Bazı probiyotik bakterilerin mikroenkapsülasyonu ve meyve suyunda kullanımının araştırılması
Microencapsulation of some probiotic bacteria and investigation of their use in fruit juice
Yazar: SENA ÇAKIR
Danışman: DOÇ. DR. REMZİYE YILMAZ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Laktik asit bakterileri = Lactic acid bacteria ; Mikroenkapsülasyon = Microencapsulation ; Probiyotik bakteriler = Probiotic bacteria

Özet:
Probiyotik mikroorganizmaların insan sağlığı üzerine pek çok olumlu etkisi bulunmaktadır. Bu etkilerin insanda gözlenebilmesi için her gün düzenli olarak belirli miktarda probiyotik tüketilmesi gerekmektedir. Bu nedenle probiyotik gıdaların varlığı büyük önem taşımaktadır. Bu gıdaların üretiminden itibaren tüketilene kadar geçen depolama süresinde canlı probiyotik mikroorganizma sayısının en az 1.0x106 kob/g olacak şekilde korunması gerekmektedir. Ortam koşullarına oldukça duyarlı olan probiyotik mikroorganizmaların bu süreç içerisinde canlılıklarının korunması sağlıklı gıda trendinin farkında olan gıda endüstrisinde aşılması gereken zorluklardan biridir. Enkapsülasyon yöntemi probiyotiklerin dış ortam koşullarından korunmasında etkili bir yöntemdir. Ayrıca, bu organizmaların mikroenkapsülasyonu ile sindirim sistemi koşullarından belirli oranda korunmaları sağlanarak bağırsağa ulaşan canlı probiyotik sayısının yüksek tutulması da mümkündür.

Bu tez çalışmasında, bazı probiyotik mikroorganizmaların mikroenkapsülasyonu gerçekleştirilmiş olup, elde edilen mikrokapsüllerin %100 portakal suyu ve %100 elma-şeftali suyunda kullanımı araştırılmıştır. Bu kapsamda, probiyotik özelliği olan Lacticaseibacillus rhamnosus GG (Lactobacillus rhamnosus GG, LGG) ve Escherichia coli Nissle (EcN) suşlarının farklı polimerlerle mikroenkapsülasyonu gerçekleştirilmiştir. Elde edilen mikrokapsüller daha sonra meyve suyuna ekleneceği için asit toleransı yüksek olan ksantan gam-jellan gam (XG-GG) ve sodyum aljinat-selüloz asetat fitalat (ALG-CAP) polimer karışımları tercih edilmiştir. Buna ek olarak, prebiyotiklerin probiyotik canlılığının korunmasına etkisinin gözlenmesi amacıyla polimer karışımlarına inülin (INU) de eklenerek (XG-GG-INU; ALG-CAP-INU) simbiyotik mikroenkapsülasyon gerçekleştirilmiştir. Probiyotik bakterilerin emülsiyon metodu ile mikroenkapsülasyonu gerçekleştirilmiş olup, enkapsülasyon verimleri hesaplanmış ve elde edilen mikrokapsüllerin morfolojik karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Daha sonra, enkapsülasyon işleminin probiyotik canlılığına etkisi sindirim sistemi simülasyonu ile belirlenmiştir. Bu aşamanın sonucunda elde edilen veriler ve meyve sularının özellikleri göz önünde bulundurularak, meyve suyuna eklenmek için en uygun mikrokapsüller seçilmiştir. Probiyotik mikrokapsülleri meyve suyuna eklenmiş ve örnekler 35 gün boyunca 4 °C'de depolanmıştır. Depolama süresince meyve suyu örneklerinde bulunan probiyotik canlılıklarındaki değişim belirlenmiştir. Ayrıca, elde edilen probiyotik meyve suyu örneklerinin kalite analizleri ve duyusal analizleri gerçekleştirilmiştir. 

Sonuç olarak, emülsiyon yöntemiyle %80'in üzerinde verim ile enkapsülasyon gerçekleştirilmiş olup, elde edilen kapsüllerin mikron boyutunda ve düzensiz biçimde olduğu belirlenmiştir. Enkapsülasyon işleminin, probiyotiklerin sindirim sistemi koşullarından korunmasında etkili bir yöntem olduğu belirlenmiş; enkapsülasyonda kullanılan polimer konsantrasyonunun artması ile probiyotiklerin canlılığının olumlu yönde etkilendiği gözlenmiştir. LGG içeren meyve suyu örneklerinde 35 günlük depolama süresince canlılığın korunduğu gözlenirken, EcN içeren meyve suyu örneklerinde 35. günde belirlenen canlı mikroorganizma sayısı 106 kob/mL'nin altında kalmıştır. 35. günün sonunda EcN mikrokapsülü ve simbiyotik mikrokapsülü içeren örneklerdeki canlı probiyotik sayısının, serbest formda EcN içeren örneklerdekinden daha yüksek olduğunun belirlenmesi, enkapsülasyon işleminin yalnızca sindirim sistemi simülasyonunda değil, aynı zamanda meyve suyu örneklerinin depolanmasında da probiyotiklerin olumsuz ortam koşullarından korunmasını sağladığını göstermektedir. Depolama süresince meyve suyu örneklerinde kalite kriterleri açısından önemli bir değişiklik gözlenmemiştir. Bu çalışma ile LGG ve EcN mikrokapsüllerinin meyve suyu örneklerinde kullanım olanakları ortaya konmuştur. Probiyotik meyve suyu üretimi için özellikle duyusal analiz sonuçlarının geliştirilmesine dikkat edilmesi gerekmektedir. Bu çalışma ile sağlıklı/fonksiyonel gıdaya artan tüketici talebinin ardından yurt dışı pazarında yerini alan probiyotik meyve sularının ülkemizde de üretilebileceği ve yakın gelecekte pazarda yerini alacağı söylenebilir.

Abstract:
Probiotic microorganisms have many positive effects on human health. In order for these effects to be observed in humans, a certain amount of probiotics should be consumed regularly everyday. Therefore, the presence of probiotic foods is crucial. During the storage period of these foods, the number of viable probiotic microorganisms should be preserved to be at least 1.0x106 cfu/g. Preserving the viability of probiotic microorganisms, which are very sensitive to environmental conditions, is one of the challenges to be overcome by food industry, which is aware of the healthy food trend. Encapsulation is an effective method to protect probiotics from harsh environmental conditions during storage. In addition, by microencapsulation tecnology it is possible to keep the number of viable probiotic cells reaching the intestine high by protecting them from the gastrointestinal conditions.

In this thesis, microencapsulation of some probiotic microorganisms was carried out and the use of these probiotic microcapsules in 100% orange juice and 100% apple-peach juice was investigated. In this context, microencapsulation of Lacticaseibacillus rhamnosus GG (Lactobacillus rhamnosus GG, LGG) and Escherichia coli Nissle (EcN) strains with different polymers was held. Since the obtained microcapsules will be added to the fruit juice, polymer mixtures with high acid tolerance such as, xanthan gum-gellan gum (XG-GG) and sodium alginate-cellulose acetate phthalate (ALG-CAP) were preferred. In addition, synbiotic microencapsulation was performed by adding inulin (INU) to polymer mixtures (XG-GG-INU; ALG-CAP-INU) in order to observe the effect of prebiotics on preservation of probiotic viability. Microencapsulation of probiotic bacteria was performed by emulsion method, encapsulation efficiencies were calculated and morphological characterization of the microcapsules was performed. Then, the effect of the encapsulation process on viability of probiotics was determined in simulated gastrointestinal conditions. To decide the most suitable microcapsules to be added in fruit juice, the properties of fruit juices and the results from gastrointestinal simulation are both considered.  Probiotic microcapsules were added to the fruit juice and samples were stored at 4 °C for 35 days. Changes in probiotic viability in fruit juice samples were determined during storage. In addition, quality analyzes and sensory analysis of the probiotic fruit juice samples were performed.

As a result, the encapsulation was carried out with a yield of over 80% with the emulsion method, with the capsules that are micron-sized and in irregular shape. It has been determined that the encapsulation process is an effective method to protect probiotics from simulated gastrointestinal conditions and the viability of probiotics was positively affected by the increase in polymer concentration used in encapsulation. While the number of viable cells were above 106 cfu/mL in all fruit juice samples containing LGG during the 35 days of storage; the number of viable microorganisms determined on the 35th day in fruit juice samples containing EcN remained below 106 cfu/mL. The determination of viability of probiotics in samples containing EcN microcapsules and EcN synbiotic microcapsules at the end of the 35th day was higher than in samples containing EcN in free form, shows that the encapsulation process not only provides a protection from simulated gastrointestinal conditions, but also protects the probiotics from severe environmental conditions during the storage of fruit juice samples. No significant change was observed in terms of quality of fruit juice samples during storage. In this study, the possibilities of using LGG and EcN microcapsules in fruit juice samples were revealed. For probiotic fruit juice production, the focus should be on improving sensory properties. With this study, it can be said that probiotic fruit juices, which take their place in the foreign market after the increasing consumer demand for healthy/functional food, can be produced in our country and will take place in the market in the near future.