Tatlı fesleğen fenoliklerinin ultrases ekstraksiyon optimizasyonu, iyonik jelasyon yöntemi ile enkapsülasyonu, antidiyabetik ve antioksidan aktivitesinin değerlendirilmesi
Ultrasonic extraction optimization of sweet basil phenolics, encapsulation by ionic gelation method, antidiabetic activity, antioxidant activity
Yazar: CEYLAN DEMİRCAN
Danışman: PROF. DR. GÜLCAN ÖZKAN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ EBRU AYDIN
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Son yıllarda sağlıklı beslenmeye önem veren tüketici sayısındaki artışla birlikte fenolikler ve uçucu antioksidan bileşenlerce zengin fonksiyonel doğal gıdalara ve takviyelere yönelim artmıştır. Tatlı fesleğen (Ocimum basilicum L.) fenolik ve antioksidan uçucu bileşenleri içermesi nedeniyle sağlık açısından olumlu etkileri bulunan ve yaprakları geleneksel bitki çayı ve baharat olarak kullanılan ve ek olarak yiyecek ve içecek endüstrisinde de kullanım potansiyeli bulunan önemli bir tıbbi aromatik bitkidir. Aynı zamanda Asya'dan Avrupa'ya kadar geniş alanlarda yetişen tatlı fesleğen Lamiacea familyasına aittir.

Bu çalışmanın öncelikli amacı, tatlı fesleğen yapraklarının ultrases su ekstraksiyon işleminde kullanılan bazı faktörlerinin yanıt yüzey metodu (RSM) kullanılarak optimize edilmesidir. RSM proses değişkenlerinin optimize edilmesinde kullanılan istatiksel bir metottur ve amacı birçok değişken tarafından etkilenen yanıtın optimum yapılması ve yanıtı optimum yapan bağımsız değişkenlerinin değerlerinin belirlenmesidir. Çalışmada genlik, ekstraksiyon süresi ile bitki/çözücü oranı bağımsız değişkenler olarak kullanılmıştır ve ekstraksiyon verimi ve tatlı fesleğen yapraklarının toplam fenolik madde içeriği ise yanıt olarak düşünülmüştür. Deney parametreleri tatlı fesleğen yapraklarının maksimum ekstraksiyon verimi (%) ve toplam fenolik madde içeriği (mg GAE/100 g bitki) olarak optimize edildiğinde, genlik, süre ve bitki/çözgen oranı optimum değerleri sırasıyla; % 100, 45 dk, 1.06 g/100 mL olarak bulunmuştur. Model çalışılan yanıtlardaki farklılığı açıklamak için yüksek tahmin performansı göstermiştir (R2>0.98). Aynı zamanda, metot doğrulaması yapılarak teorik ve deneysel veriler kıyaslanmıştır.

Çalışmanın diğer amaçları ise sırasıyla; fesleğen yapraklarından optimum ultrases ekstraksiyon koşullarında elde edilen su ekstraktlarının polifenol ve uçucu bileşen içeriğinin, serbest radikalleri yakalama ve antidiyabetik aktivitelerinin belirlenmesi ve bu ekstraktların iyonik jelasyon-kitosan sistemiyle mikroenkapsülasyondur. 
Ekstraktın toplam fenolik madde bileşenleri HPLC ile rosmarinik asit, kafeik asit, rutin, gallik asit, kamferol, protokateşik asit ve şirincik asit olarak belirlenirken; uçucu bileşenleri ise GC/MS kullanılarak E-sitral, Z-sitral, limonen, anetol, 2-metil-2 feniltridekan, simol, nonanal, 1,8-sineol, delta-4-karen, cis-sabinenehidrat, 3-bütin-1-ol, propenal dimetilhidrazon, n-dekanal ve cis-osimen olarak bulunmuştur. Fenolik bileşikler olarak rosmarinik asit (32.2 mg/g) ve uçucu madde olarak ise E-sitral (% 44.28) ve Z-sitral (% 29.24) sulu ekstrakt içerisinde en yüksek miktarlarda tespit edilen bileşenlerdir. Ekstraktın fonksiyonel özelliklerinden serbest radikalleri yakalama aktivitesi ve antidiyabetik aktivite IC50 değerleri sırasıyla 0.14 mg/mL ve 2.30 mg/mL olarak hesaplanmıştır.

Enkapsülasyon çeşitli fenolikler ve uçucu antioksidan bileşikler gibi biyoaktif maddelerin kapsüller içine hapsedilerek çevresel etkenlerden korunmasını sağlarken, belirli koşullar altında içeriğindeki maddelerin ortama salınmasını sağlayan teknolojidir. İyonik jelasyon kitosan yöntemi ise asidik mide koşullarına dayanıklı ve ince bağırsak koşullarında tamamen çözünebilen, ürün enkapsülasyonunda yaygın ve sık olarak kullanılan, ekonomik ve kolay uygulanabilir yöntemlerden bir tanesidir. Dolayısıyla bu tez çalışmasında, tatlı fesleğenin ultrases destekli ekstraksiyonundan elde edilen fenolikçe zengin ve suda çözünür ekstraktlarının enkapsülasyonunda, iyonik jelasyon ve kitosan sistemi kullanılmış olup, elde edilen hidrojel boncuklarının nem miktarı ve enkapsülasyon etkinliği ise sırasıyla % 99.60 ve % 80.12 olarak belirlenmiştir. 

Sonuç olarak antioksidan ve antidiyabetik fonksiyonel özellikleri tespit edilen tatlı fesleğenin enkapsülasyonu sonucu elde edilen hidrojel boncuklarının fonksiyonel gıda üretiminde ya da gıda takviyesi olarak kullanılabileceği düşünülmektedir.

Anahtar Kelimeler: Tatlı Fesleğen, Ultrases, Optimizasyon, Antioksidan, Antidiyabetik, Enkapsülasyon

Abstract:
In recent years, with the increasing importance given to healthy nutrition, consumers have started to focus on functional and natural foods rich in phenolics and volatile antioxidant components and supplements. Sweet basil (Ocimum basilicum L.) is an important medicinal aromatic plant that has positive health effects due to its phenolic and antioxidant volatile components and its leaves are used as traditional herbal tea and spices also have potential for use in the food and beverage industry. It also belongs to the Lamiacea family, sweet basil, which grows in large areas from Asia to Europe.

The primary objective of this study was to optimize some of the factors used in ultrasound water extraction of sweet basil leaves by using the response surface methodology (RSM). RSM is a useful statistical method to optimize process variables and the aim of it is to optimize the response, affected by various variables and decide to optimum independent variables. In the study, ultrasonic amplitude, extraction time and plant/solvent ratio were used as independent variables and extraction yield and total phenolic content of sweet basil leaves were considered as the responses. When the experimental parameters were optimized as maximum extraction yield (%) and total phenolic content (mg GAE/100 g leaves) of sweet basil leaves, optimum values of amplitude, time and plant/solvent ratio were found as 100 %, 45 min, 1.06 g/100 mL, respectively. The model showed high predictive performance to explain the differences in the responses studied (R2> 0.98). At the same time, method validation was done by comparing experimental and predicted results.

Other objectives of the study were to determine polyphenol and volatile components, free radical scavenging and the content of antidiabetic activities of water extracts from basil leaves under optimum ultrasound extraction conditions, and to microencapsulate of these extracts with ionic gelation-chitosan system. The phenolic components of the extract were determined by HPLC as rosmarinic acid, caffeic acid, rutine, gallic acid, kaempferol, protocatechin acid and syringic acid while the volatile components of extract included E-citral, Z-citral limonene, anethole, 2-methyl-2 phenyltridecane, simol, nonanal, 1,8-cineol, delta-4-carene, cis-sabinenehydrate, propenal dimethylhydrazone, n -decanal and cis-oximene using GC/MS. Rosmarinic acid (32.2 mg/g extract) as phenolic compounds and E-citral (44.28 %) and Z-citral (29.24 %) as volatile substances were the highest components detected in the aqueous extract. Based on the functional properties of extract the IC50 values of the free radical scavenging and antidiabetic activities were calculated as 0.14 mg/mL and 2.30 mg/mL, respectively.

Encapsulation is a technology that allows bioactive substances such as various phenolics and volatile antioxidant compounds to be encapsulated in capsules to protect them from environmental influences and to release the form of the substances under certain conditions. Ionic gelation chitosan method is one of the economical and easily applicable methods that are widely and frequently used in product encapsulation, which is resistant to acidic stomach conditions and completely soluble under small intestine conditions. Therefore, in this thesis, ionic gelation and chitosan system have been used in the encapsulation of phenolic rich and water soluble extracts obtained from ultrasound assisted extraction of sweet basil, and the moisture content of the hydrogel beads and the encapsulation efficiency were determined as 99.6 % and 80.12 %, respectively.

As a result, hydrogel beads obtained from encapsulation of sweet basil extracts have antioxidant and antidiabetic activities therefore they may be used to produce new functional foods or food supplements.

Key Words: Sweet Basil, Ultrasonic, Optimization, Antioxidant, Antidiabetic, Encapsulation