MUZ KABUKLARINDAN FRÜKTO-OLİGOSAKKARİT KARIŞIMLARININ ÖZÜTLENMESİ

Transkript

1 MUZ KABUKLARINDAN FRÜKTO-OLİGOSAKKARİT KARIŞIMLARININ ÖZÜTLENMESİ Gülizar KURTOĞLU1, Sibel YİĞİTARSLAN YILDIZ2 1,2Süleyman Demirel Üniversitesi, Mühendislik Mimarlık Fakültesi, Çevre Mühendisliği, Çünür, ISPARTA, 32260, ÖZET Bu araştırmada, farklı parça boyutlarındaki muz kabuklarından, farklı çözücüler ve karışımları kullanılarak bir fonksiyonel gıda maddesi olan frükto-oligosakkaritlerin C aralığında dk sürelerde özütlenmesi üzerine çalışılmıştır. Çalkalayıcı su banyosu kullanılan kesikli deneylerde frükto-oligosakkaritlerin saf suya oranla saf asetonla daha kolay özütlenebildiği sonucuna varılmıştır. Oldukça düşük bir sıcaklık olan 50 0 C de 90 dakika süreyle saf aseton kullanılarak optimum parça boyutundaki muz kabuklarının özütlenmesi durumunda yaklaşık %30 luk bir verim elde edilmiştir. HPLC analizi yapılan özütte fruktoz ve glikoz konsantrasyonlarına eşdeğer miktarda früktooligosakkarit içeriği bulunmuştur. Ayrıca, polimerizasyon derecesinin, diğer frükto-oligosakkarit içeren bitkisel kaynaklara oranla düşük olduğu görülmüştür (<6). Birçok özelliğe sahip olduğu kanıtlanmış, GRAS (genellikle güvenli olarak tanınan) statüsüne sahip frükto-oligosakkaritlerin, atık bir madde olan muz kabuklarından üretilebileceği sonucuna varılmıştır. Anahtar Kelimeler: Frükto-oligosakkarit, özütleme, HPLC, muz, 1-kestoz GİRİŞ Frükto-oligosakkaritler (FOS) maksimum on şeker birimini (polimerzasyon derecesi) içeren glikoz ve fruktoz moleküllerine beta (2 1) bağı ile bağlı früktoz oligomerleridir. FOS yapılarında früktozil-glikoz bağı daima beta(2 1) şeklinde iken früktozil-früktoz bağları beta (2 1) yapısındadır [1],[2]. FOS, fermentasyon özellikleri sayesinde, sindirim sistemi hastalık risklerini azaltırlar, mukozal korumayı güçlendirirler, ayrıca bağırsak epitelini etkilerler [3],[4],[5],[6],[7]. Kalsiyum magnezyum gibi minerallerin emilimlerini artırmakta, serum glikoz ve kolestrol düzeyini azaltmakta ve yüksek derecede çözünebildiklerinden (oda sıcaklığında suda yaklaşık % 80), organeleptik kaliteyi arttırmaktadırlar, yağ ve şeker yerine, lif ve prebiyotik olarak kullanılabilirler. Kullanıldıkları ürünün raf ömrünü de uzatabilirler [8],[9],[10]. Früktooligosakkaritler başta hindiba ve yer elması olmak üzere kuşkonmaz, muz, soğan, sarımsak, domates vb. bitkilerde bulunur [11]. Muz, FOS içerdiği bilinen ancak besin değeri fazla olan, bu yüzden de endüstriyel FOS üretiminde tercih edilemeyen bir meyvedir. Bu yüzden muz yerine muz kabuğunun kullanılması amaçlanmıştır. Çalışma, muz kabuklarından frükto-oligosakkarit karışımlarının üretilmesi prosesindeki ekstraksiyon (özütleme) süresi ve sıcaklığı, parça boyutu, çözücünün türü ve miktarının ekstraksiyon verimi ve frükto-oligosakkarit bileşenlerine olan etkisinin incelenmesi işlemlerini içermektedir [12],[13]. Muz kabuğu içerisindeki FOS türleri ve bu türlerin miktarları hakkında literatürde daha önceden yapılmış bir çalışma mevcut değildir. Yapılan bu çalışma hem literatürdeki bilgi boşluğunu doldurmak hem de FOS üretimi için alternatif oluşturmak amacını taşımaktadır. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Yapılan çalışmada, içeriği % 22,84 karbonhidrat, % 2,6 yağ, % 0,33 diyet lifi, % 1,09 protein [14] olan muz kabuklarından frükto-oligosakkarit karışımlarının özütlenmesi prosesi için

2 ekstraksiyon (özütleme) süresi, çözücünün türü, sıcaklığı ve parça boyutu çalışıldı. Ekstraksiyon (özütleme) deneylerinde ham madde olarak muz kabuğu (10 g), çözücü olarak saf su ve/veya aseton malzemeleri kullanıldı. Deneyler için muz ağırlığı/çözücü miktarı parametresi ¼ oranı göze alınarak yapılmıştır. Heto SBD 50 markalı çalkalayıcı su banyosu ile 150 rpm hızda çalışıldı. Deneylerin her biri üç kez tekrarlanmıştır. Muz kabuklarından yapılan özütlemede kullanılan prosedür aşağıda özetlenmektedir (Şekil 1) ve deneyler sonucunda elde edilen verim aşağıdaki eşitlikten hesaplanmıştır (Eşitlik 1): Şekil 1. Deney prosedürü Eşitlik 1: Verim eşitliği Elde edilen veriler üzerinden HPLC analizi, refraktif indeks dedektörüyle birleştirilmiş, bir karbonhidrat analiz kolonu olan Aminex HPX-42 C kullanıldı. Kolon sıcaklığı 80 0 C ve hareketli faz 0,6 ml su /min. akış hızı ile kullanıldı. Polimerizasyon derecesi 4 e kadar olan bileşenler, standartları (fruktoz, glikoz, sükroz, 1-kestoz ve nistoz) mevcut olduğu için kolondan elde edilen piklerde karşılaştırma ile belirlendi. Belirgin pikler veren, polimerizasyon derecesi 5 ve 6 olan şeker miktarları Eşitlik 2 kullanılarak hesaplandı: SONUÇLAR A x MW x 10-6 = #F #F Eşitlik 2: Spesifik FOS konsantrasyon formülü [15] Saf su için yapılan deneyde (Şekil 2) optimum sürenin 140 dk olduğu görülmüştür. 140 dakika süreyle özütleme sonucunda % verimin 19,3 olduğu görülmektedir.

3 Şekil 2. Özütlemenin zamanla ve verimle değişimi Şekil 3 deki grafikten de görüldüğü gibi 70 dk da %50 aseton+%50saf su ve %100 asetonda aynı verimin elde edildiği ve verimin çözücü türünün değişiminden oldukça fazla etkilendiği görülmektedir. 90 dakikaya ulaştığında en yüksek verimi (% 30) saf asetonun sağladığı anlaşılmıştır. Şekil 3. Özütleme ve verimin çözücü türüne değişimi Muz kabuklarından C arasındaki sıcaklıklarda saf aseton çözücüsüyle 90 dk süreyle yapılan özütleme işlemleri sonucunda aşağıdaki verim değerleri elde edilmiştir (Şekil 4) C de verimin düşük olmasının nedeni, daha küçük frükto-oligosakkarit moleküllerine parçalayan enzim olan endoinülinaz enziminin optimum sıcaklığının 50 0 C olmasıdır.40 ve 60 0 C deki verimin düşük olmasının nedeni ise, frükto-oligosakkariti parçalayan enzimlerin (ekzoinülinaz ve endoinülinaz enzim) aktivitesinin, frükto-oligosakkariti üreten enzimlerin aktivitesinden yüksek olmasından kaynaklanabilir. Laboratuvar koşullarında asetonun kaynama noktası 60 0 C belirlendiğinden daha yüksek sıcaklıklarda çalışma gerçekleştirilememiştir. Şekil 3. Verimin sıcaklıkla değişimi

4 Partikül boyutunun özütleme işleminin verimi üzerindeki etkisini görmek amacıyla 2*7*10 mm(normal) boyutunda ve 2*5*8 mm(küçük) dikdörtgen prizma, 2*21*21 mm kare prizma(büyük) şekline ayrılan muz kabukları 50 0 C de su banyosunda 90 dk süreyle özütlenmiştir (Şekil 5). Küçük partikülleri hazırlamak için muz kabuklarının daha çok kesilmesi gerekmektedir ve bu kesme işlemi frükto-oligosakkariti hidrolizleyen enzimlerin aktivitesini hızlandırdığı için difüzlenen frükto-oligosakkarit miktarının daha fazla olmasına neden olmaktadır [16]. Ancak deneyler sonucunda görülen eğilim beklentilerin dışında olmuştur ve bunun nedenleri araştırılacaktır. Şekil 4. Parça boyutunun verime olan etkisi Optimum koşullarda elde edilen numunenin HPLC analizi yapılmıştır. Analiz sonucunda özütün fruktoz ve glikoz konsantrasyonlarına eşdeğer miktarda frükto-oligosakkarit içerdiği bulunmuştur. (1-kestoz; 3,0147 mg/ml, sükroz; 6,3707 mg/ml, glikoz; 7,1478 mg/ml, fruktoz; 6,2695 mg/ml, früktofüranozil nistoz; 6,5842 mg/ml). Muz kabuklarındaki frükto-oligosakkarit karışımlarının polimerizasyon derecesi oldukça düşüktür (<6). Muz kabuklarında, FOS un en küçük ve en fonksiyonel bileşeni olan 1-kestozun [17] bulunması, bu bileşenin atık bir madde olan muz kabuğundan da elde edilebileceğini göstermektedir. ÖNERİLER Şekil 5. HPLC analiz sonuçları Yapılan çalışmada özütlemeyi birincil derecede çözücü türünün, sıcaklığın, sürenin etkilediği belirlenmiştir. Çalışmanın devamında bu parametreleri en yüksek verime ulaştıran üç aralığı için gıda sistemleriyle ilişkili biyokimyasal ve biyoteknolojik proseslerin optimizasyonunda başarıyla

5 uygulanmakta olan bir yöntem olan Cevap Yüzey Yöntemi kullanılarak hem saf su, hem su ve aseton karışımı, hem de saf asetonla özütlemenin optimum koşullarının kesin belirlemesi gerçekleştirilecektir. KAYNAKLAR 1. Gibson, G.R.; Roberfroid, M.B., Handbook of Prebiotics, CRC Press Taylor&Francis Group, Boca Raton, 504, Waterhouse, A.L.; Chatterton, N.J. Glossary of fructan terms. In: Suzuki, M.; Chatterton, N.J. (editors), Science and Technology of Fructans Boca Raton, Fl: CRC Press, 1-8, Kok, N.; Roberfroid, M.; Delzenne, N., Dietary oligofructose modifies the impact of fructose on hepatic triacylglycerol metabolism, Metabolism., 45, , Aarsland, A.; Chinkens, D.; Wolfe, R.R., Contributions of de novo synthesis of fatty acids to VLDL-triglyceride secretion during prolonged hyperglycemia/ hyperinsulinemia in normal man, The Journal of Clinical Investigation., 98, , Pool-Zobel, B.; Van Loo, J.; Rowland, J.; Roberfroid, M., Review of experimental evidence investigating the potential of prebiotic carbohydrates inulin and oligofructose to reduce the risk of colon cancer, British Journal of Nutrition., 87, S273-S281, Ohta, A.; Ohtsuki, M.; Baba, S.; Adachi, T.; Sakata, T.; Sakaguchi, E., Calcium and magnesium absorption from the colon and rectum are increased in rats fed fructooligosaccharides, Journal of Nutrition., 125, , Roberfroid, M.R., Prebiotics and probiotics: Are they functional foods?, American Journal of Clinical Nutrition, 71, 1682S-1687S, Cebeci, A., Characterization of Lactobacillus plantarum strain as probiotics, Middle east Technical University, Turkey, Master Thesis, Franck A. Technological Functionality of Inulin and Oligofructose, British Journal of Nutrition, 87 S287, Kolida, S.; Thuohy, K.; Gibson, G. R., Prebiotic Effects of Inulin and Oligofructose, British Journal of Nutrition, 87 S287, Yıldız, S. The metabolism of fructo-oligosaccharides and fructo-oligosaccharide-related compounds in plants, Food Reviews International, accepted article, LFRI R1, L Homme, C.; Puigserver, A.; Biagini, A., Effect of food-processing on the degradation of fructooligosaccharides in fruit, Food Chemisty, 82, , Crittenden, R.G.; Playne, M.J., Production, properties and applications of food-grade oligosaccharides, Trends in Food Science&Technology, 7, , 1996

6 Yıldız, S., Production of Sweetening Syrups With Functional Properties, Doctorate Thesis, Middle East Technical University, Yıldız, S., Production of sweetening syrups with fuctional properties, PhD (doctor of philosophy) Thesis, Middle East Technical University, Zdunczyk, Z.; Juskiewicz, J.; Stanczuk, J.; Jankowski, J.; Krol, B., Effect of and Nystose Preparation on Growth Performance and Gastrointestinal Tract Function of Turkeys, Poultry Science, 86, , 2007.