KONVEKTİF, MİKRODALGA VE GÜNEŞTE KURUTMA PROSESLERİNİN KIZILCIK (Cornus mas L.) MEYVESİNİN ASKORBİK ASİT (C VİTAMİNİ) İÇERİĞİNE ETKİLERİNİN İNCELENMESİ Bilgehan POLATOĞLU a, * Ayşe Vildan BEŞE b a * Atatürk Üniversitesi Hınıs Meslek Yüksekolulu, 25600, Erzurum, bilgehanpolatoglu@atauni.edu.tr b Atatürk ÜniversitesiMühendislik Fakültesi Kimya Mühendisliği Bölümü, 25240, Erzurum, ÖZET Kızılcık (Cornus mas L.) meyvesi, önemli oranda askorbik asit (C vitamini) içeriğiyle; insan beslenmesi-sağlığındaki ve gıda sanayindeki rolü nedeniyle önemli bir gıda maddesi konumundadır. Bu çalışmada; kızılcık meyvesinin, farklı kurutma yöntemleri kullanılarak kurutulması sırasında, sıcaklığa duyarlı mevcut askorbik asitin davranışı incelenmiştir. Bu amaçla konvektif tip kurutucu (1 m/s sabit hava hızında 50⁰C, 60⁰C ve 70⁰C hava sıcaklıkları), mikrodalga (90 W gücü ) ve güneşte doğal kurutma yöntemleri kullanılmış, kızılcığın kurutma işlemleri sonunda C vitamini değerleri, spektroskopik metotla tespit edilmiştir. Kurutma işlemlerine başlamadan önce meyvenin C vitamini içeriği, 5920 mg askorbik asit/100 g kuru madde (72,816 mg askorbik asit/100 g yaş madde) olarak saptanmıştır. Kurutma şartları, işlem sonunda kalan C vitamini içeriklerine göre karşılaştırıldıklarında; en yüksek değer, konvektif tip kurutucuda 3380 mg/100 g kuru madde (50⁰C) ile elde edilmiştir. Bunu; konvektif tip kurutucuda 3137 mg/100 g kuru madde (60⁰C), 3019 mg/100 g kuru madde (70⁰C) ve mikrodalga kurutucuda 2960 mg/100 g kuru madde (90W) değeri takip etmiştir. En düşük değer ise 2190 mg/100 g kuru madde ile güneşte kurutma sonucu elde edilmiştir. Askorbik asit miktarı ile zaman arasındaki değişim, sıfırıncı ve birinci derecede kinetik model ile incelenmiştir. Matematiksel modelleme sonucunda, tüm kurutma prosesleri için; C vitamini miktarı ile zaman arasındaki değişimin, yüksek korelasyon katsayısı (R 2 ) ile birinci derece kinetik modele uyduğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Askorbik asit, Konvektif kurutma, Mikrodalga kurutma, Kızılcık (Cornus mas L.), Gıda kalitesi 1. GİRİŞ C vitamininin etken maddesi askorbik asittir. Askorbik asit, oksidatif hücre tahribatına karşı koruyucudur [1]. Hastalıklara karşı savaşta etkilidir. Strese karşı hormonların yapımında, enerji üretiminde, vücudun destek dokusu olan kollagen yapımında görevlidir. Diş ve kemik yapısı başta olmak üzere bütün bedenimiz için gerekli bir maddedir. Damar yapısında oynadığı rolden dolayı zedelenme ve yaralanmalarda önemli işlevi vardır. Bağırsaklardan, sodyuma bağlı transport sistemi ile emilir. Demiri midede indirgeyerek, absopsiyonuna yardım eder [2-3]. Sindirim sırasında nitrozaminlerin oluşumunu inhibe eder, vücut direncini arttırır. Eksikliğinde, yaralı, süngerimsi diş etleri, sallanan dişler, diş eti kanamaları, kolay zedelenen kan damarları, eklemlerde şişme ve anemi ile seyreden skorbüt hastalığı görülür [1-2-3-4]. Anemi, demir emiliminin azalmasına bağlıdır. Ağır travma, stres ve sigara C vitamini düzeyinin düşmesine sebep olur. Bu koşullarda C vitamininin, sürrenal ve/veya yaralanma bölgesine mobilize olduğu düşünülmektedir [2]. C vitamini, suda çözünen bir antioksidandır [3]. Bu bileşikten zengin
diyetlerin alınması, koroner kalp hastalığı ve belli kanserler gibi bazı kronik hastalıkların görülme sıklığını düşürücü etki yapmaktadır [4]. Kızılcığın C vitamini içeriği; 97,4-120,4 mg/100g yaş maddedir. Bu değer, portakalın iki katıdır. Kızılcıkta, askorbik asitin yanı sıra; kılcal damarları güçlendiren polifenoller, antosiyanin ve flavanol gibi biyolojik aktif maddeler de bulunmaktadır. Bu maddeler, kan damarlarının elastikiyetini sağlamakta ve kan basıncını normal tutmaktadırlar [5]. Kızılcık, beyin için de çok önemli bir meyvedir. Sinir koruyucu ve hafıza kaybını önleyici özellikleri bulunmaktadır. Hafıza ve motor becerilerini düzeltmektedir. Yaşlanmayla ilgili olan denge ve koordinasyondaki kötüleşmeyi de durdurmaktadır [6]. Henüz keşfedilmeyi bekleyen bu meyve, içerdiği besin öğelerine bakıldığında ilerleyen yıllarda besin ve besin destekleri pazarında adından söz ettirecektir [7]. Kızılcık; üretici, tüketici ve ülke ekonomisi bakımından büyük öneme sahiptir [8]. Askorbik asit, vücudu serbest radikallerin zararına karşı korumaktadır. Ancak vücutta sentezlenemediğinden dolayı dışarıdan alınmalıdır. Hızlı yaşam ritmi, çok çalışma, beslenmenin önemsememesi, yorgunluk ve stresle mücadelede; multivitamin ve bitkisel besin destekleri almayı zorunlu kılmaktadır. Vitamin vb. ilaçların kullanımının milyarlarca dolar değerinde olması birçok ürün geliştirilmesine sebebiyetle ilaç endüstrisinde, bu pazarın daha da gelişeceğini göstermektedir [9]. Son yıllarda doğal antioksidanlar, sağlığı iyileştirmeleriyle, hastalıklardan korumalarıyla, güvenilirlikleriyle tüketiciler tarafından tercih edilmektedir [10]. Refah seviyesinin yükselmesiyle oluşan birçok hastalıktan dolayı; hormon, ağır metal ve pestisit içermeyen doğal gıdalar revaçtadır [9]. Kızılcığın meyveleri ve ağacı, gıda sanayinde ve tıpta kullanılmaktadır [11]. Ev bahçelerinin yanında orman ve çalı bitkileriyle kendiliğinden yetişen kızılcık, [12] doğal bir meyvedir. Fitokimyasallar, güçlü ajanlardır. Antioksidan kapasite ile kanser hücrelerini engelleme arasında ilişki vardır. C vitamini, bağışıklık sistemini güçlendirir [13], ilaç, gıda ve içki zenginleştirmede kullanılır [14], oksijen mevcudiyetinde ısıya karşı duyarlıdır, ağır metallerin varlığıyla oksitlenebilir [15]. Bu amaçla kızılcığın kullanım kalitesi ve dayanım özelliklerinin olumsuz etkilenmemesi adına doğru kurutma şartının tespiti önemlidir. Kurutmanın en önemli amacı; depolamada ürünün bozulmasını önlemek (ürünün nemini, mikrobiyal gelişme ve diğer reaksiyonları sınırlayacak seviyeye düşürerek); tat, koku ve besin değeri gibi kalite özellikleri de korunmaktır [16]. 2. DENEYSEL YÖNTEM Bu araştırmada materyal olarak, Yukarı Çoruh Vadisi nde yer alan Erzurum İli ne bağlı Tortum İlçesi nin Şenyurt Köyü nden Eylül 2011 de alınan kızılcık meyvesi kullanılmıştır. İşlem görmemiş ve farklı kurutma prosesleri kurutulan meyvenin askorbik asit içeriği tayini için spektroskopik (UV-160A UV-Visible Recording Spectrophotometer Shimadzu) metot kullanılmıştır. Konvektif kurutma prosesi sırasında her bir saatte; mikrodalga kurutma prosesi sırasında her on dakikada ve güneşte kurutma prosesi sırasında ise her gün alınan numuneler analizlerde kullanılmıştır. Saf askorbik asit ana çözeltisi hazırlanarak kalibrasyon eğrisi çizdirilmiştir. Askorbik asit tayini yapılacak olan numune tartılıp, saf su ile ekstrakte edilmiş, süzülmüş ve santrifüjlenmiştir. Berrak kısımdan 2 ml alınarak saf su ile 5 ml ye tamamlanmıştır. Üzerine 2 ml %10 luk triklor asetik asit ilave edilmiş, 5 dk buz banyosunda bekletilmiş, sonra santrifüjlenmiştir. 2 ml folin reaktifi (Folin & Ciocalteu s phenol reagent) ilave edildikten, 10 dk sonra 760 nm de absorbans değerleri ölçülmüştür. Standart grafikten konsantrasyon µg askorbik asit/ml cinsinden tespit edilmiştir [17]. 2
3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Önemli oranda askorbik asit içeren kızılcık meyvesinin kurutulmak suretiyle uzun süre depolanabilmesi amacıyla farklı kurutma yöntemlerinin kullanılması sırasında, sıcaklığa duyarlı mevcut C vitamininin, kurutma işlemleri sırasındaki davranışı incelenmiştir. Ayrıca askorbik asit miktarı ile zaman arasındaki değişimin, sıfırıncı ve birinci derecede kinetik modele uyumu belirlenmiştir. Kurutma işlemlerine başlamadan yaş meyvenin C vitamini içeriği, kuru temele göre 5920 mg askorbik asit/100 g kuru madde (72,816 mg askorbik asit/100 g yaş madde) olarak tespit edilmiştir. Tüm kurutma süreçlerinin, askorbik asit analiz sonuçları Tablo 1 de sırasıyla verilmiştir. Tablodan da anlaşıldığı üzere; sıcaklığa ve O 2 ne [15] duyarlı C vitamini miktarının, başlangıç içeriğine nazaran azaldığı görülmektedir. Kurutma prosesleri süresince elde edilen veriler kullanılarak tüm kurutma prosesleri için zamana karşı kalan askorbik asit miktarları, ayrı ayrı grafik edilmiştir. Grafikler incelendiğinde; C vitamini miktarının kuruma zamanı boyunca azaldığı görülmektedir. Sıcaklığın yükselmesine paralel olarak, degradasyon reaksiyonunun hızı da artmaktadır. Kurutma havası sıcaklığının artışı; katıdaki vitamin kaybında en etkin parametredir. Vitamin kaybında etkili olan diğer bir hususun da O 2 ve ışık ile temas olduğu şekillerden de anlaşılmaktadır. Farklı kurutma prosesleri; kurutma işlemleri sonunda kalan C vitamini içeriklerine göre karşılaştırıldıklarında; en yüksek değer en yüksek değer, konvektif tip kurutucuda 3380 mg/100 g kuru madde (50⁰C) ile elde edilmiştir. Bunu; konvektif tip kurutucuda 3137 mg/100 g kuru madde (60⁰C), 3019 mg/100 g kuru madde (70⁰C) ve mikrodalga kurutucuda 2960 mg/100 g kuru madde (90W) değeri takip etmiştir. En düşük değer ise 2190 mg/100 g kuru madde ile güneşte (ortalama 23⁰C sıcaklıkta 17 günde) kurutma sonucu elde edilmiştir. Konvektif kurutucuda 50⁰C de kurutmanın, diğer kurutma yöntemlerine göre daha iyi sonuç verdiği aşikârdır. Bu durum, kurutucu hava sıcaklığının artması ile C vitamini miktarının azaldığını göstermektedir. Mikrodalga uygulamalarının gıdaların besin değeri üzerine etkileri, geleneksel yöntemlerden önemli farklar göstermemekte ve herhangi bir toksik etkisi de bulunmamaktadır. Oluşan bazı istenmeyen etkiler, mikrodalganın ısıl etkisine dayanmaktadır. Başka bir deyişle; vitamin kayıpları, protein denatürasyonu, aminoasit izomerizasyonu, otooksidasyon ve termik mutajenlerin oluşumu açısından geleneksel yöntemlerle arasında fark bulunmamaktadır. Fakat alışılagelmiş metotlara göre daha ucuz, enerji etkinliği yüksek ve sessizdir [18]. Farklı ısıl metotlar arasındaki kıyaslamaya genel olarak bakıldığında; sıcaklığa karşı hassas vitaminlerden biri olan C vitaminin, yüksek sıcaklıktan olumsuz yönde etkilendiği açıktır [15]. Doğal şartlarda güneşte kurutmada ise mikrodalga ve konvektif kurutmanın tam aksine en düşük C vitamini içeriği belirlenmiştir. Alınan bu sonuç, on yedi gün gibi oldukça uzun bir zaman süresince O 2 ve UV ışık ile uzun süre temas ile açıklanabilir. C vitamininin; ışık, ısı ve havada yıkıma uğradığı bildirilmiştir [13]. UV ışığı, gıdaların muhafazası sırasında özellikle vitamin tahrip edici etki yapmaktadır [15]. Bu sonuçlar; askorbik asitin, yüksek sıcaklık, O 2 ve UV ışıktan oldukça fazla etkilendiğini ve önemli ölçüde kayba uğradığını göstermektedir. Sonuç itibariyle şekillerden de görüldüğü üzere; düşük sıcaklık sağlayan kurutma prosesi tercihinin daha uygun olacağı ifade edilebilir. 3
Şekil 1. Gıdaların işlenmesinde vitamin kayıplarının nedenleri [18] Tablo 1. Farklı kurutma prosesleri ile kurutulan kızılcık (Cornus mas L.) meyvesinin askorbik asit (C vitamini) değerlerinin değişimi Konvektif Hava hızı (m/s) Kurutma Prosesleri Sıcaklık (ºC) Askorbik Asit (C Vitamini) (mg/100 g kuru madde) 1 (50) 3380 1 (60) 3137 1 (70) 3019 Mikrodalga (90W) 2960 Güneş 2190 Şekil 2. Konvektif tip kurutucuda kurutma havası sıcaklığının (50⁰C, 60⁰C ve 70⁰C) ve kurutma süresinin askorbik asit (C vitamini) miktarına etkisi Şekil 3. Mikrodalga kurutucuda 90 W gücünün askorbik asit (C vitamini) miktarına etkisi 4
Şekil 4. Güneşte kurutmanın askorbik asit (C vitamini) miktarına etkisi Deneysel verilere dayanılarak farklı kurutma prosesleri için kızılcık meyvesine ait C vitamini miktarı ile zaman arasındaki değişim, sıfırıncı ve birinci derecede kinetik modele göre incelenmiştir. Sıfırıncı dereceden kinetik model Denklem 1 de, birinci dereceden kinetik model ise Denklem 2 de sunulmuştur [19]. Askorbik asit miktarı, zamana ve reaksiyon hız sabitine bağlı olarak aşağıda gösterilmiştir. Matematiksel modellere ait parametreler ise Tablo 2 de verilmiştir. C = C 0 ± kt (1) C = C 0 exp(± kt ) (2) Denklem 1ve 2 de yer alan; C: Herhangi bir t anındaki askorbik asit değerini (mg/100kurumadde), C 0 : t=0 anındaki askorbik asit değerini (mg/100 g kuru madde), k: Kinetik sabiti (dk -1 ) ve t: Zamanı (dakika) ifade etmektedir. Tablo 2. Farklı kurutma prosesleri ile kurutulan kızılcık (Cornus mas L.) meyvesinin askorbik asit (C vitamini) değerlerinin sıfırıncı ve birinci dereceden kinetik modellere ait parametreler Kurutma Prosesleri Sıfırıncı Derece Kinetik Model Birinci Derece Kinetik Model Konvektif k (dk -1 ) R 2 k (dk -1 ) R 2 Hava hızı Sıcaklık (ºC) (m/s) 1 (50) 1,5165 0,9423 0,00030 0,9677 1 (60) 2,2070 0,9709 0,00050 0,9913 1 (70) 2,8353 0,9785 0,00070 0,9954 Mikrodalga (90W) 24,390 0,9634 0,00580 0,9910 Güneş 0,1556 0,9800 0,00004 0,9959 Matematiksel modellemeler sonucunda tüm kurutma prosesleri için, C vitamini miktarı ile zaman arasındaki değişimin, yüksek R 2 ile birinci derece kinetik modele uyduğu görülmüştür. 5
KAYNAKLAR [1] G.H. Schwenk, M. Schwenk, Beslenme Atlası, ODTÜ Yayıncılık, (2006), 183s. [2] F. Gürdöl, E. Ademoğlu, Biyokimya, Nobel Tıp Kitabevleri Ltd. Şti., (2010), 691s [3] M. Yıldırımkaya, Özet Biyokimya, MN Medikal & Nobel, (2003), 362s. [4] P.C. Champe, R.A. Harvey, D.R. Ferrier, Biyokimya, Nobel Tıp Kitabevleri Ltd. Şti., (2007), 536s. [5] M.E. Akçay, E. Yalçınkaya, Yalova da yetiştiriciliği yapılan bazı kızılcık (Cornus mas L.) tiplerinin döllenme biyolojisi üzerine araştırmalar, Türkiye IV. Ulusal Bahçe Bitkileri Kongresi, Antalya, (2003), 280-281. [6] M. Polatoğlu, En etkili dikkat geliştirme ve konsantrasyon teknikleri, Erbain Yayınları, İstanbul, (2011), 232 s. [7] E. Selçuk, K. Özrenk, Erzincan yöresinde yetiştirilen kızılcıkların (Cornus mas L.) fenolojik ve pomolojik özelliklerinin belirlenmesi, Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 1 (2011), 23-30. [8] E. Yalçınkaya, N. Kaşka, Kızılcık çeşit seleksiyonu uygulama projesi (Seleksiyon 1), Türkiye I. Ulusal Bahçe Bitkileri Kongresi, İzmir, 1 (1992), 499-502. [9] A. Doğan, A. Kazankaya, F. Çelik, C. Uyak, Kuşburnunun halk hekimliğindeki yeri ve bünyesindeki bileşenler açısından yararları, II. Ulusal Üzümsü Meyveler Sempozyumu, Tokat, (2006.), 47-53 [10] L. Su, J.J. Yin, D. Charles, K. Zhou, J. Moore, L.L. Yu, Total phenolic contents, chelating capacities, and radical-scavenging properties of black peppercorn, nutmeg, rosehip, cinnamon and oregano leaf, Food Chemistry, 100 (2007), 990-997. [11] E. Yalçınkaya, N. Kaşka, U. Güloğlu, S. Karabat, Malatya da seleksiyonu yapılan aşılı kızılcık tiplerinin pomolojik özellikleri, Türkiye III. Ulusal Bahçe Bitkileri Kongresi, Ankara, (1999), 76-80. [12] T. Karadeniz, M. Şenyurt, M. Özdemir, Gümüşhane yöresinde yetişen kızılcıkların (cornus mas l.) seleksiyon yoluyla ıslahı üzerine araştırmalar, Türkiye V. Ulusal Bahçe Bitkileri Kongresi, Erzurum, (2007), 626-630. [13] G. Ünsün, Kanser ve Beslenme, İnkılâp Kitabevi Yayın San. Tic. A.Ş, İstanbul, (2003), 154 s. [14] H. Keskin, Gıda Kimyası, İstanbul Üniversitesi Yayınları Sayı:1525, İstanbul, 1970. [15] M. Demirci, Gıda Kimyası, Onur Baskı, Topkapı, İstanbul, (2010), 291s. [16]F. Us, Meyve ve Sebzelerin Kurutularak Muhafazası, Meyve ve Sebze İşleme Teknolojisi Cilt 2, Editör: J. Acar, V. Gökmen, F. Us, Hacettepe Üniversitesi Yayınları, Anakara, (2006), 241-300. [17] S. Erenturk, M.S. Gulaboglu, S. Gultekin, The effects of cutting and drying medium on the vitamin C content of rosehip during drying, Journal of Food Engineering, 68 (2005), 513-518. [18] T. Baysal, F. İçier, A.H. Baysal, Güncel Elektriksel Iıstma Yöntemleri, İzmir, (2011), 347s. [19] Y. Göksungur, Reaction and fermentation kinetics food engineering, First Edition (2009), 143pp. 6