Lifli Çay Atıklarından Çay Özütü Eldesinde Yanıt Yüzey Metodolojisi ile Ekstraksiyon Parametrelerinin Optimizasyonu

Öz

Türkiye’de yüksek çay üretimine bağlı olarak ortaya çıkan lifli çay atığının, ekstrakiyon işlemi ile çay özütü eldesindeki extraksiyon parametreleri son yıllarda önem kazanmaktadır. Elde edilen çay özütü ise buzlu çay üretiminde ve poşet çay üretiminde renk ve tad destekleyicisi olarak kullanılmaktadır. Bundan dolayı daha efektif ve maliyeti düşük bir ekstraksiyonun uygulanması endüstri açısından önemlidir. Bu noktada ise ekstraksiyon paramaterelerinin optimize edilmesi, çalışmanın ana hedefini oluşturmaktadır. Söz konusu parametrelerinden 3 tanesi (çay atığı/su oranı, sıcaklık ve süre) Yanıt Yüzey Metodolojisi kullanılarak sekiz farklı yanıt faktör ( Ekstrakt verimi-EY, L*, a*, b*, C, h, toplam fenolik madde-TPC, antioksidan aktivite- DPPH) üzerinde modellenerek tahmin gücü ortaya konulmuştur. Oluşturulan 20 deneme deseni özelinde parametrelerin aralıkları çay atığı/su oranı, sıcaklık ve süre için sırasıyla 0.5-10%, 50-95°C, 1-50 dakika şeklinde belirlenmiştir. Oluşturulan modelde sekiz farklı yanıt özelinde ortalama değerler ise EY, L*, a*, b*, C, h, TPC, DPPH için sırasıyla 2.37±0.83%, 1.42±0.35, 0.77±0.51, 6.64±0.41, 96.42±5.75, 49.99±21.74 mg gallic acid /100g ve 35.89±17.82 mgTrolox/g şeklinde bulunmuştur. Mevcut yanıtların kullanıldığı tahminleme modeli sadece L ve TPC için uygun olarak tespit edilmiştir. Modelleme sonucunda ise optimum tahminleme noktası (R2) için çay atığı/su oranı 8%, sıcaklık, 94.95°C, süre 60 dakika olarak tespit edilmiş ve istenirliği 0.839 olarak hesaplanmıştır. Böylece çay atığının ilgili değişkenler özelinde elde edilecek renk ve fonksiyonelliğinin tahmin edilmesi ile birlikte daha az maliyet ve sürede çay özütü elde edilebilecektir. Böylece gerek soğuk çay üretiminde gerekse de poşet çay üretiminde renk ve fonksiyonellik üzerine katkıda bulunurken böylesine büyük miktarda ortayas çıkan atık değerlendirilmiş olacaktır.

Anahtar Kelimeler

• Çay atığı
• Çay ekstraksiyonu
• Yanıt Yüzey Metodolojisi

Optimization of Extraction Parameters by Response Surface Methodology in Handling Tea Extract From Fibrous Tea Waste

Abstract

In Turkey, the extraction parameters of tea extract from the fibrous tea waste left after harvesting the tea crop is gaining an interest in the last few years. The handled tea waste extract can be used for ice tea and teabag production as a flavor and color supporting material.Therefore, the industry needs to implement a more efficient and cost-effective extraction. At this point, optimizing the extraction parameters is the main goal of the study. Eight different response factors (extract yield-EY, L*, a*, b*, C, h, total phenolic compounds-TTC, antioxidant activity-DPPH) were used with three of process parameters (tea waste/water ratio, temperature and time) and its predictive power has been demonstrated. In the formed model, the mean values for eight different responses as EY, L*, a*, b*, C, h, TPC, DPPH were 2.37±0.83%, 1.42±0.35, 0.77±0.51, 6.64±0.41, 96.42±5.75 mg gallic acid/100g, 49.99±21.74 mg Trolox/g, respectively. The prediction model using the available responses was determined to be suitable only for L and TPC. As a result of the modeling, for the optimum estimation point, tea waste/water ratio, temperature, and time parameters were determined 8%, 94.95°C, and 60 minutes, respectively. Besides, the desirability of the model was calculated by 0.839. Thus, by predicting the color and functionality of the tea waste specific to the relevant variables, tea extract can be obtained in less cost and process time. Such a large amount of waste generated while contributing to color and functionality in both cold tea and teabag production will be utilized.

Keywords

• Tea waste
• Tea extraction
• Response Surface Methodology

References

1. Aşık, B.B., & Kütük, C. (2012). Çay atığı kompostunun çim alanların oluşturulmasında kullanım olanağı. Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi DErgisi, 26(2): 47-57.
2. Bazinet, L., Labbé, D., & Tremblay, A. (2007). Production of green tea EGC-and EGCG-enriched fractions by a two-step extraction procedure. Separation and Purification Technology, 56(1), 53-56.
3. Bilgin, S., Koçer, A., Yılmaz, H., Acar, M., Dok, M., 2016. Çay Fabrikası Atıklarınının Peletlenmesi ve Pelet Fiziksel Özelliklerinin Belirlenmesi, Gaziosmanpaşa Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 33,70-80.
4. Bindes, M. M. M., Cardoso, V. L., Reis, M. H. M., & Boffito, D. C. (2019). Maximisation of the polyphenols extraction yield from green tea leaves and sequential clarification. Journal of Food Engineering, 241, 97-104.
5. Bostancı, Ş., Yeşil Çay Fabrika Atiklarindan Farkli Yöntemlerle Antioksidan Bileşiklerin Ekstraksiyonu, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Ensitütüsü Doktora Tezi, 160 sayfa.
6. Chen, Y. (1979). Tea manufacture. (pp. 364–381). Agricultural Publication House of China, Beijing.
7. Çubuk, M., Gürü, M., Uğurlu, E.L., 2014. Atık Strafor, Çay Lifi ve Polistiren Köpük Kullanıla rak Sudaki Petrol Kirliliğinin Giderilmesi , Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der., Cilt 29, No 2, 281-287.
8. Demir, A. (2011). Siyah ve yeşil çay ile atıklarının antioksidan özelliklerinin karşılaştırılması (Doctoral dissertation, Rize Üniversitesi/Fen Bilimleri Enstitüsü/Kimya Anabilim Dalı).

9. Demir, E. (2015). Yaş çay ve siyah çay atıklarından bazı ekstraksiyon yöntemleriyle kafein ve kateşinlerin ayrılması (Doctoral dissertation, Karadeniz Teknik Üniversitesi/Fen Bilimleri Enstitüsü).
10. Dinçer C, Torun M, Topuz A, Akdo¤an A, fiahin H, Özdemir F, 2008. Çözünür (Instant) Dağ Çayı (Sideritis stricta) Üretiminde Ekstraksiyon Koşullarının Belirlenmesi Üzerine Bir Araştırma Türkiye 10. G›da Kongresi, 21-23 May›s, 2008, Erzurum, Türkiye, s:183-186.
11. Ekici, B., Kentli, A., Küçük, H., 2012. Improving Sound Absorption Property of Polyurethan Foams by Adding Tea-Leaf Fibers. Archives of Acoustics, 37 (4), 515-520.
12. Erkan, N., Cetin, H., & Ayranci, E. (2011). Antioxidant activities of Sideritis congesta Davis et Huber-Morath and Sideritis arguta Boiss et Heldr: Identification of free flavonoids and cinnamic acid derivatives. Food Research International, 44(1), 297-303.
13. Groosman, M., Tea Sector Overview, The Sustainable Trade Initiative, The Netherlands, 2011.
14. Gölükcü, M., Toker, R., & Tokgöz, H. (2013). Farklı Sıcaklık ve Sürelerde Demlemenin Dağ Çayının (Sideritis congesta) Bazı Kalite Özellikleri Üzerine Etkisi. Gıda, 39(3), 155-162.
15. Gölükcü, M., Toker, R., & Tokgöz, H. (2014). FARKLI SICAKLIK ve SÜRELERDE DEMLEMENİN DAĞ ÇAYININ (Sideritisqcongesta) BAZI KALİTE ÖZELLİKLERİ ÜZERİNE ETKİSİ. GIDA/The Journal of FOOD, 39(3).
16. Gündoğdu, A., 2010. Fabrika çay atıklarından aktif karbon üretimi, karakterizasyonu ve adsorpsiyon özelliklerinin incelenmesi, Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon.
17. Hanay, N. (2011). Farklı ekstraksiyon süre ve sıcaklıklarının çaydan deme geçen fenolik ve alkoloid madde miktarı üzerine etkisi. Akdeniz Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi, Antalya, Türkiye, 117 s.
18. Huang D, Ou B, Prior RL, 2005. The Chemistry behind Antioxidant Capacity Assays. J Agr Food Chem, 53: 1841-1856.
19. Jang, J. H., Park, Y. D., Ahn, H. K., Kim, S. J., Lee, J. Y., Kim, E. C., ... & Kwon, H. J. (2014). Analysis of green tea compounds and their stability in dentifrices of different pH levels. Chemical and Pharmaceutical Bulletin, 62(4), 328-335.
20. Jin, Y., Zhao, J., Kim, E. M., Kim, K. H., Kang, S., Lee, H., & Lee, J. (2019). Comprehensive Investigation of the Effects of Brewing Conditions in Sample Preparation of Green Tea Infusions.Molecules, 24(9), 1735.
21. Kacar, B., Çayın Biyokimyası ve İşleme Teknolojisi, Çay-Kur Yayını No:6, Ankara, 1987.
22. Kara, C., 2018. Çay Atığının Doğal Lif Olarak Betonda Kullanılabilirliği, Doğ Afet Çevre Dergisi, 4(2): 156-165.
23. Karataş, A., Turan Büyükdinç D., 2017. Organik çay atığının ıspanak ve marul yetiştiriciliğinde bitki gelişimi üzerine etkisi, Akademik Ziraat Dergisi Cilt:6 Özel Sayı:201-210.
24. Kaya, A.İ., Dalgar, T., 2017. Ses Yalıtımı Açısından Doğal Liflerin Akustik Özellikleri, Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi Özel Sayı, 1: 25-37.
25. Kazaskeroğlu, Y., 2012. Çay fabrikası artıklarından kağıt hamuru ve kağıt üretim koşullarının belirlenmesi, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
26. Khan, Z., Kakkar, S., Ghag, S., Shah, S., Patil, S., & Gupta, A. D. (2018). Recycling Of Tea Waste For Extraction Of Caffeine And Production Of A Transdermal Patch.
27. Khanum, H., Faiza, S., Sulochanamma, G., & Borse, B. B. (2017). Quality, antioxidant activity and composition of Indian black teas. Journal of food science and technology, 54(5), 1266-1272.
28. Kırbaşlar, Ş. İsmail, et al., 2001. "Fındık Kabuklarının, Çay Ve Tütün Atıklarının Hammadde Olarak Kullanılması." Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 7.1: 139-143.
29. Komes D, Horzic D, Belscak A, Ganic K, Vulic, I., 2010. Green tea preparation and its influence on the content of bioactive compounds. Food Res Int, 43:167-176.
30. Langley-Evans SC: Antioxidant potential of green and black tea determined using the ferric reducing power (FRAP) assay. Int J Food Sci Nutr 2000, 51:181-188.
31. Liang, Y., & Xu, Y. (2001). Effect of pH on cream particle formation and solids extraction yield of black tea. Food Chemistry, 74(2), 155-160.
32. Montrogomery, D.C., 2008, Design and analysis of experiments. 7th ed. John Wiley and Sons, River Street, Hoboken.
33. Myers, R.H. Montgomery, D.C., 1995. Response Surface Methodology, Process and Product Optimization Using Designed Experiments. 2nd ed. John Wiley and Sons, New York, NY.
34. Oskuei, S. S., 2009. Çay Jelinden Geliştirilen Dermokozmetik Ürüner ve İn Vitro Testleri, Marmara Üniversitesi Sağlık Bilimleri.
35. Özdemir, F. ve Gökalp, H.Y., Siyah Çayda Kalite Karakteristikleri ve Etki Eden Faktörler, Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, No: 20, 2, (1989) 135-145.
36. Ozdemir, F., Gökalp, H. Y., & Nas, S. (1993). Effects of shooting period, times within shooting periods and processing systems on the extract, caffeine and crude fiber contents of black tea. Zeitschrift fur Lebensmittel-Untersuchung und-Forschung, 197(4), 358.
37. Özünlü, O., & Ergezer, H. (2019). İnfüzyon Yöntemi Kullanılarak Kurutulmuş Enginar Çanak Yaprağı Katkılı Soğuk Yeşil Çay Üretimi. Academic Food Journal/Akademik GIDA, 17(4).
38. Petersona, J., Dwyera, J., Jacquesa, P., Randa, W., Priorb, R., Chuia, K., 2004. Tea variety and brewing techniques influence flavonoid content of black tea, Journal of Food Composition and Analysis 17 (2004) 397–405.
39. Perez-Burillo, S., Gimenez, R., Rufian-Henares, J.A., Pastoriza, S., 2018. Effect of brewing time and temperature on antioxidant capacity and phenols of white tea: Relationship with sensory properties, Food Chemistry, 248, 111-118.
40. Safi, Y., 2018. Çay Atıklarından Yaralanarak Çay Özütü Miktarının Arttırılması, Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
41. Saklar, S., Ertas, E., Ozdemir, I. S., & Karadeniz, B. (2015). Effects of different brewing conditions on catechin content and sensory acceptance in Turkish green tea infusions. Journal of food science and technology,52(10), 6639-6646.
42. Salman, S., Azarabadi, N., Özdemir, F., 2019. Siyah Çay Harmaninda Partikül Boyutu Ve Demleme Süresinin Dem Özellikleri Üzerine Etkisi, Gida The Journal Of Food, 44 (3): 442-452.
43. Sharpe, E., Hua, F., Schuckers, S., Andreescu, S., & Bradley, R. (2016). Effects of brewing conditions on the antioxidant capacity of twenty-four commercial green tea varieties. Food chemistry, 192, 380-387.
44. Suteerapataranon, Siripat, and Daranee Pudta. "Flow injection analysis-spectrophotometry for rapid determination of totalpolyphenols in tea extracts." Journal of Flow Injection Analysis 25.1 (2008): 61.
45. Taşar, Ş., 2018. Atık Çay Posasından Biyobozunur ve Antimikrobiyal Polimerik Jel-Film Üretimi ve Karakterizayonu, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
46. Tekeli, S.T., Çay Yetiştirme-İşleme-Pazarlama, Dönüm Yayınları, No:5, Ankara Basım ve Ciltevi, Ankara, 1976.
47. Tozlu, B.H., 2014. Elektronik burunla Çay fermentasyonu Denetimi, Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon.
48. Torun, M., Dinçer, C., Şahin, H., Akdoğan, A., Topuz, A., & Özdemir, F. Instant Adaçayı (Salvia fruticosa) Üretiminde Ekstraksiyon Koşullarının Belirlenmesi.
49. Yaday, G.U., Farakte, R.A., Patwardhan,, A.W., Singh, G., 2018. Effect of Brewing Temperature, Tea Types and Particle Size on İnfusion of Tea Components, 25 (3), 1228-1238.
50. Yakupoğlu, Gökçen, and Aysun Pekşen. "Çay atığından hazırlanan farklı kompost ve partikül büyüklüğünün Ganoderma lucidum mantarının verimi ve bazı morfolojik özellikleri üzerine etkisi." Ekoloji 20.78 (2011): 41-47.
51. Yılmaz, S.B., Koçer, A.H., Acar, M., and Mahmut DOK, 2016. Çay Fabrikası Atıklarınının Peletlenmesi ve Pelet Fiziksel Özelliklerinin Belirlenmesi, Gaziosmanpaşa Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 33, 70-80.
52. Yolcu, E., 2019. Çay İşleme Fabrikalarından Çıkan Çay Atıklarının Pelet Biyoyakıt Olarak Kullanılabilme Olanaklarının Araştırılması, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
53. Zannou, O., & Koca, I., 2020. “Optimization and stabilization of the antioxidant properties from Alkanet (Alkanna tinctoria) with natural deep eutectic solvents,” Arab. J. Chem.,.
54. Zhao, T. et al. (2018) ‘Preparation and characterization of microcrystalline cellulose (MCC) from tea waste’, Carbohydrate Polymers. Elsevier, 184(December 2017), pp. 164–170. doi: 10.1016/j.carbpol.2017.12.024.
55. Zimmermann, Benno F., and Maike Gleichenhagen. "The effect of ascorbic acid, citric acid and low pH on the extraction of green tea: how to get most out of it." Food chemistry 124.4 (2011): 1543-1548.