Gıda biyoaktiflerinin enkapsülasyonu için hibrit sistemler geliştirilmesi
Development of hybrid systems for the encapsulation of food bioactives
Yazar: CANAN YAĞMUR KARAKAŞ
Danışman: DOÇ. DR. AYŞE KARADAĞ ; ÖĞR. GÖR. RUŞEN METİN YILDIRIM
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Biyoaktif bileşiklerin gastrointestinal (GI) şartlara karşı dayanımını sağlayarak biyoyararlılığını (BY) ve biyoerişilebilirliğini (BE) arttırarakgıda ve sağlık gibi alanlarda kullanıma elverişi hale getirebilecek enkapsülasyon sistemleri geliştirmek oldukça önemlidir. Bu çalışmada probiyotik bir bakteri olan Lactobacillus plantarum ELB90 ve fonksiyonel vedoğal bir gıda bileşeni  propolis ekstraktının (PE) hibrit sistemlerle enkapsülasyonu araştırılmıştır. Çalışmanın ilk kısmında L. plantarum ELB90, emülsiyon ve hidrojel şeklinde iki farklı kapsülleme yönteminin birleştirildiği bir teknikle elektrospreylenerek üretilmiştir. Bu amaçla bakteri yüklenen çift emülsiyon (W1/O/W2) aljinat jel parçacıkları (emülbeadler) içerisine kapsüllenmiştir. Beadler, Fourier dönüşümü kızılötesi (FT-IR) ve jel gücü analizi ile karakterize edilmiş ve termal işleme ve simüle edilmiş GI koşullara maruz bırakılması sonrasında serbest ve kapsüllenmiş hücrelerin canlılığı değerlendirilmiştir. Sindirimin bağırsak aşamasından sonra en yüksek canlılığı kitosan kaplı emülbeadler sağlamış, hayatta kalma oranı %84 (8,70 log CFU g-1) olarak elde edilmiş ve emülbeadler termal şartlara karşı da bakterileri daha fazla korumuştur (5.90–6.90 log CFU g−1). 
Çalışmanın diğer kısmında PE enkapsülasyonu gerçekleştirilmiştir. PE öncelikle yüksek kapsülleme verimliliğiyle (%68-93) farklı lipozomal formülasyonlarda (65 ila 370 nm) kapsüllenmiştir. Lipozomal PE, çift eksenli ve tek eksenli elektrospinleme ile nanoliflere yüklenmiştir. Lipozomal PE'nin nanoliflere yüklenmesi, liflerin hem termal (DSC) hem de tekstürel özelliklerini geliştirmiş ve mukoadezifliğini arttırmıştır. Çift eksenli nanolifler ağız içi yaralarının iyileştirilmesinde potansiyelini değerlendirmek  üzere sitotoksisite (MTT) analizi ve hücre adezyonu analizlerine tabi tutulmuştur. Lipozomal PE yüklenen nanofliflerde en yüksek antimikrobiyal etki Staphylococcus aureus'a karşı gözlenmiştir. Lipozomal nanolifler fosfat (PBS) ve asetat (AB) tamponunda hızla şişmiş (0-3 saat) ve liflerin morfolojisi SEM ile görüntülenmiştir. Lipozomal PE yüklü nanolifler, insan derisi fibroblast (HFF-1) hücrelerinin canlılığını arttırmış hücre proliferasyonunu desteklemiştir. Tek eksenli nanolifler ise in vitro simüle GI siteminde ve Caco-2 hücreleri ile BE  ve BY analizlerine tabi tutulmuştur.  
Bu çalışma, probiyotik bakteri içeren emülbead sisteminin, sadece hidrojel kullanılan sisteme göre daha başarılı bir koruma sağladığını, ayrıca PE yüklü lipozomal nanoliflerin mukoadezif özellik gösteren potansiyel yara iyileştirme malzemesi olarak kullanılabileceğini göstermiştir. PE'nin lipozoma ve ardından nanofilmlere yüklenmesinin PE'nin BY ve BE'sinin arttırdığını göstermiştir.

Abstract:
It is very important to develop encapsulation systems aiming to increase the bioavailability (BA) and bioaccessibility (BC) of bioactive compounds by ensuring their resistance to gastrointestinal (GI) conditions and to make them suitable for use in areas such as food and health. In this study, hybrid encapsulation systems for Lactobacillus plantarum ELB90, a probiotic bacteria, and propolis extract (PE), a functional food component, were investigated. Firstly, L. plantarum ELB90 was encapsulated into double emulsion (W1/O/W2) loaded alginate beads by electrospraying. Beads were characterized by FT-IR and gel strength analysis, and the viability of free and encapsulated cells was evaluated by exposure to thermal treatment and simulated GI conditions. After the intestinal stage of digestion, chitosan-coated emulbeads provided the highest survival rate (84%, 8.70 log CFU g-1), and the emulbeads provided higher protection to the bacteria under thermal processing conditions.
PE was encapsulated initially in different liposomal formulations (65 to 370 nm) yielding high encapsulation efficiencies (68-93%). Liposomal PE was then incorporated into nanofibers by co-axial and blend electrospinning. Loading PE into liposomal nanofibers improved thermal and textural properties and elevated mucoadhesiveness. Co-axial liposomal PE-loaded nanofibers were subjected to wound healing analyzes to be potentially exhibited  in the healing of oral wounds. The highest antimicrobial effect of fibers was determinedagainst Staphylococcus aureus. Nanofibers were rapidly swollen (0–3 h) in phosphate (PBS) and acetate (AB) buffer. Liposomal PE-loaded nanofibers promoted cell proliferation and increased the viability of human skin fibroblast (HFF-1) cells. Blend PE-loaded nanofiberswere additionaly subjected to in vitro simulated GI tract and Caco-2 cells and compared to free PE, encapsulated system provided higher BC and BA values,
This study showed that the emulbead system containing probiotic bacteria enables a more successful protection than the hydrogel-only system for functional foods, and PE-loaded liposomal nanofibers can be used as potential oral wound healing materials with mucoadhesive properties and that loading PE into the liposome and then into the nanofilms increases the BA and BC of PE.