Ruşeym yağının nanoenkapsülasyonu ve gıdalarda kullanım olanaklarının artırılması
Nanoencapsulation of wheat germ oil and enhancing the possibility of use in food
Yazar: GÖZDE KUTLU
Danışman: DOÇ. DR. FATİH TÖRNÜK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Yeni bir potansiyel hidrokolloid kaynağı olan ısırgan tohumu gamı (ITG); verim, fizikokimyasal, reolojik, fonksiyonel ve termal özellikler açısından karakterize edilmiştir. Yanıt Yüzeyi Metodolojisine göre, maksimum ekstraksiyon verimi %6,17 olarak belirlenmiştir. Gamın yapısal içeriğini açıklığa kavuşturmak için FT-IR analizi ve monosakkarit bileşimi tayini de gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, ITG'nın %8,48 nem, %10,81 toplam kül, %2,89 toplam protein, %1,15 toplam yağ ve %76,67 toplam karbonhidrat miktarına sahip olduğu tespit edilmiştir. FT-IR analizi, gamlara iyonların bağlama kabiliyetini veren karboksil gruplarının varlığını ortaya koymuştur. Ayrıca, Mannoz/Galaktoz oranı 1,07 olarak hesaplanmıştır ve bu oran gamın suda çözünürlüğü hakkında bilgi vermektedir. DSC analizi, ITG'nın termal işlemlerde oldukça kararlı olduğunu göstermiştir. Gerçek viskozite ve ortalama viskozite molekül ağırlığı değerleri sırasıyla 8,56±0,4 dL/g ve 1,89±0,1x106 g/mol olarak belirlenmiştir. ITG'nın emülsiyon kapasitesi, emülsiyon stabilitesi ve köpük oluşturma kapasitesi sırasıyla %48, %40 ve %4 olarak tespit edilmiştir. Dinamik reolojik analizler ITG'nin viskoelastik özelliklere sahip olduğunu ve G' değerinin (depolama modülü) G'' değerinden (kayıp modülü) daha yüksek olduğunu göstermiş ve ITG kayma incelmesi davranışı sergilemiştir. 
Bu çalışmada, buğday ruşeym yağı (BRY), kitosan (KS)-ısırgan tohumu gamı (ITG)-ovalbumin (OVA) kullanılarak nanokapsüllenmiştir. Nanoemülsiyon hazırlanmadan önce Ovalbumin-ısırgan tohumu gamı-kitosan (OIK) kompleksinin partikül boyutu ve zeta potansiyel değerleri Box-Behnken tasarımı kullanılarak optimize edilmiştir. Ayrıca, buğday ruşeymi yüklü nanopartiküller (BRYN) için emülsiyon stabilitesi ve enkapsülasyon etkinliği de belirlenmiştir. Daha sonra zeta potansiyeli, parçacık boyutu dağılımı, termal özellikler, FT-IR, sabit kayma özellikleri ve morfolojik analizler OIK Kompleksi ve BRYN için değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, duvar malzemesine BRY eklenmesiyle zeta potansiyeli değeri artmış, partikül boyutu değeri ise azalmıştır. Enkapsülasyon etkinliği, %2,5-4,5 konsantrasyon aralığında %48,66-71,91 arasında belirlenmiştir. Reolojik ölçümlere göre, nanoemülsiyon örnekleri Newton akış özelliği göstermiştir. OIK Kompleksi ve BRYN endotermik ve ekzotermik pikler sergilemiştir. FT-IR spektrumları, amino ve karboksil gruplarıyla ilişkili piklerde bazı değişikliklerin gözlemlendiğini ortaya koymuştur. SEM görüntüleri, yağın enkapsülasyonunun buruşuk bir yüzey görüntüsü oluşumuna neden olduğunu göstermiştir. Ek olarak, sitotoksisite analizi, CH, ITG, OVA, BRY, ITG ve BRYN örnekleri için konsantrasyondaki artışın (0-10 mg/ml) genellikle fibroblast hücrelerinin canlılığında azalmaya yol açtığını göstermiştir. 
Bu çalışmanın amaçlarından biri de; BRY, OIK Kompleksi ve BRYN ile zenginleştirilmiş fonksiyonel mayonez üretilmesi ve oda sıcaklığında depolama sırasında depolamanın etkilerinin analiz edilmesidir. 0., 30., 60. ve 90. gün; pH, renk ölçümleri, peroksit, serbest yağ asidi, zeta potansiyeli ve emülsiyon stabilitesi analizi gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, taze hazırlanan (0. gün) mayonez numunelerinin nem içeriği, reolojik ölçümleri (sabit kesme, sıcaklık taraması, frekans taraması ve 3ITT analizi) ve duyusal analizi de yapılmıştır. Genel anlamda mayonez numunelerinin pH değerleri 60. güne kadar azalmış ancak pH değerleri 60. ve 90. günler arasında bir değişiklik göstermemiştir. Ayrıca, tüm mayonez numunelerinin renk parametrelerinde depolama süresi boyunca istatistiksel olarak farklılıklar gözlemlenmiştir. Öte yandan, diğer formülasyonlarla karşılaştırıldığında, BRYN içeren mayonezler en yüksek duyusal kabul edilebilirlik puanı almıştır. Bununla birlikte, bu örnekler en düşük peroksit ve serbest yağ asidi sayısı değerlerine de sahiptir. Tüm mayonez numunelerinde saklama süresi boyunca faz ayrımı gözlenmemiştir. Üretilen 4 farklı  mayonez örneği de negatif yüklüdür ve elde edilen zeta potansiyeli değerleri bu örneklerin 90 gün boyunca stabil olduklarını göstermiştir. Reolojik analiz sonuçlarına göre, Power-law modeli mayonez örneklerinin Newtonian olmayan davranışlarının başarıyla modellenebileceğini göstermektedir. Ek olarak, tüm mayonez numunelerinin K′ değerleri Kʹʹ değerlerinden daha yüksektir, bu da test edilen numunelerin katı benzeri bir davranışı sergilediğini ifade etmektedir.  
Genel olarak, sonuçlar ve bulgular, BRYN içeren mayonezlerin, BRY'yi oksidasyondan korumak amacıyla mayonez formülasyonlarında kullanılabileceğini ve ısırgan tohumu gamının nanoenkapsülasyonda kullanılan diğer hidrokolloidlere alternatif olabileceğini göstermiştir.

Abstract:
Nettle seed gum (NSG) which is a novel potential source of hydrocolloid was characterized in terms of yield, physicochemical, rheological, functional and thermal properties. According to Response Surface Methodology, the maximum extraction yield was determined as 6.17% on dry basis. In order to clarify the structural information of the gum, the FT-IR analysis and monosaccharide composition determination were also performed. In the results, the NSG had 8.48% moisture, 10.81% total ash, 2.89% total protein, 1.15% total oil and 76.67% total carbohydrate amounts. The FT-IR analysis revealed the existence of carboxyl groups, which gives the gum the capability of ion binding. Furthermore, Mannose/Galactose ratio was calculated as 1.07, indicating the water solubility of gum. DSC analysis showed that NSG was highly stable in thermal process. Intrinsic viscosity and average viscosity molecular weight values were determined as 8.56±0.4 dL/g and 1.89±0,1x106 g/mol, respectively. The emulsification capacity, emulsion stability and foam formation capacity of NSG were 48%, 40% and 4%, respectively. NSG exhibited shear thinning behavior while dynamic rheological analysis indicated NSG had viscoelastic properties and G'  (the storage modulus) was higher than G'' (the loss modulus). 
Wheat germ oil (WGO) was nanoencapsulated using a chitosan (CH) - nettle seed gum (NSG)-ovalbumin (OV), in this study. Before the preparation of nanoemulsion, droplet size and zeta potential values of the Ovalbumin-nettle seed gum-chitosan (ONC) complex were optimized by using Box-Behnken design. Moreover, the emulsion stability and encapsulation efficiency were determined for the wheat germ oil nanoparticles (WGON). Thereafter, zeta potential, particle size distribution, thermal properties, FT-IR, steady shear properties and morphological images were evaluated for WGON and ONC complexes to review changes with the addition of wheat germ oil.  According to the obtained results, ZP value increased and the size decreased with the addition of wheat germ oil to the wall material. Encapsulation efficiency was determined as between 48.66-71.91% in the 2.5-4.5% concentration range. According to rheological measurements, nanoemulsion samples showed Newtonian flow behavior. WGON and ONC complex exhibited endothermic and exothermic peaks. FT-IR spectrums illustrated that some peak changes were observed at peaks which was related to amino and carboxyl groups. SEM images revealed that addition of oil to the capsule resulted in the formation of a wrinkled surface. In addition, cytotoxicity analysis revealed that the increase in the concentration of CH, NSG, OV, WGO, ONC and WGON (0-10 mg/ml) generally led to decrease in the viability of fibroblast cells.  The study proposes that nanoencapsulated WGO with CH-NSG-OV might be a anticipatory active packaging for prolonging the shelf-life of WGO. 
The purpose of this work was to improve functional mayonnaise enriched with WGO, ONC Complex and WGON and analyze the effects of storage at room temperature at storage period of 0, 30, 60 and 90 days. pH, color measurements, peroxide, free fatty acid, zeta potential and emulsion stability analysis were performed at storage period of 0, 30, 60 and 90 days. Moreover, moisture content, rheological measurements (steady shear, temperature sweep, frequency sweep and 3ITT analysis) and sensory analysis were also analyzed on fresh samples (day 0). In general terms, the pH values of mayonnaise samples decreased until the 60th day, but the pH values did not change between the 60th and 90th days. Moreover, the color parameters indicated variations in all mayonnaise samples during the storage period. As well, compared with other formulations mayonnaise with WGON exhibited highest sensory acceptance and lowest peroxide and free fatty acid value. Phase separation was not observed during the storage period of all the mayonnaise samples. All the mayonnaise samples were negatively charged and obtained values showed that they were stable during the 90 days. Based upon rheological analysis, Power-law model matched well together the non-Newtonian behavior of the mayonnaise samples. In addition, K′ values of all mayonnaise samples were higher than Kʹʹ values, which showed that the tested samples represented a solid like behavior. 
Overall, the results and findings suggest that the mayonnaise fortified with WGON can be used in the mayonnaise formulations so as to protect the WGO from oxidation. Moreover, nettle seed gum gets across an up-and-coming alternative hydrocolloid with the utilization of other kind of polymers in the nanoencapsulation.