Yakıcılık hissi baskılanmış kapsaisin mikrokapsüllerinin üretimi ve ürün stabilitesinin belirlenmesi
Production of suppressed pungent capsaicin microcapsules and determination of the product stability
Yazar: ZEHRA GÜNEL
Danışman: PROF. DR. AYHAN TOPUZ ; DOÇ. DR. HİLAL ŞAHİN NADEEM
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Kapsaisin (8-metil-N-vanilil-6-nonenamid) acı kırmızıbiberin etken maddesi olup, bu bileşik yüksek biyoyararlılığa sahiptir. Kapsaisinin insan sağlığı üzerine pek çok olumlu etkisi olduğu bildirilmiştir. Ancak, kapsaisinin olumlu etkilerine rağmen, aşırı tüketime veya tüketici hassasiyetine göre değişen olumsuz etkileri de rapor edilmiştir. Özellikle ağızda başlayan yakıcılık hissinin sindirim sisteminin farklı kısımlarında tahriş oluşturması gibi olumsuzlukları da bilinmektedir.
Bu çalışmada, insan sağlığına pek çok faydası bulunan kapsaisinin uygun bir enkapsülasyon yöntemiyle kapsüllenmesi ile ağızda ve midede yakıcılık hissini minimum düzeye düşüren ve tüketim esnasında sindirim sisteminde tahrişlere neden olmayan bir ürün elde edilmesi amaçlanmıştır. Çalışma kapsamında yağ bazlı bir mikroenkapsülasyon tekniği olan püskürterek soğutma yöntemi kullanılmış olup, kapsaisinin bu yöntem kapsamında erimiş lipit bir taşıyıcı (palm yağı) yardımıyla taşınması, atomizerden geçirilerek mikroenkapsüle edildikten sonra düşük sıcaklıkta dondurularak toz haline gelmesi sağlanmıştır. Elde edilen tozlarda bazı stabilite ve toz analizlerinin yanı sıra statik gastrointestinal model sistem kurularak ağız, mide ve bağırsakta salınım analizleri yürütülmüştür.
Merkezi Tümleşik Tasarım (CCRD) deneme desenine göre püskürterek soğutma yöntemi ile yakıcılık hissi baskılanmış kapsaisin mikrokapsüllerinin üretiminde, homojenizasyon hızı, ayçiçek yağının palm yağı içerisindeki oranı, hava giriş sıcaklığı ve emülsiyondaki kapsaisin oranının etkileri araştırılmıştır. Optimizasyon çalışmasında, bu bağımsız değişkenlerin kapsaisin mikrokapsüllerinin statik gastrointestinal model sistem boyunca ağızda ve midede salınımı ile mikroenkapsülasyon etkinliği değerleri üzerine ne ölçüde etki ettiği belirlenmiştir. Kapsaisin mikrokapsüllerinin ağızda ve midede salınım miktarlarını minimize ve mikroenkapsülasyon etkinliğini maksimize eden optimum üretim koşulları, Design Expert paket programı kullanılarak belirlenmiş olup, homojenizasyon hızı 14550 d/dk, ayçiçek yağının palm yağı içerisindeki oranı %1, hava giriş sıcaklığı 12.93 °C ve emülsiyondaki kapsaisin oranı %0.27 olarak hesaplanmıştır. Optimizasyon çalışmasında yanıt olarak kullanılmayan ancak kapsaisin mikrokapsüllerinin kalite özellikleri açısından oldukça önemli olan nem, su aktivitesi, yığın yoğunluğu, sıkıştırılmış yoğunluk, partikül yoğunluğu, akabilirlik, partikülKapsaisin (8-metil-N-vanilil-6-nonenamid) acı kırmızıbiberin etken maddesi olup, bu bileşik yüksek biyoyararlılığa sahiptir. Kapsaisinin insan sağlığı üzerine pek çok olumlu etkisi olduğu bildirilmiştir. Ancak, kapsaisinin olumlu etkilerine rağmen, aşırı tüketime veya tüketici hassasiyetine göre değişen olumsuz etkileri de rapor edilmiştir. Özellikle ağızda başlayan yakıcılık hissinin sindirim sisteminin farklı kısımlarında tahriş oluşturması gibi olumsuzlukları da bilinmektedir.
Bu çalışmada, insan sağlığına pek çok faydası bulunan kapsaisinin uygun bir enkapsülasyon yöntemiyle kapsüllenmesi ile ağızda ve midede yakıcılık hissini minimum düzeye düşüren ve tüketim esnasında sindirim sisteminde tahrişlere neden olmayan bir ürün elde edilmesi amaçlanmıştır. Çalışma kapsamında yağ bazlı bir mikroenkapsülasyon tekniği olan püskürterek soğutma yöntemi kullanılmış olup, kapsaisinin bu yöntem kapsamında erimiş lipit bir taşıyıcı (palm yağı) yardımıyla taşınması, atomizerden geçirilerek mikroenkapsüle edildikten sonra düşük sıcaklıkta dondurularak toz haline gelmesi sağlanmıştır. Elde edilen tozlarda bazı stabilite ve toz analizlerinin yanı sıra statik gastrointestinal model sistem kurularak ağız, mide ve bağırsakta salınım analizleri yürütülmüştür.
Merkezi Tümleşik Tasarım (CCRD) deneme desenine göre püskürterek soğutma yöntemi ile yakıcılık hissi baskılanmış kapsaisin mikrokapsüllerinin üretiminde, homojenizasyon hızı, ayçiçek yağının palm yağı içerisindeki oranı, hava giriş sıcaklığı ve emülsiyondaki kapsaisin oranının etkileri araştırılmıştır. Optimizasyon çalışmasında, bu bağımsız değişkenlerin kapsaisin mikrokapsüllerinin statik gastrointestinal model sistem boyunca ağızda ve midede salınımı ile mikroenkapsülasyon etkinliği değerleri üzerine ne ölçüde etki ettiği belirlenmiştir. Kapsaisin mikrokapsüllerinin ağızda ve midede salınım miktarlarını minimize ve mikroenkapsülasyon etkinliğini maksimize eden optimum üretim koşulları, Design Expert paket programı kullanılarak belirlenmiş olup, homojenizasyon hızı 14550 d/dk, ayçiçek yağının palm yağı içerisindeki oranı %1, hava giriş sıcaklığı 12.93 °C ve emülsiyondaki kapsaisin oranı %0.27 olarak hesaplanmıştır. Optimizasyon çalışmasında yanıt olarak kullanılmayan ancak kapsaisin mikrokapsüllerinin kalite özellikleri açısından oldukça önemli olan nem, su aktivitesi, yığın yoğunluğu, sıkıştırılmış yoğunluk, partikül yoğunluğu, akabilirlik, partikül morfolojisi (SEM), partikül boyut dağılımı (LLD), toplam kapsaisin miktarı, serbest kapsaisin miktarı ve Scoville Yakıcılık İndeksi değerleri de belirlenmiştir. Kapsaisin mikrokapsüllerine uygulanan analizlerin yanı sıra, kapsaisin mikrokapsülü üretmek amacıyla hazırlanan tüm emülsiyonlara santrifüj stabilitesi, kinetik stabilite, emülsiyon yoğunluğu ve emülsiyon viskozitesi analizleri uygulanmıştır.
CCRD deneme desenine göre belirlenen optimum koşullarda elde edilen kapsaisin mikrokapsülleri alüminyum kaplı polietilen ambalaj materyali içerisinde 4 °C'de ve vakum paketleme tekniği ile ambalajlanarak 25 °C'de 60 gün boyunca depolanmıştır. Depolama süresince 15 günlük periyotlarda kapsaisin mikrokapsüllerinin fiziksel ve kimyasal özellikleri incelenmiştir.
Kapsaisin mikrokapsüllerinin model gıdalar içerisindeki davranışlarını gözlemleyebilmek amacıyla, püskürterek soğutma optimum işlem koşullarında (14550 d/dk homojenizasyon hızı, %1 ayçiçek yağı oranı, 12.93 °C hava giriş sıcaklığı ve %0.27 kapsaisin oranı) kapsaisin mikrokapsülü üretimi yapılmış ve üretilen kapsaisin mikrokapsülleri model gıdalar içerisine katkılanmıştır.
Kapsaisin mikrokapsülleri model gıdalar içerisinde denenerek tüketici beğenisi ve mikroenkapsüle kapsaisin tozlarının gıda sistemlerinde katkılanabilme olanakları araştırılmıştır. Bu amaçla günlük tüketilen gıdalar olarak UHT süt, ayran ve salata sosu, ısıl işlem görmüş şekerli gıda olarak sade kek, ısıl işlem görmüş tuzlu gıda olarak ekmek ve yağlı emülsiyonu temsilen mayonez model gıda olarak kullanılmıştır.

Abstract:
Capsaicin, (8-methyl-N-vanillyl-6-nonenamide), the active ingredient of the chili pepper, has high bioavailability. Many positive effects of capsaicin on human health have been mentioned. However, despite positive effects of capsaicin, negative effects changing based on overconsumption or consumer sensitivity have been reported.
In this study, it was aimed that to obtain a product encapsulated by a suitable encapsulation method, which can minimize the burning sensation in the mouth and stomach, which does not cause irritation during consumption. In the present study, an oil based microencapsulation technique called as spray cooling was used and within the scope of this method, transport of the capsaicin by means of a molten lipid carrier (palm oil), microencapsulation by atomizer and then freezing at low temperature were achieved. As well as some stability and powder analyses, mouth, stomach and intestine releases in static gastrointestinal model system of the obtained powders were carried out.
The effects of the homogenization rate, the ratio of sunflower seed oil in the palm oil, inlet temperature and the rate of capsaicin in the emulsion were investigated in production of suppressed pungent capsaicin microparticles by the spray cooling method according to the CCRD experimental design. In the optimization study, it was determined how these independent variables affected the oral and stomach release through static gastrointestinal model system and microencapsulation efficiency of the microcapsules. Optimal production conditions that maximize the microencapsulation efficiency and minimize the amounts of oral and stomach release of capsaicin have been determined using the Design-Expert software as 14550 rpm homogenization rate, 1% the rate of sunflower seed oil in the palm oil, 12.93 C° inlet temperature and 0.27% the rate of capsaicin in the emulsion. Moisture content, water activity, bulk density, tapped density, particle density, flowability, particle morphology (SEM), particle size distribution (LLD), total capsaicin amount, free capsaicin amount and Scoville heat unit not used as response in the optimization study, but very important in terms of the quality properties of capsaicin microcapsules, were also identified. In addition to analyses applied to capsaicin microcapsules, centrifugal stability, kinetic stability, emulsion density and emulsion viscosity analyses were carried out to all emulsions prepared to produce capsaicin microcapsules.
Capsaicin microcapsules obtained at optimum conditions determined according to CCRD experimental design, were stored at 4 C° as packed in aluminum coated polyethylene packing material and stored at 25 C° as packed by vacuum packaging technique for 60 days. During storage the physical and chemical properties of the capsicum microcapsules were examined every 15 days.
In order to observe the behavior of capsaicin microcapsules in model food, capsaicin microcapsules was produced at optimum process conditions (14550 rpm homogenization rate, %1 sunflower oil ratio, 12.93 C° inlet temperature and %0.27 capsaicin ratio) and ıt was supplemented in model foods.
By testing capsaicin powders in model foods, the consumer liking and the possibility of being used as food additive in the different food systems were evaluated. For this purpose, milk, ayran and salad sauce as daily consumed foods, cake as heat processed sweetened food, bread as heat processed salted food and mayonnaise representing oil emulsion were selected as model foods.