Gıda matrisi ve mikroplastik etkileşiminin incelenmesi
Investigation of food matrix and microplastic interaction
Yazar: NAZIM SERGEN MISIRLI
Danışman: DOÇ. DR. FAHRİYE CEYDA DUDAK ŞEKER
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Polistiren = Polystyrene ; Süt = Milk ; Toksisite = Toxicity ; İn vitro = In vitro

Özet:
Plastik üretimi son yıllarda artarak katlanmıştır ve 2019 yılında Avrupa'da 57.9 milyon tona, dünyada ise 368 milyon tona ulaşmıştır. Plastik polimerler günümüzde paketleme, tarım, günlük ihtiyaç gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Polistiren Avrupa'da en çok kullanılan polimerler arasındadır. Plastik parçacıklar arasında boyutu 5 mm'den küçük boyutta olanlar mikroplastik (MP) olarak tanımlanmaktadır. Mikroplastikler bu zamana kadar doğada atmosferde, okyanuslarda, göllerde, tarımsal arazilerde ve midye, konserve balık, tuz, paketlenmiş et ürünleri ve şişelenmiş sular gibi yiyecek ve içeceklerde tespit edilmiştir. Mikroplastiklerin gıdalarda bulunmasından dolayı diyet yolu ile tüketilebilmekte ve bu durum insan sağlığına tehdit oluşturmaktadır. Bunun sonucunda mikroplastiklerin, inflamasyona, organlarda birikime, sitotoksisiteye neden oldukları ve reaktif oksijen türlerinin oluşumunu indükledikleri gözlemlenmiştir. Partiküller protein içeren biyolojik çözeltilerin içinde, çözeltideki bazı proteinler partikül yüzeyini veya bir kısmını kaplamakta ve "protein korona" adı verilen bir yapı oluşmaktadır. Oluşan protein korona yapısı sitotoksisitesi de dahil olmak üzere partikülün birçok özelliğini etkilemektedir.

Bu tez çalışmasında, polistiren mikroplastiğinin (PSMP) gerçek gıda ortamı ile etkileşiminin incelenmesi ve sindirimin korona yapısında oluşturduğu değişikliklerin araştırılması amaçlanmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda yağlı ve yağsız süt örnekleri ile etkileştirilen PSMP'lerin hidrodinamik çaplarında anlamlı bir değişim olmadığı ancak ζ-potansiyellerinin azaldığı belirlenmiştir. Partikül yüzeyinde oluşan protein korona yapısında çoğunlukla, sütte bulunan α ve β-kazein fraksiyonlarının bulunduğu gözlemlenmiştir.  Çalışmanın ikinci aşamasında PSMP'ler ve süt ile etkileştirilmiş PSMP'lere in-vitro sindirim simülasyonu uygulanmış ve sindirimin partikül özellikleri ve korona yapısı üzerine etkisi incelenmiştir. Süt örnekleri ile etkileştirilen ve sindirime maruz kalan PSMP'lerin protein korona yapısının inceldiği gözlemlenmiştir. Ayrıca sindirim boyunca partiküllerin sindirim sıvısındaki enzimleri de bağladığı gözlemlenmiştir. Süt ile etkileştirilmemiş PSMP'lerin sindirim boyunca korona yapısı oluşturduğu ve sindirim sonuna kadar artarak devam ettiği gösterilmiştir.

Çalışmanın son aşamasında, süt ile etkileştirilmiş ve etkileştirilmemiş PSMP'lerin sindirim öncesi ve sonrasında, Caco-2 hücresi üzerindeki toksik etkileri incelenmiştir. Sitotoksisite analizleri sonucunda protein korona yapısının hücre canlılığı üzerinde bir etkisi olmadığı gözlemlenmiştir. Korona yapısına sahip partiküllerin reaktif oksijen türlerinin oluşumunu azalttığı görülmekle birlikte bu fark istatistiksel olarak anlamlı bulunmamıştır.

Bu tez çalışmasının sonunda, PSMP'lerin gerçek bir gıda ortamı ile etkileşimi sonucunda protein korona yapısı oluşturduğu gösterilmiştir.  Ayrıca bu oluşan korona yapısının sindirim simülasyonu boyunca değiştiği gösterilmiştir. PSMP örnekleri Caco-2 hücreleri üzerinde hücre canlılığını etkilememiştir. Ancak, oluşan korona yapısının ve in-vitro sindirim simülasyonunun partiküllerin sitotoksisitesi üzerinde etkisi olmadığı saptanmıştır. Bu tez çalışmasında ilk kez, dünyada kirliliği gittikçe artan ve artık gıdalarımızda bulunmaya başlayan mikroplastiklerden biri olan polistiren mikroplastiğinin gerçek bir gıda ile etkileşimi ve bu etkileşimin partiküllerin karakteristik özellikleri üzerine etkileri araştırılmıştır.

Abstract:
Plastic production has multiplied over the last years and reached 57.9 million tonnes in Europe and 368 million tonnes in World in 2019. Plastic polymers are used in wide areas including packaging, agriculture, household etc. Among plastic particles, less than 5 mm are considerable as microplastic (MP). Nowadays, microplastic pollution has been found in the atmosphere, oceans, lakes, agricultural soils, and foods and beverage like mussels, canned fish, salt, packaged meats, and bottled water. Due to microplastics present in foods, they can be consumed via diet and this situation create a threat to human heath. As a result, microplastics cause inflammation, cytotoxicity, accumulation in organs, and induce reactive oxygen species have been observed. In biological solutions that contian proteins, some proteins in the soluttion cover the particle surface or a part of it and a structure called "protein corona" is formed. The resulting protein corona structure affects many properteies of the particle, including its toxicity.
In this thesis, it is aimed to examine the interaction of polystyrene microplastic (PSMP) with real food environment and to investigate the changes in the corona structure of digestion. As a result of the studies, it was determined that there was no significant change in the hydrodynamic diameters of PSMPs interacted with fat and skim milk samples, but their ζ-potentials decreased. It has been observed that the protein corona structure dormed on the particle surface mostly contains α and β-casein fractions found in milk. In the second stage of the study, in-vitro digestion simulation was applied to PSMPs and PSMPs interacted with milk samples and the ffect of digestion on particle properties and corona structure was investigated. It was observed that the protein corona structure of PSMPs interacted with milk samples and exposed to digestion was thinned. It has also been observed that the particles bind enzymes in the digestive juices during digestion. It has been shown that PSMPs not interacted with milk form a corona structure during digestion and continue to increase until the end of digestion.

At the final stage of study, the toxic effect of PSMPs interacted and not interacted with milk on Caco-2 cell before and after digestion were investigated. As a result of cytotoxicity analysis, it was observed that the protein corona structure did not have an effect on cell viability. Although it was observed that particles with a corona structure reduced the formation of reactive oxygen species, this diffrence was not statistically significant.

At the end of this study, it has been shown that PSMPs form protein corona structure as a result of their interaction with real food environment. It has also been shown that this formed corona structure changes throughout the digestion simulation. PSMP samples did not affect cell viability on Caco-2 cells. However, it was determined that the formed corona strucutre and in-vitro digestion simulation had no effect on the cytotoxicity of the particles. In this thesis, fort he first time, the interaction of polystyrene microplastic, which is one of the microplastics that are increasingly polluted in the World and starting to be found in our food, with real food and the effects of this interaction on characteristics of the particles were investigated.