Hint inciri (opuntia ficus-indica) yapraklarının fenolik bileşiklerinin farklı teknikler ile ekstraksiyonu
Extraction of phenolic compounds of Opuntia ficus-indica leaves with different techniques
Yazar: SAİT GÜRANİ CAMUZCU
Danışman: DOÇ. DR. ERKAN KARACABEY
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Son yıllarda kimyasallardan elde edilen ve gıdalarda kullanılan yapay katkı maddelerine bağlı olarak ortaya çıkan sağlık problemleri nedeni ile tüketicilerin doğal besin kaynaklarına ve doğal kaynaklardan elde edilmiş katkıların kullanıldığı ürünlere olan ilgisi artmaktadır. Buna bağlı olarak bitkisel kaynaklardan bulunan hem tüketici sağlığı için faydalı hem de gıdalarda meydana gelen bozulmaları önleyen veya geciktiren biyoaktif bileşikler üzerine olan araştırmalar artmaktadır. Bitkisel kaynaklarda bulunan bu bileşikleri değerli yapan en temel faktör antioksidan aktivitelerinin bulunmasıdır. Bu etkileri sayesinde canlılarda normal metabolik faaliyetler sonucu ortaya çıkan serbest rakikallerin zararlı etkilerinden canlıları korurlar. Ayrıca gıdaların hızlı bozulmasına neden olan oksidasyon gibi reaksiyonları engelleyerek gıdaların daha uzun süre saklanmasını sağlamaktadır. 
Bitkilerde bulunan bu tarz bileşiklerin hem gıda sektöründe hem de diğer sektörlerde kullanılabilmesi için yapılan en temel işlem bu bileşiklerin bulundukları ortamdan ayrılmasıdır. Ayırma işlemlerinin üründe kalite kaybı olmadan etkili ve hızlı bir şekilde yapılabilmesi için son yıllarda farklı ekstraksiyon teknikleri geliştirilmiştir. Bu bağlamda tez çalışmasında üzerinde sınırlı sayıda araştırma bulunan hint inciri bitkisinin kladodlarının antioksidan kapasite miktarı, toplam fenolik madde miktarı, % ekstrakt verimi değerleri ile antidiyabetik etkilerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda ekstraksiyon işlemi için yenilikçi bir teknoloji olan basınçlı sıvı ekstraksiyonu ve klasik bir yöntem olan karıştırmalı solvent ekstraksiyonu tekniği olmak üzere iki farklı ekstraksiyon tekniği kullanılmıştır. Ekstraksiyon işleminin başarıya ulaşması için materyal olarak kullanılan hint inciri kladodlarına gerekli ön işlemler (dilimleme, kurutma, öğütme ve eleme) uygulanmıştır. Kladodlar ekstraksiyona uygun hale getirildikten sonra gerekli ön denemeler yapılmış ve ekstraksiyon yöntemlerine ait uygulama şartları belirlenmiştir. Klasik yöntemde ekstraksiyon işlemi %50-70-96 olmak üzere üç farklı etanol/su konsantrasyonu kullanılarak yapılmıştır. Her bir ekstraksiyon için katı/çözgen oranı (1:40) olarak alınmıştır ve 24 saat boyunca ekstraksiyon işlemi gerçekleştirilmiştir. Klasik ekstraksiyon yöntem ile yapılan ekstraksiyon işlemi sonucunda % inhibisyon, toplam fenolik madde ve % ekstrakt verimi değerleri en yüksek %50 etanol/su karışımında bulunmuştur. Burada bulunan değerler ile basınçlı sıvı ekstraksiyonun optimum koşullarında elde edilen değerler kıyaslanmıştır.

Bir diğer yöntem olan basınçlı sıvı ekstraksiyonunda gerçekleştirilen ekstraksiyon işlemi için bağımsız değişkenler etanol/su çözelti konsantrasyonu etanol cinsinden hacimce %0-%20 aralığında, solvent akış hızı 0.5–1.5 mL/dak aralığında ve sıcaklık değeri 100∘C-150∘C aralığında belirlenmiştir. Bu parametrelere ve değer aralıklarına bağlı kalarak yanıt yüzey yöntemi ile deneme tasarımı oluşturulmuştur (Minitab 17 istatistik paket programı). Deneme deseninde belirtilen her bir deneme için ön işlemden geçirilmiş ve partikül boyutu 1.5 mm olan örneklerden yaklaşık eşit ağırlıkta (0.7510 g) hazırlanmıştır. Ekstraksiyon süresi deneme deseninde belirtilen akış hızına bağlı olarak toplamda 30 mL ekstrakt alınacak şekilde ayarlanmıştır. Her bir deneme için oluşturulan koşullar altında gerçekleştirilen ekstraksiyon işlemi ile % inhibisyon, toplam fenolik madde miktarı ve % ekstrakt verimini değerlerinin bağımsız değişkenlere göre olan değişimleri istatistiksel olarak incelenmiştir. Bu değerlerin birinci, ikinci ve interaksiyon terimlerinin istatiksel olarak önem durumları belirlenmiştir. Bulunan modellere bağlı olarak optimum koşullar ve bu koşullarda teorik ve deneysel değerler bulunarak uygunluk durumu değerlendirilmiştir. Ayrıca optimum koşullarda elde edilen deneysel değerler ile kontrol grubu değerlerinin istatistiksel kıyaslaması yapılmıştır. Sonuç olarak basıçlı sıvı ekstraksiyonu için optimum koşullar 150°C, 0.5 mL/dak akış hızı ve %20 etanol/su konsantrasyonu olarak bulunmuştur. Bu koşullar altında bulunan deneysel değerler diğer tüm ekstraksiyon koşullarından daha yüksek bulunmuştur. Optimum koşullarda bulunan % inhibisyon, toplam fenolik madde miktarı ve % ekstrakt verimi değerleri ile kontrol grubuna ait değerlerin ortalamaları arasındaki farkların istatistiksel olarak önemli (p≤0.05) olduğu belirlenmiştir.

Ayrıca basıçlı sıvı ekstraksiyonunda elde edilen % inhibisyon, toplam fenolik madde miktarı ve % ekstrakt verimi değerleri üzerine bağımsız değişkenlerin etkisini gösteren yanıt yüzey yöntemi ile oluşturulan grafikler incelendiğinde bağımsız değişkenlerin bu elde edilen sonuçlar üzerine etkili olduğu görülmüştür.

Abstract:
In recent years, due to the health problems caused by the artificial additives chemically sentesized and used in foods, consumers' interest in natural nutrient sources and products using natural sources has increased. According to this, researches on bioactive compounds in plant sources, which are both beneficial for consumer health and prevent or delay the spoliages ocuring in foods, are increasing. The most important factor that makes these compounds valuable in plant sources is their antioxidant activities. Thanks to these effects, they protect human beings from the harmful effects of free radicals that occur as a result of normal metabolic activities. It makes possible the prolonged storage of foods by also preventing reactions such as oxidation, which causes rapid deterioration of foods. The most basic process to be able to use these plant origin compounds in both the food industry and other sectors is the separation of these compounds from their environment. Different extraction techniques have been developed in recent years in order to make separation processes effective and fast without loss of quality. In this context, it was aimed to determine the antioxidant capacity, total phenolic content, % extract yield values and antidiabetic effect of cladotes of Opuntia ficus indica about which there are limited number of studies. In this context, two different extraction techniques were used, namely the pressurized liquid extraction, which is an innovative technology for the extraction process and the blended solvent extraction technique, which is a classical method. The requiredy pre-treatments (slicing, drying, grinding and sieving) for the success of the extraction process were applied to the Opuntia ficus indica cladotes used as materials. After cladotes were made suitable for extraction, preliminary tests were performed and the conditions for extraction methods were determined. In the classical method, the extraction was carried out using three different ethanol / water concentrations being as 50-70-96%. For each extraction, the solid/solvent ratio was taken as (1:40) and extraction was carried out for 24 hours. In the extraction process carried by clasical extration method, antioxidant activity (% inhibition), total phenolic content and % extract yield values were found in their highest values when 50% ethanol/water mixture was used. The values found here were compared with the values obtained by the pressurized liquid extraction operated under the optimal conditions.

Independent varialbles for extraction process by another method being pressurized liquid extraction are ethanol/water solution concentration in the range of 0 to 20% by volume, the solvent flow rate in the range of 0.5 mL/min - 1.5 mL / min and the temperature value in the range of 100°C-150°C. Based on these parameters and value ranges, experimental design was created with response surface methodology (Minitab 17 statistical package program). Sample pretreated and having a particle size of 1.5 mm was prepared for each trial specified in experimental design. The extraction time depending on the flow rate specified in experimental design was adjusted to collect the extract volume of 30 mL. The changes of the values of % inhibition, total phenolics content and % extraction yield depending on independent variables were statistically investigated with the extraction process performed under the conditions created for each experiment. The statistical significance of the first, second and interaction terms of these values were determined. Optimal conditions were determined depending on the models, and under these conditions, the theoretical and experimental values were found and their suitability was evaluated. In addition, statistical comparison of experimental values obtained under optimal conditions and control group values were made. As a result, the optimum conditions for the pressurized liquid extraction were found to be as 150°C, 0.5 mL / min and 20% ethanol water concentration. The experimental values found under these conditions were higher than all other extraction conditions specified in experimental design. It was found that the differences between the average values of the total phenolic content and % extract yield values belonging to the extract obtained under optimal conditions and the extract obtained as a control were found to be statistically significant (p≤0.05). In addition, it was observed that the independent variables were effective on the results obtained by the response surface method which showed the effect of independent variables on % phenol content and % extract yield values obtained from pressure extraction.

Additionally, when the figures indicating the effects of independent variables on created by response surface methodlogy were investigated, independent variables were seen to be effective on the results which were obtained