Mersin meyve ve yaprak ekstraktları ile yağlarının in vitro koşullarda ve model gıdalarda bazı patojen mikroorganizmalar üzerindeki inhibisyon etkisinin araştırılması
Investigation of the inhibition effect of myrtle fruit and leaf extracts and its oils on some pathogenic microorganisms in vitro and in model foods
Yazar: ÖZGE AKGÜL
Danışman: PROF. DR. GÜLTEN GÜNDÜZ
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering ; Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Antibiyofilm = Antibiofilm ; Antimikrobiyal aktivite = Antimicrobial activity ; Myrtus communis L. = Myrtus communis L. ; Optimizasyon = Optimization ; Uçucu yağlar = Essential oils

Özet:
Bu tez çalışması kapsamında, mersin meyve ve yaprak ekstratları, esansiyel yağları ve hidrosollerinin antimikrobiyal, antibiyofilm, antioksidan, toplam fenolik madde miktarları ve sinerjistik etkileri araştırılmıştır. Antimikrobiyal, antibiyofilm, antioksidan aktiviteleri yüksek ve toplam fenolik madde miktarı fazla olan seçilmiş ekstrakt ile ultrases uygulamalarının kombinasyonunun tavuk fileto ve elma örneklerine inoküle edilen test kültürleri (Staphylococcus aureus ATCC 6538P, Salmonella Typhimurium ATCC 13311, Escherichia coli O157:H7 ATCC 43895) üzerine inhibisyon etkisi incelenmiştir. En uygun ekstrakt konsantrasyonu ve ultrases uygulama süresinin belirlenmesi amacıyla Merkezi Bütünleşik Dizayn Tasarımı (CCD) yöntemi kullanılarak işlem koşulları optimize edilmiştir. Elde edilen optimum koşullarda işlem uygulanmış gıda örnekleri 7 gün boyunca 4ºC'de depolanmış, depolama süresince (0, 3, 5, 7. günlerde) örneklerin mikrobiyolojik (test kültürleri, aerobik mezofilik bakteri, küf ve maya, laktik asit bakteri sayıları) ve duyusal özellikleri ile pH ve renk değişimleri incelenmiştir. 
Çalışma sonucunda, S. aureus'un 0,02 mg/mL-25,0 mg/mL minimum inhibisyon konsantrasyonu (MİK) değerleri ile en hassas, en dirençli mikroorganizmanın ise 1,56-22,84 mg/mL MİK değerleri ile E. coli O157:H7 olduğu bulunmuştur. En yüksek toplam fenolik madde miktarı 338,91 mg GAE/g ile yaprak etanol ekstraktında tespit edilmiş olup, yaprak ekstraktları için ekstraksiyonda kullanılan solventin fenolik madde miktarı üzerine etkili olduğu belirlenmiştir (p<0,05). 
Antimikrobiyal, antibiyofilm ve antioksidan aktiviteleri ile fenolik madde miktarı en yüksek olan yaprak etanol ekstraktı model gıda uygulamaları için kullanılmıştır. Ekstrakt konsantrasyonları, en dirençli mikroorganizma olan E. coli O157:H7'nin MİK değeri (2,5 mg/mL) dikkate alınarak hazırlanmıştır. CCD yöntemi ile elde edilen deneme deseni ile analizler gerçekleştirilmiştir. Ekstrakt ve ultrases uygulamasının tavuk örneklerinde yeterli mikrobiyal azalma sağlamadığı tespit edilmiştir. Elma örnekleri için ise optimum koşullar 2,10xMİK (5,25 mg/mL) ekstrakt konsantrasyonu ve 6,29 dk ultrases (35 kHz, 30ºC) uygulama süresi olarak bulunmuştur. Optimize edilmiş koşullarda işlem uygulanmış elma örneklerinde işlem sonrasında S. aureus, S. Typhimurium ve E. coli O157:H7 sayılarında sırası ile 3,50 log KOB/g, 1,88 log KOB/g ve 2,06 log KOB/g azalma sağlanmıştır. 
Optimize edilmiş koşullarda işlem uygulanmış elma örneklerinde 7 günlük depolama süresi sonunda S. aureus, S. Typhimurium ve E. coli O157:H7 sayılarında kontrol örneklerine kıyasla sırasıyla 3,67 logKOB/g, 2,41 log KOB/g ve 2,31 log KOB/g azalma elde edilmiştir. Mersin yaprağı etanol ekstraktı ve ultrases uygulaması kombinasyonunun aerobik mezofilik bakteriler ile küf ve mayalar üzerinde düşük antimikrobiyal aktivite gösterdiği belirlenmiştir. Optimize edilmiş koşullarda ekstrakt ve ultrases uygulanmış örneklerin depolama süresi boyunca pH değerlerinde 0.gün ile kıyaslandığında azalmalar belirlenmiş (p<0,05), depolama süresinin ise renk, görünüş, doku, koku ve genel kabul edilebilirlik üzerine anlamlı bir farklılığa neden olmadığı saptanmıştır (p>0,05). 
Çalışma sonucunda, mersin yaprağı etanol ekstraktının ultrases uygulaması ile birlikte kullanımının elmalara inoküle edilmiş patojen mikroorganizmalara karşı inhibisyon etkisinin olduğu belirlenmiştir. Mersin ekstrakt veya esansiyel yağlarının etkili antimikrobiyal, antibiyofilm ve antioksidan özellikleri ile yüksek fenolik madde miktarları sayesinde kimyasal koruyucular yerine doğal bir koruyucu olarak kullanılabileceği ve gıda güvenliğinin sağlanmasında umut vaad eden bir yöntem olabileceği düşünülmektedir.

Abstract:
In this study, myrtle fruits and leaves extracts, essential oils and hydrosols have been investigated for antimicrobial, antibiofilm, antioxidant, synergistic effects and total amount of phenolic substances. The antimicrobial effects of the selected extract with the highest antimicrobial, antibiofilm, antioxidant activities and total phenolic substance content in combination with ultrasound treatment on test cultures (Staphylococcus aureus ATCC 6538P, Salmonella Typhimurium ATCC 13311, Escherichia coli O157:H7 ATCC 43895) inoculated to chicken fillet and apple samples were examined. Optimization process was carried out using the Central Composite Design method to determine the most convenient concentration and ultrasound application time. The food samples that were treated under optimum conditions were stored at 4 ºC for 7 days. During the storage period (0, 3, 5, 7 days), microbiological (number of pathogenic microorganisms, aerobic mesophilic bacteria, molds and yeasts and lactic acid bacteria), and sensory properties as well as the changes in pH and color values of the samples were determined.
The results of the study showed that the most sensitive microorganism was S. aureus with minimum inhibition concentration (MIC) values ranging between 0.02 mg/mL-25.0 mg/mL, and the most resistant microorganism was found as E. coli O157:H7 with MIC values of 1.56-22.84 mg/mL. The highest amount of total phenolic substance was detected in ethanol extract of myrtle leaves with a value of 338.91 mg GAE/g, and it was determined that the solvent used for leaf extracts influence the amount of phenolic compounds (p<0.05). 
Ethanol extract of myrtle leaves with the highest antimicrobial, antibiofilm and antioxidant activities and the highest amount of total phenolic compounds was used for model food applications. Concentrations of the leaf ethanol extracts were prepared using the MIC value of extract (2.5 mg/mL) for E. coli O157:H7 that was found as the most resistant bacteria.  Analyses were carried out with the experimental design obtained by the Central Composite Design method. The combinations of extract and ultrasound applications did not provide enough microbial reduction on chicken samples. For apple samples, the optimum conditions for the extract concentration and the ultrasound (35 kHz, 30ºC) application time were found as 2.10xMIC (5.25 mg/mL) and 6.29 min, respectively. After being treated at optimum conditions, the numbers of S. aureus, S. Typhimurium and E. coli O157:H7 inoculated to apple samples were reduced about 3.50 log CFU/g, 1.88 log CFU/g and 2.06 log CFU/g, respectively.
After a storage period of 7 days, compared to control samples, the reductions in the populations of S. aureus, S. Typhimurium and E. coli O157:H7 on apple samples treated at optimized condition were determined as 3.67 log CFU/g, 2.41 log CFU/g and 2.31 log CFU/g, respectively. The combination of myrtle leaf ethanol extract and ultrasound application appeared to have low antimicrobial activity on aerobic mesophilic bacteria, mold and yeasts. The pH values of the samples treated with the extract and ultrasound under optimized conditions were reduced comparing to the results of 0th day (p<0.05), while the storage time did not significantly affect the color, appearance, texture, odor and general acceptability (p>0.05).
As a result of the study, it was found that the use of myrtle leaf ethanol extract with ultrasound application has an inhibitory effect against pathogenic microorganisms inoculated to apple samples. Myrtle extracts or essential oils which are high in phenolic content have effective antimicrobial, antibiofilm and antioxidant properties; therefore, instead of chemical preservatives, they can be used as antimicrobial agents and provide an alternative process for ensuring food safety.