Lipozomal enkapsüle edilmiş bazı bitki ekstraktlarının ekmek ve yaş makarna formülasyonlarında doğal koruyucu olarak kullanımı
The use of liposomal encapsulated some plant extracts in bread and fresh pasta formulations as natural preservatives
Yazar: MİNE ASLAN
Danışman: DOÇ. DR. NİLGÜN ERTAŞ ; DOÇ. DR. MUSTAFA KÜRŞAT DEMİR
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Aromatik bitkiler = Aromatic plants ; Bitki özütü = Plant extract ; Ekmek = Bread ; Makarna = Macaroni

Özet:
Bu çalışmanın ilk aşamasında, Rosmarinus officinalis (biberiye), Pimpinella anisum (anason), Cinnamomum verum (tarçın), Zingiber officinale (zencefil), Mentha piperita (nane), Curcuma longa (zerdeçal), Foeniculum vulgare (rezene), Syzygium aromaticum (karanfil), Laurus nobilis (defne) ve Thymus vulgaris (kekik)'den oluşan 10 adet aromatik bitki ekstraktları elde edilmiş, elde edilen bu ekstraktların toplam fenolik madde (TFM) miktarı, antioksidan aktivite değeri ve antifungal özellikleri belirlenerek, en yüksek biyoaktif bileşen içeriği ile yüksek antifungal etki gösteren 5 adet tıbbi aromatik bitki ekstraktı seçilmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında; ilk aşamada belirlenen tarçın, zerdeçal, zencefil, karanfil ve defne ekstraktları lipozom ile enkapsüle edilerek, enkapsülasyon verimliliği, antifungal özellikleri, partikül boyut dağılımları, termal özellikleri, in-vitro mide ve bağırsak direnci, ısıl stabiliteleri analiz edilerek üstün özellikler gösteren 2 adet lipozom örneği tespit edilmiştir. Çalışmanın üçüncü aşamasında, bir önceki aşamada belirlenen lipozom ile enkapsüle edilmiş tarçın ve karanfil ekstraktları 5 farklı (%0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 ve 0.5) oranda ekmek ve yaş makarna formülasyonuna ilave edilmiş ve son ürünlerin bazı fiziksel, kimyasal, mikrobiyolojik ve duyusal özelliklerinin yanı sıra depolama süresince (0, 7, 14 ve 21 gün) ekmek ve (0, 7, 14, 21 ve 28 gün) yaş makarna örneklerinin bazı kalite özellikleri üzerine etkileri araştırılmıştır.
Tıbbi aromatik bitki ekstraktları arasında Syzygium aromaticum, Cinnamomum verum, Curcuma longa ve Zingiber officinale TFM miktarı açısından, Syzygium aromaticum, Cinnamomum verum, Curcuma longa, Zingiber officinale, Laurus nobilis ve Rosmarinus officinalis bitki ekstraktlarında ise antioksidan aktivite açısından daha üstün bulunmuştur. Küf suşları arasında en yüksek inhibisyon zon çapları Aspergillus oryzae, Penicillium digitatum ve Aspergillus niger suşuna karşı Cinnamomum verum, Curcuma longa, Zingiber officinale, Syzygium aromaticum ve Laurus nobilis bitki ekstraklarının kullanımı ile elde edilmiştir. Antifungal özelliği yüksek olan Cinnamomum verum, Curcuma longa, Zingiber officinale, Syzygium aromaticum ve Laurus nobilis ekstraktları lipozom ile enkapsülasyon işlemine tabi tutulduktan sonra küf suşlarına karşı etkinliklerinin arttığı belirlenmiştir. Küf suşlarına karşı en yüksek inhibisyon zon çapı ve en düşük minimum inhibisyon konsantrasyon ve minimum fungisidial konsantrasyon değerleri Cinnamomum verum ve Syzygium aromaticum örneklerinde tespit edilmiştir. Lipozom örneklerine ait TFM miktarı açısından enkapsülasyon etkinliği %86.60 ile 92.87 arasında değişim göstermiştir. Dondurarak kurutma-rehidrasyon 4°C, 4°C, 20°C ve -20°C'de depolama sonrası en yüksek enkapsülasyon etkinlik değeri Curcuma longa örneği ile elde edilmiştir. Isıl stabilitesi en yüksek olan lipozom örneği Syzygium aromaticum olarak belirlenmiştir. İn-vitro mide ve bağırsak ortamında en yüksek salınım değerleri Laurus nobilis örneğinde sırasıyla %71.18 ve %98.68 olarak bulunmuştur. Ekstrakt yüklü lipozom örneklerinde lipit çift katmanlarının jel halinden sıvı kristal forma geçtiği sıcaklık (1.69 -5.31°C), ön faz geçişi sıcaklığı (102.16-133.10°C) ve ana faz geçiş sıcaklığı (116.47-165.22°C) olmak üzere üç farklı sıcaklık aralığında endotermik faz geçişi meydana gelmiştir.
Ekmek formülasyonunda artan oranda lipozom kullanımı ekmek hacmini azaltarak spesifik hacmi düşürmüş ve ekmek sertliğini artırmıştır. Syzygium aromaticum yüklü lipozom ilaveli ekmek örneklerinde daha yüksek TFM miktarı ve antioksidan aktivite değerleri belirlenmiştir. Depolamanın 21. gününe kadar ekmek örneklerinin antioksidan aktivite değerinde artış belirlenmiştir. %0.3 kullanım oranına kadar ekstrakt yüklü lipozom ilaveli ekmek örneklerinde maya/küf gelişimi depolamanın 14. gününden itibaren hızlanırken daha yüksek oranda lipozom ilaveli örneklerde ise depolamanın 21. gününe kadar mikrobiyal gelişim gözlenmemiştir. Ekmek üretiminde Cinnamomum verum yüklü lipozom ilavesinin %0.1 oranına kadar, Syzygium aromaticum yüklü lipozom ilavesinin ise %0.3 oranına kadar kullanımı duyusal kaliteyi olumsuz etkilememiştir.
Yaş makarna üretiminde %0.5 ilave oranında Cinnamomum verum ve Syzygium aromaticum yüklü lipozom kullanımı ile kontrol örneklerine kıyasla hacim artışı değerlerinde sırasıyla %29.39 ve %29.93 oranında bir azalış ve sıkılık değerlerinde ise %40.99 ve %34.41 oranında bir artış belirlenmiştir. Ekstrakt yüklü lipozom ilaveli tüm yaş makarna örneklerine ait suya geçen kuru madde miktarı değerleri %5.00'den daha düşük olarak bulunmuştur. Syzygium aromaticum yüklü lipozom kullanımı ile daha yüksek L* ve b* değeri elde edilirken, Cinnamomum verum kullanımı ile daha yüksek a* değeri elde edilmiştir. Yaş makarna formülasyonunda Syzygium aromaticum ve Cinnamomum verum yüklü lipozomların artan oranda kullanımı ile makarna örneklerinin TFM miktarları ile antioksidan aktivite değerleri artmıştır. Bu artış Syzygium aromaticum kullanımı ile daha yüksek değerlere ulaşmıştır. Artan depolama süresi ile yaş makarna örneklerinin L* ve b* değeri azalırken, 28. günde en yüksek a* değeri elde edilmiştir. Depolama sonunda yaş makarna örneklerinin mikrobiyal yükü %0.3'den yüksek Cinnamomum verum ve %0.1'den yüksek Syzygium aromaticum yüklü lipozom ilavesi ile 3 log kob/g değerinden daha düşük olarak belirlenmiştir. Cinnamomum verum yüklü lipozom örneğinin tüm kullanım oranlarında yaş makarna örneklerinin duyusal özellikleri olumlu etkilerken, artan oranda Syzygium aromaticum kullanımı ise duyusal özellikleri olumsuz etkilemiştir.

Abstract:
In the first stage of this study, extracts were obtained from 10 different medicinal aromatic plants, including Rosmarinus officinalis (rosemary), Pimpinella anisum (anise), Cinnamomum verum (cinnamon), Zingiber officinale (ginger), Mentha piperita (mint), Curcuma longa (turmeric), Foeniculum vulgare (fennel), Syzygium aromaticum (clove), Laurus nobilis (laurel) ve Thymus vulgaris (thyme). The total phenolic content (TPC), antioxidant activity value and antifungal activity properties of these extracts were determined and then, 5 different plant extracts having the highest bioactive component content and high antifungal activity was selected to be encapsulated with liposomes. In the second stage of the study; the cinnamon, turmeric, ginger, clove and laurel extracts determined in the first stage were encapsulated with liposomes and were aimed to determine the liposome samples showing superior properties by analyzing encapsulation efficiency, antifungal activity, particle size distribution, thermal properties, in-vitro gastric and intestinal resistance, and heat stability. In the third stage of the study, the liposome-encapsulated cinnamon and clove extracts determined in the previous stage were used in bread and fresh pasta production at five ratios (0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 and 0.5%). Some physical, chemical, microbiological, and sensory properties of the final products, and the effects on some quality properties of bread and fresh pasta samples during storage were investigated.
Among the medicinal aromatic plant extracts, Syzygium aromaticum, Cinnamomum verum, Curcuma longa and Zingiber officinale were found to be superior in terms of TPC and Syzygium aromaticum, Cinnamomum verum, Curcuma longa, Zingiber officinale, Laurus nobilis and Rosmarinus officinalis in terms of antioxidant activity value. The highest inhibition zone diameters were determined with Cinnamomum verum, Curcuma longa, Zingiber officinale, Syzygium aromaticum and Laurus nobilis extracts against Aspergillus oryzae, Penicillium digitatum and Aspergillus niger strains. The antifungal activity of Cinnamomum verum, Curcuma longa, Zingiber officinale, Syzygium aromaticum and Laurus nobilis extracts, which have high antifungal properties, against mold strains increased after they were encapsulated with liposomes. The highest inhibition zone diameter, the lowest minimum inhibition concentration and minimum fungicidal concentration values against mold strains were determined with Cinnamomum verum and Syzygium aromaticum liposome samples. The encapsulation efficiency in terms of TFM amount of the liposome samples varied between 86.60% and 92.87%. The highest encapsulation efficiency value after storage at freeze drying-rehydration 4°C, 4°C, 20°C and -20°C was obtained with the Curcuma longa sample. The liposome sample with the highest thermal stability was determined as Syzygium aromaticum. The highest release values in the in-vitro stomach and intestinal environment were found as 71.18% and 98.68% in Laurus nobilis sample, respectively. Endothermic phase transition occurred in the extract-loaded liposome samples at three different temperature ranges. These; transition temperature from gel to liquid crystal form of lipit bilayers (1.69-5.31°C), pre-phase transition temperature (102.16-133.10°C) and main phase transition temperature (116.47-165.22°C).
Usage of an increased ratio of liposomes in the bread formulation decreased the volume of the bread samples and increasing the firmness values. The highest TFM amount and antioxidant activity were determined in bread samples added Syzygium aromaticum liposome. The antioxidant activity value of the bread samples increased during storage. Yeast/mold growth accelerated from the 14th day of storage in the extract-loaded liposome-added bread samples up to 0.3% usage rate, while microbial growth was not observed until the 21st day of storage in the samples incorporation higher liposome ratio. The use of Cinnamomum verum liposome up to 0.1%, and Syzygium aromaticum liposome up to 0.3% in bread production did not adversely affect sensory quality.
A decrease in the volume increase values and an increase in the firmness values were determined with the use of 0.5% Cinnamomum verum and Syzygium aromaticum liposomes in fresh pasta. The cooking loss values of all fresh pasta samples with extract-loaded liposome added were found to be lower than 5.00%. While higher L* and b* values were obtained with the use of Syzygium aromaticum liposome, higher a* values were obtained with the use of Cinnamomum verum liposome. The use of Syzygium aromaticum and Cinnamomum verum liposomes increased the TFM amounts and antioxidant activity values of the fresh pasta samples. This increase reached higher values with the incorporation of Syzygium aromaticum. A decrease in L* and b* values and an increase in a* values of fresh pasta were obtained with increased storage time. At the end of storage, the microbial load of the fresh pasta samples was lower than 3 log cfu/g with the addition of Cinnamomum verum liposome higher than 0.3% and Syzygium aromaticum liposome higher than 0.1%. While the use of Cinnamomum verum liposome had a positive effect on the sensory properties of fresh pasta samples at all usage rates, the use of Syzygium aromaticum at an increasing rate had a negative effect on the sensory properties.