Bartın bölgesinde yayılış gösteren bazı taksonların bitkisel çay potansiyelinin araştırılması

Abstract

Bu çalışmada, Bartın bölgesinde (Türkiye) yayılış gösteren Salvia tomentosa Mill. "Şalba" yapraklarının ve Sideritis taurica Stephan ex Wild. (Lamiaceae) "Kırımçayı" çiçek başaklarının bitkisel çay potansiyelleri araştırılmıştır. Çalışmada, yaprak ve çiçek başaklarından hazırlanmış olan çayların fizikokimyasal özellikleri ve biyoaktiviteleri farklı kurutma ve demleme yöntemi ve ikili etkileşimler üzerinden incelenmiştir. Taze, gölgede, mikrodalgayla 360W ve 600W'de kurutulmuş olan yaprak ve çiçek başaklarının çayları dekoksiyon, infüzyon ve maserasyon yöntemleriyle hazırlanmıştır. Çalışma kapsamında, farklı yöntemlerle kurutulmuş olan bitkilerin kuru madde miktarı, 103°C'de kütle kaybı, toplam kül miktarı, suda çözünen ve çözünmeyen kül miktarı, asitte çözünmeyen kül miktarı, sıcak su ekstraktı ve ham lif içeriği belirlenmiştir. Ayrıca, kahverengileşme ve fermantasyon indeksleri belirlenerek, kurutma yöntemlerinin neden olduğu hücresel değişimler anatomik olarak incelenmiştir. Bununla birlikte, farklı yöntemlerle kurutulmuş olan yaprak ve çiçek başaklarından hazırlanan çayların pH'si, CIE L*, a*, b*, C* ve H* renk parametreleri, titrasyon asitliği, toplam fenolik ve flavonoid madde miktarları, antioksidan aktiviteleri (ABTS•+, DPPH•, CUPRAC ve FRAP), asetilkolinesteraz (AChE) inhibisyon aktiviteleri ve duyusal özellikleri değerlendirilmiştir. Bu değerlendirmeler sonucunda biyoaktivite açısından en iyi sonucu veren çayların, fenolik içerikleri, aminoasit içerikleri, vitamin B7 (biotin) ve C vitamini (L-askorbik asit) miktarları, esansiyel ve esansiyel olmayan elementel içerikleri analiz edilmiştir. Tespit edilen fenolik bileşenlerin, insan AChE (PDB ID: 4m0e) ile moleküler kenetlenmeleri, moleküler dinamik simülasyonları ve ADMET profilleri belirlenmiştir. S. tomentosa'nın kuru madde miktarı %90,12 ve S. taurica'nın %91,88, toplam kül miktarları sırasıyla %9,88 ve %8,12 oranında tespit edilmiştir. S. tomentosa yapraklarındaki toplam külün %52,25'i ve S. taurica çiçek başaklarındaki toplam külün %40,87'si suda çözünmüştür. Asitte çözünmeyen kül oranları sırasıyla %0,05 ve %0,24 olmuştur. Ham lif içeriği açısından %8,59 ile S. tomentosa ISO gereksinimlerini karşılarken, S. taurica %21,43 gibi yüksek bir oranla eşik değerin üzerine çıkmıştır. Çayların kahverengileşme ve fermantasyon indeksleri kurutma yöntemlerine göre değişiklik göstermiştir. Yapılan anatomik incelemelerde ise kurutma yöntemlerinin etkileri birbirlerinden çok farklı olmuştur. Mikrodalga ile kurutma işleminin, uygulanan kurutma gücüne göre hücresel düzeyde tahribatının farklı olduğu görülmüştür. Gölgede kurutma işlemi her iki bitkinin hücre yapılarını hemen hemen taze haldekine yakın korumuştur. Bununla birlikte, mikrodalga gücünün artışına paralel olarak hücresel bozulmalar artmıştır. Özellikle, S. taurica'da hücreler hemen hemen patlamış matris serbest kalmıştır. Çayların suda çözünür kuru madde miktarı üzerinde dekoksiyon yöntemi daha etkili olurken, her iki bitki için mikrodalgada 600W kurutma-dekoksiyon etkileşimi en yüksek miktarı vermiştir (S. tomentosa: 0,25 °Brix, S. taurica 0,45 °Brix). Ölçümler sonucunda, S. tomentosa çayları S. taurica'ya kıyasla biraz daha bazik karakterde olduğu gözlenmiştir. S. tomentosa için en düşük pH 5,06, en yüksek 5,70, S. taurica için en düşük 4,87, en yüksek 5,28 olarak ölçülmüştür. pH açısından ikili etkileşimlerin (kurutma ve demleme yöntemi) daha belirleyici olduğu tespit edilmiştir. Her iki bitkinin, mikrodalga ile kurutulup dekoksiyon yöntemi ile demlenen çaylarının rengi daha koyu olmuştur. S. tomentosa çaylarının toplam asitlik miktarları üzerinde dekoksiyon yöntemi ana belirleyici olurken, S. taurica çaylarında belirleyici olarak iki etkileşimler daha çok ön plana çıkmıştır. S. tomentosa'nın en yüksek toplam asitlik değeri 20,58 mg/100 mL çay (600W-dekoksiyon) ve S. taurica'nın 17,02 mg/100 mL çay (360W dekoksiyon) olarak tespit edilmiştir. Çalışmanın en ilginç bulgularından birisi S. tomentosa'nın toplam fenolik madde miktarı (TPC) açısından olmuştur. S. tomentosa'nın 600W'de kurutulmuş yapraklarından dekoksiyon, infüzyon ve maserasyon yöntemleri ile hazırlanan çayların TPC miktarları hemen hemen (54,450–58,808 mg GAE/100 mL çay) birbirine yakın olmuştur. S. taurica çaylarının TPC'si ise 8,967–34,838 (mg GAE/100 mL çay) arasında tespit edilmiştir. S. tomentosa çaylarının toplam flavonoid madde miktarı (TFC) üzerinde kurutma yöntemleri açısından, 600W mikrodalga kurutma ana belirleyici uygulama olarak tespit edilmiştir. Örneğin gölgede kurutulmuş ve maserasyon yöntemiyle hazırlanmış olan çayın TFC'si 0,381'ken (mg QE/100 mL çay) bu oran 600W'de 51,378'e (mg QE/100 mL çay) çıkmıştır. S. taurica çaylarının TFC'si üzerinde ana belirleyici ikili etkileşimler olmuştur. Genel olarak, mikrodalga ile 600W'de kurutulan ve dekoksiyon yöntemi ile hazırlanan çayların antioksidan aktivitesi daha yüksek olmuştur. Çayların, Alzheimer hastalığında etkisi olan AChE enzimi üzerinde en yüksek inhibisyonu %58,83'le S. taurica (600W-dekoksiyon) sergilemiştir. S. tomentosa'nın AChE inhibisyon oranı ise %48,24 (600W-dekoksiyon) olmuştur. Panelistler tarafından yapılan değerlendirmelerde S. tomentosa'nın mikrodalga ile 360W'de kurutulmuş olan yapraklarından infüzyon yöntemi ile hazırlanan çayı en çok beğenilen olmuştur. S. taurica'nın ise gölgede kurutulan ve infüzyon yöntemi ile hazırlanan çayı daha çok beğenilmiştir. Çaylarda tespit edilen rutin trihidrat bileşiği, in silico (moleküler kenetlenme) çalışmalarda insan AChE'sine (PDB ID: 4m0e) -9,7 kcal/mol-1 gibi yüksek bir affinite ile bağlanmıştır. Rutin trihidratın bu yüksek bağlanma serbest enerjisi yapmış olduğu çok sayıda hidrojen bağı ve hidrofobik etkileşimden kaynaklandığı ve Periferik Aromatik Bölge-Katalitik Aktif Bölge'de (PAS-CAS) yer alan aminoasit kalıntıları ile etkileşim kurmakta olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, rutin trihidrat bileşiği moleküler dinamik simülasyon (MDS) çalışmalarında moleküler kenetlenme ile paralel olacak şekilde en yüksek bağlanma serbest enerjisine (∆G bağlanma = -48,1485 ± 3,4752 kcal/mol-1) sahip olmuştur. Bununla birlikte, ADMET profili açısından, bazı parametreler rutin trihidratın AChE inhibitör adayı için uygun olduğunu gösterse de, özellikle düşük BBB geçiş ihtimali ve yüksek AMES ve DILI olma ihtimalini yansıtan skorlar, bu molekülün merkezi sinir sistemi rahatsızlıklarında öncü aday olma ihtimalini kısıtlamaktadır. Elde edilen sonuçlara göre, her bitkinin taze halde ve hasat sonrası uygulanan işlemlerde fizikokimyasal profil ve biyoaktivite açısından farklı yanıtlar verdiği tespit edilmiştir. Genel olarak, mikrodalgayla 600W'de kurutulmuş yaprak ve çiçek başaklarından dekoksiyon yöntemiyle hazırlanmış çaylar en iyi biyoaktiviteyi sergilemiştir. Ayrıca, bu çaylar ekstraktif bileşenler açısından da en zengin çaylar olmuştur. Bununla birlikte, AChE üzerinde de orta derecede inhibisyon göstermişlerdir. Her iki bitkide ISO'nun çay standartlarını büyük ölçüde karşılamıştır. Genel eğilimi belirlemek açısından yapılan organoleptik testlerde infüzyon yöntemi ile hazırlanmış olan çaylar daha çok beğenilmiştir. S. tomentosa'nın geniş bir yayılışa sahip olması ve elde edilen tüm bu bulgular, onun S. officinalis'e alternatif bir çay potansiyeli taşıdığını ve tat açısından optimizasyona ihtiyaç duyduğunu göstermektedir. Sonuç olarak, S. tomentosa'nın alternatif ve takviye edici çay potansiyeli taşıdığı, S. taurica'nın ise daha çok ürün geliştirme formülasyonlarında kullanılabileceği öngörülmektedir.This study investigated the herbal tea potential of Salvia tomentosa Mill. "Şalba" leaves and Sideritis taurica Stephan ex Wild. (Lamiaceae) "Kırımçayı" flower spikes, which are distributed in the Bartın region (Türkiye). The physicochemical properties and bioactivities of teas prepared from the leaves and flower spikes were examined through different drying and brewing methods and their interactions. Herbal teas were prepared from fresh, shade-dried, 360W and 600W microwave-dried leaves and flower spikes using decoction, infusion, and maceration methods. The study determined the dry matter content, mass loss at 103°C, total ash content, water-soluble and insoluble ash content, acid-insoluble ash content, hot water extract, and crude fiber content of the plants dried using different methods. Additionally, browning and fermentation indices were determined, and the cellular changes caused by the drying methods were anatomically examined. However, the pH, CIE L*, a*, b*, C* and H* color parameters, titratable acidity, total phenolic and flavonoid content, antioxidant activities (ABTS•+, DPPH•, CUPRAC and FRAP), acetylcholinesterase (AChE) inhibition activities and sensory properties of teas prepared from leaves and flower spikes dried by different methods were evaluated. As a result of these evaluations, the teas that yielded the best results in terms of bioactivity were analyzed for their phenolic content, amino acid content, vitamin B7 (biotin) and vitamin C (L-ascorbic acid) content, as well as essential and non-essential elemental content. The molecular docking of the identified phenolic components with human AChE (PDB ID: 4m0e) was performed, and molecular dynamics simulations together with ADMET profile analyses were subsequently conducted. The dry matter content of S. tomentosa was determined to be 90.12% and that of S. taurica 91.88%, with total ash content of 9.88% and 8.12%, respectively. 52.25% of the total ash in S. tomentosa leaves and 40.87% of the total ash in S. taurica flower spikes were water-soluble. The percentages of acid-insoluble ash were 0.05% and 0.24%, respectively. In terms of crude fiber content, S. tomentosa met ISO requirements with 8.59%, while S. taurica exceeded the threshold with a high percentage of 21.43%. The browning and fermentation indices of the teas varied according to the drying methods. Anatomical examinations revealed significant differences in the effects of the drying methods. Microwave drying induced varying degrees of cellular damage depending on the applied power level. In contrast, shade drying largely preserved the cellular structures of both plants, maintaining a morphology close to that of the fresh samples. However, cellular disruption increased proportionally with increasing microwave power. Notably, in S. taurica, the cells were observed to undergo extensive rupture, resulting in the release of the cellular matrix. Although the decoction method proved more effective in determining the water-soluble dry matter content of the teas, the interaction between 600 W microwave drying and decoction produced the highest values for both plants (S. tomentosa: 0.25 °Brix; S. taurica: 0.45 °Brix). As a result of the measurements, it was observed that S. tomentosa teas were slightly more alkaline in character compared to S. taurica. The lowest pH measured for S. tomentosa was 5.06, the highest was 5.70, and the lowest for S. taurica was 4.87, the highest was 5.28. It was determined that the interaction between drying and brewing methods was more decisive with respect to pH. The teas of both plant species that were microwave-dried and brewed using the decoction method exhibited a darker color. While the decoction method was the primary determinant of total acidity in S. tomentosa teas, the interaction between the two factors was more influential in determining the total acidity of S. taurica teas. The highest total acidity values were recorded as 20.58 mg/100 mL tea for S. tomentosa (600 W, decoction) and 17.02 mg/100 mL tea for S. taurica (360 W, decoction). One of the most interesting findings of the study was in terms of total phenolic content (TPC) of S. tomentosa. The total phenolic content (TPC) of teas prepared from S. tomentosa leaves dried at 600 W using the decoction, infusion, and maceration methods was found to be comparable, ranging from 54.450 to 58.808 mg GAE/100 mL tea. In contrast, the TPC of S. taurica teas varied between 8.967 and 34.838 mg GAE/100 mL tea. With respect to drying methods, 600 W microwave drying was identified as the primary factor influencing the total flavonoid content (TFC) of S. tomentosa teas. For instance, the TFC of shade-dried teas prepared by maceration was 0.381 mg QE/100 mL tea, whereas this value markedly increased to 51.378 mg QE/100 mL tea following drying at 600 W. In S. taurica teas, binary interactions between drying and brewing methods were more influential in determining TFC. Overall, teas prepared from leaves dried at 600 W using microwave drying and brewed by the decoction method exhibited higher antioxidant activity. The highest acetylcholinesterase (AChE) inhibitory activity, which is relevant to Alzheimer's disease, was observed in S. taurica tea prepared by decoction after 600 W microwave drying (58.83%), while S. tomentosa tea under the same conditions exhibited an inhibition rate of 48.24%. Sensory evaluation indicated that the infusion prepared from S. tomentosa leaves dried at 360 W using microwave drying was the most preferred by panelists, whereas the infusion prepared from shade-dried S. taurica leaves received higher preference scores. Rutin trihydrate identified in the teas demonstrated a high binding affinity toward human acetylcholinesterase (AChE; PDB ID: 4m0e), with a docking score of −9.7 kcal/mol-1 in in silico molecular docking analyses. The strong binding affinity of rutin trihydrate was attributed to the formation of multiple hydrogen bonds and hydrophobic interactions with amino acid residues located within the peripheral anionic site and catalytic active site (PAS–CAS) regions of the enzyme. Furthermore, molecular dynamics simulation (MDS) analyses revealed that rutin trihydrate exhibited the highest binding free energy (ΔGbind = −48.1485 ± 3.4752 kcal/mol-1), consistent with the docking results. However, ADMET profiling indicated that, although certain parameters support rutin trihydrate as a potential AChE inhibitor, its low blood–brain barrier (BBB) permeability and high predicted probabilities of AMES mutagenicity and drug-induced liver injury (DILI) considerably limit its suitability as a lead compound for the treatment of central nervous system disorders. Based on the obtained results, both plant species exhibited distinct responses in terms of physicochemical properties and bioactivity in fresh and post-harvest processed forms. Overall, teas prepared by decoction from leaves and flower spikes dried at 600 W using microwave drying demonstrated the highest bioactivity and were richest in extractive components, although they exhibited only moderate acetylcholinesterase (AChE) inhibition. Both species largely complied with ISO tea standards. Sensory evaluation revealed that infusion-prepared teas were generally preferred. Considering the wide distribution of S. tomentosa and the overall findings, this species is suggested to have potential as an alternative tea, although further optimization is required to improve its sensory attributes. In conclusion, S. tomentosa appears to have promise as an alternative and supplementary tea, whereas S. taurica may be more suitable for use in product development formulations