Buğday tarlası atıklarından alkali hidroliz ile fenolik bileşiklerin üretimi ve üretim koşullarının optimizasyonu

Abstract

Lignin parçalanma ürünleri; gıda, ilaç ve kozmetik sanayisinde kullanılan fenolik bileşiklerin üretimi için potansiyel bir kaynaktır. Fenolik bileşikler, özellikle insan sağlığına olumlu etkilerinden dolayı son yıllarda oldukça popüler olmuştur. Bu çalışmada, hasat sonrası ortaya çıkan buğday tarlası atıklarının değerlendirilmesi amacıyla, buğday sapları asit ve alkali işlemlerle parçalanmış ve ferulik ve p-kumarik asit gibi fenolik bileşikler üretilmiştir. Buğday saplarında bulunan hemiselülozu uzaklaştırmak amacıyla, önce asit ve sonrasında geride kalan lignin ve selülozu birbirinden ayırmak için de alkali hidrolizi yapılmıştır. Asit hidrolizasyonu ile hemiselüloz kendini oluşturan şekerlere parçalanmış, alkali hidrolizasyonu ile de lignin, fenolik bileşikler halinde çözünür hale geçirilmiştir. Buğday saplarından fenolik bileşiklerin üretimi üzerine sıcaklık, süre ve alkali konsantrasyonunun etkisi araştırılmış ve yüksek miktarda fenolik bileşik üretimi için koşullar tepki yüzey metodu kullanılarak optimize edilmiştir. Optimum koşullar olarak 2,3 M NaOH konsantrasyonun da 120 ºC sıcaklıkta 90 dakika hidrolizasyon süresi bulunmuş ve bu koşullarda yapılan hidrolizasyonda da, 1 g buğday sapından 0,79 mg ferulik asit ve 2,40 mg kumarik asit, 0,55 mg şiringik asit, 0,32 mg vanilik asit, 0,14 mg vanilin, 0,03 mg 3,4-dihidroksibenzaldehit, 0,03 mg p-hidroksibenzoik asit ve 0,002 mg gallik asit üretilmiştir. Optimum koşullardaki antioksidan aktivitesi ölçüldüğünde ise FRAP aktivitesi 1,11 mmol TE/l, TEAC aktivitesi 1,66 mmol TE/l, DPPH aktivitesi de 0,35 mmol TE/l olarak bulunmuştur. Sonuçlar buğday tarlası atıklarından ekonomik ve endüstriyel değeri olan yüksek antioksidan aktiviteye sahip fenolik bileşiklerin üretilebileceğini göstermiştir.

Lignin degradation products can be used to produce phenolic compounds for food, cosmetic and pharmaceutical industries. Phenolic compounds, due to their positive effect on human health, have become popular products in recent years. In this study, to utilize the wheat field waste, wheat straw was treated with acid and alkaline to produce phenolic acid such as ferulic and coumaric acid. To remove hemicellulose, wheat straw was treated with acid, followed by alkaline to seperate lignin and cellulose from each other. With acid hydrolysis, hemicellulose was hydrolyzed to sugars and with alkaline hydrolysis, lignin was solubilized as phenolic compounds. Alkaline treatment was carried out to determine the effect of alkaline concentration, temperature and time on the production of phenolic compounds and alkaline treatment conditions was optimized by using responce surface method to produce the high amount of phenolic compounds. Optimum conditions were determined as 2,3 M NaOH concentration at 120 ºC for 90 minutes and at this conditions from 1 g of wheat straw, 0,79 mg/g ferulic acid, 2,40 mg/g coumaric acid, 0,55 mg/g syringic acid, 0,32 mg/g vanillic acid, 0,14 mg/g vanillin, 0,03 mg/g 3,4-dihydroxybenzaldehyde, 0,03 mg/g p-hydroxybenzoic acid and 0,002 mg/g gallic acid were obtained. Antioxidant activities of the hydrolysate, obtained at the optimimum conditions, were also measured and 1,11 mmol TE/l FRAP, 1,66 mmol TE/l TEAC and 0,35 mmol TE/l DPPH of antioxidant activities were found. The results showed that wheat straw can be used for the production of phenolic compounds with high antioxidant activity that have economic and industrial importance.