Geleneksel laktofermente içeceklerden izole edilen bazı probiyotik bakterilerin mikroenkapsülasyon koşullarının optimizasyonu ve probiyotik kayısı pestili üretiminde kullanımı
Optimization of microencapsulation conditions of some probiotic bacteria isolated from traditional lactofermented beverages and their use in the production of probiotic apricot leather
Yazar: ELİF ŞEYMA BAĞDAT
Danışman: PROF. DR. FATİH TÖRNÜK ; PROF. DR. NEVZAT ARTIK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Probiyotikler; enkapsülleme teknolojisi sayesinde gıda matrislerinde daha iyi bir canlılığa sahip olmaktadırlar. Bu çalışmada, daha önceden geleneksel gilaburu ve şalgam sularından izole edilmiş 3 farklı probiyotik laktik asit bakterisinin (LAB) püskürtmeli kurutma tekniği ile enkapsüle edilerek probiyotik taşıyıcısı kayısı pestili üretiminde kullanımı amaçlanmıştır. Bu amaçla, probiyotik olduğu bilinen 10 farklı LAB içerisinden pestil ortamına dayanıklılığına göre 3 farklı türdeki probiyotik bakteri [Lactiplantibacillus plantarum SH11 (LP4), Lactiplantibacillus pentosus G4B (LPE1) ve Limosilactobacillus fermentum SH10 (LF2)] seçilmiştir. Seçilen bakterilerin püskürtmeli kurutma ile mikroenkapsülasyonuna ait koşullar (maltodekstrin konsantrasyonu (MK, %10-30) ve hava giriş sıcaklığı (HGS, 110-130°C), dönebilen merkezi kompozit deney tasarımı (DMKDT) kullanılarak optimize edilmiş ve optimum şartlarda üretilmiş probiyotik tozlar kayısı pestili reçetesine dahil edilmiştir. Serbest ve enkapsüle probiyotik bakterileri içeren kayısı pestilleri oda sıcaklığında 120 gün süreyle depolanarak fizikokimyasal, mikrobiyolojik, biyoaktif ve duyusal özellikleri incelenmiş, ayrıca in vitro sindirim sırasında pestil içerisindeki probiyotik bakterilerin canlılığı belirlenmiştir.  Sonuçta maksimum toz verimi ve canlılığın elde edildiği optimum kurutma koşulları: LF2 yüklü toz için HGS: 123,21 °C ve MK: %22,76; LP4 yüklü toz için HGS: 130,37 °C ve MK: %19,49 ve LPE1 yüklü toz için HGS: 127,94 °C ve MK: %10,00 olarak belirlenmiştir. Optimum noktalarda üretilen enkapsüle tozların, %5,30-5,96 arasında nem içeriğine sahip olduğu bulunmuştur. SEM görüntüleri, tipik küresel şekilleri nedeniyle mikrokapsüllerin oluşumunu doğrulamıştır. Depolama sırasında örneklerinin pH'ları 4,74 ve 4,97 değişimler sergilerken, su aktivitesi (0,31-0,45) ve nem içeriklerinde (%8,05-13,40) depolama süresi ilerledikçe bir azalma eğilimi görülmüştür. Başlangıçtaki toplam fenolik madde sayısı 231,73-291,73 mg GAE/100g arasında değişirken, depolama sırasında tüm örneklerde önemli ölçüde azalmış ve 52,13- 101,33 mg GAE/100g aralığında değişiklik göstermiştir (p<0,05). Depolama süresi sonunda, enkapsüle bakteri (EB) içeren pestillerin tümünde serbest formlarına (SB) göre daha yüksek canlılık görülmüştür. Canlılıktaki azalma, %33,5 ile LPE4-EB pestilinde en düşük düzeyde bulunmuştur.  Ayrıca, in vitro sindirim koşullarına dayanıklılık çalışmalarında enkapsüle bakterilerin (%70,59-81,54) kapsüllenmemiş bakterilere (%62,00-73,02) göre daha yüksek düzeyde canlı kalabildikleri gözlemlenmiştir. SB ilaveli pestiller incelendiğinde, en yüksek canlılığın LP4 bakterisi içeren pestillerde olduğu görülmüştür. Pestillere serbest veya enkapsüle formda probiyotiklerin eklenmesinin belirgin olarak olumsuz bir tat ve aromaya yol açmadığı duyusal analizlerle belirlenmiştir. Tekstürel özellikler incelendiğinde tüm pestillerin sertlik değerleri depolama boyunca artış göstermiştir. Sonuç olarak, püskürterek kurutma koşulları optimize edilmiş LAB içeren probiyotik taşıyıcısı kayısı pestilleri üretilmiş ve bakteri enkapsülasyon işleminin kayısı pestilinin fiziksel, kimyasal, tekstürel ve duyusal özelliklerini olumsuz etkilemeden daha yüksek probiyotik canlılığı sağladığı tespit edilmiştir. 
Anahtar Kelimeler: Püskürtmeli kurutma, probiyotik, optimizasyon, pestil

Abstract:
Probiotics may have better viability thanks to the encapsulation technology. In this study, the production of apricot-based leather (pestil) is aimed at being an encapsulated probiotic carrier. This study aimed to produce probiotic apricot pestils by using the spray-drying technique to encapsulate three different probiotic lactic acid bacteria (LAB) strains, which had been previously isolated from traditional gilaburu and shalgam. For this purpose, three different probiotic bacterial species [Lactiplantibacillus plantarum SH11 (LP4), Lactiplantibacillus pentosus G4B (LPE1), and Limosilactobacillus fermentum SH10 (LF2)] were selected from ten known LAB strains based on their resistance in the pestil medium.  Apricot pestils containing free and encapsulated probiotic bacteria were stored at room temperature for 120 days, during which their physicochemical, microbiological, bioactive, and sensory properties were analyzed. Additionally, the viability of the probiotic bacteria within the pestils was assessed during in vitro digestion. The results indicated that the predicted processing conditions for the maximum powder yield and viability were the IAT of 123.21°C and MC of 22.76%; the IAT of 130.37°C and MC of 19.49% and the IAT of 127.94°C and MC of 10.00% for LF2, LP4 and LPE1 loaded powders respectively. The moisture content of the microcapsules produced under optimum conditions ranged between 5.30% and 5.96%. SEM images confirmed the formation of microcapsules due to their typical spherical shape. In general, fluctuations in pH (4.74-4.97) were observed during storage, while water activity (0.31-0.45) and moisture content (8.05-13.40%) exhibited a decreasing trend over time. Incorporating free or encapsulated bacteria resulted in a darker surface, attributed to intermolecular interactions between probiotics and the pestil matrix. The initial total phenolic content (231,73-291,73 mg GAE/100g) was high and declined significantly (p<0,05) during the storage (52.13- 101,33 mg GAE/100g) period. Viability was higher in the encapsulated forms of bacteria at the conclusion of the storage period. The decrease in viability was found to be the lowest in the LPE4-EB pestil, at 33.5%. Additionally, in in vitro digestion conditions, encapsulated bacteria (70.59-81.54%) were observed to survive at higher levels compared to non-encapsulated bacteria (62.00-73.02%). Among the pestils containing probiotics, those with the LP4 strain demonstrated the highest viability. It has been determined through sensory analysis that the addition of probiotics in either free or encapsulated form to the pestils does not lead to a significantly negative impact on taste and aroma. When examining the textural properties, it was observed that the hardness values of all pestils increased throughout the storage period. 
In conclusion, probiotic apricot pestils were successfully produced by incorporating LAB strains optimized via spray-drying. Encapsulation enhanced probiotic viability without negatively impacting the physical, chemical, textural, or sensory properties of the pestils.
Keywords: Spray drying, probiotic, optimization, leather