Farklı polimerleşme derecesine sahip inülinlerin elektrodöndürme yöntemiyle lactobacillus fermentum enkapsülasyonuna etkisi
The effects of inulin with different degree of polymerization on the encapsulation of lactobacillus fermentum by electrospinning
Yazar: DİLAN DUMAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE KARADAĞ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering ; Mikrobiyoloji = Microbiology ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Gıda teknolojisi = Food technology ; Mikroenkapsülasyon = Microencapsulation ; Nanoteknoloji = Nanotechnology

Özet:
Elektrodöndürme yöntemi hem sıcaklık hem de kullanılan çözücüler açısından ağır koşullar içermediğinden son yıllarda probiyotik bakterilerin enkapsülasyonunda kullanılmaya başlanmıştır. Probiyotiklerin prebiyotikler ile sinbiyotik ilişkisinden enkapsülasyon teknolojisinde de yararlanılmaktadır. İnülin, sahip olduğu konfigürasyon ile insan sindirim enzimleri tarafından hidrolize direnç gösterip gıda endüstrisinde en çok kullanılan prebiyotiklerdendir. Mevcut çalışmalar incelendiğinde çeşitli derecelerde polimerizasyon derecelerine sahip inülinin elektrodöndürme yönteminde probiyotik bakteri enkapsülasyonunda kaplama polimeri olarak kullanıldığı çalışmaların mevcut olmadığı görülmüştür.
Bu çalışmada %20'lik polivinil alkol (PVA) ve %2'lik sodyum aljinat (SA) polimerler çözeltilerine farklı polimerleşme derecesine (PD) sahip inülinler farklı konsantrasyonlarda (%5-15) eklenmiş ve  Lactobacillus fermentum bakterisi elektrodöndürme yöntemi ile enkapsüle edilerek nanolifler üretilmiştir. Besleme çözeltilerinin yüzey gerilimi, elektrik iletkenliği, zeta potansiyel ve pH değerleri, viskoziteleri ölçülmüştür. Viskozite, yüzey gerilim ve elektrik iletkenlik değerlerinin elektrodöndürme yöntemi ile lif üretimi açısından uygun olduğu belirlenmiştir. 
Elde edilen nanoliflerin başlangıçta optik mikroskobu kullanılarak morfolojisi doğrulanmış, ardından taramalı elektron mikroskobunda (SEM) morfolojisi ve boyutu incelenmiş ve enkapsülasyon etkinliği hesaplanmıştır. Nanoliflerin boyutunun 85,38 - 183,12 nm aralığında olduğu ve bakteri enkapsüle edilen liflerin boyutlarının daha yüksek olduğu görülmüştür. Yüksek viskoziteye sahip inülin hariç diğer örneklerde boncuklaşma gözlenmemiş, homojen ve pürüzsüz bir yapı oluşmuştur. Probiyotik bakteri enkapsülasyon etkinliği ise tüm lif örneklerinde % 75,99 - %80,83 arasında değişmiştir. 
Elde edilen nanolifler 25°C, 4°C ve -18°C'de depolanarak L. fermentum canlılığı izlenmiştir. Enkapsüle bakterilerin canlılıklarını 4°C'de 6 hafta süresince önemli miktarda korumuştur. 25°C'de depolamada ise inülinli sistemde 5. Haftada, inülinsiz sistemde ise 4. haftada canlılığın büyük ölçüde yitirildiği gözlenmiştir. -18°C'de depolamada ise 7 hafta depolamada %15 konsantrasyonda P95 ile enkapsüle edilen L. fermentum canlılığının büyük ölçüde korunduğu gözlenmiştir.
Enkapsüle olmayan serbest bakteri (FR) ve enkapsüle bakteriler in vitro mide koşullarına (pH 2, %5 pepsin, 120 dk) tabii tutulup canlılıkları incelenmiştir. Sonuçlar incelendiğinde FR pH 2, %5 pepsin, 120 dk inkübasyon koşullarında 1,16 log kob/mL düşüş gösterirken; nanoliflerde 0,60-0,82 log kob/mL arası düşüş göstermiştir.
Sonuç olarak nanolifler elektrodöndürme yöntemiyle başarı ile üretilmiştir. L. fermentum enkapsülasyonunda hem depolama boyunca hem de in vitro mide koşulları göz önüne alındığında, L. fermentum canlılığı üzerinde en etkili inülin örneğinin polimerleşme derecesi en düşük ve suda çözünürlüğü en yüksek olan örneğin (P95), %15 konsantrasyonda kullanıldığı zaman ulaşılabildiği belirlenmiştir.

Abstract:
Electrospinning has been used for the encapsulation of probiotics lately, since it does not apply high temperatures and harsh solvents. The symbiotic relationship of probiotics with prebiotics has been utilized in the encapsulation technology. Inulin is resistant to hydrolysis by human digestive enzymes due to its configuration and the most widely used prebiotic in the food industry.  To the best of our knowledge, there have been no studies examining the use of inulin with varying degrees of polymerization and different chain lengths in the encapsulation of probiotics by the electrospinning method.
In this study, different degree of polymerization (PD) inulin are added to 20% polyvinyl alcohol (PVA) and 2% sodium alginate (SA) polymer solutions at different concentrations (5-15%), and Lactobacillus fermentum were encapsulated by electrospinning method to produce nanofibers. The viscosity, surface tension, electrical conductivity, zeta potential and pH values of spinning solutions were measured and found to be applicable for electrospinning process to produce fibers. 
The morphology and size of the obtained nanofibers were initially verified by using light microscopy, then scanning electron microscopy (SEM) and the encapsulation efficiency was calculated. The diameter of the nanofibers was in the range 85.38 – 182.12 nm, and the presence of bacteria was resulted in larger fiber sizes. Except for the inulin that caused higher viscosity no bead formation was observes and, the fibers had homogeneous and smooth structure. The encapsulation efficiency of probiotic bacteria was between % 75.99 – 80.83 in all nanofiber samples.  
The obtained nanofibers were stored at 25°C, 4°C and -18°C for 7 weeks to observe the viability of L. fermentum. It was observed that the encapsulated bacteria kept their viability for 6 weeks at 4°C. When stored at 25°C, the bacteria encapsulated with inulin lost their viability at week 5 of storage, whereas those encapsulated without inulin lost their viability at 4 week of storage.  It was observed that the viability of L. fermentum was largely preserved when it was encapsulated with P95 inulin at a concentration of 15% for 7 weeks of storage at -18°C. 
Non-encapsulated free bacteria (FR) and encapsulated bacteria were subjected to in vitro gastric digestion consitions (pH 2, 5% pepsin, 120 min) and their viability was examined. The viability of FR decreased by 1.16 log kob/mL while the viability of bacteria encapsulated in nanofibers reduced 0.60-0.82 log kob/mL.
In conclusion, nanofibers were produced successfully by using electrospinning process. In terms of storage and in vitro gastric conditions, the presence of P95 inulin with thw lowest PD and highest water solubility and its concentration had affected the viability of encapsulated L. fermentum.