Geri Dön

Optimization of extraction method in potato peel waste and evaluation of antioxidant activity and phenolic content in various PEF treated potato varieties

Patates kabuğu atıklarında ekstraksiyon yönteminin optimizasyonu ve PEF uygulanmış çeşitlerinin fenolik profil ve antioksidan kapasitesi değerlendirilmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 486547
  2. Yazar: HAZAL AKYOL
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ESRA ÇAPANOĞLU GÜVEN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2017
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 93

Özet

Tarımsal ürünlerin endüstriyel olarak işlenmesi sonucunda büyük miktarlarda gıda atıkları oluşmaktadır. Bu atıklar ya çevre kirliliğine yol açarak imha edilmekte ya da hayvan yemi, gübre olarak kullanılmaktadırlar. Bununla birlikte, gün geçtikçe bu yan ürünlerin yapılarında bulunan biyoaktif bileşiklerden dolayı gıda, ilaç, kozmetik sanayisinde doğal antioksidanlar olarak değerlendirilmeleri üzerine yoğunlaşılmaktadır. Özellikle gıda endüstrisinde geniş yer tutan sentetik antioksidanların karsinojenik ve toksik etki gösterip, tüketicilerin bu ürünleri tercih etmemesinden dolayı bu durum giderek önem kazanmaktadır. Bunun yanında, serbest radikaller gıdalarda bozunma reaksiyonlarına, ayrıca canlı hücre ve organ sistemleri üzerinde kanserojen, erken yaşlanma, kalp damar hastalıkları gibi sağlık sorunlarına neden olmaktadırlar. Serbest radikallerin neden olduğu bu sağlık sorunlarını engellemek veya yavaşlatmak için, yeterli miktarda antioksidan içeriği yüksek olan gıdaların tüketilmesi gerekmektedir. Bu nedenle son yıllarda bu tür gıdalar üzerine yapılan araştırmalar giderek artmaktadır. Patates (Solanum tuberosum L.), insan beslenmesinde önemli bir rol oynayan, dünyanın her yerinde yetiştirilen en önemli bitkisel ürünlerden biridir. Patatesin doğrudan tüketilmesinin yanında, patates kızartması, cips, patates püresi, nişasta gibi işlenmiş patates ürünleri endüstride önemli bir yere sahiptir. İşlenmede, ham ürünün % 10-25'i atık olarak tahliye edilir. Bir tür RSM olan Box-Behnken tasarımı, üç boyutlu eksik faktöriyel tasarıma dayalı ikinci dereceden çok değişkenli bir tekniktir. BBD, fenolik bileşikler gibi doğal kaynaklardan biyoaktif bileşiklerin ekstraksiyon prosedürünü optimize etmek için son on yılda yaygın şekilde uygulanmıştır. Bu çalışma iki aşamalı olarak yürütülmüş olup, çalışmanın birinci aşamasında endüstriyel atık olan Innovator patates çeşidinin kabukları temin edilmiştir. Bu patates kabuğu atıkları dondurarak kurutma yöntemi ile kurutulmuş, kurutulan kabuklar öğütüldükten sonra her faktör için üç seviyeli (-1, 0, 1) 27 deneysel çalışma içeren BBD ile ekstraksiyon optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Ultrason destekli ekstraksiyonun (UAE) optimizasyonu için seçilen bağımsız faktörler: etanol-su oranı (%50, %75, %100), banyo sıcaklığı (20 oC, 35 oC, 50 oC), zaman (15 dakika, 30 dakika, 50 dakika) ve örnek / çözücü oranı (1/20, 1/55, 1/90)'dır. Elde edilen ekstraktlar 5000 rpm de 5 dakika santrifüj edilmiş, üst faz alınarak gerçekleştirilecek analizlere kadar -40˚C'de muhafaza edilmiştir. Ayrıca, fenolik bileşiklerin (SPC) miktarının HPLC-DAD-ESI-MS vasıtasıyla tayin edilmesi üzerindeki faktörler arasındaki kombine etkiyi bulmak için RSM kullanılmıştır. İki paralel olacak şekilde Innovator patates kabuğu örneğinin HPLC-DAD-ESI-MS cihazında analiz edilmesi sonucunda 12 farklı fenolik madde tespit edilmiştir. Bu fenolik maddelerin isimleri; 1-O-kafeoilkuinik asit, klorojenik asit, 4-O-kafeoilkuinik asit, kafeik asit, 5-O-feruoilkuinik asit, ferulik asit türevleri, N-[2-hidroksi-2-(4-hidroksifenil)etil] ferulamid, 3,4-dikafeoilkuinik asit, 3,5-dikafeoilkuinik asit, 4,5- dikafeoilkuinik asit, bis(dihidrokafeoil)-spermidin, tris(dihidrokafeoil)-spermidin 'dir. HPLC-DAD-ESI-MS aracılığıyla Innovator çeşidi patates kabuğu atıklarının fenolik bileşik toplamı 0.21 ile 6.09 mg/g kuru ağırlık değerleri arasında tespit edilmiştir. Her koşulun verileri incelendiğinde, en düşük değerlerin %100 etanol ile çalışırken, en yüksek değerlerin ise %50'lik etanol ile çalışırken elde edildiği görülmüştür. Bunun yanında patates kabuklarından fenolik bileşen ekstraksiyonunda en önemli etkenin etanol/su oranı olduğu tespit edilmiştir. Sıcaklığın 30-40 oC ve sürenin de 30-40 dakika arasında olması da fenolik bileşen ekstraksiyonunu olumlu yönde etkilemiştir. Öncüller göz önüne alındığında, optimal koşulların: %55'lik etanol-su oranı, 35oC banyo sıcaklığı, 35 dakika ekstraksiyon süresi ve 1/90 örnek-çözücü oranı olarak belirlenmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında ise, Innovator patates çeşidinin yanında Pizzoli fabrikasından darbeli elektrik alan (PEF) uygulanmış olan Bintje, Fountaine, Challenger ve Daisy patates çeşitleri temin edilmiştir. Bu patates kabuğu atıkları da Innovator patates kabuklarına uygulandığı gibi dondurarak kurutma yöntemi ile kurutulmuş, kurutulan patates kabukları öğütüldükten sonra çalışmanın ilk aşamasında belirlenen optimum ekstraksiyon koşulları bu dört çeşide ve Innovator çeşidine uygulanmıştır. PEF uygulanmış bu dört çeşit patates kabuğu atığı ve Innovator patates kabuğu atığının antioksidan aktiviteleri ve toplam fenolik içerikleri değerlendirilmiştir. Toplam fenolik içeriğini ve profilini belirlemek için yine HPLC-DAD-ESI-MS yöntemi kullanılmıştır. Patates kabuklarında bulunan antioksidanların yararlılığını değerlendirmek için in vitro antioksidan aktivite analizleri olan 1,1'- diphenylpicrylhydrazyl (DPPH) ve 2,2'-azinobis(3-ethylbenzothiazolin)-6-sulphonate (ABTS) kullanılmıştır. Belirlenen optimum koşullarda alınan sonuçlar toplam fenolik madde içeriği sıralaması Daisy> Fountaine> Innovator> Bintje> Challenger ve değerlerinin ise sırasıyla 7.23, 6.15, 5.04, 3,23 ve 2,48 mg/g kuru ağırlık olduğu bulunmuştur. Ancak antioksidan kapasitesi sıralamasında her iki yöntem için de (DPPH ve ABTS) sıralamanın Fountaine> Daisy> Innovator> Bintje> Challenger olduğu görülmüştür. Toplam antioksidan kapasite analizlerinde, literatürle benzer şeklide DPPH yöntemi, ABTS yönteminden daha düşük sonuçlar vermiştir. PEF uygulanmamış Innovator çeşidinin PEF uygulanmış Bintje ve Challenger çeşidinden daha yüksek fenolik içeriği ve antioksidan kapasitesi gösterdiği tespit edilmiştir. Beş patates kabuğu atığının fenolik profilleri incelendiğinde, en yüksek değerlere klorojenik asit ve türevlerinin sahip olduğu, tek başına klorojenik asidin, bütün patates çeşitlerinde toplam fenolik maddenin yarısını oluşturduğu görülmüştür.

Özet (Çeviri)

The industrial processing of agricultural products generates large quantities of food waste. These wastes are either destroyed by causing environmental pollution or used as animal feed or fertilizer. In recent years, food, pharmaceutical and cosmetic industries focused on the evaluation of these by-products as natural antioxidants due to their bioactive compounds. This topic comes into prominence, especially since synthetic antioxidants, which have a large place in the food industry, exhibit carcinogenic and toxic effects. Potato (Solanum tuberosum L.) is one of the most important staple crops which grows all over the world. Given the yearly consumption of 50-60 kg per person and the production of approximately four million tons per year, potato is one of the most produced and consumed basic foods in Turkey. It plays a substantial role in human nutrition. Besides potatoes are consumed directly, processed potato products, such as French fries, chips, mashed potato, crisps, starch have an important place in the industry. In processing, 10–25% of the raw product is discharged as waste. Potato is a source of various bioactive compounds such as starch, dietary fiber, amino acids, minerals, vitamins and phenolic compounds. Phenolic compounds are synthesized by potato plant as protection response from bacteria, fungi, viruses, and insects. This study involves two stages; at the first stage, Innovator cultivar was used for the optimization of extraction conditions of phenolic compounds. Potato peel samples of Innovator cultivar were obtained from Pizzoli factory in Italy. The optimization of the extraction by ultrasound-assisted extraction (UAE) of phenolic compounds from potato peels was carried out by a Box-Behnken Design (BBD). The current design contained 27 experimental runs with three levels (-1, 0, 1) for each factor. The independent factors for the optimization of UAE were: ethanol-water ratio (50%, 75%, 100%), temperature of the bath (20 oC, 35 oC, 50 oC), time (15 min, 30 min, 45 min) and sample/solvent (s-s) ratio (1/20, 1/55, 1/90). Furthermore, Response Surface Method (RSM) was used to find out the combined effect of the factors on the quantification of the sum of phenolic compounds (SPC) via HPLC-DAD-ESI-MS (high-performance liquid chromatography-diode array detector-electrospray ionization interface-mass spectrometry). For Innovator variety potato sample, experimental values varied from 0.21 to 6.09 mg/g d.w. When the data is checked for each run, the lowest values were found to be working with 100% ethanol while the highest values were found to be working with 50% ethanol. Moreover, the most important effect on extraction of phenolic compounds from potato peel was ethanol-water ratio (% (v/v)). Temperature could be range between 30 and 40 oC and time could be varied from 30 to 40 min. Considering these premises, optimal conditions were selected as follows: 55% (v/v) ethanol-water ratio, 35 oC for temperature of bath, 35 min of extraction time and 1/90 sample-solvent ratio (w/v). The second part of the study; PEF treated Bintje, Fountaine, Daisy, and Challenger varieties were also provided from Pizzoli factory like Innovator variety. By using optimum extraction conditions on non-PEF treated Innovator cultivar and on these four other cultivars (Binje, Challenger, Daisy and Fountaine) which treated with PEF, the antioxidant properties and total phenolic contents of potato peels were evaluated. HPLC-DAD-ESI-MS was used to identify and quantify phenolic compound content. The profitability of antioxidants present in the potato peels was also evaluated by using in vitro antioxidant activity assays – 1,1'-diphenylpicrylhydrazyl (DPPH), 2,2'-azinobis(3-ethylbenzothiazolin)-6-sulphonate (ABTS). The results, obtained under the optimum conditions, indicated that the total phenolic content was found to be 7.23, 6.15, 5.04, 3.23 and 2.48 mg / g dry weight in the Daisy, Fountaine, Innovator, Bintje, Challenger, respectively. However, antioxidant capacity was found to be in the order Fountaine> Daisy> Innovator> Bintje> Challenger for both methods (DPPH and ABTS). Non-PEF treated Innovator cultivar showed higher phenolic content and antioxidant capacity than PEF treated Bintje and Challenger cultivars. In the analysis of total antioxidant capacity, similar to the literature DPPH method gave lower results than ABTS method. When the phenolic profiles of five potato peels were examined, the highest values were found to be chlorogenic acid and its derivatives. Chlorogenic acid constitutes half of the total phenolic compounds in all potato varieties.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    371335

    Bir immünosüpresif olarak mikofenolik asitin katı kültür fermentasyonu ile üretilmesi ve süperkritik akışkanla ekstraksiyonu

    Production of mycophenolic asid as an immunosuppressive by solid state fermentation and extraction by supercritical fluid

    İLKNUR ALPAK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2010

    BiyomühendislikEge Üniversitesi

    Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖZLEM YEŞİL ÇELİKTAŞ

  2. Tez No

    892941

    Evolutionary feature optimization for plant leaf disease detection by deep neural networks

    Bitki yaprak hastalık teşhisi için derin sinir ağları ile evrimsel özellik optimizasyonu

    JALAL SADOON HAMEED AL BAYATI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Prof. Dr. BURAK BERK ÜSTÜNDAĞ

  3. Tez No

    806205

    Image leaf classification for plant diseases detection using grey wolf optimization technique

    Başlık çevirisi yok

    AMENAH NAZAR JABBAR JABBAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAltınbaş Üniversitesi

    Bilişim Teknolojileri Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN KOYUNCU

  4. Tez No

    693620

    Formation of anthocyanin-rich black carrot extract loaded potato protein particles by ternary compressed CO2-ethanol-water mixture extraction and PGSS-drying

    Üçlü sıkıştırılmış CO2-etanol-su karışımı ekstraksiyonu ve PGSS-kurutma ile antosiyanince zengin kara havuç özütü yüklü patates proteini partikülleri oluşumu

    MERVE YAVUZ DÜZGÜN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BERAAT ÖZÇELİK

  5. Tez No

    350399

    Akrilamid ve biyojenik aminler için gıda örneklerine yönelik kapiler elektroforetik analiz yöntemlerinin geliştirilmesi

    Development of capillary electrophoretic analysis methods for acrylamide and biogenic amines in food samples

    SELDA BAŞKAN KAHRAMAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. F. BEDİA ERİM BERKER

Geri Dön