Sakarya'daki bazı baharat çeşitlerinin eser element analizi ve antioksidan özelliklerinin belirlenmesi
Trace element analysis and determination of antioxidant properties of some spice varieties in Sakarya
Yazar: SELİN GÜMRÜKÇÜ
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN ALTUNDAĞ ; DR. CELAL CANER
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Analitik Kimya Ana Bilim Dalı / Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Baharatlar günümüzde hem yemeklere hem de ait oldukları yemek kültürüne göre kimlik belirlemektedir. Temelde aynı malzemeden yapılmış bir yemek baharat yardımı ile bulunan yöreye özgü lezzet alır. Günümüzde yemekler içerisine birden fazla baharat çeşidi kullanılmaktadır. Baharat çeşitleri tat, koku ve renk bakımından çeşitlilik sağlamaktadır. Bazı baharatlar içerisinde bulunan etkin maddelerden dolayı ilaç etkisi yapmakta ve  yemek içerisindeki etkenlere karşı koruma sağlamaktadır.
Bu çalışmamızda Sakarya'da bulunan Kişniş (Coriandrum sativum), Muskat (Myristica fragrans), Köri (Köri), Abazaotu (Satureja hortensis), Mahlep (Prunus mahaleb), Ginseng (Panax ginseng), Propolis (Propolis), Haşhaş (Papaver somniferum), Kaju baharatı (Kajun baharatı), Çemen otu (Trigonella foenumgraecum), Anason (Illicium verum), Sinirotu (Plantago), Lavanta (Lavandula angustifolia), Hayıt tohumu (Vitex agnus-castus), Karabaş otu (Lavandula stoechas), Yenibahar (Pimenta dioica), Kakule (Elettaria cardamomum), Tarhun (Artemisia dracunculus), Mercanköşk (Origanum majorana) ve Çivanperçemi (Achillea millefolium) baharat örnekleri alınmıştır. Yapılan çalışmalar arasında çalışması çok yapılmamış olan baharatların seçilmesine özen gösterilmiştir. Sakarya çevresinden alınan baharatlar uygun koşullar sağlanarak etüvde kurutuldu. Etüvde kurutulan baharatlarımızın homojen bir halde olması için öğütülme işlemi yapılmıştır.
Çalışmamızda Sakarya'dan alınan 20 farklı baharat örneklerinin içeriğindeki Cu, Fe, Mn, Ni ve Zn eser element ve antioksidan içerikleri incelenmiştir. Doğada farklı formlarda bulunan birçok element mevcuttur ve bu elementlerin görevleri vücutta farklı işlevleri yerine getirmeleridir. Kimyasal, moleküler düzeyde hücre fonksiyonları ve biyolojik açıdan oldukça önemlidirler. Bazı elementler iz/eser element olarak adlandırılmaktadır. Miktarı az olduğu için böyle adlandırılan elementler hücresel yapıların stabilizasyonu için yani kararlı hale getirilebilmeleri için oldukça önemlidir. Eksikliklerinde ise hastalıklara neden olabilmektedir.
Aynı araştırma çalışması içinde baharatlardaki hem antioksidan kapasitelerin hem de esansiyel ağır metallerin (Cu, Fe, Mn, Ni, Zn) içeriklerinin değerlendirilmesi, bunların sağlık üzerindeki etkilerinin kapsamlı bir değerlendirmesi için çok önemlidir. Bu metaller çeşitli biyolojik işlevler için gerekli olmasına rağmen aşırı miktarlarda toksik hale gelebilir. Bu nedenle, antioksidan özelliklerinin yanı sıra konsantrasyonlarını anlamak, baharatların besinsel ve tedavi edici yararları hakkında bilgi sağlar. Bu ikili analiz, baharatların güvenli metal alımı seviyelerini aşmadan sağlığa olumlu katkıda bulunmasını sağlamaya yardımcı olur. Bu çalışmada 20 farklı baharatın antioksidan ve ağır metal içerikleri ölçülmüş ve karşılaştırmalı olarak sunulmuştur.
Baharat örneklerinin çözünürleştirilmesinde mikrodalga çözünürleştirme yöntemi kullanılmıştır. Kurutulan baharat örneklerinden yaklaşık 1,0 g tartım alınarak, üzerine 8 mL HNO3-H2O2 (6:2, v/v) karışımı eklenmiş ve 10 dakika bekletilmiştir. Mikrodalga sistemi için sindirim koşulları 250 W için 2 dk, 0 W için 2 dk, 250 W için 6 dk, 400 W için 5 dk, 550 W için 8 dk, havalandırma: 8 dk olarak uygulanmıştır. Soğutulduktan sonra elde edilen solüsyonlar 1 M HNO3, ile 25 ml'ye tamamlanmıştır. 
Geri kazanım değerleri standart referans madde kullanılarak analiz edilmiştir. Her bir metalin tespit sınırı, doğrusal aralığı, denklemi ve korelasyon katsayısı tespit edilmiş Zn en düşük tespit sınırına sahipken Fe en yüksek değere sahiptir. Ayrıca tüm metaller için yüksek korelasyon katsayıları sağlanmıştır.
Mikrodalga çözünürleştirme yönteminin tercih edilmesinin sebebi daha kolay, basit ve güvenilir bir yöntem olmasından kaynaklanmaktadır. Mikrodalga çözünürleştirme yöntemi sonrasında eser elementler ICP-OES ile tayin edilmiştir. Önerilen yöntemin doğruluğu, elma yaprağı sertifikalı referans malzeme kullanarak gerçekleştirilmiştir.
Baharat örneklerinde element konsantrasyonları ortalama (Cu), (Fe), (Mn), (Ni), (Zn) sırasıyla 1,35-28,45, 30,3-857,68, 2,28-539,7  0,4-4,73, 3,35-76,68 mg/kg olarak bulunmuştur.
Antioksidanlar kısaca vücutta meydana gelen serbest radikallerle mücadele içindeki moleküller olarak tanımlanabilir. Serbest radikallerin sayısındaki artışın başta şeker hastalığı, kalp hastalıkları ve kanser gibi yaşamı tehdit edici rahatsızlıklar ile ilişkili olduğu unutulmamalıdır. Ancak vücudun kendi ürettiği antioksidanlar normal metabolizma sonucu oluşan serbest oksijen radikallerinin savunulmasında oldukça etkili moleküllerdir. Antioksidan maddeler aynı zamanda özellikle meyve ve sebzeler olmak üzere birçok besin içerisinde de yer alır. Bu gıdaların içerisinde bulunan bazı E ve C vitamini gibi antioksidan vitaminler de bu şekilde görev yapabilmeleri nedeniyle bir adım öne çıkarlar. Antioksidan içerikli koruyucular aynı zamanda gıda endüstrisi için de oldukça önemlidir ve paketlenen gıdaların raf ömrünün uzatılmasında kullanılır.
Serbest radikaller vücutta metabolik aktivite sonucu sürekli olarak oluşan maddelerdir. Antioksidan moleküller olmadan serbest radikaller çok kısa sürede hücresel hasara neden olarak yaşamı tehdit edici bir süreç ortaya çıkarabilir. Ancak serbest radikallerin bazı vücut işlevleri için kritik rol oynadığı unutulmamalıdır. Örnek olarak bağışıklık sisteminin bazı hücreleri, enfeksiyona neden olan mikropların ortadan kaldırılması için serbest radikalleri kullanır.Vücutta serbest radikallerin sayısının antioksidan madde içeriğinden daha yüksek oranda bulunması halinde oksidatif stres adı verilen bir durum ortaya çıkar. Uzamış bir oksidatif stres süreci başta DNA olmak üzere çeşitli önemli moleküllerin hasarlanması ile sonuçlanır. Bu süreç bazı durumlarda ise hücre ölümü ile sonlanabilir. DNA hasarının yaşlanma sürecinde oldukça etkili bir durum olduğu düşünülür. Oksidatif stres sonucu meydana gelen DNA hasarı aynı zamanda kanser gibi bazı rahatsızlıklara yatkınlığı artırabileceği için dikkatli olunmalıdır.Çeşitli yaşam tarzı alışkanlıkları, stres ve diğer çevresel faktörler vücutta meydana gelen serbest radikal miktarının ve oksidatif stres düzeyinin artmasına neden olabilir.
Antioksidanların içeriklerinin belirlenmesinde ise birden fazla yöntem kullanılmaktadır. Bu çalışmamızda baharatların antioksidan içeriklerinin belirlenmesi için DPPH etkisi, ABTS testi, indirgenme gücü ve total fenolik madde yöntemi tercih edilmiştir. Her bir yöntem içerisinde kullanılan standart referans maddeler ayrı olarak kullanılmıştır. Bunun sebebi ise kullanılan yöntemlerin alkol/su bazlı yöntemler olmasından kaynaklanmaktadır. 
Çalışmada baharatların etanol ekstraktlarının antioksidan içeriği ilk olarak DPPH, ABTS, indirgeme gücü ve toplam fenolik içerik testleri ile değerlendirilmiştir. Çalışma kapsamında baharatların su ekstraktları da test edilmiştir ancak antioksidan kapasitesinin düşük olması nedeniyle etanol kullanılmıştır.
Antioksidan yöntemleri arasında DPPH Etkisi, ABTS Testi ve İndirgenme gücünde  Propolis, sinirotu ve yenibahar yüksek antioksidan özelliği gösterirken, total fenolik madde yönteminde ise propolis yenibahar ve sinirotu yüksek antioksidan özelliği göstermiştir. Total fenolik madde içerisindeki yenibaharın sinirotundan yüksek çıkmasının sebebi daha yüksek fenolik içermesinden kaynaklanmaktadır. Bunun anlamı ise Yenibahar baharatının suda çözünen maddeleri sinirotu baharatına göre daha fazla olmasından ileri gelmektedir. 
Bu sonuçlar dikkate alındığında baharatlar içerisindeki eser element ve antioksidan içeriklerine bakıldığında literatür değerleri ile karşılaştırılmış,antioksidan ve eser element arasında bir korelasyon bulunmamıştır.

Abstract:
Today, spices determine the identity of both the dishes and the food culture they belong to. A dish made from basically the same ingredients takes on the flavor of the region with the help of spices. Nowadays, more than one type of spice is used in dishes. Spice varieties provide diversity in terms of taste, smell and color. Some spices have a medicinal effect due to the active substances they contain and provide protection against the factors in the food.
In this study, we examined Coriander (Coriandrum sativum), Nutmeg (Myristica fragrans), Curry (Curry), Abazawort (Satureja hortensis), Mahlep (Prunus mahaleb), Ginseng (Panax ginseng), Propolis (Propolis), Poppy (Papaver somniferum) found in Sakarya, Cashew spice (Cajun spice), Fenugreek (Trigonella foenumgraecum), Anise (Illicium verum), Plantain (Plantago), Lavender (Lavandula angustifolia), Chaste seed (Vitex agnus-castus), Black pepper (Lavandula stoechas), Allspice (Pimenta dioica), Cardamom (Elettaria cardamomum), Tarragon (Artemisia dracunculus), Marjoram (Origanum majorana) and Yarrow (Achillea millefolium) spice samples were taken. Our spice samples dried in the oven were homogenized after providing appropriate conditions.
In our study, the Cu, Fe, Mn, Ni and Zn trace element and antioxidant contents of 20 different spice samples taken from Sakarya were examined. There are many elements found in different forms in nature, and the functions of these elements are to perform different functions in the body. They are very important in terms of cell functions and biology at the chemical, molecular level. Some elements are called trace elements. Elements named as such because of their low amounts are very important for the stabilization of cellular structures. Deficiencies can cause diseases.
Evaluating both antioxidant capacities and essential heavy metals (Cu, Fe, Mn, Ni, Zn) contents in spices within the same research study is crucial for a comprehensive evaluation of their effects on health. Although these metals are essential for a variety of biological functions, they can become toxic in excessive amounts. Therefore, understanding their antioxidant properties as well as their concentrations provides insight into the nutritional and therapeutic benefits of spices. This dual analysis helps ensure that spices contribute positively to health without exceeding safe metal intake levels. In this study, antioxidant and heavy metal contents of 20 different spices were measured and presented comparatively.
Microwave solubilization method was used to solubilize spice samples. Approximately 1.0 g of dried spice samples was weighed, 8 mL HNO3-H2O2 (6:2, v/v) mixture was added and left for 10 minutes. Digestion conditions for the microwave system were 2 min for 250 W, 2 min for 0 W, 6 min for 250 W, 5 min for 400 W, 8 min for 550 W, and aeration: 8 min. After cooling, the obtained solutions were made up to 25 ml with 1 M HNO3.
Recovery values were analyzed using standard reference material. The detection limit, linear range, equation and correlation coefficient of each metal were detected. Zn has the lowest detection limit, while Fe has the highest value. Additionally, high correlation coefficients were provided for all metals.
The reason why the microwave solubilization method is preferred is that it is an easier, simpler and more reliable method. After the microwave solubilization method, trace elements were determined by ICP-OES. The accuracy of the proposed method was achieved using apple leaf certified reference material.
Average element concentrations in spice samples (Cu), (Fe), (Mn), (Ni), (Zn) are 1.35-28.45, 30.3-857.68, 2.28-539.7 0, respectively. It was found to be 4-4.73, 3.35-76.68 mg/kg.
Antioxidants can be briefly defined as molecules that fight against free radicals occurring in the body. It should not be forgotten that the increase in the number of free radicals is associated with life-threatening diseases such as diabetes, heart diseases and cancer. However, antioxidants produced by the body itself are molecules that are very effective in defending free oxygen radicals formed as a result of normal metabolism. Antioxidants are also found in many foods, especially fruits and vegetables. Antioxidant vitamins such as some vitamins E and C found in these foods also stand out because they can function in this way. Preservatives containing antioxidants are also very important for the food industry and are used to extend the shelf life of packaged foods.
Free radicals are substances that are constantly formed as a result of metabolic activity in the body. Without antioxidant molecules, free radicals can cause cellular damage in a very short time, resulting in a life-threatening process. However, it should not be forgotten that free radicals play a critical role in some body functions. For example, some cells of the immune system use free radicals to eliminate microbes that cause infection. If the number of free radicals in the body is higher than the antioxidant substance content, a condition called oxidative stress occurs. A prolonged process of oxidative stress results in damage to various important molecules, especially DNA. In some cases, this process may end with cell death. DNA damage is thought to be a very effective condition in the aging process. Care should be taken because DNA damage resulting from oxidative stress may also increase the susceptibility to some diseases such as cancer. Various lifestyle habits, stress and other environmental factors may cause an increase in the amount of free radicals and the level of oxidative stress in the body.
More than one method is used to determine the content of antioxidants. In this study, DPPH effect, ABTS test, reducing power and total phenolic substance methods were preferred to determine the antioxidant contents of spices. Standard reference materials used in each method were used separately. The reason for this is that the methods used are alcohol/water based methods.
In the study, the antioxidant content of ethanol extracts of spices was first evaluated by DPPH, ABTS, reducing power and total phenolic content tests. Water extracts of spices were also tested within the scope of the study, but ethanol was used due to its low antioxidant capacity.
Among the antioxidant methods, propolis, plantain and allspice showed high antioxidant properties in the DPPH Effect, ABTS Test and Reducing Power, while in the total phenolic substance method, propolis, allspice and plantain showed high antioxidant properties. The reason why allspice is higher than plantain in total phenolic content is due to its higher phenolic content. This means that allspice spice has more water-soluble substances than plantain spice.
Considering these results, when the trace element and antioxidant contents in the spices were compared with the literature values, no correlation was found between antioxidants and trace elements.