Theanine and catechin extraction from green tea waste using water and subcritical water

Abstract

Çay (Camellia Sinensis) hoş tat ve aroması ile Türkiye'de ve dünyada yaygın olarak tüketilen bir içecektir. Yeşil çay, teanin (%0.1-2 kuru ağırlık) gibi çayın umami tadından sorumlu olan bir aminoasit ve antioksidan aktiviteden sorumlu olan kateşinleri (%30-42 kuru ağırlık), fenolik maddeleri içerir. Bu nedenle hiçbir ticari değeri olmayan çay üretim atıkları kateşin ve teanin kaynağı olarak potansiyel ticari uygulamalarda gıda, kimya ve kozmetik endüstrisinde kullanılabilirler. Bu tezde, yeşil çay üretim atıklarından teanin ve kateşinlerin su ekstraksiyon verimleri ekstraksiyon sıcaklık (30-90°C) ve süresi (5-30 dk) dikkate alınarak belirlenmiştir. Yeşil çay atıklarından teanin ve kateşinlerin geri kazanımları için subkritik su ekstraksiyon sisteminin kullanılma potansiyeli değerlendirilmiştir. Subkritik su ekstraksiyon verimleri ekstraksiyon sıcaklık (50-110°C), süre (5-60 dk) ve akış hızı etkileri (2 ml/dk ve 4 ml/dk) belirlenmiştir. Ekstraktların teanin ve kateşin miktarları HPLC-PDA ile belirlenmiştir. Teanin (4.21±0.12 mg/g kuru ağırlık) ve toplam kateşinin (74.82±0.48 mg/g kuru ağırlık, %76 EGCG) maksimum ekstraksiyon verimleri geleneksel su ekstraksiyon yöntemi ile sırasıyla 90°C, 30 dakika ve 80°C, 15 dakikada olarak belirlenmiştir. Subkritik su ekstraksiyonu kullanılarak teanin, toplam kateşin ve EGCG, 90°C de 60 dakikada 2 ml/dk akış hızı ile (teanin) ve 110°C de 45 dakikada 4 ml/dk akış hızı ile daha yüksek verimlerde elde edilebilir (%4, %3 ve %12). Teanin ve kateşinler için sıcaklık, süre, akış hızı ve bozunma/epimerizasyon reaksiyonlarının ekstraksiyon verimi, geri kazanımı ve oranı üzerindeki etkisini belirlemek için subkritik su ekstraksiyon eğrileri oluşturuldu. Sürdürülebilir bir teknoloji kullanılarak yeşil çay atığından teanin ve kateşinlerin geri kazanımı gıda endüstrisinde çeşitli uygulamalar için ürün geliştirme fırsatları sunmaktadır.

Tea (Camellia Sinensis), a drink with a pleasant taste and aroma, is widely consumed in Turkey and in the World. Green tea contains bioactive compounds, such as theanine (0.1-2% dry wt), an amino acid that is responsible for the `umami taste` of tea, and catechins (30-42% dry wt), phenolic compounds with antioxidant activity. Therefore tea processing waste, which has no commercial value, can be utilized as a source of catechins and theanine with potential commercial applications in food, dieatary supplement, nutraceutical, and cosmetic industries. In this thesis, water extraction yields of theanine and catechins from green tea processing waste were determined considering the effects of extraction temperature (30-90°C) and time (5-30 min). The potential of using subcritical water (SCW) extraction system for the recovery of theanine and catechins from green tea waste was also evaluated. The effects of extraction temperature (50-110°C), time (5-60 min) and flow rate (2 ml/min and 4 ml/min) of SCW extraction on extration yields were investigated. Theanine and catechin content of the extracts were determined using HPLC-PDA. Maximum extraction yields of theanine (4.21±0.12 mg/g dry wt) and total catechins (74.82±0.48 mg/g dry wt, 76% EGCG) were obtained at 90°C in 30 min and at 80°C in 15 min, respectively, using conventional water extraction. Higher yields (increased by 4%, 3%, and 12%) could be achieved using SCW for theanine, total catechins and EGCG at 90°C in 60 min with 2 ml/min (for theanine), 110°C in 45 min with 4 ml/min (for catechins). SCW extraction curves were constructed for theanine and catechins to investigate the effect of temperature, time, flow rate and degradation/epimerization reactions on extraction yield, recovery and rate. Recovery of theanine and catechins from green tea waste using a sustainable technology offers product development opportunities for various applications in food industry.