Anadolu arı sütlerinde şeker ve organik asit içeriklerinin kapiler elektroforez ile tayini ve antioksidan aktivite araştırması
Determination of sugar and organic acid contents in anatolian royal jellies by capillary electrophoresis and investigation of antioxidant activity
Yazar: ÜLKÜ NİDA ÇOLAK
Danışman: DOÇ. DR. ZEYNEP KALAYCIOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Analitik kimya = Analytical chemistry

Özet:
Sağlıklı ve besleyici fonksiyonel gıda ürünlerine olan ilgi ve bu ürünlerin tüketimi son yıllarda oldukça artmıştır. Fonksiyonel gıdalar, besin değerlerinin yanısıra hastalıklara karşı koruyucu, büyüme ve gelimeyi destekleyen biyoaktif unsurları içeren gıdalardır. 
Fonksiyonel gıda olarak kabul edilen arı ürünleri sağlık üzerine olumlu etkileri nedeniyle geleneksel tıpta yüzyıllar boyunca kullanılmıştır. Kimyasal içeriği bakımından zengin olan arı ürünleri antioksidan, antibakteriyel, antikanser ve antiinflamatuvar gibi biyoaktivitelere sahip olup doku yenilenmesinden kanser tedavisine kadar çok geniş bir yelpazede kullanılmaktadır. Arı ürünlerinin kullanımının artmasıyla birlikte arıcılık, dünyadaki en yaygın sosyoekonomik faaliyetlerden biri haline gelmiştir. Zengin bitki örtüsü sayesinde Anadolu, arıcılık faaliyeti için elverişli bir saha oluşturmakta ve birçok arı ürününe ev sahipliği yapmaktadır. 
Arı sütü, işçi arıların hipofaringeal ve mandibular bezlerinden salgılanan bir arı ürünüdür ve kraliçe arının temel besin maddesidir. Larval ve ergin dönemleri boyunca arı sütü ile beslenen kraliçe arılar, yalnızca larval dönemin ilk üç günü arı sütü ile beslenen işçi arılara göre daha üstün özelliklere sahiptirler. Arı sütü su, proteinler, karbonhidratlar, lipitler, iz mineraller, suda çözünür vitaminler, serbest amino asitler ve henüz tanımlanmamış birçok diğer bileşeni içeren kompleks bir üründür. Besin içeriği bakımından zengin olan arı sütünün büyüme ve gelişmeyi hızlandırdığı ve yaşlanma sürecini yavaşlattığı bilinmektedir. Antioksidan, antikanser, antimikrobiyal, antihiperkolesterolemik ve anti-inflamatuar aktiviteler gibi kanıtlanmış çeşitli farmakolojik aktivitelere sahiptir.
Bu tez çalışmasının amacı Anadolu arı sütünün besin içeriğinin ve antioksidan aktivitesinin aydınlatılmasına ve arı ürünlerine dair literatüre katkıda bulunmaktır. Bu kapsamda, Anadolu'nun 13 farklı ilinden toplanan toplam 15 adet arı sütü örneğinin şeker ve organik asit içerikleri basit ve hızlı kapiler elektroforez (CE) yöntemleri kullanılarak tayin edildi. Kapiler elektroforez, yüksek bir elektrik alan altında iyonların elektroforetik hareketliliklerine bağlı olarak ayrılmalarını sağlayan güçlü bir ayırma ve analiz tekniğidir.
Şekerler, biyolojik sistemler üzerindeki çeşitli rolleri sayesinde tıp, gıda bilimi ve biyokimya gibi birçok alanda önemli bileşiklerdir. Kromofor grupların eksikliği sebebiyle şekerler genellikle ultraviyole (UV) dedektör ile direkt olarak tespit edilemezler. Bu yüzden tez kapsamında arı sütü örneklerindeki şekerlerin analizi, CEUV sistemi kullanılarak indirekt UV deteksiyon metodu ile gerçekleştirildi. Bu metotta ayırma elektrolitine kromofor bir madde eklenerek devamlı bir sinyal oluşturulur. Analit zonu dedektörden geçerken absorbans düşer ve elektroferogramda negatif bir pik oluşur. Böylelikle türevlendirme işlemine gerek kalmadan şekerlerin analizi gerçekleştirilir. Analit pikinin göç zamanı ve alanı kullanılarak kalitatif ve kantitatif tayin yapılır. Negatif pik referans dalgaboyu kullanılarak pozitif bir pike çevrilerek de piklerin analizi gerçekleştirilebilir.
Organik asitler, asidik özelliklere sahip organik bileşiklerdir. Doğal olarak gıdalarda bulunabileceği gibi gıda ürünlerinin raf ömrü süresince aynı kalitede kalmasını sağlamak ve besin kalitesini artırmak amacıyla gıdalara ilave katkı maddesi olarak eklenirler. Böylece ürünlerin tat, koku, renk, yumuşaklık gibi fiziksel özelliklerini ve besin değerlerini korurlar. Arı sütünde ise organik asitler doğal olarak bulunurlar. Arı sütünün kalitesinin ve besin değerinin bilinmesi için organik asitlerin analizi önemlidir. Küçük organik asitler de şekerler gibi kromofor gruplar içermez ve UV deteksiyon ile direkt olarak tespit edilemezler. İndirekt-UV deteksiyonları ise düşük hassasiyetle sonuçlanır. Bu yüzden tez kapsamında arı sütü örneklerinin organik asit içerikleri, küçük organik asitlerin direkt olarak tayin edilebilmesini mümkün kılan temassız iletkenlik dedektörü (C4D) ve buna bağlı bir CE sistemi ile analiz edildi.
Arı ürünlerinin potansiyelini ortaya koyan bir diğer faktör ise antioksidan aktivitedir. Fizyolojik faaliyetler sırasında veya çevresel faktörler ile oluşan serbest radikaller ve reaktif bileşikler antioksidanlar sayesinde indirgenerek temizlenirler. Bu nedenle antoksidanların tüketimi sağlık açısından önemlidir. Çalışmanın son aşamasında arı sütü örneklerinin antioksidan aktiviteleri Folin-Ciocalteu testi ve demir iyonu indirgeyici antioksidan güç (FRAP) testi olmak üzere iki farklı yöntem ile tayin edildi.

Abstract:
There are continuous changes in food production and consumption. The interest in and consumption of healthy, functional, balanced, and nutritious food products has increased significantly in recent years. The term functional food emphasizes the positive relationship between nutrition and health. They stand out among various product groups due to their positive effects on human health. Functional food products contain bioactive substances that protect against diseases and support growth and development in addition to their nutritional value. They are preferred more by modern consumers because they are safer compared to synthetic drugs.
Bee products are natural products with rich nutritional content and high bioactive components. For this reason, they are among the functional foods. They increase the nutritional value of foods by adding them to other food products or consuming them alone. Since ancient times, bee products such as honey, propolis, pollen, royal jelly, and bee venom have been among the most frequently used natural products in traditional medicine due to their potent healing properties and high bioactive molecule content. Despite their widespread use, the detailed chemical composition of bee products was determined only in the late 1900s.
Bee products are rich in bioactive and nutritional elements such as carbohydrates, phytosterols, minerals, proteins, vitamins, sugars, nucleic acids, amino acids, polyphenols, and minerals. Thanks to their components that contribute to biological activity, bee products strengthen the immune system, help the body fight bacteria, stimulate quality tissue regeneration, and protect and treat general body health. They prevent or treat conditions such as wounds, rheumatic diseases, immune and neurological conditions, and intestinal malabsorption. Scientific studies have proven that bee products have many bioactivities, including antioxidant, antibacterial, antiinflammatory, antitumor, and antiviral properties. 
With the increasing use of bee products, beekeeping has become one of the most widespread socio-economic activities in the world today. The most produced bee product among bee products is honey. China ranks first in world honey production. In addition to honey, bee products such as propolis, royal jelly, bee pollen, bee bread, bee venom, and beeswax are also produced and traded. Anatolia, which has a rich vegetation and plant diversity, provides a suitable ground for beekeeping activities and is home to many bee products.
Royal jelly has begun to be researched more extensively in recent years and is relatively newer than other bee products. Royal jelly is the primary nutrient of the queen bee. It is secreted from the hypopharynx and mandibular glands of worker bees. While all bee larvae are fed with royal jelly for the first three days of the larval period, queen bee larvae are fed with royal jelly during their development in the larval and adult periods. In this way, the queen bee gains superior characteristics to worker bees in terms of physiological, morphological, and anatomical aspects. Royal jelly is a complex compound consisting of water (50-60%), proteins (18%), carbohydrates (15%), lipids (3-6%), trace minerals, water-soluble vitamins, free amino acids, and many other unidentified components. Royal jelly is collected by beekeepers using special techniques at certain times of the year and stored in cold environments. It has various proven pharmacological activities such as increasing growth rate, delaying aging, regulating the digestive system, and anticancer, antioxidant, antitumor, antimicrobial, antihypercholesterolemic, and anti-inflammatory effects. Due to their positive health effects, they are widely used in commercial medical products, food supplements, food and beverages, and cosmetic products. 
This thesis aims to explain Anatolian royal jelly's nutritional content and antioxidant activity and contribute to the literature on bee products. In this context, the sugar and organic acid contents of 15 royal jelly samples collected from 13 different provinces of Anatolia were determined using simple and rapid capillary electrophoresis (CE) methods. Capillary electrophoresis (CE) is a robust separation and analysis technique that allows the separation of ions according to their electrophoretic mobility under high electric fields. Compared to other separation techniques, it has the advantages of low sample volume analysis, high sensitivity, and short analysis times.
Sugars are among the important compounds in many fields, such as medicine, food science, and biochemistry, due to their various roles in biological systems such as energy production and storage, cell signaling, and structural support. Due to the lack of chromophore groups, sugars generally have very low absorbance in ultraviolet (UV) detection, and their amounts cannot be determined. Therefore, direct detection of sugars with a UV detector is not possible. In this thesis, the analysis of sugars in royal jelly samples was carried out using an indirect UV detection method using the CE-UV system. In this method, a chromophore substance is added to the separation electrolyte, and the detector generates a continuous signal. As the analyte region passes through the detector, the absorbance decreases, and a negative peak is observed in the electropherogram. Thus, sugars are analyzed without any derivatization process. Qualitative and quantitative determination is made using the migration time and area of the analyte peak. The peaks can also be analyzed by converting the negative peak into a positive one using the reference wavelength.
Organic acids are organic compounds with acidic properties. These can be found naturally in foods and added to foods as additional additives to ensure that food products remain of the same quality throughout their shelf life and to increase the nutritional quality of food products. Thus, their antimicrobial effects in products delay lipid and protein oxidation and preserve products' physical properties and nutritional values , such as taste, odor, color, and softness. Organic acids are naturally found in royal jelly. Analyzing organic acids is important to know royal jelly's quality and nutritional value. Small organic acids do not have chromophore groups like sugars and cannot be directly detected by UV detection. Indirect UV detections result in low sensitivity. A long pre-derivatization step is required for detection with fluorescent detectors. On the other hand, direct detection of small organic acids is possible with a non-contact conductivity detector (C4D). Therefore, within the thesis scope, the organic acid contents of royal jelly samples were analyzed with the CE-C4D system.
Another factor that reveals the potential of bee products is their antioxidant activity. Free radicals and reactive compounds are formed during physiological activities or by environmental factors. These are cleaned by reducing antioxidants through electron or hydrogen transfer. In this way, the adverse effects of cardiovascular diseases, nervous system disorders, diabetes, and cancer are significantly reduced. Therefore, consuming antioxidants in a nutritious way is important for health. In the last stage of the study, the antioxidant activities of royal jelly samples were determined by two different methods: Folin-Ciocalteu test and iron ion reducing antioxidant power (FRAP) test.
Despite our country's rich vegetation and colony diversity, information on the chemical properties of royal jelly is not fully sufficient. However, considering the developing trade and competition between countries worldwide, the chemical composition, an important factor in evaluating quality, must be clarified. Therefore, the ultimate goal of this thesis is to contribute to the spread of Anatolian royal jelly as a product with beneficial properties for human health.