanmıştır. Farklı LED ışıklarda yetiştirilen W. arrhiza'nın beyaz, kırmızı, mor ve mavi LED'de sırasıyla 22, 37, 35 ve 43 adet fitokomponent tespit edilmiştir. W. arrhiza'nın kampesterol, stigmasterol, β-sitosterol gibi diyette en fazla bulunması gereken çok değerli fitosteroller içerdiği belirlenmiştir. Beyaz LED ışıkta %44, kırmızı LED ışıkta %37, mor LED ışıkta %39, mavi LED ışıkta %22 fitosterol kaydedilmiştir. 
Bu çalışma köksüz su mercimeği W. arrhiza'nın SKE metoduyla elde edilen özütünün değerlendirmeye alındığı ilk araştırma olma niteliğindedir. Yapılan çalışma ile, farklı LED aydınlatmanın bitkide istenen miktarda ve çok çeşitli biyoaktif madde sentezleme yeteneklerinin artırılabileceği görülmüştür. Ayrıca kullanılan SK-CO2 ekstraksiyonu yöntemi ile çözücü kullanmaksızın daha fazla ve çeşitli sekonder metabolite erişimin sağlanması, alternatif gıda üretimi ve ilaç etken madde üretimi sahalarında umut verici gelişmelere yol açacak olduğu net bir şekilde ortaya konmuştur. Köksüz su mercimeğinin üretiminin kolay, çevre dostu ve sürdürülebilir olması nedeniyle fonksiyonel gıda olarak kullanımı önemli bir potansiyel olarak görülmektedir. Süper gıda niteliğindeki köksüz su mercimeğinin nutrasötik özelliklerinin yanı sıra farmasötik özellikleri de umut vericidir ve değerlendirilmesi gerekir.

Abstract:
Wolffia (rootless duckweed), a free-floating aquatic plant from the Lemnaceae family, is the world's smallest flowering plant. Wolffia, consumed as food in some parts of Southeast Asia, are called "water eggs" due to their high protein content. This species is not yet recognized in Turkey. In this study, Wolffia arrhiza collected from wetlands in Yeşilırmak Delta (Samsun) was grown under different LED lights (white, red, blue, purple) under controlled laboratory conditions. The relative growth rate, dry matter and ash analysis, elemental content and photosynthetic pigments (chlorophyll and carotenoid content) of the plant were analyzed. In vitro antioxidant and antimicrobial activities of extracts obtained by supercritical carbon dioxide extraction were examined, and their phytochemical content was analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS).
In different wavelength applications, red LED light increased the photosynthetic pigment content, phenolic substance and flavonoid amount and antioxidant activity of W. arrhiza. White LED light increased the amount of dry matter (20.69%) and growth rate (0.732 day-1). The highest protein content (55.3%) was detected in W. arrhiza grown under purple LED light. In the antimicrobial activity analysis, moderate levels were observed on Bacillus cereus. As a result of GC-MS analysis performed on the hexane solution of extracts obtained by SC-CO2 extraction of W. arrhiza, 43 different bioactive phytoconstituents were identified. 22, 37, 35 and 43 phytocomponents were tested in W. arrhiza grown under different LED lights, respectively, in white, red, purple and blue LEDs. It has been determined that W. arrhiza contains very valuable phytosterols such as campesterol, stigmasterol, β-sitosterol, which should be present in the diet in abundance. 44% phytosterol was recorded in white LED light, 37% in red LED light, 39% in violet LED light, and 22% in blue LED light.
This study is the first to evaluate the extract of rootless duckweed W. arrhiza obtained by the SCE method. The study showed that different LED lighting can increase the plant's ability to synthesize a wide variety of bioactive substances in the desired amount. In addition, it has been clearly demonstrated that providing access to more and more diverse secondary metabolites without using solvents with the SK-CO2 extraction method used will lead to promising developments in the fields of alternative food production and pharmaceutical active ingredient production. Since rootless duckweed is easy to produce, environmentally friendly and sustainable, its use as a functional food is seen as an important potential. In addition to the nutraceutical properties of rootless duckweed, which is a superfood, its pharmaceutical properties are also promising and need to be evaluated.