Siyah havuç posasından antosiyanin ekstraksiyonu
Anthocyanin extraction from black carrot pomace
Yazar: GÜLEN YEŞİLÖREN AKAL
Danışman: DOÇ. DR. ASLI İŞCİ YAKAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Bu çalışmada, geleneksel ekstraksiyon yöntemlerine alternatif olarak düşünülen basınçlı sıvı ekstraksiyonu, ultrases destekli ekstraksiyon ve mikrodalga destekli ekstraksiyon ile siyah havuç posasından antosiyaninlerin ekstrakte edilmesi, ekstraksiyon süresi, posa:çözücü oranı ve çözücü çeşidinin toplam monomerik antosiyanin, toplam fenolik bileşik ve ekstraksiyon verimi üzerine etkisinin incelenmesi hedeflenmiştir. Proses koşulları, ultrases destekli ekstraksiyon için; sabit sıcaklıkta (50  ºC) ekstraksiyon süresi (1, 10, 30, 60 dakika), posa:çözücü oranı (1:30, 1:20, 1:10), çözücü çeşidi (su, asitlendirilmiş su, etanollü su); mikrodalga destekli ekstraksiyon için ekstraksiyon süresi (0.5 - 20 dakika), mikrodalga gücü (180 W, 360 W, 540 W), posa:çözücü oranı (1:30, 1:20, 1:10) ve çözücü çeşidi (su, asitlendirilmiş su, etanollü su); basınçlı sıvı ekstraksiyonu için ekstraksiyon süresi (36, 60, 84 dakika) ve posa:çözücü oranı (1:30, 1:20, 1:10) olarak belirlenmiştir. Maksimum antosiyanin ekstaksiyonu sağlayan koşulların, basınçlı sıvı ekstraksiyonunda; 1:20 posa:çözücü oranında 84 dakika; ultrases destekli ekstraksiyonda, 1:30 posa:çözücü oranında %  50 etanollü su ile 60 dakika, mikrodalga destekli ekstraksiyonda 540 W mikrodalga gücünde, 1:20 posa:çözücü oranında, % 50 etanollü su ile 30 saniye olduğu tespit edilmiştir. Bu koşullarda elde edilen ekstraktları antosiyanin miktarları sırasıyla 0.90, 1.58 ve 1.74 mg siyanidin-3- glukozit/g KM; toplam fenolik bileşik miktarları ise sırasıyla 3.60, 6.53 ve 7.16 mg gallik asit/g KM olarak bulunmuştur. Yenilikçi yöntemler konvansiyonel yöntemle kıyaslandığında basınç uygulaması, ekstrakte edilen toplam monomerik antosiyanin miktarı üzerine etki etmezken ultrases ve mikrodalga uygulaması antosiyanin ekstraksiyonunu sırasıyla % 78 ve % 96 arttırmıştır. Bu açıdan bakıldığında en etkili ve en hızlı ekstraksiyon yönteminin mikrodalga ile ekstraksiyon olduğu söylenebilir. Uygulanan tüm yöntemlerde posa:çözücü oranının azaltılması daha yüksek antosiyanin ve fenolik ekstraksiyonu sağlamıştır. Ultrases destekli ekstraksiyonda aynı koşullarda çözücü olarak su yerine % 50 etanollü su kullanımı antosiyanin ekstraksiyonunu % 20 arttırmıştır. Mikrodalga destekli ekstraksiyonda, mikrodalga gücünün arttırılması daha kısa sürede daha yüksek miktarda antosiyanin ekstaksiyonu sağlamıştır. Ultrases ve mikrodalga destekli ekstraksiyon ile daha yüksek antioksidan aktiviteye sahip ekstraktlar elde edilmiştir. DPPH radikal süpürücü aktivite bu yöntemler için sırasıyla % 60 ve % 50 olarak bulunmuştur. Ayrıca, ekstraktların pH değerlerinin 4.3-5.2 aralığında olduğu tespit edilmiştir. Çözücü olarak etanollü su kullanımının ekstraktların briks derecesini yükselttiği belirlenmiştir. Ultrases ve mikrodalga destekli ekstraksiyonlarda daha fazla antosiyanin ektstrakte elde edilmesi sebebiyle daha koyu renkli örnekler elde edilmiş ve bu sebeple örneklerin L* değerleri daha düşük ölçülmüştür. Yenilikçi yöntemlerle elde edilen ekstraktların Na miktarı konvansiyonel ekstraksiyona göre düşük bulunurken Mg ve K miktarı yöntemlerden etkilenmemiştir. Ca miktarı ise ultrases ve mikrodalga destekli ekstraksiyonda konvansiyonel ekstraksiyona göre yüksek bulunmuştur.

Abstract:
In this study, it was aimed to extract anthocyanins from black carrot pomace by using alternative extraction methods including pressurized liquid extraction, ultrasonic assisted extraction and microwave assisted extraction. The effects of extraction time, solid to solvent ratio and solvent type on the total monomeric anthocyanin, total phenolic compound and extraction yield was determined. The process parameters were extraction time (1, 10, 30, 60 min), solid to solvent ratio (1:30, 1:20, 1:10 g/mL) and solvent type (water, acidified water (0.01% , w/v, citric acid), ethanol-water (50% , v/v) )) for ultrasound assisted extraction;  extraction time (0,5-20 min), solid to solvent ratio (1:30, 1:20, 1:10 g/mL), solvent type (water, acidified water (0.01% , w/v, citric acid), ethanol-water (50% , v/v) ) and microwave power (180 W, 360 W, 540 W) for microwave assisted extraction; extraction time (36, 60, 84 min) and solid to solvent ratio (1:30, 1:20, 1:10 g/mL) for pressurized liquid extraction. The maximum anthocyanin content was obtained at a solid to solvent ratio of 1:20, with an extraction time of 84 min for pressure-assisted extraction; at a solid to solvent ratio of 1:30, with an extraction time of 60 min using 50%  ethanol-water for ultrasound assisted extraction; at a microwave power of 540 W, solid to solvent ratio of 1:20, with an extraction time of 30s using 50%  ethanol-water for microwave assisted extraction. The anthocyanin and phenolic concentration of the extracts obtained at the optimal conditions were 0.90, 1.58, 1.74 mg cyanidin 3-glucoside/g DM and 3.60, 6.53, 7.16 mg gallic acid/g DM, respectively. It was found that the application of pressure did not affect the concentration of total monomeric anthocyanins in the extracts compared to conventional method. However, ultrasonic and microwave applications increased the amount by 78%  and 96% , respectively. Considering this result, it could be reported that the most effective and rapid method of anthocyanin extraction from black carrot pomace is the application of microwave. Reducing the solid to solvent ratio in all methods provided more extraction of anthocyanins and phenolics. The use of 50% ethanol-water increased the extraction of anthocyanins by 20% , for ultrasound assisted extraction. In addition, increasing the microwave power enabled the extraction of anthocyanins at a higher amount with a shorter time. The extracts obtained by ultrasound and microwave exhibited higher antioxidant activity than that of other treatments. DPPH radical scavenging activities were found to be 60% and 50% for ultrasound and microwave assisted extractions, respectively. The pH values of the extracts were in the range from 4.3 to 5.2. It was found that the use of ethanol as the solvent increased the brix of the extracts. The L* values of the extracts obtained by ultrasound and microwave were lower due to higher amounts of anthocyanins in the samples. The amount of Na in the extracts obtained by alternative methods was lower, whereas Mg and K concentrations were not affected by the extraction type.  The concentration of Ca was found to be higher for the ultrasound and microwave assisted extracts compared to that of conventional one.