Elma kabuklarından elde edilen fenolik bileşiklerin lipozom ile enkapsülasyonu

Fonksiyonel gıdalar gıdanın besin değerine ek olarak, sağlığa olumlu katkıda bulunan besinlerdir. Bu gıdaların yapısında doğal olarak bulunan, sağlığı geliştirici etkisi olan ve farmakolojik aktivite gösteren komponentler bulunmaktadır. Gıda atıkları gıda maddesindeki bu değerli maddeleri de içeren kompleks ingrediyenlerden oluşmaktadır. Bu maddeler fonksiyonel bileşikler veya biyoaktif bileşenler olarak da adlandırılmaktadır. Günümüzde tüketici tercihleri ve yasal düzenlemeler çerçevesinde gıdalara eklenen katkı maddelerinin daha doğal ve tüketici sağlığını tehdit etmeyen hatta sağlığa olumlu katkı yapabilecek maddelerden oluşması yönünde oluşan eğilim, yapay katkı maddeleriyle aynı işlevi ve etkiyi gösteren ve gıdalarda doğal olarak bulunan bu bileşenlerin kullanımını önemli kılmıştır. Bu bileşikler gıdalarda veya ilaçlarda renklendirici, antioksidan, korucuyu madde ve katkı maddesi olarak kullanılabilmektedirler. Fonksiyonel bileşikler daha özelde polifenoller olarak da adlandırılan fenolik bileşikler bitkilerde ve gıdalarda yoğun olarak bulunması, antioksidan, anti-enflamatuvar, antibakteriyal ve antiviral etkileri ile bir çok hastalığın önlenmesinde ve sağlığa olumlu etkileri nedeniyle insan ve hayvan diyetlerinde önemli bir yere sahiptir. Birçok klinik öncesi araştırma ve epidemiyolojik veri bitki polifenollerinin potansiyel bir kemo-preventif ve anti-kanser ajanı olarak hareket ederek bazı kanser türlerini yavaşlattığı, kardiyovasküler hastalık risklerini, nörodejeneretif hastalıkları, diyabet ve kemik erimesini azalttığını ortaya koymaktadır. Olumlu etkilerinin ve biyolojik aktivitelerinin yanında fenolik bileşikler gıda işleme aşamalarındaki proseslere karşı stabil değillerdir. Sıcaklık, oksijen ve ışık bu bileşiklerde bozulmalara neden olmaktadır. Bununla birlikte diğer nutrasetik bileşikler gibi fenolik bileşikler de gastrointestinal bölgedeki koşullarda ortam pH'sından etkilenmekte ve enzim ve diğer nutrientlerin varlığı da bu bileşiklerin potansiyel sağlık etkilerini ve aktivitelerini engellemektedir. Fenolik bileşiklerin çevresel etkilere karşı ve proses koşullarında, saklama ve hatta tüketim aşamalarında düşük stabiliteye sahip olmaları teknolojik zorlukları da beraberinde getirmiştir. Fonksiyonel bileşenlerin olumlu etkilerinin görülebilmesi için vücut tarafından yeterli düzeyde alınabilmesi sağlanmalıdır. Fonksiyonel bileşiklerden gerekli faydanın sağlanmasını etkileyen ve tüketim sırasında karşılaşılan sorunlardan biri de biyoyararlılık olarak tanımlanan ve alınan bileşenin vücut tarafından ne kadarının kullanılabildiğidir. Bu bileşenlerin düşük stabiliteye sahip olmaları gıda prosesleri aşamalarında ve tüketim sırasında biyoyararlılıklarını olumsuz yönde etkilemektedir. Vücut tarafından yeterli emilimin sağlanıp gerekli organlara veya dokulara ulaşmasını sağlanması için biyokullanılabilirliğinin arttırılması gereklidir. Üretim prosesleri sırasında veya tüketim aşamalarında bu biyoaktif bileşenlerin verimli bir şekilde korumanın yöntemlerinden biri de mikro veya nano kapsülleme (enkapsülasyon) tekniklerinin kullanılmasıdır. Çeşitli enkapsülasyon yöntemleri bulunmakla birlikte hidrofobik ve hidrofilik yapısı ve uygulanabilirliği bakımından kolay olan lipozom ile enkapsülasyon tekniği dikkati çekmektedir. Yapılan bu çalışmada hedeflenen; çok tüketilen ve çeşitli gıda proses işlemleri uygulanan elmanın atık olarak bertaraf edilen kabuklarının değerli bileşenlerini elde ederek bu bileşenlerle gıdanın fonksiyonel özelliklerini arttırmak ve bu bileşenlerin gıdalarda kullanılabilirliğini incelemek amacıyla enkapsülasyon tekniğinin etkinliğini ortaya koymaktır. Böylelikle gıda atıklarının geri kazanımı konusunda bir kapı aralamak, lipozomla enkapsülasyon yönteminin uygulanabilirliğini belirlemek ve kapsülleme yönteminin değerli fonksiyonel bileşenleri mide veya bağırsak gibi hedeflenen bölgeye kadar dış etkilerden ve bozulmalardan koruyup korumadığını ve bu bölgelerde salınımını sağlayarak biyokullanılabilirliğini arttırıp arttırmadığını tespit etmek hedeflenmiştir. Bu çalışmada elma kabuklarından kimyasal yöntemlerle ekstrakte edilen fenolik bileşikler (% 0,1 – 0,5 ekstrakt içerecek şekilde) mikrofludik teknoloji kullanılarak lipozomla enkapsüle edildi. Partikül boyutu ve zeta potansiyeli değerleri ölçülerek boyut analiziyle enkapsülasyon optimizasyonu gerçekleştirildi. Elde edilen kapsüllenmiş fenolik bileşiklerin miktarları enkapsülasyon verimliliğini belirlemek amacıyla, kapsülleme öncesi ve kapsülleme sonrası toplam flavonoid miktarı, Folin-Ciocalteu yöntemiyle toplam fenolik miktarı ve DPPH yöntemiyle antioksidan aktivite analizleri yapılarak incelendi. Uygun enkapsülasyon etkinliğini tespit etmek amacıyla yapılan optimizasyon sonucunda % 0,1'lik ekstrakt eklenerek hazırlanan lipozom çözeltisinde en büyük negatif zeta potansiyeliyle birlikte en büyük partikül boyutu elde edildi (-20,9 mV ve 225,4 nm). Partikül boyutunun büyük olması kaplamanın gerçekleştiğinin bir göstergesidir. Bununla birlikte toplam fenolik madde miktarı (% 32,5 kapsüllenme; % 78,5 verimlilik), toplam flavonoid madde miktarı (% 35,8 kapsüllenme; % 64,4 verimlilik) ve antioksidan aktivite (% 31,1 kapsüllenme; % 92,3 verimlilik) analizlerinden elde edilen sonuçlarla en yüksek kapsülleme oranı ve en uygun enkapsülasyon verimliliği yine % 0,1'lik ekstraktlar ile hazırlanan lipozom çözeltisiyle elde edilmiştir. En uygun kapsüllenmenin sağlandığı (% 0,1 ekstrakt içeren) oran ile enkapsülasyon işlemi yapılarak gıda ürünü içine katıldı. Gıda ürünü olarak kefir kullanıldı. Elma ekstrakları önce lipozomla kaplandı. Daha sonra pozitif yüklü kitosanla ikinci defa kaplanması sağlandı. Isısal işleme (kurutma işlemine) dayanıklılığının sağlanması için üçüncü bir katman olarak maltodekstrin ile de kaplanarak enkapsülasyon işlemi tamamlandı. Püskürtmeli kurutucuda kurutulup dayanıklılığının ve kullanılabilirliğinin arttırılması sağlandı. Daha sonra lipozomla kaplamanın ekstratların biyoyararlılığı üzerine etkisinin belirlenmesi amacıyla mide ve bağırsak ortamının simüle edildiği in vitro sindirim yöntemi uygulandı. Biyoyararlılık öncesi ve sonrası enkapsüle ekstrakt içeren kefir numunelerinin ve kefirsiz enkapsüle numunelerin spektrofotometrik yöntemlerle toplam flavonoid miktarı, toplam fenolik miktarı ve DPPH ve CUPRAC antioksidan aktivite analizleri yapıldı. Ayrıca HPLC ile de kromatografik analizleri gerçekleştirilerek fenolik bileşen kompozisyonları ve toplam miktarları incelenerek karşılaştırıldı. Biyoyararlılık öncesi kaplanmamış elma kabuğu ekstraklarının toplam fenolik madde analizi incelendiğinde, lipozom, kitosan ve maltodekstrinle kaplanan elma kabuğu ekstraktlarının kefir içine katıldıktan sonra fenolik madde miktarlarının 1,87 mg/g'dan 0,61 mg/g'a düştüğü, toplam flavonoid miktarının 0,30 mg/g'dan 0,30 mg/g olduğu ve değişmediği, antioksidan aktivite analizlerinde ise DPPH'te 0,55 mg/g'dan 0,06 mg/g'a düştüğü, CUPRAC analizinde 1,81 mg/g'dan 0,74 mg/g'a düştüğü ve HPLC'de yapılan analizlerde ise 147,71 mg/g'dan 61,90 mg/g'a değiştiği belirlenmiştir. Büyük oranlarda gerçekleşen azalmalara bakılarak lipozom enkapsülasyonun başarılı olduğunu ve fenolik bileşenleri etkin şekilde koruduğu söylenebilir. Spektrofotomektrik analizler ve kromatografik analiz incelendiğinde genel olarak boş lipozom ile yüzde 0,1 elma kabuğu ekstraktı içeren lipozomun sonuçlarının birbirine yakın olduğu ve aralarındaki farkın önemli olmadığı görülmektedir (p<0,05). Bununla birlikte elma kabuğu ekstraktlarının verileri incelendiğinde biyoyararlılık öncesinde enkapsüle örneklerden çok daha büyük değerler olduğu ve istatistiksel olarak önemli fark olduğu ancak biyoyararlılık sonrası arada önemli fark olmadığı (p<0,05) ve ölçülen değerlerin birbirine yakın olduğu görülmektedir. Sadece maltodekstrin ile kaplanan örneklerde de lipozomla kaplanan örneklere benzer sonuçlara ulaşıldığı görülmüştür. Enkapsüle numuneler ile kapsüllenmemiş numune arasındaki farkın önemli olduğu, bununla birlikte biyoyararlılık sonrası ölçümlerde fark olmadığı görülmüştür (p<0,05). Ağız ortamını, mide ortamını ve bağırsak ortamını laboratuvar ortamında simüle edilen ve bağırsak sonrasının analizlendiği in vitro sindirim metodu uygulandıktan sonra elde edilen sonuçların birbirlerine yakın olması lipozom ve kitosanla kaplamanın vücut tarafından emilimin gerçekleştiği bağırsak ortamında istendiği şekilde çözünerek aktif bileşenleri ortaya çıkardığının göstergesidir. Sonuç olarak, elma kabuğundan ekstrakte edilen fenolik bileşenlerin lipozom-kitosan-maltodekstrin ile kaplanarak tüketim sırasında stabilitelerinin arttırılabileceği ve vücut tarafından biyokullanılabilirliğinin arttırılabileceği savunulabilir.