Mercimek proteini ile soğan kabuğu fenolikleri interaksiyonunun fonksiyonel özellikler ve biyoaktivite üzerine etkisi

Abstract

Fenolik bileşikler bitkilerde bulunan antioksidan özelliğe sahip bileşiklerdir. Tüketicilerin sağlıklı tercihlere yönelmesi ile birlikte, bitkilerden saflaştırılan fenolik bileşikler özellikle sentetik antioksidanlar yerine veya fonksiyonel gıdalarda bileşen olarak kullanılmaktadır. Bunun yanında, her geçen gün büyümekte olan gıda sektöründe büyük oranlarda gıda atıkları oluşmakta ve çevre kirliliği gibi birçok soruna neden olmaktadır. Doğal bir kaynak olan gıda atıklarından fenolik bileşiklerin geri kazanılması, gıda atıklarının tekrar kullanılması için olanak sağlamaktadır. Özellikle işlenmiş soğana talebin son yıllarda artması, soğan atıklarının çoğalmasına sebep olmuştur. Soğanın iç kısmının fenolik bileşikler yönünden zengin olmasına karşın benzer fenolik profiline sahip olan kabuk kısmının fenolik madde miktarı daha fazladır; fakat bu kısım gıda hazırlama sürecinde atılmaktadır. Bu çalışmanın amacı (1) floresan sönümleme ile mercimek proteini~soğan kabuğu fenolik ekstraktı kompleks oluşum mekanizmasını analiz etmek, in-vitro gastrointestinal sindirilebilirlikleri ile birlikte (2) model sistemlerde protein fonksiyonel özellikleri üzerine etkisini ve (3) fonksiyonel bir gıda ürününde kompleks oluşumunun etkilerini tanımlamaktır. İlk aşama olarak, mercimek proteinleri ile fenolik ekstraktların kompleks oluşum mekanizması hakkında bilgi almak amacıyla floresan sönümle analizi yapılmıştır. Her iki ekstraktın, mercimek proteinlerinin floresan yoğunluğunda konsantrasyonlarına bağlı olarak düşmeye sebep olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, kırmızı soğan kabuğu fenolik ekstraktının sarı soğan kabuğu fenolik ekstraktına kıyasla daha düşük konsantrasyonlarda sönümleme etkisi olduğu belirlenmiştir. Mercimek proteini~sarı soğan kabuğu fenolik ekstraktı kompleksi için mercimek proteininin maksimum emisyonunda maviye kayma olmuştur. Diğer bir deyişle, interaksiyona giren fenolik grubunun proteinin içinde gömülü olduğunu göstermiştir. Ayrıca, kompleks oluşumu doğrusal bir Stern-Volmer grafiği ile statik söndürmeyi ifade etmektedir. Mercimek proteini~sarı soğan kabuğu fenolik ekstraktı kompleksinin termodinamik parametreleri hesaplanmıştır. Etkileşimin baskın olarak hidrofobik, entalpi güdümlü olduğu ve kendiliğinden gerçekleşmediği bulgusuna ulaşılmıştır. Mercimek proteini~kırmızı soğan kabuğu fenolik ekstraktı kompleksi için kırmızıya kayma, yani proteinlerin yapısal açılımını ifade etmektedir. Diğer bir yandan, Stern-Volmer grafiği doğrusal değildir. Dinamik ve statik olmak üzere iki sönümleme mekanizmasının mercimek proteini~kırmızı soğan kabuğu fenolik ekstraktı kompleksi için aynı anda meydana geldiği "eylem alanı modeli" (sphere of action) söz konusudur. Çalışmanın ikinci aşamasında, protein-fenolik interaksiyonunun mercimek proteinlerinin fonksiyonel özellikleri üzerine ve farklı sistemlerin (fenolik ekstrakt çözeltileri, protein-fenolik çözeltileri, emülsiyonlar) in-vitro gastrointestinal sindirilebilirliği üzerine etkileri araştırılmıştır. Fenolik bileşiklerin varlığı konsantrasyona bağlı olarak mercimek proteinlerinin çözünürlüğü, köpürme ve emülsiyon özelliklerini olumsuz etkilemiştir ve Pearson korelasyon katsayısı analizi ile fenolik konsantrasyonunun proteinlerin bu fonksiyonel özellikleri ile ilişkisinin negatif olduğu da belirlenmiştir. Farklı model sistemlerde (fenolik ekstrakt çözeltileri, protein-fenolik çözeltileri, emülsiyonlar) in-vitro gastrointestinal sindirim öncesi, toplam fenolik madde miktarları büyükten küçüğe sırasıyla ekstrakt çözeltisi, emülsiyon ve protein-fenolik çözeltisi şeklindedir. Mercimek proteini varlığında toplam fenolik madde miktarında düşme vardır. Toplam fenolik madde miktarı mide fazından sonra ekstrakt çözeltileri ve emülsiyonlarda düşmüştür ve protein-fenolik çözeltilerinde ise sindirim öncesi değerlere benzerdir. Bütün çözelti sistemlerinde, aynı çözelti için toplam fenolik madde miktarı bağırsak fazında en yüksektir. Antioksidan aktivite değerleri toplam fenolik madde sonuçları ile benzer değişmiştir. Protokateşik asit ve fenolik asit türevleri çözelti içerisindeki diğer fenolik bileşiklerin parçalanmasından dolayı sindirim öncesi değerlerinin neredeyse iki katı olmuştur. Kırmızı soğan kabuğu fenolik ekstraktında belirlenmiş her bir antosiyaninin miktarı sindirim öncesinde emülsiyon~ekstrakt çözeltisi>protein-fenolik çözeltisi şeklinde iken mide fazından sonra emülsiyon>ekstrakt çözeltisi~protein-fenolik çözeltisi şeklindedir. Bağırsak fazından sonra ise ekstrakt çözeltilerindeki antosiyanin miktarı diğerlerine kıyasla daha fazladır. Antosiyaninler protein içeren sistemlerde sindirim sonunda daha az tanımlanabilmiştir. Mercimek proteinlerinin varlığıyla sindirim öncesi her bir fenolik bileşiğin miktarında azalma gözlenmiştir. Bu azalma kuersetin ve türevleri için daha fazla olmuştur. Mide fazından sonra kuersetin ve türevlerinin miktarı düşmüş, bağırsak fazından sonra mide fazına benzer olmuştur. Bu durum, toplam fenolik madde miktarında ve antioksidan kapasitesinde gözlemlenen belirgin düşmenin sebebi olarak düşünülmüştür. Tüm sistemlerde bağırsak fazından sonra kuersetin tespit edilmezken, kuersetin türevleri emülsiyonlarda en yüksektir. Protein varlığında, model bir sistemde, her bir fenolik bileşiğin in-vitro gastrointestinal sindirimden farklı etkilendiği gözlenmiştir. Üçüncü aşamada, iki farklı oranda fenolik (soğan kabuğu tozu, soğan kabuğu fenolik ekstraktı ve kuersetin) içeren fonksiyonel krakerlerde fenolik içerikte/antioksidan aktivitede değişim protein-fenolik interaksiyonları dikkate alınarak değerlendirilmiştir. Fonksiyonel krakerler benzer besin değerlerine (p>0.05), daha düşük L* ve daha yüksek a* değerlerine sahiptir. b* değeri daha yüksek oranda soğan kabuğu tozu veya soğan kabuğu fenolik esktraktı ile düşmüş, kuersetin katkısı ile artmıştır. Fonksiyonel krakerlerde fenolik/antioksidan geri kazanımı fenolik oranı arttıkça azalmıştır ve kuersetin 7,4-diglikozit miktarı teorik değerden düşük bulunmuşken kuersetin miktarı yüksektir. İn-vitro gastrointestinal sindirim krakerlerde uygulanmıştır ve fenolik/antioksidan/protein ulaşılabilirliği belirlenmiştir. Fenolik (BIF) ve antioksidan (BIA) biyoerişilebilirlik indeksi in-vitro gastrointestinal sindirim öncesi ve sonrası toplam fenolik madde miktarı ve antioksidan aktiviteye göre hesaplanmıştır. Fonksiyonel krakerlerde BIF değeri küçükten büyüğe soğan kabuğu tozu, soğan kabuğu fenolik ekstraktı ve kuersetin eklenen krakerler şeklinde iken, BIA değerleri kuersetin eklenen krakerlerde en düşüktür. Kuersetin sadece soğan kabuğu fenolik ekstraktı içeren buğday veya mercimek krakerinde tanımlanabilmiştir. Ağız ve mide fazında tüm fonksiyonel buğday krakerlerinde TCA'da çöken peptid miktarı kontrolden küçüktür. Sindirim sonunda buğday krakerlerinin TCA'da çöken peptitleri tanımlanamamıştır. Ağız fazından sonra fonksiyonel mercimek krakerlerinin TCA'da çöken peptid miktarı birbirine yakın (p<0,05) kontrolden küçüktür, mide fazından sonra ise fazladır. Bağırsak fazından sonra TCA'da çöken protein miktarı kuersetin içeren mercimek krakerinde en düşüktür. Gastrointestinal sindirim boyunca genel olarak TCA'da çöken peptid miktarı azalırken, serbest amino grupları miktarında artış gözlenmiştir. Ağız fazından sonra serbest amino grupları miktarı kontrol krakerlere istatistiksel olarak benzer olmuştur (p<0.05). Mide ve bağırsak fazından sonra ise buğday krakerlerinde kontrole kıyasla daha düşük miktarda serbest amino grupları miktarı saptanmıştır. Mide fazından sonra fonksiyonel mercimek krakerlerinin serbest amino miktarı kontrolden yüksektir, bağırsak fazından sonra ise düşüktür. Sonuç olarak, sarı ve kırmızı soğan kabuğu fenoliklerinin mercimek proteinleri ile interaksiyon mekanizması bu çalışma ile ilk defa araştırılmıştır ve her iki ekstraktın farklı yollarla interaksiyona girdiği belirlenmiştir. Bu doktora çalışması, soğan kabuğu fenoliklerin mercimek proteinlerinin fonksiyonel özellikleri üzerine belirgin etkisi olduğunu ve özellikle protein varlığında fenoliklerin biyoerişilebilirliğinin hem model sistemlerde hem de bir gıda matriksinde önemli ölçüde etkilendiğini gösteren özgün bir çalışmadır.