Elektrospinning tekniğiyle portakal ve kivi posalarından üretilen nanoliflerle enkapsüle edilen probiyotik Lactobacillus acidophilus'un fonksiyonel yoğurt üretiminde kullanımı
The use of probiotic Lactobacillus acidophilus encapsulatedwith nanofibers produced from orange and kiwi pomaceby electrospinning technique in the production offunctional yogurt
Yazar: ERSİN ÇELEM
Danışman: PROF. DR. ZEKAİ TARAKÇI ; PROF. DR. HASAN TEMİZ
Ordu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Bu çalışmada, öncelikle elektrospinning tekniğiyle nanolif üretiminde ve
probiyotik Lactobacillus acidophilus bakterisinin nanoenkapsülasyonunda portakal
ve kivi posalarının çözünür diyet lif, şeker ve mineral madde gibi suda çözünür
fraksiyonlarını içeren sulu ekstraktlarının (sırasıyla PÇF ve KÇF) ve gliserolün
kullanımı amaçlanmıştır. Sonrasında ise üretilen nanolif ve nanoenkapsüle probiyotik
hücrelerin fonksiyonel yoğurt üretiminde kullanılmasının, depolama periyodu
boyunca, hücrelerin canlılıklarına ve yoğurdun bazı özelliklerine etkileri
araştırılmıştır.
Çalışmada nanolif üretiminde kullanılan polimer çözeltileri, çözünür kuru
madde üzerinden 100:0, 95:5, 90:10 ve 85:15 oranlarında pullulan/PÇF veya
pullulan/KÇF içerecek şekilde hazırlanmıştır. Probiyotik hücre, gliserol ve hücregliserol içeren nanoliflerin üretiminde 100:0 ve 95:5 oranları seçilmiştir. Gliserol
içeren nanoliflerin üretiminde, polimer çözeltileri %3 oranında gliserol içerecek
şekilde ayarlama yapılmıştır. PÇF ve KÇF'nin polimer çözeltilerinin viskozitelerini
önemli derecede düşürdüğü ve iletkenliklerini önemli derecede arttırdığı (P<0.05);
gliserol ve probiyotik hücrelerin viskoziteyi önemli derecede arttırdığı ve hücre
ilavesiyle iletkenliğin önemli derecede yükseldiği tespit edilmiştir (P<0.05).
Çalışmada elektrospinning işlemi, çözelti son konsantrasyonu %13 (w/v), voltaj 15
kV, çözelti besleme hızı 0.9mL/h ve mesafe 14cm olacak şekilde uygulanmış ve
üretilen matların SEM görüntüleri incelendiğinde, tüm polimer çözeltilerinden
başarılı bir şekilde nanolifler üretildiği görülmüştür. PÇF veya KÇF ilaveli
nanoliflerin (81-170 nm), sadece pullulan (241 nm) içeren nanoliflere göre, ortalama
çaplarının daha küçük olduğu ve gliserol ve/veya hücre içeren nanoliflerin ortalama
çaplarının önemli derecede daha yüksek oldukları tespit edilmiştir (P<0.05).
Elektrospun nanoliflerinde PÇF, KÇF, gliserol ve probiyotik hücrelerin varlığı, FTIR
ve TG-DSC analizleriyle doğrulanmıştır. PÇF, KÇF, gliserol ve probiyotik hücre
içeren nanoliflerin zeta potansiyel değerlerinin, sadece pullulan içeren nanolife göre
daha yüksek olduğu bulunmuştur. KÇF veya PÇF ilaveli ancak gliserol içermeyen
çözeltilerden üretilen nanoliflerde, Lactobacillus acidophilus canlılık oranlarının
önemli derecede daha yüksek seviyelerde olduğu görülmüştür (sırasıyla %97 ve %93.78, P<0.05). Yoğurt ortamında, depolama süresinin sonunda (20 gün) nanoliflerle kapsüllenmiş L. acidophilus hücrelerinin canlılığı en iyi şekilde korunmuş (6.89-7.02 log kob/g), bunu nanoliflerle bir arada bulunan serbest hücreler(6.15-6.54 log kob/g) takip etmiştir. Ayrıca, in vitro gastrointestinal koşullarda da
benzer sonuçlar tespit edilmiştir. Nanolif katkılı yoğurtlarda sinerezis oranı, kontrol
örneğine göre önemli derecede daha düşük bulunmuştur (P<0.05). Nanolif katkılı
yoğurt örneklerinin tamamı kontrol örneğine (KY) göre daha yüksek antioksidan
aktiviteye sahipken, en yüksek antioksidan aktivite PÇF veya KÇF içeren nanolif
ilaveli yoğurt örneklerinde belirlenmiştir. Nanolif içeren yoğurt örneklerinin tekstürel
değerleri, depolama süresince, kontrol örneğine göre daha yüksektir. Ayrıca, nanolif
ilavesiyle üretilen fonksiyonel yoğurt örneklerinin, duyusal kalite açısından kabul
edilebilir oldukları tespit edilmiştir. Sonuç olarak, portakal ve kivi meyvesi
posalarından elde edilen sulu ekstraktların elektrospinning tekniği ile nanolif üretimi
ve probiyotik hücrelerin enkapsülasyonu üzerinde olumlu etkilerinin olduğu;
probiyotik hücreleri ve bir kriyoprotektan olan gliserolü enkapsüle şekilde bir arada
içeren pullulan-posa sulu ekstraktı bazlı nanoliflerin üretilebileceği ve ayrıca bu
nanoliflerin fonksiyonel yoğurt üretiminde kullanılabileceği belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, it was primarily aimed to use aqueous extracts, containing
water-soluble components such as soluble dietary fiber (SDF), sugar and mineral
matter, of orange and kiwi pomaces (PÇF and KÇF, respectively), and glycerol in the
production of nanofiber and nanoencapsulation of probiotic Lactobacillus
acidophilus bacteria by electrospinning method. Then, the effects of using these
nanofibers and encapsulated probiotic cells in the production of functional yogurt on
some properties of yogurt and the viability of cells during the storage period were
investigated.
The polymer solutions used in the nanofiber production in the study contained
pullulan/PÇF or pullulan/KÇF at ratios of 100:0, 95:5, 90:10, and 85:15 as soluble
dry matter. Among mentioned concentrations, 100:0 and 95:5 ratios were selected in
the production of nanofibers containing probiotic cells, glycerol and cell-glycerol. In
the production of glycerol-containing nanofibers, the polymer solutions were
adjusted to contain 3% glycerol. It was found that PÇF and KÇF decreased the
viscosity and increased the conductivity of polymer solutions, significantly (P<0.05);
glycerol and probiotic cells significantly increased the viscosity while the
conductivity increased significantly with the addition of cells (P<0.05). In the study,
the electrospinning process was carried out with a final solution concentration of
13% (w/v), voltage of 15 kV, solution feed rate of 0.9mL/h, and distance of 14 cm.
SEM images of the produced mats showed that nanofibers were successfully
produced from all polymer solutions. It was found that nanofibers containing PÇF or
KÇF (81-170 nm) had smaller average diameters than nanofibers containing only
pullulan (241 nm), and the average diameters of nanofibers containing glycerol
and/or cells were significantly higher (P<0.05). The presence of PÇF, KÇF, glycerol,
and probiotic cells in electrospun nanofibers was confirmed by FTIR and TG-DSC
analyses. It was found that the zeta potential values of nanofibers containing PÇF,
KÇF, glycerol, and probiotic cells were higher than the nanofibers containing only
pullulan. Lactobacillus acidophilus viability rates were significantly higher in
nanofibers produced from solutions with KÇF or PÇF but without glycerol (97% and
93.78% respectively, P<0.05). In yogurt medium, the viability of L. acidophilus cells encapsulated in nanofibers was maintained best (6.89-7.02 log cfu/g), followed by
free cells coexisting with nanofibers (6.15-6.54 log cfu/g) at the end of the storage
period (20 days). Similar results were also found under in vitro gastrointestinal
conditions. The syneresis rate of nanofiber-added yogurts was found to be
significantly lower than the control sample (P<0.05). All nanofiber-added yogurt
samples possessed higher antioxidant activity than the control sample (KY), while
the highest was determined in yogurt samples containing nanofibers with PÇF or
KÇF. The textural values of yogurt samples containing nanofibers were higher than
the control sample during storage. Also, it was determined functional yogurt samples
produced with nanofiber addition were acceptable in terms of sensory quality. In
conclusion, it has been determined that aqueous extracts obtained from orange and
kiwi fruit pomaces have positive effects on the production of nanofibers and
encapsulation of probiotic cells by electrospinning technique; that pullulan-pomace
aqueous extract based nanofibers containing a combination of probiotic cells and
glycerol, a cryoprotectant, can be produced, and finally, these nanofibers can be
utilized in the production of functional yogurt.