Bitki özütleri ve tekstil boyalarındaki flavonoidler için spektrofotometrik analiz yöntemlerinin geliştirilmesi
Development of spectrophotometric methods of analysis for flavonoids in plant extracts and textile dyes
Yazar: MUSTAFA BENER
Danışman: PROF. DR. REŞAT APAK
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Analitik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Bitki özütü = Plant extract ; Boya bitkileri = Dye plants ; Flavonoidler = Flavonoids ; Spektrofotometrik yöntem = Spectrophotometric method ; Tekstil boyaları = Textile dyes

Özet:
Bitki ve hayvanlar gibi doğal yaşam kaynaklarından elde edilen doğal boyalar elyafların boyanmasında kullanılmaktadır. Bu boyalar başlıca karetonoidler, hidroksiketonlar, antrakinonlar, naftakinonlar, flavonoidler, indigoitler ve benzer bileşikleri içermektedir. Tekstil ürünlerinde bulunan bu flavonoid boyaların analizi; FTIR mikroskopisi ve SEM/EDS gibi non-invasive (tahribatsız) teknikler, dizi diyod dedektörlü HPLC gibi ekstraktif teknikler veya hekzametildisilazan ile türevlendirmenin ardından piroliz-GC/MS tekniği gibi yöntemler ile yapılmaktadır. Ancak bu yüksek maliyetli ve karmaşık teknikler çoğu analiz laboratuarlarında bulunmamaktadır. Bu nedenle doğal boyaların toplam flavonoid içeriğinin belirlenmesi için kolay, ucuz, hızlı ve duyarlı tayin yöntemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu kapsamda bu tez çalışmasının amacı; bitki özütleri ve tekstil boyalarındaki toplam flavonoid miktarının geliştirilen yöntemlerle belirlenmesi ve sonuçların referans yöntem ile uyumunun araştırılmasıdır.Bu çalışmada; antioksidan etki gösterdikleri bilinen flavonoidler için literatürde CUPRAC (Cu(II) iyonu indirgeyici antioksidan kapasite) yöntemi olarak bilinen ve toplam antioksidan kapasite ölçümleri için laboratuarlarımızda geliştirilen spektrofotometrik yöntem temel alınmıştır. CUPRAC yöntemi doğal boyalardaki flavonoid kapasite ölçülmesinde kullanılabilir duruma getirilmiştir. Kromojenik yükseltgenme aracı olarak kullanılan bakır(II)-neokuproin (Cu(II)-Nc) reaktifi varlığında flavonoidlerin, Cu(II)-Nc kompleksini 450 nm dalgaboyunda maksimum ışık soğurması gösteren Cu(I)-Nc kompleksine indirgemesi ve kendilerinin uygun kinonlara yükseltgenmesinden yararlanılarak flavonoid kapasite tayinleri yapılmıştır.Çalışmada karşılaştırma için uygun referans yöntem olarak literatürde AlCl3/potasyum asetat spektrofotometrik yöntemi olarak bilinen flavonoid tayin yöntemi seçilmiştir. Bu yöntem doğal boyalardaki toplam flavonoid konsantrasyonu ölçülmesinde kullanılmıştır. AlCl3/potasyum asetat spektrofotometrik yönteminin esası alüminyum klorürün flavon ve flavonollerin C-4 keto grubu ve C-3 veya C-5 hidroksil gruplarından biriyle oluşturduğu stabil kelat formudur. Oluşan renkli kompleksin, flavonoid kapasite tayininde kullanılan referans bileşik olan kuersetinin Al-kompleksinin maksimum absorbans verdiği 427 nm dalgaboyunda ölçülmesinden yararlanılarak flavonoid kapasite tayini yapılmıştır. Seçilen doğal boya özütlerine C-18 kolonu kullanan HPLC (Yüksek Performanslı Sıvı Kromatografisi) referans yöntemi uygulanarak elde edilen bulguların CUPRAC ve AlCl3/potasyum asetat spektrofotometrik yöntemlerininkilerle uyumu araştırılmıştır.Çalışmanın ilk aşamasında AlCl3/potasyum asetat spektrofotometrik yöntemi uygulamasında optimum deney koşulları belirlenmiştir. Çalışmanın diğer kademelerinde ilk olarak doğal boya içerisinde bulunması muhtemel polifenolik bileşiklerin (flavonoid, antrakinon, vs.) her iki yöntemle kalibrasyon doğruları oluşturularak, QREFC (Kuersetin eşdeğeri flavonoid konsantrasyonu) katsayıları bulunmuştur. Her iki yöntem için kuersetin kullanımıyla standart katkı çalışmaları yapılarak herhangi bir kimyasal etkileşimin (Beer Kanunu'ndan kimyasal sapma) olmadığı gözlenmiştir. Boyama işlemlerinde kullanılan, bitki ve hayvanlardan elde edilen, Rubia tinctorum (Kökboya), Curcuma longa L. (Zerdeçal), Alkanna tinctoria (Havaciva), Matricaria chamonilla (Papatya) ve Coccus ilicis (Koşnil) doğal boyalarının toplam flavonoid kapasiteleri; CUPRAC yöntemine göre sırasıyla 21.49, 38.91, 19.04, 48.60, 143.49 ?mol QR g-1, AlCl3/potasyum asetat spektrofotometrik yöntemine göre ise sırasıyla 24.58, 165.89, 6.53, 15.02, 33.02 ?mol QR g-1 olarak bulunmuştur. Farklı yöntemlerle ölçülen fenoliklerin QREFC katsayılarındaki farklılıklar, boya özütlerinin TFC (Toplam flavonoid kapasite) sıralamasında değişime neden olmuştur. Her iki spektrofotometrik yöntem, HPLC yöntemine göre valide edilmiştir.

Abstract:
Natural dyes used in dyeing fibers are made from natural living sources such as plants and animals. These dyes include mainly carotenoids, hydroxyketones, anthraquinones, naphthoquinones, flavonoids, indigoids and related compounds. These compounds can be found either directly in crude extracts or gain colour from extracted colourless precursors as a result of such reactions as hydrolysis, oxidation, condensation, etc. Flavonoid dyes on textile products can be detected by non-invasive techniques such as FTIR microscopy and SEM/EDS, or estimated by extractive techniques such as HPLC with diode-array detection, RP-HPLC/MS or pyrolysis-GC/MS after derivatization with hexamethyldisilazane. Naturally these high-cost sophisticated techniques are not available to many conventional laboratories, and visible spectroscopy has been widely applied to such analyses. Unfortunately, these sophisticated and costly techniques are not available to many routine laboratories. Thus it is necessary to develop simple, low-cost, rapid, and sensitive methods for the assay of flavonoid content of natural dyes. In this regard, the aim of this thesis work is to determine the total flavonoid contents of plant extracts and textile dyes with the devised methods and to establish the compliance of the obtained results with those found by the reference method.In this study, the determination of antioxidant flavonoids was based on the use of the cupric ion reducing antioxidant capacity assay (known in the literature as CUPRAC method) originally developed in our laboratories for the measurement of total antioxidant capacity (TAC). The CUPRAC method was rendered to measure the flavonoid capacity of natural dyestuffs. The flavonoid capacity measurement was based on the oxidation of these compounds to the corresponding quinones by the chromogenic copper(II)-neocuproine (Cu(II)-Nc) reagent, which was itself reduced to the cuprous neocuproine chelate showing maximum absorbance at 450 nm wavelength.As the reference method of comparison, the widely used AlCl3/potassium acetate spectrophotometric method was applied to total flavonoid assay of these dyes. This method is based on the chelate formation of Al(III) with the C-4 keto and either one of C-3 or C-5 hydroxyl substituents of the flavonoid molecule (flavones and flavonols). The flavonoid capacity was measured by absorbance measurement of this coloured Al-chelate at the 427 nm-analytical wavelength of Al(III)-quercetin chelate used as reference. The results of the proposed (CUPRAC) and comparison (AlCl3/potassium acetate) methods applied to selected natural dye extracts were correlated with the reference high performance liquid chromatography (HPLC) ? ndings using a C-18 column.During the first phase of the study, the optimal conditions of measurement with the AlCl3/potassium acetate were determined. In the succeeding phases, the calibration equations for the polyphenolic compounds potentially contained in natural dyes (e.g., flavonoids, anthraquinones, etc.) were established with the use of both spectrophotometric methods, and the quercetin (QR) equivalent flavonoid concentrations (QREFC) of each compound was found. The method of standard additions using quercetin increments was applied to both methods to see if there was any deviation from Beer?s law; the results showed the absence of any chemical deviations. The quercetin capacities with respect to both methods (in the units of QREFC coefficients) of some natural dyes widely used in fibre dyeing were; Rubia tinctorum (common madder), Curcuma longa L. (curcumin), Alkanna tinctoria (dyers' bugloss), Matricaria chamonilla (chamomile), and Coccus ilicis (cochineal); CUPRAC values: 21.49, 38.91, 19.04, 48.60, and 143.49 ?mol QR g-1, and AlCl3/potassium acetate values: 24.58, 165.89, 6.53, 15.02, and 33.02 ?mol QR g-1, respectively. The differences in the QREFC coefficients of individual phenolics measured with different assays caused variations in the TFC (Total flavonoid capacity) order of the measured dye extracts. Both of spectrophotometric methods were validated against HPLC method.