Kestane propolisinden bioaktif bileşik ekstraksiyon proseslerinin yüzey yanıt yöntemi ile optimizasyonu ve ekstraktların karakterizasyonu
Optimization of bioactive compound extraction processes from chestnut propolis by surface response methodology and characterization of extracts
Yazar: SEVDE NUR ŞENOL YAZKAN
Danışman: DOÇ. DR. MÜGE HENDEK ERTOP
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Cevap yüzey yöntemi = Response surface methodology ; Kestane = Chestnut ; Propolis = Propolis ; Özütleme = Extraction

Özet:
Propolis; arıların alt çeneleriyle çiçeklerin ve bitkilerin (çam, kestane, ökaliptus, kavak) tomurcuk, yaprak ve koruyucu reçinelerini zamk, polen gibi maddelerle karıştırıp alt çeneleriyle kazıyarak toplaması, ağızlarında nemlendirip salgıladıkları çeşitli enzimler ve balmumu ile yumuşatarak pelet şekline getirmesi ve arka ayaklarındaki polen sepetine iletilmesiyle oluşturulur. Propolis ham halinde içinde zamksı maddeler ve reçine bulunması sebebiyle direkt olarak kullanılamaz. Bu nedenle önce ekstraksiyonun etkin bir şekilde yapılması gerekir. Bu tez çalışmasında kestane propolisinin ekstraksiyonunda yöntem parametrelerinin optimizasyonu ve elde edilen ekstraktların karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Kastamonu kestane balı kovanlarından temin edilen kestane propolislerinde maserasyon, refluks ve ultrasound destekli ekstraksiyon yöntemleri uygulanmıştır. Her üç yöntem için işlem parametreleri Yüzey Yanıt Yöntemi, Merkezi Deneme Deseni kullanılarak optimize edilmiştir. Optimizasyonda antioksidan aktivite ve toplam fenolik madde miktarı yanıt (response) olarak kullanılmış ve proses parametrelerininoptimizasyonu yanıtların ise maximizasyonuistenmiştir. Optimizasyon sonucu maserasyon ekstraksiyon için etanol konsantrasyonu %78,46 ve ekstraksiyon süresi 71,05 saat olması durumunda toplam fenolik madde miktarı 977,50 mg GAE/100 ml ve antioksidan aktivite miktarı %88,61 olarak belirlenmiştir. Reflüks ekstraksiyon için optimizasyon sonucu etanol konsantrasyonu %80,64, ekstraksiyon süresi 117,44 dak ve sıcaklık 38,38°C olması durumunda 917,50 mg GAE/100 ml toplam fenolik madde ve %79,50 antioksidan aktivite olarak belirlenmiştir. Ultrasound destekli ekstraksiyon için optimizasyon sonucu etanol konsantrasyonu %82,49, ekstraksiyon süresi 59,12 dak ve sıcaklık 40,53°C olması durumunda ise 812,50 mg GAE/100 ml toplam fenolik madde miktarı ve %75,22 antioksidan aktivite olarak belirlenmiştir. Optimum kestane propolisi ekstraktlarında toplam fenolik madde miktarı ve antioksidan aktivite değeri maserasyon ekstraksiyonda diğer ekstraksiyon yöntemlerine göre yüksek bulunmuştur. Her üç yöntem için elde edilen optimize sıvı kestane propolislerinin antioksidan aktivite, toplam fenolik madde içeriği, fenolik madde kompozisyonu, mineral madde ve uçucu bileşenler açısından karakterizasyonu yapılarak yapı aydınlatma çalışması gerçekleştirilmiştir. Kestane propolisinin genel olarak fenolik madde içeriği değerlendirildiğinde, bir flavon olan Krisin'in düzeyi en yüksek olarak bulunmuştır. Bunun yanı sıra kestane propolis ekstraktlarının Pinosembrin, Ferulik asit, Elajik asit ve CAPE gibi diğer fenolikler açısından da zengin olduğu belirlenmiştir. Uçucu madde içeriklerinde yağ asitlerinin tespiti, ekstraksiyon yönteminden etkilenmiş ve en fazla refluks yönteminde belirlenebilmişlerdir. Özellikle oleik, stearik, palmitik asit gibi yağ asitleri yalnızca refluksekstraksiyon ile alınabilmiştir. Çalışmada kullanılan propolislerin kestane orijinli olması nedeniyle osimenin Cis- izomerinin baskın olarak bulunduğu düşünülmektedir. Optimize kestane propolis ekstraktları çiçek ve kestane ballarına 4 farklı oranda (%0; 1; 2; 4) ilave edilerek, bal karışımlarının antioksidan aktivite, toplam fenolik, renk ve duyusal analizleri yapılmıştır. Antioksidan aktivite değeri açısından; kestane balının antioksidan aktivite değeri çiçek balından yaklaşık 2 kat fazla olduğu; kestane ve çiçek ballarına propolis ilave oranı arttıkça arttığı ve ekstraksiyon çeşitliliğinin istatistiki olarak bir fark oluşturmadığı gözlemlenmiştir. Kestane balının fenolik madde içeriğinin çiçek balından yaklaşık 3 kat fazla olduğu; kestane ve çiçek ballarına proplis ilavesine bağlı olarak toplam fenolik madde miktarının arttığı tespit edilmiştir. Kestane balının renginin çiçek balının renginden önemli düzeyde koyu olduğu; kestane ballarına farklı oranlarda ve farklı yöntemlerle ekstrakte edilmiş kestane propolisi eklenmesi durumunda renk yoğunluğunun önemli düzeyde etkilenmediği, çiçek ballarında ise propolis ilavesi ile renk yoğunluğunu önemli derecede arttığı görülmüştür. Çiçek ballarının renk yoğunluğu propolis ekleme yüzdesine bağlı olarak arttığı tespit edilmiştir. Optimize kestane propolis ekstraktlarının etkilerini çoklu bileşene sahip bir gıda modelinde belirlemek, aynı zamanda ısıl işlemin biyoaktivite üzerindeki etkisini tespit etmek amacıyla, optimize ekstraktlar yine 4 farklı oranda (%0; 1; 2; 4) temel kek formülasyonuna ilave edilerek, elde edilen ürünlerin antioksidan aktivite, toplam fenolik, renk ve duyusal analizleri gerçekleştirilmiştir. Keklere propolis eklendiğinde propolis ilave oranının artması kekin antioksidan aktivite değerlerinin ve toplam fenolik madde miktarlarının istatistiki olarak anlamlı ölçüde artmasına neden olmuştur. Keklerin renk analiz sonuçlarında; kestane propolisi ilave oranının artması L* parlaklık değerlerinin düşmesine, a* kırmızılık ve b* sarılık değerlerinin artmasına neden olmuştur.

Abstract:
Propolis; the lower jaw with the bees flowers and plants (Pine, Chestnut, eucalyptus, Poplar) bud, leaf and protective resin glue, substances such as pollen and mix it with wax, and scraping off and lower jaws with a variety of mouths to moisten it with rollup secrete enzymes that soften the pellets into the pollen baskets on the hind legs and The Shape of transmitting by means of is created. Propolis can not be used directly in its raw form due to the presence of sticky substances and resin in it. Therefore, the extraction must first be carried out effectively. In this thesis study, optimization of the method parameters and characterization of the obtained extracts were carried out in the extraction of chestnut propolis. Maceration, reflux and ultrasound-assisted extraction methods were applied to chestnut propolis obtained from Kastamonu chestnut honey hives. The process parameters for all three methods are optimized using the Surface Response Method, the Central Trial Pattern. In the optimization, antioxidant activity and total phenolic substance amount were used as response, and optimization of process parameters and maximization of responses were requested. As a result of optimization, the total amount of phenolic substance was determined as 977,50 mg GAE/100 ml and the amount of antioxidant activity was determined as 88,61% if the ethanol concentration for maceration extraction was 78,46% and the extraction time was 71,05 hours. As a result of optimization for reflux extraction, ethanol concentration was determined as 80,64%, extraction time was 117,44 min and temperature was 38,38°C, 917,50 mg GAE/100 ml of total phenolic substance and antioxidant activity was determined as 79,50%. Ultrasound-assisted extraction optimization for the results of ethanol concentration %82,49, extraction time andtemperature 40,53; 59,12 min°C 812,50 mg GAE/100 ml) and the amount of total phenolic compounds, % antioxidant activity has been identified as 75,22. The total amount of phenolic substance and antioxidant activity value in optimal chestnut propolis extracts were found to be high in maceration extraction compared to other extraction methods. The optimized liquid chestnut propolis obtained for all three methods was characterized in terms of antioxidant activity, total phenolic substance content, phenolic substance composition, mineral substance and volatile components and the structure determining study was carried out. When the phenolic content of chestnut propolis was evaluated in general, the level of Chrysin, a flavone, was found to be the highest. In addition, it has been determined that chestnut propolis extracts are also rich in other phenolics such as Pinosembrine, Ferulic acid, Elagic acid and CAPE. The detection of fatty acids in volatile matter contents was influenced by the extraction method and they could be determined most by the reflux method. In particular, fatty acids such as oleic, stearic, palmitic acid could only be extracted by reflux extraction. Due to the chestnut origin of the propolis used in the study, it is believed that the Cis- isomer of osimen is predominant. Optimized chestnut propolis extracts to blossom and chestnut honey in 4 different proportions (%0; 1; 2; 4) in addition, antioxidant activity, total phenolic, color and sensory analyses of honey mixtures were performed. In terms of antioxidant activity value; it has been observed that the antioxidant activity value of chestnut honey is approximately 2 times higher than blossom honey; It was observed that the propolis addition rate increased to chestnut and blossom honeys and the extraction variety did not make a statistical difference. The phenolic content of chestnut honey is about 3 times higher than blossom honey; It was determined that the total amount of phenolic substances increased due to the addition of proplis to chestnut and blossom honeys. The color of chestnut honey is about 3 times more than the color of blossom honey; when chestnut propolis extracted in different proportions and by different methods is added to chestnut honey, the color densitydifference in honey mixtures is very small; when chestnut propolis is added to blossom honey, the color density increases significantly. The color of chestnut honey is significantly darker than the color of blossom honey; It was observed that the color intensity was not affected significantly when chestnut propolis was added to chestnut honey in different proportions and extracted with different methods, while the color intensity increased significantly with the addition of propolis in blossom honeys.The color intensity of blossom honeys was determined as the percentage of adding propolis increased. In order to determine the effects of optimized chestnut propolis extracts in a multi-component food model, as well as to determine the effect of heat treatment on bioactivity, optimized extracts were added to the basic cake formulation at 4 different rates (0; 1; 2; 4) and the products obtained were antioxidant activity, total phenolic, color and sensory analyzes were carried out. When propolis was added to the cakes, the increase in the propolis addition rate caused a statistically significant increase in the antioxidant activity values and total phenolic substance amounts of the cake. In the color analysis results of the cakes; The increase in the addition of chestnut propolis caused a decrease in L* brightness values, and an increase in a* redness and b* yellowness values.