Bayburt'a özgü üç farklı Berberis ve Hippophae rhamnoides bitkilerinin biyoaktif bileşiklerinin, biyoaktivitelerinin ve İn Vitro biyoyararlılıklarının belirlenmesi
Determination of bioactive compounds, biyoactivities and In Vitro bioaccessibility of different Berberis and Hippophae rhamnoides plants native to Bayburt
Yazar: EDA ŞENSU
Danışman: PROF. DR. BERAAT ÖZÇELİK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Dünya genelinde yapılan çalışmalar sonucunda kronik hastalıkların başlangıcının
önlenebilmesi ve sağlık durumunun korunabilmesi için fitokimyasallar bakımından
zengin bitkisel besinlerin günlük olarak tüketilmesi önerilmektedir. Son yıllarda
tüketicinin sağlıklı ürün talebinin artması sonucunda sağlıklı ürün üretimi artmış ve
bu değerli bileşikleri içeren yabani bitkilerin araştırılması önem kazanmıştır. Besin
değeri yüksek olan bitki ve meyveler içerdikleri fenolik bileşikler, antosiyaninler,
karotenoidler, alkoloidler, vitaminler sayesinde dejeneratif hastalıklar,
kardiyovasküler hastalıklar, diyabet, obezite ve kanser dahil olmak üzere sağlık
sorunlarına karşı koruyucu etki göstermekte ve sağlıklı bir diyet için tavsiye
edilmektedir. Berberis ve Hippophae rhamnoides (yalancı iğde) bitkileri sahip
olduğu fenolik madde, karotenoid ve antioksidan aktivite sayesinde anti-hipertansif,
anti-diyabetik, anti-histaminik, anti-mikrobiyal ve anti-kanser etkilerinden dolayı
önemli bir besin kaynağını teşkil etmektedir.
Bayburt'a özgü yerel bir bitki olan Berberisin kırmızı, mor, turuncu renkte olan ve
henüz botanik olarak tanımlanmamış türleri; dal, yaprak, meyve, kök gibi kısımları
bu çalışmada ilk kez bir arada araştırılmıştır. Ayrıca yine Bayburt'a özgü olan
Hippophae rhamnoides bitkisinin dal, yaprak ve meyve kısımları da ilk kez bu
çalışmada araştırılmıştır. Üç farklı Berberis ve H. rhamnoides bitkilerinin biyoaktif
bileşenleri (fenolik madde, antosiyanin, karotenoid) tanımlanmış, biyoaktiviteleri
(Antioksidan aktivite, Anjiyotensin dönüştürücü enzim inhibisyonu (ADE))
gözlenmiş ve biyoyararlılığı incelenmiştir. Bunun yanı sıra en çok çay olarak
tüketilen mor renkli Berberis bitkisinin kök kabuğu, kök içi, dal, yaprak ve
meyvesinden infüzyon yoluyla çay elde edilerek fitokimyasal maddeleri, antioksidan
aktivitesi ve biyoyararlılığı ilk kez çalışılmıştır. Deneyler üç farklı biyolojik tekrar
olarak yapılmıştır. Elde edilen verilerin sonucunda Berberis ve Hippophae
rhamnoides bitkileri ve kısımları arasında istatisitksel olarak önemli farklılıklar
izlenmiştir.
Yapılan analizler sonucunda Berberis bitkileri içerisinde mor Berberis meyvesinin
fenolik madde miktarı (81,42 mg GAE/g kuru ağırlık), antosiyanin miktarı (455,91
mg SYN-3-GLY/100 g kuru ağırlık) olarak bulunmuştur. Bunu kırmızı Berberis
meyvesi takip etmiştir. H. rhamnoides bitkisinin yaprak (99,31 mg GAE/g kuru
ağırlık) ve dalında (82,17 mg GAE/g kuru ağırlık) fenolik madde miktarı Berberis
meyvelerinden daha yüksek bulunmuştur. Berberis bitkisinin yaprakları 24,81-42,62
mg GAE/g kuru ağırlık, dalları 15,01-21,36 mg GAE/g kuru ağırlık arasında fenolik
madde içermektedir. Mor Berberis bitkisinin kök kabuğu 46,28 mg GAE/g kuru
ağırlık iken kök içi 7,77 mg GAE/g kuru ağırlık fenolik maddeye sahiptir. Toplam
fenolik madde miktarı ile toplam flavonoid madde arasında korelasyon (R2:0,86) bulunmaktadır. Ancak flavonoid madde miktarının fenolik madde miktarından
yüksek olduğu gözlenmiştir.
Fenolik madde profili UFLC-MS/MS kullanılarak analiz edilmiştir. Kırmızı, mor ve
turuncu Berberis bitkilerinin dal, yaprak ve özellikle meyvelerinde yüksek miktarda
klorojenik asit bulunmuştur. Gallik asit, epigallokateşingallat, rutin, kafeik asit ve
vanilik asit ise farklı konsantrasyonlarda izlenmiştir. Hippophae rhamnoides
bitkisinin dal ve yapraklarında yüksek miktarda kateşin bulunurken meyvesinde iz
miktarda fenolik madde tespit edilmiştir. Mor Berberis bitkisinin kök kabuğunda
vanilik ve sirinjik asit tespit edilmiştir.
HPLC-DAD-EIS-MS ile Berberis meyvelerinin antosiyanin profili belirlenmiştir.
Mor Berberis meyvesinde siyanidin-3-0-glikozit, delfinidin-3-0-glikozit, peonidin-3-
0-glikozit; kırmızı Berberis meyvesinde siyanidin-3-0-glikozit, pelargonidin-3-0-
glikozit farklı konsantrasyonda izlenmiştir. Turuncu Berberis meyvesinde ise iz
miktarda siyanidin-3-0-glikozit ve pelargonidin-3-0-glikozit bulunmuştur.
Üç farklı Berberis ve Hippophae rhamnoides meyvelerinde toplam karotenoid tayini
spektrofotometrik yöntemle yapılmıştır. Hippophae rhamnoides meyvesinin
karotenoid miktarı benzer sarı renkli üzümsü meyveler ile karşılaştırıldığında yüksek
bulunmuştur. Berberis meyvelerinde ise karotenoid miktarı birbirine yakın ve düşük
bulunmuştur.
Toplam antioksidan kapasite analizlerinde spektrofotometrik yöntemler olan DPPH
ve CUPRAC metodları kullanılmıştır. DPPH yöntemi ile bulunan sonuçlar,
CUPRAC yönteminde bulunan sonuçlardan daha düşüktür. Literatürde de benzer
şekilde DPPH yöntemi ile bulunan sonuçların CUPRAC yöntemi ile bulunan
sonuçlardan düşük çıktığı görülmüştür. Bunun sebebi yöntem mekanizmalarının
farklı olmasıdır. Antioksidan kapasite, fenolik madde miktarı ile benzer şekilde
bulunmuştur. Hippophae rhamnoides bitkisinin dal (DPPH: 174,33 mg TE/g kuru
ağırlık; CUPRAC: 316,00 mg TE/g kuru ağırlık) ve yaprağı (DPPH: 191,94 mg TE/g
kuru ağırlık; CUPRAC: 355,41 mg TE/g kuru ağırlık) yüksek antioksidan aktiviteye
sahiptir. Berberis bitkileri içerisinde kırmızı (DPPH: 96,83 mg TE/g kuru ağırlık;
CUPRAC: 269,00 mg TE/g kuru ağırlık) ve mor (DPPH: 131,82 mg TE/g kuru
ağırlık; CUPRAC: 287,21 mg TE/g kuru ağırlık) meyveler yüksek antioksidan
aktivite göstermiştir. Berberis bitkileri arasında meyvelerden sonra en yüksek
antioksidan aktivite mor Berberis bitkisinin kök kabuğunda (DPPH: 87 mg TE/g
kuru ağırlık; CUPRAC: 187,53 mg TE/g kuru ağırlık) tespit edilmiştir. Benzer
üzümsü meyveler ile karşılaştırıldığında (böğürtlen, ahududu gibi) Berberis
meyvelerinin yüksek antioksidan aktiviteye sahip olduğu görülmektedir.
Anti-hipertansif etki, anjiyotensin dönüştürücü kan basınıcını düzenleyen reninanjiyotensin sistemi ile ilişkilendirilmektedir. Anjiyotensin dönüştürücü enzimler kan
basıncı üzerinde regülatör görevi görmektedir. İlk olarak ADE, anjiyotensinojenden
açığa çıkarılan anjiyotensin I'i, kuvvetli damar daraltıcı anjiyotensin II'ye renin ile
dönüştürerek kan basınıcını arttırmaktadır. ADE inhibitörü ise, anjiyotensin
dönüştürücü enzimi bloke ederek çalışmasını engellemekte ve böylece kan basınıcını
düzenlemektedir. Berberis (kırmızı, mor, turuncu) ve H. rhamnoides bitkilerinin ve
kısımlarının (meyve, dal, yaprak, kök) anti-hipertansif etkisi spektrofotometrik
yöntemle incelenmiştir. Mor Berberis bitkisinin kök kabuğu %83,33 inhibisyon ile
en yüksek aktiviteyi göstermiştir. H. rhamnoides bitkisinin yaprağı %79,13, kırmızı
Berberis meyvesi %73,84 ADE inhibisyon aktivitesine sahiptir. Berberis bitkilerinin
dalları ise % 50'nin üzerinde ADE inhibisyon aktivitesi göstermiştir. Mor ve turuncu Berberis bitkisinin meyvelerinde anjiyotensin dönüştürücü enzim inhibe edici
aktivite tespit edilememiştir. Benzer bitkilerin ve üzümsü meyvelerin ADE
inhibisyon aktivitesi ile karşılaştırıldığında Berberis bitkileri ve kısımları orta
seviyede aktiviteye sahiptir.
Mor Berberis bitkisinin kök kabuğu, kök içi, dal, meyve ve yaprağından infüzyon
yolu ile üç paralel olacak şekilde çay elde edilmiştir. On dakika demlenen çayların
fenolik madde miktar tayini Folin-Ciocalteu metoduna göre gerçekleşmiştir. Yapılan
analizler sonucunda mor Berberis bitkisine ait kök kabuğu çayı en yüksek fenolik
maddeye (53,48 mg GAE/g kuru ağırlık) ve antioksidan aktiviteye (DPPH: 72,53 mg
TE/g kuru ağırlık; CUPRAC: 145,66 mg TE/g kuru ağırlık) sahip bulunmuştur. Kök
kabuğunu meyve ve yaprak çayları takip etmiştir. Fenolik madde profili UFLCMS/MS ile belirlenmiştir. Tüm çay çeşitlerinde klorojenik asit farklı konsatrasyonda
tespit edilmiştir. Kök kabuğu çayında baskın olarak epigallokateşingallat ve vanilik
asit izlenmiştir. Meyve çayının antosiyanin miktarı benzer meyve çayları ile
karşılaştırıldığında düşük olduğu görülmüştür. Bunun sebebi demleme şekli ve
süresi, çayın tekrar kimyasal madde ile ekstrakte edilmemesi ve analiz yöntemlerinin
farklı olmasıdır.
Hippophae rhamnoides meyvesi, Berberis meyve ve çaylarının biyoerişilebilirliği,
gastrointestinal sistemde meydana gelen fizikokimyasal ve biyokimyasal
değişiklikleri simüle eden in vitro gastrointestinal sindirim prosedürü ile
değerlendirilmiştir. İnsanlarda ve hayvanlarda yapılan in vivo çalışmalar karmaşıklık,
maliyet ve etik gibi kısıtlamalar nedeniyle tercih edilmemektedir. In vitro sindirim
deneyleri, gıda matrislerinde fitokimyasal stabiliteyi değerlendirmek için hızlı ve
basit bir yöntem sağlamaktadır. In vitro sindirim sonucunda en yüksek fenolik madde
erişilebilirliği H. rhamnoides ve turuncu Berberis meyvelerinde sırasıyla %12,47,
%11,05 olarak bulunmuştur. Antosiyanin erişilebilirliği de aynı şekilde en yüksek
H. rhamnoides ve turuncu Berberis meyvelerinde %3,62 ve % 2,84 olarak
bulunmuştur. Kırmızı Berberis meyvesinin başlangıç antosiyanin miktarı mor
Berberis meyvesinden düşük olmasına rağmen, sindirim sonrasında %2,11 ile mor
renkli Berberis meyvesinden daha yüksek biyoerişilebilirlik göstermiştir. Sindirim
sonrasında Berberis meyvelerinde flavonoid tespit edilememiştir. Sindirim sonrası
diyaliz edilebilir fraksiyonda en yüksek antioksidan aktivite CUPRAC yöntemi ile
analiz edilerek turuncu Berberis meyvesinde bulunmuştur.
In vitro sindirim sonrasında Berberis kök kabuk çayının toplam fenolik madde
miktarı diyaliz edilebilen kısımda %10,63 olarak bulunmuştur. Berberis meyve çayı
diyaliz edilen fraksiyonda %9,06 miktarında bulunmuştur. Berberis meyve çayında
antosiyanin tespit edilememiştir. Sindirim sonrası diyaliz edilebilen kısımda en
yüksek antioksidan aktivite Berberis kök kabuk ve meyve çayında CUPRAC ve
DPPH yöntemiyle tespit edilmiştir.

Abstract:
As a result of the studies carried out worldwide, it is recommended to consume
phytochemicals-rich plant foods on a daily basis in order to prevent the onset of
chronic diseases and to preserve health status. In recent years, the demand for healthy
products has increased and the research of wild plants containing these valuable
compounds has gained importance. Plants and fruits with high nutritional value
having phenolics, carotenoids, alkaloids, vitamins and antioxidant activities are
recommended for a healthy diet due to their protective effects against health
problems, including degenerative diseases, cardiovascular diseases, diabetes, obesity
and cancer. Berberis and Hippophae rhamnoides (sea buckthorn) plants and their
parts show protective effects like anti-hypertensive, anti-diabetic, anti-histamine,
anti-microbial and anti-cancer thanks to the phenolic substance, carotenoid and
antioxidant activity. And for that reason, they represents an important food source.
In red, purple and orange colored species and leaf, fruit and branch parts of Berberis
plant has not yet defined as botanical and they was investigated for the first time in
this study. In addition, the branches, leaves and fruits of the Hippophae rhamnoides
plant, which is unique to Bayburt, were first investigated in this study. In the
literature researches, information about orange Berberis plant could not be reached.
The bioactive components of the H. rhamnoides and Berberis plants were identified,
their bioactivities (antioxidant avtivity, angiotensin converting enzyme inhibition
(ACE)) were observed and their bioavailabilities were examined. And also tea was
prepared from root, leaf, fruit and branch of Berberis purple plant by infusion and
their phytochemicals, antioxidant activity and bioavailability were studied for the
first time. The experiments were carried out in three different biological replicates.
As a result of the data obtained, statisticaly sigificant differences were observed
between the Hippophae rhamnoides and Berberis plants and their parts. As a result
of the analysis, the amount of phenolic substance in the purple Berberis fruit (81.42
mg GAE/g dw), anthocyanin content (455.91 mg CYN-3-GLY/100 g dw). Red
Berberis fruit was followed. The amount of phenolic substance in H. rhamnoides leaf
(99.31 mg GAE/g dw) and H. rhamnoides branch (82.17 mg GAE/g dw) was found
to be higher than Berberis fruits. The leaves of the Berberis plant contain 24.81-
42.62 mg GAE/g dw, the branches of the Berberis 15.01-21.36 mg GAE/g dw
phenolic substance. The root bark of the purple Berberis plant have 46.28 mg GAE/g
dw phenolic substance while the inner root of purple Berberis has a weight of 7.77
mg GAE/g dw phenolic substance. The phenolic profile was analyzed using UFLC-MS/MS. Chlorogenic acid,epigallocatechingallate, rutin and vanilic acid were observed at different
conentrations in parts of purple, red and orange Berberis plants. In the root bark of
the purple Berberis plant, vanilic and sirinjic acid were determined. While high
amounts of catechin were found in the branches and leaves of the H. rhamnoides, in
the fruits of H. rhamnoides were detected in trace amount of phenolic substance.
The anthocyanin profile of Berberis fruits were determined by HPLC-DAD-EIS-MS.
Cyanidine-3-0-glycoside, definidine-3-0-glycoside, peonidine-3-0-glycoside in the
purple Berberis fruit; cyanidine-3-0-glycoside, pelargonidine-3-0-glycoside in the
red Berberis fruit was observed at different concentrations. In the orange Berberis
fruit, trace amount of cyanidine-3-0-glycoside, pelargonidine-3-0-glycoside were
found.
The total amount of carotenoids in fruits of Berberis and H. rhamnoides fruits was
determined by spectrophotometric method. The amount of carotenoid in the
H.rhamnoides fruit was found to be higher compared to similar fruits. The carotenoid
amount of red, purple, orange Berberis close to each other and was low.
Total antioxidant capacity is analysed DPPH and CUPRAC methods by using
spectrophotometer. Similar to the literature, DPPH results have lower than CUPRAC
results. This is because the method mechanisms are different. The antioxidant
capacity was found to be similar to the phenolic content. The branch of the H.
rhamnoides (DPPH: 174.33 mg TE/g dw; CUPRAC: 316.00 mg TE/g dw) and leaf
(DPPH: 191.94 mg TE/g dw; CUPRAC: 355.41 mg TE/g dw) has high antioxidant
activity. Red Berberis fruit (DPPH: 96.83 mg TE/g dw; CUPRAC: 269.00 mg TE/g
dw) and purple Berberis fruits (DPPH: 131.82 mg TE/g dw; CUPRAC: 287.21 mg
TE/g dw) showed high antioxidant activity. The highest antioxidant activity of
Berberis plants after fruit was determined in the root bark of purple Berberis plant
(DPPH: 87.0 mg TE/g dw; CUPRAC: 187.53 mg TE/g dw). Similarly, they have
high amount of phenolic content. Berberis plant have high antioxidant activity
compared with similar plants and berries.
The anti-hypertensive effect is associated with the renin-angiotensin system that
regulates angiotensin converting blood pressure. Angiotensin converting enzymes act
as regulators on blood pressure. ACE converts angiotensin I that arise from
angiotensinogen into angiontensin II that is strong vasoconstrictive and increases
blood pressure. The ACE inhibitor inhibits the action of blocking the angiotensin
converting enzyme and thus regulates the blood pressure. Anti-hypertansive effect of
H. rhamnoides and Berberis plants (red, purple, orange) and parts (leaf,branch ,fruit)
was investigated by spectrophotometric method. The root bark of the purple Berberis
plant showed the highest activity with 83.33% inhibition. The leaf of H. rhamnoides
plant has 79.13%, the red Berberis fruit has 73.84% ACE inhibition activity.
Branches of Berberis plants showed ACE inhibition activity of more 50%.
Angiotensin converting enzyme inhibitory activity was not detected in the fruits of
the purple and orange Berberis fruits. H. rhamnoides and Berberis plants and parts
have moderate ACE inhibition activity compared to similar plants and berries. Tea was prepared from stem, leaf, fruit and branch of purple Berberis plant by infusion. The phenolic contents of tea were determined according to the FolinCiocalteu method. As a result of the analyzes, the root bark tea of the purple Berberis plant have highest phenolic substance (53.48 mg GAE/g dw) and antioxidant activity (DPPH: 72.53 mg TE/g dw; CUPRAC: 145.66 mg TE/g dw). The phenolic profile was determined by UFLC-MS/MS. Clorogenic acid was determined in all types of tea. The root bark tea was predominantly identified epigallocatechingallate and vanilic acid. The amount of anthocyanin of fruit tea was found to be low compared to similar berry tea. The reason for this is the way and duration of brewing, the fact that tea is not extracted again with chemicals and the methods of analysis are different.
The bioavailability of H. rhamnoides fruit, Berberis fruits and tea has been evaluated
by the in vitro gastrointestinal digestion procedure, which simulates the
physicochemical and biochemical changes in the gastrointestinal tract. In vitro
digestion assays provide a quick and simple method for evaluating phytochemical
stability in food matrices, as in vivo studies in huamans and animals are not preferred
due to limitations such as complexity, cost and ethical reasons. In vitro digestion
results, the highest total phenolic content of H. rhamnoides and orange Berberis was
found to be 12.47% and 11.05% respectively. Biyoaccessibility of anthocyanin
content was also found to be 3.62% and 2.48% in the H. rhamnoides and orange
Berberis. Although the initial anthocyanin content of the red Berberis fruit was lower
than the purple Berberis fruit, red Berberis fruit showed higher bioavailability than
the purple Berberis fruit. Flavonoid was not detected in Berberis fruits after
digestion. The highest antioxidant activity in the dialysis fraction was analyzed by
CUPRAC and DPPH and found in orange Berberis.
The total amount of phenolic substance of Berberis root bark tea was found to be
5.68 mg/100 ml as the most accessible tea in the dialysable part. Berberis fruit tea
was found to be 2.91 mg/100 ml in the dialysis fraction. Anthocyanin was not
detected in the Berberis fruit tea. The highest antioxidant activity was determined by
CUPRAC method in Berberis root bark and fruit tea after digestion.