Engerek otu (Echium vulgare) tohum yağı ve zeytinyağından enzimatik yöntemle fonksiyonel yağ üretimi
Enzymatic production of functional lipid from olive oil and seed oil of Echium vulgare
Yazar: SENA BİLGİÇ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. NEŞE ŞAHİN YEŞİLÇUBUK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Son yıllarda sağlık üzerine yararlı etkileri bulunan, uzun zincirli çoklu doymamış yağ asitlerini (ÇDYA) içeren yağlara olan talep artmaktadır. Bu yağ asitleri içinde en önemlileri omega-3 ve omega-6 yağ asitleridir. Söz konusu yağ asitleri açısından en zengin kaynaklar balık türleri ve çeşitli alglerdir. Ancak bu kaynakların gün geçtikçe sınırlı hale gelmesi nedeniyle omega-3 ve omega-6 yağ asitleri için alternatif kaynak arayışı üzerinde yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Hayvansal kaynaklara alternatif olarak bu yağ asitleri bazı bitkilerde değişen oranlarda bulunabilmektedirler. Bitkisel kaynaklar arasında engerek otu (Echium vulgare) tohumu yağı ?- linolenik (ALA, 18:3n-3), - linolenik asit (GLA, 18:3n-6) ve stearidonik asit (SDA, 18:4n-3) gibi uzun zincirli yağ asitlerini oldukça yüksek oranlarda içermektedir. Bu yağ asitleri içinde stearidonik asit, vücutta - linolenik aside göre daha kolay ve daha yüksek oranlarda metabolize olarak eikozapentaenoik asit (EPA, 20:5n-3) ve dokosahekzaenoik aside (DHA, 22:5n-3) dönüşmektedir. Stearidonik asit reaksiyonlarda ara metabolit olması, vücutta EPA ve DHA'ya benzer etkiler göstermesi ve bazı eikosanoidlerin öncül molekülü olması nedeniyle sağlık açısından son derece önemlidir. Gama-linolenik asit ise linoleik asidin (LA, 18:2n-6) 6-desaturaz ürünü olan omega-6 çoklu doymamış yağ asidi olup, oluştuktan sonra hızla di-homo g-linolenik aside (DGLA, 20:3n-6) ve ardından da 5-desaturaz enzimi ile araşidonik aside (AA, 20:4n-6) dönüşmektedir.Engerek otu (Echium vulgare) Türkiye'de yaygın olarak bulunan ancak yeterince değerlendirilmeyen bir bitkidir. Akdeniz diyetinde önemli ve özel bir yere sahip olan zeytinyağının tüketimi ve üretimi ise ülkemizde son 15 yıl içerisinde artış göstermiştir. Zeytinyağı oleik asit gibi tekli doymamış yağ asitleri açısından zengin karakteristik bir yağ olmasına rağmen ÇDYA açısından yoksun bir yağdır.Bu çalışmada, zeytinyağı ve engerek otu tohum yağı serbest yağ asitleri arasında gerçekleşen enzimatik asidoliz tepkimeleriyle ÇDYA ile zenginleştirilmiş yapılandırılmış yağların üretimi ve tepki-yüzey yöntemi (TYY) ile reaksiyon koşullarının optimizasyonu amaçlanmıştır. Optimizasyon için SDA katılmı tepki olarak seçilmiştir. Enzimatik asidoliz tepkimelerinde Thermomyces lanuginosus'dan elde edilen ve sn-1,3 spesifik bir lipaz enzimi olan Lipozyme® TL IM kullanılmıştır. Tepki-yüzey yönteminde seçilen farklı faktörlerin etkilerinin incelenmesi ve optimum koşulların belirlenmesi amacıyla, 5 seviyeli Merkezil Bileşik Deney Tasarımı (CCC) kullanılarak reaksiyon sıcaklığı (T, ºC) [55-65 ºC], reaksiyon süresi (t, saat) [6-9 saat] ve substrat mol oranı (Sr, yağ asitleri/triaçilgliserol, mol/mol) [4-6 mol/mol] bağımsız değişkenler (faktör) olarak seçilmiştir. Reaksiyonlar sonucunda seçilen tepki [stearidonik asit miktarı (%)] için, başarılı bir kuadratik model elde edilmiştir.Modelden elde edilen veriler ışığında optimum koşullar sıcaklığın 55ºC, reaksiyon süresinin 8,4 saat ve substrat mol oranının 6 mol/mol olduğu koşul olarak tespit edilmiştir. Bu koşullarda model doğruluğu da test edilmiştir. Buna ek olarak, belirlenen optimum koşulda gram düzeyinde üretim gerçekleştirilerek elde edilen YY'nin karakterizasyonu yapılmıştır. Optimum koşullarda miligram ve gram düzeyinde üretilen YY'nin içerdiği SDA miktarı sırasıyla %4,90 ve %4,86 olarak bulunmuştur.Ayrıca, miligram ve gram düzeyinde elde edilen YY'lerin sn-2 pozisyonunda en yüksek miktarda oleik asidin bulunduğu, SDA miktarının yaklaşık %6 oranında bulunduğu görülmektedir. Gram düzeyinde üretilen YY'nin oksidatif stabilite analizinde indüksiyon süresi 0,3 saat olarak belirlenmiştir. Yağların oksidasyon ürünlerinin belirlenmesi analizilerinde zeytinyağının başlangıç ve 48 saat süre sonundaki peroksit sayısı sırasıyla 4 aktif oksijen/kg yağ ve 18,1 aktif oksijen/kg yağ olarak bulunmuştur. Aynı şekilde gram düzeyinde üretilen YY'nin başlangıç ve 48 saat süre sonundaki peroksit sayısı sırasıyla 8 aktif oksijen/kg yağ ve 34 aktif oksijen/kg yağ olarak tespit edilmiştir. İkincil oksidasyon ürünlerinin ifade edildiği p-anisidin değerleri ise zeytinyağında başlangıç ve 48 saat süre sonunda sırasıyla 4,1/g ve 9,3/g olarak tespit edilmiştir. Gram düzeyinde üretilen YY'de ise bu değerler sırasıyla 6/g ve 18,3/ g olarak bulunmuştur. Peroksit sayısı ve p-anisidin değerinin toplamı olan TOTOX değeri ise tüm analiz süresince YY'de zeytinyağına oranla daha yüksek olarak hesaplanmıştır. Yapılan analizlerin ışığında YY'nin oksidatif stabilitesinin zeytinyağına göre daha düşük olduğu bu sebeple oksidatif stabilitenin arttırılması için çeşitli doğal antioksidan ilaveleri yapılabileceği öngörülmektedir.Bu çalışma ile elde edilen YY'nin sağlık üzerine olumlu etkileri bilinen SDA'nın yanısıra ALA gibi omega-3 ve LA ve GLA gibi omega-6 yağ asitlerince zenginleştirilmesi sonucunda yağ asitleri açısından daha dengeli fonksiyonel bir yağ elde edilmiştir. Elde edilen yağın doğrudan tüketimi veya salata sosu, mayonez, margarin, vb. çeşitli fonksiyonel ürünlerin bileşiminde değerli bir bileşen olarak kullanımı mümkün gözükmektedir. Ayrıca, biyoteknolojik yöntemler kullanılarak katma değeri yüksek ve sağlığa yararlılığı artırılmış fonksiyonel yağların ticari ölçekte üretilmelerinin gerek ekonomimiz gerekse insan beslenmesi ve sağlığı açısından önemli katkılarının olacağı düşünülmektedir.

Abstract:
Demand of polyunsaturated fatty acids (PUFA) has increased during the recent years. Among these fatty acids, the most important ones are omega-3 and omega-6 fatty acids. Fish species and algae are rich sources of these fatty acids. Intense experimental researches are done to find alternative sources of omega-3 and omega-6 fatty acids due to decreasing sources. Alternatively to animal sources, these fatty acids can be found in varios amounts in some plant sources. Seed oil of Echium vulgare which is one of these plant sources highly contain PUFA?s like; ?- linolenic acid (ALA, 18:3n-3), ?- linolenic acid (GLA, 18:3n-6) and stearidonic acid (SDA, 18:4n-3). Among these fatty acids, SDA is converted rapidly and in high amounts into eicosapentaenoic acid (EPA, 20:5n-3) and docosahexaenoic acid (DHA, 22:5n-3) according to ALA.Stearidonic acid is very important since it is an intermediate fatty acid in the reactions and shows similar health effects like EPA and DHA and also it is a precursor of some eicosanoids. Gamma-linolenic acid, the immediate ?6-desaturase product of linoleic acid (LA, 18:2n-6) is an essential omega-6 polyunsaturated fatty acid. After its formation GLA is rapidly elongated to di-homo g-linolenic acid (DGLA, 20:3n-6) and subsequently ? 5-desaturated to arachidonic acid (20:4n-6).Echium vulgare is widely found throughout Turkey but it is not a plant that is used sufficiently. Production and consumption of olive oil which has a very important and very special role in the Mediterranean diet has increased in the last fifteen years. Even though olive oil is a rich source of monounsaturated fatty acids such as oleic acid, it is lacking in PUFAs.In this study, production of structured lipids (SLs) enriched with PUFA by enzymatic acidolysis reactions between olive oil and fatty acids of Echium vulgare seed oil and also optimization of reaction conditions via response surface methodology (RSM) were aimed. SDA was selected as an response for the optimization of reaction conditions. Lipozyme® TL IM, sn-1,3 specific lipase derived from Thermomyces lanuginosus, was used in the enzymatic acidolysis reactions. Circumscribed central composite (CCC) design with five levels was used to investigate the effects of chosen factors in RSM, and the chosen variables (factors) were: reaction temperature (T, ºC) [55-65 ºC], reaction time (t, hour) [6-9 hour] and substrate molar ratio (Sr, free fatty acids/triacylglycerol, mol/mol) [4-6 mol/mol]. Good quadratic model was obtained for chosen response [amount of stearidonic acid (%)] after the reactions. After the investigation of contour plots, optimal conditions were determined as 55ºC of reaction temperature with 8.4 hours of reaction time and 6 mol/mol of substrate molar ratio. Further experiments were done at these optimal conditions in order to verify the models. In addition, the optimal conditions were used for gram-scale and pilot-scale synthesis and the structured lipid was characterized. SDA contents of the final structured lipid in gram scale and pilot scale were 4.90% and 4.86% , respectively. In addition to this, SDA content at sn-2 position of SL with gram scale and pilot scale were both approximately 6%. Besides, the induction timeof the final structured lipid obtained from large scale production was determined as 0,3 by oxidative stability experiments. Initial and after 48 hours accelerated oxidation period peroxide values of olive oil were 4 meq/kg oil and 18.1 meq/kg oil in the analyses of oxidation products of oils, respectively. Smiliarly, Initial and after 48 hours accelerated oxidation period peroxide values of SL, produced at the gram scale, 8 meq/kg oil and 34 meq/kg oil. The p-anisidine assay is used to quantify the secondary oxidation compounds present in oils as a means to determine the past history of the oil. Initial and after 48 hours accelerated oxidation period p-anisidine value were 4.1/g ve 9.3/g, respectively. These values of SL produce at gram scale were 6/g ve 18,3/g, respectively. The TOTOX value is a combination of the peroxide value and p-anisidine value normally used to determine the total oxidative stability of the oil. The SL had higher TOTOX values than the olive oil throughout oxidation period. As a result of the whole oxidation analyses, SL had lower oxidation stabiliy than oilve oil. For that reason, it is recommended that natural antioxidants could be added to SL in order to increase the oxidation stability.By obtaining a structured lipid (SL) enriched with SDA which has positive impact on health, and with omega-3 fatty acids like LA and with omega-6 fatty acids like GLA, functional oil which is more balanced with fatty acids was obtained in this study. Direct consumption or use of these SLs in some functional foods such as margarines, salad dressings and mayonnaise as a valuable constituent is seen possible. Furthermore, production of these structured lipids at industrial scale is expected to have important and beneficial contribution to our country?s economy as well as to human nutrition and health.