Endüstriyel havuç suyu atıklarından enzim ve ultrason destekli ekstraksiyon ile gıda bileşeni üretilmesi

Abstract

Küresel olarak, insan tüketimi için üretilen gıdaların yaklaşık üçte birinin kaybolması veya israf edilmesi en önemli gıda sistemi sorunlarından biridir. Nüfus ve tüketim sürekli artarken, gıda talebinin en azından bir sonraki 40 yıl boyunca artması beklenmektedir, bu da doğal kaynaklar olan toprak, su ve enerji üzerinde baskı oluşturmaktadır. Gıda israfının önlenmesi bir önceliktir, ancak bazen bu ekonomik veya teknolojik olarak mümkün olmamaktadır. Bu nedenle, gıda atıklarının yem ve enerji üretimi gibi çeşitli süreçler için kaynak olarak kullanılması için çaba gösterilmektedir. Tarım ve gıda sektörlerinden gelen atıklar besin maddeleri bakımından zengin olmasına rağmen, bunların bertarafı çevresel ve sağlık sorunlarına yol açabilmektedir. Araştırmacılar, bu sorunları en aza indirmek ve değerli biyoaktif bileşikleri çıkarmak için ultrasonik ve enzimatik destekli ekstraksiyon gibi çevre dostu teknolojileri araştırmaktadır. Çevre dostu metotlar arasında yer alan enzim ve ultrason destekli ekstraksiyon; çözgen kullanımını azaltarak, daha az enerji sarfiyatı sağlayarak ve verimi artırarak fayda sağlamayı amaçlamaktadır. Havuç sebzesi meyve suyu fabrikalarında işlendikten sonra genellikle endüstriyel atık olarak atılır veya hayvan yemi olarak kullanılırken, ortaya çıkan bu yan ürün karotenoidler ve fenolik bileşikler gibi yüksek oranda yararlı bileşikler içermektedir. Dolayısıyla bu yan ürünün farklı endüstrilerde (gıda, sağlık, kozmetik vb.) kullanılmasının hem katma değerli ürün elde edilmesinde hem de çevresel konularda faydalı olabileceği düşünülmektedir. Bu çalışmanın amacı, endüstriyel havuç suyu atıklarına çevre dostu ön işlemler (enzimatik ve ultrasonik destekli ekstraksiyon) uygulanarak gıda endüstrisinde önemli kullanım alanı olan bileşenlerin elde edilmesi için Sürdürülebilir Kalkınma Hedefleri'ne uygun bir yaklaşım geliştirilmesi amaçlanmakla birlikte çalışmada bahsedilen yöntemler üzerinde optimizasyon koşullarının belirlenmesidir. Öncelikle, geleneksel, enzimatik ve ultrasonik yöntemlerin her biri için solvent türü, katı-sıvı oranı, enzim türü, enzim miktarı, enzimatik ve ultrasonik destekli ön işlem süresi parametreleri beta karoten, likopen, toplam fenolik madde konsantrasyonlarına ve DPPH % inhibisyonuna göre optimize edilmiştir. Analizler spektrofotometre ile belirlenen dalga boylarında ölçümlenmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda solvent türü ve katı-sıvı oranı sırası ile etanol ve 1:40 (w/v) olmuştur. Enzimatik ön işlem parametreleri ise enzim türü için Pectinex® XXL, enzim miktarı için 300 μL ve ekstraksiyon süresi için 120 dk optimum koşulları vermiştir. Ultrasonik ön işlemin süresi 20 dk olarak belirlenmiştir. Sonuçlara göre, belirlenen bu optimum koşulların geleneksel, enzimatik ve ultrasonik ön işlem destekli ekstraksiyon yöntemlerine uygulanması ile istatistiksel olarak enzim ve ultrason ile ön işlem uygulamasının bu gıda bileşenlerinin geri kazanımını artırabileceğini göstermiştir (p<0.05). Optimum koşullar belirlendikten sonra havuç posaları geleneksel, enzimatik destekli, ultrasonik destekli, enzimatik-ultrasonik destekli ve ultrasonik-enzimatik destekli 5 farklı ekstraksiyon yöntemi ve kombinasyonu ile ekstrakte edilmiştir. Elde edilen bütün sıvı ekstraktların önce dönel buharlaştırıcı ile içerdiği etanol uçurulmuş daha sonra ise dondurarak kurutulmuştur. Bütün analizler katı madde üzerine uygulanmıştır. Ekstraksiyon yöntemlerine göre elde edilen bileşenlerin konsantrasyon sonuçlarına baktığımızda enzimatik destekli ekstraksiyonun sonuçları diğer yöntemlere göre daha etkili bulunmuştur. Enzim destekli ekstraksiyonun sonuçları şu şekildedir: 26,37 ± 0,26 mg/g beta-karoten konsantrasyonu, 20,93 ± 0,005 mg/g likopen konsantrasyonu, 9,97 ± 1,38 mg GAE/g toplam fenolik madde konsantrasyonu, 209,44 ± 7,98 mg rutin/g toplam flavonoid madde konsantrasyonu ve 25,57 ± 4,15 DPPH % inhibisyonudur. Ayrıca hem E.coli hem de Salmonella Typhimurium için en etkili antimikrobiyal aktivite gösteren yöntemin enzim destekli ekstraksiyon yöntemi olduğu gözlemlenmiştir. Bulgulara bakıldığında enzim uygulamasının hücre duvarını parçalaması özelliğinden dolayı hedef bileşenlerin salınımını büyük ölçüde etkilediği söylenebilmektedir. Ek olarak Enzim - Ultrason Destekli Ekstraksiyon uygulamasının ise ikinci etkili yöntem olduğu tespit edilmiştir. Bu uygulamada ise ek olarak ultrason kullanımının kavitasyon etkisi ile hücre duvarını parçalayarak verimi artırmada etkili rol oynadığı gözlemlenmiştir.