Karamuk (Berberıs crataegına dc.) meyvesi antosiyaninlerinin termal stabilitesi ve biyoyararlılıklarının incelenmesi
Investigation of the thermal stability and bioavailability of barberry (Berberis crataegina dc.) fruit anthocyanins
Yazar: ŞEYMA NUR DEMİRCİ
Danışman: DOÇ. DR. BANU METİN
İstanbul Sabahattin Zaim Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Fenolik bileşikler = Phenolic compounds ; Fenoller = Phenols ; Gıda boyaları = Food colourants ; Gıda mühendisliği = Food engineering

Özet:
Bu tez çalışmasının amacı, zengin antosiyanin içeriği ile doğal renk maddesi olarak gıda endüstrisinde kullanılabilme potansiyeline sahip karamuk meyvesinin antosiyaninlerinin, termal stabilitesinin ve biyoyararlılığının arttırılmasıdır. Doğal renklendiriciler, bitkisel, hayvansal ve mikrobiyolojik kaynaklardan farklı metotlar ile elde edilen ve farklı amaçlar için kullanılan pigmentlerdir. Ancak bu renklendiriciler, sıcaklık, ışık, oksijen, metal iyonları, pH değişimi gibi çeşitli faktörlere maruz kaldıklarında stabiliteleri azalmaktadır. Endüstriyel kullanımlarının yaygınlaştırılması amacı ile bunlar farklı metotlar kullanılarak proses şartlarına dayanıklı hale getirilmektedir. Örneğin, kopigmentasyon işlemi, antosiyaninler ile kompleks oluşturma özelliğine sahip bileşikler ile antosiyaninlerin sıcaklık, ışık, pH değişimi gibi dış etmenlere karşı stabilitesini artıran bir metottur. Bu çalışmada, öncelikle Tekirdağ yöresinde endemik olarak yetişen karamuk örneklerinin toplam monomerik antosiyanin miktarı, antosiyanin profili, toplam fenolik ve flavonoid madde miktarı ve toplam radikal süpürme aktivitesi incelenmiştir.  Sonuçta örneklerin toplam monomerik antosiyanin miktarı, 2213.76 ±47.8 mg/L, toplam fenolik madde miktarı 52,88 ± 3.8 mg GA/100 g, toplam flavonoid miktarı 62,58 ±8.9 mg QE/100 g ve radikal süpürme aktivitesi de % 90.74 olarak bulunmuştur. Karamuk bitkisinde en fazla bulunan antosiyanin çeşidinin 90,2 mg/100 g ile siyanidin-3-O-glikozit olduğu saptanmıştır. Karamuk meyvesinden ekstrakte edilen antosiyaninlere antosiyanin:rutin (v/v) oranı 1:1, 1:5, 1:10 ve 1:20 olmak üzere 4 farklı konsantrasyonda rutin hidrat ilave edilerek 70°C, 80°C ve 90°C sıcaklık değerlerindeki stabilitesi incelenmiştir. Tüm sıcaklık değerlerinde rutin konsantrasyonu artışı ile % antosiyanin kaybı azalmıştır. 70°C, 80°C ve 90°C'de antosiyanin kayıpları rutin ilave edilmemiş kontrol örneğinde sırasıyla %34,31, %40,97 ve %56,76'dan 1:20 rutin ilave edilmiş örneklerde ise %10,60, %15.47 ve %25,31'e düşmüştür. Birinci derece termal degradasyon katsayısı k rutin ilavesiyle azalırken, yarılanma ömrü t1/2 artmıştır. Ayrıca, çalışmada farklı termosonikasyon parametrelerinin, karamuk antosiyaninlerinin in vitro biyoerişebilirliğine etkisi incelenmiş ve malvidin, peonidin, siyanidin ve pelargonidin antosiyaninlerinin şiddet artışı ile % biyoerişebilirliğinin de arttığı görülmüştür. Sonuç olarak Rutin hidrat ilavesi ile karamuk bitkisinin antosiyaninlerinin termal stabiliteleri artmış ve alternatif bir doğal renklendirici olabilme potansiyeli ortaya konmuştur.

Anahtar kellimeler: Doğal renk maddeleri, antosiyaninler, termal stabilite, moleküler kopigmentasyon, rutin

Abstract:
The aim of the present thesis is to increase the thermal stability and bioavailability of the anthocyanins of the barberry fruit, which has the potential to be used as a natural colorant in the food industry with its rich anthocyanin content. Natural colorants are pigments obtained from plant, animal, and microbiological sources by different methods and used for different purposes. Natural colorants lose their stability when exposed to various factors such as temperature, light, oxygen, metal ions, and pH change. To increase its industrial use, natural colorants are made resistant to process conditions by different methods. For instance, copigmentation is a method that increases the stability of anthocyanins against external factors such as temperature, light, and pH changes, with a specific molecule that can form complexes with anthocyanins. In this study, total monomeric anthocyanin content, anthocyanin profile analysis, total phenolic, and flavonoid content, and total radical scavenging activity were investigated using anthocyanins extracted from the barberry plant, which grows endemic in Tekirdağ region. The total monomeric anthocyanin content of the samples was 2213,76±47.8 mg/L, the total phenolic content was 52.88± 3.8 mg GA/100 g, the total flavonoid content was 62.583±8.9 mg QE/100 g, and total radical scavenging activity was  90,74%. The most abundant anthocyanin type in the barberry plant was cyanidin-3-O-glycoside with 90.2 mg/100 g.  Four different concentrations of rutin hydrate, 1:1, 1:5, 1:10, and 1:20 (anthocyanin:rutin v/v), were added to anthocyanins extracted from barberry, and their thermal stability at 70°C, 80°C, and 90°C was investigated. The % anthocyanin loss decreased with the increase in rutin concentration at all temperatures. At 70°C, 80°C, and 90°C, % anthocyanin losses of the control samples that did not contain rutin were 34,31%, 40,97%, and 56,76%, respectively; and they decreased to 10,60%, 15.47%, and 25,31% in 1:20 rutin added samples. The first-order reaction rate constant, k decreased with the addition of rutin, while the half-life, t1/2, increased. In addition, the effect of different thermosonication parameters on the in vitro bioaccessibility of barberry anthocyanins was investigated and the % bioaccessibility of malvidin, peonidin, cyanidin and pelargonidin anthocyanins increased with the increase in amplitude of ultrasound. In conclusion, it might be suggested that with the addition of rutin hydrate, the thermal stability of the barberry anthocyanins increased and their potential to be an alternative natural colorant was demonstrated.

Keywords: Natural food colorants, anthocyanins, thermal stability, molecular copigmentation, rutin