Elektrospinning Tekniğiyle Portakal ve Kivi Posalarından Üretilen Nanoliflerle Enkapsüle Edilen Probiyotik Lactobacillus Acidophilus'un Fonksiyonel Yoğurt Üretiminde Kullanımı

Abstract

Bu çalışmada, öncelikle elektrospinning tekniğiyle nanolif üretiminde ve probiyotik Lactobacillus acidophilus bakterisinin nanoenkapsülasyonunda portakal ve kivi posalarının çözünür diyet lif, şeker ve mineral madde gibi suda çözünür fraksiyonlarını içeren sulu ekstraktlarının (sırasıyla PÇF ve KÇF) ve gliserolün kullanımı amaçlanmıştır. Sonrasında ise üretilen nanolif ve nanoenkapsüle probiyotik hücrelerin fonksiyonel yoğurt üretiminde kullanılmasının, depolama periyodu boyunca, hücrelerin canlılıklarına ve yoğurdun bazı özelliklerine etkileri araştırılmıştır. Çalışmada nanolif üretiminde kullanılan polimer çözeltileri, çözünür kuru madde üzerinden 100:0, 95:5, 90:10 ve 85:15 oranlarında pullulan/PÇF veya pullulan/KÇF içerecek şekilde hazırlanmıştır. Probiyotik hücre, gliserol ve hücregliserol içeren nanoliflerin üretiminde 100:0 ve 95:5 oranları seçilmiştir. Gliserol içeren nanoliflerin üretiminde, polimer çözeltileri %3 oranında gliserol içerecek şekilde ayarlama yapılmıştır. PÇF ve KÇF'nin polimer çözeltilerinin viskozitelerini önemli derecede düşürdüğü ve iletkenliklerini önemli derecede arttırdığı (P<0.05); gliserol ve probiyotik hücrelerin viskoziteyi önemli derecede arttırdığı ve hücre ilavesiyle iletkenliğin önemli derecede yükseldiği tespit edilmiştir (P<0.05). Çalışmada elektrospinning işlemi, çözelti son konsantrasyonu %13 (w/v), voltaj 15 kV, çözelti besleme hızı 0.9mL/h ve mesafe 14cm olacak şekilde uygulanmış ve üretilen matların SEM görüntüleri incelendiğinde, tüm polimer çözeltilerinden başarılı bir şekilde nanolifler üretildiği görülmüştür. PÇF veya KÇF ilaveli nanoliflerin (81-170 nm), sadece pullulan (241 nm) içeren nanoliflere göre, ortalama çaplarının daha küçük olduğu ve gliserol ve/veya hücre içeren nanoliflerin ortalama çaplarının önemli derecede daha yüksek oldukları tespit edilmiştir (P<0.05). Elektrospun nanoliflerinde PÇF, KÇF, gliserol ve probiyotik hücrelerin varlığı, FTIR ve TG-DSC analizleriyle doğrulanmıştır. PÇF, KÇF, gliserol ve probiyotik hücre içeren nanoliflerin zeta potansiyel değerlerinin, sadece pullulan içeren nanolife göre daha yüksek olduğu bulunmuştur. KÇF veya PÇF ilaveli ancak gliserol içermeyen çözeltilerden üretilen nanoliflerde, Lactobacillus acidophilus canlılık oranlarının önemli derecede daha yüksek seviyelerde olduğu görülmüştür (sırasıyla %97 ve %93.78, P<0.05). Yoğurt ortamında, depolama süresinin sonunda (20 gün) nanoliflerle kapsüllenmiş L. acidophilus hücrelerinin canlılığı en iyi şekilde korunmuş (6.89-7.02 log kob/g), bunu nanoliflerle bir arada bulunan serbest hücreler(6.15-6.54 log kob/g) takip etmiştir. Ayrıca, in vitro gastrointestinal koşullarda da benzer sonuçlar tespit edilmiştir. Nanolif katkılı yoğurtlarda sinerezis oranı, kontrol örneğine göre önemli derecede daha düşük bulunmuştur (P<0.05). Nanolif katkılı yoğurt örneklerinin tamamı kontrol örneğine (KY) göre daha yüksek antioksidan aktiviteye sahipken, en yüksek antioksidan aktivite PÇF veya KÇF içeren nanolif ilaveli yoğurt örneklerinde belirlenmiştir. Nanolif içeren yoğurt örneklerinin tekstürel değerleri, depolama süresince, kontrol örneğine göre daha yüksektir. Ayrıca, nanolif ilavesiyle üretilen fonksiyonel yoğurt örneklerinin, duyusal kalite açısından kabul edilebilir oldukları tespit edilmiştir. Sonuç olarak, portakal ve kivi meyvesi posalarından elde edilen sulu ekstraktların elektrospinning tekniği ile nanolif üretimi ve probiyotik hücrelerin enkapsülasyonu üzerinde olumlu etkilerinin olduğu; probiyotik hücreleri ve bir kriyoprotektan olan gliserolü enkapsüle şekilde bir arada içeren pullulan-posa sulu ekstraktı bazlı nanoliflerin üretilebileceği ve ayrıca bu nanoliflerin fonksiyonel yoğurt üretiminde kullanılabileceği belirlenmiştir.

In this study, it was primarily aimed to use aqueous extracts, containing water-soluble components such as soluble dietary fiber (SDF), sugar and mineral matter, of orange and kiwi pomaces (PÇF and KÇF, respectively), and glycerol in the production of nanofiber and nanoencapsulation of probiotic Lactobacillus acidophilus bacteria by electrospinning method. Then, the effects of using these nanofibers and encapsulated probiotic cells in the production of functional yogurt on some properties of yogurt and the viability of cells during the storage period were investigated. The polymer solutions used in the nanofiber production in the study contained pullulan/PÇF or pullulan/KÇF at ratios of 100:0, 95:5, 90:10, and 85:15 as soluble dry matter. Among mentioned concentrations, 100:0 and 95:5 ratios were selected in the production of nanofibers containing probiotic cells, glycerol and cell-glycerol. In the production of glycerol-containing nanofibers, the polymer solutions were adjusted to contain 3% glycerol. It was found that PÇF and KÇF decreased the viscosity and increased the conductivity of polymer solutions, significantly (P<0.05); glycerol and probiotic cells significantly increased the viscosity while the conductivity increased significantly with the addition of cells (P<0.05). In the study, the electrospinning process was carried out with a final solution concentration of 13% (w/v), voltage of 15 kV, solution feed rate of 0.9mL/h, and distance of 14 cm. SEM images of the produced mats showed that nanofibers were successfully produced from all polymer solutions. It was found that nanofibers containing PÇF or KÇF (81-170 nm) had smaller average diameters than nanofibers containing only pullulan (241 nm), and the average diameters of nanofibers containing glycerol and/or cells were significantly higher (P<0.05). The presence of PÇF, KÇF, glycerol, and probiotic cells in electrospun nanofibers was confirmed by FTIR and TG-DSC analyses. It was found that the zeta potential values of nanofibers containing PÇF, KÇF, glycerol, and probiotic cells were higher than the nanofibers containing only pullulan. Lactobacillus acidophilus viability rates were significantly higher in nanofibers produced from solutions with KÇF or PÇF but without glycerol (97% and 93.78% respectively, P<0.05). In yogurt medium, the viability of L. acidophilus cells encapsulated in nanofibers was maintained best (6.89-7.02 log cfu/g), followed by free cells coexisting with nanofibers (6.15-6.54 log cfu/g) at the end of the storage period (20 days). Similar results were also found under in vitro gastrointestinal conditions. The syneresis rate of nanofiber-added yogurts was found to be significantly lower than the control sample (P<0.05). All nanofiber-added yogurt samples possessed higher antioxidant activity than the control sample (KY), while the highest was determined in yogurt samples containing nanofibers with PÇF or KÇF. The textural values of yogurt samples containing nanofibers were higher than the control sample during storage. Also, it was determined functional yogurt samples produced with nanofiber addition were acceptable in terms of sensory quality. In conclusion, it has been determined that aqueous extracts obtained from orange and kiwi fruit pomaces have positive effects on the production of nanofibers and encapsulation of probiotic cells by electrospinning technique; that pullulan-pomace aqueous extract based nanofibers containing a combination of probiotic cells and glycerol, a cryoprotectant, can be produced, and finally, these nanofibers can be utilized in the production of functional yogurt.