Determination of Antimicrobial and Antioxidant Activities of Wastes (Tea Seed, Orange, and Mandarin Peel) of Some Local Product Grown in Rize Province

Abstract

In this study, the antimicrobial and antioxidant properties of various extracts obtained from the wastes of products (tea seed, tangerine peel, and orange peel) grown in Rize province of the Eastern Black Sea Region were determined. After the tea seeds, tangerine, and orange peel were dried at two different temperatures (60°C and 80°C), ethanol, warm water, and hot water extracts were prepared at different rates (5%, 10%, and 25%, respectively). The 2,2-d iphen yl-1- picri hydra zil radical scavenging method was used to determine the antioxidant properties of the extracts, and also the antioxidant values in terms of trolox were calculated. To determine the antimicrobial effect of the extracts, the efficiency of these extracts against Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Salmonella enterica, and Staphylococcus aureus bacteria was investigated by using the disk diffusion method. When the 2,2-d iphen yl-1- picri hydra zil free radical removal potentials of the extracts were examined, it was determined that 2,2-d iphen yl-1- picri hydra zil radicals were removed at a rate 85.47% for 25% hot water extract of the tea seed dried at 80°C, 83.73% for 10% hot water extract of the tangerine peel dried at 80°C, and 86.27% for 25% hot water extract of orange peels dried at 60°C. When the antimicrobial effects of ethanol extracts of tea seed (80°C) were examined, it was determined that all concentrations were effective against S. aureus, but the 25% ethanol extract showed the highest antimicrobial effect. Five percent and 25% ethanol extracts of orange peel (80°C) had antimicrobial activity against L. monocytogenes bacteria, and the average zone diameters of these extracts were determined as 8.66 mm and 12.02 mm, respectively. Five percent hot extract of orange peel showed antimicrobial activity for S. aureus with an average zone diameter of 13.21 mm. The extracts from tangerine peel had no antimicrobial activity against any of the pathogenic bacteria tested in the study. According to the findings, it was concluded that by-products from tea seed, tangerine, and orange peel wastes can be evaluated as natural antioxidant and antimicrobial sources.

Keywords

• Antimicrobial
• antioxidant
• local products
• pathogenic microorganisms
• waste products

Rize İlinde Yetiştirilen Bazı Yöresel Ürün Atıklarının (Çay Tohumu, Portakal ve Mandalina Kabuğu) Antimikrobiyal ve Antioksidan Aktivitelerinin Belirlenmesi

Öz

Bu çalışmada Doğu Karadeniz Bölgesi’nin Rize ilinde yetiştirilen yöresel ürünlerin atıklarından (çay tohumu, mandalina kabuğu ve portakal kabuğu) elde edilen çeşitli ekstrelerin antimikrobiyal ve antioksidan potansiyelleri tespit edilmiştir. Çay tohumu, mandalina ve portakal kabukları iki farklı sıcaklıkta (60°C ve 80°C) kurutulduktan sonra farklı oranlarda (%5, %10 ve %25) etanol (E), ılık su (IS) ve sıcak su (SS) ekstreleri hazırlanmıştır. Ekstrelerin antioksidan özelliklerinin belirlenmesinde 2,2 difen il-1- pikri hidra zil (DPPH) radikalini giderme yöntemi kullanılmış ve troloks cinsinden antioksidan değerleri de hesaplanmıştır. Ekstrelerin antimikrobiyal etkisinin belirlenmesinde ise disk difüzyon yöntemi kullanılarak bu ekstrelerin Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Salmonella enterica ve Staphylococcus aureus bakterilerine karşı etkinliği araştırılmıştır. Ekstrelerin DPPH serbest radikal giderme potansiyelleri incelendiğinde 80°C’de kurutulan çay tohumunun %25’lik sıcak su ekstresinin %85,47; 80°C’de kurutulan mandalina kabuklarının %10’luk sıcak su ekstresinin %83,73 ve 60°C kurutulan portakal kabuklarının %25’lik sıcak su ekstresinin ise %86,27 oranında DPPH radikallerini giderdiği tespit edilmiştir. Çay tohumunun (80°C) etanol ekstrelerinin antimikrobiyal etkileri incelendiğinde tüm konsantrasyonlarının S. aureus bakterilerine karşı etkin olduğu, ancak en yüksek antimikrobiyal etkiyi %25’lik etanol ekstresinin gösterdiği tespit edilmiştir. Portakal kabuğunun (80°C), %5’lik ve %25’lik etanol ekstrelerinin L. monocytogenes bakterisine karşı antimikrobiyal aktiviteye sahip olduğu tespit edilmiş ve bu ekstrelerin ortalama zon çapları sırasıyla 8,66 mm ve 12,02 mm olarak belirlenmiştir. Portakal kabuğunun %5’lik sıcak su ekstresinin S. aureus bakterisine karşı antimikrobiyal etki gösterdiği ve ortalama zon çapının 13,21 mm olduğu tespit edilmiştir. Mandalina kabuğu ekstreleri çalışmada kullanılan patojen bakterilere karşı herhangi bir antimikrobiyal göstermemiştir. Elde edilen bulgulara göre atık olarak görülen çay tohumu, mandalina ve portakal kabukları yan ürünlerinin doğal antioksidan ve antimikrobiyal kaynaklar olarak değer lendi rileb ilece ği sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Antimikrobiyal
• antioksidan
• yöresel ürünler
• patojen bakteriler
• atık ürünler

Kaynakça

1. Alpkent, Z., & Demir, M. (2006). Gıdalarda Bulunan Antioksidan Maddeler ve İnsan Sağlığı Üzerine Etkileri. Türkiye 9. Gıda Kongresi. 24–26 Mayıs 2006, Bolu. Gıda Teknolojisi Derneği Yayın No 33.
2. Al-Zoreky, N. S. (2009). Antimicrobial activity of pomegranate (Punica granatum L.) fruit peels. International Journal of Food Microbiology, 134(3), 244–248.
3. Anderson, D. P. (1992). “In vitro immunization of fish spleen sections and NBT, phagocytic, PFC and antibody assays for monitoring the immune response”. Techniques in Fish Immunology (Vol. 2), SOS Publications, 79–87.
4. Atak, E., Yıldız, E., & Uslu, M. E. (2017). Fenolik bileşiklerin enkapsülasyonu. Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi, 2(24), 82–92.
5. Atman, Ü. C. (2004). Gıda katkı maddeleri ve gıda kontrolü. Sürekli Tıp Eğitimi Dergisi, 13(3), 86–88.
6. Bayram, Y., Torlak, Y., & Sağdıç, O. (2019). Üvez meyvesinin antioksidan aktivitesi. European Journal of Science and Technology, 16, 933–939.
7. Brand-Williams, W., Cuvelier, M. E., & Berset, C. (1995). Use of a free radical method to evaluate antioxidant activity. LWT - Food Science and Technology, 28(1), 25–30.
8. Çakı, S. (2018). Kilis Karası (Vitis vinifera L) Meyvesi, Çekirdeği ve Posasının Antioksidan Özellikleri ve Toplam Fenolik Bileşik Miktarlarının Belirlenmesi. (Yüksek Lisans Tezi), Kilis 7 Aralık Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.

9. Çalkan, S. Ö., Sağlam, H., & Mert, E. (2021). Üzümde bulunan fitokimyasallar ve insan sağlığı üzerine etkileri. Uluslararası Anadolu Ziraat Mühendisliği Bilimleri Dergisi, 3(3), 78–86.
10. Cavlak, S., & Yağmur, C. (2016). Bazı poşet çayların toplam fenolik madde ve antioksidan aktivitelerinin belirlenmesi. Çukurova Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 34(4), 11–19.
11. Çelebi, F., Cengiz, İ., Çınar, A., & Şengül, E. (2020). Siklofosfamidle indüklenmiş ratlarda serbest radikaller ve antioksidanlar üzerine naringinin protektif etkileri. Atatürk Üniversitesi Veteriner Bilimleri Dergisi, 15(3), 231–236.
12. Cemeroğlu, B. (2004). Meyve ve Sebze İşleme Teknolojisi. Kültür ve Turizm Bakanlığı.
13. Chan, E. W., Soh, E. Y., Tie, P. P., & Law, Y. P. (2011). Antioxidant and antibacterial properties of green, black, and herbal teas of Camellia sinensis. Pharmacognosy Research, 3(4), 266–272.
14. Çoban, E. Ç. (2019). Portakal ve Limon Kabuklarının Antioksidan ve Antibakteriyel Özellikleri. (Yüksek Lisans Tezi), Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
15. Çon, A. H., Ayar, A., & Gökalp, H. Y. (1998). Bazı baharat uçucu yağlarının çeşitli bakterilere karşı antimikrobiyal etkisi. Gıda, 23(3), 171–175.
16. Cooper, R., Morré, D. J., & Morré, D. M. (2005). Medicinal benefits of green tea: Part I. Review of noncancer health benefits. Journal of Alternative and Complementary Medicine, 11(3), 521–528.
17. Deveci, H. A., Nur, G., Kırpık, M. A., Harmankaya, A., & Yıldız, Y. (2016). Fenolik bileşik ıçeren bitkisel antioksidanlar. Kafkas Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 9(1), 26–32.
18. Dİkmetaş, D. N., Konuşur, G., Mutlu-İngök, A., Gülsünoğlu, Z., & Karbancıoğlu Güler, F. (2019). Portakal (Citrus sinensis) kabuğundan elde edilen hidrosol/esansiyel yağların antimikrobiyal ve antioksidan özellikleri. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 7(1), 274–283.
19. Doğangün, B. E. (2018). Limon Kabuklarından Antimikrobiyal Özellikli Yenilebilir Film Üretimi ve Karakterizasyonu. (Yüksek Lisans Tezi), Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
20. Duan, X. J., Zhang, W. W., Li, X. M., & Wang, B. G. (2006). Evaluation of antioxidant property of extract and fractions obtained from a red alga, Polysiphonia urceolata. Food Chemistry, 95(1), 37–43.
21. Er, A., & Kayış, Ş. (2015). Çay bitkisi (Camellia sinensis) tohumunun gökkuşağı alabalıklarında (Oncorhynchus mykiss) aeromonas hydrophila enfeksiyonuna karşı kullanımının araştırılması. El-Cezeri Fen ve Mühendislik Dergisi, 2(3), 67–74.
22. Erdem, F., Gündoğan, E. N., Yılmaz, M. S., Sezgin, İ., Summakoğlu, Y., & Şakıyan, Ö. (2021). Microencapsulation of rosehip (Rosa canina) phenolic compounds. Gıda, 46(4), 1026–1039.
23. FAO. (2002). Antibiotics residue in aquaculture products. The State of World Fisheries and Aquaculture. The Food and Agriculture Organization, 74–82.
24. Favela-Hernández, J. M. J., González-Santiago, O., Ramírez-Cabrera, M. A., Esquivel-Ferriño, P. C., & Camacho-Corona, Mdel R. (2016). Chemistry and pharmacology of Citrus sinensis. Molecules, 21(2), 247.
25. Fidrianny, I., Harnovi, M., & Insanu, M. (2014). Evaluation of antioxidant activities from various extracts of sweet orange peels using DPPH, FRAP assays and correlation with phenolic, flavonoid, carotenoid content. Asian Journal of Pharmaceutical and Clinical Research, 7(3), 186–190.
26. Gargacı, A. (2010). Buzdolabında Depolanan Hamsi (Engraulis encrasicholus, L., 1758) Balığının Raf Ömrüne Biberiye (Rosmarinus officinalis L.) Ekstraktının Etkisi. (Yüksek Lisans Tezi), Sinop Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
27. Güçlü Üstündağ, Ö. G., Erşan, S., Özcan, E., Özan, G., Kayra, N., & Ekinci, F. Y. (2016). Black tea processing waste as a source of antioxidant and antimicrobial phenolic compounds. European Food Research and Technology, 242(9), 1523–1532.
28. Gülçin, I., Kireççi, E., Akkemik, E., Topal, F., & Hisar, O. (2010). Antioxidant, antibacterial, and anticandidal activities of an aquatic plant: Duckweed (Lemna minor L. Lemnaceae). Turkish Journal of Biology, 34(2), 175–188.
29. Güzel, M., & Akpınar, Ö. (2017). Turunçgil kabuklarının biyoaktif bileşenleri ve antioksidan aktivitelerinin belirlenmesi. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 7(2), 153–167.
30. Harborne, J. B., & Williams, C. A. (2000). Advances in flavonoid research since 1992. Phytochemistry, 55(6), 481–504.
31. Huang, D., Ou, B., & Prior, R. L. (2005). The chemistry behind antioxidant capacity assays. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 53(6), 1841–1856.
32. Karabulut, H., & Gülay, M. Ş. (2016). Serbest radikaller. Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Sağlık Bilimleri Fakültesi Enstitüsü Dergisi, 4(1), 50–59.
33. Karataş, İ. (2021). Rubia tinctorum L. (Kökboya) bitkisinin in vitro kök kültürlerinde hormon ve eksplant kaynaklarının sekonder metabolit üretimi ve antioksidan aktivitelerine etkileri. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım ve Doğa Dergisi, 24(5), 939–947.
34. Karatepe, T. U., & Ekerbiçer, H. Ç. (2017). Gıda katkı maddeleri. Sakarya Medical Journal, 7(4), 164–167.
35. Karslı, B. (2021). Antibacterial and antioxidant activity of pulp, peel and leaves of Feijoa sellowiana: Effect of extraction techniques, solvents and concentration. Food and Health, 7(1), 21–30.
36. Karsli, B., Caglak, E., & Kilic, O. (2021). Application of black cumin and green tea extracts and oils for microbiological, physicochemical, textural and sensorial quality of vacuum packaged rainbow trout fillets stored at 2±1°C. Journal of Aquatic Food Product Technology, 30(3), 271–282.
37. Kenar, M. (2009). Aromatik Bitkilerden Elde Edilen Doğal Antioksidanların Balık Filetosu Üzerindeki Duyusal, Kimyasal ve Mikrobiyolojik Etkilerinin İncelenmesi. (Yüksek Lisans Tezi), Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
38. Kılınç, B., Yalçın, H. T., & Sürengİl, G. (2018). Meyve kabuklarının gıdalar için antimikrobiyal madde ve yenilebilir film olarak etkinliklerinin belirlenmesi. Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi, 8(1), 144–157.
39. Küçükgülmez, A., Çelik, M., Kadak, A. E., & Çıkrıkçı, M. (2011). Proximate and fatty acid composition of the keeled mullet (Liza carinata) from the North East Mediterranean Sea. Journal of Applied Biological Sciences, 5(1), 17–19.
40. Kutlu, E. (2019). İpekten Sökülen/Elde Edilen Serisinin Tekstil Sektöründe Değerlendirilmesi. (Yüksek Lisans Tezi), Bursa Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
41. Lee, K. W., Kim, Y. J., Lee, H. J., & Lee, C. Y. (2003). Cocoa has more phenolic hytochemicals and a higher antioxidant capacity than teas and red wine. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 51(25), 7292–7295.
42. Manjarres-Pinzon, K., Cortes-Rodriguez, M., & Rodríguez-Sandoval, E. (2013). Effect of drying conditions on the physical properties of impregnated orange peel. Brazilian Journal of Chemical Engineering, 30(3), 667–676.
43. Mathur, A., Verma, S. K., Purohit, R., Gupta,V., Dua, V. K., Prasad, G. B. K. S., Mathur, D., Singh, S. K., & Singh, S. (2011). Evaluation of in vitro antimicrobial and antioxidant activities of peel and pulp of some citrus fruits. IJPI’s Journal of Biotechnolgoy and Biotherapeutics, 1(2), 1–17.
44. Miller, N. J., Rice-Evans, C., Davies, M. J., Gopinathan, V., & Milner, A. (1993). A novel method for measuring antioxidant capacity and its application to monitoring the antioxidant status in premature neonates. Clinical Science, 84(4), 407–412.
45. Mutlu, A., & Bilgin, Ş. (2016). Zeytin (Olea europaea L.) yaprağı ve yağ gülü (Rosa damascena Mill.) ekstraktlarının buzdolabı koşullarında (4±1°C) depolanan sıcak dumanlanmış alabalık (Oncorhynchus mykiss) filetolarının raf ömrüne etkisi. Journal of Limnology and Freshwater Fisheries Research, 2(1), 19–29.
46. Oboh, G., & Ademosun, A. O. (2012). Characterization of the antioxidant properties of phenolic extracts from some citrus peels. Journal of Food Science and Technology, 49(6), 729–736.
47. Öğretmen, Ö. Y. (2022) Scilla bifolia L. (orman sümbülü) bitki kısımlarının antioksidan aktivitesinin belirlenmesi. Journal of Anatolian Environmental and Animal Sciences, 7(1), 9–14.
48. Okur, M. E., Karakaş, N., Karadağ, A. E., Uludağ, D., & Çicek Polat, D. Ç. (2019). Investigation of antioxidant and cytotoxic activities of Opuntia ficus-indica (L.) Mill. fruit extract. Journal of Pharmacy, 49(3), 154–160.
49. Orak, H. H., Yagar, H., Isbilir, S., Demirci, A., & Gumus, T. (2013). Antioxidant and antimicrobial activities of white, green and black tea extracts. Acta Alimentaria, 42(3), 379–389.
50. Ötleş, S., & Çağındı, Ö. (2005). Gıdaların depolanma koşullarının ıçerdikleri antioksidanlar üzerine etkileri. Akademik Gıda, 3(3), 27–28.
51. Özkır, A. Ç. (2021). Doğal Bir Antimikrobiyal ve Antioksidan Olan Propolisin Köfte Üretiminde Kullanımı (Yüksek Lisans Tezi), Tekirdağ Namık Kemal Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
52. Rafiq, K., Shaheen, N., & Shah, M. H. (2019). Evaluation of antioxidant activities and essential/toxicmetal levels and their health risk assessment in citrus fruits from Pakistan. Environmental Monitoring and Assessment, 191(11), 650.
53. Raspo, M. A., Vignola, M. B., Andreatta, A. E., & Juliani, H. R. (2020). Antioxidant and antimicrobial activity of citrus essential oils from Argentina and the United States. Food Bioscience, 36, 100651.
54. Re, R., Pellegrini, N., Proteggente, A., Pannala, A., Yang, M., & Rice-Evans, C. (1999). Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation decolorization assay. Free Radical Biology and Medicine, 26(9–10), 1231–1237.
55. Sakai, M. (1999). Current research status of fish immunostimulants. Aquaculture, 172(1–2), 63–92.
56. Sarder, M. R. I., Thompson, K. D., Penman, D. J., & Mcandrew, B. J. (2001). Immune responses of Nile tilapia (Oreochromis niloticus L.) clones: I. Non-specific responses. Developmental and Comparative Immunology, 25(1), 37–46.
57. Sedjati, S., Supriyantini, E., Ridlo, A., Soenardjo, N., & Santi, V. Y. (2018). Kandungan pigmen, total fenolik dan aktivitas antioksidan Sargassum sp. Jurnal Kelautan Tropis, 21(2), 137–144.
58. Sezen, S., Özer, S., & Çınar, F. (2021). Turunç (Citrus aurantium L.) yaprak, meyve kabuğu ve suyu uçucu yağlarının kimyasal bileşenleri, antioksidan ve antibakteriyel etkinlikleri. Mediterranean Fisheries and Aquaculture Research, 4(3), 58–73.
59. Suzuki, K., Misaka, N., & Sakai, D. K. (2006). Efficacy of green tea extract on removal of the ectoparasitic flagellate Ichthyobodo necator from chum salmon, Oncorhynchus keta, and masu salmon, O. masou. Aquaculture, 259(1–4), 17–27.
60. Tenore, G. C., Ciampaglia, R., Arnold, N. A., Piozzi, F., Napolitano, F., Rigano, D., & Senatore, F. (2011). Antimicrobial and antioxidant properties of the essential oil of Salvia lanigera from Cyprus. Food and Chemical Toxicology, 49(1), 238–243.
61. TÜİK. (2021). Bitkisel Üretim Istatistikleri. Türkiye İstatistik Kurumu. Retrieved from https://data.tuik.gov.tr/Bulten/Index?p=Bitkisel-Uretim-Istatistikleri-2021-37249&dil=1 (Erişim Tarihi: 31.05.2022).
62. Tülüce, G., Temellİ, S., & Eyİgör, A. (2021). Gıda ortamında hayata tutunma: Bakteriyel çoğunluk algılama. Veteriner Hekimler Derneği Dergisi, 92(1), 83–94.
63. Turhan, İ., Tetik, N., & Karhan, M. (2006). Turunçgil kabuk yağlarının elde edilmesi ve gıda endüstrisinde kullanımı. Gıda Teknolojileri Elektronik Dergisi, 3, 71–77.
64. USDA (2021). The United States Department of Agriculture. Retrieved from https://www.nass.usda.gov/ (Erişim Tarihi: 31.05.2022).
65. Varlı, M., Hancı, H., & Kalafat, G. (2020). Tıbbi ve aromatik bitkilerin üretim potansiyeli ve biyoyararlılığı. Research Journal of Biomedical and Biotechnology, 1(1), 24–32.
66. Viuda-Martos, M., Ruiz-Navajas, Y., Fernández-López, J., & Pérez-Álvarez, J. (2008). Antifungal activity of lemon (Citrus lemon L.), mandarin (Citrus reticulata L.), grapefruit (Citrus paradisi L.) and orange (Citrus sinensis L.) essential oils. Food Control, 19(12), 1130–1138.
67. Yaman, K. (2012). Bitkisel atıkların değerlendirilmesi ve ekonomik önemi. Kastamonu University Journal of Forestry Faculty, 12(2), 339–348.
68. Yavuzer, E., & Boğa, E. K. (2020). Testing the antimicrobial effects of some hydrosols on food borne-pathogens. Journal of Limnology and Freshwater Fisheries Research, 6(1), 47–51.
69. Yılmaz, Ö., & Boyacıoğlu, M. (2020). Bazı sentetik antioksidanların 2,2-Difenil-1-Pikrilhidrazi l (DPPH) radikal süpürme kapasitesi yöntemi ile antioksidan aktivitelerinin araştırılması. Journal of Research in Veterinary Medicine, 39(2), 67–72.
70. Zoral, F. B., & Turgay, Ö. (2014). Çeşitli gıda atıklarının toplam fenolik madde içeriğinin, antioksidan ve antimikrobiyel aktivitelerinin araştırılması. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Doğa Bilimleri Dergisi, 17(2), 24–33.