Biyoaktif bileşikler yüklenmiş aktif ve akıllı nanokompozit filmlerin geliştirilmesi, karakterizasyonu ve gıda uygulamaları

Amaç: Bu tez çalışmasında kestane, sedir ve sığla kabuk atıklarının fonksiyonel özelliklerinin değerlendirildiği zein nanopartikülleri ile zenginleştirilmiş aktif ve akıllı biyonanokompozit filmlerin geliştirilmesi ve yenilikçi gıda ambalajlarının gıda uygulamalarında değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Materyal ve Yöntem: Bu çalışma, kabuk ekstraktlarının enkapsüle edildiği zein nanopartiküllerinin eldesi için en uygun yöntem ve koşulların belirlenmesi (I), nanokompozit filmlerin geliştirilmesinde kullanılacak en uygun karbonhidrat ve protein materyallerinin belirlenmesi (II), zein nanopartiküllerini içeren aktif nanokompozit filmlerin karakterizasyonu ve optimizasyonu (III), geliştirilen optimum aktif nanokompozit filmlere akıllı özellik kazandırılması (IV) ve en iyi özelliklere sahip film formülasyonları ile paketleme ve yüzey kaplama olmak üzere iki farklı yöntemle model gıda uygulamalarının incelenmesi (V) olmak üzere beş aşamada gerçekleştirilmiştir. Biyoaktif özellikleri baz alınarak optimum koşullarda elde edilmiş olan kestane, sedir ve sığla kabuk ekstraktlarının enkapsüle edildiği zein nanopartikülleri yüksek hızda homojenizasyon, ultrasonik homojenizasyon ve nanoçöktürme yöntemleri kullanılarak farklı karışım ve proses koşullarında üretilmiştir. Zein nanopartiküllerinin partikül boyutu, geçirgenlik, polidispersite indeksi, zeta potansiyeli değerleri ve enkapsülasyon etkinliği analiz edilmiş ve optimum nanopartikül üretim koşulları belirlenmiştir. En uygun yöntem ve koşullarda elde edilen zein nanopartikülleri, karbonhidrat ve protein bazlı film materyallerine dahil edilerek, aktif nanokompozit filmler üretilmiştir. Kompozit film formülasyonunun belirlenmesi amacıyla karbonhidrat bazlı biyopolimerlerden sodyum aljinat, pektin, karboksimetil selüloz, protein bazlı ise jelatin, yumurta albumini ve sodyum kazeinat ile elde edilen filmlerin özelllikleri belirlenerek en uygun karbonhidrat ve protein tipi seçilmiştir. Aktif nanokompozit filmlerin mekanik özellikleri, su buharı geçirgenliği ve opaklık değerleri baz alınarak optimum karbonhidrat/protein oranı, zein nanopartikül oranı ve gliserol konsantrasyonuna sahip nanokompozit film formülasyonu belirlenmiştir. Ayrıca biyonanokompozit filmlerin termal özellikleri, renk değerleri, nem miktarı, suda çözünürlüğü, antioksidan kapasitesi, toplam fenolik madde miktarı, antimikrobiyal özellikleri ve optimum film örneklerinde uçucu bileşikler ve oksijen geçirgenliği analiz edilmiştir. Optimum aktif nanokompozit filmlere gıda ile teması uygun indikatörler (antosiyanin ve kurkumin) eklenerek akıllı özellikleri test edilmiştir. Geliştirilen aktif ve akıllı nanokompozit filmlerin et, süt ve meyve-sebze grubundan seçilen taze gıdalarda paketleme ve kaplama uygulamaları gerçekleştirilmiştir. Depolama süresince gıdaların pH değerleri, renk değerleri, tekstür özellikleri, toplam fenolik madde içerikleri ve mikrobiyolojik kalite değişimleri ile indikatörün kalite özellikleriyle uyumluluğu incelenmiştir. Bulgular: Nanoçöktürme, yüksek hızlı homojenizasyon ve ultrasonik homojenizasyon yöntemleri kullanılarak elde edilen kestane, sedir ve sığla ekstraktları yüklenmiş zein nanopartiküllerinin enkapsülasyon etkinliği %34,03 ile %96,83 aralığında değişim göstermiştir. En düşük partikül boyutu, nanoçöktürme yöntemi ile elde edilen sığla kabuğu ekstraktı yüklü zein nanopartikülleri için 132,81 nm olarak tespit edilmiştir. Kestane ve sedir kabuğu ekstraktı yüklü nanopartiküllerin üretimi için nanoçöktürme yöntemi daha uygun olurken, sığla kabuğu ekstraktı yüklü nanopartiküllerin üretimi için yüksek hızlı homojenizasyon yöntemi uygun bulunmuştur. Aktif nanopartiküllerin seçilen kompozit filmlere ilave edilmesi sonucu elde edilen aktif nanokompozit filmlerde minimum su buharı geçirgenliği, hedef uzama yüzdesi ve maksimum opaklık baz alınarak optimum üretim koşullarında her üç ekstrakt için de karbonhidrat:protein oranı 25:75 olup gliserol ve zein nanopartikül oranı farklılık göstermiştir. Kestane, sedir ve sığla ekstraktı bazlı nanokompozit filmlerin toplam fenolik madde değerleri sırasıyla 7,56-37,55, 3,56-24,27 ve 2,82-24,08 mg gallik asit/100 g kuru ağırlık aralığında bulgulanmıştır. Her üç ekstrakt için de geliştirilen aktif nanokompozit filmler Escherichia coli, Listeria monocytogenes ve Staphylococcus aureus mikroorganizmalarına karşı antimikrobiyal aktivite göstermiştir. Zein nanopartikül oranının artması sonucu nanokompozit filmlerin camsı geçiş sıcaklığının (Tg) azaldığı tespit edilmiştir. Filmler arasından seçilen kestane ekstraktı yüklü zein nanopartiküllerini (%5,78) içeren aktif ve akıllı nanokompozit filmler düşük su buharı geçirgenliği, düşük nem içeriği, düşük suda çözünürlük değeri, yüksek toplam fenolik madde içeriği, yüksek antioksidan kapasite değeri, uygun opaklık ve renk değerleri ile en iyi film özelliklerine sahip olmuştur. Aktif ve akıllı nanokompozit paketleme ve kaplama uygulanan kaşar peynirlerinde kontrol ve kaplama uygulaması yapılan gruplar bozulmadan 21 gün muhafaza edilebilirken (Toplam aerobik mezofilik bakteri >6 log kob/g), paketleme yapılan örnekler 35 gün sonunda aynı ölçüde kalite kayıplarına uğramıştır. Mandalinalarda yapılan nanokompozit paketleme ve kaplama uygulamalarında her iki uygulamada pH, tekstürel özellikler ve toplam fenolik madde miktarının korunmasına destek olurken, kaplama uygulaması özellikle mikrobiyolojik bozulmaların sınırlandırılmasına büyük ölçüde katkı sağlamıştır. Salatalık ile yapılan nanokompozit paketleme ve kaplama uygulamalarında ise kontrol grubuna kıyasla belirgin farklılıklar gözlemlenmemiş, raf ömrünün 12-14 gün olduğu tespit edilmiştir. Tavuk etinde gerçekleştirilen nanokompozit film ile paketleme uygulaması örneklerde mikrobiyal yükün daha yavaş artış göstermesini sağlamıştır. Sonuç: Tez çalışmasında kestane, sedir ve sığla kabuk atıklarının fonksiyonel özelliklerinden yararlanılarak değerlendirilmesi ve gıda ambalajlamada katma değerli ürünlere dönüştürülmesi sağlanmıştır. Fenolik bileşiklerce zengin kabuk ekstraktlarının zein nanopartiküllerine yüklenmesi ve bu formda özelliklerini koruyarak nanokompozit filmlerde aktif özellik sağlaması için gereken en uygun koşullar elde edilmiştir. Ayrıca, aktif nanokompozit filmlere doğal renk indikatörleri aracılığı ile akıllı özellik kazandırılmıştır. Basit ve düşük maliyetli bu yöntem ile gıdaların depolanması süresince belirgin pH değerlerinde filmlerde ölçülebilir renk farkı belirlenmiştir. Kaşar peynirlerinde ve tavuk etinde aktif ve akıllı nanokompozit ambalaj ile paketleme, mandalinalarda aktif ve akıllı nanokompozit kaplama uygulamalarının gıdanın kalitesinin korunması ve mikrobiyal gelişmenin yavaşlatılması için etkin uygulamalar olduğu sonucuna varılmıştır. Salatalık gibi solunum hızı yüksek olan gıdalarda ise uygulamaların istenilen düzeyde etkili olmadığı görülmüştür. Geliştirilen aktif ve akıllı nanokompozit ambalaj veya kaplama uygulamasının sert peynirlerde paket olarak, solunum hızı düşük olan taze meyve ve sebzelerde kaplama olarak uygulanmasının etkili olacağı değerlendirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Kabuk ekstraktları, Nanopartikül, Biyonanokompozit paketleme, Aktif ambalajlama, Akıllı ambalajlama.