Aronya (Aronia melanocarpa) meyvesinden değerli biyoaktif bileşenlerin ekstraksiyonu ve ağızda eriyen ince şerit üretiminde kullanılması
Extraction of valuable bioactive compounds from black chokeberry (Aronia melanocarpa) fruit and using in production of oral dissolving strips
Yazar: CEREN EVRİM MATARACI
Danışman: DOÇ. DR. SEHER KUMCUOĞLU
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Aronya meyvesi polifenolik bileşikler açısından zengin, antioksidan aktivitesi yüksek bir meyvedir.  Antioksidan, anti-kanser, anti-diyabetik, anti-mutasyon ve anti-vasküler hastalık gibi çeşitli fizyolojik etkilere sahip olan bu meyve, hipertansiyon, obezite, diyabet gibi çeşitli hastalıkların risk faktörlerini azaltma potansiyeli taşımaktadır. Süper gıda olarak tanımlanan bu meyve yüksek antioksidan aktiviteye sahip polifenollerin bolluğu nedeniyle tüketiciler tarafından yaygın olarak tercih edilmektedir.  Ekstraksiyon, aronya meyvesinin içeriğindeki bileşiklerden hangilerinin biyolojik fonksiyonlara sahip olduğunun belirlenmesinde, ilaç, gıda endüstrisi ve kalite kontrol açısından çok önemli bir adımdır ve ultrason destekli ekstraksiyon işleminde geleneksel ekstraksiyona kıyasla içerik açısından daha zengin ve verimli ekstraktlar elde edilmektedir. Bu tez çalışmasında biyoaktif bileşikler açısından zengin ve yüksek antioksidan aktiviteye sahip aronya meyvesinden biyoaktif bileşenlerin ekstraksiyonu gerçekleştirilmiştir. 

Çalışmanın ilk aşamasında optimum ekstraksiyon koşullarının belirlenmesi amacıyla Yüzey Merkezli Tümleşik Deneme Deseni metoduyla üç seviyeli ve iki faktörlü (alfa=1) olarak oluşturulan deneme planına göre ekstraksiyon denemeleri gerçekleştirilmiştir. Üç farklı katı/çözgen oranı (1:20, 1:30 ve 1:40 g/mL) ve üç farklı ekstraksiyon süresi (15, 30 ve 45 dk) kullanılarak, aronya meyvesinden ultrason destekli ekstraksiyon işlemi ile biyoaktif bileşenlerce zengin eksktraktlar elde edilmiş ve bu ekstraktların eksraksiyon verimi, toplam fenolik madde içeriği ve antioksidan aktivitesi belirlenmiştir. Design Expert paket programı ile ekstraksiyon verimi, toplam fenolik madde ve antioksidan aktivitenin maksimum olması hedeflenerek katı/çözgen oranı ve sürenin optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Optimum ekstraksiyon koşulları 1:30 katı/çözgen oranı ve 17,3 dakika ekstraksiyon süresi olarak belirlenmiştir ve bu koşullarda ekstraksiyon işlemleri yapılarak doğrulama analizleri gerçekleştirilmiştir. 

Çalışmanın ikinci aşamasında ise optimum ekstraksiyon koşullarında elde edilen ekstraktlar farklı oranlarda ağızda eriyen ince şerit üretiminde kullanılmıştır. Şerit üretiminde aktif bileşen olarak aronya ekstraktı, polimer olarak gliserol ve pullulan, sıvı çözelti olarak limon suyu kullanılmıştır. Aronya ekstraktı, pullulan ve gliserol oranları değiştirilerek 12 farklı şerit formülasyonu oluşturulmuş ve bu formülasyonlar ile şeritler üretilmiştir. Üretilen şeritler arasında şerit formu oluşturan formülasyonlarla (F2, F4, F6, F8, F10 ve F12) elde edilen şeritlerde son ürün analizleri yapılmıştır. Ağızda eriyen şeritlerin kimyasal (yüzey pH'ı, in vitro parçalanma süresi, toplam fenolik madde miktarı, antioksidan aktivite, toplam antosiyanin miktarı analizleri), mekanik (şerit ağırlığı ve kalınlığı, gerilme mukavemeti, kopma anındaki maksimum uzama yüzdesi) ve morfolojik özellikleri belirlenmiştir. Şerit formülasyonunda kullanılan aktif madde (aronya ekstraktı) miktarı arttıkça şeritlerin toplam fenolik miktarının, antioksidan aktivitesinin ve antosiyanin miktarının arttığı belirlenmiştir. Ayrıca, şeritlerin 6,53-6,78 yüzey pH'sına, 0,522-0,821 mm kalınlığa ve 10,25-25,55 s parçalanma süresine sahip olduğu bulunmuştur. Şeritlerin mekanik özellikleri ise 4,07 ve 10,89 MPa arasında gerilme kuvveti ve %32,08 ve %50,53 arasında kopma uzaması olarak tespit edilmiştir. Şerit formülasyonlarındaki aronya ekstraktı miktarı arttıkça renklerin kırmızılık-mavilikleri artmaktadır.

Abstract:
Aronia fruit is rich in polyphenolic compounds and has high antioxidant activity.  This fruit, which has various physiological effects such as antioxidant, anti-cancer, anti-diabetic, anti- mutation and anti-vascular disease, has the potential to reduce the risk factors of various diseases such as hypertension, obesity and diabetes. Described as a superfood, this fruit is widely preferred by consumers due to the abundance of polyphenols with high antioxidant activity.  Extraction is a very important step in determining which of the compounds in aronia fruit have biological functions in terms of pharmaceuticals, food industry and quality control, and ultrasound-assisted extraction process yields extracts that are richer and more efficient in terms of content compared to conventional extraction. In this thesis, extraction of bioactive components from aronia fruit, which is rich in bioactive compounds and has high antioxidant activity, was carried out. 

In the first stage of the study, in order to determine the optimum extraction conditions, extraction experiments were carried out according to a three-level and two-factor (alpha=1) experimental plan with the Surface Centered Integrated Trial Design method. Using three different solid/solvent ratios (1:20, 1:30 and 1:40 g/mL) and three different extraction times (15, 30 and 45 min), extracts rich in bioactive components were obtained from aronia fruit by ultrasound-assisted extraction process and the extraction yield, total phenolic content and antioxidant activity of these extracts were determined. Optimization of solid/solvent ratio and time was performed with the Design Expert package program, aiming to maximize extraction yield, total phenolic matter and antioxidant activity. The optimum extraction conditions were determined as 1:30 solid/solvent ratio and 17.3 minutes extraction time and extraction processes were performed under these conditions and verification analyses were performed. 

In the second stage of the study, the extracts obtained under optimum extraction conditions were used in the production of melt-in-the-mouth thin strips at different ratios. Aronia extract was used as the active ingredient, glycerol and pullulan were used as polymers and lemon juice was used as liquid solution. By changing the ratios of aronia extract, pullulan and glycerol, 12 different strip formulations were created and strips were produced with these formulations. Final product analyses were performed on the strips obtained with the formulations (F2, F4, F6, F8, F10 and F12) that formed a strip form among the strips produced. Chemical (surface pH, in vitro degradation time, total phenolic content, antioxidant activity, total anthocyanin content analyses), mechanical (strip weight and thickness, tensile strength, percentage of maximum elongation at break) and morphological properties of the strips were determined. It was determined that the total phenolic content, antioxidant activity and anthocyanin content of the strips increased as the amount of active ingredient (aronia extract) used in the strip formulation increased. In addition, the strips were found to have surface pH of 6.53-6.78, thickness of 0.522-0.821 mm and disintegration time of 10.25-25.55 s. The mechanical properties of the strips were determined as tensile strength between 4.07 and 10.89 MPa and elongation at break between 32.08% and 50.53%. As the amount of aronia extract in the strip formulations increases, the redness-blueness of the colors increases.