Optimization of Enrichment of D-Pinitol in Carob Extract Using Nanofiltration Application Using the Response Surface Methodology

In this study, it was aimed to enrich D-pinitol in carob extract using nanofilters in the range of 1-5 kDa molecular weight cut-off (MWCO). Enrichment stages were extraction, clarification, adsorbent application and nanofiltration applications. The Box-Behnken Response Surface Methodology (RSM) was used to optimize nanofiltration application. D-pinitol content, sugar composition, total phenolic matters (TPC), total dry matters (TDM) and total minerals were determined for the purity control of the product obtained in the final stage. The highest D-pinitol concentration in extracts was achieved in nanofiltration at the 5 kDa MWCO under the condition of 3 bar feed pressure, 25°C feed temperature and 83.3% permeate rate, in which the extract contained 10.48 g/L of D-pinitol. In the study, an optimization model based on pressure, temperature and permeate/retentate ratio variables were created for the nanofiltration process. Thus, the change in the D-pinitol concentration of the extracts depending on different conditions was mathematically modelled with a high accuracy (R2=0.91). Depending on this model, the highest amount of sucrose, TPC and TDM in carob extracts was determined under the condition that the D-pinitol concentration was 8.7%.

Cevap Yüzey Metodu Kullanılarak Keçiboynuzu Ekstraktında Bulunan D-Pinitolün Nanofiltrasyon Uygulamasıyla Zenginleştirilmesinin Optimize Edilmesi

Bu çalışmada keçiboynuzu ekstraktında bulunan D-pinitolün 1-5 kDa ayırma sınırı aralığında nanofiltreler kullanılarak zenginleştirilmesi amaçlanmıştır. Zenginleştirme aşamaları ekstraksiyon, durultma, adsorban uygulaması ve nanofiltrasyon uygulamalarından oluşmaktadır. Nanofiltrasyon uygulamasını optimize etmek amacıyla Box-Behnken Cevap Yüzey Metodu (CYM) kullanılmıştır. Son aşamada elde edilen ürünün saflık kontrolü için D-pinitol içeriği, şeker kompozisyonu, toplamfenolik madde (TFM), toplam kuru madde (TKM) ve mineral madde kompozisyonları kullanılmıştır.Ekstraktlarda en yüksek D-pinitol konsantrasyonuna 5 kDa ayırma sınırındaki nanofiltrasyonda, 3 bar besleme basıncı, 25°C besleme sıcaklığı ve %83,3 permeat oranı koşullarında ulaşılmıştır. Bu koşullarda elde edilen permeat akısının D-pinitol içeriği 10,48 g/L olarak belirlenmiştir. Çalışmada ayrıca nanofiltrasyon prosesi için basınç, sıcaklık ve permeat/retentat oranı değişkenlerine bağlı bir optimizasyon modeli oluşturulmuş ve farklı koşullara bağlı olarak ekstraktların D-pinitol konsantrasyonundakideğişim yüksek doğrulukla (R2=0,91) matematiksel olarak modellenmiştir. Bu modele bağlı olarak, keçiboynuzu ekstraktlarında en yüksek sakkaroz, TFM ve TKM miktarları D-pinitol konsantrasyonunun %8,7 olduğu koşulda belirlenmiştir.

___

Baumgartner S, Genner-Ritzmann R, Haas J, Amado R,Neukom H.1986. Isolation and identification of cyclitols in carobpods (CeratoniasiliquaL.). Journal of Agricultural and Food Chemistry, 34(5):827-829.

Biner B, Gubbuk H, Karhan M, Aksu M, Pekmezci M. 2007. Sugar profiles of the pods of cultivated and wild types of carob bean (CeratoniasiliquaL.) in Turkey. Food Chemistry,1002007 1453-1455.

Camero BM, Merino CS. 2004. Method of Obtaining Pinitol From Carob Extracts. United States Patent 6699511. March 2.

Cemeroğlu B. 2007. Gıda Analizlerinde Genel Yöntemler. Gıda Analizleri’ (Food Analysis). ed. by B. Cemeroğlu. Ankara. GTD Yayınları, (34): 45-128. ISBN: 9786056341939

Ekşi A. 1988. Meyve Suyu Durultma Tekniği. Gıda Teknolojisi Dergisi (GTD), Yayın No: 9 San Matbaası, Ankara, 127 Ss.

Ekşi A, Artık N. 1986. Harnup (keçiboynuzu) meyvesi ve pekmezinin kimyasal bileşimi. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yıllığı, 36(1):77-82.

El Hajaji H, Lachkar N, Alaoui K, Cherrah Y, Farah A, Ennabili A, El Bali B, Lachkar M. 2011. Antioxidant activity, phytochemical screening, and total phenolic content of extracts from three genders of carob tree barks growing in Morocco. Arabian Journal Chemistry,4:321-324.

Kang MJ, Kim JI, Yoon SY, Kim JC, Cha IJ. 2006. Pinitol from soybeans reduces postprandialblood glucose in patients with type 2 diabetes mellitus. Journal of Medicinal Food,9(2):182-6.

Karhan M, Gübbük H, Turhan İ, Tetik N, Öziyci HR, Akgül H, Uçgun K. 2010a. Türkiye'de yetişen keçiboynuzu (Ceratoniasiliqua L.) tiplerinin biyoaktif bir molekül olan D-pinitol içeriği üzerine çevre unsurları ve bileşim unsurlarının etkisi. TÜBİTAK Projesi Proje,(107O650).

Karhan M, Turhan İ, Tetik N, Aksu M. 2005. Nutritivevalue of carob (CeratoniasiliquaL.) pekmez; a traditional product of Turkey. Conference: Innovations on Traditiona Foods. Valencia. Spain.

Karhan M, Tetik N, Turhan İ, Öziyci HR. 2010b. D-pinitol content of carob beans (CeratoniasiliquaL.). Conference: 28th International Horticultural Congress. 22-27 August. Lisboa. Portugal.

Karkacier M, Artik N, Certel M. 1996. The conditions for carob (Ceratoniasiliqua L.) extraction and the clarification of the extract. Fruit Processing (Germany).

Kim MJ, Yoo KH, Kim JH, Seo YT, Ha BW, Kho JH, Shin YG, Chung CH. 2007. Effect of pinitol on glucose metabolism and adipocytokines in uncontrolled type 2 diabetes. Diabetes Research and Clinical Practice, 77S 2007, S247-S251.

Lin X, Ma L, Gopalan C, Ostlund RE.2009. D-chiro-Inositol is absorbed but not synthesised in rodents. The British Journal of Nutrition, 102(10):1426-34.

Özcan MM, Arslan D, Gökçalik H. 2007. Some compositional properties and mineral cotents of carob (Ceratoniasiliqua) fruit, flour and syrup. Int J FoodSciNutr, 58(8): 652-658.

Öziyci HR, Tetik N, Turhan İ, Yatmaz E, Uçgun K, Akgül H, Gubbuk H, Karhan M. 2014. Mineral composition of pods and seeds of wild and grafted carob (CeratoniasiliquaL.) fruits. Scientia Horticulturae,167: 149-152.

Öziyci HR, Turhan İ, Tetik N, Kulcan AA, Akkoyun T, Yatmaz E, Germeç M, Karhan M. 2015. Concentration of d-pinitol in carob extract by using multi-stagee nrichment processes. GIDA 40 (3):125-131.

Park J, Lee Y, Kim J, ShinY, Kim J.2004. The effect of pinitol on cataractogenesis in streptozotocininduceddiabeticrats.InvestigativeOphthalmology& Visual Science, 45(13):1705-1705.

Roseiro LB, Duarte LC, Oliveira DL, Roque R, Bernardo-GilMG, Martins AI, Sepúlveda C, Almeida J, Meireles M, Gírio, FM, Rauter AP. 2013. Supercritical, ultrasound and conventional extracts from carob (CeratoniasiliquaL.) biomass: Effect on the phenolic profile and antiproliferative activity. Industrial Cropsand Products,47: 132-138.

Sanjuan Diaz C. 2000. A syrupconsisting of natural carobsugarsand a processforitsproduction, Compania General Del Algarrobo De Espana. S.A. (Ciudad de Sevillano. 20, PoligonoIndustrialFuente del Jarro, Paterna (Valencia). E-46980, ES.

Shin YC, Jeon YJ, Kim JJ,Choi CM. 2002. Method of recovering pinitol or chiro-inositol in high yield from soy fractions. United States Patent, 20030186401.

Sivakumar S, Palsamy P,Subramanian SP. 2010. Impact of D-pinitol on theattenuation of proinflammatorycytokines, hyperglycemia-mediatedoxidativestressandprotection of kidneytissueultrastructure in streptozotocin-induceddiabeticrats. Chemico-BiologicalInteractions, 188(1):237-45.

Spanos AG, Wrolstad RE. 1992. Phenolics of apple, pear, and white grape juices and their changes with processing and storage. A review. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 40: 1478-1487.

Streeter JG, Lohnes DG, Fioritto RJ. 2001. Patterns of pinitol accumulation in soybean plants and relationships to drought tolerance. Plant, Cell & Environment, 24(4):429-38.

Turhan İ. 2011. Optimization of extraction of d-pinitol and phenolics from cultivated and wild types of carob pods using response surface methodology. International Journal of Food Engineering, 7(6): 1556-3758.

Turhan İ. 2014. Relationship between sugar profile and d-pinitol content of pods of wild and cultivated types of carob bean (CeratoniasiliquaL.). International Journal of Food Properties, 17(2): 363-370.

U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service. 2004. USDA National Nutrient Database for Standard Reference, Release 17. Nutrient Data Laboratory Home Page,http://www.ars.usda.gov/nuteintdata.

Yoshida K, Yamaguchi M, Morinaga T, Ikeuchi M, Kinehara M, Ashida H. 2006. Genetic modification of Bacillus subtilisfor production of d-chiro-Inositol, an investigational drug candidate for treatment of type 2 diabetes and polycystic ovary syndrome. Appl Environ Microbiol, 72(2):1310-5
Türk Tarım - Gıda Bilim ve Teknoloji dergisi-Cover
  • ISSN: 2148-127X
  • Yayın Aralığı: Aylık
  • Başlangıç: 2013
  • Yayıncı: Turkish Science and Technology Publishing (TURSTEP)
Sayıdaki Diğer Makaleler

Analysis of Various DNA Barcodes on the Turkish Protected Designation of Origin Apricot “Iğdır Kayısısı” (Prunus armeniacacv. Şalak)

KAAN HÜRKAN

Pollen Characterization and Physicochemical Analysis of Six Nigerian Honey Samples; Test for Authenticity

Ernest Uzodimma DURUGBO, Gabriel Gbenga DARAMOLA, Desmond Uchenna ABAZUH, M Mba Obasi ODIM

Farklı Dönemlerde Verilen Organik Sıvı Gübrenin Makarnalık Buğdayda (Triticum durum L.) Tane Verimi, Verim Komponentleri ve Kaliteye Etkisi

Arzu MUTLU, Timuçin TAŞ, Ali Beyhan UÇAK

Transglutaminaz Enziminin Deve Sütünden Üretilen Yoğurdun Bazı Özellikleri Üzerine Etkisi

Selda BULCA, Fahriye ÜNLÜ, Atakan KOÇ

Effect of Road Transport Conditions on Mortality and Meat Quality in the Farm Animals

Ömer Faruk GÜNGÖR, Necmettin ÜNAL

Adaptation and Some Quality Parameters of Cool Season Turfgrass Species in Samsun Conditions

Sedat ARSLAN, Zeki ACAR, İlknur AYAN

Boylamanın ve Farklı Boy Kompozisyonlarında yetiştirilmesinin Melez Tilapia (Oreochromis niloticus ♀ X Oreochromis aureus♂) Yavrularının Büyüme Performansları Üzerine etkisi

Suat DİKEL, Fırat Sertaç TELLİOĞLU

A Calibration Study for Sensor-Based In-Season Nitrogen Management of Irrigated Winter Wheat

Erdinç SAVAŞLI, Oğuz ÖNDER, Ramis DAYIOĞLU, Didem ÖZEN, Suat ÖZDEMİR, Yaşar KARADUMAN, Özgür ATEŞ, Melih ÖZSAYIN

Koyunlarda Yeme Zeolit ve Yucca SchidigeraTozu İlavesinin Bazı Karaciğer Enzimlerine (AST, ALT, GGT) Etkilerinin Karşılaştırılması

İbrahim DURMUŞ, Oğuz KALE

Investigation of Grain Characters of Some Bean Varietiesin Eastern Anatolian Conditions

Leyla İDİKUT, Tolga KARABACAK