Mandalina kabuğundan elde edilen ekstraktın enkapsülasyonu ve yenilebilir filmde kullanılması
Encapsulation of mandarin peel extract and its utilization in edible films
Yazar: ZAINAB ZEIN ALABIDEIN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MERAL YILDIRIM YALÇIN
İstanbul Aydın Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Günümüzde, biyolojik olarak aktif ve doğal kaynaklı bileşiklerin kullanımı, gıda endüstrisinde giderek daha önemli hale gelmektedir. Mandalina kabuğu, yaygın olarak tüketilen turunçgillerin dış tabakasını oluşturan atık bir malzemedir. Mandalina kabuğu ekstraktı, sağlık üzerindeki olumlu etkileri ile bilinen bir dizi biyoaktif bileşen içerir. Büyük bir potansiyele sahip olan mandalina kabuğu, çoklu fonksiyonlara sahip antioksidanlar, vitaminler ve fenolik bileşenler açısından zengin içeriği ile dikkat çekmektedir. Bu bileşenler, bağışıklık sistemini güçlendiren ve bazı hastalıklara karşı koyan anti-inflamatuar ve antioksidan özelliklere sahiptir. Mandalina kabuğu ekstraktı, gıda endüstrisinde doğal bir renklendirici, lezzet arttırıcı veya koruyucu olarak kullanılabilir. Bununla birlikte, bu bileşenlerin kararlılığı ve kullanılabilirliği genellikle çeşitli faktörlerle sınırlıdır. Bu çalışma, mandalina kabuğu ekstraktının mikroenkapsülasyonu için sprey kurutma ve dondurarak kurutma işlemlerini inceleyerek, elde edilen ekstraktın değerli bileşenlerini korumayı amaçlamaktadır. Ayrıca elde edilen mikrokapsüllerin yenilebilir filmlerle entegrasyonunu incelenerek, bu filmlerin gıda endüstrisinde aktif paketleme ve gıda muhafaza uygulamalarında avantaj sağlama potansiyelinin araştırılmasını hedeflenmektedir. Sprey kurutma ve dondurarak kurutma yöntemleri ile duvar malzemesi olarak maltodekstrin (MD) ve peynir altı suyu protein izolatı (WPI) kullanılarak oluşturulan enkapsüle tozlarda enkapsülasyon etkinliği sırasıyla %63,72 ve %55,26 olarak ölçülmüştür. Elde edilen enkapsüle tozların toplam fenolik madde ve antioksidan aktivite açısından zengin oldukları bulunmuştur. Toplam flavonoid içeriği sprey kurutma yöntemi ile elde edilen mikrokapsüllerde 157,11 mg KE / 100 g ve liyofilize mikrokapsüllerde 103,11 mg KE / 100 g olarak bulunmuştur. SEM analizleri, sprey kurutma ile elde edilen mikrokapsüllerin genellikle düzensiz yüzeylere sahip küresel bir şekil aldığını, dondurularak kurutulmuş mikrokapsüllerin ise önemli gözeneklilik gösterdiğini ortaya koymuştur. Üretilen enkapsüle tozlar kitosan (CH) ve WPI ile üretilen filmlere aktif bileşen olarak eklenmiştir. Ayrıca filmler vanilin ile çapraz bağlanarak biyolojik bir çapraz bağlama ajanının etkileri incelenmiştir. Antimikrobiyal özellik kazandırmak amacıyla filmlere mandalina kabuğu esansiyel yağı eklenmiştir. Film analizleri kapsamında nem, kalınlık ve yoğunluk değerleri belirlenmiştir.  Suda çözünürlük, suda şişme, su buharı geçirgenliği (WVP) gibi bariyer özellikleri, opaklık gibi optik özellikler ve toplam fenolik madde, flavonoid, antioksidan ve askorbik asit değerleri incelenmiştir. Ayrıca filmlerin Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Bacillus cereus, Salmonella typhi ve Staphylococcus aureus patojenlerine karşı antimikrobiyal aktiviteleri belirlenmiştir. Çapraz bağın, suda şişme ve çözünürlük değerlerini ve diğer mekanik özellikleri azalttığı ve WVP'yi önemli ölçüde etkilemediği gösterilmiştir. Filmlere ilave edilen mikroenkapsüle ekstraktlar, suda çözünürlük ve şişme değerlerini ve WVP değerlerini azaltmıştır. Ekstraktların varlığı, filmlerin çekme mukavemetini azaltırken maksimum uzama miktarını artırmıştır. Mandalina kabuğu esansiyel yağının hidrofobik özelliği nedeniyle, filmlerin suda çözünürlük ve şişme değerlerini önemli ölçüde düşürdüğü ve WVP'yi kontrol ve çapraz bağlı filmlere göre daha düşük seviyelere getirdiği belirlenmiştir. Mandalina kabuğu yağı, ilave edildiği filmler ve vanilin ile çapraz bağlanmış filmlerde çeşitli gıda patojenlerine karşı antimikrobiyal etki görülmüştür. Bu çalışma, mandalina kabuğu ekstraktının farklı yöntemlerle enkapsülasyonunu ve elde edilen enkapsüle tozların ilave edildikleri filmlerin fiziksel, bariyer, mekanik, biyoaktif ve antimikrobiyal özelliklerini kapsamlı bir şekilde incelemiştir.

Anahtar Kelimeler: Mandalina kabuğu, Mikroenkapsülasyon, Yenilebilir film, Biyoaktif bileşikler, Antimikrobiyal aktivite

Abstract:
Nowadays, the use of biologically active and naturally derived compounds is becoming increasingly important in the food industry. Mandarin peel is a waste material that forms the outer layer of commonly consumed citrus fruits. Mandarin peel extract contains a number of bioactive components known for their positive effects on health. Mandarin peel, which has great potential, attracts attention with its rich content of antioxidants, vitamins and phenolic compounds with multiple functions. These components have anti-inflammatory and antioxidant properties that strengthen the immune system and resist certain diseases. Mandarin peel extract can be used as a natural colorant, flavor enhancer or preservative in the food industry. However, the stability and availability of these components are often limited by various factors. This study aims to preserve the valuable components of the obtained extract by investigating the spray drying and freeze-drying processes for microencapsulation of mandarin peel extract. It is also aimed to investigate the integration of the obtained microcapsules with edible films and the potential of these films to provide advantages in active packaging and food preservation applications in the food industry. Encapsulation efficiency in encapsulated powders formed using maltodextrin (MD) and whey protein isolate (WPI) as wall material by spray drying and freeze-drying methods was measured as 63.72% and 55.26%, respectively. The obtained encapsulated powders were rich in total phenolic substance and antioxidant activity. Total flavonoid content was found to be 157.11 mg KE/100 g in microcapsules obtained by spray drying method and 103.11 mg KE/100 g in lyophilized microcapsules. SEM analyses revealed that microcapsules obtained by spray drying generally had a spherical shape with irregular surfaces, while freeze-dried microcapsules showed significant porosity. The encapsulated powders produced were added as active ingredients to the films produced with chitosan (CH) and WPI. In addition, the films were cross-linked with vanillin and the effects of a biological cross-linking agent were investigated. Mandarin peel essential oil was added to the films in order to impart antimicrobial properties. Moisture, thickness and density values were determined within the scope of film analyses. Barrier properties such as water solubility, water swelling, water vapor permeability (WVP), optical properties such as opacity and total phenolic substance, flavonoid, antioxidant and ascorbic acid values were investigated. In addition, antimicrobial activities of the films against Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Bacillus cereus, Salmonella typhi and Staphylococcus aureus pathogens were determined. It was shown that cross-linking reduced water swelling and solubility values and other mechanical properties and did not significantly affect WVP. Microencapsulated extracts added to the films reduced water solubility and swelling values and WVP values. The presence of extracts decreased the tensile strength of the films while at the same time increasing the maximum elongation amount. Due to the hydrophobic property of mandarin peel essential oil, it was determined that the films significantly reduced water solubility and swelling values and reduced WVP to lower levels compared to control and cross-linked films. Antimicrobial activity against various food pathogens was observed in the films to which mandarin peel oil was added and, in the films, cross-linked with vanillin. This study comprehensively investigated the encapsulation of mandarin peel extract by different methods and the physical, barrier, mechanical, bioactive and antimicrobial properties of the films containing the encapsulated powders.

Keywords: Mandarin peel, Microencapsulation, Edible film, Bioactive compounds, Antimicrobial activity