Lactobacillus casei Shirota'nın çeşitli yöntemlerle mikroenkapsülasyonu
Microencapsulation of Lactobacillus casei Shirota with different methods
Yazar: OSMAN GÜL
Danışman: PROF. DR. MUHAMMET DERVİŞOĞLU
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Fonksiyonel besinler = Functional foods ; Lactobacillus casei = Lactobacillus casei ; Mikroenkapsülasyon = Microencapsulation ; Probiyotikler = Probiotics

Özet:
Bu çalışmada ekstrüzyon, emülsifikasyon, püskürtmeli ve dondurarak kurutma yöntemleri ile farklı kaplayıcı materyaller kullanılarak L. casei Shirota'nın mikroenkapsülasyonu gerçekleştirilmiş ve elde edilen enkapsüle hücrenin gastrointestinal ve çeşitli stres koşullarına karşı direnci, depolama stabilitesi belirlenmiştir. Ayrıca probiyotik gıda geliştirmede üretim ve depolama sırasında hücre canlılığı, gıdanın pH'sı ve duyusal özellikleri araştırılmıştır.
Çalışmanın ilk bölümünde ekstrüzyon ve emülsifikasyon yöntemlerinde kullanılan optimum aljinat konsantrasyonu, kapsüllerin fiziksel özellikleri ile hücrenin kapsülden salınım davranışı, enkapsüle hücrenin sıcaklık, in vitro mide ve bağırsak ortamlarına karşı toleransı dikkate alınarak çok kriterli karar verme (TOPSİS) yaklaşımı ile belirlenmiş olup ekstrüzyon ve emülsifikasyon yöntemleri için sırası ile %2 ve %2.5'tir. Ardından, aljinat kapsüllerinin özelliklerini geliştirmek için aljinat ile birlikte kullanılacak nişasta veya jelatin ile aljinat kapsüllerinin tekrar kaplanmasında kullanılacak kitosan konsantrasyonu yine TOPSİS yaklaşımı kullanılarak tespit edilmiştir. Ekstrüzyon ve emülsifikasyon yöntemleri için optimum nişasta veya jelatin konsantrasyonu %1, aljinat kapsüllerinin kaplanmasında ise kitosan konsantrasyonu sırasıyla %0.5 ve 0.75 olarak belirlenmiştir. Belirlenen aljinat, aljinat:nişasta ve aljinat:jelatin konsantrasyonları ve ikinci kez kaplama için kitosan konsantrasyonu kullanılarak ekstrüzyon ve emülsifikasyon yöntemleri ile mikroenkapsülasyon gerçekleştirilmiş ve elde edilen yaş kapsüller dondurularak kurutulmuştur. Üretilen mikrokapsüllerden gerek çevresel stres koşullarına ve gerekse kapsüllerin depolanması aşamasında hücrenin korunması ve ayrıca üretilen kapsüllerin ilave edildiği gıdanın duyusal özelliği dikkate alındığında, aljinat:nişasta kapsülleri daha kabul edilebilir özellik sergilemiştir. 
Çalışmanın ikinci bölümünde öncelikle iki farklı kaplayıcı materyal için kaplayıcı miktarı ve püskürtmeli kurutucu şartları yanıt yüzey yöntemi kullanılarak belirlenmiştir. İstenilirlik fonksiyonu dikkate alındığında belirlenen optimum noktalar; yağsız süt tozu:gum arabik (YST:GA) ve maltodekstrin:gum arabik (MD:GA) için sırasıyla %21.16 ve %22.66 kaplayıcı konsantrasyonu, sırasıyla 119.55oC ve 130.85oC hava giriş sıcaklığı ve %40 pompa hızıdır. Belirlenen optimum noktalarda L. casei Shirota'nın püskürtmeli ve dondurarak kurutma ile enkapsülasyonu gerçekleştirilmiştir. Enkapsülasyon için YST:GA kullanımı daha avantajlı olup özellikle dondurarak kurutma yöntemi ile üretilen mikrokapsüllerin gerek stres koşullarına karşı gerekse depolama boyunca hücre canlılığının korunmasında daha iyi olduğu gözlenmiştir. Toz kapsüllerin model gıdaya ilavesi sonucunda gıda ortamında depolama boyunca hücre canlılığının terapatik etki seviyesinin üstünde olduğu, kapsüllerin gıdanın yapı-tekstürünü ve tat-aromasını iyileştirdiği gözlenmiştir.

Abstract:
In this thesis, microencapsulation of L. casei Shirota was conducted with using different coating materials and microencapsulation techniques like extrusion, emulsification, spray and freeze drying. The in vitro tolerance to gastrointestinal and different stress conditions and storage stability was studied for free and encapsulated cells. Cell viability of encapsulated probiotic in food during manufacture and storage period and pH and sensory properties of foods were also investigated.
At the first part of thesis, optimum alginate concentration that used on extrusion and emulsification methods were determined using Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) approach as 2% and 2.5%, respectively due to physical properties of capsules, release behavior, and resistance against temperature and in vitro stomach and intestine conditions. After that, in order to improve the properties of alginate capsules, concentrations of used starch or gelatin with alginate and chitosan that used for coating alginate capsules again were determined using TOPSIS approach. The optimum starch and gelatin concentration for extrusion and emulsification were determined as 1%, however chitosan concentration were found as 0.5% and 0.75%, respectively. Microencapsulation was also carried with determined optimum alginate, alginate:starch and alginate:gelatin concentration and for the second coating chitosan concentration using extrusion and emulsification techniques. Obtained wet capsules were freeze dried. Alginate:starch capsules were acceptable according to resistance against stress conditions, preservation of cells during storage process and also sensory properties of foods which fortified with capsules.
At the second part of thesis, coating amount for two different coating materials and spray drying operation conditions were determined with response surface methodology. According to desirability function results, optimized model for reconstituted skim milk:gum arabic (RSM:GA) and maltodexrine:gum arabic (MD:GA) were obtained at the following conditions: coating concentration of 21.16% and 22.66%, inlet temperatures of 119.55oC and 130.85oC and pump rate of 40%, respectively. Microencapsulation of L. casei Shirota with spray and freeze drying were conducted at the optimum points. Usage of RSM:GA for encapsulation were found more advantageous. Microcapsules which manufactured with freeze drying were found stable against stress conditions and storage. Addition of powder capsules into model food, cell viability was higher than theurapic effect level and also capsules were improved the textural and aromatic properties of foods.