Stevia (Stevia rebaudiana) bitkisinin tatlı bileşiklerinin dekantör ekstraksiyonu yöntemiyle elde edilmesi
Obtainment of sweet compounds from stevia (Stevia rebaudiana) plant by decanter extraction method
Yazar: ASLI ARSLAN KULCAN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA KARHAN
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Bu çalışmada stevia bitkisinin yapraklarından steviol glikozidlerin ekstraksiyonu için ekonomik ve hızlı bir yöntem olan dekantör ekstraksiyonunun uygunluğunun saptanması amaçlanmıştır. Yöntemde ekstraksiyon çözgeni olarak patentli yöntemlerdeki organik çözücüler yerine su kullanılması çevreci bir yaklaşımın yanında prosesin ekonomik olmasını sağlamıştır. Elde edilen sulu ekstrakttan steviosidlerin zenginleştirme ve saflaştırma çalışmalarında bilinen fiziksel metotlar dışında farklı ayırma sınırındaki membranlardan yararlanılmıştır. Steviol glikozidler stevia yapraklarından yaygın olarak kesikli ekstraksiyon sistemlerinde etanol ile ekstrakte edilmektedir. Bu çalışmada ise dünyada ilk defa steviol glikozidlerin ekstraksiyonunda çözgen olarak su kullanılan dekantör ekstraksiyonu denenmiştir.

Çalışmanın ilk aşamasında dekantör ekstraksiyonu sıcaklık, süre, bitki/su oranı ve dekantör devir hızı parametreleri kullanılarak Cevap Yüzey Metodu ile optimize edilmiştir. Optimizasyon çalışmaları sonunda en uygun kombinasyon 25 °C sıcaklık, 1/27.6 bitki/su oranı, 105 dakika ekstraksiyon süresi ve 5280 devir/dak dekantör devir hızı olarak belirlenmiştir. Bir sonraki aşamada ise enzim ve adsorber uygulanan örneklerin ultrafiltrasyonu 50, 30, 10 ve 5 kDa olmak üzere 4 farklı ayırma sınırına sahip filtre kullanılarak gerçekleştirilmiştir. 

Araştırma sonuçları PVPP uygulamasının ekstraktın steviosid ve rebaudiosid A açısından saflık düzeyini arttırdığını göstermiştir. Ultrafiltrasyon işleminin hedef steviol glikozidlerin miktarı üzerine etkisi istatistiksel olarak önemli bulunmuştur. Steviosid ve rebaudiosid A'nın saflık oranlarının en yüksek olduğu ekstrakt, lakkaz ve % 2 dozajında PVPP uygulandıktan sonra 30 kDa ayırma sınırına sahip filtre ile ultrafiltrasyon sonrası elde edilmiştir. Bu örneğin steviosid ve rebaudiosid A açısından saflık oranları sırasıyla % 26.39 ve % 19.80 olarak belirlenmiştir. Bu örneğin toplam fenolik madde miktarı 187.51 mg GAE/L, antioksidan kapasitesi ise 117.42 TE/L olarak belirlenmiştir. Lakkaz ve PVPP uygulanan tüm örneklerin toplam fenolik madde ve buna bağlı olarak antioksidan kapasite miktarlarında kontrole göre önemli seviyede azalma meydana gelmiştir. UF işlemi gerçekleştirilen örneklerde transmittans değerleri 5 kDa'a kadar ayırma sınırı küçüldükçe artmıştır. Ekstraktların renginde açıklık-koyuluk düzeyini ifade eden L değeri ultrafiltrasyon sonrası artış göstermiştir. Lakkaz uygulanan örneklerde kırmızılığı ifade eden a değeri daha yüksek olurken, PVPP uygulanan örneklerde sarılığı gösteren b değeri daha yüksek olmuştur.

Abstract:
The aim of this research is to determine the availability of decanter extraction that can be a fast and affordable method for isolation steviol glycosides from stevia leaves. Usage of water as the extraction solvent in this study instead of organic solvents used in patented methods, has enabled  the process to be economical in addition to be an  environmentalist approach. In order to enrich steviosides from aqueous extracts, ultrafiltration membrane filters different in cut-off size were used except from conventional physical separation techniques. Steviol glycosides are extracted from stevia leaves by using batch system with ethanol as solvent, generally. In this research decanter extraction system with water as solvent in the extraction of steviol glycosides was experienced first time.

In the first stage of the study, Response Surface Methodology was used to optimize decanter extraction parameters such as temperature, time, plant/water ratio and decanter speed. The optimal combination that was determined as a result of optimization studies was 25 °C temperature, 1/27.6 plant/water ratio, 105 minutes extraction time and 5280 rpm decanter speed. In the next stage, ultrafiltration of enzyme and adsorbent applied examples were performed by using filters having 4 different membrane cut-off rates as 50, 30, 10 and 5 kDa.

The results from this study showed that PVPP application enhanced the purity level of extract in terms of stevioside and rebaudioside A. Effect of ultrafiltration on concentration of target steviol glycosides was found significant, statistically. Sample, which was highest in purity of stevioside and rebaudioside A, was obtained by ultrafiltration with membrane having 30 kDa cut-off rate after laccase and 2 %  PVPP treatments. Purity levels of this sample in terms of stevioside and rebaudioside A were determined as 26.39 % and 19.80 %, respectively. Total phenolic compounds content and total antioxidant capacity of this sample were determined as 187.51 mg GAE/L and 117.42 TE/L. A significant reduction has occurred in amount of total phenolic compounds and antioxidant capacity of samples that were treated with laccase and PVPP compared to control. Transmittance values of samples were enhanced with decreasing cut-off rate up to 5 kDa by ultrafiltration process. L value, expressing lightness-darkness level of extract colour, showed increament after the ultrafiltration. a value representing redness was higher in laccase applied samples, while b value  indicating yellowness was higher in PVPP applied samples.