Su kefiri taneleri ile fermente edilmiş vişne, nar ve üzüm suyunun antioksidan miktarı ve in vitro biyoerişilebilirliğinde meydana gelen değişimler
Changes in antioxidant quantity and bioavailability of sour cherry, black grape and pomegranate juices fermented with water kefir grain
Yazar: HANDE YÜCE
Danışman: DOÇ. DR. ESRA ÇAPANOĞLU GÜVEN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Fermentasyon = Fermentation ; Fermente gıdalar = Fermented foods ; Kefir = Kefir ; Probiyotikler = Probiotics

Özet:
Fermentasyon çok eski yıllardır gıdaların hem muhafazasında hem de yeni ürün üretiminde kullanılan en kolay ve ekonomik yöntemlerden bir tanesidir. Laktik asit fermentasyonu ile elde edilen süt ürünleri fermente gıdalar arasında önemli bir yer tutmaktadır. Süt kefiri kefir tanelerinin fermentasyonu ile elde edilen en önemli probiotik içeceklerden bir tanesidir ve her geçen gün yapılan yeni araştırmalar ile sağlık üzerine gösterdiği olumlu etkiler tespit edilmektedir. Sütün kefir taneleri ile fermentasyonu sonucu antioksidan ve fenolik bileşiklerinde de önemli artışlar sağlanmıştır. Su kefiri ise süt kefiri ile benzer özellikte fakat farklı mikroorganizma içeriğine sahip su kefiri taneleri ile şeker ilaveli su çözeltisinin fermentasyonu sonucu elde edilir. Su kefiri ile ilgili yapılan çalışmalar genellikle mikrobiyal içeriğini tanımlamaya yönelik olup antioksidan ve fenolik bileşikleri ve diğer sağlık etkilerine yönelik literatürde sınırlı sayıda çalışma mevcuttur. Meyve suyunun su kefiri ile fermentasyonu ve in vitro biyoerişilebilirliği ise ilk kez bu çalışma ile ortaya koyulacaktır. Bu çalışmada hem su kefiri, hem nar, vişne ve üzüm sularının su kefiri taneleri ile fermente edilmesi ile elde edilen ürünlerde toplam antioksidan kapasitesi, toplam flavonoid, toplam fenolik madde miktarı ve bu bileşiklerin in vitro biyoerişilebilirlikleri incelenecektir. 
Su kefiri %6 (g/ml) ve %12 (g/ml), meyve suları ise şekersiz ve %6 (g/ml) şeker ilaveli olmak üzere iki farklı konsantrasyon ile hazırlanmış olup toplamda 72 saat fermentasyona bırakılmış ve her 24 saatte bir örnek alınmıştır. Böylece şeker konsantrasyonunun, fermentasyon süresinin ve meyve suyu çeşidinin son ürünün antioksidan kapasitesine, toplam fenolik ve flavonoid bileşiklerine ve in vitro biyoerişilebilirliğine etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır.
Toplam antioksidan kapasitesi, toplam fenolik ve toplam flavonoid bileşikler spektrofotometrik yöntemler ile, in vitro biyoerişilebilirlik ağız, mide, bağırsak simülasyon yöntemi ile tayin edilmiştir. Ayrıca fermentasyon ile harcanan şeker miktarını belirlemek için 72'nci saatte alınan örneklere Layn Eynon toplam şeker tayini yapılmıştır.
DPPH ile yapılan antioksidan kapasitesi tayininde %6 (g/ml) ve %12 (g/ml) olmak üzere iki farklı şeker konsantrasyonu ile hazırlanan su kefirlerinde 0-24-48-72'nci saatlerde elde edilen değerler 2,8±0,9, 8,5±1,9, 12,1±1,0, 13,8±1,0, 3,8±0,5, 11,0±1,0, 11,6±0,8, 14,7±2,8 mg TE/100 ml şeklindedir. Vişne kefirinde fermentasyon süresince şeker ilavesiz örnekte 24'üncü, şeker ilaveli örnekte 48'inci saatte maksimum antioksidan kapasitesi elde edilmiş ve bu değerler vişne suyu ile karşılaştırıldığında şeker ilavesiz örnekte %4 şeker ilaveli örnekte %8 antioksidan kapasitesi kaybı vardır. Nar suyuna şeker ilavesi antioksidan kapasitesini arttırıcı yönde etki etmiştir. Fermentasyonla şeker ilavesiz üründe 24'üncü, şeker ilaveli örnekte 48'inci saatte maksimum değer elde dilmiş ve bu değerler nar suyu ile karşılaştırıldığında şeker ilavesiz örnekte %1, şeker ilaveli örnekte ise maksimum 48'inci saatte %6 artış görülmüştür. Şeker ilavesiz ve %6 (g/ml) şeker ilaveli olmak üzere iki farklı konsantrasyon ile hazırlanan üzüm kefirleri ile üzüm suyu karşılaştırıldığında her iki örnekte de 24'üncü saatte antioksidan kapasitesinde artış sağlanmış ve maksimum değer elde edilmiştir. Üzüm kefirinde ise üzüm suyuna göre şeker ilavesiz kefirde %13, şeker ilaveli kefirde ise %10 antioksidan kapasitesi artışı tespit edilmiştir.
CUPRAC metodu  kullanılarak yapılan antioksidan kapasitesi tayininde %6 (g/ml) ve %12 (g/ml) şeker konsantrasyonu ile hazırlanan su kefirleri karşılaştırıldığında her iki örnekte de 72'nci saate kadar antioksidan kapasitesinde artış görülmüştür ve değerler sırasıyla 12,1±8,2, 30,8±3,4, 46,9±16,4, 49,2±14,0, 6,9±0,9, 27,3±5,2 41,0±4,5, 60,1±8,6 mgTE/100 ml şeklindedir. Şeker ilavesiz ve %6 (g/ml) şeker konsantrasyonu ile hazırlanan meyve suları karşılaştırıldığında vişne kefirleri için şeker ilavesiz örnekte 24'üncü, şeker ilaveli örnekte 48'inci saatte maksimum değer elde edilmiştir. Şeker ilaveli örneğin maksimum değeri ile vişne suyu karşılaştırıldığında ise %13, şeker ilavesiz örneğinki ile karşılaştırıldığında ise %10 antioksidan kapasitesi kaybı olmuştur. Nar kefirleri için her iki örnekte antioksidan kapasitesi kaybı olmuştur. Üzüm kefirleri için her iki örnekte de 24'üncü saatte maksimum antioksidan kapasitesine ulaşılmış ve şeker ilavesi bu artışa olumlu etkide bulunmuştur. Maksimum değerler ile üzüm suyu karşılaştırıldığında şeker ilavesiz örnekte %9 şeker ilaveli örnekte %5 artış sağlanmıştır.
Toplam fenolik madde tayininde %6 (g/ml) ve %12 (g/ml) şeker konsantrasyonu ile hazırlanan su kefirleri karşıklaştırıldığında, %6 (g/ml) şeker ilaveli örnekte 48'inci saatte, %12 (g/ml) şeker ilaveli örnekte 72'nci saatte maksimum toplam flavonoid madde değeri görülmüştür. Şeker ilavesiz ve %6 (g/ml) şeker konsantrasyonu ile hazırlanan meyve suları karşılaştırıldığında vişne kefirleri için her iki örnekte de 24'üncü saatten sonra toplam fenolik madde miktarında azalma olmuştur. Şeker ilavesiz ve şeker ilaveli örneklerin maksimum değeri ile vişne suyu karşılaştırıldığında her iki örnekte de %7 fenolik madde kaybı olmuştur. Nar kefirleri nar suyu ile karşılaştırıldığında şeker ilavesiz örnekte antioksidan kapasitesi kaybı olurken şeker ilaveli örnekte 48'inci saatte nar suyuna göre % 4 artış vardır. Üzüm kefirleri için her iki örnekte de 24'üncü saatte maksimum antioksidan kapasitesine ulaşılmış ve üzüm suyu ile karşılaştırıldığında antioksidan kapasitesi artışı sağlanmıştır. Şeker ilavesi bu artışa olumlu etkide bulunmuştur. Maksimum değerler ile üzüm suyu karşılaştırıldığında şeker ilavesiz örnekte %9 şeker ilaveli örnekte %5 artış sağlanmıştır.
Toplam flavonoid madde tayininde %6 (g/ml) ve %12 (g/ml) şeker konsantrasyonu ile hazırlanan su kefirleri karşılaştırıldığında, şeker ilavesiz örnekte 24'üncü saatte maksimum değere ulaşılırken şeker ilaveli örnekte 48'inci saatte ulaşılmıştır. İki örneğin 0-24-48 ve 72'nci saatlerdeki flavonoid madde içerikleri sırasıyla 7,3±2,4,  9,5±1,5, 12,8±0,7, 10,7±3,3, 7,3±1,6, 8,650±2,3, 10,5±4,5, 8,5±3,3 mgKE/100 ml sample şeklindedir. Şeker ilavesiz ve %6 (g/ml) şeker konsantrasyonu ile hazırlanan meyve suları karşılaştırıldığında vişne kefirleri için her iki örneğin flavonoid madde miktarında 72'nci saate kadar azalma vardır. Şeker ilaveli örneğin maksimum değeri ile vişne suyu karşılaştırıldığında %15, şeker ilavesiz örneğinki ile karşılaştırıldığında %13 flavonoid madde kaybı olmuştur. Nar kefirleri için şeker ilavesiz örnekte 24'üncü, şeker ilaveli örnekte 72'nci saatte maksimum değere ulaşılmıştır. Nar suyu ile karşılaştırıldığında şeker ilavesiz örnekte %2 flavonoid madde kaybı olurken şeker ilaveli örnekte %2 kayıp vardır. Üzüm kefirleri için şeker ilavesiz örnekte 72'nci saate kadar flavonoid madde kaybı olurken şeker ilaveli örnekte 48'inci saatte maksimum değere ulaşılmıştır. İki örneğin maksimum değerleri ile üzüm suyu karşılaştırıldığında sırasıyla %18 ve %9 kayıp vardır.
Su, vişne, üzüm ve nar kefirlerinin in vitro sindirimi sonunda antioksidan madde miktarlarında önemli kayıplar meydana gelmiştir. Su kefirinde 24 saat fermente edilen %12 (g/ml) şeker ilaveli örneğinde, mide ve bağırsak fazlarında maksimum geri kazanım elde edilmiştir ve bu oranlar sırasıyla CUPRAC ile %11, %16, %18 bulunmuştur. Vişne kefirinde en yüksek geri kazanım oranı 72 saat fermente edilen şeker ilavesiz örneğinde elde edilmiştir, DPPH ve CUPRAC metotları ile sırasıyla %5, %12, %19 ve %14, %18, %25 bulunmuştur. Nar kefirinde en yüksek geri kazanım değerinin elde edildiği 24 saat fermente edilen şeker ilavesiz nar kefiri örneğinin DPPH ve CUPRAC ile sindirim fazlarında elde edilen geri kazanım oranları sırasıyla %4, %7, %10 ve %6, %10, %12 dir. Üzüm kefirinde ise sindirim öncesi en yüksek değerin elde edildiği 24 saat fermente edilen şeker ilavesiz örnekte geri kazanım oranları yine DPPH metodu ile %5, %9, %10 ve CUPRAC metodu ile %3, %5, %8  bulunmuştur.
Su kefirinin sindirim öncesi en yüksek toplam fenolik madde içeriğine sahip 72 saat fermente edilen %12 (g/ml) şeker ilaveli örneği ağız, mide ve bağırsak fazlarından alınan örneklerde de en yüksek toplam fenolik madde içeriğine sahiptir. Vişne kefirlerinin sindirim sonrasında en yüksek geri kazanımı 48 saat fermente edilen şeker ilavesiz ve %6 (g/ml) şeker ilaveli örneklerinde bulunmuştur ve sırasıyla %10, %14, %16 ve %11, %15, %22 şeklinde bulunmuştur. Nar kefirlerinde ise 72 saat fermente edilen %6 (g/ml) şeker ilaveli örneğinde en yüksek geri kazanım oranı bulunmuştur ve sırasıyla %9, %16 ve %18 dir. Üzüm kefirlerinde en yüksek değerin elde edildiği 24 saat fermente edilen örneklerde geri kazanım oranları ağız, mide ve bağırsak fazları için sırasıyla %11, %19, %12 ve %12, %18, %18 dir.
Su kefirinin toplam flavanoid madde miktarında in vitro sindirim sonucu en yüksek geri kazanım oranı 72 saat fermente edilen %12 (g/ml) şeker ilaveli örnekte ağız, mide ve bağırsak fazları için sırasıyla %46, %27, %26 bulunmuştur. Vişne kefirlerinde maksimum değerlerin sağlandığı 72 saat fermente edilen şeker ilavesiz ve şeker ilaveli örnekler için geri kazanımlar %41, %33, %53 ve %48, %18, %34 bulunmuştur. Nar kefirlerinde maksimum 72 saat fermente edilen şeker ilavesiz ve şeker ilaveli  örneklerden elde edilen geri kazanım oranları ağız, mide ve bağırsak fazları için sırasıyla %28, %23, %24 ve %20, %41, %34 bulunmuştur. Aynı şekilde üzüm kefirilerinde de 72 saat fermente edilen şeker ilavesiz ve şeker ilaveli örneklerde maksimum geri kazanım oranları sağlanmıştır ve ağız, mide bağırsak fazları için sırasıyla %48, %34, %30 ve %37, %6, %2 bulunmuştur.

Abstract:
Fermentation is one of the most economic and easy bioprocess widely used for
thousands of years in food protection and production of novel functional food
products. Dairy products fermented with lactic acid bacterias take the most important
place among the fermented foods. Milk kefir is the primary probiotic beverage which
is fermented with milk kefir grains or culture. For every passing day new researches
and developments coming up interested with positive health effects of kefir and
considerable increase in total antioxidant capacity and total phenolic content of milk
products after fermentation with kefir grains is demonstrated by several reports. On
the other hand, water kefir grains are different kefir cultures that‟s similar with
respect to visual characteristics but with different microorganism content. On the
other hand, water kefir is produced by water kefir grains fermented in sugar solution.
Researches related with water kefir are focused on the microbiological properties of
the grain and there is lack of information on its health effects, antioxidant capacity
and phenolic profile. Besides there is no study investigating in vitro bioaccesibility of
water kefir or fruit juices fermented with water kefir grains.
In this study changes in quantity and in vitro bioaccesibility of antioxidants in sour
cherry, pomegranate and black grape juices fermented with water kefir grains are
investigated.
Water kefir was prepared with two sugar concentration as 6% (w/v) and 12% (w/v).
Fruit juices were prepared with added sugar as 6% (w/v) and without adding sugar.
Fermantation took 72 hours in total and sampled in every 24 hours. By the way, it
was aimed to investigate the effect of sugar concentration, fermentation time, and
fruit type on total antioxidant capacity, total phenolic and flavonoid content of the
samples and in vitro bioaccessibilities.
Total antioxidant capacities, total phenolic and flavonoid contents of the samples
were determined by spechtrophotometric methods and in vitro bioaccessibility was
analyzed by simulated gastrointestinal digestion sistem for oral, gastric and intestinal
phases. Also, Layne Eynon method was applied to fruit juices and after 72 hours
samples for investigating the amount of consumed sugar during fermentation.
As the results of the DPPH assay, values of 6% (w/v) and 12% (w/v) sugar
concentration and 0-24-48-72 hours samples of water kefirs are 2.8±0.9, 8.5±1.9,
12.1±1.0, 13.8±1.0, 3.8±0.5, 11.0±1.0, 11.6±0.8, 14.7±2.8 mg TE/100 ml,
respectively. Maximum values are obtained on the first day of sugar free sample and
on the second day of %6 (w/v) sugary sample of sour cherry kefir. As compared this
values with sour cherry juice there is 4% decrease in antioxidant capacity of sugar
free sample and 8% decrease of sugary sample. Sugar addition has decreasing effect
on the antioxidant capacity of pomegranate kefir. During the fermentation of day
xx
maximum level of antioxidant capacity is obtained on the first day from sugar free
sample and on the second day from sugary sample. When these values are compared
with pomegranate juice there are 1% and 6% increases for sugar free and sugary
samples, respectively. For grape juices for either sugar free and sugary samples the
maximum levels of total antioxidant capacity is obtained on first day. When
comparing these values with grape juice there are 13% an 10% increases for sugar
free and sugary samples, respectively.
As the results of the CUPRAC assay antioxidant capacity of water kefir prepared
with 6% (w/v) and 12% (w/v) sugar concentration, values of 0-24-48-72 hours
samples are obtained as 12.0±8.2, 30.8±3.4, 46.9±16.4, 49.1±14.0, and 6.9±0.9,
27.3±5.2 401.0±4.5, 60.1±8.6 mg TE/ 100 ml, respectively. When comparing the
sugar free and 6% (w/v) sugary samples of fruit kefir; There are decreases in both
sugar free and sugary samples of sour cherry kefir. The decrease in antioxidant
capacity was 13% when the data for sour cherry juice and maximum value obtained
for the samples with sugar was compared and it was found to be 10% when the
comparison was done for the samples without sugar addition. There is loss of
antioxidant capacity of sugar free and sugary of pomegranate kefirs. For both sugar
free and sugary sample of grape kefir maximum antioxidant capacity is obtained on
first day and it is improved by sugar adding. When comparing the maximum levels
with grape juice for sugar free samples 9%, and for sugary sample 5% increases are
obtained.
Total phenolic content of water kefir samples is increased by fermentation time and
amount of added sugar. Increase in total phenolic content for 6% (w/v) sugar and
12% (w/v) sugar samples are obtained as 110%, 170%, 7% and 65%, 248%, 29%.
When comparing the fruit juice kefirs maximum levels with fruit juices, for both
sugar free and sugary sour cherry kefir samples there is 7% of decrease in total
phenolic content. For pomegarante kefir samples there is increase in both sugar free
and sugary kefir. When comparing the maximum levels with pomegranate juice, total
phenolic content of sugar free samples 16% and sugary samples 12% increased. For
both sugar free and sugary grape kefir samples there is decrease in total phenolic
content. When comparing with maximum levels, with sugar free sample 6% and with
sugary sample 5% decreases are obtained.
Total flavonoid content values of 6% (w/v) and 12% (w/v) sugar concentration of
water kefirs, 0-24-48-72 hours samples, are obtained as respectively 7.3±2.4 9.5±1.5,
12.8±0.7, 10.7±3.3, 7.3±1.6, 8.7±2.3, 10.5±4.5, 8.5±3.3 mg KE/ 100 ml. When
comparing the fruit juice kefirs maximum levels with fruit juices; for both sugar free
and sugary sour cherry kefir samples there is of decrease in total flavonoid content
up to third day. When comparing the maximum levels of sugar free and sugary sour
cherry samples there is decrease in total flavonoid content as repectively 15% and
13%. When comparing the pomegranate samples with pomagranete juice there is 2%
decrease in total flavonoid content for both sugar free and with sugar samples. When
comparing the grape kefir sample with grape juice total flavonoid content is reached
to maximum level on the second day for the sample with sugar and it is decreased up
to third day for sugar free samples. Loss of the total flavonoids are obtained as 18%
for sugar free sample and %9 for samples with sugar. On the contrary to water kefir
by the fermentation of all sour cherry, pomegranate and grape juice, there is
considerable amount of decrease in total flavonoid conte
xxi
After the in vitro digestion of water, sour cherry, pomegranate and grape kefirs
significant amount of loss is obtained in antioxidant capacities. Maximum recovery
is provided in %12 (mg/ml) sugary sample of water kefir by CUPRAC assay as 11%,
16%, 18% respectively. By both DPPH and CUPRAC assays three days fermented
sugar free sour cherry kefir sample showed the maximum level of antioxidant
capacity as 5%, 12%, 19% and 14%, 18%, 25%, repectively. For the pomegranate
kefir one day fermented sugar free sample has the maximum recovery of antioxidants
by both DPPH and CUPRAC assays as 4%, 7%, 10% and 6%, 10%, 12%,
respectively. Grape kefir showed minimum recovery of antioxidant, by the DPPH
method it is obtained as 5%, 9%, 10%, respectively.
Kefir with 12% (mg/ml) sugar concentration has the maximum phenolic content after
the oral, gastric and intestinal digestion. Maximum recovery from sour cherry kefir is
obtained with two days fermented sugar free and with sugar samples as 10%, 14%,
16% and 11%, 15%, 22%, respectively. Three days fermented sugary sample of
pomegranete kefir also show the good recovery after the digestion as 9%, 16% ve
18% and one day fermented grape samples‟ recovery as 11%, 19%, 12% and 12%,
18%, 18%.
After oral, gastric and intestinal digestion maximum total flavonoid content of water
kefir is obtained with three days fermented samples with sugar as 46%, 27%, 26%,
respectively. Maximum recovery of flavonoid from sour cherry kefir is obtained with
three days fermented sugar free and sugary samples as 41%, 33%, 53% and %11,
%15, %22 respectively. Three days fermented sample (with sugar) of pomegranate
kefir also showed good recovery after the digestion with the values as 20%, 41%,
and 39%. Maximum recovery is obtained with three day fermented sugar free and
grape samples with sugar as 48 %, 34%, 30% and 37%, 6%, 2%, respectively.