Karadut antosiyaninlerinin ısıl ve depolama stabilitesi
Thermal and storage stabilities of anthocyanins from black mulberry
Yazar: BUKET ERBAY
Danışman: PROF. DR. ERDOĞAN KÜÇÜKÖNER ; PROF. DR. MEHMET ÖZKAN
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Bu çalışmada; öncelikle durultma ve pastörizasyon işlemlerinin, karadut suyunun antosiyanin ve fenolik madde içeriğinde neden olduğu değişimler ve bu değişimlerin antioksidan aktivite ile ilişkisi incelenmiştir. Ayrıca, durultulmuş karadut sularındaki antosiyaninlerin ve fenolik maddelerin 70-90 °C sıcaklıklardaki ısıl stabilitesinde meydana gelen değişimler ortaya konmuştur. Ayrıca, durultulmuş karadut suları konsantreye işlenmiş ve karadut suyu konsantrelerinin; yine antosiyanin ve fenolik madde içeriğindeki değişim ile bu değişimin antioksidan aktivite ile ilişkisi -20 °C, 4 °C, 10 ve 20 °C'lerde depolama süresince gözlenmiştir. Böylece, ısıtma ve depolama süresi boyunca, karadut suyu ve konsantresi antosiyaninlerinin parçalanmasına ilişkin kinetik veriler de belirlenmiştir. Çalışmanın son aşamasında ise, karadut suyu ve konsantresi örneklerinin farklı mikroorganizmalara karşı antimikrobiyel aktivite özelliklerindeki değişimler de saptanmıştır.Karadut sularının durultulmasında, önce depektinizasyon daha sonra da berraklaştırma işlemi uygulanmıştır. Berraklaştırmada, durultma yardımcı maddeleri olarak adlandırılan bentonit, jelatin ve kizelsol kullanılmıştır. Tüm berraklaştırma aşamalarında, örneklerin monomerik antosiyanin, polifenol ve antioksidan aktivite içeriğinde önemli bir azalma meydana gelmiştir. Bentonit uygulaması sonucunda; fenolik madde ve antioksidan aktivite değerlerinde önemli değişim meydana gelmez iken; antosiyanin içeriğinde %8 düzeyinde azalma saptanmıştır. Ayrıca, jelatin ve kizelsol uygulamasından sonra antosiyaninlerde %3, fenolik maddelerde %5 ve antioksidan aktivite değerinde ise %13 azalış belirlenmiştir.Karadut suyu ve konsantresinde HPLC ile üç temel antosiyanin saptanmış ve tanımlanmıştır. Karadut suyunda başat antosiyaninin cy-3-glu (%51), cy-3-rut (%44) ve pg-3-glu (%5) olduğu belirlenmiştir. Örneklerde, major organik asitler de sitrik asit ve malik asittir.Karadut suyu konsantrelerinin (66 oBx) depolama süresince; polimerik renk oranı sıfırıncı derece kinetik modele uygun değişim gösterirken, karadut antosiyaninlerindeki parçalanma birinci derece kinetik modele uygun olarak gerçekleşmiştir. Beklendiği gibi, yüksek sıcaklıklarda antosiyaninler daha hızlı parçalanmış ve polimerik renk oluşum hızı da artmıştır. Karadut suyu konsantrelerinde antosiyaninlerin parçalanmasına ilişkin yarılanma süreleri -20 °C, 4 °C, 10 °C ve 20 °C sıcaklıklarda sırasıyla 100.3, 14.3, 7.2 ve 1.7 ay olarak saptanmıştır. Benzer şekilde, polimerik renk oranlarına ilişkin sıfırıncı dereceden reaksiyon hız sabitleri -20 °C, 4 °C, 10 °C ve 20 °C sıcaklıklarda sırasıyla 0.0091, 0.0512, 0.0900 ve 0.2738% gün?1 olarak saptanmıştır. Depolama sürecince, karadut suyu konsantrelerinin polifenol içeriğinde önemli değişim görülmemiş, ancak antioksidan aktivite değerlerinin %8-19 oranında azaldığı saptanmıştır.Elde edilen sonuçlar, karadut suyunun fenolik madde miktarındaki en önemli azalmanın jelatin-kizelsol uygulaması ardından meydana geldiğini göstermiştir. Ayrıca bu çalışmada, depolama boyunca karadut suyu konsantrelerinin fenolik madde içeriğinde önemli bir değişim olmadığı belirlenmiştir. 20 °C'de depolanan konsantre örneklerinin renklerinin çok hızlı bir şekilde bozunduğu da gözlenmiştir. Konsantre örneklerinin 20 °C 'de 112 gün depolanması sürecinde, monomerik antosiyanin miktarında %85 azalma saptanmıştır. Karadut suyu konsantrelerinde, antosiyaninlerin parçalanmasına ilişkin aktivasyon enerjisi 4 °C ? 20 °C sıcaklık aralığında 70 kJ mol?1 bulunmuştur. Depolama boyunca; fenolik maddelerin parçalanmasında sıcaklığın önemli bir etkisinin olmaması nedeniyle, fenolik maddelerin parçalanması için aktivasyon enerjisi hesaplanmamıştır.Antifungal aktivite ölçümleri sonucunda, tüm örneklerin çalışılmış olan Candida türleri ve Saccharomyces cerevisiae mikroorganizmalarına karşı herhangi bir antifungal aktivite göstermediği belirlenmiştir. Antibakteriyel aktivite ölçümleri sonucunda ise, yalnızca karadut ham suyunun Escherichia coli 'e karşı antibakteriyel etkisi saptanırken, Staphylococcus aureus için ise hemen tüm örneklerin antibakteryel aktivite göstermiş olduğu ancak proses aşamalarında önemli bir fark görülmediği belirlenmiştir.Elde edilen veriler, karadut suyu antosiyaninlerinin diğer antosiyanin kaynaklarına göre daha stabil olduğunu ve fenolik maddelerin depolama sıcaklığından önemli düzeyde etkilenmediğini açıkça ortaya koymaktadır. Buna rağmen, antosiyanin parçalanmasını en aza indirmek için; karadut suyu konsantrelerinin düşük sıcaklıklarda depolanması gerekmektedir.

Abstract:
This study was conducted to determine the changes in anthocyanins and other polyphenols of black mulberry juice during clarification and pasteurization and their relation with antioxidant activity. Morover, thermal stabilities of anthocyanins and polyphenols in clarified black mulberry juice and concentrate were studied at 70?90 °C. Furthermore, the black mulberry juice concentrate obtained from clarified juice were stored at ?20, 4, 10 and 20 °C and the changes in anthocyanins and other polyphenols, and the relation with antioxidant activity of black mulberry juice concentrates was monitored during storage. The kinetic parameters for the degradation of anthocyanins in black mulberry juice and concentrate during heating and storage were also determined. Finally, the antimicrobial activities of black mulberry juice against various fungi and bacteria were determined.Clarification of black mulberry juice included depectinization and then fining steps. During fining, fining agents including bentonite, gelatin and kieselsol were used. Overall, during fining, monomeric anthocyanin and polyphenol contents as well as antioxidant activity decreased significantly. While bentonite treatment resulted in 8% decrease in monomeric anthocyanin content of black mulberry juice, nonsignificant decrease in polyphenol content and antioxidant activity was observed. After gelatine and kieselsol treatment; anthocyanin content, polyphenol content and antioxidant activity decreased 3, 5 and 13%, respectively.Anthocyanin and organic acid profiles of black mulberry juice were idendified by HPLC. Major anthocyanins were cy-3-glu (51%), cy-3-rut (44%) and pg-3-glu (5%). Citric acid and malic acid were the major organic acids. Anthocyanin degradation was fitted to a first-order reaction model while polymeric color ratio was fitted to zero-order reaction model during the storage of black mulberry juice concentrates (66 °Bx). As expected, the degradation of anthocyanins and formation of brown color formation occurred at a much faster rate with increasing storage temperature. Half-life period for anthocyanin degradation in black mulberry juice concentrates was 100.3, 14.3, 7.2 and 1.7 months at ?20, 4, 10 and 20 °C, respectively. The zero-order reaction rate constants for polymeric color ratio were 0.0091, 0.0512, 0.0900 and 0.2738 % days?1 at ?20, 4, 10 and 20 °C, respectively. There were no significant differences found in the polyphenol content of black mulberry juice concentrates during storage, however; antioxidant activity decreased by 8 to 19%.Results of this study showed that gelatin-kieselsol treatment resulted in the most important decrease in polyphenol contents of black mulberry juice during clarification. Also, there were no important changes in polyphenol contents of black mulberry juice concentrates during storage, but very fast color deterioration occurred in concentrate samples stored at 20 °C. Over 85% loss in monomeric anthocyanin content was observed in concentrates after 112 days of storage at 20 °C. Tempereture dependence of anthocyanins was determined by calculating activations energy (Ea) and Q10 values. Ea value for the degradation of anthocyanins in black mulberry juice concentrates was 70 kJ mol?1 at 4 °C to 20 °C, respectively. Since polyphenol contents of black mulberry juice concentrates during storage at 4 to 20 °C did not change significantly, Ea for the degradation of polyphenols in black mulberry juice concentrates was not be calculated.Blackmulberry juice and concentrate samples did not show antifungal activity against to the yeast including Candida spp. and Saccharomyces cerevisiae. On the contrary, almost all the samples showed antibacterial activity for Staphylococcus aureus but there were nonsignificant differences during processing steps.Although anthocyanins from black mulberry juice were much more stable than those from other sources, there were still significant losses during storage of blackmulberry juice concentrates. Therfeore, black mulberry juice concentrates should be kept at low temperatures, preferably subfreezing temperetures, to minimize anthocyanin degradation as well as formation of polymeric color.