Kabak çekirdeğinden enzimatik sulu ekstraksiyon ile yağ eldesi ve yanıt yüzey yöntemiyle optimizasyonu

Kabak çekirdeği (Cucurbita pepo L.), sıcak iklimlerde ve nemli bölgelerde yetişen ülkemizde de geniş coğrafyada yetiştiriciliği yapılan türlerdendir. Özellikle, tohumlarındaki %40-60 yağ oranı ile önemli bitkisel yağ kaynakları arasındadır. İçerdiği yüksek yağ asitlerinin %73-80 civarını, doymamış yağ asitlerinden olan linoleik ve oleik asit oluşturmaktadır. Kabak çekirdeği yapısında bulunan zengin yağ asitleri, antioksidan maddeler ve E vitamini ile gıda, ilaç, kozmetik endüstrisinde ve medikal alanlarda son yıllarda ilgi çeken bir bitkisel tohum haline gelmiştir. Bu çalışmanın amacı, bitkisel tohumlardan yüksek kalitede ve verimde yağ ekstraksiyonunda, geleneksel olarak kullanılan çözücü ekstraksiyonu yöntemine alternatif olabilecek bir yöntem geliştirilmesi ve ekstraksiyon işlemine etki eden parametrelerin optimizasyonudur. Ekstraksiyon yöntemi olarak enzimatik sulu ekstraksiyon seçilmiş olup, hücre duvarını degrade etmek için proteaz enzimi eklenmiştir. Deneylerde içerisinde %46,43 oranında yağ içeren Nevşehir menşeili kabuksuz kabak çekirdeği tohumları kullanılmıştır. Proteaz olarak Alcalase 2.5L ticari enzimi kullanılmıştır. Enzimatik ekstraksiyonlar, 0,6-1 mm tohum fraksiyonu ile, 1:7 tohum:tampon çözelti oranında, pH 4-8 aralığında, 0,25-1,50 mL/g enzim miktarlarında, 4-36 saatlik sürede ve 40-70ºC sıcaklıklarda gerçekleştirilmiştir. Optimizasyon öncesi deneyler yapılarak, proteaz enzimi için pH, enzim miktarı, süre ve sıcaklık açısından yüksek ekstraksiyon verimi sağlayacak çalışma aralıkları belirlenmiştir. Ön deneyler sonucunda, pH parametresinin çalışılan aralıkta, verim değerlerinde çok az etki yaptığı görülmüş ve değişken bir parametre olarak seçilmemesine karar verilmiştir. Deneysel tasarımın ilk kısmında, Plackett-Burman yöntemiyle üç değişkenli (enzim miktarı, süre, sıcaklık), iki seviyeli (-1, +1) ve iki tekrarlı deneysel tasarım matrisine göre 16 adet deney yapılmıştır. Seviyelerin seçimi, birinci kısımdaki deney sonuçlarına göre yapılmış olup, düşük ve yüksek seviyeler sırasıyla; enzim miktarı için 0,5-1,0 mL/g tohum, süre için 18-30 saat ve sıcaklık için 45-55ºC olarak belirlenmiştir. Deney sonuçlarının programa girilmesiyle lineer yaklaşım denklem modelinin katsayıları sırasıyla; 0,6537, 1,7625 ve 0,6238 olarak elde edilmiştir. Bu değerlere göre, ileri aşamadaki merkezi bileşik deneysel tasarımında merkez noktanın (0), üç parametre için de yüksek seviyeli değerlerinin seçilmesine karar verilmiştir. Deneysel tasarımın ikinci kısmında, dıştan çemberlenmiş merkezi bileşik kübik tasarım yoluyla üç değişkenli (enzim miktarı, süre, sıcaklık), beş seviyeli (-1,68, -1, 0, +1, +1,68) ve iki tekrarlı deneysel tasarım matrisine göre 34 adet deney yapılmış ve Yanıt Yüzey Yöntemi'yle kabak çekirdeğinden enzimatik sulu ekstraksiyonla yağ eldesinde etkisi olduğu düşünülen parametrelerin optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu seviyeler sırasıyla; enzim miktarı için 0,58 mL/g tohum, 0,75 mL/g tohum, 1 mL/g tohum, 1,25 mL/g tohum, 1,42 mL/g tohum; süre için 19,92 saat, 24 saat, 30 saat, 36 saat, 40,08 saat ve sıcaklık için 46,6ºC, 50ºC, 55ºC, 60ºC ve 63,4ºC olarak belirlenmiştir. Elde edilen istatistiki sonuçlara göre; her üç faktörün de ekstraksiyon veriminde etkin oldukları görülmektedir. Sonuç katsayılarına göre ekstraksiyon veriminde sırasıyla, sıcaklık (lineer), sıcaklık (kuadratik), enzim miktarı (lineer), süre (lineer) ve süre (kuadratik) etkili parametreler olarak bulunmuştur. Parametreler arası etkileşimler gözlenmemiştir. Yanıt yüzey grafikleri incelendiğinde temel(lineer) etkilerin yanıttaki etkileri daha belirgin biçimde görülmüştür. Kontrol edilebilir faktörlerin optimal değerleri enzim miktarı 0,72 mL/g tohum, süre 35,56 h ve sıcaklık 49,7ºC olarak bulunmuştur. Optimum noktada yapılan deney sonucu %54,56 olarak bulunmuş olup modelden tahminlenen değere oldukça yakındır.