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

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.