Farklı ekstraksiyon yöntemleri kullanarak kırmızı pancardan sıvı ve toz renk maddesı elde edilmesinin optimizasyonu
Optimization of obtaining liquid and powder color material from red beet by using different extraction methods
Yazar: SUHAİLA DAHI
Danışman: PROF. DR. MAHMUT DOĞAN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Bu çalışmada, yüksek miktarda betalain içeriğine sahip kırmızı pancardan doğal gıda renklendiricisi üretmek amacıyla soğuk presyon, klasik ısısal ve ultrasonikasyon olmak üzere üç farklı yöntem kullanılarak ekstraksiyon koşullarının optimizasyonunu kapsamaktadır. Klasik ısısal yöntemde kullanılan ısısal işlem parametrelerinin optimizasyonunu için Taguchi L16(4^2) matematiksel model deney tasarımı kullanılmıştır. Bu şekilde betasiyanin, betaksantin ve toplam betalain renk maddeleri üretilmiştir. Uygulanan optimizasyon yönteminde sıcaklık ve süre olarak iki farklı parametre kullanılmıştır. pH'sı % 10' luk askorbik asit ile 5'e ayarlanan pancar örnekleri için ekstraksiyon sıcaklık değerleri 4 °C, 25 °C, 40 °C, 50 °C, ekstraksiyon süreleri ise 5 dk, 30 dk, 50 dk, 120 dk olarak belirlenmiştir. Yapılan optimizasyon çalışması sonucu betasiyanin, betaksantin, toplam betalain ve briks miktarları göz önüne alındığında renk maddesi ekstraksiyonu için optimum koşullar 40 °C'de 50 dk olarak belirlenmiştir. Bu şartlar altında analiz sonuçları betasiyanin, betaksantin, toplam betalain ve briks için sırayla 370.5±0.6 mg/L, 288.9±2.2 mg/L, 659.5±1.9 mg/L ve %4.3±0.1 olarak bulunmuştur. Deney tasarımında bulunan ekstraktların DPPH radikalı ve toplam fenolik madde analiz sonuçları karşılaştırılmış ve fenolik madde için en uygun optimzasyon koşulları 50 °C'de, 30 dk olarak bulunmuştur. Bu şartlar altında analiz sonuçları DPPH radikalı ve toplam fenolik madde için sırayla 1166.5±30.6 mg trolox/L, 1198.6±7.5 mg GAE/L bulunmuştur.
Soğuk presyon yöntemi ile elde edilen pancar ekstraktlarının betasiyanin, betaksantin, toplam betalain, DPPH, toplam fenolik madde miktarı analiz sonuçları klasik ısısal yöntem (kontrol grubu) ile karşılaştırılmış ve sonuçlara göre soğuk presyon yönteminin ısıl işleme göre daha etkili olduğu belirlenmiştir. Diğer taraftan optimum noktada (40 OC, 50 dk) klasik ısısal yöntem (kontrol grubu) ile ekstrakte edilen pancar örneklerinin, aynı şartlar altında ultrasonikasyon yöntem ile estraksiyonunun etkinliğinin belirlenebilmesi için betasiyanin, betaksantin, toplam betalain, DPPH, toplam fenolik madde miktarı analiz sonuçları dikkate alınarak kıyaslama yapılmıştır. 40 OC sıcaklık ve 50 dk süre içinde ultrasonikasyon yönteminin kontrol yönteme göre daha verimli olduğu belirlenmiştir. kullanılan üç farklı yöntemler ile elde edilen ekstraktların enkapsülasyonu için kaplama maddesi olarak %5 maltodekstrin (DE 10) ve %5 nişasta kullanılarak 0.0100 mbar vakum altında, -85° C' de, 72 saat boyunca liyofilize edilerek kurutulmuştur. Elde edilen toz gıda renklendiricilerin kalitesinin belirlenmesi amacı ile betasiyanin, betaksantin, toplam betalain, briks, fenolik madde, antioksidan, renk, higroskopisite, ıslatılabilirlik, yığın yoğunluğu, sıkıştırılmış yığın yoğunluğu ve carr indeksi analizleri gerçekleştirilmiştir. Analiz sonuçlarına göre doğal toz renklendirici için en uygun ekstraksiyon yöntemi ve kaplama maddesi soğuk presyon yöntem ile ekstrakte edilen örneklere %5 nişasta  kullanılarak elde edilmiştir. Analiz sonuçları betasiyanin, betaksantin, toplam betalain, fenolik madde ve antioksidan analiz sonuçları sırayla 3866±25.2 mg/L, 3814.7±16.9 mg/L, 7680.8±42.05 mg/L, 842.78±97.9 mg GAE/L, 108474.7±335.6 mg trolox eşdeğer/L olarak bulunmuştu.

Abstract:
This study is designed, for the production of betalain natural food colorant from beetroot by using three extraction method cold pression, classical thermal and ultrasonication method. The experiment was designed by using design of experiment (DOE) Taguchi L16 (4^2) model. The samples were formulated  to optimize the thermal process parameters.  In this way, betacyanine, betaxanthin and total betalain color materials were produced.  In this method, two different parameters were used extraction temperature  4 °C, 25 °C, 40 °C, 50 °C, and time 5, 30, 50, 120 min.   The beet samples pH was adjusted to 5 with 10% as ascorbic acid determined. The optimization result showed, the optimum conditions for color matter extraction were determined at 40 °C  for 50 min, considering the amounts of betatacanine, betaxanthin, total betalain and Brixo. The results under these conditions were 370.5±0.6 mg/L, 288.9±2.2 mg/L, 659.5±1.9 mg/L and 4.3±0.1% for betacyanine, betaxanthin, total betalain and Brixo, respectively. 
The result of DPPH radical and total phenolic analysis of the extracts were compared with the optimization conditions. The phenolic substance was obtained at 50 °C for 30 min. The result found under these conditions 1166.5±30.6 mg trolox/L, 1198.6 ± 7.5 mg GAE/L. for DPPH radicals and total phenolic substance, respectively.
Betasyanin, betaxanthin, total betalain, DPPH, total phenolic substance amount showed the beet extracts obtained by cold pressing method were compared with the classical thermal method (control group).  The results of cold pressing method observed more effective than heat treatment. The effectiveness of  beet samples extracted with the classical thermal method (control group) at the optimum point (40 oC at 50 min), under the same conditions. It has been observed  that ultrasonication method is more efficient than control method at 40 oC and for 50 min. The encapsulation of extracts obtained by three different methods, 5% maltodextrin (DE 10) and 5% starch were used as a coating agent under a vacuum of 0.0100 mbar, lyophilized at -85 °C for 72 hours. In order to determine the quality of powder food colorants obtained as betacyanin, betaxanthin, total betalain, brix, phenolic substance, antioxidant, color, hygroscopicity, wettability, mass density, compressed mass density and carr index analyzes were performed. The results showed, suitable extraction method and coating material for natural powder colorant obtained by using cold press and 5% starch. The results obtained for betacyanine, betaxanthin, total betalain, phenolic substance and antioxidant observed as 3866±25.2 mg/L, 3814.7±16.9 mg/L, 7680.8±42.05 mg/L, 842.78±97.9 mg GAE/L, 108474.7±335.6 mg trolox equivalent/L.