Süperkritik CO2 ile limon otu (Lemon verbena) ekstraktının optimizasyonu, enkapsülasyonu ve diğer metotlarla karşılaştırılması /
Yazar: SALİHA ÖZER
Danışman: DOÇ. DR. EYYÜP KARAOĞUL
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Bu çalışma kapsamında tıbbi ve aromatik bitki kategorisindeki Lemon verbena otunun süperkritik CO2, geleneksel, mikrodalga ve masrasyon yöntemleri ile ekstraksiyonu yapılarak enkapsülasyon işlemi ile toz haline getirilmesi planlanmıştır. Bu amaçla Lemon verbena otunun süperkritik CO2 ekstraksiyon cihazında optimizasyonu yapılmış verimin en yüksek olduğu sıcaklık ve basınç değerleri belirlenmiştir. Ayrıca geleneksel ve mikrodalga yönteminde kalavenger aparatı ile uçucu yağı üretilmiştir. Ekstre ve uçucu yağlar püskürtmeli kurutma (spray dryer) ve dondurarak kurutma (liyofilizasyon) teknikleri ile toz haline getirilmiştir. Enkapsülasyonda duvar kaplama materyali olarak maltodekstrin ve gam arabik karışımları tercih edilmiştir. Ekstre ve uçucu yağların kimyasal karakterizasyonu için toplam antioksidan (DPPH, ABTS ve CUPRAC metodları ile), fenolik, flavanoid, antosiyanin, kondanse tanen, brix, kimyasal kompozisyonları (GC-MS VE LC-MS ile) incelenmiştir. Kapsüle formuna dönüştürülmüş tozların ise fizikokimyasal analizleri için; su aktivitesi, toplam verim, kitle ve sıkıştırılmış kitle yoğunluğu, Carr indeks, Hausner oranı, ıslanabilirlik, toplam antioksidan, fenolik, flavanoid, antosiyanin, kondanse tanen ve duyusal analizleri ile bunların morfolojik özellikleri (Taramalı elektron mikroskobu, SEM ve X ışını difraktometresi, XRD) incelenmiştir. Lemon verbena ekstre ve uçucu yağı kullanılan ekstraksiyon yöntemlerinin tümünde ve uygulanan tüm antioksidan analizlerinde yüksek antioksidan aktivite sergilemiştir. Ayrıca artan konsantrasyon ile doğru orantılı artan antioksidan aktivite linner özellik sergilemiştir. Lineerite ile regrasyon faktörü, IC50 bilgisi ve doğru denklemi hesaplamış ayrıca değerlerin trolox eşdeğeri hesaplanmıştır. Lemon verbena ekstrelerinin toplam fenolik (TFMM) analizinde en yüksek değer 1865.74 mg GAE/kg ile süperkritik CO2 etanol ekstresinde görülürken, en düşük değer geleneksel etanol ekstresinde gözlemlenmiştir. Yapılan toplam flavonoid madde (TFM) analizinde en yüksek 6929.22 mg QCE /kg ile geleneksel etanol ekstresinde, en düşük değer ise 211.3 mg QCE /kg mikrodalga hegzan ekstresinde gözlemlenmiştir. Lemon verbena ekstrelerinin LC-MS analizi sonucu veriler incelendiğinde en yüksek miktarda olan madde mikrodalga yöntemi ile elde edilen safsu ekstresinde caffeic acid maddesidir. Onu takip eden madde ise geleneksel yöntem ile elde edilen etanole ekstresinde ellagic acid'dir. Püskürtmeli ve dondurarak kurutma yöntemleri ile elde edilen Lemon verbena ekstre ve uçucu yağ enkapsülleri yapılan DPPH, ABTS ve CUPRAC antioksidant analizlerinde yüksek miktarda aktivite göstermiştir. Ayrıca artan konsantrasyon ile doğru orantılı olarak artan antioksidan aktivite linner özellik sergilemiştir. Lineerite ile regrasyon faktörü, IC50 bilgisi ve doğru denklemi hesaplamış değerler trolox eşdeğerleri hesaplanmıştır. Lemon verbena enkapsülleirnin TFMM değerleri, püskürtmeli kurutucu tozlarında en yüksek 762.82 mg GAE/kg ile maserasyon safsu ekstrelerinin enkapsüle tozlarında bulunmuştur. Dondurarak kurutma ile elde edilen tozlarda en yüksek TFMM 772.02 mg GAE/kg ile mikrodalga etanol ekstrelerinin enkapsüle tozlarında tespit edilmiştir. Elde edilen enkapsüle tozlarda en yüksek TFM içeriğinin 6685.45 mg QCE/ kg geleneksel yöntemle elde dilen safsu ekstresinin püskürtmeli kurutma ile elde eilen enkapsüle tozlarında saptanmıştır Dondurarak kurutma ile elde edilen enkapsüle tozlarının ise en yüksek TFM değeri 4270.89 mg QCE/ kg ile mikrodalga yöntemi ile elde edilen etanol ekstresi enkapsüllerinde belirlenmiştir Kapsülasyon teknikleri karşılaştırıldığında; dondurarak kurutma (liyofilizasyon) ile elde edilen enkapsüllerin daha iyi su aktivitesi (0.045) ve enkapsülasyon verimine (%91.13) sahip olduğu saptanmıştır. Fakat püskürtmeli kurutma (spray dryer) metoduyla elde edilen tozlarda ise Carr indeks, Hausner oranı, ıslanabilirlik gibi özelliklerin daha kabul edilebilir seviyede olduğu belirlenmiştir. Dondururak kurutulan geleneksel ve mikrodalga uçucu yağlarının enkapsüle tozlarının en iyi seviyede duyusal özelliklere sahip olduğu gözlemlenmiştir. Enkapsüle tozların SEM görüntüleri incelendiğinde; dondurarak kurutma (liyofilizasyon) ile nano boyutta enkapsülasyon yapıldığı anlaşılmıştır. Tozların XRD analizi yapılmış ve nano boyutlarında olduğu teyit edilmiştir. Lemon verbena bitki ekstreleri ve tozlarında; α-glukozidaz enzim aktivitesi, toplam antosiyanin ve kondanse tanen miktarları tespit edilememiştir. Sonuçların istatistiksel analizleri SPSS programı ile yapılmış sonuçlar yorumlanmıştır.

Abstract:
Within the scope of this study, it is planned to extract Lemon verbena, which is in the category of medicinal and aromatic plants, with supercritical CO2, conventional, microwave, and immersion methods, and then turn it into powder by encapsulation. For this purpose, the temperature and pressure values at which the highest efficiency was determined were optimized in the supercritical CO2 extraction device of Lemon verbena herb. In addition, the essential oil was produced with the traditional and microwave method with the kalavenger apparatus. Extracts and essential oils were pulverized by spray dryer and freeze drying techniques. Maltodextrin and gum arabic mixtures were preferred as wall covering material in encapsulation. Total antioxidant (with DPPH, ABTS and CUPRAC methods), phenolic, flavonoid, anthocyanin, condensed tannin, brix, chemical compositions (with GC-MS and LC-MS) were investigated for chemical characterization of extracts and essential oils. For the physicochemical analysis of powders converted into capsule form; water activity, total yield, bulk and compacted bulk density, Carr index, Hausner ratio, wettability, total antioxidant, phenolic, flavonoid, anthocyanin, condensed tannin and sensory analysis and their morphological properties (Scanning electron microscopy, SEM and X-ray diffractometry, XRD ) were examined. All of the extraction methods using lemon verbena extract and essential oil and all antioxidant methods showed high antioxidant activity. In addition, increasing antioxidant activity in direct proportion to the increasing concentration showed linear properties. The linearity and regression factor, IC50 information and the correct equation were calculated and the values were calculated in trolox. In the total phenolic (TFMM) analysis of Lemon verbena extracts, the highest value was observed in the supercritical CO2 ethanol extract with 1865.74 mg GAE/kg, while the lowest value was observed in the traditional ethanol extract. In the total flavonoid substance (TFM) analysis, the highest value was observed in the traditional ethanol extract with 6929.22 mg QCE /kg, and the lowest value was observed in the microwave hexane extract 211.3 mg QCE /kg. When the results of LC-MS analysis of Lemon verbena extracts are examined, the substance with the highest amount is caffeic acid in the pure water extract obtained by microwave method. The substance that follows it is ellagic acid in the ethanol extract obtained by the traditional method. Lemon verbena extract and essential oil encapsulations obtained by spray and freeze drying methods showed high activity in antioxidant analysis of DPPH, ABTS and CUPRAC. In addition, the antioxidant activity, which increased in direct proportion to the increasing concentration, showed a linear feature. The linearity and regression factor, IC50 information and the correct equation were calculated and trolox equivalents were calculated. The TFMM values of Lemon verbena encapsules were found to be 762.82 mg GAE/kg in spray dryer powders and encapsulated powders of maceration pure water extracts. The highest TFMM of 772.02 mg GAE/kg in the powders obtained by freeze drying was determined in the encapsulated powders of microwave ethanol extracts. In the encapsulated powders obtained, the highest TFM content was determined at 6685.45 mg QCE/kg of the pure water extract obtained by the traditional method, in the encapsulated powders obtained by spray drying. determined in ethanol extract encapsules. It was determined that the encapsules obtained by freeze-drying (lyophilization) had better water activity (0.045) and encapsulation efficiency (91.13%). However, it has been determined that the properties such as Carr index, Hausner ratio and wettability are more acceptable in the powders obtained by the spray dryer method. It was observed that the encapsulated powders of traditional and microwave essential oils that were freeze-dried had the best sensory properties. When the SEM images of the encapsulated powders are examined; It was understood that encapsulation was made at nano size by freeze drying (lyophilization). XRD analysis of the powders was carried out and confirmed to be in nano size. Lemon verbena plant extracts and powders; α-glucosidase enzyme activity, total anthocyanin and condensed tannin amounts could not be determined. Statistical analyzes of the results were made with the SPSS program and the results were interpreted.