Stevia (Stevia rebaudiana B.) bitkisi ekstraktında bulunan steviol glikozitlerin saflaştırılmasında bazı fiziksel ayırma tekniklerinin uygulanması

Günümüzde, tatlandırıcıların gıda formülasyonlarında kullanımının giderek arttığı görülmektedir. Bu tatlandırıcıların ilavesiyle gıdaların enerji içerikleri düşürülmektedir. Özellikle de obezite ve diyabet ile mücadeleye uygun enerjisi azaltılmış gıdalar elde edilebilmektedir. Fakat, yaygın olarak kullanılan bazı tatlandırıcıların sentetik olması tüketicide güvensizliğe neden olmaktadır. Bu durum tüketiciyi doğal kaynak arayışına sevk etmekte ve doğal kaynaklara olan yönelimi artırmaktadır. Şeker alkoller her ne kadar doğal kaynaklardan elde edilebiliyor olsa da laksatif etki göstermeleri nedeniyle çeşitli gıda formülasyonlarında kullanımı sınırlı seviyede kalmaktadır. Bu nedenlerle sentetik tatlandırıcılara ve şeker alkollere alternatif olarak stevia (şeker otu) bitkisinden elde edilen doğal tatlı bileşikler gelişmiş toplumların oldukça ilgisini çekmektedir. Steviol glikozitler olarak adlandırılan bu tatlı bileşiklerin yaklaşık sıfır (0) kalori enerjiye sahip olduğu belirtilmektedir. Ayrıca bağıl tatlılığının da sakkaroza göre 200-300 kat olduğu ifade edilmektedir. Stevia ekstraktları üzerine yapılan birçok toksikolojik çalışmada da bu bileşiklerin sağlık açısından olumsuz bir etkiye neden olmadığı ve bazı hastalıkların gelişmesini de engellediği bildirilmektedir. Stevia ürünlerinin dünyada yaygın olarak üretiminde bazı ekstraksiyon ve saflaştırma metotlarından yararlanılmaktadır. Steviol glikozitler özellikle kromatografik yöntemlerle yüksek oranda saflaştırılabilmektedir. Fakat kromatografik yöntemlerin zor ve maliyetli olması elde edilen son ürünün çok yüksek fiyatlara satılmasına yol açmaktadır. Ayrıca, steviol glikozitlerin saflaştırılmasında halihazırda uygulanan yöntemlerde etil alkol ve benzeri kimyasallar kullanılmaktadır. Bu nedenle steviol glikozitlerin zenginleştirilmesi ve saflaştırılmasına yönelik kullanılan diğer yöntemlerin etkinliğinin araştırılması önemlidir. Patent altına alınmış yaygın saflaştırma tekniklerine alternatif olabilecek uygun maliyetli fiziksel ayırma yöntemlerinin potansiyelini araştırmak ve ortaya koymak dikkate değer bulunmuştur. Bu tez çalışması kapsamında fiziksel ayırma metotları kullanılarak sulu stevia ekstraktlarından steviol glikozitlerin kabul edilebilir saflıkta (% 90) elde edilmesi amaçlanmıştır. Saflaştırmada elektrokoagülasyon (EK), adsorpsiyon ve membran filtrasyon tekniklerinden yararlanılmıştır. Elektrokoagülasyon sisteminde elektrot olarak alüminyum (Al) ve 304L paslanmaz çelik (Ç) levhalar anot (+) ve katot (-) olarak kullanılmış; böylece dört farklı elektrot kombinasyonu elde edilmiştir. Elektrik kaynağı olarak ise doğru akım (DC) uygulanmıştır. Ham stevia ekstraktı sırasıyla elektrokoagülasyon [Al(+)/Ç(-)], adsorpsiyon (polivinil polipirrolidon-PVPP), elektrokoagülasyon [Al(+)/Al(-)], ultrafiltrasyon (30 kDa Permeat-P), nanofiltrasyon (5 kDa Retentat-R) ve karışık yatak reçine sistemleri kullanılarak işlenmiştir. Uygulamada bir prosesten elde edilen ekstrakt sırasıyla diğer prosese beslenmiştir. Araştırma kapsamında öncelikle elektrot cinsi, elektrot aralığı, akım yoğunluğu, gerilim ve süre parametrelerine bağlı olarak elektrokoagülasyon sisteminin optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Ayrıca elde edilen veriler kullanılarak sistemin etkinliği matematiksel modelleme ile ifade edilmiştir. Ön denemeler sonunda en uygun elektrot kombinasyonunun Al(+)/Ç(-) elektrot kombinasyonu olduğu belirlenmiştir. Sonraki aşamada cevap yüzey metodu (CYM) kullanılarak toplam steviol glikozit (TSG) konsantrasyonunun maksimum olduğu noktadaki EK parametrelerine ait optimum değerler belirlenmiş; 1 cm elektrot aralığı, 100 mA/cm2 akım yoğunluğu, 30 V gerilim, 60 dakika uygulama süresi optimum koşullar olarak saaptanmıştır. En uygun PVPP konsantrasyonu ise % 0,02 olarak belirlenmiştir. Sonuçlar değerlendirildiğinde saflaştırılmış son örnekte toplam kuru madde (TKM) 1,86 g/100 g (ham ekstraktta 2,10 g/100 g), toplam mineral madde 0,22 g/100 g TKM (ham ekstraktta 12,02 g/100 g TKM) ve toplam steviol glikozit konsantrasyonu da 81,21 g/100 g TKM (ham ekstraktta 42,70 g/100 g TKM) olarak belirlenmiştir. Bununla birlikte renk ölçümü yapılmış olup L (açıklık-koyuluk) değeri 99,21 (ham ekstraktta 0,08), a (kırmızılık ve yeşillik) değeri -1,02 (ham ekstraktta -0,01) ve b (sarılık ve mavilik) değeri de 4,09 (ham ekstraktta 0,03) olarak tespit edilmiştir. Ayrıca proses ara basamaklarından alınan stevia ekstraktı örneklerinde toplam fenolik madde ve toplam asitlik içerikleri ile bulanıklık değerinde önemli düzeyde azalma sağlandığı görülürken transmittans değerinde önemli seviyede artış olduğu belirlenmiştir. Bunlara ilave olarak her bir uygulamanın bir önceki prosese göre steviol glikozitleri saflaştırmadaki etkinliği belirlenmiştir. Bu kapsamda belirlenen saflaştırma etkinlikleri sırasıyla; EK [Al(+)/Ç(-)] % 34,52, adsorpsiyon (% 0,02 PVPP) % 4,83, ikinci EK [Al(+)/Al(-)] % 2,18, membran filtrasyon (5 kDa R) % 20,51 ve karışık yatak reçine % 21,05 olarak hesaplanmıştır. Ham stevia ekstraktının TSG konsantrasyonu 42,70 g/100 g TKM olarak bulunmuştur. Bu miktar üzerinden, kullanılan tekniklerin saflaştırma etkinliklerine göre TSG konsantrasyonlarına bakıldığında; EK [Al(+)/Ç(-)] uygulaması sonunda 57,44 g TSG/100 g TKM, % 0,02 PVPP uygulaması sonunda 60,21 g TSG/100 g TKM, EK [Al (+)/Al(-)] uygulaması sonunda 61,52 g TSG/100 g TKM, membran filtrasyon (5 kDa R) uygulaması sonunda 74,14 g TSG/100 g TKM ve karışık yatak reçine uygulaması sonunda 89,75≈90,0 g TSG/100 g TKM değerine ulaşıldığı görülmüştür.