Türkiye'de yetişen bazı tahıl türlerinden elde edilen fenolik antioksidanların tespiti ve farklı yöntemlerle elde edilen doğal ekstraktların gıda endüstrisinde koruyucu olarak kullanılması
Analysis of phenolic antioxidant in some grain species grown in Turkey and natural extracts obtained by different methods of use in the food industry as a preservative in the food industry
Yazar: TUĞBA KARDAŞ
Danışman: PROF. İNCİ DURUCASU
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Bölümü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
ÖZET	                       								
Araştırmamızda Ege Bölgesinde yetişen 5 farklı tahıl çeşidi; (esmer durum buğdayı; Triticum turgidum L., kırmızı buğday; Triticum aestivum ssp.macha., sert beyaz buğday; Triticum aestivum ssp.vavilovi; Arpa; Hordeum vulgare L., Arpa-çavdar; Secale vulgare L.)  kullanıldı ve bu tahıllar aynı koşullarda çimlendirildi. Bu çalışmada çimlerin doğal fenolik antioksidanların tespit edilmesi ve çimlerden elde edilen doğal ekstraktların sentetik antioksidan yerine kullanılması amaçlandı. Böylece gıda güvenliğinde sentetik antioksidanların kullanımındaki risklerin ortadan kalkacağı düşünülmektedir. Bu şekilde sentetik antioksidanlardan daha ekonomik olarak görülen tahıl çimi ekstraktlarını değerlendirmiş olacağız. Bu amaçla kurutulmuş ve öğütülmüş tahıl çimlerinin farklı polaritelerdeki su, etil asetat, etanol, çözücüleriyle ekstraksiyonu yapılıp tüm bitkilerin ekstrakte edilebilen madde miktarları 21,66-488,35 mg/g kurutulmuş bitki materyali aralığında bulundu. En yüksek ekstraksiyon verimi su ekstraktında gözlendi.  
Örneklerin antioksidan aktiviteleri, β-karoten/ linoleik asit yöntemi, DPPH serbest radikali giderme aktivitesi ve H2O2 giderme aktivitesi yöntemleriyle tespit edildi. Ayrıca farklı tahıl çimi ekstraktlarının her birinin Folin-Ciocalteu ayıracı ile toplam fenolik madde miktarı ve toplam flavonoit bileşik miktarı tayini spektrofotometrik yöntemle yapıldı. Sonuçlar askorbik asit, BHA, BHT gibi standart maddelerle kıyaslanarak değerlendirildi. Elde edilen sonuçlara göre tüm ekstraktlar etkili ve yüksek oranlarda antioksidan aktivite gösterdi. Esmer, kırmızı, beyaz buğday çiminin antioksidan ve antiradikalik aktivitesi arpa ve arpa- çavdar çimi ekstraktlarından yüksek bulundu. 
Çimlendirilmiş tahıllardan ekstrakte edilen fenolik antioksidan bileşiklerin kromatografik profili belirlendi. Fenolik bileşikler LC-MS/MS ve HPLC sistemleriyle kıyaslamalı olarak, uçucu yağlar GC-MS/MS ile analiz edildi. Analizler sonucunda tahıl çimlerinde gallik asit, ferulik asit, ellagik asit, şiringik asit, para kumarik asit, kafeik asit, benzoik asit, quersetin, oleuropein,  klorojenik asit, apigenin, luteolin, hidroksityrosol bileşiklerinin bulunduğu para hidroksibenzoik asit, bileşiğinin bulunmadığı gözlendi. Çimlerde en fazla bulunan fenolik bileşik, ferulik asit olarak tespit edildi. Ferulik asit miktarı en çok esmer buğday çiminde (1809,8 mg/g kuru madde olarak)  tespit edildi.
  Saf fenolik bileşikler olarak ferulik asit, şiringik asit, kafeik asit, sinapik asit buğday kepeği ve buğday özünden kolon kromatografisiyle izole edildi. Bu saf bileşiklerden vanilik asit şiringik asit ve kafeik asitin benzil esterleri sentezlendi. Sinapik asitin bromlanması ve şiringik asitin asetillenmesi gerçekleştirildi. Bu bileşiklerin yapıları erime noktası, IR, 1H NMR ve 13C NMR ile aydınlatıldı. Bu sentezlenmiş bileşiklerin antioksidan ve antiradikalik aktiviteleri saf fenolik bileşiklere göre kıyaslandı.
Araştırmamızda tahıl çimi ekstraktlarının doğal gıda koruyuculuğunu değerlendirmek için, çimlerin sıcak su ekstraktları hazırlandı. Manisa Demirci yöresinde yetişen koyun ve keçi eti etinden hazırlanan köftelere bu ekstraktların ilavesiyle, +4°C ve –20°C 'de farklı sürelerde depolanması sırasında, lipit oksidasyonu ve renk özellikleri, pH değeri, peroksit sayısı, TBA sayısı, renk değeri ve duyusal özellikler yönünden etkileri incelendi.
 En yüksek antioksidan etkiyi esmer, kırmızı ve beyaz buğday çimi ekstraktları gösterirken, arpa ve arpa-çavdar ekstraktlarının etkisi daha düşük bulundu. Sonuçlar, koyun ve keçi eti köftelerinin muhafazası sırasında lipit oksidasyonu ve renk değişikliklerinin önlenmesi amacıyla azalan sıraya göre esmer, kırmızı, beyaz buğday çimi, arpa, arpa-çavdar çimi yapraklarından elde edilen sıcak su ekstraktlarının % 0,2 oranında kullanılabileceğini ortaya koymuştur.

 Anahtar Kelimeler: Tahıl çimleri, antioksidanlar, fenolik bileşikler, ekstraksiyon yöntemleri, serbest radikal süpürme aktivitesi, doğal antioksidan, renk stabilitesi, lipit oksidasyonu
ÖZET	                       								
Araştırmamızda Ege Bölgesinde yetişen 5 farklı tahıl çeşidi; (esmer durum buğdayı; Triticum turgidum L., kırmızı buğday; Triticum aestivum ssp.macha., sert beyaz buğday; Triticum aestivum ssp.vavilovi; Arpa; Hordeum vulgare L., Arpa-çavdar; Secale vulgare L.)  kullanıldı ve bu tahıllar aynı koşullarda çimlendirildi. Bu çalışmada çimlerin doğal fenolik antioksidanların tespit edilmesi ve çimlerden elde edilen doğal ekstraktların sentetik antioksidan yerine kullanılması amaçlandı. Böylece gıda güvenliğinde sentetik antioksidanların kullanımındaki risklerin ortadan kalkacağı düşünülmektedir. Bu şekilde sentetik antioksidanlardan daha ekonomik olarak görülen tahıl çimi ekstraktlarını değerlendirmiş olacağız. Bu amaçla kurutulmuş ve öğütülmüş tahıl çimlerinin farklı polaritelerdeki su, etil asetat, etanol, çözücüleriyle ekstraksiyonu yapılıp tüm bitkilerin ekstrakte edilebilen madde miktarları 21,66-488,35 mg/g kurutulmuş bitki materyali aralığında bulundu. En yüksek ekstraksiyon verimi su ekstraktında gözlendi.  
Örneklerin antioksidan aktiviteleri, β-karoten/ linoleik asit yöntemi, DPPH serbest radikali giderme aktivitesi ve H2O2 giderme aktivitesi yöntemleriyle tespit edildi. Ayrıca farklı tahıl çimi ekstraktlarının her birinin Folin-Ciocalteu ayıracı ile toplam fenolik madde miktarı ve toplam flavonoit bileşik miktarı tayini spektrofotometrik yöntemle yapıldı. Sonuçlar askorbik asit, BHA, BHT gibi standart maddelerle kıyaslanarak değerlendirildi. Elde edilen sonuçlara göre tüm ekstraktlar etkili ve yüksek oranlarda antioksidan aktivite gösterdi. Esmer, kırmızı, beyaz buğday çiminin antioksidan ve antiradikalik aktivitesi arpa ve arpa- çavdar çimi ekstraktlarından yüksek bulundu. 
Çimlendirilmiş tahıllardan ekstrakte edilen fenolik antioksidan bileşiklerin kromatografik profili belirlendi. Fenolik bileşikler LC-MS/MS ve HPLC sistemleriyle kıyaslamalı olarak, uçucu yağlar GC-MS/MS ile analiz edildi. Analizler sonucunda tahıl çimlerinde gallik asit, ferulik asit, ellagik asit, şiringik asit, para kumarik asit, kafeik asit, benzoik asit, quersetin, oleuropein,  klorojenik asit, apigenin, luteolin, hidroksityrosol bileşiklerinin bulunduğu para hidroksibenzoik asit, bileşiğinin bulunmadığı gözlendi. Çimlerde en fazla bulunan fenolik bileşik, ferulik asit olarak tespit edildi. Ferulik asit miktarı en çok esmer buğday çiminde (1809,8 mg/g kuru madde olarak)  tespit edildi.
  Saf fenolik bileşikler olarak ferulik asit, şiringik asit, kafeik asit, sinapik asit buğday kepeği ve buğday özünden kolon kromatografisiyle izole edildi. Bu saf bileşiklerden vanilik asit şiringik asit ve kafeik asitin benzil esterleri sentezlendi. Sinapik asitin bromlanması ve şiringik asitin asetillenmesi gerçekleştirildi. Bu bileşiklerin yapıları erime noktası, IR, 1H NMR ve 13C NMR ile aydınlatıldı. Bu sentezlenmiş bileşiklerin antioksidan ve antiradikalik aktiviteleri saf fenolik bileşiklere göre kıyaslandı.
Araştırmamızda tahıl çimi ekstraktlarının doğal gıda koruyuculuğunu değerlendirmek için, çimlerin sıcak su ekstraktları hazırlandı. Manisa Demirci yöresinde yetişen koyun ve keçi eti etinden hazırlanan köftelere bu ekstraktların ilavesiyle, +4°C ve –20°C 'de farklı sürelerde depolanması sırasında, lipit oksidasyonu ve renk özellikleri, pH değeri, peroksit sayısı, TBA sayısı, renk değeri ve duyusal özellikler yönünden etkileri incelendi.
 En yüksek antioksidan etkiyi esmer, kırmızı ve beyaz buğday çimi ekstraktları gösterirken, arpa ve arpa-çavdar ekstraktlarının etkisi daha düşük bulundu. Sonuçlar, koyun ve keçi eti köftelerinin muhafazası sırasında lipit oksidasyonu ve renk değişikliklerinin önlenmesi amacıyla azalan sıraya göre esmer, kırmızı, beyaz buğday çimi, arpa, arpa-çavdar çimi yapraklarından elde edilen sıcak su ekstraktlarının % 0,2 oranında kullanılabileceğini ortaya koymuştur.

 Anahtar Kelimeler: Tahıl çimleri, antioksidanlar, fenolik bileşikler, ekstraksiyon yöntemleri, serbest radikal süpürme aktivitesi, doğal antioksidan, renk stabilitesi, lipit oksidasyonu

Abstract:
ABSTRACT
In our research, five different cereal  growing in Agean zone (Turkish Amber Durum; Triticum turgidum L., Turkish red wheat; Triticum aestivum ssp.macha., Turkish hard white wheat; Triticum aestivum ssp.vavilovi., barley; Hordeum vulgare L. and barley-rye; Secale vulgare L.) were used and this cereal grains were germinated under same conditions.  In this study,  natural phenolic antioxidants in grass extracts obtained from natural resources rather than synthetic antioxidants will be detected Thus, elimination of the risks involved in the use of synthetic antioxidants in food safety is thought. In this way, we will also evaluate the cereal grass that is seen as more economical than synthetic antioxidants. For this purpose, extractions of dried and grounded cereal grass were studied by using water, ethanol and ethyl acetate as different solvents. Amount of extractable compounds from plants were found in the range of  21,66- 488,35 mg/g dried plant.The highest extraction yield were observed in water extraction. 
Antioxidant activities of the samples were determined by using different test methods, namely β-carotene/ linoleic acid, DPPH radical scavenging activity and H2O2 scavenging activity. The antioxidant activities of all extracts were assayed with the various methods including total phenolic content by Folin-Ciocalteu reagent (FCR) and their total flavonoid content were studied by using UV spectrometer. The obtained results were compared by using, ascorbic acid, BHT and BHA as standards. According to obtained results; all of extracts exhibited effective and high antioxidant activity. Antioxidant and antiradical activities of amber, white, red, wheat grass were found higher than barley and barley-rye grass. 
Chromatographic profile of phenolic compounds extracted from the sprouted cereals were detected. Phenolic compounds were analysed by comparing LC/MS-MS and HPLC systems and volatile compounds were detected by using GC-MS/MS system. According to LC-MS/MS and HPLC analysis results, ferulic acid, syringic acid, p-coumaric acid, vanillic acid, caffeic acid, gallic acid, ellagic acid, benzoic acid, quercetin, oleuropein, apigenin, luteolin, hydroxytyrosol, chlorogenic acid, were detected in all cereal grass but p-hydroxy benzoic acid were not observed. The main phenolic compounds of all cereal grass was ferulic acid. The most ferulic acid amount was detected in amber wheat grass (1305,8 mg/g dry basis).

As pure phenolic compounds, ferulic acid, syringic acid, caffeic acid, sinapic acid  were isolated from wheat bran and wheat germ by column chromatography, From these pure substances, benzyl esters of vanilic, syringic and caffeic acids were synthesized. Bromination of sinapic acid and acetylation of syringic acid were performed. These compounds structure were solved by melting point, IR, 1H NMR and 13C NMR. Antioxidant and antiradical activities of these synthesized compounds were compared according to pure phenolic compounds. 
In our research, to evaluate of protection of natural food on cereal grass extracts, hot water extracts of cereal grasses were prepared. These extracts were added to meat patties of sheep and goat which were grown in Manisa- Demirci. Lipid oxidation and the color properties, pH, peroxide and TBA value, color value and sensorial properties of these patties were examined during storage at +4 and -20 0C degrees. 
 While amber, red and white wheat grass extracts showing the highest antioxidant effect, antioxidant effects of barley and barley- rye extracts were lower than these. These results revealed that, the addition of hot water extracts obtained from red, white and amber wheat, barley and barley-rye grass leaves in 0,2 percent to sheep and goat patties at – 20°C  and 4°C storage degrees  prevents development of oxidative processes in lipids and also changes in color.

Keywords: cereal grass, antioxidants, phenolic compounds, extractions methods, free radical scavenging activity,natural antioxidant, color stability, lipid oxidation