Application of Box-Behnken Experimental Design Method in Licorice Extraction

Abstract

Licorice root is a traditional food substance used for various purposes and has diverse applications in the food industry. It is most commonly consumed as a sherbet. This study aimed to improve the efficiency of extraction in licorice root. For this purpose, the Box-Behnken Experimental Design was used. Temperature, time, and concentration were used as independent variables, while the total phenolic content was employed as the dependent variable. For solid-liquid extraction, heat treatment was carried out at 30-60°C for 10-30 min. The licorice concentration was in the range of 1-5% (w/v). A quadratic model was developed for the total phenolic content results. It was found that temperature and licorice concentration had a significant effect on the total phenolic content (p<0.05), while time had no significant effect. The optimum extraction conditions were determined as 60°C 10 min and 56°C 10 min heat treatment to extracts containing 5% licorice root.

Keywords

• Box Behnken
• Licorice
• Solid-Liquid Extraction
• Total Phenolic Compound

Meyan Kökü Ekstraksiyonunda Box-Behnken Deney Tasarım Yönteminin Uygulanması

Öz

Meyan kökü, çeşitli amaçlarla kullanılan geleneksel bir gıda maddesidir ve gıda endüstrisinde çeşitli kullanım alanlarına sahiptir. En çok şerbet olarak tüketilmektedir. Yapılan bu çalışmada meyan kökünde ekstraksiyon verimliliği arttırılmaya çalışılmıştır. Bu amaçla Box Benhken deney tasarımı kullanılmıştır. Bağımsız değişkenler olarak sıcaklık, süre ve konsantrasyon; bağımlı değişken olarak toplam fenolik madde miktarı kullanılmıştır. Katı-sıvı ekstrasyonu için 30-60°C aralığında 10-30 dk ısıl muamele yapılmıştır. Meyan konsantrasyonu ise %1-5 (w/v) aralığındadır. Toplam fenolik madde miktarı sonuçları için kuadretik model geliştirilmiştir. Sıcaklık ve meyan konsantrasyonunun toplam fenolik madde miktarı üzerinde anlamlı bir etkisi olduğu (p<0.05), sürenin ise anlamlı bir etkisi olmadığı bulunmuştur. Optimum ekstraksiyon koşulları %5 meyan kökü içeren ekstratlara 60°C 10 dk ve 56°C 10 dk ısıl uygulaması şeklinde tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Box Behnken
• Katı-Sıvı Ekstraksiyon
• Meyan Kökü
• Toplam Fenolik Bileşik

Kaynakça

1. Weremfo A, Adulley F, Dabie K, Abassah-Oppong S, Peprah-Yamoah E. (2022). Optimization of ultrasound-assisted extraction of phenolic antioxidants from turkey berry (Solanum torvum Sw) fruits using response surface methodology. Journal of Applied Research on Medicinal and Aromatic Plants. 30:100387.
2. Güzey İ. (2019). Afyon Endemiği Sideritis zkmanii Türünün Serbest Radikal Giderici, Toplam Fenolik Madde Miktarı, Total Antioksidan ve Oksidan Statüsü ile Mineral Madde İçeriğinin İncelenmesi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Anabilim Dalı. Yüksek Lisans Tezi, s. 65, Afyonkarahisar.
3. Çelik SA, Ayran İ. (2020). Antioksidan Kaynağı Olarak Bazı Tıbbi ve Aromatik Bitkiler. Türk Bilimsel Derlemeler Dergisi. 13(2): 115-125.
4. Gültekin S, Özyiğitoğlu G. (2018). Pseudevernia furfuracea (L.) Zopf Likeninin Antibakteriyel Aktivitesi ve Antioksidan Kapasitesinin Araştırılması. Marmara Fen Bilimleri Dergisi. 2018(2): 189-194.
5. Gezici S. (2022). Potansiyel Doğal Bir Antioksidan İlaç Olarak Goji Meyvelerinin Moleküler Mekanizmaları, Biyolojik ve Farmakolojik Özellikleri. Mersin Üniversitesi Tıp Fakültesi Lokman Hekim Tıp Tarihi ve Folklorik Tıp Dergisi. 12(1): 67-76.
6. Karabulut G, Yemiş O. (2019). Fenolik Bileşiklerin Bağlı Formları ve Biyoyararlılığı. Akademik Gıda. 17(4): 526-537.
7. Alara OR, Abdurahman NH, Ukaegbu CI. (2021). Extraction of Phenolic Compounds: A Review. Current Research in Food Science. 4: 200-214.
8. Özcan FŞ. (2019). Türkiye’de Bulunan Meyan Türlerinin Bazı Biyoaktif Madde İçerikleri Bakımından Karşılaştırılarak Fonksiyonel Toz İçecek Eldesinde Kullanılması. Doktora Tezi. Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı s. 204, İstanbul.

9. Şekeroğlu N, Gezici S. (2020). Koronavirüs Pandemisi ve Türkiye’nin Bazı Şifalı Bitkileri. Anatolian Clinic the Journal of Medical Sciences. 25 (Special Issue on COVID 19): 163-182.
10. Çoban ÖE, Çoban MZ. (2019). Meyan Kökü Ekstraktı ile Zenginleştirilmiş Kitosan Kaplamanın Alabalık (Oncorhynchus mykiss) Filetolarının Kalitesi Üzerine Etkisi. Ecological Life Sciences. 14(4): 83-92.
11. Erten K, Coşkuntuna L, Koç F. (2023). Toplam Karışım Rasyonuna Bitki Ekstraktları Katkısının İn Vitro Gaz Üretim Parametreleri Üzerine Etkisi. Ege Üniversitesi. Ziraat Fakültesi Dergisi. 60(2): 317-329.
12. Karami Z, Emam-Djomeh Z, Mirzaee HA, Khomeiri M, Mahoonak AS, Aydani E. (2015). Optimization of microwave assisted extraction (MAE) and soxhlet extraction of phenolic compound from licorice root. Journal of Food Science and Technology. 52: 3242-3253.
13. Pala ÇU, Ekşi CN, Özçelik E, Çam BA. (2017). Geleneksel Meyan Kökü Şerbeti Hazırlama Sürecinde Farklı Sıcaklık Uygulamalarının Şerbetin Mikrobiyolojik Kalitesi ve Biyoaktif Bileşenleri Üzerine Etkisi. Journal of Tourism & Gastronomy Studies. 5(Special Issue 2): 276-286.
14. Ayyubi SN, Purbasari A. (2022). The Effect of Composition on Mechanical Properties of Biodegradable Plastic Based on Chitosan/Cassava Starch/PVA/Crude Glycerol: Optimization of the Composition Using Box Behnken Design. Materials Today: Proceedings, 63:S78-S83.
15. Khatib I, Chow MY, Ruan J, Cipolla D, Chan HK. (2021). Modeling of a Spray Drying Method to Produce Ciprofloxacin Nanocrystals Inside The Liposomes Utilizing A Response Surface Methodology: Box-Behnken experimental design. International Journal of Pharmaceutics. 597:120277.
16. Wyantuti S, Pratomo U, Manullang, LA, Hendrati D, Hartati YW, Bahti HH. (2021). Development of Differential Pulse Voltammetric Method for Determining Samarium (III) Through Electroanalytical Study of the Metal İon in Acetonitrile Using Box–Behnken Design. Heliyon. 7(4).
17. Atak E, Uslu ME. (2018). Fenolik Bileşikler, Ekstraksiyon Metotları ve Analiz Yöntemleri. Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi. 3(27): 39-48.
18. Shortle E, O’grady MN, Gilroy D, Furey A, Quinn N, Kerry JP. (2014). Influence of Extraction Technique on The Anti-Oxidative Potential of Hawthorn (Crataegus monogyna) Extracts in Bovine Muscle Homogenates. Meat Science. 98 (4): 828-834.
19. Li K, Ji S, Song W, Kuang Y, Lin Y, Tang S, Cui Z, Qiao X, Yu S, Ye M. (2017). Glycybridins A–K, Bioactive Phenolic Compounds from Glycyrrhiza glabra. Journal of Natural Products. 80(2): 334–346.
20. Ünalan D. (2022). Yeşil Çay Yaprağından Fenolik Maddelerin Boxbehnken Deneme Deseni Kullanılarak Ekstraksiyonu ve Çay Polifenolleriyle Zenginleştirilmiş Kraker Üretiminin Araştırılması. Bursa Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi s. 88, Bursa.
21. Yeler HB. (2021). Kırmızı Pancar ve Üzüm Kabuğundan Farklı Ekstraksiyon Koşullarında Boyar Madde Üretimi. Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı. Doktora Tezi, s. 109, Denizli
22. Yazıcı SÖ. (2021). Optimization of The Extraction Conditions of Phenolic Compounds from Alchemilla vulgaris Using Response Surface Methodology. Gıda. 46(4): 1040-1052.
23. Daştan S, Türker İ, İşleroğlu H. (2021). Çemen Otu Tohumundan Fenolik Bileşenlerin Ekstraksiyonu İçin Optimizasyon Çalışması. Gıda. 46(4): 959-970.
24. Uysal S, Cvetanović A, Zengin G, Zeković Z, Mahomoodally MF, Bera O. (2019). Optimization of Maceration Conditions for Improving The Extraction of Phenolic Compounds and Antioxidant Effects of Momordica charantia L. Leaves Through Response Surface Methodology (RSM) and Artificial Neural Networks (ANNs). Anal Lett. 52(13): 2150-2163.
25. Palamutoğlu R, Kasnak C. (2020). Elma Ekstraktının Toplam Fenolik Madde Miktarı ve Antioksidan Aktivitesi Üzerine Değişkenlerin Etkilerinin Yanıt Yüzey Yöntemi ile Belirlenmesi. Journal of the Institute of Science and Technology. 10(2): 1014-1022.
26. Yazıcıoğlu P. (2015). Farklı Ekstraksiyon Metotları ile Adaçayı (Salvia officinalis L.) Bitkisinden Antioksidan Ekstraksiyonunun Optimizasyonu. İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi, s. 95, İstanbul.