Bakteriyofaj mikrokapsülasyonunun optimizasyonu ve mikrokapsüle bakteriyofajın yoğurt üretiminde kullanım olanaklarının araştırılması
Optimization of microcapsulation of bacteriophages and investigation of potential use of microencapsuled bacteriophages in yogurt production
Yazar: FİRUZE ERGİN
Danışman: PROF. DR. AHMET KÜÇÜKÇETİN
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Doğada en fazla bulunan biyolojik topluluklardan birini temsil eden bakteriyofajlar, kendilerine özgü hedef bakteriyi öldürebilen bakteri virüsleri olarak tanımlanmaktadır. Son yıllarda, patojen bakterilerin antibiyotiklere karşı direnç kazanması, bakteriyofaj uygulamasını yeniden gündeme getirmiştir. İnsan sindirim sisteminin doğal mikrobiyotasında bulunan bakteriyofajlar ağız yoluyla alındıklarında, gastrointestinal sistemden geçişleri sırasında yüksek asitlik ve sindirim enzimleri  gibi olumsuz etkilere maruz kalmalarından dolayı aktivitelerini kaybetmektedir. Bakteriyofajları, gıdanın bileşenleri, fizikokimyasal özellikleri ve depolama koşulları ile gastrointestinal sistemin olumsuz etkilerine karşı korumak için mikrokapsülasyon yöntemi kullanılabilmektedir.
Bu çalışma ile bakteriyofaj mikrokapsülasyonda kullanılan kaplama çözeltisindeki sodyum aljinat ve sodyum kazeinat oranları ile titreşim frekansı değişkenlerinin optimizasyonunun sağlanarak en yüksek yükleme verimliliğine, düşük pH değerleri dayanımına ve en küçük kapsül boyutuna sahip mikrokapsül oluşturulması hedeflenmiştir. Ayrıca çalışmada, Salmonella türlerinin % 98.2'sini lize edebilen Felix O1 bakteriyofajının yapay mide ortamında aktivitesinin belirlenmesi, yapay bağırsak ortamında Felix O1'in mikrokapsüllerden salınımının matematiksel modellemesi, Felix O1 mikrokapsüllerinin model gıda olarak seçilen yoğurdun üretiminde kullanılması amaçlamıştır.
En yüksek verimlilik değerine sahip mikrokapsülleri üretmek için titreşim frekans değerinin 1.61 kHz, kaplama çözeltisindeki sodyum aljinat ve kazeinat oranlarının sırasıyla % 1.86 ve % 3.26 olduğu; pH 2.0'ye maruz bırakılan mikrokapsüllerdeki Felix O1'in azalma oranının en düşük olduğu optimum nokta için frekans değerinin 4.50 kHz, kaplama çözeltisindeki sodyum aljinat ve kazeinat oranlarının sırasıyla % 2.00 ve 2.69 olduğu; en yüksek mikrokapsül verimliliği, pH değeri 2.0 olan çözelti içerisinde en düşük Felix O1 azalma oranı ve en küçük mikrokapsül çevre uzunluğu olmak üzere her üç cevap için optimum koşullara sahip mikrokapsülleri üretmek için frekans değerinin 4.50 kHz, kaplama çözeltisi içerisindeki sodyum aljinat ve kazeinat oranlarının sırasıyla % 1.53 ve 2.72 olduğu nokta optimum olarak belirlenmiştir.
Yapay mide ortamında Felix O1 titresindeki en yüksek azalma miktarının, en yüksek mikrokapsül verimliliğine, pH değeri 2.0 olan çözelti içerisinde en düşük Felix O1 azalma oranına ve en küçük mikrokapsül çevre uzunluğuna sahip mikrokapsüllerde olduğu ve söz konusu mikrokapsülü, sırasıyla en yüksek mikrokapsül verimliliğine ve pH değeri 2.0 olan çözelti içerisinde en düşük Felix O1 azalma oranına sahip mikrokapsüllerin takip ettiği belirlenmiştir.
Mikrokapsüle ve serbest formdaki Felix O1'in üretimlerinde kullanıldıkları yoğurt örneklerindeki Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus ve Streptococcus thermophilus'un canlılıklarını ve yoğurt örneklerinin fizikokimyasal özelliklerini olumsuz etkilemediği ortaya konmuştur. Tek başına ya da yoğurt içerisinde yapay bağırsak ortamında bekletilen mikrokapsüllerden Felix O1 salınımının Korsmeyer-Peppas modeline iyi uyum sağladığı ve Felix O1'in salınım mekanizmasının difüzyon ile gerçekleştiği tespit edilmiştir.
Elde ettiğimiz sonuçlar neticesinde, Felix O1'in yoğurdun fonksiyonel özelliğinin arttırılmasında kullanılabileceği, böylece Felix O1'in yoğurt ile vücuda taşınabileceği ve vücut içerisinde etkin bir şekilde faaliyet gösterebileceği ortaya konmuştur.

Abstract:
Bacteriophages represent one of the most abundant biological populations in nature and are defined as bacterial viruses that can kill specific target bacteria. In recent years, gaining resistance to antibiotics of pathogenic bacteria has brought up bacteriophages application again. Moreover, bacteriophages that present in natural microbiota of the human digestive system when taken orally, have lost their activities because of exposure to adverse effects such as high acidity and digestive enzymes during their passage along the gastrointestinal system. The microcapsulation method can be used to protect bacteriophages against adverse effects of components, physicochemical properties and storage conditions of food, and gastrointestinal system.
In this study, the formation of microcapsules with the highest loading efficiency, the highest resistance to low pH and the smallest particle size by optimization the vibration frequence values with sodium alginate and sodium caseinate ratios in the coating solution used in bacteriophage microcapsulation were aimed. Besides, determination activity of bacteriophage Felix O1 which is lysing 98.2% of Salmonella species, in the simulated gastric environment, mathematical modelling of release of Felix O1 from microcapsules in the simulated intestinal environment, use of microencapsulated Felix O1 in the production of yogurt as model food were aimed.
In order to produce microcapsules with the highest efficiency value, the vibration frequency value of 1.61 kHz, sodium alginate and caseinate in the coating solution were 1.86% and 3.26% respectively; for the optimum point where the reduction rate of Felix O1 in microcapsules exposed to pH 2.0 is the lowest, the frequency value is 4.50 kHz, the sodium alginate and caseinate ratios in the coating solution are 2.00% and 2.69, respectively; for the maximum microcapsule efficiency, the lowest Felix O1 reduction rate when microcapsules exposed to pH 2.0 and the smallest microcapsule perimeter the frequency value of 4.50 kHz, sodium alginate and caseinate in the coating solution were 1.53 and 2.72 respectively determined.
In the simulated gastric environment, the highest titres reduction of Felix O1 was determined in the microencapsules which had the maximum microcapsule efficiency, the lowest Felix O1 reduction rate when microcapsules exposed to pH 2.0 and the smallest microcapsule perimeter followed by, respectively, microencapsules which had the maximum microcapsule efficiency and microencapsules which has lowest Felix O1 reduction rate when microcapsules exposed to pH 2.0.
It was found that the microcapsulated and free form of Felix O1 did not adversely affect viability of L. delbrueckii subsp. bulgaricus and S. thermophilus in yogurt samples and physicochemical properties of yogurt samples. It was determined that Felix O1 release from microcapsules as alone or in yoğurt, which were kept in the artificial intestinal environment, was fit well to the Korsmeyer-Peppas model, and the diffusion was the mechanism for releasing of Felix O1.
As a result of our results, Felix O1 can be used to increase the functional properties of yoğurt. Felix O1 can be transported to the body with yogurt and can be active in the body.