Kurkumin ile engerek otu yağının nanoemülsiyonunun eldesi ve in-vitro sindirim davranışının incelenmesi
Preparation of nanoemulsion with echium oil and curcumin and investigation of in-vitro digestion behaviour of nanoemulsions
Yazar: ASLI İNAL
Danışman: DOÇ. DR. NEŞE ŞAHİN YEŞİLÇUBUK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Kurkumin = Curcumin ; Yağ asitleri-omega 3 = Fatty acids-omega 3

Özet:
Son yıllarda yapılan çalışmalara ait veriler, uzun zincirli çoklu doymamış yağ asitlerinin insan sağlığı açısından oldukça önemli olduğuna dikkat çekmektedir. Bu yağ asitleri arasında yer alan omega-3 yağ asidi kardiyovasküler hastalıklar, hipertansiyon, çeşitli kanser türlerinin önlenmesinde, depresyon ve Alzheimer gibi hastalıkların tedavisinde önemli bir etkiye sahip olmakla birlikte bağışıklık sisteminin kuvvetlendirilmesinde son derece etkilidir. Bu yağ asidi bakımından zengin kaynaklar çeşitli balıklar ve alglerdir. Ancak bu kaynaklar gün geçtikçe sınırlı hale gelmektedir. Ayrıca hayvansal kaynaklı gıdalarla beslenmeyi tercih etmeyen veganların ve vejeteryanların diyetlerinde omega-3 yağ asidi eksikliği ve buna bağlı olarak çeşitli sağlık sorunları görülebilmektedir. Bu nedenle yeni araştırmalar omega-3 yağ asitlerinin alternatif bitkisel kaynaklarla alınması konusuna dikkat çekmektedir. Hayvansal kaynakların yanında keten tohumu, kenevir tohumu yağı, soya yağı, kanola yağı, ceviz ve çam fıstığı yağı gibi bazı bitkisel kaynaklar da omega-3 yağ asitlerini farklı oranlarda içermektedir.
Son zamanlarda, tüketicilerin diyet ve beslenme yoluyla sağlığın teşviki ve geliştirilmesi ve hastalıkların önlenmesi talebi katlanarak artmış ve gıda endüstrisinde sağlığa yararlı biyoaktif bileşikler içeren fonksiyonel gıda ürünlerinin geliştirilmesi hızla önem kazanmıştır.
Engerek otu yağı α-linolenik (ALA,18:3n-3), γ-linolenik asit (GLA, 18:3n-6) ve stearidonik asit (SDA, 18:4n-3) gibi uzun zincirli yağ asitleri bakımından oldukça önemli bir bitkisel kaynaktır. Curcuma longa rizomundan çıkarılan kurkumin ise gıda, ilaç ve kozmetik alanlarında yaygın olarak kullanılan oldukça önemli bir biyoaktif maddedir. Kurkumin önemli bir terapötik ajan olmasına rağmen, düşük çözünürlüğü ve sınırlı biyoyararlanımı nedeniyle potansiyeli tam olarak kullanılamamaktadır. Bu çalışmanın temel amaçlarından biri nanoemülsiyon yaklaşımı ile partikül boyutunu küçülterek kurkuminin biyoyararlanımını arttırmaktır.
Çeşitli yöntemlerle hazırlanan nanoemülsiyonlar yüksek fiziksel stabiliteye ve optik berraklığa sahip olmasından dolayı geleneksel emülsiyonlara kıyasla daha etkili bir yöntemdir. Bu çalışmada boyut küçültme ve emülsiyon oluşumu için optimum kavitasyon, kayma ve çarpışma kuvvetlerini sağlayan mikrokanal yapılı yardımcı bölme ve etkileşim bölmesinin varlığı nedeniyle etkili bir yöntem olan mikrofluidizasyon yöntemi kullanılmıştır.
Bu tez çalışmasında, omega-3 yağ asitlerince zengin engerek otu yağını, doğal bir antioksidan olan kurkumin ile zenginleştirerek hayvansal omega-3 kaynaklarına alternatif olabilecek fonksiyonel bir yağ geliştirilmesi amaçlanmıştır. Elde edilen yağın in-vitro sindirim sisteminde sindirim davranışı incelenecek ve kurkumin kullanımının engerek otu yağının sindirimine ve antioksidan aktivitesine bir etkisi olup olmadığı araştırılacaktır. 
Nanoemülsiyonlar iki farklı konsantrasyonda (%5 ve %10)  yüzey aktif madde (Tween 80) kullanılarak, kurkumin içermeyen (kontrol) ve 40 mg kurkumin içeren örnekler olarak hazırlanmıştır. Nanoemülsiyonların yapılan karakterizasyon analizine göre, parçacık boyutunun 111,57 nm ile 205,23 nm değerleri arasında olduğu, yüzey aktif maddenin yüksek olduğu konsantrasyonda parçacık boyutunun daha küçük olduğu tespit edilmiştir. Zeta potasiyal değerleri incelendiğinde -24,33 mV ile -40,70 mV arasında olduğu görülmektedir. Bu sonuçlara göre emülsiyonların bir kısmının koagülasyon başlama aşamasında bir kısmının ise orta derecede stabil olduğunu söylemek mümkündür. Polidispersite indeksi sonuçları incelendiğinde, ortalama değer 0,25±0,05 PdI olarak hesaplanmıştır. Kurkuminin engerek otu yağındaki çözünürlüğü 0,07 mg kurkumin/ml engerek otu yağı olarak bulunmuştur. Yapılan DPPH ve ABTS antioksidan analizi sonuçlarına göre, kurkumin içeren nanoemülsiyonların kontrol örneklerine göre daha yüksek radikal yakalama kapasitesine sahip olduğu tespit edilmiştir. Nanoemülsiyonların in-vitro sindirim sisteminde yağ asitlerinin salım davranışı incelenmiş, kontrol örnekleri ile kurkumin içeren nanoemülsiyon örnekleri arasında salımı gerçekleşen toplam yağ miktarları arasında istatistiksel olarak fark bulunmamıştır. Gaz kromatografisi analizi sonuçlarına göre, kurkumin ilavesi doymuş yağ asitlerinden palmitik asidin salım miktarlarını azaltırken, çoklu doymamış yağ asitlerinden GLA'nın ve SDA'nın salım miktarını arttırmıştır. Bu çalışmanın sonuçlarına göre, elde edilen nanoemülsiyonun gıda sistemlerine dahil edilmesinin insan sağlığı ve beslenmesi açısından önemli katkılarının olacağı beklenmektedir.

Abstract:
Recent studies have indicated that long chain polyunsaturated fatty acids (PUFAs) are very important for human health. Among these fatty acids, omega-3 fatty acid has important effects on treatment of diseases such as cardiovascular diseases, hypertension, the prevention of various types of cancer, depression and Alzheimer's disease, and strengthening the immune system. Various fish and algae are sources that are rich in these fatty acids. However, these resources are becoming increasingly limited. In addition, omega-3 fatty acid deficiencies are experienced in people who do not prefer to eat animal-derived foods in their diets, such as vegetarians and vegans. For this reason, recent research points out the alternative of receiving omega-3 fatty acids through alternative vegetative sources. In addition to animal sources, some vegetative sources such as flax seed, hemp oil, soybean oil, canola oil, walnut and pine nut oil contain omega-3 fatty acids in different ratios.
Recently, consumers' demands for health promotion through nutrition and prevention of diseases have increased exponentially and the development of functional food products containing bioactive compounds that are beneficial to health has gained importance rapidly in the food industry.
Echium oil is a very remarkable plant source in terms of long chain fatty acids such as α-linolenic acid (ALA, 18: 3n-3), γ-linolenic acid (GLA, 18: 3n-6) and stearidonic acid (SDA, 18: 4n-3). Also, curcumin extracted from Curcuma longa rhizome is a very important bioactive compound widely used in food, pharmaceutical and cosmetic industry. Although curcumin is an important therapeutic agent, its potential is not fully exploited due to its low solubility and limited bioavailability. One of the main objectives of this study is to increase the bioavailability of curcumin by reducing the particle size with nanoemulsion approach.
Nanoemulsions prepared by various methods are more effective than conventional emulsions due to their high physical stability and optical clarity. In this study, microfluidization method, which is effective for size reduction and emulsion formation due to the presence of microchannel auxiliary compartment and interaction chamber providing optimum cavitation, shear and collision forces, has been used.
In this thesis, it is aimed to develop a functional oil that can be an alternative to animal omega-3 sources by using echium oil that is rich in omega-3 fatty acids, and enriched with curcumin which is a natural antioxidant. For this purpose, the digestive behaviour of curcumin enriched echium oil nanoemulsion will be examined and it will be investigated whether the use of curcumin has an effect on the digestion and antioxidant activity of echium oil. 
Nanoemulsions were prepared with two different concentrations (5% and 10%) of surfactants (Tween 80). According to the characterization analysis of the nanoemulsions, it was found that the particle size was between 111.57 nm and 205.23 nm, and that the particle size was smaller at high surfactant concentration. Zeta potential values were between -24.33 mV and -40.70 mV. According to these results, some of the emulsions were at the beginning of coagulation and some of them were moderately stable. The mean value of polydispersity index was calculated as 0.25 ± 0.05 PdI. The solubility of curcumin in echium oil was found to be 0.07 mg curcumin / ml echium oil. The results of DPPH and ABTS antioxidant analysis showed that curcumin containing nanoemulsions had higher radical scavenging activity than control samples. The release behavior of nanoemulsions in the in-vitro digestive system was examined and no statistically significant difference was found between the control and curcumin containing nanoemulsion samples. Upon examining the release of fatty acids in the in vitro digestive system of nanoemulsions, no statistically significant difference was found between the control and curcumin containing nanoemulsion samples. Furthermore, gas chromatography analysis showed that the addition of curcumin reduced the amount of palmitic acid, which is a saturated fatty acid, and increased the amount of polyunsaturated fatty acids, GLA and SDA. According to the results of this study, it is expected that the addition of the obtained nanoemulsion in food systems will provide significant contribution to human health and nutrition.