Improving The Water Solubility Of Curcumin

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2015Bu tez, insan vücudu için çok önemli bir antioksidan olan kurkumin maddesinin düşük değerlerdeki suda çözünürlüğünü arttırmaya yönelik olası alternatif methodlar üzerine çalışmalar içermektedir. İnsan vücudu iç veya dış kaynaklı olarak çeşitli sebeplerle serbest radikaller üretebilir. Serbest radikal oluşumu bir atomun elektron alması ya da elektron vermesi olarak tanımlanabilir. Bu serbest radikallerin oluşum sebepleri arasında sigara içmek,toksin içerikli gıdaları tüketmek ve bunlar gibi birçok sebep yer alır. Vücutta oluşan serbest radikaller nötralize edilmedikleri takdirde insan vücudundaki birçok hücreye zarar verebilmektedirler.Serbest radikallerin zararlarından birisi insanın DNA’sına etki etmektedir.DNA üzerindeki bu zarar,kalıcı ve ciddi sonuçlara sebep olabilmektedir. Vücutta oluşan serbest radikallerin gerek vücut tarafından üretilen gerek dışarıdan alınan bir takım maddelerle nötralize edilmesi gerekmektedir. Serbest radikallerin nötralize edilmesi onların vücuda zarar vermelerinin engellenmesi anlamına gelmektedir. Serbest radikaller nötralize edildikten sonra hücrelere zarar verme olasılıkları düşer.Serbest radikallerin nötralize edilmesinde insan vücudu kendi kendine antioksidanlar üreterek serbest radikalleri nötralize edebilen bir mekanizmaya sahiptir. Ancak vücudun ürettiği antioksidanların yanısıra vücutta barındırılan tüm potansiyel zararlı serbest radikallerin nötralize edilebilmesi için dışarıdan da antioksidan alımı gerekmektedir. Vücuda dışarıdan alınan antioksidanlar genelde gıdalar aracılığıyla alınmaktadırlar. Gıda ile alınabilecek antioksidanlar için birçok örnek verilebilir.Vücuda dışarıdan alınarak serbest radikalleri nötralize edebilecek doğal antioksidanlardan birisi de kurkumin denen,turmerik bitkisinden ekstrakte edilen,Hindistan kökenli bir maddedir. Kurkumin keskin koyu sarı renge sahip,yiyeceklere renk ve tat vermek adına gıda sektöründe de sıkça kullanılan bir antioksidandır. Kurkuminin insan sağlığı açısından birçok faydası bulunduğu gibi aynı zamanda E100 kod ismiyle gıdalara eklenen maddeler listesinde de güvenli olarak sınıflandırılmaktadır. Günümüzde Hindistan başta olmak üzere birçok Asya ülkesinde geniş alanlarda tüketilen kurkumin, zerdeçal bitkisi olarak da nitelendirilebilmektedir.Kurkumin başta kanser olmak üzere çok sayıda ciddi hastalığın tedavisinde çok önemli bir etkiye sahiptir. İçerisinde aktif madde olarak kurkumini içeren birçok farklı çeşitte ilaç ve alternatif tıp ürünü bulunmaktadır. İnsan vücuduna faydalı olmasına ve serbest radikalleri nötralize edebilecek yüksek antioksidan özelliğine sahip olmasına rağmen kurkuminin sudaki çözünürlüğü beklenenden azdır. İnsan vücudunun büyük kısmı sudan oluştuğu için,suda çözünürlüğü yüksek olan antioksidanları tüketmek insanlar için daha kolaydır. Dolayısıyla sudaki çözünürlüğünün düşük olması sebebiyle kurkumin insan vücudunda zor çözünür Kimyasal maddeler için en önemli fiziksel özelliklerden birisi olan suda çözünürlük konusunda kurkumin yeterli olmadığından bu özelliğinin geliştirilmesi gerekmektedir. Bu tezdeki çalışmalarda kurkuminin sudaki çözünürlüğünü arttırılması hedeflenmiştir.Kurkuminin sudaki çözünürlüğünü arttırabilmek için,kurkuminin seçilen diğer bir reaktifle kompleks oluşturarak çözünürlüğünün arttırılmasını içeren çalışmalar vardır ve bu tezde de yöntem olarak bu yöntem seçilmiştir. Bu yöntem dahilinde dikkat edilmesi gereken noktalardan birisi kurkumin ile kompleks oluşturarak maddenin sudaki çözünürlüğünü arttırması hedeflenen kompleks yapıcı reaktifin insan sağlığı açısından hiçbir zarara sahip olmamasıdır.Aynı zamanda bu kompleks yapıcı reaktif,kurkuminin bünyesinde barındırdığı insan için faydalı olan antioksidan özelliklerini de bozmayan bir kompleks oluşturabilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada kompleks yapıcı reaktif olarak polietilen glikol adı verilen bir polimer madde seçilmiştir. Polietilenglikol, etilen oksit monomerlerinin su gibi bir başlangıç materyali ile polimerizasyonu sonucunda elde edilebilen bir polimerdir. Polimerizasyon esnasında istenilen molekül ağırlığına ulaşıldığında reaksiyon durdurulabilir.Polietilenglikolün 400’e yakın sayıda farklı ortalama molekül ağırlığına sahip çeşitleri vardır ve bunlar oda sıcaklığında uçucu değillerdir. Polietilenglikol polimerinin gıda sektöründeki kullanım alanı da oldukça geniştir.Gıda tüketim ürünlerinde kullanılan polietilenglikolün insan vücudu için günlük tüketim miktarı Dünya Sağlık Örgütü tarafından 10mg/kg olarak belirtilmiştir.Polietilenglikol, non iyonik bir surfaktandır. Bu sebeple polietilenglikol non iyonik bir surfaktan olarak suda çözünürlüğü çok zor olan maddelerin sudaki çözünürlüğünü arttırma gibi bir avantaja sahiptir. Bu olay polietilenglikol ile aktif maddenin arasında bir kompleks çeşidi oluşturulması olarak tanımlanabilir. Dolayısıyla oluşan kompleksin sudaki çözünürlüğünün yüksek olmasından faydalanılarak esas maddenin de bu özelliğinin iyileştirilmesi mümkündür. Bu tezdeki çalışmalarda kurkumin ile seçilen bir reaktif arasında farklı konsantrasyonlardaki çözeltilerin hazırlanması,bu çözeltilerin spektrofotometrik yöntemlerle ölçümlenmesi ve kurkuminin sudaki çözünürlüğünün arttırılması çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Seçilen kompleks oluşturucu reaktif polietilenglikoldür. Bu maddenin suda çözünürlüğü arttırıcı faydalarından yararlanılması hedeflenmiştir. Kurkuminin düşük değerlerdeki sudaki çözünürlüğünün polietilenglikol ile geliştirilmesi doğrultusunda çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmadaki denemelerde,kompleks yapıcı madde olarak kullanılan polietilenglikolün üç farklı çeşidi kullanılmıştır.Üç farklı çeşidin birbirinden farkı molekül ağırlıklarıdır. Polietilenglikolün molekül ağırlığı 200,600 ve 1500 olan üç çeşidi burada kullanılmıştır. Çalışmaları bir esasa dayandırabilmek ve üzerinden hesaplamaları yapabilmek için her üç molekül ağırlığındaki polietilenglikol için belirlenen konsantrasyonlarda kurkumin içeren çözeltiler hazırlandı. Çözeltilerin konsantrasyonları,kalibrasyon doğrusunun doğrusal olabileceği şekilde hesaplandı. Bu çözeltiler için hazırlanan stok çözelti 1 mg kurkumin ile 9 mg polietilenglikol içermekteydi. Bu stok çözelti kullanılarak hazırlanan üç farklı konsantrasyondaki çözeltilerin ultraviolet spektrumdaki absorbansları ölçülerek kaydedildi. Kalibrasyon çözeltilerine ait ölçümler UV Visible dedektör ile 300-500nm dalgaboyu aralğında gerçekleşti.Renkli bir bileşik olduğu için belli bir dalgaboyunda pik vermesi beklenen kurkuminin absorbans değerlerinden yola çıkarak pik verdiği maksimum dalgaboyu tespit edildi. Kurkumin için belirlenen maksimum dalgaboyu 430 nm olarak belirlendi. Maksimum dalgaboyunda elde edilen absorbans değerleri y eksenine,çözeltilerin konsantrasyonları da x eksenine konularak çizdirdiğimiz grafik sonucunda elde edilen kalibrasyon doğrusu ve bu doğruya ait olan denklem kalibrasyon verilerini oluşturdu. Kalibrasyon datalarını elde ettikten sonra,polietilenglikol ile kurkumin içeren test çözeltileri hazırlandı. Polietilen ile kurkumini içeren numuneler miktarca %5, %10,%15 ve %20 oranında polietilenglikol içerecek şekilde hazırlandılar. %5 oranında polietilenglikol içeren çözelti için 0.5 g polietilenglikol 10 g suda çözülerek üzerine 20 mg kurkumin eklendi. %10 oranında polietilenglikol içeren çözelti için 1.0 g polietilenglikol 10 g suda çözülerek üzerine 20 mg kurkumin eklendi. %15 oranında polietilenglikol içeren çözelti için 1.5 g polietilenglikol 10 gr suda çözülerek üzerine 20 mg kurkumin eklendi. %20 oranında polietilenglikol içeren çözelti için 2.0 g polietilenglikol 10 g suda çözülerek üzerine 20 mg kurkumin eklendi.Dört farklı orandaki çözelti tüm molekül ağırlığındaki polietilenglikoller için hazırlandı. Polietilenglikol ile kurkumin içeren çözeltiler bir saat boyunca ultrasonik banyoda tutulduktan sonra santrifüj edilerek dekante edildi ve değerlendirildi. Dört farklı oranda polietilenglikol içeren çözelti her bir molekül ağırlığı için üçer kez hazırlanarak çalışmanın en az üç kez tekrar edilen verilere dayanması sağlandı. Hazırlanan tüm çözeltilere ait ölçümler,kalibrasyon çözeltileriyle aynı şartlarda,UV Visible dedektör ile 300-500nm dalgaboyu aralğında gerçekleştirildi. Tüm ölçümlerde maksimum dalgaboyu olan 430 nm’de elde edilen absorbans değerleri kaydedildi. Kalibrasyon grafiklerinden elde edilen doğru denklemleri, Lambert-Beer yasasından yola çıkarak absorbans değerlerini kullanarak madde miktarını hesaplamada kullanıldı. Dolayısıyla maksimum dalgaboyunda elde edilen absorbans değerleri, kalibrasyon grafiklerinden elde edilen doğru denklemlerindeki bilinmeyen yerine konularak çözeltilerde çözünen madde miktarı hesaplandı. Tüm çalışmalar sonrasında kurkuminin sudaki çözünürlüğünün çözeltilerde kullanılan polietilenglikolün molekül ağırlığı arttıkça arttığı gözlemlendi. Ayrıca aynı molekül ağırlığına sahip polietilenglikol çözeltileri arasında da yüksek oranda polietilenglikol içeren çözeltilerde kurkuminin daha iyi çözündüğü gözlemlenmiştir.Ancak polietilenglikolün molekül ağırlığının 1500 olduğu çözeltilerde, %20 oranında polimer içeren çözeltinin en yüksek kurkumin çözünürlüğüne sahip olması beklenirken, %10 ve %15 oranındaki çözeltilerdeki değerler daha yüksek çıkmıştır.This thesis is about an alternative method for increasing the low water solubility of curcumin, which is a very useful antioxidant for human body. Human body may produce some free radicals naturally whereas the free radicals may also be produced because of external effects like smoking cigarettes or consuming highly toxic dietary products in daily life.These free radicals are especially harmfull for human body cells and even destroy the DNA. For neglecting any kind of destruction,the free radicals produced by either humabn body or external effects,should be neutralized by antioxidants. Curcumin is one of the most important antioxidants,extracted from the turmeric plant.It is very useful for treating certain diseases like cancer. There are many different types of pharmaceutical and alternative medicine products which contain curcumin as the main ingredient. The water solubility of curcumin, is not sufficient for many of its pharmaceutical uses. Since the human body consists of mostly water, it is easier to consume a highly water soluble antioxidant. Low water solubility limits the curcumin applications in drug and foods. In this study, polyethyleneglycol is chosen as complexing agent for increasing the water solubility and it is bicompatible and not toxic. It is a non-ionic surfactant, which has an advantage that is the solvating power for numerous substances that are sparingly soluble in water. This action can be described to the formation of a sort of complex between the polyethylene glycol and the active substance. Different molecular weights from 400 which is a nonvolatile liquid, to 4000-5000 which is waxy at room temperature, are available. Three types of Polyethyleneglicol with different molecular weights were used for the experiments. Three different PEG concentrations were chosen and PEG solutions were prepared. Since the curcumin is a coloured reagent, it was known that it will give a maximum absorbance at a specific wavelength. The measurements are made with a UV Visible dedector in a range of 300 to 500 nm. Three different curcumin concentrations are chosen having PEG and curcumin as the main component. For each concentration, three set of samples are prepared. Each set of sample solutions are also measured with the same method as the calibration solutions. The absorbance values at the maximum wavelength are obtained so that the amount of dissolved curcumin in PEG can be calculated via using the calibration equations. As we can see from the results of the studies, curcumin amounts in the PEG solutions were increased in high concentrated PEG solutions and especially high molecular weight PEG types. PEG1500 solutions have the highest solubility of the curcumin. Although it is expected to have a highe solubility value in 20% of PEG1500, higher curcumin concentration is obtained in 10 and 15%.Yüksek LisansM.Sc