Geri Dön

Investigation of pine (Pinus nigra) bark extracts containing phenolic compounds

Fenolik bileşikler içeren karaçam (Pinus nigra) kabuğu ekstraktlarının incelenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 775653
  2. Yazar: MERILYN AMLANI
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SENEM YETGİN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Gıda Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Food Engineering, Engineering Sciences
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Kastamonu Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 193

Özet

Günümüzde görülen sanayileşme hızındaki artış ile orantılı şekilde oluşan kimyasal kirlenme ve buna bağlı kirlenmeye maruz kalma süresi ve miktarındaki yükseliş, insan sağlığını ciddi anlamda etkilemektedir. Toksik, kanserojen, pestisit gibi kimyasalların doğaya direkt ya da dolaylı olarak karışması, konuya duyulan önemin kamuoyunda hassasiyetine neden olmaktadır. Bu çekincelerin giderilmesi ve sadece sağlığın korunması için değil; aynı zamanda vücudun zindeliği ve daha uzun yaşama çabası amacıyla yapılan çalışmalarda bitkilerden yararlanmak bilinen en temel yaklaşımdır ve bu yaklaşım insanlık tarihi kadar da eskidir. Bunun neticesinde, günümüzde gıdalara yönelik ilgi, yaşamı ve büyümeyi sürdürmek için gerekli besinleri sağlamaktan, çeşitli hastalık türlerini önlemeye veya gerçekten iyileştirmeye doğru kaymıştır. Dahası, son teknolojik gelişmeler, nüfusun yaşam tarzı değişiklikleri ve dünya çapındaki sosyo-ekonomik eğilimleri, artan sağlık yararları olan gıdalara olan ihtiyacı göstermektedir. Sağlıklı beslenmenin ötesinde sağlıksız beslenme alışkanlıkları olan insanlar için bile metabolik reaktif oksijen türlerinin zararlı etkilerini bertaraf etmek için destekleyici ürünler önerilmektedir. Kısacası, beslenmenin kısa yoldan oksidatif stresi azaltması istenmektedir. Konu dâhilinde potansiyel olarak az işlenmiş“doğal”olarak tabir edilen mamullere olan ilgi fazlası ile artmıştır. Sonuç olarak; bitkisel kaynaklı katkılar, terapatik etkileri üzerine halen çalışmalar devam etmesine rağmen, alternatif tıp olarak kabul edilip, sentetik ilaçlara kıyasla günümüzde takviye amaçlı kullanım alanı bulmuş ve bir sektör haline gelmiştir. Zamanın başlangıcından beri insanlar bitkileri sadece yiyecek ve barınak yapmak amaçlı değil, aynı zamanda içeriğindeki biyoaktif maddeler sayesinde çeşitli hastalıkları tedavi etmek amacı ile doğal tedavi yöntemi olarak da kullandılar. Çeşitli alanlarda önemli olan bu biyoaktif maddeler bitkilerde önemli metabolik süreçler sonucunda, farklı kimyasal reaksiyonlar sonucunda oluştuklarından; geniş çeşitliliğe sahiptirler ve birincil (primer) ve ikincil (seconder) metabolitler olarak sınıflandırılırlar. Bitkiler; birincil metabolizmalarda insan beslenmesinin yanı sıra bitkilerin büyümesi ve gelişmesi için gerekli olan karbonhidratlar, proteinler, lipitler ve diğer organik asitler gibi birincil metabolitleri oluştururlar. Öte yandan, bitkilerin ikincil metabolizmaları, aynı zamanda terpenler, nitrojen içeren kimyasallar ve fenolik bileşikler gibi ikincil metabolitlerin üretilmesine de katkı sağlar. Bu bileşikler, bitkinin büyümesi ve gelişmesi için doğrudan önemli değildir, ancak cezbedici, tozlayıcı ve hatta bitkileri kendilerine zarar verebilecek her şeyden koruyan ekolojik işlevleri açısından önemlidir. Ayrıca bu bileşikler özellikle fenolik bileşikler farmakolojik, kozmetik ve gıda sanayi gibi farklı alanlarda da yaygın olarak kullanılmaktadır. Fenolik bileşikler, anti-enflamatuar, antikanser, anti-proleferatif, antidiyabetik gibi çeşitli terapötik fonksiyonları ve en önemlisi antioksidan kapasiteleri nedeniyle farmakolojik alanda aktif bir bileşen olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Fenolik bileşiklerin oksidasyona yatkın yüksek doymamış yağ asidi içeren gıda ürünlerinin korunmasında sentetik antioksidanlara alternatif olarak kullanılabilecek antioksidan kapasiteleri nedeniyle gıda endüstrisinde de kullanımı yaygınlaşmıştır. Bu nedenle, biyolojik etkileri ve doğal kaynakları açısından, bu maddeler üzerinde giderek artan sayıda çalışma yapılmaktadır. Fenolik bileşikler, otlar, çalılar, ağaçlar ve diğerleri dahil olmak üzere çeşitli bitki türlerinde bulunur. Bunlar, sıklıkla olası fenolik bileşik kaynakları olarak kullanılan çam ağaçları gibi türleri de içerir. Fenolik bileşiklerin bolluğu açısından çok dikkat çeken bir çam ağacı türü Pinus pinaster ve Pinus maritima' dır. Bu ağacın kabuğu, büyük bir proantosiyanidin bileşikleri kaynağıdır ve ticari olarak Pycnogenol (PYC) ticari adı altında diyet takviyeleri olarak satılmaktadır. Bu çam ağacının talep görmesi ve popülaritesi ile diğer çam ağacı türleri de potansiyel bir fenolik bileşik kaynağı olarak keşfedilmiştir. Bunlardan biri Pinus nigra' dır. Türkiye' de en çok bulunan ikinci çam türü olan P. nigra, özellikle Kastamonu Küre ve Ilgaz Milli Parklarında yaygındır. Kastamonu, 4.7 milyon hektarlık bir orman alanına ve ahşap endüstrisindeki önemli çam ağacı türlerinden birine sahiptir. P. nigra, Türk geleneksel ilaçlarında solunum, mide ağrısı, sırt ağrısı ve daha pek çok rahatsızlığı tedavi etmek için hali hazırda kullanılmaktadır. Fenolik bileşikler, çeşitli bitki kısımlarında bulunabilir. Çeşitli araştırmalara göre, iğneler, kozalaklar, kökler ve özellikle kabuk gibi çam ağacı bileşenleri olası fenolik bileşik kaynakları olarak kullanılabilir. Ahşap sektöründeki atık yan ürünün % 9-15' ini oluşturan çam ağacı kabuğu, atıkların azaltılarak katma değeri yüksek fenolik bileşiklerce zengin ürün eldesi için kullanılmak adına ideal bir kaynaktır. Fenolik bileşiklerin izolasyonu için geleneksel ve geleneksel olmayan ekstraksiyon yöntemleri gibi farklı yöntemler kullanılmaktadır. Geleneksel olmayan yöntemler, daha kısa ekstraksiyon süresi, daha az solvent kullanımı ve diğer yönler açısından avantajlı olsa da, maserasyon gibi geleneksel yöntemler, basitliği ve erişilebilirliği nedeniyle günümüzde hala yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, P. nigra kabuğu özütleri (PNBE) fenolik bileşikleri, antioksidan aktivitesi, antibakteriyel aktivitesi ve ağır metal kompozisyonu araştırılmış ve karakterize edilmiştir. PNBE, MAC ekstraksiyonu kullanılarak ekstre edilmiştir. Ekstraksiyon prosedüründe, Toplam Fenolik İçerik (TPC) ve 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) antioksidan kapasitesi üzerindeki zaman, sıcaklık ve çözücü konsantrasyonlarının etkileri, RSM kullanılarak optimize edilmiştir. EY (%6.4 ± 0.66 d.w), difüzyon kaysayısı (Deff) (1.01 x10-12 m2/s), TPC (42.56 ± 1.13 mgGAE/100g d.w), DPPH (IC50 6.24 ± 0.04 µgAAE/ml) ve FRAP (18.42 ± 0.56 mgAAE/100g d.w) antioksidan deneyleri, sabit katı/sıvı oranı (100 g/L) ve partikül boyutu (0.250-0.500 mm) ile %60 etanol, 240 dakika ve 60°C' de optimize edilmiş parametreler. RP-HPLC-DAD analizi, 2.5 dihidroksibenzoik asit, mirsetin, kateşin, naringin ve ferulic asid' in toplamın %19.42' sini, %19.33' ünü, %16.88' ini, %11.04' ünü ve %10.15' ini temsil eden fenolik bileşime ana katkıda bulunduğunu ortaya koymuştur. Fenolik bileşiklerin nicel miktarı, diğerleri ise %10' dan azını temsil etmektedir. Uçucu organic bileşiklerin analizi için SPME-GC-MS için sırasıyla %8.30, 15.71, 19.00 ve 7.92 toplam alanla dekan, dodekan, tetradekan ve heksadekan gibi 4 temel kimyasal madde tespit edilmiştir. Eser miktarda da olsa; kadinen sekiterpen dahil olmak üzere fenol ve terpenler varlığı da belirlenmiştir. PNBE' nin antibakteriyel özellikleri de değerlendirilmiş ve antibakteriyel kapasiteye sahip olduğu, ancak bazı noktalarda bakteri gelişimini durdurma yeteneklerinin diğer türlere göre daha az etkili olduğu görülmüştür. Ayrıca, PNBE' nin genel kalitesini sağlamak için ağır metal bileşimleri de değerlendirilmiştir. As, Cd, Cr, Cu ve Pb gibi ağır metaller PNBE' de sırasıyla 192 ± 3.49, 16.65 ± 0.05, 94.85 ± 0.61, 177.62 ± 1.22 ve 215.82 ± 0.53 ppb konsantrasyonlarında belirlenmiştir. Bu konsantrasyon seviyeleri Dünya Sağlık Örgütü (WHO), Avrupa Birliği (EU) ve Codex Stan 193-1995 tarafından belirlenen limit değerlerinin çok altındadır. Bu nedenle PNBE, insan sağlığını tehlikeye atabilecek ağır metal toksikolojisi açısından güvenlidir. Bu çalışmanın bulgularına dayanarak, PNBE'nin farmakolojik kullanımlar için çok önemli olan üstün bir fenolik bileşik kaynağı olduğu sonucuna varılabilir, özellikle in-vitro analizin antioksidan yeteneği hakkındaki bulgusu. Farklı miktarlarda ve farklı faktörlere bağlı olarak farklı fenolik bileşikler de PNBE üzerinde etkilidir. Tamamlanan çalışmaya göre, RSM tekniği kullanılarak PNBE' nin ekstraksiyonu için ideal koşullar elde edilmiştir. Bu optimizasyon tekniği, farklı ekstraksiyon faktörlerinin yoğunlaştırılması için etkili bir yaklaşım olarak belirlenmiştir. PNBE' de ağır metallerin varlığı, insan sağlığı için risk oluşturabilir çünkü çam türleri özleri birçok tıbbi uygulama için gereklidir. Ek olarak, PNBE'nin antibakteriyel kapasiteye sahip olduğu, ancak bazı noktalarda bakteri gelişimini durdurma yeteneklerinin diğer türlere göre daha az etkili olduğu bulunmuştur. Sonuç olarak bu çalışma; kereste sanayi atığı olarak adlandırılan ağaç kabuklarının sadece maserasyon gibi basit ekstraksiyon prosesi ile; katma değer açısından yüksek mamul imalini mümkün hale getirebileceğini göstermesi açısından önemlidir. Sadece bu sayede insan organizmasında oksidatif stresin neden olduğu hasarları ve dahasını önlemek için nutrasötik ve kozmetik ürünlerde kullanılabilirliğini destekleyici ileri çalışmalar ile test edilmelidir. Son olarak bu çalışma ile ticari olarak ithal edilen ürün ikamesinin Ilgaz ve Küre milli parklarını sınırları içerisinde bulunduran Kastamonu özelinde yapılmış olması diğer bir önemli sonuçtur. ANAHTAR KELİMELER: Çam Kabuğu Özütleri, Pinus nigra, vitamin P, Fenolik Bileşik, Antioksidan, Antibakteriyel, Ağır Metaller

Özet (Çeviri)

Chemical pollution, which occurs in proportion to the increase in the rate of industrialization seen today, and the increase in the duration and amount of exposure, seriously affect human health. The public's awareness of the relevance of the issue is caused by the direct or indirect interaction of chemicals like poisonous, carcinogenic, and pesticides with nature. It is not only for the elimination of these reservations and the protection of health; At the same time, it is the most basic approach to use plants in studies made as a result of the body's vitality and effort to live longer, and this approach is as old as human history. As a result, today's interest in food has shifted from providing the nutrients needed to sustain life and growth to preventing or actually curing various types of disease. Moreover, recent technological advances, lifestyle changes in the population and socio-economic trends worldwide indicate the growing need for foods with health benefits. Even if for people with unhealthy eating habits beyond a healthy diet, supplemental products are recommended to eliminate the harmful effects of metabolic reactive oxygen species. In short, it is desired that nutrition reduces oxidative stress in a straightforward way. Within the subject, the interest in the so-called“natural”products that are potentially under-processed has increased tremendously. As a result, herbal supplements have gained acceptance as an alternative to synthetic medications and have established a market for themselves, even if research on their therapeutic effects is still ongoing. The bioactive compounds found in plants have been used by humans from the earliest times to treat a variety of diseases naturally in addition to providing food and shelter. These bioactive substances, which are important in various fields, are formed as a result of crucial metabolic processes in plants. As a result of different chemical reactions, they have a wide variety and are classified as primary and secondary metabolites. Plants; through primary metabolism, they produce primary metabolites, including carbohydrates, proteins, lipids, and other organic acids that are essential for both human nutrition and the growth and development of plants. On the other hand, plants' secondary metabolism also helps to produce secondary metabolites, including terpenes, compounds that contain nitrogen, and phenolic compounds (PCs). These compounds are not directly important for plant growth and development. However, they are important for their ecological function as an attractant, pollinator, and even protecting plants from anything that could harm them. In addition, these compounds, especially PCs, are widely used in different fields such as pharmacology, cosmetics and the food industry. PCs are widely used as an active ingredient in the pharmacological field due to their various therapeutic functions such as anti-inflammatory, anticancer, anti-proliferative, antidiabetic and, most importantly, their antioxidant capacity. The use of PCs in the food industry has also become widespread due to their antioxidant capacity, which can be used as an alternative to synthetic antioxidants in the protection of food products containing high unsaturated fatty acids prone to oxidation. Therefore, an increasing number of studies are carried out on these substances in terms of their biological effects and natural resources. PCs are found in a variety of plant species, including herbs, shrubs, trees, and others. These include species such as pine trees that are often used as potential sources of PCs. Pinus pinaster and Pinus maritima are pine tree species that attract attention for the abundance of PCs. The bark of this tree is a great source of proanthocyanidin compounds and is sold commercially as dietary supplements under the trade name Pycnogenol (PYC). With the demand and popularity of this pine tree, other pine tree species have also been discovered as potential sources of PCs. One of them is Pinus nigra. P. nigra, the second most abundant pine species in Türkiye, is especially common in Küre and Ilgaz Kastamonu National Parks. It has a total forest area of 4.7 million hectares and is one of the important pine tree species in the wood industry. P. nigra is already used in traditional Turkish medicine to treat a variety of conditions, including respiratory, gastrointestinal, and back problems. PCs can be found in various plant parts. According to various studies, pine tree components such as needles, cones, roots and especially bark can be used as possible sources of PCs. Pine bark, which constitutes 9-15% of the waste by-product in the wood sector, is an ideal source to be used to reduce waste and obtain products rich in PCs with high added value. Different methods, such as conventional and non-traditional extraction methods, are used for the isolation of PCs. While unconventional methods are advantageous in terms of shorter extraction time, less solvent usage and other aspects, traditional methods such as maceration are still widely used today due to their simplicity and accessibility. In this work, P. nigra bark extracts (PNBE) abundant in the province of Kastamonu, Türkiye, particularly in Ilgaz and Küre national parks, were used as a potential plant source of PCs and aimed to utilize it to establish a cost-effective and efficient way to extract. The PNBE was extracted using maceration (MAC), where the effects of time, temperature, and solvent concentrations on the total phenolic contents (TPC) and 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) antioxidant capacity was optimized using response surface methodology (RSM). The extraction yield (EY) (6.40 ± 0.66% d.w), diffusion coefficients (D_eff) (1.01 x 10-12 m2/s), TPC (42.56 ± 1.13 mgGAE/100g d.w), DPPH (IC50 6.24 ± 0.04 µgAAE/ml), and FRAP (18.42 ± 0.56 mgAAE/100g d.w) antioxidant capacity were determined using the optimized parameters at 60% EtOH, 240 mins, and 60°C, with constant solid/liquid ratio (100 g/L) and particle size (0.250-0.500 mm). Analysis in phenolic profiling using reverse phase high-performance liquid chromatography (RP-HPLC-DAD) revealed that 2,5 dihydroxybenzoic acid, myricetin, catechin, naringin, and ferulic acid are the major components in PNBE, accounting for 19.42, 19.33, 16.88, 11.04, and 10.15% of the total amount measured, respectively, while others are less than 10%. For SPME-GC-MS, there were four main peaks detected: decane, dodecane, tetradecane, and hexadecane, with 8.30, 15.71, 19.00, and 7.92% total area detected, respectively. Compounds such as phenol and terpenes, including the cadinene family of sesquiterpenes, which made up 0.98 and 0.24% of the total area, were also observed. Antibacterial properties of PNBE were also assessed, and it was found that their ability to stop bacterial development is less effective than that of other pine species. Furthermore, heavy metals such as As, Cr, Cd, Cu, and Pb were found in PNBE with concentration levels of 192 ± 3.49, 94.85 ± 0.61, 16.65 ± 0.05, 177.62 ± 1.22, and 215.82 ± 0.53 ppb, respectively. These concentrations are less than the acceptable levels established by the World Health Organization (WHO), European Union (EU), and Codex Stan 193-1995. Based on the findings of this study, it can be concluded that PNBE is an excellent source of PCs that are very important for pharmacological uses, especially the finding of the antioxidant ability of in-vitro analysis. The impacts of various variables and amounts are also demonstrated for the various PCs in PNBE. According to the completed study, ideal conditions were obtained for the extraction of PNBE using the RSM technique. This optimization technique has been identified as an effective approach to intensify different extraction factors. The presence of heavy metals in PNBE may pose a risk to human health because pine species extracts are essential for many medicinal applications. Additionally, PNBE has been found to have the antibacterial capacity, but at some points their ability to inhibit bacterial growth is less effective than other strains. In conclusion, this study is significant because it demonstrates that high value-added products can be produced using a simple extraction method, such as the maceration of tree bark which is considered a waste product of the timber industry. Only in this way, it should be tested with further studies supporting its applicability in nutraceutical and cosmetic products in order to prevent damage caused by oxidative stress in the human organism and more. Finally, another important result of this study is that the commercially imported product substitution was made in Kastamonu, which includes the Ilgaz and Küre national parks. KEYWORDS: Pine Bark Extracts, Pinus nigra, Vitamin P, Phenolic compounds, Antioxidant, Antibacterial, Heavy Metals

Benzer Tezler

  1. Tez No

    155870

    Bazı ağaç kabuklarından elde edilen metanolik ekstrakların radikal temizleme aktiviteleri

    Radical scavenging activities of methanolic extracts obtained from some tree bark samples

    FATMA YAYLACI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2004

    KimyaKaradeniz Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    Y.DOÇ.DR. SEVGİ KOLAYLI

  2. Tez No

    777851

    Kızılçam (Pinus brutia) ve karaçam (Pinus nigra) kabuklarıyla zenginleştirilen ekmeklerin besinsel ve kimyasal özelliklerinin incelenmesi

    Investigation of the nutritional and chemical properties of breads enriched with red pine (Pinus brutia) and black pine (Pinus nigra) bark

    ECE EKİZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Beslenme ve DiyetetikMuğla Sıtkı Koçman Üniversitesi

    Beslenme ve Diyetetik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ŞEYDA KIVRAK

  3. Tez No

    183333

    Yenice-Bakraz orijinli karaçam (Pinus nigra Arnold. subsp. pallasiana (Lamb.) Holmboe) tohum bahçesinde çiçeklenme, kozalak verimi ve tohum özellikleri açısından klonal farklılıklar

    Clonal variations in flowering, cone production and seed characteristics of black pine (Pinus nigra Arnold. subsp. pallasiana (Lamb.) Holmboe) seed orchard originated from Yenice-Bakraz

    MURAT ERTEKİN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2006

    Ormancılık ve Orman MühendisliğiZonguldak Karaelmas Üniversitesi

    Orman Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KORHAN TUNÇTANER

  4. Tez No

    682085

    Geleneksel çam kozalağı pekmezinin fizikokimyasal, biyoaktif ve fonksiyonel özelliklerinin araştırılması

    Investigation of physicochemical, bioactive and functional properties of traditional pine cone molasses

    EMİNE İNCEMEHMETOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Gıda MühendisliğiKastamonu Üniversitesi

    Sürdürülebilir Tarım ve Tabii Bitki Kaynakları Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MÜGE HENDEK ERTOP

  5. Tez No

    329616

    Yıldız Teknik Üniversitesi Davutpaşa Kampusu Fen Edebiyat Fakültesi avlusundaki çamların kurumasında çimlerin allelopatik rolünün araştırılması

    Investigation of allelopathic role of grass plants in withering of black pine trees interplanted in garden of Science and Art Faculty of YTU

    SEHER ÖZKAŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    BiyolojiYıldız Teknik Üniversitesi

    Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İSMAİL KOCAÇALIŞKAN

Geri Dön