HOROZİBİĞİ (Amaranthus caudatus L.) ÇİÇEKLERİNDEN BETALAİNLER VE FENOLİK BİLEŞİKLERİN VAKUM MİKRODALGA-DESTEKLİ EKSTRAKSİYONU VE ENKAPSÜLASYONU
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, GIDA BİLİMİ VE TEKNOLOJİSİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2025
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: NUR SENA AKDENİZ
Danışman: Elif Yolaçaner
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Horozibiği çiçeği (Amaranthus caudatus L.), sahip olduğu pembe-mor renkli çiçeklerinin betalain içeriği ile potansiyel bir doğal gıda renklendiricisi olmasının yanında fenolik bileşiklerce zengin olması ve yüksek antioksidan kapasitesiyle son yıllarda öne çıkmaktadır. Fakat doğal kaynaklardan elde edilen biyoaktif bileşiklerin kararlılığının düşük olması sebebiyle kullanımları kısıtlıdır. Geleneksel yöntemlerle ekstraksiyon uzun sürdüğü ve yüksek miktarlarda çözücü gerektirdiği için, daha kısa sürelerde daha verimli ekstraksiyon sağlayabilen yeni nesil yeşil ekstraksiyon yöntemlerinden olan vakum mikrodalga destekli teknoloji geliştirilmiştir. Enkapsülasyon uygulamaları ile bu doğal renk maddelerinin ve sağlık açısından değerli biyoaktif bileşiklerin kararlılığının arttırılması amaçlanmaktadır. Bu enkapsülasyon yöntemlerinden biri olan niyozomlar, yüzey aktif maddeler kullanılarak biyoaktif bileşiklerin taşınmasını sağlayan veziküllerdir. Yapılan literatür araştırması sonucunda ve bilgilerimiz dahilinde horozibiği çiçeğinden betalainlerin ve fenolik bileşiklerin yeni nesil vakum mikrodalga destekli ekstraksiyon yöntemiyle elde edildiği ve ardından bu biyoaktif bileşiklerin depolama sürecinde kararlılığının korunması amacıyla niyozom veziküler yapılarıyla enkapsüle edildiği bir çalışmaya rastlanmamıştır. Dolayısıyla, bu tez çalışmasında geleneksel ve yeni nesil vakum mikrodalga destekli ekstraksiyon yöntemleriyle horozibiği çiçeğinden betalain ve fenolik bileşiklerin ekstraksiyonu yapılmış, sonuçlar karşılaştırmalı olarak incelenmiş, ardından renk ve biyoaktif bileşiklerin kararlılığının arttırılması için niyozom yöntemi ile enkapsülasyonu gerçekleştirilmiştir. Ekstraksiyon ve enkapsülasyonda sırasıyla uygun proses şartları ve formülasyonların optimizasyonu yanıt yüzey metodu ile belirlenmiştir. Konvansiyonel ekstraksiyon (KE) yöntemi olarak maserasyon ve yeni nesil ekstraksiyon yöntemi olarak da vakum mikrodalga destekli ekstraksiyon (VMDE) kullanılmış ve yanıt yüzey metodu kullanılarak proses şartlarının optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. İki yöntem için de 3 seviyeye sahip 4 bağımsız değişkenin olduğu Box-Behnken deney tasarımı seçilmiştir. KE için belirlenmiş bağımsız değişkenler; süre (1, 2 ve 3 sa), sıcaklık (30, 40 ve 50C), etanol yüzdesi (%20, 40 ve 60) ve örnek:çözücü oranı (1:10, 1:20 ve 1:30 g:mL) ve VMDE için belirlenmiş bağımsız değişkenler ise basınç (150, 300 ve 450 mmHg), süre (3, 9 ve 15 dk), etanol yüzdesi (%20, 40 ve 60) ve örnek:çözücü oranı (1:10, 1:20 ve 1:30 g:mL)'dır. Tüm ekstrakt örneklerinde yanıt olarak, toplam betalain miktarı (TBM), toplam fenolik madde miktarı (TFM) ve toplam antioksidan kapasite (TAKDPPH ve TAKCUPRAC) analizleri gerçekleştirilmiştir. KE için belirlenmiş şartlarda yapılan deneyler sonucunda, elde edilen yanıtların aralıkları, TBM için 1554.67-2918.67 mg betalain/kg kuru ağırlık; TFM için 9.19-14.81 mg GAE/g kuru ağırlık; TAKDPPH için 34.08-109.55 mmol TE/kg kuru ağırlık ve TAKCUPRAC için 107.53-167.02 mmol TE/kg kuru ağırlık olarak ölçülmüştür. VMDE yöntemi ile yapılan deneyler sonucunda ise yanıtların aralıkları, TBM için 993.54-3153.58 mg betalain/kg kuru ağırlık; TFM için 5.54-17.04 mg GAE/g kuru ağırlık; TAKDPPH için 21.86-101.42 mmol TE/kg kuru ağırlık ve TAKCUPRAC için 69.42-195.39 mmol TE/kg kuru ağırlık olarak ölçülmüştür. Her iki yöntem için de elde edilen yanıtlara göre gerçekleştirilen optimizasyon uygulamalarında, KE için optimum çalışma koşulları 1 saat ekstraksiyon süresi, 50 C sıcaklık, % 40.99 etanol yüzdesi ve 1:10 g/mL örnek:çözücü oranı bulunmuştur. VMDE için optimum çalışma şartları ise, 450 mmHg basınç değeri, 12 dakika ekstraksiyon süresi, % 30.74 etanol yüzdeki ve 1:23.91 g/mL örnek:çözücü oranı olarak belirlenmiştir. Her iki yöntemde de optimum şartlarda elde edilmiş olan ekstrakt örneklerinin morfolojisi taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiş ve KE ile hücre yapısı daha parçalı ve düzensiz görünürken; VMDE ile daha pürüzsüz ve gözenekli yapılar gözlenmiştir. Ayrıca, ekstrakt örneklerinde betalain kompozisyonu analizi için Q-TOF LC/MS uygulanmış ve optimum şartlarda elde edilmiş ekstraktların içerdiği betalain miktarları, betanin eşdeğeri cinsinden KE ve VMDE için sırasıyla 6393.17 ppm ve 9256.50 ppm olarak hesaplanmıştır. Ekstraksiyon sonuçlarına göre, VMDE yönteminin KE'ye göre 1/5 oranında daha kısa sürede, daha düşük oranda etanol kullanılarak ve daha verimli sonuçlar verdiği gözlenmiştir. Dolayısıyla, niyozomal enkapsülasyon yöntemiyle devam etmek için VMDE yöntemindeki optimum şartlarda elde edilen ekstrakt örnekleri kullanılmıştır. Enkapsülasyonda uygun formülasyon ve ultrason süresinin belirlenmesi için yanıt yüzey yöntemiyle optimizasyon gerçekleştirilmiştir ve bağımsız değişkenler sürfektanların molar oranı (Span60:Tween 80, mol:mol), ekstrakt: sürfektan oranı (mg ekstrakt/ 100 mg sürfektan), kolesterol: sürfektan oranı (mg kolesterol/ 100 mg sürfektan) ve sonikasyon süresi (s) olarak seçilmiştir. Box-Behnken deneysel tasarımına göre gerçekleştirilen deneylerde yanıt olarak toplam betalain miktarı (TBM), toplam fenolik madde miktarı (TFM), toplam antioksidan kapasite (TAKCUPRAC) ve kırmızı renk değeri (a*) ölçümleri yapılmıştır. Deney sonuçlarına göre uygulanan optimizasyon sonrası elde edilen optimum koşullar, 1:1 sürfektanların molar oranı (Span60: Tween 80), 8.109 mg ekstrakt/100 mg sürfektan, 0.1 mg kolesterol/ 100 mg sürfektan ve 81.877 s ultrason süresi olarak bulunmuştur. Ayrıca optimum koşuldaki niyozom örneklerinin ısıl karalılık, 30 günlük depolama sonucu stabilite, TEM, FT-IR, parçacık boyutu ve zeta potansiyeli analizleri de gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen ısıl kararlılık deneylerine göre %67.35 ve %65.73 olarak bulunan KE ve VMDE ısıl kararlılık oranları, niyozom yöntemiyle %97.974'e çıkartılmıştır. Bu tez çalışmasının sonucunda, horozibiği çiçeğinin doğal gıda renklendiricisi olarak değerlendirilmesi amacıyla betalainlerin ve fenolik bileşiklerin sürdürülebilir ve etkin bir şekilde ekstraksiyonu için VMDE yönteminin geleneksel yönteme kıyasla süre ve çözücü gereksinimi açısından daha sürdürülebilir ve avantajlı olduğu; ayrıca niyozom yöntemi ile enkapsülasyonun betalain ve fenolik bileşiklerin stabilitesinin arttırmada etkili bir strateji sunduğu belirlenmiştir. Bu doğrultuda doğal renklendiricilerin gıda endüstrisindeki kullanım potansiyelinin artırılması için vakum mikrodalga destekli ekstraksiyon teknolojisinin ve niyozomal enkapsülasyonun birlikte kullanımı önerilmektedir.