Farklı yöntemler kullanılarak elde edilen demir kapsüllerinin karakterizasyonu ve gıda zenginleştirilmesinde kullanımı
Characterization of iron capsules obtained using different methods and their use in food fortification
Yazar: ALİME CENGİZ
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN GENÇCELEP
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Fonksiyonel besinler = Functional foods

Özet:
Bu tez kapsamında, demir sülfat, aljinat hidrojelleri, lipozom ve lipozom dolgulu aljinat jelleri yöntemleri kullanılarak enkapsüle edilerek, bu kapsüllerin gıda zenginleştirmesindeki etkinliği araştırılmıştır. İlk aşamada, lipozom ve aljinat hidrojelleri yöntemleri optimize edilmiş ve kapsüllerin fiziksel ve kimyasal karakterizasyonu yapılmıştır. Lipozomlarla %95 enkapsülasyon verimliliğine sahip demir kapsülleri üretilirken, optimal formülasyonun, fosfat tamponu içinde 18 g/L fosfatidilkolin, 0.8 g/L kolesterol ve 2 mM demir konsantrasyonunu içerdiği tespit edilmiştir. Ancak, daha fazla demir konsantrasyonu lipozom membranında oksidasyonu hızlandırmıştır. Aljinat hidrojel yönteminde ise, sodyum aljinat konsantrasyonu, hava basıncı ve demir konsantrasyonu gibi faktörler optimize edilmiştir. En uygun formülasyon, 20 g/L sodyum aljinat, 1 bar hava basıncı ve 2.5 g/L demir içermektedir, %77 enkapsülasyon verimliliğine sahip demir kapsülleri elde edilmiştir. İkinci aşamada, lipozom ve aljinat hidrojel yöntemleri birleştirilerek %99 enkapsülasyon verimliliğine sahip demir-lipozom jelleri üretilmiş ve bu jellerin oksidatif stabilite üzerindeki etkileri incelenmiştir. Demir-lipozom jellerinin, lipozomların oksidatif stabilitesini artırdığı tespit edilmiştir. Demir kapsüllerinin depolama süresince fiziksel stabilitelerinin belirlenebilmesi için kapsüller, otuz gün boyunca 4°C'de depolanmıştır. Aljinat hidrojellerinin fosfat iyonlarının varlığında bütünlüklerini koruyamadığı ve uzun süreli fiziksel stabilitenin sağlanabilmesi için bu hidrojellerin kalsiyum iyonlarıyla zengin ortamda depolanması gerektiği tespit edilmiştir. Demir lipozomları ve demir-lipozom jellerinin depolama stabiliteleri yüksek bulunmuştur. Üçüncü aşamada, optimum formülasyonda üretilen demir-lipozom jelleri kefire eklenerek, kefirin oksidatif stabilitesi üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Kefir içinde demir kapsüllerinin varlığı, fiziksel ve oksidatif stabilite üzerinde istatistiksel olarak bir fark yaratmadığı gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, demir sülfat aljinat hidrojelleri, lipozomlar ile başarılı bir şekilde enkapsüle edilmiştir. Demir-lipozomlarının aljinat jellerine doldurulmasıyla, lipozom vezikülleri sodyum aljinatın ağ yapısında sabitlenmiş ve oksijenle teması önlenmiştir. Bu sayede yüksek demir konsantrasyonunun, lipozomların doymamış yağ membranında oksidasyona yol açma riski başarılı bir şekilde engellenmiştir.

Abstract:
In this thesis, iron sulfate was encapsulated using methods such as alginate hydrogels, liposomes, and liposome-filled alginate gels was investigated for their effectiveness in food fortification. In the first stage, the methods of liposomes and alginate hydrogels were optimized, and the physical and chemical characterization of the capsules was conducted. Iron capsules with a 95% encapsulation efficiency were produced using liposomes, and the optimal formulation was determined to include 18 g/L phosphatidylcholine, 0.8 g/L cholesterol, and 2 mM iron concentration in a phosphate buffer. However, higher iron concentrations accelerated oxidation in the liposome membrane. In the alginate hydrogel method, factors such as sodium alginate concentration, air pressure, and iron concentration were optimized. The most suitable formulation comprised 20 g/L sodium alginate, 1 bar air pressure, and 2.5 g/L iron, resulting in iron capsules with a 77% encapsulation efficiency. In the second stage, the liposome and alginate hydrogel methods were combined to produce iron-liposome gels with a 99% encapsulation efficiency, and their effects on oxidative stability were examined. It was determined that iron-liposome gels enhanced the oxidative stability of liposomes. To assess the physical stability of iron capsules during storage, the capsules were stored for thirty days at 4°C. Alginate hydrogels could not maintain their integrity in the presence of phosphate ions, and for long-term physical stability, these hydrogels needed to be stored in a calcium ion-rich environment. Storage stability was found to be high for both iron liposomes and iron-liposome gels. In the third stage, iron-liposome gels produced from the optimal formulation were added to kefir, and their effects on the oxidative stability of kefir were evaluated. The presence of iron capsules in kefir did not statistically differ in terms of physical and oxidative stability. In conclusion, iron sulfate was successfully encapsulated using alginate hydrogels and liposomes. The filling of iron-liposomes into alginate gels immobilized the liposome vesicles in the sodium alginate network, preventing oxygen contact. This successfully prevented the risk of oxidation in the unsaturated lipid membrane of liposomes.