Sodyum kazeinat ve gam arabik kompleksi ile nanoenkapsüle edilmiş EPA/DHA preparatının meyve suyu zenginleştirilmesinde kullanılması
Nanoencapsulation of EPA/DHA with sodium caseinate-gum arabic complex and using enrichment of fruit juice
Yazar: HÜLYA İLYASOĞLU
Danışman: PROF. DR. SEDEF NEHİR EL
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Dokosahekzaenoik asitler = Docosahexaenoic acids ; Eikosapentaenoik asit = Eicosapentaenoic acid ; Zenginleştirme = Enrichment

Özet:
Omega-3 yağ asitleri grubunda olan EPA (eikosapentaenoik asit) ve DHA (dokosahekzaenoik asit), kardiovasküler sağlık ve zihinsel gelişim açısından çok önemli ve diyetle alınması gereken zorunlu yağ asitleridir. Bu yağ asitlerinin en önemli gıda kaynağı balıktır ve balık tüketiminin özellikle ülkemizde yetersiz düzeylerde olması bu zorunlu yağ asitlerinin yetersizliğine neden olmaktadır. Bu yağ asitlerinin yetersiz alımını önleme yollarından biri düşük yağ içerikli gıdaların zorunlu yağ asitlerince zenginleştirilmesidir, bu konudaki en önemli kısıtlama yağ asitlerinin hidrofobik yapısıdır. Bu nedenle yağsız veya düşük yağlı sulu gıdaların yağda çözünen bileşiklerce zenginleştirilmesinde kullanılmak üzere, bu besin öğelerini bağlayan ancak lipit yapısından olmayan taşıyıcıların oluşturulmasına ait çalışmalara gereksinim gün geçtikçe artmaktadır. Bu çalışmada, nano taşıyıcı olarak kullanılmak üzere sodyum kazeinat-gam arabik kompleks oluşumu üzerine pH ve konsantrasyonun incelenmesi, EPA/DHA kaynağı olarak balık yağının sodyum kazeinat-gam arabik kompleksi ile nanoenkapsüle edilmesi, meyve suyunun nanoenkapsüle balık yağı içeren preparatlarla zenginleştirilmesi ve duyusal değerlendirme sonucu en çok tercih edilen düzeyde EPA+DHA içeren preparatla zenginleştirilmiş meyve suyunda in vitro sindirim sonrası sindirilirlik yüzdesinin saptanması planlanmıştır.Çalışmanın birinci kısmında EPA ve DHA kaynağı olan balık yağının enkapsülasyonu için sodyum kazeinat-gam arabik (protein-polisakkarit) kompleksinin karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla kompleks oluşumu üzerine pH ve konsantrasyonun etkisi incelenmiştir. Sodyum kazeinat-gam arabik kompleks oluşumu üzerine konsantrasyon etkisinin belirlenmesi amacıyla dört farklı konsantrasyonda sodyum kazeinat çözeltisi (% 0.05-0.1-0.15-0.2 ağırlık hacim (a/h)) ve beş farklı konsantrasyonda gam arabik çözeltisi (% 0.05-0.1-0.2-0.5-1 a/h) incelenmiştir. Tüm sodyum kazeinat çözeltilerinde ortama gam arabik ilavesi ile sistemin absorbansının maksimuma çıktığı (% 0.05 a/h Na-kazeinat için % 0.05 a/h GA, % 0.1 a/h Na-kazeinat için % 0.1 GA a/h, % 0.15 a/h Na-kazeinat için % 0.1 a/h GA, % 0.2 a/h Na-kazeinat için % 0.2 a/h gam arabik konsantrasyonunda) ve sistemde çökme olduğu gözlenmiştir. Ortama daha fazla miktarda gam arabik ilavesi ile karışımda çökmenin önlendiği, absorbans değerlerinin düştüğü ve sabitlendiği saptanmıştır. Çalışmada tüm sodyum kazeinat çözeltilerinde ortama % 1 a/h GA ilavesi ile absorbansda çok az artış gözlenmiştir, bunun nedeninin oluşan komplekslerin çözünürlük limitine yaklaşması olduğu düşünülmektedir. Sodyum kazeinat konsantrasyonu arttıkça absorbans değerleri de artmıştır. % 0.05 ve % 0.1 a/h sodyum kazeinat çözeltileriyle daha düşük absorbans değerleri elde edilmiştir, ortamda % 0.2-0.5 a/h gam arabik bulunması durumunda bu sistemlerin berrak ve çökmeye karşı dirençli oldukları gözlenmiştir.Sodyum kazeinat-gam arabik kompleksi oluşumu üzerine pH etkisinin belirlenmesi amacıyla % 0.1 a/h sodyum kazeinat/ 0.2 a/h gam arabik karışımı ile çalışılmış ve bu karışım üzerine yedi farklı pH'ın (pH 3-3.5-4-4.5-5-5.5-6) etkisi incelenmiştir. Sodyum kazeinatın izoelektrik noktası pH 4.5-5 aralığında olmasına karşın ortama yeterli miktarda GA ilavesinin çökmeyi engellediği ve pH 4-5 aralığında stabil ve çözünür kompleksler oluştuğu gözlenmiştir. Zeta potansiyeli ölçümleri de sodyum kazeinat ve gam arabik arasında en güçlü elektrostatik çekimin pH 4-5 aralığında gerçekleştiği çünkü bu pH aralığında iki polimerinde eşit zıt yüklere (pH 4'de sodyum kazeinat 17,8 mV, gam arabik -15.5 mV) sahip oldukları saptanmıştır. Stabil ve çözünür kompleks oluşumu pH 4 ve % 0.1 a/h Na-kazeinat/ % 0.2 a/h GA konsantrasyonunda saptanmış ve bu koşullar balık yağının nanoenkapsülasyonunda kullanılmıştır.Çalışmanın ikinci kısmında zenginleştirme kaynağı olarak kullandığımız balık yağının EPA içeriği 97.50±9.99 mg/g, DHA içeriği 123.67±9.35 mg/g olarak bulunmuştur. Sodyum kazeinatın balık yağını bağlama kapasitesi 1.75±0.09 g yağ/g sodyum kazeinat olarak bulunmuştur. Çalışmanın birinci kısmında elde edilen sonuçlar doğrultusunda pH 4'de % 0.1 a/h sodyum kazeinat/0.2 a/h gam arabik karışımı ile elde edilen kompleks, balık yağının nanoenkapsülasyonunda kullanılmıştır. Elde edilen nanoenkapsüle preparatlarda serbest yağ miktarı 44.74±6.64 mg/ g toz preparat, enkapsüle yağ miktarı 167.23±11.32 mg /g toz preparat olarak saptanmıştır. Enkapsülasyon verimi % 78.88±2.89 bulunmuştur. Sodyum kazeinat- gam arabik kompleksi ile nanoenkapsüle edilen balık yağı partiküllerinin boyutu 124.54±21.07 nm olarak saptanmıştır. 100 ml meyve suyunda 40, 50 ve 60 mg EPA+DHA olacak şekilde toz preparatlar ile zenginleştirilen meyve sularının duyusal değerlendirilmesi sonucunda 40 mg EPA+DHA içeren meyve suyu örneği diğer ikisinden farklı bulunmuş ve reddedilmiştir (p<0.05). Duyusal değerlendirme sonucu en çok tercih edilen EPA+DHA konsantrasyonunda (60 mg EPA+DHA/ 100 ml meyve suyu) zenginleştirilen meyve suyuna in vitro sindirilirlik analizi yapılmıştır. DHA'nın sindirilirliği % 56.16±6.39, EPA'nın % 36.25±5.38 ve EPA+DHA'nın sindirilirliği % 47.37±10.65 olarak saptanmıştır.

Abstract:
Eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA), two major types of omega-3 fatty acids, are important essential fatty acids for brain development and cardiovascular health and must be obtained in diet. Fish is the most important dietary source of these fatty acids and insufficient fish consumption, particularly in our country, results inadequate intake of these acids. One way for preventing inadequate intake of essential fatty acids is fortification of foods with these fatty acids, but the most important limitation about this subject is the hydrophobicity of these fatty acids. For this reason, nowadays the need for studies on non-lipid carriers that bind lipid soluble nutrients for the enrichment of non-fat and low-fat liquid foods are increasing. In this study, investigating the potential impact of pH and concentration on the formation of sodium caseinate-gum arabic complex as nano-carrier, nanoencapsulating fish oil as a source of EPA/DHA with sodium caseinate-gum arabic complex, enrichment of fruit juices with preparations containing nanoencapsulated fish oil and after in vitro digestion, determining bioaccessibility of EPA/DHA in enriched fruit juices with the most preferred EPA+DHA concentration through sensory evaluation were planned.In the first part of this study, sodium caseinate-gum arabic complex was characterized for the encapsulation of fish oil as EPA and DHA source. For this, the effects of pH and concentration on the formation of complexes were investigated. Four different concentrations of sodium caseinate (NA-caseinate) (0.05-0.1-0.15-0.2 weight/ volume (w/v) %) and five different concentrations of gum arabic (GA) (0.05-0.1-0.2-0.5-1 w/v %) were investigated for determining the effect of concentration on the complex formation. For all sodium caseinate solutions, the absorbance values reached to a maximum value ( for 0.05 w/v % Na-caseinate at 0.05 w/v % GA, for 0.1 w/v % Na-caseinate at 0.1 w/v % GA, for 0.15 w/v % Na-caseinate at 0.15 w/v % GA, for 0.2 w/v % Na-caseinate at 0.2 w/v % GA) and precipitation was appeared at the system. With the addition of more gum arabic to the system, precipitation was prevented, absorbance values decreased and reached a constant value. For all Na-caseinate solutions, addition of 1 w/v % GA caused a slight increase in absorbance values, indicating approaching the solubility limit of thes complexes. The higher sodium caseinate concentrations showed high absorbance values. More lower absorbance values were obtained with 0.05 and 0.1 w/v % sodium caseinate solutions, these systems were clear and resistant to precipitation when GA concentration between 0.2 and 0.5 w/v %.Seven different pH (pH 3-3.3-4-4.5-5-5.5-6) were investigated for determining the pH effect on complex formation and at this analysis mixture of 0.1 w/v % Na-caseinate-0.2 w/v % GA was used. While isoelectric pH of sodium caseinate was between pH 4.5-5, it was observed that the addition of gum arabic to the media prevented precipitation and at pH 4-5 stabile and soluble complexes were formed. Zeta potential measurements also were showed that the strongest electrostatic interaction between sodium caseinate and gum arabic formed at pH 4-5 because at this pH range these two bipolymers have equal opposite charges (at pH 4 sodium caseinate 17.8 mV, gum arabic ? 15.5 mV). The stabile and soluble complex formation was observed at pH 4 and 0.1 w/v % sodium caseinate-0.2 w/v % gum arabic concentration and these conditions were used for the nanoencapsulation of fish oil.In the second part of this study EPA and DHA contents of fish oil, used as fortification source, was 97.50 ± 9.99 mg/g and 123.67± 9.35 mg/g, respectively. The oil binding capacity of sodium caseinate was found as 1.75±0.09 g oil /g sodium caseinate. From the results of the first part of this study, complex that formed at pH 4 and at the % 0.1 w/v sodium caseinate and % 0.2 w/v gam arabic contentration was used for the encapsulation of fish oil. Free fatty acid content of nanoencapsulated preparation was found 44.74 ± 6.64 mg/ g, encapsulated fatty acid content was found as 167.23±11.32 mg /g powder preparation. Encapsulation efficiency was obtained as 78.88±2.89 %. The particle size of fish oil particles, nanoencapsulated with sodium caseinate and gum arabic, was found 124.54±21.07 nm. As a result of sensory evaluations of 40, 50 and 60 mg EPA+DHA at 100 ml fruit juice, the fruit juice that contains 40 mg EPA+ DHA/ 100 ml was found different from others and rejected (p<0.05). Through the results of sensory evaluation, juice is fortified with the most preferred EPA+DHA concentration (60 mg EPA+DHA/100 ml fruit juice) and the fruit juices analyzed for in vitro digestibility. DHA, EPA and EPA+DHA digestibility found as 56.16±6.39 %, 36.25±5.38 % and 47.37±10.65 %, respectively.