Biyoatıklardan biyoaktif maddelerin mikroenkapsülasyonu ve çeşitli gıdalardaki salım davranışları
Microencapsulation of bioactive substances from biowaste and their release behavior in various foods
Yazar: İREM TOPRAKÇI YÜKSEL
Danışman: PROF. DR. SELİN ŞAHİN SEVGİLİ
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu tez, biyokütleden yüksek katma değerli maddelerin çevre dostu yöntemlerle geri kazanılmasını amaçlayan bir çalışmadır. Bunun için de seçilmiş olan ham maddeler (zeytin yaprağı, hibiskus, kuşburnu çekirdeği, erik kabuğu ve vişne kabuğu ) öncelikle sulu alkol çözeltisi ile yine ileri bir ekstraksiyon sistemi olan Otomatik Çözücü Ekstraksiyonu (OÇE) sistemiyle ekstrakte edilmiştir. Biyoaktif bileşenlerce zengin ekstraktlara sırasıyla iyonik jelasyon ve püskürtmeli kurutma yöntemleri ile mikroenkapsülasyon işlemi uygulanmıştır. Mikroenkapsülasyon süreçleri için istatistiksel deneysel tasarım yöntemi olan Yanıt Yüzey Metodolojisi (YYM) kullanılmıştır. Bu şekilde optimum koşullar belirlenmiş, sistemler modellenmiş ve her bir parametrenin sistemler üzerindeki etkisi tayin edilmiştir. Optimizasyon yapılırken hedef en yüksek enkapsülasyon etkinliği (EE), en yüksek kurutma verimliliği (KV) ve en yüksek biyoaktif özellik (fenolik bileşenler, antosiyaninler ve antioksidan aktivite gibi) gibi bağımlı değişkenler olmuştur. Bağımsız değişken olarak da kullanılan enkapsülasyon yöntemine bağlı olarak duvar malzemesi oranı, duvar malzemesi konsantrasyonu, süre ve sıcaklık seçilmiştir. Bağımlı ve bağımsız değişken seçimleri ve seviyeleri yapılmış olan çalışmalar ve ön denemeler dikkate alınarak belirlenmiştir. Ayrıca, optimum koşullarda elde edilen mikrokapsül örneklerinin çeşitli morfolojik (partikül boyutu dağılımı ve partikül şekli) ve fizikokimyasal özellikleri (nem içeriği, su aktivitesi, çözünürlük, yığın yoğunluğu, sıkıştırılmış yığın yoğunluk ve Carr indeksi) de belirlenmiştir. Aynı örnekler, ilgili biyoaktiflerin biyoyararlanımını belirlemek amacıyla in vitro salım çalışmasına tabi tutulmuştur. Son olarak, parçacıklar gıdaların fonksiyonel özelliklerini arttırmak amacıyla en çok tüketilen 2 model gıda ürününe (ayçiçek yağı ve mısırözü yağı) gıda katkı maddesi olarak uygulanmıştır. Gıda ürünlerindeki iyileştirmeler oksidasyona karşı direnç, fenolik madde ve antioksidan aktivite açısından değerlendirilmiştir.

Anahtar kelimeler:  Gıda güvenliği, biyorafineri, doğal katkı maddeleri, fonksiyonel gıdalar, çok değişkenli optimizasyon

Abstract:
This thesis is a study that aims to recover added high value-added substances from biomass with environmentally friendly methods. For this purpose, the selected raw materials (olive leaves, hibiscus, rosehip seed, plum peel and sour cherry peel) were first extracted with aqueous alcohol solution using the Automatic Solvent Extraction (ASE) system, which is also an advanced extraction system. Microencapsulation process was applied to the extracts rich in bioactive components by ionic gelation and spray drying methods, respectively. Response Surface Methodology (RSM), a statistical design method, was used for microencapsulation. In this way, optimum conditions were determined, the systems were modeled, and the effect of each parameter on the systems was determined. While optimizing, the target was dependent variables such as the highest encapsulation efficiency (EE), the highest encapsulation yield (EY) and the highest bioactive properties (such as phenolic compounds, anthocyanins and antioxidant activity). Depending on the encapsulation method used, wall material ratio, wall material concentration, time and temperature were selected as independent variables. Dependent and independent variable selections and levels were determined by taking into account previous studies and preliminary trials. Additionally, various morphological (particle size distrubution and particle shape) and physicochemical properties (moisture content, water activity, solubility, bulk density, tapped bulk density and Carr index) of microcapsule samples obtained under optimum conditions were also determined. The same samples were subjected to in vitro release studies to determine the bioavailability of the relevant bioactives. Finally, the particles were applied as food additives to the 2 most consumed model food products (sunflower oil and corn oil) in order to increase the functional properties of foods. Improvements in food products were evaluated in terms of resistance to oxidation, phenolic substances and antioxidant activity.

Keywords:  Food safety, biorefinery, natural additives, functional foods, multivariate optimization