Polende bulunan biyoaktif bileşenlerin enkapsülasyonu ile biyoerişilebilirliğin artırılması ve antimikrobiyal özelliklerin değerlendirilmesi
Increasing the bioaccessibility of bioactive components in bee pollen by encapsulation and evaluation of antimicrobial properties
Yazar: ASLI AKDAŞ
Danışman: PROF. DR. HATİCE FUNDA KARBANCIOĞLU GÜLER ; DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLAY ÖZKAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering ; Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Gıda kimyası = Food chemistry ; Gıda mikrobiyolojisi = Food microbiology

Özet:
Arı poleni, arı kolonisinin büyümesi, bakımı için hayati öneme sahip bir besindir. Antibakteriyel, antiinflamatuar, antioksidan, antikanser gibi terapötik özelliklere sahip polifenoller gibi birçok biyoaktif bileşik içerir. Enkapsülasyon, aktif bir maddenin, kaplama malzemesi olarak adlandırılan bir diğer madde içine kapatılmasını sağlayan bir prosedürdür. Siklodekstrinler, aktif maddelerle birlikte inklüzyon kompleksleri oluşturabilirler. Arı poleninin kapsüllenmesi, biyoaktif bileşenlerin kullanılabilirliğini artırır ve bozulmasını önler, bu da etkin bir koruyucu yöntem olarak kabul edilir. 
Bu çalışmada,  polen örneği 1:1, 1:2 ve 1:3 (w:w, polen ekstraktı:beta siklodesktrin, PE:BSD) oranlarında inklüzyon kompleksi oluşturmak amacıyla enkapsüle edilmiştir. Ektrakt içermeyen ve içeren inklüzyon komplekslerinin karakterizasyonu, enkapsülasyon verimi, parçacık boyutu ve zeta potansiyeli ölçülerek gerçekleştirilmiştir. PE yüklendiğinde BSD'nin yüzey yükü pozitiften negatife dönmüştür. Kapsüllerin parçacık boyutu, içerdikleri polen konsantrasyonuna bağlı olarak farklılık göstermiş ve PE azaldıkça artmıştır. En yüksek enkapsülasyon verimi, %64'lük bir verimle 1:2 konsantrasyonunda ölçülmüştür. Bu kapsül, in vitro sindirim ve antimikrobiyal analizlerde kullanılmak üzere seçilmiştir. PE'nin, sindirim öncesi ve in vitro sindirime uğramış enkapsüle polen (EP) örneklerinin toplam fenolik (TPM), flavonoid içeriği (TFM) ve antioksidan kapasitesi ve biyoerişilebilirlikleri değerlendirilmiştir. 1:2 konsantrasyonundaki kapsülün gastrointestinal sindirim boyunca TPM ve CUPRAC antioksidan kapasite değerleri azalmıştır. Mide aşamasında görülen azalmanın temel nedeni, düşük pH değerlerinde polifenollerin mide ortamında yapısal olarak değişime uğramasıdır. Sindirim sonrası kapsüllerde TPM, TFM, DPPH ve CUPRAC antioksidan aktivitenin biyoerişilebilirliği sırasıyla %81, %52, %48 ve %76 olarak belirlenmiştir. Analiz sonuçları ve literatür araştırması, saf polenin EP'ye göre daha düşük biyoerişilebilirliğe sahip olduğunu göstermektedir. Bu durum, BSD'nin biyoerişilebilirliği artırdığına işaret etmektedir. HPLC ile 1:2 konsantrasyonundaki kapsülün fenolik bileşen profilleri araştırılmış ve in vitro sindirim öncesi ve sonrası fenolik bileşiklerin miktarı belirlenmiştir. Polene enkapsülasyon işlemi uygulandığında trans-sinnamik asit, klorojenik asit, p-kumarik asit, kafeik asit fenetil ester, kuersetin-3-o-glukozit ve kuersetin olmak üzere altı fenolik bileşik tespit edilmiştir. Sindirim sürecinde, klorojenik asit, kuersetin-3-o-glukozit ve kuersetin gibi belirli fenolik bileşiklerin korunduğu ancak diğerlerinin kaybolduğu gözlemlenmiştir. En yüksek enkapsülasyon verimi gösteren kapsülün, kapsülün elde edilmesinde kullanılan PE'nin ve yalnızca BSD içeren kapsüllerin antimikrobiyal aktivitesini belirlemek amacıyla, Bacillus cereus ATCC 11778, Escherichia coli ATCC 25922, Staphylococcus aureus ATCC 25923 ve Salmonella typhimurium ATCC 0402 suşları seçilmiş, minimum inhibisyon konsantrasyonu ve minimum bakteriyosidal konsantrasyonu belirlenmiştir.  Kapsül ve ekstrakt, PE içermeyen boş kapsül hariç, tüm test edilen bakterilere karşı antimikrobiyal etki gösterdiği bulunmuştur. PE, EP'ye göre daha yüksek antimikrobiyal etki ve B. Cereus'a karşı en yüksek MİK değeri göstermiştir. EP ise tüm bakteri suşları üzerinde benzer MBK değeri göstermiştir. Bu durum, PE'nin EP'ye göre daha yüksek TPM ve TAC değerleri içermesinden kaynaklanabilir.
Sonuç olarak, moleküler inklüzyon yöntemi, saf polenle kıyaslandığında biyoaktif bileşenlerin daha etkin bir şekilde korunmasını ve biyoerişilebilirliklerin artmasını sağlamıştır. Bu çalışma, polenin BSD içinde moleküler inklüzyon yöntemiyle enkapsülasyonunun, fonksiyonel gıdalar ve gıda takviyeleri alanında yenilikçi bir yol olarak değerlendirilebileceğini ortaya koymaktadır.

Abstract:
Bee pollen is a vital nutrient for the growth and maintenance of the bee colony. It contains many bioactive compounds such as polyphenols, which have therapeutic properties such as antibacterial, anti-inflammatory, antioxidant, and anticancer. Encapsulation is a procedure that allows an active substance to be enclosed within another substance, called a coating material. Cyclodextrin can form inclusion complexes with active substances. Encapsulation of bee pollen increases the availability of bioactive components and prevents their degradation, which is considered an effective preservative method.
In this study, pollen sample was encapsulated to form an inclusion complex at ratios of 1:1, 1:2 and 1:3 (w:w, pollen extract:beta cyclodextrin, PE:BSD). Characterization of extract-free and containing inclusion complexes was carried out by measuring encapsulation efficiency, particle size, and zeta potential. When PE was loaded, the surface charge of BSD changed from positive to negative. The particle size of the capsules varied depending on the pollen concentration they contained and increased as PE decreased. The highest encapsulation efficiency was measured at a concentration of 1:2 with an efficiency of 64%. This capsule was selected for use in in vitro digestion and antimicrobial analysis. Total phenolic (TPM), flavonoid content (TFM), antioxidant capacity and bioaccessibility of PE, undigested and in vitro digested encapsulated pollen (EP) samples were evaluated. TPM and CUPRAC antioxidant capacity values of the capsule at 1:2 concentration decreased during gastrointestinal digestion. The main reason for the decrease seen in the gastric phase is the structural change of polyphenols in the gastric environment at low pH values. The bioaccessibility of TPC, TFC, DPPH and CUPRAC antioxidant activity in the capsules after digestion was determined as 81%, 52%, 48% and 76%, respectively. Analysis results and literature research show that pure pollen has lower bioaccessibility than EP. This indicates that BSD increases bioaccessibility. Phenolic component profiles of the capsule at 1:2 concentration were investigated by HPLC and the amount of phenolic compounds was determined before and after in vitro digestion. When the pollen encapsulation process was applied, six phenolic compounds were detected: trans-cinnamic acid, chlorogenic acid, p-coumaric acid, caffeic acid phenethyl ester, quercetin-3-o-glucoside and quercetin. It has been observed that during the digestive process, certain phenolic compounds, such as chlorogenic acid, quercetin-3-o-glucoside, and quercetin, are preserved but others are lost. In order to determine the antimicrobial activity of the capsule showing the highest encapsulation efficiency, the PE used to obtain the capsule, and the capsules containing only BSD, Bacillus cereus ATCC 11778, Escherichia coli ATCC 25922, Staphylococcus aureus ATCC 25923 and Salmonella typhimurium ATCC 0402 strains were selected, minimum inhibition concentration and the minimum bacteriocidal concentration was determined. The capsule and extract were found to exhibit antimicrobial activity against all tested bacteria, except for the PE-free capsule. PE showed higher antimicrobial effect than EP and the highest MIC value against B. Cereus. EP showed similar MBC values on all bacterial strains. This may be due to the fact that PE contains higher TPC and TAC values than EP.
As a result, the molecular inclusion method enabled more effective preservation of bioactive components and increased bioaccessibility compared to pure pollen. This study reveals that the encapsulation of pollen in BSD by molecular inclusion method can be considered as an innovative way in the field of functional foods and food supplements.