Ticari enerji içeceklerindeki bileşenlerin kantitatif analizleri için kemometrik optimizasyon metodolojisi kullanılarak aşırı yüksek performanslı sıvı kromatografisi yöntemlerinin geliştirilmesi

NAZANGÜL ÜNAL

Ticari enerji içeceklerindeki bileşenlerin kantitatif analizleri için kemometrik optimizasyon metodolojisi kullanılarak aşırı yüksek performanslı sıvı kromatografisi yöntemlerinin geliştirilmesi

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Ankara Üniversitesi, Sağlık Bilimleri Enstitüsü, ANALİTİK KİMYA ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2023

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: NAZANGÜL ÜNAL

Danışman: Erdal Dinç

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Günümüzde ticari enerji içecekleri insanlar, özellikle de gençler tarafından önemli ölçüde tüketilmektedir. Bu nedenle bu ürünlerin kaliteleri, kalite kontrolleri ve rutin analizleri insan sağlığı ve gıda sektörü açısından oldukça ilgi çekicidir. Ayrıca bu enerji içeceklerinin içerikleri de gün geçtikçe değişmektedir. Bu durum, gıda endüstrisinde çalışan bilim insanlarını ve analistleri, ticari enerji içeceklerinin içeriğini doğru bir şekilde tespit edebilmek için yeni analitik yöntemler geliştirmeye veya eski analitik yöntemleri güncellemeye zorlamaktadır. Bu doktora tezinde, deneysel tasarım ve optimizasyon prosedürleri kullanılarak iki farklı ticari enerji içeceğinde (ticari enerji içeceği (I) ve ticari enerji içeceği (II)), PDA sistemi tarafından tespit edilebilen bileşenlerin eş zamanlı kantitatif analizleri için yeni UPLC yöntemleri geliştirilmiştir. UPLC yöntemlerinin deneysel tasarım ve optimizasyon metodolojisi ile geliştirilmesinde, üç faktörlü üç seviyeli tam faktöriyel tasarım (FFD) kullanılmıştır. İlk ticari enerji içeceğinde (I) kafein (KAF) ve Potasyum sorbat (PS) analizi için yapılan ön deneylerde, kromatografik cevabı etkileyen önemli faktörler ve bunların etkileşimleri olarak kolon sıcaklığı, akış hızı ve mobil fazdaki tampon yüzdesi bulundu. Bir sonraki aşamada, faktörlerin seviyeleri belirlenmiş ve ardından 33 tam faktöriyel tasarım matrisinin kromatogramları, 284 nm dalga boyunda PDA tespiti ile kaydedilerek kromatografik cevap faktörü (KFC) değerleri elde edilmiştir. Tasarım matrisi ve KCF değişkenleri arasındaki ilişkiden ikinci dereceden bir denklem hesaplandı ve ardından optimum kromatografik koşulları elde etmek için çözüldü. Ticari enerji içeceği (I)'in UPLC analizi için, optimum kromatografik şartlar, kolon sıcaklığı 58,9 °C, mobil fazdaki tampon yüzdesi %59,3 ve akış hızı 0,24 mL/dk olarak bulundu. Yukarıdaki koşullar altında, numunelerdeki KAF ve PS'nin ayrılması, 0.4 mL trietilamin (TEA)/L varlığında metanol ve 0.1 M H3PO4 tamponu, pH 2.15 (59.3:40.7, v/v) içeren bir mobil faz kullanılarak, Waters Acquity® BEH C18 kolonu (100 mm x 2,1 mm i.d., 1,7 µm) üzerinden gerçekleştirildi. İlk ticari enerji içeceğinin analizinde olduğu gibi, ikinci ticari enerji içeceğindeki (II) dört bileşiğin (niasin (B3), sodyum benzoat (SB), PS ve KAF) analizi için yeni bir UPLC yöntemi geliştirildi. İkinci ticari enerji içeceğindeki (II) dört bileşiğin miktarının belirlenmesi için UPLC yönteminin geliştirilmesinde, aynı kromatografik faktörler (kolon sıcaklığı, mobil fazdaki tampon yüzdesi ve akış hızı) üç seviyeli ve üç faktörlü tam faktöriyel tasarım kullanılarak optimize edildi. İkinci ticari enerji içeceğinin kantitatif analizinde, optimum kromatografik koşullar kolon sıcaklığı için 52,7 °C, mobil fazdaki tampon içeriği yüzdesi için %24 ve akış hızı için 0,25 mL/dak olarak belirlenmiştir. Enerji içeceği numunesi (II)'de B3, SB, PS ve KAF'nin kromatografik ayrımı, 0,5 mL TEA/L varlığında 0,08 M (NH4)2CO3, H2O ve metanol (24: 24,8: 51,2, v/v/v) içeren bir mobil faz sistemi kullanılarak Waters Acquity ® BEH C18 kolonu (100 mm x 2.1 mm i.d., 1.7 µm) ile gerçekleştirildi. Yukarıdaki kromatografik koşullar altında, tam faktöriyel tasarım numunelerinin kromatogramları, 230 nm dalga boyunda PDA tespiti ile elde edildi. KCF değerleri, kaydedilen kromatogramlardan hesaplandı. Daha sonra, KCF ve tasarım matrisi değişkenleri arasındaki regresyon analizi kullanılarak ikinci dereceden denklem hesaplandı. İkinci dereceden denklem çözüldükten sonra optimum kromatografik koşullar elde edildi. Yukarıda bahsedilen deneysel UPLC koşullarında 2,0-26,0 µg/mL ve 4,0-28,0 µg/mL lineer konsantrasyon aralığında KAF ve PS içeren kalibrasyon numunelerinin kromatogramları, sırasıyla maksimum dalga boyuna karşılık gelen 272,4 ve 262,9 nm'de PDA tespiti ile kaydedildi. Konsantrasyon ve pik alanları arasındaki ilişki kullanılarak, her bir bileşik için yüksek bir korelasyon katsayısına sahip (her iki bileşik için 1.0) bir lineer regresyon denklemi elde edildi. Kalibrasyon eğrisinin kesim noktasının standart sapmasından, gözlenebilme sınırı (LOD) ve tayin sınırı (LOQ) değerleri KAF için sırasıyla 0,18 µg/mL ve 0,59 µg/mL ve PS için 0,20 µg/mL ve 0,65 µg/mL olarak hesaplandı. Daha sonra optimize edilmiş UPLC yöntemi, test numuneleri (bağımsız test numuneleri, günler arası ve gün içi numuneler ve standart ekleme numuneleri) analiz edilerek valide edilmiştir. Tatmin edici yüzde geri kazanım sonuçları elde edildi (KAF için %100,7 ve PS için %100,5). Validasyon çalışmalarından elde edilen sonuçlar, yeni geliştirilen yöntemin tekrarlanabilir, kesin, doğru, seçici ve uygulanabilir bir yöntem olduğunu ortaya koymuştur. Son olarak geliştirilen yöntem KAF ve PS'den oluşan ticari enerji içeceği (I) numunesinin analizine uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlar, ürün etiketinde belirtilen miktar ile uyumluydu. İkinci enerji içeceği örneğinde (II) B3, SB, PS ve KAF'nin yukarıda belirtilen kromatografik UPLC koşulları altında eş zamanlı analizi için, B3, SB, PS ve KAF içeren kalibrasyon numunelerinin kromatogramları, 5.0-25.0 µg/mL, 4.0-20.0 µg/mL, 6.0-30.0 µg/mL, and 5.0-25.0 µg/mL lineer konsantrasyon aralığında, maksimum dalga boyuna karşılık gelen dalga boylarında sırasıyla 215.7, 223.9, 253.5, and 273.6 nm'de PDA tespiti ile kaydedildi. B3, SB, PS ve KAF'nin konsantrasyon ve pik alanları arasındaki ilişki kullanılarak, her bir bileşik için yüksek korelasyon katsayılı (B3 için 0.9994, SB için 0.9982, PS için 0.9996 ve KAF için 0.9996) lineer regresyon denklemleri üretildi. B3, SB, PS ve KAF'nin LOD ve LOQ değerleri, kalibrasyon eğrisinin standart sapması ve kesim noktası kullanılarak hesaplandı ve B3 için 1,00 µg/mL ve 3,34 µg/mL, SB için 1.37 µg/mL ve 4.55 µg/mL, PS için 0.84 µg/mL ve 2.80 µg/mL ve KAF için 1.01 µg/mL ve 3.37 µg/mL olarak bulundu. B3, SB, PS ve KAF'nin eşzamanlı analizi için yeni geliştirilen UPLC yönteminin validasyonu, test numuneleri (bağımsız test numuneleri, gün içi ve günler arası numuneler ve standart ekleme numuneleri) kullanılarak gerçekleştirildi. Yüzde geri kazanım sonuçları B3, SB, PS ve KAF için sırasıyla %101,2, %99,9, %99,2 ve %99,6 olarak elde edildi. Bu sonuçlar, bu yöntemin B3, SB, PS ve KAF'nin eş zamanlı analizi için seçici, doğru ve güvenilir bir yöntem olduğunu göstermiştir. Son olarak geliştirilen yöntem, ticari enerji içeceği (II) numunesindeki dört bileşiğin eş zamanlı analizine uygulanmış ve tatmin edici sonuçlar elde edilmiştir. Deneysel analiz sonuçları ile ticari enerji içeceğinin (II) beyan edilen etiketi arasında iyi bir uyum gözlendi. Bu doktora tezi, optimize edilmiş ve onaylanmış UPLC yöntemlerinin, analiz edilen enerji içeceklerindeki söz konusu bileşiklerin kalite kontrolü ve rutin analizi için alternatif yöntemler olarak kullanılabileceğini ortaya koydu.