Mikroenkapsülasyon yoluyla sinbiyotik üretimi ve özelliklerinin belirlenmesi
Synbiotic production by microencapsulation and selection of its properties
Yazar: OĞUZHAN GEDİK
Danışman: PROF. DR. AYNUR GÜL KARAHAN
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Laktobiyonik asit = Lactobionic acid ; Mikroenkapsülasyon = Microencapsulation ; Peynir altı suyu tozu = Whey powder ; Prebiyotikler = Prebiotics ; Probiyotikler = Probiotics ; Sinbiyotikler = Synbiotics

Özet:
Probiyotikler ve prebiyotiklerin bir arada bulunduğu ürünler sinbiyotik olarak adlandırılmaktadır. Sinbiyotik ürünlerin tüketiminin yalnızca probiyotik veya prebiyotik içeren ürünlerin tüketilmesine kıyasla daha faydalı olduğu bilinmektedir. Ancak ticari olarak satışa sunulan sinbiyotikler açısından en önemli sorun üretimden tüketime kadar geçen süreçte probiyotiklerde meydana gelen canlılık kayıplarıdır. Bu sorunun çözümü açısından mikroenkapsülasyon önerilen bir uygulamadır. 
Bu tez çalışmasında, daha önce yapılan araştırmalar sonucunda Süleyman Demirel Üniversitesi Gıda Mühendisliği Bölümü Mikrobiyel Teknoloji Laboratuvarı'nda bulunan, probiyotik olma özelliklerinden bazıları belirlenmiş ve moleküler tanısı yapılmış Lactiplantibacillus plantarum AB6-25 ve Saccharomyces boulardii T8-3C suşları kullanılmıştır. Mikroenkapsülasyon işlemi iki farklı mikroenkapsülatör kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında yalnızca probiyotikleri içeren probiyotik mikrokapsüller ve laktobiyonik asit-probiyotik içeren sinbiyotik mikrokapsüller üretilmiştir. Mikrokapsüllerin üretilmesi esnasında tek tabaka kaplama işlemi için sodyum aljinat ve çift tabaka kaplama işlemi için demineralize peynir altı suyu tozu veya kitosan kullanılmıştır. Üretilen mikrokapsüllerin bazı özellikleri SEM, FTIR ve X-ışını difraksiyon analizleriyle tespit edilmiştir. Bunun yanı sıra mikrokapsüllerin probiyotik canlılığının korunmasına etkileri depolama koşullarında ve yapay gastrointestinal sistemde (GIS) incelenmiştir.
Mikroenkapsülasyon denemeleri sonucunda Nisco Var A model mikroenkapsülatör ve çift tabaka kaplama işlemi için demineralize peynir altı suyu tozu ile çalışmalara devam edilmiştir. Yapılan mikroenkapsülasyon işlemi sonucunda mikrokapsüllerin üretimi %88.46-99.13 verimlilikle gerçekleştirilmiştir. Serbest hücrelerin ve mikrokapsüllerin muhafazası için uygulanan liyofilizasyon işlemi serbest hücrelerde %86.41-88.46, mikrokapsüllerde ise %92.91-96.89 verimlilik ile sonuçlanmıştır. Ayrıca 180 gün depolamanın sonunda tüm mikrokapsüller probiyotik etkiye sahip olacak düzeyde canlılıklarını muhafaza etmişlerdir. Depolama süresi sonunda 4°C'de depolanan bakteri mikrokapsüllerinin canlılıklarını daha iyi muhafaza ettiği belirlenmiştir (p<0.05). Ancak prebiyotik ilavesi ve çift tabaka kaplama yöntemi depolamada canlılığın korunması açısından istatistiksel olarak önemli bir farklılık meydana getirmemiştir (p>0.05). Bakteri içeren mikrokapsüller ile benzer şekilde maya mikrokapsüllerindeki canlılık düzeyi de 4°C'de depolandığı zaman canlılıklarını daha iyi muhafaza etmişlerdir (p<0.05). Prebiyotik ilavesi ve çift kat kaplama yöntemi ise 4C'de depolanan mikrokapsüllerin canlılıkları üzerinde önemli bir farklılık oluşturmazken (p>0.05), oda sıcaklığında muhafaza edilen mikrokapsüllerin canlılıklarını önemli düzeyde etkilemiştir (p<0.05).
Depolamanın 120. gününde depolama sürecinin ve yapay GIS koşullarının mikrokapsüllerdeki mikroorganizmaların canlılık durumlarına etkisi de incelenmiştir. 4°C'de depolanan bakteri mikrokapsüllerinin stabiliteleri, yapay GIS'den geçiş esnasında önemli seviyede daha iyi olduğu belirlenmiştir (p<0.05). Prebiyotik ilavesi ve çift tabaka kaplama yöntemi de mikrokapsüllerin stabilitesini önemli seviyede geliştirdiği tespit edilmiştir (p<0.05). Ayrıca maya mikrokapsülleri arasında yapay GIS'den geçiş sonunda sırasıyla 4°C'de depolanan çift kat kaplamalı mikrokapsüller, 25°C'de depolanan çift kat kaplamalı mikrokapsüller, 4°C'de depolanan tek kat kaplamalı mikrokapsüller ve 25°C'de depolanan tek kat kaplamalı mikrokapsüllerin canlılıklarını en iyi şekilde koruduğu belirlenmiştir. Bunun yanı sıra 25°C'de depolanmasına kıyasla 4°C'de depolanan maya mikrokapsüllerinin stabilitelerinin yapay GIS'den geçiş sonunda istatistiksel olarak önemli düzeyde daha iyi olduğu saptanmıştır (p<0.05). Prebiyotik ilavesi ve çift kat kaplama yapılması 4C'de muhafaza edilen mikrokapsüllerde canlılık açısından önemli bir farklılık yaratmamasına karşın (p>0.05), 25°C'de depolananlarda önemli düzeyde etkili olmuştur (p<0.05). 
Mikrokapsüllerin SEM'de elde edilen mikrograflarına göre 3-10 µm boyutlarında, tekdüze ve düzgün küresel formda oldukları gözlemlenmiştir. Ayrıca X-ışını difraksiyon analizinde elde edilen difraktograma göre sodyum aljinat, peynir altı suyu ve laktobiyonik asit difraktogramlarında gözlenen pikler tamamen ortadan kalkmıştır ve amorf yapıya sahip yeni bir kompozitin sentezlendiği belirlenmiştir. FTIR analizi sonucunda elde edilen absorbans değerlerinde organik maddelerin varlığı karakterize edilmiştir. 
Elde edilen bulgular bir arada değerlendirildiğinde prebiyotik içeren çift tabaka kaplanmış probiyotiklerin 4°C'de depolandığı zaman 180 gün boyunca probiyotik özelliklerini koruduğu ve bu koşulların ticari uygulamalar için elverişli olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Products containing probiotics and prebiotics together are called synbiotics. It is known that the consumption of synbiotic products is more beneficial than the consumption of products containing only probiotics or prebiotics. However, the most important problem in terms of commercially available synbiotics is the loss of viability in probiotics in the process from production to consumption. Microencapsulation is a recommended practice in terms of solving this problem.
In this thesis study, as a result of previous studies, Lactiplantibacillus plantarum AB6-25 and Saccharomyces boulardii T8-3C strains, which were isolated in the Microbial Technology Laboratory of the Department of Food Engineering of Süleyman Demirel University some of their probiotic properties were determined and molecular diagnosis was made. Microencapsulation process was carried out using two different microencapsulators. Within the scope of the study, probiotic microcapsules containing only probiotics and synbiotic microcapsules containing lactobionic acid-probiotic were produced. During the production of microcapsules, sodium alginate was used for single layer coating and demineralized whey powder or chitosan was used for double layer coating. Some properties of the produced microcapsules were determined by SEM, FTIR and X-ray diffraction analysis. In addition, the effects of microcapsules on the preservation of probiotic viability were investigated under storage conditions at different temperatures and in the artificial gastrointestinal system.
As a result of microencapsulation experiments, Nisco Var A model microencapsulator and demineralized whey powder for double layer coating process continued. As a result of the microencapsulation process, the production of microcapsules was carried out with an efficiency in the range of 88.46-99.13%. The lyophilization process applied for the preservation of free cells and microcapsules resulted in efficiency in the range of 86.41-88.46% in free cells and 92.91-96.89% in microcapsules. In addition, at the end of 180 days of storage, all microcapsules retained their probiotic effects. At the end of the storage period, it was determined that the bacterial microcapsules stored at 4°C preserved their viability better (p<0.05). However, prebiotic addition and double layer coating method did not create a statistically significant difference in terms of preservation of viability in storage (p>0.05). Similar to microcapsules containing bacteria, the viability level of yeast microcapsules also preserved their viability better when stored at 4°C (p<0.05). Prebiotic addition and double layer coating method did not make a significant difference on the viability of the microcapsules stored at 4°C (p>0.05), but significantly affected the viability of the microcapsules stored at room temperature (p<0.05). The effects of storage process and artificial GIS conditions on the viability of microorganisms in microcapsules on the 120th day of storage were also investigated. It was determined that the stability of bacterial microcapsules stored at 4°C was significantly better during transition from artificial GIS (p<0.05). It was determined that the addition of prebiotics and the double layer coating method significantly improved the stability of the microcapsules (p<0.05). In addition, at the end of the transition from artificial GIS, between the yeast microcapsules, double-coated microcapsules stored at 4°C, double-coated microcapsules stored at 25°C, single-layered microcapsules stored at 4°C and stored at 25°C, respectively. It was determined that single-layer microcapsules preserved their vitality in the best way. In addition, the stability of yeast microcapsules stored at 4°C compared to storage at 25°C was found to be statistically significantly better at the end of the transition from artificial GIS (p<0.05). Although prebiotic addition and double coating did not make a significant difference in terms of viability in microcapsules stored at 4°C (p>0.05), they were significantly effective in those stored at 25°C (p<0.05).
According to the micrographs of the microcapsules obtained in SEM, it was observed that they were 3-10 µm in size, in a uniform and smooth spherical form. In addition, according to the diffractogram obtained in the X-ray diffraction analysis, the peaks observed in the sodium alginate, whey and lactobionic acid diffractograms disappeared completely and it was determined that a new composite with amorphous structure was synthesized. The presence of organic substances was characterized in the absorbance values obtained as a result of the FTIR analysis.
When the findings are evaluated together, it has been concluded that the bilayer coated probiotics containing prebiotics retain their probiotic properties for 180 days when stored at 4°C and these conditions are suitable for commercial applications.