Elektroeğirme yöntemiyle elde edilecek kompozit protein nanofiberlerin yapısal, termal ve antimikrobiyal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the structural, thermal and antimicrobial properties of composite protein nanofibers to be obtained by electrospining method
Yazar: MUSTAFA GÖZLER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜR TARHAN
Uşak Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Elektroeğirme yöntemi = Electrospinning method ; Jelatin = Gelatin ; Nanolif = Nanofiber ; Peynir altı suyu = Whey ; Soya = Soybean

Özet:
Gıdaların üretimden tüketiciye ulaşıncaya kadar geçen süreçte enzimatik ve mikrobiyolojik olarak bozulmaya uğramaları, bu ürünlerin taşınması, paketlenmesi ve depolanması gibi aşamalarda takip ve kontrol edilmesi gereken önemli problemlerdir. Günümüzde, gelişen teknolojilerin sunduğu imkanlarla bu sorunlara çözüm aranmaktadır. Gıdaların, nanoteknoloji ürünü doğal biyopolimer nanolif film malzemelerle güvenli şekilde kaplanmaları ya da ambalajlanmaları son zamanlarda yoğun şekilde araştırılan konular arasındadır. Nanolif malzemeler elektroeğirme tekniği ile üretilirler. Hayvansal ve bitkisel proteinlerden elde edilen nanoliflerin doğal antimikrobiyal maddeler ile zenginleştirilerek kullanılması gıda koruma ve muhafaza anlamında nanoambalaj materyallerini ön plana çıkarmıştır. Özellikle, polietilen oksit (PEO), polivinil alkol (PVA), polikaprolakton (PCL) gibi taşıyıcı polimerlerin ilavesiyle proteinlerin çekilebilirlikleri ve elde edilen nanoliflerin mekanik özelliklerinin güçlendirilmesi sağlanabilmektedir. Bu çalışmanın amacı peyniraltı suyu (PAS) ve soya proteinlerden PEO varlığında elektroeğirme yöntemiyle kompozit nanolif film materyallerinin elde edilmesi, bu filmlerin mikroskopik, spektroskopik, termal ve antimikrobiyal yöntemlerle karakterizasyonu ve gıda uygulamasının araştırılmasıdır. Elektron mikroskopu ile morfolojileri incelenen örneklerde net bir şekilde fiber oluşumu gözlenirken nadiren boncuk oluşumları da gözlenmiştir. Fouirer Transform Infrared Spektrometre (FTIR) bulgularına göre kompozit nanoliflerin yapısındaki PAS, PEO ve zerdeçal ekstraktına ait parmakizi bölgeleri tespit edilmiştir. Termogravimetrik Analiz (TGA) analizi ile nanoliflerin ısıl direnci ve 250-300 ºC sıcaklıklara kadar dayanıklılık gösterdiği görülmüştür. Gıda uygulaması olarak belirlenen mandalinalara kaplama yapıldığında, tekstürel açıdan kontrol örneklerine göre daha dayanıklı olduğu gözlenmiştir. Kaplama öncesi taze mandalinanın L, a ve b değerleri sırasıyla 57,42±0,99, 33,50±1,64 ve 47,97±1,26'dır. Kaplama ve inkübasyon sonucu yıkanan mandalinalardan alınan L, a ve b değerleri, 58,32±1,46, 35,39±1,24 ve 45,85±2,32'dir. Bu sonuçlara göre kaplama öncesi ve kaplama sonrası mandalina kabuk renginde gözle görülür oranda değişiklik olmadığı anlaşılmaktadır. Nanolif kaplama yapılan mandalinaların beyazlık (WI) ve sarılık (YI) indeksleri sırasıyla 1,04 ve 144,22'dır. Buna göre nanolifler beyaza yakın renkte ve zerdeçal ekstraktı eklenen örneklerde sarılık değerinin daha yüksek olduğu görülmüştür. Zerdeçal ekstraktsız çözeltinin vizkozite değeri 521,99±3,39 cP iken zerdeçal ekstraktlı çözeltinin ise 456,83±5,39 cP olduğu tespit edilerek zerdeçal ekstraktlı çözeltinin vizkozitesinin daha düşük olduğu tespit edilmiş ve SEM görüntülerinde liflerin daha iyi çekim kabiliyetinin sağlandığı görülmüştür. Bulgulara göre PAS proteinleri ve PEO'dan elde edilen zerdeçal ekstraktı ile katkılandırılmış nanofiber film malzemeler hedef meyvelerin kaplanması ve korunmasında başarıyla uygulanabilecek fonksiyonel ürünler olarak değerlendirilmişlerdir.

Abstract:
Enzymatic and microbiological degradation of foods in the process from production to the consumption is an important problem that needs to be monitored in all stages including transportation, packaging and storage. Today, solutions to these problems are sought with the opportunities offered by developing technologies. Safe coating or packaging of foods with nanotechnology based, natural biopolymer nanofiber film materials is among the subjects that have been intensively researched recently. Nanofiber materials are produced by electrospinning technique. The use of nanofibers obtained from animal and vegetable proteins through enrichment with natural antimicrobial substances has promoted nanopackaging materials in terms of food protection and preservation. In particular, with the addition of carrier polymers such as polyethylene oxide (PEO), polyvinyl alcohol (PVA), polycaprolactone (PCL), spinnability of proteins and mechanical properties of the resultant nanofibers can be improved. The aim of this study is to obtain composite nanofiber film materials from whey and soy proteins by electrospinning in the presence of PEO, to characterize these films by microscopic, spectroscopic, thermal and antimicrobial methods, and to investigate their food application. While fiber formation was clearly observed in the samples whose morphology was examined through electron microscopy, bead formations were also observed rarely. According to the Fouirer Transform Infrared Spectrometer (FTIR) findings, the fingerprinting regions of PAS, PEO and turmeric extract in the structure of composite nanofiber were determined. Thermogravimetric analysis (TGA) findings, revealed that the fibers indicated thermal resistance up to 250-300 ºC. As a food application, when nanofibers were coated to tangerine, they became more durable in terms of texture than the control samples. The L, a and b values of fresh tangerine before coating were 57.42±0.99, 33.50±1.64 and 47.97±1.26, respectively. They were 58.32±1.46, 35.39±1.24 and 45.85±2.32, obtained from tangerines washed after coating and incubation. According to these results, there were no significant change detected in tangerine peel color before and after coating. The whiteness (WI) and yellowness (YI) indexes of tangerines coated with nanofibers were 1.04 and 144.22, respectively. Accordingly, the nanofibers were almost white in color and the yellowness was higher in the samples containing turmeric extract. It was determined that the viscosity of the solution without turmeric extract was 521.99±3.39 cP, while the solution with turmeric extract was 456.83±5.39 cP. According to the findings, whey protein and PEO based nanofiber film materials doped with turmeric extract were regarded as functional products that can be successfully applied in the coating and protection of target fruits.