Orman kesim artıklarından Mikrodalga Ekstraksiyonu Yöntemi (MEY) ile Derin Ötektik Çözücüler (DÖÇ) kullanılarak elde edilen biyoaktif bileşenlerin karakterizasyonu

Abstract

Günümüzde orman kesim artıkları birçok ürünün hammadde ihtiyacını karşılamakta önemli bir potansiyel olarak görülmektedir. Doğada bırakılması halinde oluşturacağı olumlu etkilerle birlikte en önemli sakınca da olarak, büyük bir potansiyelin atıl kalması yanında, kuruduklarında oluşturacakları yüksek miktarlardaki biyokütlenin yangın risklerini artırmasıdır. Orman ağaçlarının yıllık sürgün ve dallarının ekstraktif bileşenleri ve karakterizasyonu ile ilgili çalışmalar bulunmasına karşın son zamanlarda geliştirilen çevre dostu, enerji, maliyet ve zaman açısından etkili yeni çözücü ve ekstraksiyon yöntemlerinin geliştirilmesiyle biyokütle bileşiminin kalitatif ve kantitatif olarak ne şekilde bir değişim göstereceği, farklı çözücülerin bu değişime etkilerinin araştırılması ihtiyacı ortaya çıkmıştır. Bu çalışmada karaçam (Pinus nigra), meşe (Quercus robur), göknar (Abies nordmanniana) ve kayın (Fagus orientalis) ağaçlarının ibre, yaprak ve sürgünlerinden oluşan orman kesim atıklarından, Mikrodalga Destekli Ekstraksiyon Yöntemi (MEY) ile farklı Derin Ötektik Çözücüler (DÖÇ) ve organik çözücüler kullanılarak elde edilen ekstrakt ve uçucu yağların karakterizasyonu ve antimikrobiyal aktiviteleri gerçekleştirilmiştir. Uçucu bileşenlerin analizi GS-MS-SPME analizi, uçucu olmayan bileşenlerin tayini ise LC-MS/MS analizleri ile yapılmıştır. Elde edilen her bir ekstraktın şeker ve organik asit içeriği HPLC analizi ile belirlenmiştir. Ekstraksiyon öncesi ve sonrası yaprak yüzeyleri, SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) ile görüntülenmiştir. Elde edilen ekstraktların, toplam fenolik, flavonoid ve antosiyanin madde miktarları standart metodlar ile belirlenmiştir. Ekstrakt ve uçucu yağların antioksidan aktivitelerini belirlemek için DPPH, ABTS ve CUPRAC analizleri gerçekleştirilmiş süpürme, trolox ve IC50 değerleri hesaplanmıştır. Ayrıca, ekstrakt ve uçucu yağların, Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Candida albicans, Pseudomonas aeruginosa ve Bacillus cereus suşlarına karşı disk difüzyon yöntemi ile antimikrobiyal aktiviteleri de belirlenmiştir. Ekstraksiyon işlemi sonucunda, derin ötektik çözücülerin kullanıldığı ekstraktların verimleri %29,56-72,57 aralığında bulunmştur. Karaçam, meşe, göknar ve kayın ağaçlarının yapraklı yıllık sürgünlerinde, uçucu bileşen analizine göre sırasıyla %14,19; %14,42; %17,76 ve %25,80 ile en yüksek oranları veren 1R-α-pinene bileşenine rastlanmıştır. LC-MS/MS analizi ile ekstraktlarda tespit edilen 23 bileşen içerisinde; en yüksek sonuçları şikimik asit ve kateşi̇n bileşenleri vermiştir. Şikimik asit de 263,203 µg/L ile en yüksek değeri veren etanol+Kç; kateşi̇n için ise 11,495 µg/L ile en yüksek sonucu veren etanol+M numuneleri olmuştur. Döç-3+K numunesi 195,948 g/L turanoz; döç-3+K numunesi ise 82,393 g/L maltoz ile ekstraktlar içerisindeki en yüksek şeker içeriğini vermiştir. Toplam fenolik madde içeriği bakımından metanol ve etanol çözücülerinden elde edilen ekstraktlar sırasıyla 77,238-237,637 mg/L ve 183,316-242,436 mg/L aralığındaki değerlerle en yüksek içeriği vermiştir. Toplam flavonoid madde içeriği bakımından da benzer şekilde en yüksek sonuçları 68,072-192,517 mg/L ve 153,628-222,114 mg/L aralığında değerler veren sırasıyla metanol ve etanol çözücülerden elde edilen ekstraktlar olmuştur. Toplam antosiyanin madde içeriğinde ise aseton+M ve metanol+M sırasıyla 1,920 mg/L; 0,818 mg/L ile en yüksek içeriğin görüldüğü ekstraktlar olmuştur. IC50 değerlerine göre, DPPH analizinde sırasıyla 5,18 mg/L ve 7,72 mg/L değerlerine veren aseton+K ve etanol+M; ABTS analizinde sırasıyla 1,79 mg/L ve 8,82 mg/L sonuçlarını veren döç-1+K ile saf su+G ekstraktları en yüksek antioksidan aktiviteyi göstermiştir. CUPRAC analizinde ise etanol+K ve metanol+M ekstraktları sırasıyla 116,077 mg/L ve 111,311 mg/L ile en yüksek trolox sonucunu vererek en yüksek antioksidan aktiviteyi göstermişlerdir. Tüm numuneler içerisinde en yüksek antibakteriyel aktiviteyi, B. cereus'a karşı 15 mm'lik zon oluşturan etanol+G ekstraktı göstermiştir. Sonuç olarak yüksek verimlerin elde edildiği derin ötektik çözücülerden elde edilen ekstraktların, odunun ana bileşeninde, degradasyonundan kaynaklı yüksek şeker içeriğine sahip olduğu belirlenmiştir. Organik çözücülerden elde edilen ekstraktların derin ötektik çözücülerden elde edilen ekstraktlara göre daha düşük verim göstermelerine rağmen yüksek polaritede olmaları sebebiyle bitkide fenolik bileşenleri çözme kabiliyetinin daha iyi olduğu düşünülmektedir. Fenolik bileşenlerce zengin olan ekstraktların yüksek antioksidan, antibakteriyel ve antifungal aktivitede oldukları tespit edilmiştir. Endüstriyel alanda kullanımı yaygın olan karaçam, meşe, göknar ve kayın ağaçların yapraklı yıllık sürgünlerinden çevre dostu, daha az enerji ve süre kullanımı ile elde edilen ekstraktların antioksidan, antibakteriyel ve antifungal aktiviteleri bakımından farmakolojide, kozmetik sanayisinde ve takviye gıda olarak kullanılabileceği önerilmektedir. Bu sayede endüstriyel orman kesim artıklarının özellikle sağlık sektöründe değerlendirilmesi ile, hem orman kesim artıklarının geri dönüşümle değerlendirilerek yangınlar için büyük risk oluşturan önemli bir etmenin ortadan kaldırılabilmesi hem de toplumun doğal ve organik esaslı ürün kullanımına yönelik talebinin karşılanmasında katma değerli ürünlerin üretiminde rahatlıkla değerlendirilebilir.