Farklı bitkisel kaynaklardan elde edilen ekstraktların pişmiş sığır kıymasının depolanmasında antioksidan olarak kullanılabilme imkanlarının araştırılması
Investigation of using extracts obtained from different plant sources as antioxidant during the storage of cooked ground beef
Yazar: SEVGİ ŞİMŞEK
Danışman: PROF. DR. BİROL KILIÇ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Bu çalışma, üç farklı aşamadan oluşacak şekilde tasarlanmıştır. İlk aşamada, 13 farklı bitkisel kaynaktan antioksidan aktivitelerinin (2,2'-diphenyl-1-picrylhydrazyl-DPPH giderme aktivitesi ve demir (III) iyonu indirgeyici antioksidan gücü-FRAP) ve toplam fenolik madde (TFM) miktarlarının belirlenmesi amacıyla ekstrakt elde edilmiştir. İkinci aşamada ise en yüksek antioksidan aktivite ile TFM miktarına sahip 3 bitki (nar kabuğu, pancar yaprağı ve brokoli çiçeği) seçilerek optimum ekstraksiyon koşullarının belirlenmesi amacıyla kullanılmıştır. Bu aşamada optimum ekstraksiyon koşullarını belirlemek amacıyla farklı sıcaklık (20, 45 ve 70°C), çözgen konsantrasyonu (%40, %70 ve % 100) ve süre (30, 105 ve 180 dakika) şartları seçilmiştir. Optimum ekstraksiyon koşulları üç farklı bitki türü için iki farklı çözgen tipi (etil alkol ve metil alkol) kullanılarak uygulanmıştır. Optimum ekstraksiyon koşulların belirlenmesinde yanıt değişkeni olarak TFM ve FRAP analizleri kullanılmıştır. İkinci aşama sonucunda belirlenen optimum ekstraksiyon koşulları üçüncü aşama için kullanılmıştır. Üçüncü aşamada optimum ekstraksiyon koşullarına göre elde edilen ekstraktlar sığır kıyması içerisinde uygun konsantrasyonlarda (% 0,125, % 0,25, % 0,5 ve % 1) kullanılmış ve pişmiş sığır kıymalarının pişirme kaybı, +4 °C'de 7 gün süresince depolanması esnasında pH ve renk değerleri ile oksidatif stabilitesi (lipit hidroperoksit (LPO), tiyobarbütirik asit reaktif maddeler (TBARS) ve p-anisidin) belirlenmiştir. 
Araştırmanın ilk aşaması sonucunda, nar kabuğu, pancar yaprağı ve brokoli çiçeğinde belirlenen TFM değerlerinin ve antioksidan aktivitelerinin (FRAP ve DPPH) diğer bitkisel kaynaklardan (brokoli yaprağı, beyaz turp meyvesi, siyah turp kabuğu, ıspanak, mor lahana, siyah havuç, pancar kökü, Trabzon hurması, kereviz yaprağı, ananas kabuğu) daha yüksek olduğu görülmüştür (p<0,05). İkinci aşama neticesinde ise optimum koşullar olarak, nar kabuğunda etil alkol ekstraksiyonunda optimum sıcaklık, çözgen konsantrasyonu ve süre sırasıyla 20°C, % 40 ve 180 dakika olarak belirlenirken, metil alkol ekstraksiyonunda 70°C, % 76,36 ve 180 dakika olarak tespit edilmiştir. Pancar yaprağında ise çözgen olarak etil alkol ve metil alkol kullanımında optimum koşullar sırasıyla 70°C, % 69,09 ve 180 dakika ile 20°C, % 64,24 ve 180 dakika olarak belirlenmiştir. Brokoli çiçeğinde ise etil alkol ile yapılan ekstraksiyon işlemi sonucunda optimum koşullar 70°C, % 73,33 ve 180 dakika olarak bulunurken, metil alkol kullanımı sonucunda ise optimum koşullar 20°C, % 65,45 ve 180 dakika olarak tespit edilmiştir. 
Üçüncü aşama neticesinde, nar kabuğunun % 0,5 ve % 1, brokoli çiçeğinin ise % 1 oranında kullanımı sonucunda pişirme kaybı değerlerinde artış olduğu (p<0,05), diğer uygulamalar sonucunda ise pişirme kaybında önemli bir değişimin olmadığı belirlenmiştir. Nar kabuğunun etil veya metil alkol ekstraktlarını % 0,5 ve % 1 oranlarında içeren örneklerin pH değerleri kontrol grubundan daha düşük (p<0,05) bulunurken, diğer örneklerin pH değerleri arasında önemli bir fark tespit edilmemiştir. Ekstraktlar genel olarak L* değerleri üzerinde önemli bir değişime neden olmazken, nar kabuğu ekstraktı ilavesi ile a* değerlerinin azaldığı (p<0,05), pancar yaprağı ekstraktı ilavesi sonucunda ise a* değerlerinin artış (p<0,05) gösterdiği görülmüştür. İlave edilen ekstrakt konsantrasyonu arttıkça genel olarak a* değerlerinde düşüş meydana gelmiştir (p<0,05). Ayrıca depolama süresince genel olarak tüm grupların a* değerlerinde bir azalış tespit edilmiştir (p<0,05). Tüm ekstraktlarda konsantrasyon arttıkça b* değerlerinde artış tespit edilmiştir (p<0,05). Çözgen etkisi açısından bakıldığında nar kabuğunun metil alkol ekstraktlarını, brokoli çiçeğinin ise etil alkol ekstraktlarını içeren gruplarda daha yüksek (p<0,05) b* değerlerinin elde edildiği, pancar yaprağında ise etil ve metil alkol ekstraktları içeren gruplar arasında b* değerleri açısından önemli bir farkın olmadığı çalışma sonucunda belirlenmiştir. Oksidasyon analizleri (LPO, TBARS ve p-anisidin) tüm depolama günlerinde en yüksek oksidasyon seviyesinin kontrol grubunda olduğunu göstermiştir (p<0,05). En düşük oksidasyon seviyeleri nar kabuğu ekstraktı içeren örneklerde belirlenmiştir (p<0,05). Tüm ekstraktlarda konsantrasyon arttıkça oksidasyon seviyeleri azalmıştır (p<0,05). Ayrıca genel olarak tüm ekstraktlarda depolama süresince oksidasyon seviyeleri artış göstermiştir (p<0,05). 
Sonuç olarak, pişirilmiş kıyma örneklerinde ekstraktların formülasyona katılan bütün kullanım konsantrasyonlarında kontrol grubuna oranla daha düşük (p<0,05) oksidasyon seviyelerinin elde edilmesini sağladığı tespit edilmiştir. Sentetik antioksidan olan BHT ile kıyaslandığında ise nar kabuğu ekstraktının  % 0,125, pancar yaprağı ekstraktının % 0,5 ve brokoli çiçeği ekstraktının ise % 1 oranında kullanımının BHT kullanımına oranla oksidasyonu sınırlandırmada daha etkili olduğu belirlenmiştir (p<0,05). Ayrıca fenolik bileşiklerin ekstraksiyonunda ekstraksiyon koşullarının önemli düzeyde etkili olduğu ve bu koşulların bitkisel kaynaklara göre değişkenlik gösterdiği çalışma sonucunda belirlenmiştir.

Abstract:
This study was designed to consist of three different stages. In the first stage, extracts were obtained from 13 different plant sources to determine their antioxidant activities (2,2'-diphenyl-1-picrylhydrazyl-DPPH scavenging activity and iron (III) ion reducing antioxidant power-FRAP) and total phenolic (TPC) contents. In the second stage, 3 plants (pomegranate peel, beet leaf and broccoli flower) with the highest antioxidant activity and TPC were selected and used to determine the optimum extraction conditions. At this stage, different conditions of temperature (20, 45 and 70°C), solvent concentration (40%, 70% and 100%) and time (30, 105 and 180 minutes) were selected in order to determine the optimum extraction conditions. Optimum extraction conditions were applied using two different solvent types (ethyl alcohol and methyl alcohol) for three different plant species. TPC and FRAP analyzes were used as response variables to determine the optimum extraction conditions. The optimum extraction conditions determined as a result of the second stage were used for the third stage. In the third stage, the extracts obtained according to the optimum extraction conditions were used in ground beef at various concentrations (0,125%, 0.25%, 0.5% and 1%), and the cooking loss, pH and color values and oxidative stability (lipid hydroperoxide (LPO), thiobarbutyric acid reactive substances (TBARS) and p-anisidine) of cooked ground beef were determined at +4 °C during 7 days.
As a result of the first stage of this study, it was observed that TPC contents and antioxidant activities (FRAP and DPPH) determined in pomegranate peel, beet leaf and broccoli flower were higher (p<0,05) than the other plant sources (broccoli leaf, white radish fruit, black radish peel, spinach, purple cabbage, black carrot, beet root, persimmon, celery leaf, pineapple peel). As a result of the second stage, the optimum temperature, solvent concentration and time conditions in pomegranate peel were determined as 20°C, 40% and 180 min in ethyl alcohol extraction, whereas 70°C, 76.36% and 180 min were determined in methyl alcohol extraction. In the beet leaf, the optimum conditions for both ethyl alcohol and methyl alcohol extractions were determined as 70°C, 69.09% and 180 min and 20°C, 64.24% and 180 min, respectively. In broccoli flowers, the optimum conditions for the ethyl alcohol extraction were found as 70°C, 73.33% and 180 min, whereas optimum conditions were determined as 20°C, 65.45% and 180 min in case of methyl alcohol extraction.
As a result of the third stage, it was determined that the cooking loss increased as a result of the use of 0.5% and 1% of pomegranate peel extracts or 1% of the broccoli flower extract (p<0.05), whereas there were no significant changes in cooking loss as a result of other applications. Whereas the pH values of the samples containing 0.5% and 1% of the ethyl or methyl alcohol extracts of the pomegranate peel were lower than the control group (p<0.05), no significant difference was found between the pH values of the other treatments. In general, whereas the extracts did not cause a significant change in L* values, it was observed that a* values decreased with the addition of pomegranate peel extract (p<0.05), and a* values increased as a result of the addition of beet leaf extract (p<0.05). a* values generally decreased with increasing added extract concentration (p<0.05). In addition, a decrease in the a* values of all groups was determined during the storage period (p<0.05). An increase in b* values was determined in all extracts with increasing the added concentrations (p<0.05). In terms of solvent impact, it was determined that higher b* values were obtained in methanolic extracts of pomegranate peel and ethanolic extracts of broccoli flower (p<0.05), whereas there was no significant difference in b* values between ethanolic and methanolic extracts in beet leaves. Oxidation analyzes (LPO, TBARS and p-anisidine) showed that the highest oxidation level was exist in the control group during the storage period (p<0.05). The lowest oxidation levels were determined in the samples containing pomegranate peel extract (p<0.05). In all ground meat samples, oxidation levels decreased with increasing the added extract concentrations (p<0.05). In general, oxidation levels increased in all extracts during storage (p<0.05).  
As a result, it was determined that the lower oxidation levels in cooked ground meat were provided in all usage concentrations of extracts compared to the control group (p<0.05). In comparison to the BHT, it was determined that the use of 0.125% of pomegranate peel extract, 0.5% of beet leaf extract and 1% of broccoli flower extract were more effective in limiting lipid oxidation than the use of BHT (p<0.05). In addition, it was determined that the extraction conditions were significantly effective in the extraction of phenolic compounds and these conditions varied according to plant sources.