Polyphenol content and in vitro bioavailability of black carrot (Daucus carota) pomace and peel

Apiaceace familyasında havuç yüzyıllar boyunca dünyada en çok tüketilen sebzelerden birsi olmuştur. Her ne kadar turuncu renkli havuçlar yaygın olsa da, siyah havuç özellikle yüksek sıcaklık, ısı ve pH stabilitesi yüzünden doğal renklendirici olarak kullanılmaya ve değer kazanmaya başlamıştır. Siyah havuç (Daucus carota) Türkiye, Orta ve Uzak Doğu'da en az 3000 yıldır üretilmektedir. Antosiyaninler açısından oldukça zengin mavimsi-mor renge sahiptirler. Siyah havuç genellikle reçel, konsantre, içecek gibi ürünlerde kullanılmaktadır ve üretim sonunda yüksek miktarlarda atık ürün ortaya çıkmaktadır. Ve bu atıklar hem ekonomik kayıp hem de çevre kirliliği gibi sıkıntılara neden olmaktadır. Daha önce başka sebze ve meyvelerin atıkları ile ilgili pek çok çalışma yapılmıştır ve bu atıkların toplam fenolik, flavonoid, antosiyanin içerikleri ile antioksidan kapasitilerinin yüksek olduğu kanıtlanmıştır. Bu çalışmada amaç siyah havuç ve atıklarının polifenollerinin karakterizasyonu ve bunların biyoyararlılıklarının incelenmesini amaçlamaktadır. Çalışmada endüstiyel atıklar kullanılmış ve ürünler üzerinde proses etkileri de gözlemlenmiştir. Deneysel planda in vitro sindirim için pepsin, pankreatik enzimler ve kolonik bakteriler kullanılmıştır. Çalışmada kullanılan in vitro sindirim üç basamaklı bir prosedüre sahiptir ve mide, ince bağırsak, kalın bağırsak basamaklarından oluşmaktadır. Fabrikadan alınan örnekler sıvı nitrojen altında öğütülüp, donrulurak kurutularak deneylerde kullanılmak üzere hazırlanmışlardır. Başlangıç örnekleri ise %0.1 (v/v) formik asit içeren %75'lik methanol ve %0.1 (v/v) formik asit içeren %75'lik ethanol ile hazırlanmıştır. Ürünün toplam fenolik, toplam antosiyanin, toplam antioksidan kapasiteleri ve polimerik renk analizleri spektrofotometre ile ölçülmüştür. Fenolik kapasite analizleri Folin-Ciocalteu metodu; toplam monomeric antosiyanin kapasite pH differential metodu; toplam antioksidan kapasite ise dört farklı metot (ABTS, CUPRAC, DPPH ve FRAP) kullanılarak yapılmıştır. Her spektrofotometrik yöntem için örnekler üç parallel hazırlanmış ve sonuçların ortalaması alınmıştır. Fenolik metabolitler yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) ve mass spectrometry (UPLC-ESI-MS) kullanılarak tespit edilmiştir. Bunların dışında kısa zincirli yağ asitleri gaz kromatografisi (GC) kullanılarak tepit edilmiştir. Örnekler arası istatistiksel farklılıklar tek yollu ANOVA (p<0.05) ile tespit edilmiştir. Çalışma sonunda LS-MS analizlerinden elde edilen sonuca göre siyah havuç ve atıklarında toplam beş ana antosiyanin; iki tanesi non-acylated (cyanidin-3-xylosylglucosylgalactoside ve cyanidin-3-xylosylgalactoside) üçü ise sinapik asit (cyanidin-3-sinapoylxylosylglucosylgalactoside), ferulik asit (cyanidin-3-feruloyl xylosylglucosylgalactoside) ve p-kumarik asit (cyanidin-3-p-coumaroylxylosyl glucosylgalactoside) türevleri olarak bulunmuştur. Her antosiyaninin karakterizasyonu UV-görülür karakterleri, MS ve fragmantasyonları dolayısıyla pozitif modda gerçekleştirilmiştir. Antosiyanin profilleri daha önce yapılmış olan literatürdeki çalışmalarla paralellik göstermektedir. Sindirimden önceki başlangıç örneklerinde posa en yüksek antosiyanin içeriğine sahip ürün olarak tespit edilmiştir. Cyanidin-3-xylosyl-feruloyl-glucosyl-galactoside başlangıç örnekleri için en baskın (40-69%) antosiyanin olarak gözlemlenmiştir. Toplam antosiyaninlerin 61-88%'ini acylated antosiyaninler oluşturmaktadır. Bu da acylated antosiyaninlerin non-acylated antosiyaninlere göre pH ve sıcaklık değişimlerine daha toleranslı olduklarını gösterir. Buna göre, siyah havuç atıkları acylated antosiyanin kaynağı olarak gıda uygulamalarında rahatça kullanılabilir. Non-acylated antosiyaninler için posa en yüksek sonuçlara sahipken (81.0 mg C3G/100 kuru madde ve 507.8 C3G/100 kuru madde); siyah havuç sinapik, ferulik ve p-kuromik türevleri açısından diğer örneklerden daha zengin içeriğe sahip olduğu görülmüştür (282.2 mg C3G/100 kuru madde, 844.9 C3G/100 kuru madde ve 97.5 C3G/100 kuru madde). In vitro mide sindirimi sonunda non-acylated antosiyaninler için %37-%89 civarında; diğerleri için ise %39-%89 civarında düşüş tespit edilmiştir. Tüm in vitro sindirim sonunda ise cyanidin-3-xylosylglucosylgalactoside dışında diğer antosiyaninlerde düşüş görülmüştür. Sonuçlar istatiksel olarak birbirlerine paralellik göstermektedir (p<0.05). Başlıca fenolik asitler ise neoklorojenik asit (3-O-caffeoylquinic acid), kriptoklorojenik asit (4-O-caffeoylquinic acid), klorojenik asit (5-O-caffeoylquinic acid), kafeik asit ve ferulik asit olarak gözlenlenmiştir. Literatürdeki diğer sonuçlarla paralel olmak üzere klorojenik asit tüm örneklerde en baskın (%71-84) bileşen olarak tespit edilmiştir. Caffeoylquinic asit türevleri ise toplam fenolik asitlerin %83-89'unu meydana getirmektedir. Sindirim sonucu özellikle neoklorojenik ve kafeik asit artışları dikkat çekicidir. In vitro sindirim sonunda neoklorojenik asit, kriptoklorojenik asit ve klorojenik asit içeriklerinde azalma (%0.03-%95) gözlenirken, ferulik ve kafeik asitte artma tespit edilmiştir. Özellikle kabuk örneklerindeki artış dikkat çekicidir (kafeik asit için %620; ferulik asit için %240). Prosesin ürünler üzerindeki etkisinin incelenmesi için polimerik renk analizi MeOH ve EtOH kullanılarak gerçekleştirilmiş ve sonucunda kabuk ürünlerinde diğer ürünlere kıyasla daha yüksek sonuçlar elde edilmiştir. Tüm ürünler için MeOH ekstraksiyonu, EtOH ekstraksiyonuna göre daha yüksek sonuçlar alınmasına neden olmuştur. Başlangıç örneklerinde toplam fenolik madde ve toplam antioksidan kapasite siyah havuç atıklarına göre sırasıyla %10-28 ve %12-31 daha düşük olsa da sonuçlar arasında istatistiksel olarak bir fark yoktur (p<0.05). Bunun dışında başlangıç örnekleri için toplam monomerik antosiyanin içerikleri karşılaştırıldığında posa örneklerinin diğerlerine göre %3 daha yüksek olduğu söylenilebilir. Toplam fenolik madde içeriği siyah havuç, kabuk ve posa için sırasıyla 5743.0 mg GAE/100 g kuru madde, 5170.1 mg GAE/100 g kuru madde ve 4151.3 mg GAE/ 100 g kuru madde olarak bulunmuştur. Kabuğun ve posanın, siyah havuç örneklerinden daha düşük fenolik madde içeriğine sahip olduğu görülmüştür. Mide sindirimi sonrasında örneklerde sırasıyla %43, %57 ve %71 düşüş; ince bağırsak sindirimi sonunda %52, %27 ve %28'lik düşüş, kalın bağırsak sindirimi sonucunda ise %36, %39 ve %47'lik düşüşler tespit edilmiştir. İnce bağırsak ve kalın bağırsak sindirimleri sonunda istatiksel olarak benzer sonuçlar elde edilmiştir (p<0.05). İnce bağırsak örneklerininde mide örneklerine kıyasla gözlemlenen artış literatürle paralellik göstermiş, bunun nedeni ise ek ekstraksiyon süresi (4 saat), ince bağırsak sindirim enzimlerinin (lipaz, pankreatin) örnekler üzerindeki etkisi olarak açıklanabilir. Toplam monomerik antosiyanin madde içeriği posa için en yüksek sonuç (1703.4 mg C3G/100 g kuru madde) gözlemlenirken en düşük sonuç kabuk (1221.1 mg C3G/100 g kuru madde) için tespit edilmiştir. Mide sindirimi sonrasında örneklerde sırasıyla %51, %73 ve %74 düşüş; ince bağırsak sindirimi sonunda %80, %62 ve %68'lik düşüş, kalın bağırsak sindirimi sonucunda ise %81, %53 ve %57'lik düşüşler tespit edilmiştir. İnce bağırsak ve kalın bağırsak sindirimleri sonunda istatiksel olarak benzer sonuçlar elde edilmiştir (p<0.05). Toplam monomerik antosiyanin içeriğinde toplam fenolik madde içeriğine göre daah yüksek düşüşler gözlemlenmiştir. Bu çalışmada uygulanan dört toplam antioksidan kapasite metodundan (ABTS, DPPH, FRAP ve CUPRAC), CUPRAC metodu sindirilmemiş siyah havuç için en yüksek antioksidan kapasite değerini verirken (17426.1 mg TE/100 g kuru madde); Aynı ürün için DPPH analizi sonunda sonuç, 7198.7 mg TE/100 g kuru madde; FRAP için 95257.2 mg TE/100 g kuru madde ve ABTS için 2489 mg TE/100 g kuru madde olarak ölçülmüştür. In vitro mide sindirim sonunda siyah havuç için CUPRAC, DPPH ve FRAP analizleri sonucunda %31-50 düzeylerinde düşüş gözlemlenirken; ABTS sonuçlarında %263'lük bir artış elde edilmiştir. Tüm sindirim tamamlandığında ise başlangıç örneğine oranla CUPRAC, DPPH ve FRAP analizleri sonucunda %56-62 düzeyinde düşüş; ABTS sonunda %106'lık artış tespit edilmiştir. Siyah havuç posası için yapılan antioksidan kapasite analizlerinde ise bu dört metot aynı artış ve azalış trendlerini gösterirken; kabuk için siyah havuca benzer şekilde DPPH, CUPRAC ve FRAP metotları birbiriyle paralellik göstermektedir. Sindirimden önce siyah havuç, posa ve kabuk ürünleri için antioksidan kapasiteleri ABTS hariç; sırasıyla siyah havuç, kabuk ve posa olarak tespit edilmiştir. Posa ürünlerinde dört metotta ve kabuk ürünlerinde DPPH, FRAP ve CUPRAC metotlarında ince bağırsak ve kalın bağırsak sindirimleri sonunda elde edilen değişimler istatiksel olarak birbirlerine benzerlik göstermektedirler (p<0.05). Sonuçlardaki farklılıklar her bir metotun birbirinden farklı pH değerlerinde daha etkin olması, polifenollerin kimyasal yapıları ve sindirim sırasındaki bunların diğer bileşenlerle olan etkileşimleri olarak gösterilebilir. Bu yüzden her çalışma için en az iki metotla antioksidan kapasite araştırması yapılması önerilmektedir. Kısa zincirli yağ asit (SCFA) analizleri sonucunda ise blankler 24 saat ve 48 saat sonucunda birbirlerine benzer sonuçlar göstermiştir. Bu da ekstra bir SCFA üretimi olmadığını kanıtlamaktadır. 24 saat sonucunda tespit edilen ana SCFA'ler asetik, propionic ve bütirik asittir. Özellikle posa örnekleri için asetik asit içeriğinde büyük bir artış görülmüştür. Bunun dışında bütirik asitte 48 saat sonunda; 24 saate kıyasla iki kat artış tespit edilmiştir. Genel olarak asetik asitte siyah havuç örnekleri için (sırasıyla 24 saat ve 48 saat) %73-%73, posa örnekleri için %78-%75 ve kabuk örnekleri için %73-%68 artış görülmüştür. Posada meydana gelen toplam SCFA oluşumu, siyah havuç ve kabukta meydana gelenden yüksektir (15-24%) (p<0.05). SCFA sağlıklı bir kalın bağırsak demek olduğundan, siyah havuç posasının sağlıklı bir kalın bağırsak için güzel bir kaynak olduğu varsayılabilir. In vitro gastrointestinal sindirim metodları daha önce üzüm, mango ve nar örnekleri için kullanılmış olsa da bu çalışma siyah havuç kabuk ve posası üzerine yapılmış ilk çalışmadır. Üretim prosesleri sırasında açığa çıkan siyah havuç atıkları endüstri için ciddi bir problem yaratmaktır. Oysa ki siyah havuç atıkları özellikle antosiyanince zengin polifenol kaynağı olarak değerlendirilebilir. Bu çalışma siyah havuç ve atıklarının polifenol içerikleri, antioksidan kapasiteleri ve bunların biyoyararlılıkları üzerine gerçekleştirilmiştir. TPC, TMAC ve TAC in vitro sindirim sonucu belirgin bir şekilde (23-82%) azalmıştır. Posa örneklerinin in vitro sindirim basamaklarının hepsinde açığa çıkan antosiyanin miktarı siyah havuçtan fazladır; bu da siyah havuç posasının iyi bir bioaccessible antosiyanin kaynağı olduğunu göstermektedir. Yukarıda da özetlendiği üzere, bu çalışmanın amacı toplam fenoliklerin, toplam monomerik antosiyaninlerin ve siyah havuç, kabuk ve posasının içerdiği ana fenolik asitlerin ve de antosiyaninlerin sindirim stabilitesini incelemek ve mide, ince bağırsak ve kalın bağırsak sindirimi sırasında antioksidan aktivitedeki değişimi gözlemlemek üzerine yapılmıştır. Bunlara ek olarak mikrobiyal metobolik aktivitenin bir sonucu olan kısa zincirli yağ asitlerinin oluşumu (SCFAs) da incelenmiştir.