Bioactive component extraction from broccoli (Brassica oleracea L. var. italica) and optimization by Taguchi method

Öz

In the study, bioactive component extraction was performed using the classical extraction method from broccoli. In the classical extraction method, the highest total phenolic substance (TPS), antioxidant activity (AOX) value and ascorbic acid content (AAC) determined were 690.94 mg GAE/kg dry matter (20°C/15min), 5.08 mg/ml (20°C/15 min) and 66.74 mg/100g dry matter (20°C/15 min), respectively. Extraction conditions were determined by using the Taguchi method. Accordingly, the best process conditions with the highest total phenolic substance, antioxidant activity and ascorbic acid value in the extraction were proved by the Taguchi method as 20°C/15min. When the colour values were examined, it was determined that the temperature had a significant effect on the colour values obtained in broccoli extract.

Anahtar Kelimeler

• Antioxidant activity
• ascorbic acid
• broccoli
• extraction
• phenolic compound

Brokoliden (Brassica oleracea L. var. italica) biyoaktif bileşen ekstraksiyonu ve Taguchi yöntemi ile optimizasyonu

Öz

Yapılan çalışmada brokoliden klasik ekstraksiyon metodu kullanılarak biyoaktif bileşen ekstraksiyonu yapılmıştır. Klasik ekstraksiyon yönteminde, belirlenen en yüksek toplam fenolik madde, antioksidan aktivite değeri ve askorbik asit miktarı, sırasıyla 690.94 mg GAE/kg kuru madde (20°C/15dk), 5.08 mg/ml (20°C/15 dk) ve 66.74 mg/100g (20°C/15 dk) olarak tespit edilmiştir. Yapılan ekstraksiyonda Taguchi yöntemi kullanılarak ekstraksiyon koşulları belirlenmiştir. Buna göre ekstraksiyonda toplam fenolik madde, antioksidan aktivite ve askorbik asit değerinin en iyi olduğu proses koşulları 20°C/15dk olarak Taguchi metodu ile de kanıtlanmıştır. Renk değerleri incelendiğinde brokoli ekstrakstında elde edilen renk değerleri üzerinde sıcaklığın önemli bir etkisinin olduğu tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Antioksidan aktivite
• askorbik asit
• brokoli
• ekstraksiyon
• fenolik madde

Kaynakça

1. H. Vural, D. Eşiyok, ve İ. Duman, Kültür Sebzeleri (Sebze Yetiştirme). E.Ü. Basımevi, İzmir, 2000.
2. Ö. Alan, ve K. Sönmez, Eskişehir ekolojik koşullarında bazı brokkoli beşitlerinin (Brassica oleracea L. var. italica) agronomik özelliklerinin ve yetiştirme olanaklarının belirlenmesi. Selçuk Üniversitesi Tarım ve Gıda Bilimleri Dergisi, 26 (3), 29-35, 2012.
3. Z. Aktaş ve E. Bakkalbaşı, Yaygın kullanılan ısıl işlemlerin beyaz lahanaların yüzey rengi, toplam fenolik madde içeriği ve antioksidan aktivitesi üzerine etkisi. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi, 26(4), 505-511, 2016.
4. S. Polat ve E. Bal, Soğukta muhafaza edilen brokoli çeşitlerinin (Brassica oleracea L., var italica cvs. Belstar ve Beaumont) depolama Süresi ve kalite özellikleri üzerine modifiye atmosfer paketlemenin etkisi. Türkiye Tarımsal Araştırmalar Dergisi, 4(2), 103-108, 2017. https://doi: 10.19159/tutad.310565
5. N. Mordoğan, S. Erdoğan Bayram, H. Çakıcı ve İ. Duman. Brokoli ve pırasada kükürt içeriği ve kükürtlü aminoasit miktarları arasındaki ilişkiler. Harran Tarm ve Gıda Bilimleri Dergisi, 23(2), 263-276, 2019. https://doi.org/10.29050/harranziraat.315709
6. H. Vural, D. Eşiyok, ve İ. Duman, Kültür Sebzeleri (Sebze Yetiştirme. Ege Üniversitesi Basımevi, İzmir, 2000.
7. D.A. Moreno, M. Carjaval, C. Lopez-Berenguer, and C. Garcia-Viguera, Chemical and biological characterisation of nutraceutical compounds of broccoli. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 41, 5, 1508-1522, 2006. https://doi: 10.1016/j.jpba.2006.04.003
8. Y. Zhang, and Y. Hamauzu, Phenolics, ascorbic acid, carotenoids and antioxidant activity of broccoli and their changes during conventional and microwave cookin. Food Chemistry, 88, 503-509, 2004. https://doi:10.1016/j.foodchem.2004.01.065

9. M. Şahin, Brokoli ve karnabaharın kurutma karateristiklerine ön işlem sıcaklığının ve süresinin etkisi. Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2014.
10. F. Yoldaş, Brokkoli’de Sıcaklık Dikim Sıklığı ve Dikim Zamanlarının Generatif Gelişim ve Kalite Kriterleri Üzerine Etkileri. Doktora Tezi, Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir, 2003.
11. M.S. Yılmaz, Brokolinin mikrodalga kurutma karakteristiklerinin belirlenmesi ve modellenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2015.
12. W. Vermerris and R. Nicholson, Phenolic Compound Biochemistry. Springer, Dordrecht, Netherlands, 2006.
13. R.L. Thangapazham, A. Sharma, A. And R.K. Maheshwari, Multiple molecular targets in cancer chemoprevention by curcumin. The AAPS Journal 8(3), 443, 2006.
14. I. Erlund, R. Koli, G. Alfthan, J. Marniemi, P. Puukka, P. Mustonen, P. Mattila, and A. Jula, Favorable effects of berry consumption on platelet function, blood pressure, and HDL cholesterol. The American Journal of Clinical Nutrition 87(2), 323-331, 2008. https://doi.org/10.1093/ajcn/87.2.323
15. P.M. Kris-Etherton, A.H. Lichtenstein, B.V. Howard, D. Steinberg, and J.L. Witztum, Antioxidant vitamin supplements and cardiovascular disease. Circulation 110(5), 637- 641, 2004. https://doi.org/10.1161/01. CIR.0000137822.39831
16. T. Demir, Ö. Akpınar, H. Kara, ve H. Güngör, Nar (Punica granatum L.) kabuğunun in vitro antidiyabetik, antienflamatuar, sitotoksik, antioksidan ve antimikrobiyal aktivitesi. Akademik Gıda, 17(1) , 61-71, 2019. https://doi.org / 10.24323/ akademik-gida.544647
17. L. Fisher, T. Ianiro, F. Lau, H. Wang, and B. Daggy, Synergistic effects of phenolic mixtures in human cell models of aging. The FASEB Journal 29, 608-36, 2015. https://doi.org/10.1096/fasebj.29.1_supplement. 608.36
18. N. M. Nizamlioğlu, ve S. Nas, Meyve ve sebzelerde bulunan fenolik bileşikler; yapıları ve önemleri. Gıda Teknolojileri Elektronik Dergisi, 5(1), 20–35, 2010.
19. P. Yağcıoğlu, Farklı Ekstraksiyon Metotları ile Adaçayı Bitkisinden Antioksidan Ekstraksiyonunun Ekstraksiyonu. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2015.
20. M. Şengül ve E.F. Topdaş, Katı-Sıvı Ekstraksiyonunda Kullanılan Modern Teknikler ve Bu Teknikler Arasında Ultrason Yardımlı Ekstraksiyonun Yeri. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 50 (2), 201-216,2019. https://doi.org/10.17097/ataunizfd. 466649
21. M. Özgüner Kabak, Meyan kökünde bulunan bazı biyoaktif bileşenlerin ekstraksiyonu üzerine farklı yöntemlerin etkisinin araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Akdeniz Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Antalya, 2019.
22. K. Baynal, ve İ. Gencel, Taguchi yönteminin gıda sektöründe çok yanıtlı problemin eniyilemesinde uygulanması. SAÜ Fen Bil Der 19, 107-121, 2015.
23. S. Mezarcıöz S. ve R.T. Oğulata, Süprem kumaşlarda patlama mukavemeti değerinin taguchi ortogonal dizayna göre optimizasyonu. Tekstil ve Konfeksiyon 20, 320 – 328, 2010.
24. C. Hamzaçebi ve F. Kutay, Taguchi metodu: Bir uygulama. Gazi Üniversitesi Teknoloji Dergisi, 3, 7 – 17, 2003.
25. H. Baltacıoğlu, E. M. Şahin ve E. D. Karadağ. 2019. Şeftali posasından ultrason ve mikrodalga destekli ekstraksiyon yöntemleriyle fenolik bileşiklerin eldesi. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 8, 2, 875-881, 2019. https://doi: 10.28948/ngumuh.570250
26. M.S. Blois, Antioxidant Determinations by the Use of a Stable Free Radical. Nature, 181, 1199–1200, 1958.
27. W. Brand-Williams, M.E. Cuvelier and C. Berset, Use of a free-radical method to evaluate antioxidant activity. Food Science and Technology-Lebensmıttel-Wıssenschaft & Technologie, 28, 25-30, 1995.
28. S. Jabbar, M. Abid, B. Hu, M. M. Hashim, M. Saeeduddin, S. Lei, T. Wu and X. Zeng, 2014. Influence of sonication and high hydrostatic pressure on the quality of carrot juice. International Journal of Food Science and Technology, 49, 2449–2457, 2014, https://doi.org/10.1111/ijfs.12567
29. V.L. Singleton, R. Orthofer, and R.M. Lamuela-aventos, Analysis of total phenols and other oxidation substrates and antioxidants by means of Folin-Ciocalteu reagent. Oxidants and Antioxidants 299, 152-178, 1999. https://doi.org/ 10.1016/ S0076-6879(99)99017-1
30. C. Kaur, K. Kıran, A. Dahuja, and H.C. Kapoor, Variations in antioxidant activitiy in broccoli cultivars. Journal of Food Biochemistry, 31, 621–638, 2007. https://doi.org/10.1111/j.1745-4514.2007.00134.x
31. A. A. Lopez-Hernandez, A. S. Ortega-Villarreal, J. V. Rodríguez, M. L. C. Lomelí and B. E. Gonzalez-Martínez, Application of different cooking methods to improve nutritional quality of broccoli (Brassica oleracea var. italica) regarding its compounds content with antioxidant activity. International Journal of Gastronomy and Food Science. 28, 100510, 2022. https://doi.org/10.1016/j.ijgfs.2022.100510
32. F. Que, L. Mao, X. Fang and T. Wu, Comparison of hot air-drying and freeze-drying on the physicochemical properties and antioxidant activities of pumpkin (Cucurbita moschata Duch.) flours International Journal of Food Science and Technology, 43 (7), 1195-1201, 2008. https://doi.org/ 10.1111 / j.1365-2621.2007.01590.x
33. H.W. Jang, J.K. Moon and T. Shibamoto, Analysis and Antioxidant Activity of Extracts from Broccoli (Brassicaoleracea L.) Sprouts. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 63, 1169-1174, 2015. https://doi.org/10.1021/jf504929m
34. T. Sun, J. R. Power and J. Tang, Evaluation of the antioxidant activity of asparagus, broccoli and their juices. Food Chemistry, 105, 101-106, 2007. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2007.03.048
35. H. Çelik, Çukurova bölgesinde denemeye alınan bazı patates çeşitlerinin cips üretimine uygunluğu. Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana, 2004.
36. F. Karataş, İ. Bektaş, A. Birişik, Z. Aydın ve A. Kurtul, Çiriş Otu’nda (Asphodelus aestivus L.) Suda Çözünen Bazı Bileşiklerin Araştırılması. SDU Journal of Science (E-Journal) 6 (1), 35-39, 2011.
37. Hang Li , Yu Xia , Hong-Yan Liu , Huan Guo, Xiao-Qin He, Yi Liu, Ding-Tao Wu, Ying-Hui Mai , Hua-Bin Li , Liang Zou , Ren-You Gan. Nutritional values, beneficial effects, and food applications of broccoli (Brassica oleracea var. italica Plenck) Trends in Food Science & Technology 119, 288- 308. 2022. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.12.015
38. J.A. Abbott, Quality measurement of fruits and vegetables. Postharvest Biology Technology, 15, 207– 225, 1999. https://doi.org/ 10.1016/S0925-5214(98)00086-6
39. L. Zhan, L. Pang, Y. Ma, and C. Zhang, Thermal processing affecting phytochemical contents and total antioxidant capacity in broccoli (Brassica oleracea L.). Journal of Food Processing and Preservation, 42(3), Article e13548, 2018. https://doi.org/10.1111/ jfpp.13548
40. Cai, C., Miao, H., Qian, H., Yao, L., Wang, B., & Wang, Q. (2016). Effects of industrial prefreezing processing and freezing handling on glucosinolates and antioxidant attributes in broccoli florets. Food Chemistry, 210, 451–456. https://doi.org/10.1016/j. foodchem.2016.04.140