Rhamnus Pallasii FİSCH. ET. MEY. bitkisinin basınçlı sıcak çözücü ekstraksiyonunun optimizasyonu, biyoaktif bileşik profilinin ve bazı biyokütle özelliklerinin incelenmesi
Optimization of pressurized hot solvent extraction of Rhamnus Pallasii FİSCH. ET. MEY. plant, investigation of bioactive compound profile and some biomass properties
Yazar: NAZLI DEMİREL
Danışman: PROF. DR. FİKRET AKDENİZ
Kafkas Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada, Rhamnus pallasii FISCH. ET MEY. Bitkisine ait yaprak, gövde ve kabuk numunelerinin basınçlı sıcak çözücü ve Soxhlet ekstraksiyonları gerçekleştirilmiştir. Çözücü olarak ultra saf su, %30 etanol–ultra saf su (v/v) ve etanol kullanıldı. Basınçlı sıcak su ekstraksiyonları üç farklı sıcaklık (110˚C, 145˚C ve 180˚C) ve iki farklı sürede (15 ve 30 dk) gerçekleştirildi. Etüvde (105 ± 3°C) kurutma (ön ekstraktlar) ile vakumda döner buraharlaştırıcıda kurutma (ana ekstraktlar) yöntemlerinin ekstraktlara etkileri incelendi. 
Tüm ekstraktlar içinde en yüksek verimi 180°C'de 30dk süre ile yaprak ile basınçlı su ekstraksiyonu ortaya koydu (%48,83±0,31, %a/a). En düşük ekstraksiyon verimi ise etanol çözücüsü ile gövdeden yapılan Soxhlet ekstraksiyonlardan elde edildi (%5,21±0,30 %a/a). En yüksek toplam fenolik madde (TFM) içeriği kabuktan basınçlı sıcak etanol ekstraksiyonundan elde edilirken (108,02 ± 1,03 mg GAE/g numune), en yüksek toplam flavonoid (TFLV) madde içeriği yapraktan basınçlı etanol ekstraksiyonundan elde edildi (98,15 ± 6,87 mg Kuersetin/g numune). Sıcaklık ve sürenin genelde ekstraktların verim yüzdelerini, TFM miktarlarını ve antioksidan aktivite değerlerini (DPPH Radikal Süpürme, TEAC/ABTS antioksidan kapasite, CUPRAC Cu(II) iyonu indirgeme kapasite ve FRAP Fe(III) iyonu indirgeme gücü) arttırdığı bulundu. Ekstraktların TFM ve TFLV içerikleri ile elde edilen antioksidan aktivite değerleri arasında belirgin pozitif bir ilişki bulunamadı. 
Ekstraktların LC- HR/MS analizlerinde en fazla protokatekuik asit, vanilik asit, kuersetin, kamferol, naringenin, ferulik, sinapik asit ve kateşin tespit edildi. Kabuğun hedeflenen bileşenler açısından daha zengin olduğu tespit edildi. Kamferol'ün kabuktan basınçlı sıcak etanol ile elde edilen ekstrakttaki değerinin ana ekstrakttakinin 17 katı olduğu bulundu (420,95±0,16 µg/g ekstrakt'a karşılık 24,69±3,22 µg/g ekstrakt). Bu durum yüksek sıcaklıkta kurutma ile ilişkilendirildi. Taksifolin ve krizofanol daha düşük miktarlarda tespit edildiler. Çözücüdeki etanol oranının artışının, bazı bileşiklerin yüksek sıcaklığın olumsuz etkilerinden belli ölçüde korunmalarını sağlayabileceği görüldü.
Bitkinin farklı kısımlarının yapısal analizleri yapıldı ve üst ısıtma değerleri (ÜID'ler) hem deneysel hem de teorik olarak hesaplandı. Bitkinin özellikle kabuk ve yaprak kısımlarına ait ÜID'lerin turba kömürü ile karşılaştırılabilir düzeyde olduğu ortaya konuldu.
Sonuç olarak birçok fenolik bileşik R. pallasii bitkisinin çeşitli kısımlarından basınçlı çözücü ekstraksiyonu ile başarılı bir şekilde ekstrakte edildi. Teknik, minimum çözücü tüketimi, kısa ekstraksiyon süresi ve düşük enerji tüketimiyle geleneksel Soxhlet yöntemine göre ön plana çıktı. Ayrıca bitkinin önemli bir kimyasal hammadde ve biyoenerji kaynağı potansiyeline sahip olduğu ortaya kondu

Abstract:
In this study, pressurized hot solvent and Soxhlet extractions of the leaf, trunk and bark samples of the Rhamnus pallasii FISCH. ET MEY. plant were carried performed. Ultrapure water, 30% ethanol–ultrapure water (v/v) and ethanol were used as solvents. Pressurized hot water extractions were carried out at three different temperatures (110˚C, 145˚C and 180˚C) and in two different times (15 and 30 min). The effects of drying in an oven (105 ± 3°C) (pre-extracts) and drying in a vacuum rotary evaporator (main extracts) on the extracts were investigated.
Pressurized water extraction with leaves at 180°C for 30 minutes had the highest yield among all extracts (48.83±0.31%, %w/w). The lowest extraction yield was obtained from Soxhlet extractions from the trunk with ethanol solvent (5.21±0.30% w/w). The highest total phenolic content (TFC) content was obtained from pressurized hot ethanol extraction from the bark (108.02 ± 1.03 mg GAE/g sample), while the highest total flavonoid (TFLV) content was obtained from pressurized ethanol extraction from leaf (98.15 ± 6.87 mg Quercetin/g sample). It was found that temperature and time generally increased the yield percentages, TFC and antioxidant activity values (DPPH Radical Scavenging, TEAC/ABTS antioxidant capacity, CUPRAC Cu(II) ion reducing capacity and FRAP Fe(III) ion reducing power) of the extracts. No significant positive correlation was found between the TFC and TFLV contents of the extracts and the antioxidant activity values obtained.
The most protocatechuic acid, vanillic acid, quercetin, campherol, naringenin, ferulic, sinapic acid and catechin, respectively, were detected in the LC-HR/MS analyzes of the extracts. The bark was found to be richer in targeted compounds. It was found that the value of kaempferol in the extract obtained by pressurized hot ethanol from the bark was 17 times that of the main extract (420.95±0.16 µg/g extract vs. 24.69±3.22 µg/g extract). This situation was attributed to the higher temperature drying. Taxifolin and chrysophanol were detected in lower amounts. It was observed that an increase in the ratio of ethanol in the solvent could provide some protection of some compounds from the negative effects of high temperature.
Structural analyses of different parts of the plant were carried out and higher heating values (HHVs) were calculated both experimentally and theoretically. It was revealed that the HHVs of the bark and leaf parts of the plant were comparable to those of peat coal.
As a result, many phenolic compounds were successfully extracted from various parts of the R. pallasii plant by pressurized solvent extraction. The technique stands out over the traditional Soxhlet method with its minimal solvent consumption, shorter extraction time and lower energy consumption. In addition, it was revealed that the plant has the potential of an important chemical raw material and bioenergy resource.