dc.contributor.advisor | Gökmen, Vural | |
dc.contributor.author | Doğan Cömert, Ezgi | |
dc.date.accessioned | 2021-10-13T06:39:00Z | |
dc.date.issued | 2021-06 | |
dc.date.submitted | 2021-06-16 | |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11655/25440 | |
dc.description.abstract | Oxidative and dicarbonyl stresses generated by the imbalance between the metabolism or the generation of the free radicals and α-dicarbonyl compounds are associated with chronic diseases. Biologically active pure compounds found naturally in foods come into prominence with their ability to prevent diseases by counteracting against free radicals and α-dicarbonyl compounds; however, foods, the multi component systems that contain varying amounts of these compounds, should be also investigated in detail. In addition to being exposed to the mentioned stresses mainly through the dietary derived free radicals and α-dicarbonyl compounds, the gastrointestinal tract is of great importance as being one of the major carriers of dietary scavenging compounds in the human body. Although a substantial body of research is interested in the potential roles of foods on oxidative stress in the human body, dicarbonyl stress and its inhibition by foods is a new topic to examine in detail.
In this framework, the main objective of this PhD thesis was to investigate the radical and dicarbonyl scavenging potential of foods under simulated gastrointestinal conditions. To that end, most consumed raw and processed foods in the daily diet were evaluated in terms of their antioxidant and methylglyoxal scavenging activity.
The antioxidant capacity of most consumed foods in the daily diet was investigated under simulated gastrointestinal conditions and the possible interactions (synergism, antagonism, and additive) between co-consumed foods were evaluated in the first part of this dissertation. Total antioxidant capacities of the selected foods were monitored at different stages of in vitro simulated gastrointestinal digestion system and in their bioaccessible fractions. According to the statistical comparison between estimated and observed data, the resultant interaction types were determined at each step. Slightly alkaline conditions were found to significantly (p<0.05) increase the total antioxidant capacity of foods. Synergism was observed during the digestion of the combinations of milk with fruits or tea extracts, which were thought to be most likely due to the stabilization and regeneration of phenolic compounds by proteins. Hydroxyl radical scavenging capacity was also determined in the bioaccessible fractions of food to show the antioxidant capacity of foods with a physiological resembling approach. Green tea extract was found to be the most efficient scavenger (936.48 ± 16.64 mmol TEkg-1) to eliminate hydroxyl radicals followed by black tea extract with 508.49 ± 12.15 mmol TEkg-1 of hyrodxyl radical scavenging capacity.
As there is a lack of a standardized method for measuring the dicarbonyl scavenging activity of compounds, a new approach to determine the methylglyoxal scavenging activity was described in this thesis. After the kinetic evaluation of the reaction between methylglyoxal and the possible scavenging compounds, amino, thiol, and phenolic compounds, under physiological conditions (37 °C, pH 7.4), methylglyoxal scavenging activity of the examined scavenging compound was calculated by the area under the curve of the plot showing the methylglyoxal inhibition percentage as a function of time. Cysteine equivalent methylglyoxal activity (CEMSA) was obtained by dividing the resultant area under the curve for the scavenging compound by that of cysteine to express the methylglyoxal activity as an equivalent activity of the reference compound. Accordingly, the CEMSA values of some selected compounds were in the following order; phloretin > epicatechin > cysteine > epigallocatechin gallate > gallic acid > creatine > hesperetin > resveratrol > phloridzin > quercetin > chlorogenic acid > naringin > genistein > tryptophan. To apply this methodology to foods, the bioaccessible fractions of certain food groups including nuts, seeds, legumes, meat, dairy products, fruits, brassica, and allium vegetables, obtained after gastrointestinal digestion were reacted with methylglyoxal under physiological conditions over 24 h. Among foods, nuts, meat, egg, cheese, strawberry, broccoli, garlic, and onion were found to have CEMSA values higher than 15 mmol cysteine equivalent per kg. The CEMSA values were positively correlated (r > 0.526) with total thiol and amino groups for all foods except fruits. Moreover, the standard compounds, beverages, and foods were categorized according to their methylglyoxal inhibition percentages and rates as "rapidly reacting with high capacity", "slowly reacting with high capacity", and "slowly reacting with low capacity". Finally, the percentages that meet the daily required methylglyoxal scavenger need of each food were calculated.
Considering the methylglyoxal elimination by a multi component system including scavenging compounds being together in the human plasma, the interactions between dicarbonyl scavenging compounds were investigated under physiological conditions. Methylglyoxal inhibition in the presence of the binary combinations of the most efficient dicarbonyl scavenging compounds (epicatechin or cysteine) with certain other dicarbonyl scavengers was kinetically investigated under physiological conditions. Using an irreversible bimolecular reaction model, the estimated and observed reaction rate constants in the binary combinations of scavenging compounds were calculated. According to the comparison between the observed and estimated reaction rate constants, the interaction types (synergism, antagonism, and additive) between certain scavenging compounds were determined. As the observed rate constant (ko=1.81±0.17 Lmmol-1h-1) for the reaction between cysteine and epicatechin was found to be significantly greater (p<0.05) than the estimated rate constant (ke=1.08±0.11 Lmmol-1h-1), synergism was observed in this combination. To evaluate the potential side reactions, dicarbonyl scavengers were also incubated without methylglyoxal. Epicatechin was found to antagonistically interact with scavengers such as creatine, quercetin, and gallic acid that stimulate its oxidation during methylglyoxal scavenging.
In addition to the methylglyoxal scavenging activity of different foods widely consumed in the daily diet determined under physiological conditions in the second part of this thesis, their methylglyoxal scavenging potential was also investigated under simulated gastrointestinal conditions. Four food groups having different arginine, creatine, thiol, and flavonoid contents were subjected to simulated gastric and intestinal conditions together with methylglyoxal. In comparison to control, foods from group 1 (chicken, beef and egg), group 2 (walnut, hazelnut, and kidney bean) and group 3 (broccoli, onion, garlic, and cauliflower) caused a significant (p<0.05) decrease in the concentration of methylglyoxal under gastric conditions. Egg was found as the most efficient methylglyoxal scavenger food under gastric conditions. All foods caused significant (p<0.05) decreases in the concentration of methylglyoxal under intestinal conditions. Chicken, beef, and broccoli were found to scavenge more than 80% of methylglyoxal during 2h of intestinal digestion. Changes in the concentration of methylglyoxal were monitored kinetically during the intestinal phase. The reaction of methylglyoxal with scavenging compounds in foods was evaluated using an irreversible bimolecular reaction model. Reaction rate constants and initial reaction rates were calculated for each food. The highest reaction rate constant was estimated as 26.6±1.38 Lmol-1min-1 for egg, while the highest initial reaction rate was 3.6±0.42 mMmin-1 for chicken. Foods were ranked according to their methylglyoxal scavenging rates under intestinal conditions and their scavenging potential was associated with their scavenging content.
The effects of different cooking methods on the methylglyoxal scavenging potential of meat, that was found to be one of the most efficient foods to scavenge methylglyoxal according to the previous results obtained from the previous section, were investigated under simulated gastrointestinal conditions. Grilling and sous vide cooking were chosen as representative cooking techniques for high temperature short time and low temperature long time heating, respectively. Beef and chicken meat grilled and sous vide cooked at different degrees of doneness were subjected to simulated gastric and intestinal digestion with methylglyoxal. Comparing to raw meat, grilling, and mincing were found to reduce methylglyoxal scavenging potential of beef samples, by 7% and 23% respectively. However, no difference (p>0.05) was observed in methylglyoxal scavenging potential of beef and chicken meats after sous vide cooking. Among the compositional factors (thiol groups, free amino groups, creatine, arginine, and lysine), creatine in raw and grilled beef was found to be the most significant methylglyoxal scavenger under simulated intestinal conditions. | tr_TR |
dc.language.iso | en | tr_TR |
dc.publisher | Fen Bilimleri Enstitüsü | tr_TR |
dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | tr_TR |
dc.subject | Total antioxidant capacity | tr_TR |
dc.subject | Dicarbonyl scavenging activity | tr_TR |
dc.subject | in vitro digestion | tr_TR |
dc.subject | Thiols | tr_TR |
dc.subject | Flavonoids | tr_TR |
dc.subject | Amino groups | tr_TR |
dc.subject | Synergism | tr_TR |
dc.subject | Antagonism | tr_TR |
dc.title | Investigation of Radical and Dicarbonyl Scavenging Potential of Raw and Processed Foods During Simulated Gastrointestinal Digestion | tr_TR |
dc.type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis | tr_TR |
dc.description.ozet | Serbest radikallerin ve dikarbonil bileşiklerin metabolizması ve oluşumu arasındaki dengesizlikten kaynaklanan oksidatif stres ve dikarbonil stres, kronik hastalıklarla ilişkilendirilmektedir. Gıdalarda bulunan doğal bileşikler, serbest radikallere ve dikarbonil bileşiklerine karşı etki ederek hastalıkları önleme kabiliyetleri ile ön plana çıkmaktadır. Gastrointestinal sistem, esas olarak diyetle elde edilen dikarbonil bileşiklerinden dolayı bahsedilen streslere maruz kalmasının yanı sıra, insan vücudundaki diyet süpürücü bileşiklerin ana taşıyıcılarından biri olarak büyük önem arz etmektedir. Gıdaların insan vücudundaki oksidatif stres üzerindeki potansiyel rolleri ile ilgilenen önemli miktarda araştırma olmasına rağmen, dikarbonil stres ve bunun doğal bileşikler tarafından engellenmesi ayrıntılı olarak incelenmesi gereken yeni bir konudur.
Bu çerçevede, bu doktora tezinin temel amacı, simüle edilmiş gastrointestinal koşullar altında gıdaların radikal ve dikarbonil süpürme potansiyelini araştırmaktır. Bunun için günlük diyette en çok tüketilen çiğ ve işlenmiş gıdalar antioksidan ve metilglioksal temizleme aktiviteleri açısından değerlendirilmiştir.
Bu tezin ilk bölümünde günlük diyette en çok tüketilen gıdaların antioksidan kapasitesi simüle edilmiş gastrointestinal sindirim koşulları altında araştırılmış ve birlikte tüketilen gıdalar arasındaki olası etkileşimler (sinerjizm, antagonizm ve katkı) değerlendirilmiştir. Seçilen gıdaların toplam antioksidan kapasiteleri, simüle edilmiş in vitro sindirim sisteminin farklı aşamalarında ve bunların biyolojik olarak erişilebilir fraksiyonlarında izlenmiştir. Tahmin edilen ve gözlemlenen veriler arasındaki istatistiksel karşılaştırma ile ortaya çıkan etkileşim türleri her adımda belirlenmiştir. Hafif alkali koşulların gıdaların toplam antioksidan kapasitesini önemli ölçüde (p <0.05) artırdığı bulunmuştur. Meyveler ve çay ekstraktları ile süt kombinasyonlarının sindirimi sırasında sinerji gözlemlenmiştir, bunun büyük olasılıkla fenolik bileşiklerin proteinler tarafından stabilizasyonu ve rejenerasyonundan kaynaklandığı düşünülmektedir. Ayrıca gıdanın biyolojik olarak erişilebilen fraksiyonlarında hidroksil radikal temizleme kapasiteleri belirlenmiştir. Yeşil çay ekstraktının hidroksil radikallerini ortadan kaldırmak için en etkili gıda (936.48 ± 16.64 mmol TEkg-1) olduğu görülmüştür, bunu 508.49 ± 12.15 mmol TEkg-1 hidroksil radikali sönümleme kapasitesine sahip siyah çay izler.
Dikarbonil sönümleyici bileşiklerin dikarbonil sönümleme aktivitesini ölçen standart bir yöntem olmadığı için, bu tezde metilglioksal sönümleme aktivitesini belirlemek için yeni bir yaklaşım ortaya koyulmuştur. Metilglikosal ile olası süpürücü bileşiklerin, amino, tiyol ve fenolik bileşikler, arasındaki reaksiyon fizyolojik koşullar altında (37 °C, pH 7.4) kinetik olarak değerlendirildikten sonra, incelenen süpürücü bileşiğin metilglioksal sönümleme aktivitesi, zamanın bir fonksiyonu olarak metilglioksal inhibisyon yüzdesini gösteren grafiğin eğri altında kalan alanının hesaplanmasıyla elde edilmiştir. Metilglikosal aktivitesini bir referans bileşiğin eşdeğer aktivitesi olarak ifade etmek için sistein eşdeğeri metilglioksal aktivite (CEMSA), süpürücü bileşik için elde edilen eğri altında kalan alanın sisteininkine bölünmesiyle elde edilmiştir. Buna göre, bazı seçilen bileşiklerin CEMSA değerleri şu sıradadır; floretin > epikateşin > sistein > epigallokateşin gallat > gallik asit > kreatin > hesperetin > resveratrol > floridzin > kuersetin > klorojenik asit > naringin > genistein > triptofan. Bu metodolojiyi gıda gruplarına uygulamak için, gastrointestinal sindirimden sonra elde edilen kabuklu yemişler, tohumlar, baklagiller, et, süt ürünleri, meyveler, Brassica ve Allium sebzeleri gibi belirli gıdaların biyolojik olarak erişilebilen fraksiyonları, 24 saat boyunca fizyolojik koşullar altında metilglioksal ile reaksiyona sokulmuştur. Gıdalar arasında fındık, et, yumurta, peynir, çilek, brokoli, sarımsak ve soğanın CEMSA değerlerinin kg başına 15 mmol sistein eşdeğerinden daha yüksek olduğu bulunmuştur. CEMSA değerleri, meyveler dışındaki tüm gıdalar için toplam tiyol ve amino grupları ile oldukça pozitif korelasyon (r > 0.526) göstermiştir. Ayrıca standart bileşikler, içecekler ve yiyecekler metilglioksal inhibisyon yüzdelerine ve hızlarına göre "yüksek kapasite ile hızlı reaksiyona girme", "yüksek kapasite ile yavaş reaksiyona girme" ve "düşük kapasite ile yavaş reaksiyona girme" şeklinde kategorize edilmiştir. Son olarak her gıdanın günlük gerekli metilglioksal sönümleme ihtiyacını karşılama yüzdesi hesaplanmıştır.
İnsan plazmasında sönümleyici bileşenleri bir arada bulunduran çok bileşenli sistemle metilglioksal eliminasyonu dikkate alınarak, dikarbonil sönümleyici bileşikler arasındaki etkileşimler fizyolojik koşullar altında incelenmiştir. En etkili dikarbonil süpürücü bileşiklerin (epikateşin veya sistein) diğer bazı dikarbonil süpürücü bileşiklerle ikili kombinasyonlarının varlığında metilglioksal inhibisyonu, fizyolojik koşullar altında kinetik olarak izlenmiştir. Tersinmez bimoleküler reaksiyon modeli kullanılarak, süpürücü bileşiklerin ikili kombinasyonlarında tahmin edilen ve gözlemlenen reaksiyon hız sabitleri hesaplanmıştır. Tahmin edilen ve gözlemlenen reaksiyon hız sabitleri arasındaki karşılaştırmaya göre, belirli süpürücü bileşikler arasındaki etkileşim türleri (sinerjizm, antagonizm ve katkı) belirlenmiştir. Sistein ile epikateşin arasındaki reaksiyon için gözlemlenen hız sabiti (ko = 1.81 ± 0.17 Lmmol-1sa-1), tahmin edilen hız sabitinden (ke = 1.08 ± 0.11 Lmmol-1sa-1) önemli ölçüde daha büyük (p <0.05) bulunduğundan, bu kombinasyonda sinerjizm gözlendiği söylenebilir. Potansiyel yan reaksiyonları değerlendirmek için dikarbonil temizleyiciler, metilglioksal olmadan inkübe edilmiştir. Epikateşinin, metilglioksal süpürme sırasında kreatin, kuersetin ve gallik asit gibi oksidasyonunu uyaran temizleyicilerle antagonistik olarak etkileşime girdiği bulunmuştur.
Tezin ikinci aşamasında günlük diyette yaygın olarak tüketilen farklı gıdaların metilglioksal temizleme aktivitesinin belirlenmesinin yanı sıra, metilglioksal sönümleme potansiyelleri simüle edilmiş gastrointestinal koşullar altında da araştırılmıştır. Farklı arjinin, kreatin, tiyol ve flavonoid içeriklerine sahip dört gıda grubu, metilglioksal ile birlikte simüle edilmiş mide ve bağırsak koşullarına tabi tutulmuştur. Kontrol grubuna kıyasla, grup 1 (tavuk, sığır eti ve yumurta), grup 2 (ceviz, fındık ve barbunya) ve grup 3 (brokoli, soğan, sarımsak ve karnabahar) gıdaları mide koşulları altında metilglioksal konsantrasyonunda anlamlı (p <0.05) bir düşüşe neden olmuştur. Yumurtanın, mide koşulları altında en etkili metilglioksal temizleyici gıda olduğu bulunmuştur. Tüm gıdalar, bağırsak koşullarında metilglioksal konsantrasyonunda önemli (p <0.05) düşüşlere neden olmuşlardır. Tavuk, sığır eti ve brokolinin 2 saatlik bağırsak sindirimi sırasında metilglioksalın %80' inden fazlasını süpürdüğü bulunmuştur. Metilglioksal konsantrasyonundaki değişiklikler, bağırsak fazı sırasında kinetik olarak da izlenmiştir. Metilglioksalın gıdalardaki süpürücü bileşiklerle reaksiyonu, geri dönüşü olmayan bir bimoleküler reaksiyon modeli kullanılarak değerlendirilmiştir. Her bir gıda için reaksiyon hız sabitleri ve ilk reaksiyon hızları hesaplanmıştır. En yüksek reaksiyon hız sabiti yumurta için 26.6 ± 1.38 L mol-1dak-1 olarak tahmin edilirken, en yüksek başlangıç reaksiyon hızı tavuk için 3.6 ± 0.42 mMdak-1 olarak bulunmuştur. Gıdalar, bağırsak koşulları altında metilglioksal sönümleme oranlarına göre sıralanmış ve sönümleme potansiyelleri, sönümleme içerikleri ile ilişkilendirilmiştir.
Farklı pişirme yöntemlerinin tezin bir önceki kısmında en etkili sönümleyici gıdalardan biri olarak bulunan etin metilglioksal sönümleme potansiyeli üzerine etkileri, simüle edilmiş gastrointestinal koşullar altında araştırılmıştır. Sırasıyla yüksek sıcaklıkta kısa süre ve düşük sıcaklıkta uzun süreli ısıtma için temsili pişirme teknikleri olarak ızgara ve sous vide pişirme yöntemleri seçilmiştir. Farklı derecelerde ızgara ve sous vide yöntemiyle pişirilen dana eti ve tavuk eti, metilglioksal ile simüle edilmiş mide ve bağırsak sindirimine tabi tutulmuştur. Çiğ et ile karşılaştırıldığında, ızgara ve kıyma işlemlerinin etin metilglioksal sönümleme potansiyelini sırasıyla %7 ve %23 oranında azalttığı görülmüştür. Bununla birlikte, sous vide pişirildikten sonra dana eti ve tavuk etlerinin metilglioksal temizleme potansiyellerinde hiçbir fark gözlenmemiştir. Kreatinin bağırsak koşulları altında metilglioksal sönümleme açısından etteki bileşimsel faktörler (tiyol grupları, serbest amino grupları, kreatin, arjinin ve lizin) arasında en etkili sönümleyici olduğu bulunmuştur. | tr_TR |
dc.contributor.department | Gıda Mühendisliği | tr_TR |
dc.embargo.terms | Acik erisim | tr_TR |
dc.embargo.lift | 2021-10-13T06:39:00Z | |
dc.funding | Yok | tr_TR |