NANE (Mentha piperita L.) ve KEKİK (Thymus vulgaris) BİTKİLERİNDEN ÜRETİLEN SUDA ÇÖZÜNEBİLİR ÇAYIN ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ.

Transkript

1 NANE (Mentha piperita L.) ve KEKİK (Thymus vulgaris) BİTKİLERİNDEN ÜRETİLEN SUDA ÇÖZÜNEBİLİR ÇAYIN ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ Zeynep AKŞİT Yüksek Lisans Tezi Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı Yard. Doç. Dr. Cemal KAYA 2013 Her hakkı saklıdır i

2 T.C. GAZİOSMANPAŞA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ GIDA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI Y. LİSANS TEZİ NANE (Mentha piperita L.) ve KEKİK (Thymus Vulgaris) BİTKİLERİNDEN ÜRETİLEN SUDA ÇÖZÜNEBİLİR ÇAYIN ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ Zeynep AKŞİT TOKAT 2013 Her hakkı saklıdır ii

3

4

5 ÖZET Y. Lisans Tezi NANE (Mentha piperita L.) VE KEKİK (Thymus vulgaris) BİTKİLERİNDEN ÜRETİLEN SUDA ÇÖZÜNEBİLİR ÇAYIN ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ Zeynep AKŞİT Gaziosmanpaşa Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Yrd. Doç. Dr. Cemal KAYA Bitki çayları; içerdikleri antioksidan maddelerden dolayı dünyada ve ülkemizde oldukça yaygın şekilde tüketilmektedir. Bitki çaylarının halk arasında tüketim şekli; sıcak suda demleme şeklindedir. Bu çalışmada, halk arasında sıklıkla kullanılan nane (Mentha piperita L.) ve kekik (Thymus vulgaris) bitkilerinin sulu ekstraktı, püskürtmeli kurutma ve dondurarak kurutma teknikleri ile kurutularak suda çözünebilir çay tozları elde edilmiş ve üretilen bu çay tozlarının bazı fiziksel ve kimyasal özellikleri araştırılmıştır. Suda çözünebilen bu bitkisel çay tozlarının antioksidan aktiviteleri FRAP ve TEAC testleri ile karşılaştırılmıştır. Her iki teknikle elde edilen bitkisel çay tozlarının fenolik madde içeriği HPLC ile aroma bileşenlerinin tayini ise GC-MS ile belirlenmiştir. Sonuçlar klasik demleme yöntemi ile elde edilen konfüzyon ile karşılaştırılmıştır. Naneden üretilen çayların toplam fenolik madde miktarı (klasik-dondurarak kurutmapüskürtmeli kurutma) sırasıyla 12.01, 30.85, mggae/100 ml çay, FRAP aktiviteleri; , , µmolte/100 ml çay ve TEAC aktiviteleri ise , ve µmolte/100 ml çay olarak bulunmuştur. Kekikten üretilen çaylarda ise toplam fenolik madde miktarları 18.90, ve mggae/100 ml çay, FRAP aktiviteleri , ve , TEAC aktiviteleri ise , ve µmolte/100 ml çay olarak bulunmuştur. Kullanılan nane örneğinin baskın fenolik maddesi olan rosmarinik asitin miktarı sırası ile 5.73, ve mg/100 ml çay olarak belirlenmiştir. Ancak, kurutma sırasında ısıl işlem uygulanan püskürtmeli kurutma tekniği ile elde edilen bitkisel çay tozlarında aroma bileşenlerinin azaldığı belirlenmiştir. Sonuç olarak; iki farklı yöntemle elde edilen bitkisel çay tozlarının fenolik madde bakımından zengin ancak aroma bileşenlerince fakir olduğu tespit edilmiştir. 2013, 41 sayfa Anahtar Kelimeler: Nane, Kekik, Püskürtmeli kurutucu, Dondurarak kurutma, Antioksidan aktivite, Suda çözünebilir çay i

6 ABSTRACT M.Sc. Thesis DETERMINATION PROPERTIES OF INSTANT TEA PROCESSED FROM MINT (Mentha piperita L.) AND THYME (Thymus vulgaris) Zeynep AKŞİT Gaziosmanpaşa University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Food Engineering Supervisor: Asst. Prof. Dr. Cemal KAYA Herbal teas are widely consumed in the world and our country due to their antioxidant constituents. Herbal tea consumption is generally in the form of hot water brewing. In this study, an alternative and more useful instant tea is produced. Aqueous extract of commonly used peppermint (Mentha piperita L.) and thyme (Thymus vulgaris) was dried by using spray drying and freeze drying techniques. Some physical and chemical properties of obtained instant tea powders were investigated. The antioxidant activity of instant tea powders were evaluated with FRAP and TEAC tests. Phenolic content of herbal tea powders obtained from both techniques was determined by HPLC and the flavor compounds were determined by GC-MS. The results were compared with conventional brewing method. Total phenolic content of produced powder tea from mint (traditional-freeze dried-spray dried) as follows; 12.01, 30.85, mggae/100 ml tea. FRAP activities were found , , µmolte/100 ml and TEAC activities were found , , µmolte/100 ml tea respectively. Total phenolic content of produced powder tea from thyme was 18.90, and mggae/100 ml tea, FRAP activities were found , and , TEAC activities were found , , µmolte/100 ml tea respectively. The amount rosmarinic acid (major phenolic of mint) determined 5.73, and mg/100 ml tea respectively. According to the analysis results; herbal tea obtained by traditional method had less phenolic compounds than spray dried and freeze dried teas. However, spray dried herbal tea powders had less flavoring agents because of heat application during drying. As a result, instant tea produced by two different methods was rich in phenolic content but poor in flavoring agents 2013, 41 pages Keywords: Mentha, Thyme, Spray dryer, Lyophilization, Instant tea, Antioxidant activity ii

7 ÖNSÖZ Tez çalışmam boyunca, bilgi ve tecrübelerini aktaran, birçok konuda yardımlarını esirgemeyen değerli danışman hocam Yrd. Doç. Dr. Cemal KAYA ya Antioksidan aktivite çalışmalarında hem bilgi birikimini hem de laboratuvar çalışmasında yardımlarını esirgemeyen Prof. Dr. Mahfuz ELMASTAŞ a Bitki materyalinin seçilmesi, yetiştirilmesi ve toplanması sırasında yaptığı katkılarından dolayı sayın Prof. Dr. İsa TELCİ ye, Tez çalışması süresince her zaman yanımda olan, düşüncelerini ve deneyimlerini paylaşan ve yol gösterici olan eşim Uzman Hüseyin AKŞİT e ve Uzman Nusret GENÇ e, Bana her zaman destek olan aileme teşekkürü bir borç bilirim. Zeynep AKŞİT 2013 iii

8 İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET... i ABSTRACT... ii ÖNSÖZ... iii İÇİNDEKİLER... iv ŞEKİLLER DİZİNİ... vi ÇİZELGELER DİZİNİ... vii SİMGE VE KISALTMALAR DİZİNİ... viii 1. GİRİŞ KAYNAK ÖZETLERİ Nane Bitkisi Kekik Bitkisi Bitkisel Çayların Kullanımı Suda Çözünebilir Bitkisel Çay Üretim Teknikleri Püskürterek Kurutma Tekniği Dondurarak Kurutma Tekniği Bitkisel Çay Tozlarının Uçucu Bileşenlerinin GC ile Analizi Fenolik Maddelerin HPLC ile Analizi Suda Çözünebilir Çay ile İlgili Çalışmalar MATERYAL ve YÖNTEM Bitkisel Materyal Suda Çözünebilir Çay üretimi Klasik Demleme ile Bitkisel Çayın Hazırlanması Püskürtmeli Kurutucu Örneklerin Hazırlanması Liyofilize Örneklerin Hazırlanması Suda Çözünebilir Çayın Özellikleri Verimin Hesaplanması (%) Renk Tayini Suda çözünebilirlik Tayini Nem Tayini Toplam Fenolik Madde İçeriği Antioksidan Aktivite Tayini FRAP Testi TEAC Testi iv

9 Suda Çözünebilir Çayın Fenolik Madde Kompozisyonunun Belirlenmesi Suda Çözünebilir Çayın Aroma İçeriğinin Belirlenmesi Şeker Tayini Duyusal Analizler İstatistiksel Analizler BULGULAR VE TARTIŞMA Üretilen Nane Çayların Fiziksel Özellikleri Üretilen Kekik Çayların Fiziksel Özellikleri Üretilen Nane Çaylarının Kimyasal Özellikleri Üretilen Kekik Çaylarının Kimyasal Özellikleri Üretilen Çayların HPLC ile Belirlenen Fenolik Madde Kompozisyonunu Farklı Tekniklerle Üretilen Çözünür Bitki Çaylarında Aroma Bileşenleri Kekik Çaylarında Belirlenen Aroma Bileşenleri Nane Çaylarında Belirlenen Aroma Bileşenleri Üretilen Bitki Çayı Tozlarının Duyusal Olarak Değerlendirme Sonuçları SONUÇ KAYNAKLAR v

10 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil Piyasadaki mevcut bazı bitkisel çay hazırlama aletleri... 4 Şekil Püskürtmeli kurutma cihazları... 6 Şekil Dondurarak vakum altında kurutma cihazları... 9 Şekil Head-space örnekleme sistemli GC-MS cihazı Şekil HPLC sistemi Şekil Toplam fenolik madde tayininde kullanılan gallik asit kalibrasyon grafiği.. 18 Şekil FRAP testinde kullanılan kalibrasyon grafiği Şekil TEAC testinde kullanılan kalibrasyon grafiği Şekil Standartların 50, 25 ve 10 ppm lik derişimlerinin kromatogramları Şekil Toplam şeker analizinde kullanılan kalibrasyon grafiği Şekil Naneden ekstrakte edilen bileşenlerin HPLC kromatogramı Şekil Kekik ürünlerindeki aroma bileşenlerinin GC-MS kromatogramı Şekil Nane ürünlerindeki aroma bileşenlerinin GC-MS kromatogramı vi

11 ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge Fenolik standartların doğru denklemleri ve R 2 değerleri Çizelge Nane çaylarının fiziksel özellikleri Çizelge Kekik çaylarının fiziksel özellikleri Çizelge Nane çaylarının kimyasal özellikleri Çizelge Farklı yöntemlerle üretilen kekik çaylarının kimyasal özellikleri Çizelge Nane ürünlerinin fenolik madde içerikleri (mg/100ml) vii

12 SİMGE VE KISALTMALAR DİZİNİ Simge Açıklama μl Mikrolitre C Santigrad Derece % Yüzde β Beta Kısaltma M.Ö kg g mg ABTS PTFE TPTZ nm ppm GC-MS HPLC FID ECD TCD TCA TFA FRAP TEAC GAE GE TE Açıklama Milattan Önce Kilogram Gram Milligram 2,2'-azino-bis(3-etilbenzotiazolin-6-sülfonik asid) Politetrafloroetilen Tripiridil Triazin Nanometre Milyonda Bir Kısım Gaz Kromatografisi- Kütle Spektrometresi Yüksek Performanslı Sıvı Kromatografisi Alev İyonlaşma Dedektörü Elektron Yakalama Dedektörü Isısal İletkenlik Dedektörü Trikloro Asetik Asit Trifloro Asetik Asit Demir İndirgeme Antioksidan Gücü Trolox Eşdeğeri Antioksidan Kapasitesi Gallik Asit Eşdeğeri Glukoz Eşdeğeri Trolox Eşdeğeri viii

13 1 1. GĐRĐŞ Dünyada milyonlarca insan tarafından her gün zevkle tüketilen, güvenilir, popüler, hoş, ekonomik, toplumda yer edinmiş bir içecek olan çay (Luczaj ve Skrzydlewska, 2005) sudan sonra en çok tüketilen ikinci içecektir (Khan ve Mukhtar, 2007). Çayın insanlık tarihine girişi hakkında farklı rivayetler vardır. Bir rivayete göre çayın tarihçesi M.Ö. 2737'de, Çin Đmparatoru Shen Nung un içme suyuna kaza ile bir ağacın yaprağı düşüp infüzyon olmasıyla başlar (Nair, 2010). Çinlilerin çayı kullanmaya başlaması yıl öncesine kadar dayanmaktadır. Avrupa ya ise çay 17.yy başlarında Hollandalı ve Portekizli tüccarlar tarafından götürülmüştür. Ancak Avrupa çayı uzun yıllar pek fazla benimsememiştir. Đngilizler çay alışkanlığını ancak 18.yy da edinmeye başlamıştır. Avrupa zamanla çayı aromalandırmayı ve bitki türlerini de kullanmayı öğrenmiştir. Türklerin çayla tanışması ise 1800 lü yılların sonlarına doğru olur (Anonim, 2013). Çay tahmini olarak dünya çapında her gün 3,5 milyar bardak tüketilmektedir (Nair, 2010). Çay tüketimi ülkeler arasında farklılık göstermektedir. Kuzey Đrlanda da çay tüketimi; kişi başına yıllık 3,16 kg, Đngiltere de 2,53 kg, Türkiye de 2,25 kg düzeyindedir (Trevisanato ve Kim, 2000). Bitki çaylarının insan sağlığına faydalı ve kronik hastalık riskini azaltmaya yardımcı olan biyolojik özellikler ve aktif fitokimyasallar içerdiği yaygın olarak bilinmektedir (Craig, 1999). Bitkisel çayların karotenoidler, selenyum, çinko, polifenoller doğal antioksidanlar ve fitokimyasallar içerdiği rapor edilmiştir (Atoui ve ark., 2005). Çeşitli çalışmalarda bitki ekstraktlarının antikanserojen, antiaterojenik, antioksidan ve antimikrobiyal özellikleri sayesinde bazı hastalıklar üzerine olumlu etki gösterdiği rapor edilmiştir (Si ve ark., 2006). Antioksidanlar ve antiradikaller kanser, diyabet, artrit, ateroskleroz, beyin işlev bozukluğu ve bağışıklık yetmezliği gibi birçok hastalıkla ilişkilendirilen oksidatif hasarı

14 2 önlemeye yardımcı olurlar. Bunlara bağlı olarak insan vücudunu serbest radikallerin saldırısından korumak ve kronik hastalıkların ilerlemesini önlemek için bitkilerdeki doğal antioksidanlar önem kazanmıştır (Jayasekera ve ark., 2011). Bitkisel karışımlar ve çaylar insan diyetinde antioksidan gereksiniminin iyi bir tamamlayıcısı olarak alınabilir (Alarcón ve ark., 2008). Bitkiler genellikle kurutulmuş bitki yapraklarının, çiçeklerinin, meyvelerinin veya köklerinin ılık ya da sıcak suda demlenerek çay formuna getirilmesi ile tüketilirler (Aoshima ve ark., 2007). Geleneksel yöntemde demleme süresinin kısa olmasından dolayı bitkinin içerdiği biyolojik aktif moleküllerin bir kısmının deme geçmemesi olasıdır. Suda az çözünen moleküllerin de bitki örneklerinden alınabilmesi için demleme süresinin uzatılması gerekebilir. Bu durumda da içilecek demin sıcaklığı düşmekte ve içimden alınacak keyif azalmaktadır. Çaydan daha fazla biyolojik aktif molekülün alınabilmesi ve bu durumun önlenmesi için kaynatma işleminin uygulanması gerekebilir (Nadeem ve ark., 2011). Bu çalışmada nane ve kekik bitkilerinden klasik demleme ve kaynatma yöntemi uygulanarak elde edilen ekstraktların püskürtmeli kurutma ve dondurarak kurutma (liyofilizasyon) teknikleri kullanılarak üretilen suda çözünebilir bitkisel çay tozlarının bazı önemli özellikleri belirlenmiştir.

15 3 2. KAYNAK ÖZETLERĐ Çalışmada kullanılan nane ve kekik bitkileri biyoaktif moleküller bakımından zengin tıbbi aromatik bitkilerden olup, ülkemizde tarımı ve ticareti yaygın olarak yapılmaktadır (Shalini ve ark., 2008) Nane Bitkisi Nane, çok eski bir kültür bitkisidir ve tıbbi bitkiler arasına girmiştir. Mentha türleri; ilkçağlardan beri birçok uygarlıkta kullanılmasının yanında, Osmanlı ve Türk tıbbında da çok fazla kullanılan bir baharat türü olup her türlü hastalığın tedavisi için başvurulan bitkilerdendir. Nane, Türk kültüründe; şerbetlere aroma, yemeklerde ve çorbalarda baharat; nezle ve soğuk algınlığı gibi bazı rahatsızlıklarda da ilaç olarak kullanılmıştır (Demirezer, 2007). Nane türleri, uçucu yağların yanında; hesperidin, eriositrin, narirutin, linearin, retusin ve rosmarinik asit gibi bazı biyolojik aktif molekülleri de içermektedir (Didier ve Pasquiert, 1994). Literatürde; bu moleküllerin anti enflamatuar (iltihap önleyici ) (Shen ve ark., 2011), kardioprotektif-kalp koruyucu etkileri (Trivedi ve ark., 2011), antioksidan ve antibakteriyel (Lin ve ark., 2011) gibi biyolojik aktiviteleri değerlendirilmiştir Kekik Bitkisi Ülkemizde; kekik adı ile bilinen Thymus ve Origanum; türlerinin önemli bir uçucu yağ bitkisi olması ve Türkiye nin dünya kekik ihtiyacının büyük bir bölümünü karşılaması; ülke ekonomisi açısından bu bitkinin değerini arttırmıştır (Bayram ve ark., 2010). Bu öneminden dolayı kekik, bilim adamları için önemli araştırmalara konu olmuştur ve bu konu ile ilgili birçok araştırma yapılmış ve yapılmaya devam edilmektedir. Kekik çok yıllık bir Akdeniz bitkisidir. Uçucu ve kokulu bileşiklere sahiptir. En önemli uçucu yağ bileşikleri timol ve karvakroldur. Ayrıca sineol, simol, linelol, borneol gibi

16 4 bileşikleri de içerir. Kaynatılması ile elde edilen sıvı ile gargara yapılmasının diş ağrılarına iyi geldiğine inanılmaktadır. Çiçekli dallarından su buhar distilasyonu ile elde edilen uçucu yağı antiseptik amaçlı kullanılmaktadır (Gürsoy ve Gürsoy, 2004). Kekik en çok baharat olarak kullanılmaktadır. Ayrıca bitkinin toprak üstü kısımları bağırsak rahatsızlıklarının, koroner hastalıkların tedavisinde, astım ve soğuk algınlıklarında, romatizma, mafsal, baş ve diş ağrılarında, böcek sokmalarında, antiseptik olarak (Baytop, 1999) ve gıdaların muhafazasında (doğal antioksidan olarak) kullanılabilmektedir Bitkisel Çayların Kullanımı Halk arasında nane, kekik ve benzeri diğer tıbbi aromatik bitkilerin insan sağlığına sağlayacağı faydalarından yararlanabilmek için bu bitkiler baharat olarak tüketiminin yanı sıra çay şeklinde de kullanılmaktadır. Bitki çaylarının halk arasındaki tüketim şekli demleme yöntemidir. Bu yöntemde bitki örneği (yaklaşık 2g, ticari olarak mevcut poşet çay şeklinde) kaynatılmış suda (yaklaşık ml) 5-10 dakika arasında bekletilir ve bitki ortamdan alınarak kalan dem içilir (Nadeem ve ark., 2011). Ancak bu yöntem çok pratik değildir. Her ne kadar da bitkisel çay demleme aparatları (Şekil 2.1) gibi aletlerin üretimi yapılmış olsa da; demleme yöntemi nispeten uğraştırıcı bir yöntemdir. Şekil Piyasadaki mevcut bazı bitkisel çay hazırlama aletleri

17 5 Klasik yöntemlerle demlenip tüketilen bitkisel çayların ekstraksiyon süreleri genelde kısadır (5-10 dakika). Ancak bu süre bitki örneğindeki biyoaktif maddelerin deme geçmesi için yeterli bir süre değildir. Kullanılan bitki örneğine bağlı olarak, aromatik bitkiler kullanılarak demlenip tüketilen çayların kendine has hoş ve güzel kokuları bitkisel çaylardan alınan keyfi arttırmaktadır. Bu hoş kokular genelde bitkilerin içerdikleri uçucu yağlardan kaynaklanmaktadır. Uçucu yağlar, bitklerin karakteristik kokulara sahip olmalarının sağlamanın yanında bazı biyolojik aktivitlere de sahiptirler. Bitkilerden hazırlanan çayların hoş kokuları çayın içim zevkini arttırmasının yanı sıra biyolojik olarak aktif bileşenlerin de alınmasını sağlamaktadır. Klasik demleme tekniğinin en büyük avantajı bu uçucu aroma bileşenlerinin korunmasıdır. Demleme süresi uzatıldıkça, aroma bileşenleri sahip oldukları düşük kaynama noktalarından dolayı ortamdan uzaklaşır. Ancak değişik biyolojik aktivitelere sahip yüksek kaynama noktalı bileşenlerin deme daha fazla geçme olasılığı artar (Berte ve ark., 2011) Suda Çözünebilir Bitkisel Çay Üretim Teknikleri Suda çözünebilir bitkisel çay tozları, klasik demleme veya sallama çaylara kıyasla tüketiciye kullanım kolaylığı sağlar. Bu çayların klasik demleme tekniği ile elde edilen demlerden daha fazla biyoaktif molekül içermesi, üretim sırasında kullanılan ekstraksiyon tekniğine ve kurutma yöntemine bağlıdır. Bitkilerden elde edilen demlerin suyunun uzaklaştırılması ile elde edilen kuru ve toz halinde içime hazır çay üretiminde yaygın olarak kullanılan teknikler; dondurarak kurutma ve püskürterek kurutma olarak sıralanabilir Püskürterek Kurutma Tekniği Püskürterek kurutma sıvı gıdalardan toz elde etmek için kullanılan güvenilir ve yaygın olarak kullanılan bir tekniktir (Loksuwan, 2007). Püskürtmeli kurutma gıda endüstrisinde su içeriğini ve su aktivitesini düşürerek üründe mikrobiyolojik stabilite sağladığı, kimyasal ve biyolojik degradasyonları önlediği, depolama-taşıma maliyetini

18 6 düşürdüğü ve ürüne suda çözünebilirlik gibi spesifik özellikler kazandırdığı için kullanılmaktadır (Tang ve ark., 2011). Püskürtmeli kurutucular, kurutma işleminin gerçekleştiği uygulama çemberinden geçirilen sıcak havanın etkisiyle sulu örneklerin kurutulmasında kullanılan cihazlardır. Bu cihazlarda sıvı örnek bir püskürtücü ile içinden sürekli sıcak hava geçirilen kazanların içine uygun püskürtme aparatları ile mikro boyutta ( µm) tanecikler halinde püskürtülür. Sıcak hava ile temas eden su partikülleri hızlı şekilde buharlaşarak hava akımı sayesinde ortamdan uzaklaşır. Böylelikle ürün suyu tamamen uzaklaştırılarak kurutulmuş olur. Eğer kurutulacak materyal etanol gibi yanıcı organik çözücüler ise sıcak hava yerine azot gazı kullanılabilir. Püskürtmeli kurutucu cihazlarında; sıvı haldeki örnek bir pompa sayesinde cihazın üst kısmında bulunan püskürtücüye aktarılır. Püskürtücüde mikro boyutlara kadar düşen damlacıklar haline gelen örnek direkt olarak sıcak hava ( >150 C) içine püskürtülür. Burada sıcaklığın etkisiyle suyunu kaybeden örnek toz halinde cihazın alt kısmındaki toplama bölümünden alınır. Ürün uygun şekilde paketlenerek depolanır. Genelde toplanan ürünün partikül boyutları µm boyutlarındadır. Nem içeriği ise oldukça düşüktür. Püskürtmeli kurutucu cihazları Şekil 2.3 te verilmiştir. Şekil Püskürtmeli kurutma cihazları

19 7 Püskürtmeli kurutucular gıda endüstrisinde geniş kullanım alanına sahiptir. En yaygın kullanım alanları ise süt tozu eldesi, suda çözünebilir çay ve kahve üretimidir. Bu çalışmada; püskürtmeli kurutucu nane ve kekik çay tozlarının üretiminde kullanılmıştır. Berte ve ark., (2011) püskürtmeli kurutucu ile ürettikleri toz Paraguay çayında kimyasal kompozisyon, polifenol içeriği ve antioksidan aktivite tayinleri yapmış ve araştırılan bileşenlerin püskürtmeli kurutma ve öğütme işlemlerinden oldukça etkilendiklerini belirlemişlerdir. Püskürtmeli kurutmanın bitki yapraklarında karbonhidrat, nem, toplam kül ve enerji içeriklerinde artışa neden olduğu görülmüştür. Bitki ekstraktı tozu daha fazla kül içeridiğinden daha yüksek mineral içeriğe sahip olduğunu saptamışlardır. Paraguay çayı bitkisinin yapraklarının ekstraksiyon ve püskürterek kurutma işlemi sonrası fenolik madde kompozisyonunda artış belirleyen araştırmacılar; bu kurutma yönteminin gıda ve ilaç sanayisi için daha iyi teknolojik karakter sağladığı sonucuna varmışlardır. Bir başka çalışmada püskürtmeli kurutma işlemi ile yeşil çaydan kafeinsizleştirilmiş ve yüksek kafeinli çay üretilmiştir. Ayrıca bu çalışmada püskürtmeli kurutucuda kuru havanın giriş ve çıkış sıcaklığı optimizasyonu da çalışılmıştır. Kurutucuya hava giriş sıcaklığı 170 C, 180 C, 190 C, 200 C, 210 C ve 220 C olmak üzere 6 farklı sıcaklık çalışılmış çıkış sıcaklığı için ise 70 C, 80 C, 90 C, 100 C, 110 C, ve 115 C denenmiştir. Analizi yapılan kategorilerde, en iyi sonuçları giriş sıcaklığı için 180 C çıkış sıcaklığı için ise 115 C de elde etmişlerdir (Vuong ve ark., 2013). Aynı araştırmacılar başka bir çalışmada normalde çay yapımında kullanılmayan daha yaşlı yeşil çay yapraklarından kafeinsiz ve kafeinli çay üretimi çalışmış, toz hale getirmek için püskürterek kurutma ve dondurarak kurutma tekniklerini denemişlerdir. Püskürtmeli kurutma ve dondurarak kurutma yöntemleri ile elde edilen çay tozu verimini ve kateşin geri kazanımını analiz etmişlerdir. Dondurarak kurutma verimini %100, püskürtmeli kurutma verimini ise % aralığında bulmuşlardır. Ayrıca kafeinsiz ve kafeinli çayların verimlerinin birbirine çok yakın olduğunu tespit etmişler ve kafeinsizleştirme işleminin toz eldesi verimini etkilemediği sonucuna varmışlardır. (Vuong ve ark., 2012).

20 8 Bir başka çalışmada Nadeem ve ark., (2011) püskürtmeli kurutma yöntemiyle dağ çayı tozu elde etmiş ve ürünün bazı fizikokimyasal özelliklerini araştırmıştırlardır. Çay üretiminde; BCD ( β-cyclodekstrin), MD19 (maltodekstrin), MD12 (glucidex) ve Arap zamkı olmak üzere 4 ayrı taşıyıcı ajan kullanılmıştır. Püskürtmeli kurutma işleminde ise 3 farklı giriş sıcaklığı denemişlerdir. Ürün verimi giren hava sıcaklığı ve taşıyıcı konsantrasyonundan önemli ölçüde etkilenmiştir. Giren hava sıcaklığı 145 C den 165 C e çıkarıldığında ürün verimi % 13 oranında azalmıştır, nedeni ise çıkan hava sıcaklığını sabit tutmak için artan besleme hızıdır. Ayrıca taşıyıcı ajan konsantrasyonu 3g/100g dan 5g/100g a çıkarılınca ürün verimi % 36 artmıştır. Bu artış kurutucuya giren ekstraktda daha yüksek kuru madde içeriğiyle ilişkilendirilebileciğini belirtmişlerdir. Tozların nem içeriği hedeflenen aralıkta bulunmuştur ( <5g/100g). Çıkan hava sıcaklığı sabit tutulduğundan giren hava sıcaklığının ürünler üzerinde önemli etkisi gözlenmemiştir. Taşıyıcı ajanların 3g/100g miktarında eklenmesi nem içeriğini % 43 düşürmüştür, buna hidrokolloid taşıyıcıların su tutma kapasitesinin artması neden olabileceği düşünülmüştür. Daha fazla miktarda taşıyıcı ajan eklenmesi ise (5 g/100g) nem içeriğinde % 13 düşüşe neden olmuş, bu sonuç artan kuru madde ile ilişkilendirilmiştir. Yüksek hava giriş sıcaklığı örneklerin su aktivitesini % 15 düşürdüğü ancak taşıyıcı ajan eklenmesinin %17 arttırdığı gözlenmiştir. Ürünlerin çözünürlüğü çoğunlukla 98,5 ile 99,5 arasında bulunmuştur. Taşıyıcı maddelerin konsantrasyonu arttırıldıkça çözünürlüğün de arttığı saptanmıştır. Arada büyük fark olmamakla beraber nişasta türevi olan taşıyı ajanlar arap zamkından daha yüksek çözünürlük göstermiştir Dondurarak Kurutma Tekniği (Liyofilizasyon) Dondurarak vakum altında kurutma işlemi (liyofilizasyon); bozulabilecek materyallerin suyunu uzaklaştırmak ve taşınmasını kolaylaştırmak amacı ile uygulanan bir işlemdir. Bu işlem için su içeren materyal öncelikle dondurulur. Dondurulan materyaldeki su yüksek vakum altında su; direkt katı halden gaz haline (süblimleşme) geçirilerek ortamdan uzaklaştırılır. Elde edilen ürünün nem içeriği düşük olduğundan, ürün; uzun süre saklanabilir ve taşıma, depolama gibi işlemler boyunca daha stabil olur. Ürünün

21 9 ortamdan tekrar nem kapmaması için uygun şekilde paketlenmesi gerekir. Uygun şekilde paketlenen ürün tekrar dondurmaya gerek kalmadan oda şartlarında saklanabilir. Şekil Dondurarak vakum altında kurutma cihazları Dondurulduktan sonra vakum altında kurutma tekniği, yüksek sıcaklıklara duyarlı maddelerin kurutulmasında oldukça kullanışlı bir tekniktir. Şekil 2.2 de endüstriyel boyutlarda (solda) ve laboratuar boyutlarında kurutucular verilmiştir. Lin ve ark., (2012) yaptıkları bir çalışmada Çin de yaygın kullanılan R. Serra bitkisine iki ayrı metodla (sıcak su ve buhar) haşlama uygulayarak peroksidaz ve polifenoloksidaz enzimlerinin inaktivasyon kinetiğini araştırmış ve kurutma tekniklerinin fenolik madde içeriğine etkisini gözlemlemişlerdir. Elde ettikleri sonuçlara göre sadece dondurarak kurutma yöntemi uygulanan örnekler başlangıçtaki kalitelerini korumuştur. Güneşte kurutma ve hava ile kurutma yöntemlerinin fenolik madde içeriğinde büyük kayıplara neden olduğu gözlemlemişlerdir. Jo ve ark. (2003) yaptıkları bir çalışmada çiğ ve pişmiş domuz eti köftelerine radyasyonlanmış ve dondururarak kurutulmuş yeşil çay ekstratı tozunun eklenmesinin sonuçlarını araştırmışlardır. Kontrol grubunu (A) katkısız domuz eti köfteleri oluşturmuştur. Radyasyon işlemi uygulamadan sadece dondururarak kurutma işlemi uygulanmış ekstrakt tozu eklenen köftelerin (B) ve radyasyonlama sonrasında dondurarak kurutma uygulanan ekstrakt tozu eklenen köftelerin (C) fonksiyonel ve duyusal özellikleri araştırmışlardır. A ve B örnekleri arasında önemli farklılar tespit

22 10 etmemişler ve bu örneklerin kontrol grubu örneklerinden daha düşük lipid oksidasyonu ve daha yüksek radikal yakalama özelliklerine sahip olduğunu gözlemlemişlerdir. Sonuç olarak hem radyasyonlanmış hem de radyasyon işlemi uygulanmamış dondurularak kurutulmuş ekstrakt tozunun domuz eti köfteleri üzerine faydalı biyokimyasal özellikler sağladığını düşünmüşlerdir. Chan ve ark. (2009) farklı kurutma yöntemlerinin zencefil yapraklarının ve çayının antioksidan özellikleri üzerine etkisini araştırmışlardır. Çalışmada 3 ısısal (mikrodalga, fırın ve güneş kurutma) ve 2 ısısal olmayan (hava ve dondurarak) olmak üzere toplam 5 farklı kurutma yöntemi uygulanmıştır. Sonuçlarda bütün ısısal kurutma yöntemlerinde toplam fenolik madde miktarı ve antioksidan kapasitesi önemli miktarda azalmış, ısısal olmayan yöntemlerden hava ile kurutmada önemli kayıplar belirlemiş, dondurarak kurutma yönteminde ise toplam fenolik madde miktarı ve antioksidan kapasitede önemli kazançlar sağlamışlardır. Dondurarak kurutma uygulanan yaprakların dayanıklılığını test etmek için yapılan deneyde ise örnekler, kontrol grubu ile beraber laboratuar sıcaklığında açıkta (25-30 C) bir hafta bekletilmiştir. Depolama sonrası kontrol grubu; toplam fenolik madde, antioksidan kapasite ve demir indirgeme yeteneği sırasıyla 23%, 15% ve 21% oranında azalma göstermiştir. Dondurarak kurutmada ise bu oranlar sırasıyla 7%, 2% ve 5% olarak belirlenmiştir Bitkisel Çay Tozlarının Uçucu Bileşenlerinin GC ile Analizi Üretilen çay tozlarının aroma bileşenleri içeriği elde edilen ürünün içim zevkini arttıran bir olgudur. Üretim sırasında uygulanan ısıl işlemlerden dolayı bu uçucu bileşenlerde bir kayıp söz konusudur. Bu kaybın belirlenmesi gaz kromatografisi (GC) analizleri ile mümkün olmaktadır. Gaz kromatografisi bir çok alanda, uçucu ya da uçucu hale getirilebilen maddelerin kalitatif ve kantitatif analizlerinde kullanılan bir cihazdır. Analiz edilecek madde uygun bir çözücüde çözülerek sıvı olarak analiz edilebildiği gibi head-space örnekleme aparatı gibi ek örnekleyicilerle katı örneklerin uçucu bileşenlerinin analizi mümkün olmaktadır. Gaz kromatografisinde sıvı örnekler, C sıcaklıklardaki enjeksiyon bloğunda

23 11 direkt olarak gaz haline getirilir. Burada gaz haline geçen analit uygun kapiler ya da dolgulu kolonlarda inert bir taşıyıcı gaz ile kolon içinde sürüklenerek ayrılır ve detektöre (FID, MS, ECD ve TCD gibi) ulaşır. Detektörde gözlenen sinyaller değişik bilgisayar yazılımları ile işlenerek kalitatif ve kantitatif analizler yapılır. Katı örneklerde ise örneğin gaz haline getirilmesi dış örnekleyicilerde yapılır. En yaygın kullanılan dış örnekleme ünitesi head-space dir. Katı haldeki örnek direkt olarak head-space aparatının fırınında analiz edilecek maddeleri gaz haline getirebilecek bir sıcaklıkta ısıtılır ve burada gaz haline getirilmiş analitler bir transfer hattı kullanılarak GC nin enjeksiyon bloğuna aktarılır. Şekil 2.4 de çalışmada kullanılan GC-MS cihazı verilmiştir. Şekil Head-space örnekleme sistemli GC-MS cihazı Literatürde, yeşil çay tozlarının aroma bileşenlerinin analizinde pratik bir uyguluma olarak önerilen head-space GC kombinasyonu; Rize de üretilen çay filizlerinden elde edilen yeşil çay tozundaki aroma bileşenlerini belirlemek için yapılan bir çalışmada kullanılmış ve bu teknikle 21 uçucu bileşen belirlenmiştir (Tontul ve ark., 2013). Benzer uygulamalar, bazı tablet haline getirilmiş bitkisel çay veya bitkisel droglarda organik çözücü (metanol, etanol ve izopropil alkol) kalıntılarının tespiti için

24 12 kullanılmaktadır. Hindistan da piyasada satılan bitkisel formülasyonların içerdiği metanol etanol ve izopropil alkol içeriği head-space örnekleme ile GC kullanılarak analiz edilmiş ve çalışmada kullanılan 17 bitkisel kaynaklı drogda ppm aralığında metanol kalıntısına, 0-28 ppm aralığında izopropil alkol kalıntısına rastlanmıştır (Puranik ve ark., 2009) Fenolik Maddelerin HPLC ile Analizi Modern HPLC sistemleri istenilen akış hızında (0.1-5mL/dakika) hareketli fazı izokratik ya da gradiyent şeklinde sabit bir akış hızı ile pompalayabilen bir pompadan, maddeleri yüksek ayırma kapasitesine sahip kolondan ve ayrılan maddeleri tayin edebilecek bir detektörden oluşur. HPLC sistemleri, genelde termal olarak kararlı olan ve GC ile analizi mümkün olmayan maddelerin analizlerinde kullanılmaktadır. Yüksek kaynama noktalı, birbirine yakın özelliklerdeki polar maddelerin ayrımı kolaylıkla HPLC sistemlerinde yapılabilmektedir. Uygun detektör seçimi ya da enjeksiyon öncesi türevlendirme işlemleri ile neredeyse bütün termal kararlı maddelerin ayrımı ve ayrılan her maddenin de hem kalitatif hem de kantitatif analizi yapılabilir. HPLC sistemlerinde kullanılan, uzunlukları mm, çapı ise mm arasında değişen tanecik büyüklüğü 5 µm boyutunda olan çelik kolonlar ticari olarak mevcuttur. En yaygın olarak ters faz (apolar dolgu maddeli) ve normal faz ( polar dolgu maddeli) kolonlar kullanılır. Hareketli faz olarak da ters faz kolonlar için genelde değişik mobil faz düzenleyicilerle birlikte (TCA, TFA, Asetik Asit, Sülfürik asit vb.) su ve asetonitril normal faz kolonlar için metanol, diklormetan vb. çözücüler kullanılır. Şekil 2.5 de çalışmada kullanılan HPLC sistemi verilmiştir.