Güzyemişi (Elaeagnus umbellata) meyvesinden likopen üretimi ve enkapsülasyonu
Production and encapsulation of lycopene from autumn olive berry (Elaeagnus umbellata)
Yazar: MOHAMED GHELLAM
Danışman: PROF. DR. İLKAY KOCA
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Güzyemişi (Elaeagnus umbellata), hemen her yerde kolayca yetişebilen, likopence zengin bir üzümsü meyvedir. Bu çalışmanın temel amacı, güzyemişi meyvelerinden likopen ekstraksiyonun optimizasyonu ve kapsüllenmiş likopen tozlarının üretilmesidir. Bunun için çalışmanın ilk aşamasında, simpleks kafes tasarımıyla (SLD) ile farklı çözücü karışımı kullanılarak çözücülerin optimizasyonu gerçekleştirilmiş, ikinci aşamada Box-Behnken tasarımı (BBD) kullanılarak sıcaklık, süre ve pulp-çözücü oranı açısından ekstraksiyon koşulları optimize edilmiştir. Optimum noktanın seçiminde, likopen verimi dikkate alınmıştır. Optimum solvent karışımının (hekzan: aseton: metanol,1.5:1:1) uygulanması ve en iyi ekstraksiyon koşullarında (49°C, 15 dakika ve 1:64 pulp-çözücü oranı) likopen verimi %99.61 olmuştur. Üçüncü aşamada, likopence zengin ekstrakt, taşıyıcı olarak fındık yağına aktarılmış ve ardından basit enkapsülasyon ve kompleks koaservasyon teknikleriyle kullanılarak likopen tozları üretilmiştir. Basit enkapsülasyonda; en iyi kaplama malzeme oranı (maltodekstrin ve gam arabik), çekirdek malzeme konsantrasyonunu (likopenle zenginleştirilmiş fındık yağı) ve püskürtmeli kurutmanın giriş sıcaklığını saptamak için Box-Behnken tasarımı ile optimize edilmiştir. Likopen tozunun en iyi enkapsülasyon yeterliliği (EE=%89), 30:70 maltodekstrin: gam arabik ve % 5.4 çekirdek malzemesi ile 155 °C'de elde edilmiştir. Kompleks koaservasyon ile enkapsülasyonda; kapsülleyicilerin karışımı (jelatin: pektin: gam arabik) ve çekirdek malzeme içeriği açısından optimizasyon gerçekleştirilmiş ve jelatin: pektin: gam arabik oranı 1:0.5:0.5 ve çekirdek materyali %10 olduğunda en yüksek enkapsülasyon yeterliği elde edilmiştir. Çalışmada, basit enkapsülasyon ve kompleks koaservasyon tekniklerinde saptanan optimum koşullarda püskürterek kurutma tekniği, etüvde, mikrodalga ve dondurarak kurutma teknikleriyle de toz üretilmiş ve tozların fizikokimyasal özellikleri belirlenmiştir. Çalışma sonunda, kurutma tekniğine bağlı olarak tozların özelliklerinin önemli derecede değiştiği saptanmıştır. Enkapsülasyon yeterliliği dikkate alındığında, püskürtmeyle kurutma, hem kullanılan basit kapsülleme hem de kompleks koaservasyon için etkili bir kurutma yöntemi olduğu görülmüştür. In vitro biyoyararlılık çalışması sonunda, enkapsülasyon ve kurutma tekniklerinin likopenin biyoyararlanımını %21'den %44'e kadar iyileştirdiği kaydedilmiştir.

Abstract:
The main aim of this study is the extraction of lycopene from autumn olive fruits (Elaeagnus umbellata) and the production of lycopene encapsulated powders. Lycopene extraction from autumn olive berry was enhanced by the optimization of lycopene yield. The first optimization of solvents was realized by using Simplex-Lattice Design (SLD) and a mixture of three solvents. Then, a second optimization was realized to investigate the best extraction conditions (temperature, time, fruits- solvent ratio) using Box-Behnken Design (BBD). The optimum point was selected according to the high lycopene extraction yield. The application of the optimum solvents mixture (1.5: 1: 1; hexane: acetone: methanol) and the best extraction conditions (49° C, 15 min and 1:64 fruits- solvent ratio) have recovered up to 99.61% of lycopene (26.55 mg/g of fresh fruit). In the second part, after transferring lycopene-rich extract to the lipidic phase (hazelnut oil), the production of lycopene powders using simple encapsulation and complex coacervation techniques was investigated. Simple encapsulation was optimized to choose the best encapsulants (maltodextrin and gum arabic), the core material content (lycopene enriched hazelnut oil), and the inlet temperature of spray drying. The best encapsulation efficiency (EE%= 89 %) of lycopene powder was obtained by 30:70 of maltodextrin: gam Arabic, and 5.4 % of core material at 155 ° C. Meanwhile, the optimum complex coacervation system was selected by optimizing the encapsulants mixture (gelatin: pectin: gam Arabic) and the core material content. High significant encapsulation efficiency was obtained at a mixture of 1:0.5:0.5 and 10% of the core material. In addition to the spray drying technique, oven, microwave, and freeze-drying techniques were applied and the physicochemical characteristics of the produced powders were analyzed. There was a significant difference in most analyzed characteristics of powders. Considering the EE, spray drying was an effective drying means for both simple encapsulation and complex coacervation. Mainly, in vitro bioavailability investigation demonstrated that encapsulation systems and drying techniques have improved the bioavailability of lycopene (from 21% up to 44%).