Evaluation of some physiochemical and bioactive properties of the cone extract molasses in terms of food safety and quality

Abstract

This study aimed to determine some physicochemical and bioactive properties of the cone molasses, which was origin Black Pine (Pinus nigra), Fir (Abies nordmanniana) and Scotch Pine (Pinus sylvestris) trees, to evaluate them in terms of quality standardization and food safety. pH values varied from 3.47 to 4.75. Total acidity changed between 1.28 and 2.56%. The viscosity varied from 150.42 to 11164.67 cP, °Brix values varied from 64.63 to 78.68%, and electrical conductivity varied from 376.67 to 944.67 (µS/cm), respectively. The ash contents of cone molasses ranged from 0.24 to 0.96%. Regarding the minerals, all the molasses samples was rich in especially K (208.0-4146.9 mg/kg) and Ca (27.5-1580.0 mg/kg) and also P, Mg, and Na, while Zn, Fe, and Mn levels were the lowest. The color values were found between 0.41 and 29.04 for L*, 6.54 and 44.11 for a*, 3.16 and 36.45 for b*. The sugar contents of cone molasses samples ranged remarkably. The fructose level was between 5.92-30.23%, glucose level was 12.03-36.48%, saccharose content was 4.67-45.32%, total sugar amount was 49.3175.80%, invert sugar amount was 17.95-66.71%. Total phenolic contents varied from 875.00 to 2750.00 at µg GAE/g level, antioxidant activities from 44.06 to 89.77%, and the hydroxymethylfurfural (HMF) contents in the wide range of 4.54-1101.58 mg/kg. Although the results obtained makes this product’s functionality related to the qualities of bioactive valuable, the fact that lack of the standardization, especially in terms of high temperature, long process time, and sugar content in the production of cone molasses caused significant changes in the quality parameters. Considering that it does not belong to a specific product group regarding regulations, it is not compared according to the quality limits. However, the results obtained within the scope of this study were evaluated according to current regulations. To develop the production techniques of cone molasses produced with independent recipes and conventional methods and to provide sustainable standardization in terms of quality propeties, it is necessary.

Keywords

• Cone molasses
• Cone extract
• Pine cone
• Cone syrup
• Food safety

Kozalak ekstraktı pekmezlerinin bazı fizikokimyasal ve biyoaktif özelliklerinin gıda güvenliği ve kalite açısından değerlendirilmesi

Öz

Bu çalışmada, Karaçam (Pinus nigra), Göknar (Abies nordmanniana) ve Sarıçam (Pinus sylvestris) ağaçlarından elde edilen kozalak pekmezinin bazı fizikokimyasal ve biyoaktif özelliklerinin belirlenmesi, kalite standardizasyonu ve gıda güvenliği açısından değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Örneklerin pH değerleri 3.47 ile 4.75 arasında, toplam asitlik değerleri ise %1.28 ile %2.56 arasında değişim göstermiştir. Viskozite 150.42 ile 11164.67 cP arasında, °Brix değerleri %64.63 ile %78.68 arasında ve elektriksel iletkenlik sırasıyla 376.67 ile 944.67 (μS/cm) arasında bulunmuştur. Kozalak pekmezlerindeki kül içeriği %0.24 ile %0.96 arasındadır. Tüm pekmez örnekleri mineral açısından özellikle K (208.0-4146.9 mg/kg) ve Ca (27.5-1580.0 mg/kg), başta olmak üzere P, Mg ve Na açısından zengin iken Zn, Fe ve Mn düzeyleri ise en düşük seviyede bulunmuştur. Renk değerleri L* için 0.41 ile 29.,04, a* için 6.54 ile 44.11, b* için 3.16 ile 36.45 arasında belirlenmiştir. Pekmez örneklerinin şeker profilleri oldukça değişken bulunmuştur. Fruktoz içeriği %5.92-30.23, glukoz içeriği %12.03-36.48, invert şeker miktarı %17.95-66.71, sakaroz içeriği %4.67-45.32, toplam şeker miktarı %49.31-75.80 olarak tespit edilmiştir. Toplam fenolik içerikleri 875.00 ile 2750.00 µg GAE/g arasında, antioksidan aktiviteleri %44.06 ile 89.77 arasında, Hidroksimetilfurfural (HMF) içerikleri ise 4.541101.58 mg/kg aralığında olup geniş bir aralıkta değişmiştir. Elde edilen sonuçlar bu ürünün biyoaktif niteliklerine ilişkin fonksiyonelliğini değerli kılsa da, kozalak pekmezi üretiminde özellikle geleneksel yöntemlere bağlı yüksek sıcaklık, uzun işlem süresi ve şeker içeriği açısından standardizasyonun eksik olması temel kalite parametrelerinde önemli değişikliklere neden olmuştur. Pekmez olarak isimlendirilmekle birlikte, yönetmelikler açısından belirli bir ürün grubuna ait olmadığından kalite limitlerine göre karşılaştırılamamaktadır. Ancak, bu çalışma kapsamında elde edilen sonuçlar mevcut regülasyonlara göre değerlendirilmiştir. Bağımsız reçetelerle ve konvansiyonel yöntemlerle üretilen kozalak melasının üretim tekniklerinin geliştirilmesi ve kalite kriterleri açısından sürdürülebilir standardizasyonun sağlanması gerekmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Kozalak pekmezi
• Kozalak ekstraktı
• Çam kozalağı
• Kozalak şurubu
• Gıda güvenliği

Kaynakça

1. [1] Roberfroid M. “Functional food concept and its application to prebiotics”. Digestive and Liver Disease, 34(2), 105-110, 2002.
2. [2] Süntar I, Tumen I, Ustun O, Keles H, Akkol EK. “Appraisal on the wound healing and anti-inflammatory activities of the essential oils obtained from the cones and needles of Pinus species by in vivo and in vitro experimental models”. Journal of Ethnopharmacol, 139, 533-540, 2012.
3. [3] Zou P, Yang X, Huang WW, Zhao HT, Wang J, Xu RB, et al. “Characterization and bioactivity of polysaccharides obtained from pine cones of Pinus koraiensis by graded ethanol precipitation”. Molecules, 18(8), 9933-9948, 2013.
4. [4] Sadeghi M, Zolfaghari B, Jahanian-Najafabad A, Abtahi SR. “Anti-pseudomonas activity of essential oil, total extract, and proanthocyanidins of Pinus eldarica Medw. Bark”. Research in Pharmaceutical Sciences, 11(1), 58-64, 2016.
5. [5] Yi J, Qu H, Wu YZ, Wang ZY, Wang L. “Study on antitumor, antioxidant and immunoregulatory activities of the purified polyphenols from pinecone of Pinus koraiensis on tumor-bearing S180 mice in vivo”. International Journal of Biological Macromolecules, 94(PartA), 735-744, 2017.
6. [6] Zhang H, Zou P, Zhao H, Qiu J, Mac-Regenstein J, Yang X. “Isolation, purification, structure and antioxidant activity of polysaccharidefrom pinecones of Pinus koraiensis”. Carbohydrate Polymers, 251, 117078, 2021.
7. [7] Zhang H, Zhao H, Yao L, Yang X, Shen S, Wang J, Wang Z, Regenstein JM, Geng L. “Isolation, physicochemical properties, and in vitro antioxidant activity of polysaccharides extracted from different parts of Pinus koraiensis”. Journal of Wood Chemistry and Technology, 37(1-3), 225-240, 2017.
8. [8] Burchi F, Fanzo J, Frison E. “The role of food and nutrition system approaches in tackling hidden hunger”. International Journal of Environmental Research and Public Health, 8, 358-373, 2011.

9. [9] Esmaeili S, Dayani L, Taheri A, Zolfaghari B. “Phytochemical standardization, formulation and evaluation of oral hard gelatin capsules from Pinus eldarica bark extract”. Avicenna Journal of Phytomedicine 11(2), 168-179, 2021.
10. [10] Altaş S. Cedrus libani (sedir) ve Abies clicia (köknar) reçine özütlerinin antimikrobiyal ve antioksidant aktivitelerinin araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Diyarbakır Üniversitesi, Diyarbakır, Türkiye, 2009.
11. [11] Kim NY, Jang MK, Lee DG, Yu KH, Jang H, Kim M, Kim SG, Yoo BH, Lee SH. “Comparison of methods for proanthocyanidin extraction from pine (Pinus densiflora) needles and biological activities of the extracts”. Nutrition Research and Practice, 4(1), 16-22, 2010.
12. [12] Wang T, Hong M. “Solid-state NMR investigations of cellulose structure and interactions with matrix polysaccharides in plant primary cell walls”. Journal of Experimental Botany, 67(2), 503-514, 2016.
13. [13] Kartal E, Öztürk S. “Pine cone as an alternative dietary fıber source and its effect on cake and cookie quality”. Journal of Food, 41(5), 291-297, 2016.
14. [14] Bak F, Çifci K. “Artvin’in merkez köylerinde bazı tıbbi bitkilerin yöresel kullanımları”. Artvin Coruh Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 21 (2), 318-329, 2020.
15. [15] Hendek-Ertop M, İncemehmetoğlu E. “Çam (Pinus spp.) Türlerinin ve Fraksiyonlarının Gıda Takviyesi ve Tıbbi Bitki Olarak Kullanım Olanakları”. Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 12 (1), 266-278, 2021.
16. [16] T.C. Tarım ve Orman Bakanlığı. “Gıdalarda Kullanılabilecek Bitkiler ve Bitkisel Preparatlar Taslak Tebliğ”. https://www.tarimorman.gov.tr/GKGM/Duyuru/172/Tu rk-Gida-Kodeksi-Gidalarda-Kullanilabilecek (28.02.2025).
17. [17] T.C. Tarım ve Orman Bakanlığı. “Üzüm Pekmezi Tebliği”. https://www.mevzuat.gov.tr/mevzuat?MevzuatNo=2370 7&MevzuatTur=9&MevzuatTertip=5 (28.02.2025).
18. [18] Türk Standartları Enstitüsü. “Üzüm Pekmezi Standardı”. Ankara, Türkiye, 3792, 2008.
19. [19] Türk Standartları Enstitüsü. “Keçiboynuzu (Harnup) Pekmezi Standardı”. Ankara, Türkiye, 13717, 2016.
20. [20] Türk Standartları Enstitüsü. “Dut Pekmezi Standardı”. Ankara, Türkiye, 12001, 1996.
21. [21] İncemehmetoğlu E. Geleneksel çam kozalağı pekmezinin fizikokimyasal, biyoaktif ve fonksiyonel özelliklerinin araştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Kastamonu Üniversitesi, Kastamonu, Türkiye, 2021.
22. [22] Türk Standartları Enstitüsü. “Bal-Elektrik İletkenliği Tayini”. Ankara, Türkiye,13366, 2008.
23. [23] Erbil D. Endüstriyel ve geleneksel yöntemlerle üretilmiş farklı pekmez çeşitlerinin bazı fizikokimyasal ve kalite özelliklerinin belirlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2020.
24. [24] American Association of Cereal Chemists. Approved Methods of the AACC. 8th ed. St. Paul, MN, USA, The Association, 2000.
25. [25] Singleton V, Rossi J. “Colorimetry of total phenolic compounds with phosphomolybdic-phosphotungstic acid reagents”. The American Journal of Enology and Viticulture, 16, 144-158, 1965.
26. [26] Özcan MM, Alpar Ş, Juhaimi FA. “The effect of boiling on qualitative properties of grape juice produced by the traditional method”. Food Science and Technology, 52(9), 5546-5556, 2015.
27. [27] Türkben C, Suna S, İzli G, Uylaşer V, Demir C. “Physical and chemical properties of pekmez (molasses) produced with different grape cultivars”. Journal of Agricultural Sciences, 22(3), 339-348, 2015.
28. [28] Lee JH, Choi KH, Kim SH, Park KS, Park SH, Kim JS, Jang KH. Physicochemical characteristics and electric conductivity of various fruit wines. International Food Research Journal, 20 (6), 2987-2993, 2013.
29. [29] Balasubramaniam VM, Barbosa-Cánovas GV, Lelieveld HLM. High-Pressure Processing Equipment for the Food Industry. Editors: Balasubramaniam VM, Barbosa-Cánovas GV, Lelieveld HLM. High Pressure Processing of Food, 39-65, Food Engineering Series. Springer, New York, USA, 2016.
30. [30] Meghwal M, Goyal MR. State-of-the-Art Technologies in Food Science: Human Health, Emerging Issues and Specialty Topics. 1st ed. USA, CRC Press, 2018.
31. [31] İzgi N. Ev yapımı andız pekmezinin bileşimi, reolojik özellikleri, antioksidan ve antimikrobiyel aktivitelerinin belirlenmesi, Yüksek Lisans Tezi. Namık Kemal Üniversitesi, Tekirdağ, Türkiye, 2011.
32. [32] Özdemir F, Topuz A, Gölükçü M, Şahin H. Andız. “(Juniperus drupacea) pekmezi üretim tekniğinin geliştirilmesi üzerine bir araştırma”. Gıda, 29(1), 33-40, Türkiye, 2004.
33. [33] Şimşek A, Artık N. “Değişik meyvelerden üretilen pekmezlerin bileşim unsurları üzerine araştırma”. Gıda, 27(6), 459-467, Türkiye, 2002.
34. [34] Şengül M, Ertugay MF, Sengül M. “Rheological, physical and chemical characteristics of mulberry pekmez”. Journal of Food Control, 16, 73-76, 2005.
35. [35] Tosun M, Keleş F. “Erzurum’un bazı ilçelerinde üretilen dut pekmezlerinin bileşimlerinin belirlenmesi”. Food Congress, İzmir, Türkiye, 19-21 April 2005.
36. [36] Tüzün S, Baş İ, Karakavuk E, Karaca-Sanyürek N, Benzer F. “Comparison of antioxidant activities detected by different methods in various molasses”. Turkish Journal of Agrıcultural and Natural Sciences, 7(2), 323-330, 2020.
37. [37] Karataş N, Şengül M. “Effect of storage on some chemical and physical properties, antioxidant activity of mulberry pekmez”. Turkish Journal of Agricultural and Natural Sciences 5(1), 34-43, 2018.
38. [38] Sanchez-Moreno C, De Pascual-Teresa S, De Ancos B, Cano MP. Nutritional values of fruits. Editors: Hui YH, Handbook of Fruits and Fruit Processing, 29-43, Blackweel Publishing, Iowa, USA, 2006.
39. [39] Koca İ, Koca AF, Karadeniz B, Yolcu H. “Karadeniz bölgesinde üretilen bazı pekmez çeşitlerinin fiziksel ve kimyasal özellikleri”. Gıda, 2, 1-6, 2007.
40. [40] Alpar Ş. Geleneksel Yöntemle Üretilen Konsantre Üzüm Suyunun Bazı Nitel Özelliklerinin Belirlenmesi, Yüksek Lisans Tezi. Selçuk Üniversitesi, Konya, Türkiye, 2011.
41. [41] Altiok D, Şen L, Altiok E. “Sweet pomegranate pekmez production: Effect of different production methods and activated carbon treatment on some quality parameters and 5-hydroxymethyl furfural formation”. Journal of Food Processing and Preservation, 46(2), e16281, 2022.
42. [42] Gökmen V, Şenyuva HZ. “Acrylamide formation is prevented by divalent cations during the Maillard reaction”. Food Chemistry, 103(1), 196-203, 2007.
43. [43] Toker OS, Doğan M, Ersöz NB, Yılmaz MT. “Optimization of the content of 5-hydroxymethylfurfural (HMF) formed in some molasses types: HPLC-DAD analysis to determine effect of different storage time and temperature levels”. Industrial Crops and Products, 50, 137-144, 2013.
44. [44] Akbulut M, Batu A, Çoklar H. “Dut pekmezinin bazı fizikokimyasal özellikleri ve üretim Teknikleri”. Teknolojik Araştırmalar, 2, 25-31, 2007.
45. [45] Genç S. “Energy analysis in ındustrial grape molasses (Pekmez) production process”. Academic Food Journal, 15(1), 51-59, 2017.
46. [46] Akinci I, Ozdemir F, Topuz A, Kabas O, Canakci M. “Some physical and nutritional properties of Juniperus drupacea fruits”. Journal of Food Engineering, 65(3), 325-331, 2004.
47. [47] Dağ B, Tarakçi Z. “Comparatives of physico-chemical composition, mineral and heavy metal properties of the grape juices, grape pekmez and dried grape products in difference plant”. Journal of Current Research in Science, 4(3), 147-152, 2016.
48. [48] Güvenkaya B, Tuta Şimşek S, Özgen S. “Evaluation of high temperature-vacuum application periods during conventional drying of mushroom slices”. Pamukkale Universitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 29(5), 560-568, 2023.
49. [49] Kalkan I, Yücecan S. “Stability of dietary phenolics and antioxidant properties of vegetables depends on cooking methodology”. Journal of Marmara University Institute of Health Sciences, 3(1), 8-16, 2013.
50. [50] Şahin Y, Üner B. “Comparison of Pinus sylvestris, Pinus nigra cones content of total phenolics, flavonols and proanthocyanidines and their antioxidant activities”. 2nd International Non-Wood Forest Products Symposium, Isparta, Turkiye, 8-10 September 2011.
51. [51] Hendek-Ertop M, Öztürk Sarıkaya SB. “The relations between hydroxymethylfurfural content, antioxidant activity and colorimetric properties of various bakery products”. Journal of Food, 42(6), 834-843, 2017.
52. [52] Piva A, Mattia DC, Neri L, Dimitri G, Chiarini M, Sacchetti G. “Heat induced chemical, physical and functional changes during grape must cooking”. Food Chemistry, 106, 1057-1065 , 2008.
53. [53] Escarpa A, González M. “Approach to the content of total extractable phenolic compounds from different food samples by comparison of chromatographic and spectrophotometric methods”. Analytica Chimica Acta, 427(1). 119-127, 2001.
54. [54] Hollman PC, Katan M. “Dietary flavonoids: Intake, health effects and bioavailability”. Food and Chemical Toxicology, 37(9-10), 937-942, 1999.
55. [55] Karadeniz F, Ekşi A. “Sugar composition of apple juices”. European Food Research and Technology, 215(2), 145-148, 2002.
56. [56] Velioğlu S, Artık N. “Bazı pekmez örneklerinin standarda (TS 3742) uygunluğunun belirlenmesi üzerine araştırma”. Ekonomik ve Teknik Dergi Standart, 32(376), 51-54, 1993.