Reyhan yaprağı antosiyaninlerinin emüljel hibrit sistem ile enkapsülasyonu ve antosiyaninlerin biyoerişilebilirliğinin değerlendirilmesi
Encapsulation of purple basil leaf anthocyanins with emulgel hybrid encapsulation system and evaluation of bioaccessibility of anthocyanins
Yazar: BAŞAK EBRU ÖZCAN
Danışman: DOÇ. DR. AYŞE KARADAĞ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Mikroenkapsülasyon = Microencapsulation

Özet:
Günümüzde, sağlık açısından olumlu etkilere sahip biyoaktif bileşenleri içeren tıbbi ve aromatik bitkilere olan ilgi sürekli artmaktadır. Reyhan (Ocimum basilicum L.), bitkiye kırmızı-mor rengini veren antosiyanin içeriğiyle dikkat çekmektedir. Antosiyaninler pH, sıcaklık, ışık gibi birçok dış faktöre karşı stabilitesini koruyamadıklarından gıda ürünlerinde kullanımları ve sindirim sonrası biyoerişilebilirlikleri sınırlıdır. Antosiyaninlerin stabilitesini ve biyoyararlanımını arttırmak amacıyla enkapsülasyon teknolojisi çalışmaları önem kazanmıştır.
Çalışmada, reyhan yaprak ekstraktı (RYE), dış su fazında (W2) aljinat/kappa-karragenan (SA/κ-CG) bulunan bir çift emülsiyonun iç su fazına (W1) yüklenmiş ve farklı çapraz bağlayıcılar (Ca+2/K+) kullanılarak elektrospreyleme yöntemi ile çift emülsiyon yüklü hidrojel kapsüller (emüljel) üretilmiştir. Eş zamanlı olarak, emülsiyon içermeyen hidrojel kapsüller de üretilmiştir. Emüljel ve hidrojel kapsüller, optik mikroskop, jel kuvveti, SEM (Taramalı elektron mikroskobu), FTIR (Fourier dönüşümlü kızılötesi) ve TGA (Termogravimetrik analiz), DTG (Türev termogravimetrik), DSC (Diferansiyel taramalı kalorimetri) analizleriyle karakterize edilmiştir. Reyhan antosiyaninlerinin enkapsülasyon etkinliği ve simüle edilmiş in vitro sindirim koşullarında kapsüllerden salınımı değerlendirilmiştir.
Emüljel kapsüllerde κ-CG, daha büyük kapsül boyutuna, küresellikten uzaklaşmaya, yüzey morfolojisinde pürüzlüğe ve kırışıklığa neden olmuştur. Antosiyaninlerin emüljel kapsüllerdeki enkapsülasyon etkinliği %70,73-87,89 aralığında iken emülsiyon içermeyen hidrojel kapsüllerde %13,50-20,67 aralığında değişmiştir. FTIR analizi, SA/κ-CG polimerlerinin Ca+2/K+ iyonlarıyla çapraz bağlanmasını göstermiştir. TGA, DTG ve DSC termogramları, emüljel kapsüllerin hidrojellere göre daha yüksek termal stabiliteye sahip olduğunu göstermiştir.
Simüle edilmiş sindirim koşullarında, emüljel kapsüller, serbest RYE ve hidrojel kapsüllere göre antosiyaninlerin in vitro biyoerişilebilirliğini arttırmıştır. Serbest RYE-antosiyaninlerinin %86'sı mide fazında çözünür halde bulunurken, hidrojel kapsüllerden antosiyaninlerin %46'sı salınmış ve emüljel kapsüllerde ise herhangi bir salınım gözlenmemiştir. Bağırsak aşamasında, sindirimin 150. dakikasında RYE ve hidrojel kapsülleri içeren sindirim sıvılarında antosiyanin tespit edilemezken emüljel kapsülleri içeren bağırsak sıvısında 300. dakikaya kadar antosiyanin salınımı gözlenmiştir. 
Sonuçlar, antosiyanin  enkapsülasyonunda emülsiyon ve iyonik jelasyon yöntemlerinin kullanıldığı hibrit bir sistemin (emüljel kapsüller), sadece iyonik jelasyondan oluşan hidrojel sisteme göre daha başarılı olduğunu göstermiştir. Emüljel kapsüllerinin çeşitli fonksiyonel gıdaların geliştirilmesinde kullanılması önerilmektedir.

Abstract:
Currently, there is a growing research focus on medicinal and aromatic plants containing bioactive components with positive effects on health. As a medicinal and aromatic plant, purple basil (Ocimum basilicum L.) attracts attention with its anthocyanin content, which provides its red-purple coloration. However, their application in food products and their bioaccessibility are limited due to their inability to withstand various external factors such as pH, temperature, and light. Research on encapsulation technology has become significant in recent years to enhance the stability and bioavailability of anthocyanins.
In this study, purple basil leaf extract (PBLE) was loaded into the inner water phase (W1) of a double emulsion containing alginate/kappa-carrageenan (SA/κ-CG) in the outer water phase (W2). This emulsion was then converted into double emulsion-loaded hydrogel capsules (emulgel capsules) using different cross-linkers (Ca2+/K+) by the electrospraying method. Simultaneously, hydrogel capsules without emulsion have been produced. Optical microscopy, gel strength, SEM (Scanning Electron Microscopy), FTIR (Fourier Transform Infrared), TGA (Thermogravimetric), DTG (Derived Thermogravimetric), and DSC (Differential Scanning Calorimetry) analyses were carried out to characterize the emulgel and hydrogel capsules. In addition, the encapsulation efficiency of purple basil leaf anthocyanins and their release from capsules under simulated in vitro digestion conditions were evaluated.
The presence of κ-CG in emulgel capsules has resulted in larger capsule sizes, non-spherical shapes, roughness, and wrinkles on the surface morphology. The encapsulation efficiency of anthocyanins in emulgel capsules ranged between 70,73 and 87,89%, while it was determined between 13,50 and 20,67% in hydrogel capsules without emulsion. In FTIR analyses, the cross-linking of SA/κ-CG polymers with Ca2+/K+ ions has been proven. TGA, DTG, and DSC thermograms indicated that emulgel capsules exhibited higher thermal stability than hydrogel capsules.
Under simulated digestion conditions, emulgel capsules have been found to increase the in vitro bioaccessibility of anthocyanins compared to both free PBLE and hydrogel capsules. In the stomach phase, 86% of the free PBLE-anthocyanins were dissolved, and 46% of the anthocyanins that were encapsulated in the hydrogel capsules were released, while there was no release of the anthocyanins that were encapsulated in the emulgel capsules. At the intestinal stage, anthocyanins could not be detected in the digestive fluids containing free PBLE or hydrogel capsules after 150 minutes of digestion, while the release of anthocyanins from all emulgel capsules continued until 300 minutes.
The results revealed that for anthocyanins, a hybrid encapsulation system (emulgel capsules) that combines emulsion and ionic gelation methods is a more successful method than a system solely based on ionic gelation. The anthocyanin-loaded emulgel capsules have enormous potential in the production of various functional foods.