Kavuzsuz arpadan mikrodalga destekli beta glukan ekstraksiyonu
Microwave assisted beta glucan extraction from hulless barley
Yazar: SAADET ÖZEN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE ÜNLÜ
Hasan Kalyoncu Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Beslenme ve Diyetetik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Beslenme ve Diyetetik = Nutrition and Dietetics

Özet:
Bu araştırma ülkemizde en çok yetiştirilen tahıllardan olan arpadan yüksek verim ve saflıkta beta glukan ekstrakte etmek amacıyla yapılmıştır. Ekstraksiyon için beta glukan içeriği daha yüksek olan kavuzsuz arpa seçilmiştir.  Ekstraksiyon yöntemi olarak mikrodalga destekli yüksek basınç CO2/H2O kullanılmıştır. Bu yöntem bu konuda dünyada ilk kez denenmiştir.  Ekstraksiyonda optimum koşullar sıcaklık olarak 47,74 °C, zaman olarak 19,92 dakika ve su: arpa unu oranı olarak 10,10:1 olarak belirlenmiştir. Bu koşullar altında beta glukan verimi %62,43±1,39 ve beta glukan saflığı ise %67,17±0,57 olarak belirlenmiştir. Ayrıca klasik sulu ekstraksiyona göre daha yüksek verim ve saflıkta beta glukan ekstraktı elde edilmiştir (p<0,05). Geliştirilen yöntem, daha kısa sürede (180 dakika; 19,92 dakika) daha az çözücü (15:1; 10,10:1) kullanılarak avantaj sağlamıştır. Total kolesterolü ve düşük dansiteli lipoprotein (LDL) kolesterolü azaltması, postprandiyal glikoz artışını inhibe etmesi, kronik gastritte mukozal hasarı azaltması, bağışıklık sistemini geliştirmesi, immünomodülatör gibi birçok sağlık yararına sahip beta glukanı molekül yapısına zarar vermeden ekstrakte etmek önemlidir. Bu sebeple literatürde en çok kullanılan klasik sulu ekstraksiyon ile kıyaslanmıştır. Her iki yöntemle elde edilen beta glukan ekstraktlarının karakterizasyonu tanımlanmıştır. Ekstraktların bileşim analizlerine bakıldığında geliştirilen yöntem ile daha fazla miktarda beta glukan, protein, nişasta, kül, arabinoksilan, lignin ve diğer maddeler ekstrakte edilmiştir (p<0,05). Molekül ağırlıkları incelendiğinde, yüksek molekül ağırlıklı ekstraksiyon sağlanmıştır. Ağırlık ortalamalı molekül ağırlığı (Mw) istatistiksel olarak anlamlı değilken, sayı ortalamalı moleküler ağırlık (Mn), tepe noktası molekül ağırlığı (Mp) ve polidispersite indeksi açısında (PDI) istatistiksel olarak geliştirilen yöntem daha avantajlı bulunmuştur (p<0,05).  Mikrodalga destekli yüksek basınç CO2/H2O ekstraksiyonu yöntemiyle elde edilen ekstraktların molekül ağırlığı daha yüksek olduğu için suda çözünürlükleri daha düşük (%69,4±2,25) ve su tutma kapasitesi (%8,05±0,18) daha yüksektir (p<0,05). Ekstraktların Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) ve Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) özellikleri benzerdir. Ekstraktların ısıya dayanıklı olduğu ve su tutma kapasiteleri nedeniyle pişirmeye ve kıvam verici olarak endüstriyel kullanıma uygun olduğu saptanmıştır. Ekstraktların rengi kıyaslandığında geliştirilen yöntem klasik yönteme göre istatistiksel olarak daha parlak ve sarılığı daha azdır. Ayrıca her iki ekstrakt benzer morfolojik görüntülere sahiptir. Elde edilen beta glukan ekstraktı, sağlık yararlarından dolayı besin desteği veya gıda katkı maddesi olarak kullanılma potansiyeline sahiptir.

Abstract:
This thesis was carried out with the aim of extracting beta glucan in high yield and purity from barley, which is one of the most grown grains in our country. Hulless barley, which has a higher beta glucan content, was chosen for extraction. Microwave assisted high pressure CO2/H2O was used as the extraction method. This method has been tried for the first time in the world. The optimum conditions for extraction were determined as temperature 47.74 °C, time 19.92 minutes and water: barley flour ratio 10.10:1. Under these conditions, beta glucan yield was determined as 62.43±1.39% and beta glucan purity was determined as 67.17±0.57%. In addition, beta glucan extract was obtained in higher yield and purity compared to classical aqueous extraction (p<0.05). The developed method has the advantage of using less solvent (15:1; 10.10:1) in a shorter time (180 minutes; 19.92 minutes). It is important to extract beta glucan, which has many health benefits such as reducing total cholesterol and low-density lipoprotein (LDL) cholesterol, inhibiting postprandial glucose increase, reducing mucosal damage in chronic gastritis, improving the immune system, and being an immunomodulator, without damaging its molecular structure. For this reason, it has been compared with the classical aqueous extraction, which is the most used in the literature. Characterization of beta glucan extracts obtained by both methods has been described. Composition analysis of the extracts, more beta glucan, protein, starch, ash, arabinoxylan, lignin and other substances were extracted with the developed method (p <0.05). In terms of molecular weights, high molecular weight extraction was achieved. Weight average molecular weight (Mw) was not statistically significant, but the statistically developed method was found to be more advantageous in terms of number average molecular weight (Mn), peak molecular weight (Mp) and polydispersity index (PDI) (p<0.05). The extracts obtained by microwave-assisted high pressure CO2/H2O extraction method have a higher molecular weight, therefore their water solubility is lower (69.4±2.25%) and their water holding capacity (8.05±0.18%) is higher (p<0.05). Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Differential Scanning Calorimetry (DSC) properties of the extracts are similar. It has been determined that the extracts are heat resistant and suitable for cooking and industrial use as a thickener due to their water retention capacity. When the color of the extracts is compared, the developed method is statistically brighter and less yellow than the classical method. Additionally, both extracts have similar morphological images. The resulting beta glucan extract has the potential to be used as a nutritional supplement or food additive due to its health benefits.