Siyah Çayın Katı Madde Ekstraksiyon Verimi ve Krema Partikülü Oluşumu Üzerine pH’nın Etkisi

Özet

İnstant çay verim artışında çay katı maddelerinin ekstraksiyonu üzerine pH’nın etkisi önemlidir. Çay, pH 6.8’lik kaynatılmış saf su ile ekstrakte edilenle karşılaştırıldığında pH 1.2 ile ekstrakte edildiği zaman katı maddelerin ekstraksiyon verimi iki kattı. H⁺ ,ya çay infüzyon larında protein üzerindeki nucleophilic grupların ve polisakkaritlerin polifenollerle birbirini etkilemesini stimüle etmekte veya infüzyon içerisinde daha çok katı maddenin serbest bırakılmasını sağlamak yoluyla siyah çayda krema partikülü oluşumunu teşvik etmektedir. HPLC sonuçları, theaflavinler ve çay kateşinlerinin infüzyon rengi ve krema partiküllerinin oluşumunu etkileyen temel maddeler olduklarını ortaya çıkardı. Theaflavinler ve EGCG, ECG, EGC gibi bazı çay kateşinleri alkali koşullara altında bozunur veya ayrışır böylece çay krema partikülleri de erime eğilimde olur ve çay infüzyon rengi de koyulaşır. Bu raporla, pH ve ısı kontrolünün normal içilen çay ve buzlu çay için kullanılan instant çayların ekstraksiyon adımlarında uygulanabilirliği ayrıca dikkate alınmıştır.

1.Takdim

Çay kremasının hakim kimyasal bileşenleri ve infüzyon katılarının % 30 – 60 ‘ını oluşturan thearubigin (TR) ve theaflavin (TF)’ler siyah çay infüzyonundaki ana polifenol oksidasyon ürünleridir ve bunlar, yatıştırıcılığı güçlü bir siyah çay oluşturduğu gibi süspansiyonda renkli bir çözelti oluştururlar (1). Çayın piyasa fiyatı veya çay kalitesi ile TFs içeriği arasında pozitif bir ilişki vardır (2). Ayrıca siyah çayın kremalaşma kabiliyeti, siyah çayın kalitesinin bir göstergesidir. Bununla birlikte hazırlanan buzlu çayda bulanık bir likör oluşturduğundan dolayı soğuk suda çözünen buzlu çay ürünlerinde önemli bir problemdir ve bu tüketiciler tarafından onaylanmaz. TFs ve TRs asidik özelliklere sahiptir (3). Sülfirik asit yoluyla çay infüzyonunun asidifikasyonu renkli oksidasyon ürünlerinin kısmi çökelmesiyle sonuçlandı ve bu yüzden buzlu çay üretiminde suda çözünen instant çay elde etmek için siyah çaydaki değişmemiş flavanollerden oksidasyon ürünlerinin ayrışmasını önemli derecede teşvik eden bir yöntemdir (4). Çay yaklaşık olarak 300 – 400 g kg^-1 ekstrakte edilebilir katı içerir, ancak instant çay verimi üretim skalasında kg başına sadece 200g dır (5). H⁺ düzeyi TFs’nin konsantrasyon dengesini etkiler ve çay düşük pH da ekstrakte dildiği zaman daha fazla TFs serbest kalır (6). Bir infüzyonun pH’sı yükseldiğinde, infüzyon kremalaşma kabiliyetini kaybeder ve koyulaşır (7). Böylece hem soğuk suda çözünen instant çayın kremalaşmaya yüz tutmasının kontrolünde hemde normal içilen instant çayın verimini arttırmada ekstrem düzeylerde esktarkate edilen instant çayın davranışı büyük ilgi uyandırabilmektedir. Mevcut çalışmayla, katı ekstraksiyon verimi ile birlikte çay infüzyonu nun kimyasal kompozisyonu ve çay krema partiküllerinin oluşumu üzerinde pH’nın etkileri incelenmiştir.

2. Materyal ve Metod

2.1 Çay infüzyonlarının kararması, krema partikül boyutu ve konsantrasyon miktarının belirlenmesi.

2.1.1 Metod A

60 g Broken (kırılmış CTC çayı  siyah çay 10 dk süreyle 2000 mL kaynar destile su ile demlendi. Sıcak dem, ham pamuklu bir tıkaç içerisinden geçirilerek filtre edildi. Dem soğuduğu zaman, her biri 45 mL çay demi içerecek şekilde 8 plastik kaba aktarıldı. Kapların 7 sindeki infüzyon, 3 mol^-1 HCL ve 3 mol^-1  NaOH ile sırasıyla pH 1.2 , 2 , 3 , 7 , 9 , 11 ve 13’e ayar landı ve geride kalan diğeri kontrol testi olarak doğal pH’sı 4.9’da bırakıldı. Manyetik bir karıştırıcıda manyetik bir pire (lab. balığı ) ile infüzyon girdap oluşturacak şekilde döndürü lürken, Metter Toledo M₈₄ pH metresi kullanılarak pH belirlendi. İnfüzyonların tümü son olarak 50 mL'lik son bir hacme kadar destile su ile seyreltildi ve 4^oC ‘de buzdolabında bir gece süreyle bırakıldı. Önceden destile su ile belirlenen krema partikül boyu, konsantrasyon hacmi (vol.conc), spesifik yüzey alan (sp.s.a) ve likör bulanıklığı bir S-2 Malvern Mastersizer kullanılarak belirlendi. Vol.conc, sp.s.a ve bulanıklık değerleri S-2 Malvern Mastersizer’den direkt olarak okundu (8).

Çay demlemek için, bir mikrodalga fırında ısıtılıp kaynatıldıktan sonra yukarıdaki motoda göre pH 1.1, 1.2, 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 9 , 11 ‘e kadar ayarlanan destile su bulunan fincanlarda kremalaşma süresince çay demlemede kullanılan suyun pH sının etkisi incelendi. 3 g broken siyah çay 10 dk süreyle 100 mL kaynamış suda demlendi ve ayrıca infüzyonlar yukarıdaki gibi filtre edildi. İnfüzyon pH ‘ları  Metter Toledo M₈₄ pH metre vasıtasıyla ölçüldü. 45 mL’lik infüzyon bir deney şişesine transfer edildi ve 3 mol^-1 HCL veya 3 mol^-1  NaOH ile siyah çay infüzyonunun olağan pH ‘sı 4.9’a ayarlandı. Daha sonra 50 mL ye kadar destile su ile seyreltildi ve 4^oC ‘de bir gece süreyle bekletildi. Seyreltilmiş infüzyonların krema partikül boyutu vol.conc ve sp.s.a‘sı Liang ve Bee (1991) tarafından tanımlanmış olan metoda göre belirlendi.

2.2 Katıların ekstraksiyon verimlerinin belirlenmesi

3 g’lık kotalarla broken siyah çay, yukarıdaki metod B uyarınca 10 dk süreyle pH 1.1, 1.2, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 11 ile 100 mL kaynar destile suda ekstrakte edilmiş ve sıcak infüzyonlar ham pamuk bir tıkaç içerisinden geçirilerek filtre edildi. Oluşturulan infüzyonların her birinin hacmi, oda sıcaklığına kadar soğutulduğu zaman dereceli bir silindir ile belirlendi. İnfüzyon katılarının konsantrasyonu Liang ve Bee (1992) tarafından tanımlanan kurutma metoduna göre belirlendi. Katıların ekstrasksiyon verimi  (SEY) yandaki eşitlikle hesaplandı.

2.3 HPLC Analizi

Bir serada yetiştirilen Camellia sinensis (L). Var. Assamica ocaklarından 1 kg taze çay yaprağı toplanarak 14 saat süreyle oda sıcaklığında soldurulmuş ve solmuş yapraklar bir laboratuar kıyıcısı yardımıyla kıyılmıştır. Kıyılan yapraklar paslanmaz çelik bir tepsiye yerleştirile rek 26^oC’de 3 saat süreyle fermente edilmiştir. Fermente olan yaprakların 40g’mı 500mL lik bir beher glas’a aktarılarak 90^oC ‘ye kadar ısıtılan bir mikrodalga fırında fermantasyonu durdurulmuştur. Daha sonra yapraklar 10dk süreyle 300mL kaynar destile su ile demlenmiştir. Sıcak infüzyon whatman no 541 kağıdı içerisinden geçirilerek filtre edilmiş. Filtrattan 2 şer kota (her biri 45 mL) iki beher glas’a aktarılmıştır. Biri, 3 mol^-1 NaOH ile pH 9.45’e ayarlandı, diğeri doğal pH düzeyinde (pH 4.9) kaldı. Bundan sonra, HPLC kolonuna enjeksiyona başlamadan önce her iki solüsyonda 50mL ‘ye kadar seyreltildi. HPLC, Bailey, McDowell ve Nursten (1990) tarafından tanımlanan  metoda göre tamamlandı. Bu yazıdaki test raporlarının tümü mevcut ortalama değerlerin bir kopyasıdır.

3. Sonuçlar

3.1 Çay krema partikülü oluşumu üzerine pH’nın etkisi

Metod A’ya göre ekstrakte edilen çay infüzyonlarında ki krema partikül konsantrasyon hacmi (vol.conc) infüzyon pH ‘sının pH 1.2’den pH 9’a kadar artması ile azaldığı ve sonra pH 9’dan 13’e kadar hafifçe yükseldiği Şekil:1’de gösterilmektedir. pH 3’den 2’e kadar azaldığında konsantrasyon hacminde neredeyse ilkinin iki misli % 0.44 (v/v) ‘le sonuçlanan keskin bir artış görülmüştür.

Konsantrasyon hacmi pH 9’da en düşüktü ve sadece pH 1.2’de % 9.9 olmuştur. İnfüzyon koyuluğu da konsantrasyon hacmine benzer bir eğilimle hareket etmiştir ve maksimum değerini pH 1.2’de göstermiştir ve pH 9’da azalmıştır. Ancak pH 4’den PH 7’e kadar 0.65 - 0.68’de kalmıştır. Krema partikül boyutu da pH tarafından ayrıca etkilenmiştir.

pH 4.9’da ortaya çıkan doğal infüzyon pH ‘sının fonksiyonunun bir sonucu olarak sp.s.a ‘nın kürvesindeki maksimum değer şekil :1’de gösterilmiştir ve infüzyon pH’sı doğal pH’sından daha düşük veya daha yüksek bir değere ayarlandığında sp.s.a düşmüştür.

Farklı pH’larda metod A’ya göre hazırlanan infüzyonların krema partikül boyutlarında ki dağılım, iki farklı dağılım tipi gösterdi (Şekil:2). pH 3’den 7’e kadar partikül boyutu dağılım diyagramı tek bir pik olarak görüldü ve partiküllerin 0.2’den 0.6 µm‘ye kadar çaplara sahip olanları %70’in (v/v) üzerindeydi.

Çapı 1 µm ‘un aşağısındaki partiküller toplam partikül hacminin %90’ı kadardı. İnfüzyon pH’sı, pH 3 ‘den daha aşağı veya pH 7‘den daha yukarı olduğu zaman partikül boyut skalası üzerinde, partikül boyut dağılımı iki fraksiyona ayrılmış olur. 

Birinci fraksiyon koloidal partikül boyutunda oluştu (9) ve ortalama boyu tu 0.35 µm civarındayken doğal çay infüzyonunun pH ‘sı ile bu infüzyonun ki benzerdi.

Partikül lerin ikinci fraksiyonunun boyut sıralaması 3’den 70 µm ‘a kadar geniş bir dizi oluştururken, koloidal partikül boyutu daha fazlaydı.

Birinci fraksiyonun, ikinci fraksiyona partikül hacim oranı pH ile değişti, örneğin; pH 1.2’de 8.2 ve pH 9’da yaklaşık 1.1 olmuştur.

Bu sonuçlar aynı zamanda büyük koloidal olmayanların, koloidal partiküllere oranının yüksekliğine bağlı olarak ekstrem pH düzeylerinde çay infüzyonlarında ki partikül boyut ortalamasının arttığını ve sp.s.a ortalamasının azaldığını göstermiştir (Şekil:2).

Çay, metod B’ye göre pH 4 – 9 ‘luk sularla demlendiği zaman çay infüzyon pH‘sı normal çay infüzyon pH’sı düzeyinde kaldı (Tablo:1) ve aynı zamanda bu çay infüzyonunun renginin normal siyah çay infüzyon rengine benzediği görüldü.

Bununla birlikte, çay pH 2 veya daha aşağısında ekstrakte edilirse, infüzyonların çay demlemek için kullanılan suyun pH’sına benzer değerde bir pH’ya sahip olduğu ortaya çıktı ve renkte matlaşma ile bulanıklık görüldü.

Değişik pH’larda ekstrakte edilen infüzyonların tümü ph 4.9’a ayarlandığı zaman demir kırmızı renk aldılar, pH 2 veya daha aşağısında ekstrakte edilenler hariç, ki onlar hafif yeşilimsiydiler. pH 9’da ekstrakte edilen infüzyonların partikül konsantarsyon hacmi ve likör koyuluğu en düşüktü.

Koyuluk ve krema partikül konsantrasyon hacmindeki yükseklik pH 1.1’de ekstrakte edilen infüzyonlarda gözlemlendi (Şekil:1).

pH 4.9’a ayarlanarak ekstrakte edilen infüzyonlarla farklı pH ‘larda ekstrakte edilen infüzyonlar arasında partikül boyutu dağılım farklılıkları, fark edilebilir belirginlikte değildi. 

Bu, farklı pH ‘larda ekstrakte edilen infüzyonlarda belirlenen koyulaşma değişikliklerinin çoğunlukla nedeni konsantrasyon hacminin değişim derecesiydi çünkü koyulaşma, konsantrasyon hacmiyle aynı eğilimi gösteriyordu (Şekil:1ve2).

Çay infüzyonunda krema partikülleri oluşumu üzerine ph’nın etkileri hakkında dört olasılık ortaya çıktı ;

Birincisi, (Metod A’ya göre ekstrakte edildiğinde) kuvvetli asit koşullar altında; (-) -epikateşin gallat (ECG), (-)-epigallokateşin gallat (EGCG), theaflavin-3-gallat (TF3G), theaflavin-3^ı-gallat (TF3’G) ve theaflavin-3,3^ı -digallat gibi bazı polifenol galloyl esterleri bazundu ve protein molekülleri üzerindeki HS- ve HN- gibi nükleofilik türler ile polisakkaritler tarafından tutulabilen bazı ara geçiş türleri oluştu ve bu dönüşüm de puslu likör veya çay kreması oluşumuyla sonuçlandı.