Geri Dön

Elektro eğirme yöntemiyle elde edilen probiyotik bakteri yüklü nanoliflerin karekterizasyonu ve nanoenkapsüle probiyotiklerle ekşi mayalı ekmek üretimi

Characterization of probiotic bacteria loaded nanofibers obtained by electrospinning method and production of sourdough bread with nanoencapsulated probiotics

PDF İndir

  1. Tez No: 1016638
  2. Yazar: ASLIHAN ALAV
  3. Danışmanlar: PROF. DR. RACİYE MERAL
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Fermente gıdalar, Fonksiyonel besinler, Fermented foods, Functional foods
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Bu çalışmada, probiyotik bakteri suşları olan Bifidobacterium animalis, Lactobacillus acidophilus ve Lactobacillus plantarum, polivinil alkol, sodyum aljinat ve inülin kullanılarak elektroeğirme yöntemi ile nanoenkapsüle edilmiştir. Elde edilen nanoenkapsüle formların enkapsülasyon etkinliği değerlendirilmiş; ayrıca gastrointestinal sindirim koşulları ve depolama süreci boyunca canlılık düzeyleri incelenmiştir. Bunun yanı sıra, bu formlar kullanılarak ekşi maya ve ekşi mayalı ekmek üretimi gerçekleştirilmiş ve elde edilen ürünlerin fiziksel, kimyasal ve duyusal özellikleri serbest formlar ve geleneksel üretim yöntemi ile karşılaştırılmıştır. Çalışma kapsamında elektroeğirme süreci için optimum çalışma koşulları; 29 kV voltaj, 0.050 mL/dk çözelti akış hızı ve iğne ucu ile toplayıcı plaka arasındaki 12 cm mesafe olacak şekilde tüm nanolifler için standartlaştırılmıştır. Nanoliflerin karakterizasyonu sonucunda, probiyotik içermeyen nanoliflerin ortalama çapının 200 nm olduğu, nanoenkapsüle Bifidobacterium animalis (NBA), Lactobacillus acidophilus (NLA) ve Lactobacillus plantarum (NLP) içeren nanoliflerde ise bu değerlerin sırasıyla 295 nm, 145 nm ve 371 nm olduğu belirlenmiştir. ATR-FTIR analizleri, probiyotiklerin nanolif matrisi içerisine başarıyla entegre edildiğini ortaya koyarken, zeta potansiyel analizleri yüzey yükünde değişimlerin meydana geldiğini göstermiştir. DSC ve TGA analizleri ise nanoliflerin 180 °C'ye kadar yapısal stabilite sergilediğini ve en yüksek kütle kaybının 250–300 °C aralığında gerçekleştiğini ortaya koymuştur. Elde edilen nanoenkapsüle probiyotiklerin enkapsülasyon etkinliğinin %95'in üzerinde olduğu belirlenmiştir. Gastrointestinal sistem koşullarında yapılan değerlendirmelerde, serbest formdaki Bifidobacterium animalis'in %50.52 olan canlılık oranının nanoenkapsüle formda %70.24'e yükseldiği; benzer şekilde Lactobacillus acidophilus için bu değerin %50.44'ten %79.89'a ve Lactobacillus plantarum için %54.44'ten %72.68'e arttığı belirlenmiştir. Depolama çalışmaları sonucunda, -18 °C'de 56 haftalık depolama sonunda serbest probiyotik formların canlılık düzeylerinin 6 log kob/mL'nin altına düştüğü, buna karşılık nanoenkapsüle formların bu eşik değerin üzerinde kaldığı belirlenmiştir. +4 °C'de depolama koşullarında, serbest Bifidobacterium animalis (SBA) grubunda 48. haftada canlı hücre tespit edilemezken, nanoenkapsüle formunun (NBA) 3.47 log kob/g düzeyinde ölçülebilir canlı hücre içeriğini koruduğu belirlenmiştir. Benzer şekilde, Lactobacillus acidophilus'un nanoenkapsüle formu (NLA) depolama sonunda 6.95 log kob/g düzeyinde canlı hücre içeriğini muhafaza etmiş, Lactobacillus plantarum'un nanoenkapsüle formunda (NLP) ise 56 hafta sonunda yalnızca 0.3 log kob/g düzeyinde sınırlı bir azalma gözlenmiştir. +25 °C'de ise serbest probiyotik formların kısa sürede canlı hücre içeriğini kaybettiği, buna karşın nanoenkapsüle Bifidobacterium animalis (NBA) grubunun 28 hafta boyunca, Lactobacillus plantarum (NLP) grubunun ise 40 haftaya kadar 6 log kob/g düzeyinin üzerinde canlı hücre içeriğini koruduğu tespit edilmiştir. Antimikrobiyal aktivite sonuçları, nanoenkapsüle probiyotiklerin test edilen patojen mikroorganizmalar üzerinde belirgin bir inhibisyon etkisi gösterdiğini ortaya koymuştur. En yüksek inhibisyon zonu çapı, Bacillus cereus için nanoenkapsüle Bifidobacterium animalis (NBA) grubunda 11 mm, Staphylococcus aureus için nanoenkapsüle Lactobacillus acidophilus (NLA) grubunda 11 mm ve Vibrio parahaemolyticus için 8 mm olarak belirlenmiştir. Buna karşılık, serbest probiyotik formlarda inhibisyon zonu çaplarının daha düşük olduğu ve bazı patojenler üzerinde inhibisyon etkisinin gözlenmediği tespit edilmiştir. Minimum inhibitör konsantrasyon (MİK) analiz sonuçları da bu bulguları desteklemekte olup, nanoenkapsüle formların serbest formlara kıyasla yaklaşık iki kat daha düşük konsantrasyonlarda etkili olduğunu göstermiştir. Nanoliflerin karakterizasyon analizlerinin ardından gerçekleştirilen ekşi maya fermantasyonu sonucunda, geleneksel ekşi mayanın (K-H) yaklaşık 9 günde olgunlaştığı, buna karşılık nanoenkapsüle probiyotik içeren ekşi mayalarda fermantasyonun 24 saat içinde tamamlandığı belirlenmiştir. Ayrıca, bu gruplarda laktik asit bakterisi (LAB) sayısının yaklaşık 9 log kob/g düzeyine ulaştığı ve uygun pH ile toplam titrasyon asitliği (TTA) değerlerinin sağlandığı tespit edilmiştir. Çalışmanın devamında, elde edilen olgun ekşi mayalar kullanılarak ekşi mayalı ekmek üretimi gerçekleştirilmiştir. Pişme sonrası analizlerde, en yüksek laktik asit bakterisi (LAB) düzeyinin 4.65 log kob/g ile nanoenkapsüle Lactobacillus acidophilus (NLA) içeren ekmekte olduğu belirlenmiş, buna karşılık geleneksel ekşi maya (K) katkılı ekmekte canlı hücre tespit edilememiştir. Pişme sonrası sindirim simülasyonu sonucunda ise serbest probiyotik formlar ve geleneksel üretimle elde edilen ekşi mayalı ekmeklerde canlı hücreye rastlanmazken, nanoenkapsüle probiyotik içeren tüm gruplarda canlı hücre düzeyinin 2.8–3.98 log kob/g aralığında korunduğu belirlenmiştir. Ekmeklerde pişme kaybı açısından anlamlı bir farklılık gözlenmemiştir. Spesifik hacim değerleri 2.11–2.96 cm³/g aralığında değişmiş olup, en yüksek değer NLP-E, en düşük değer ise SBA-E grubunda belirlenmiştir. Antioksidan aktivite sonuçlarına göre, en yüksek DPPH değeri NLP katkılı ekmekte (10.16), en yüksek ABTS değeri ise NLA katkılı ekmekte (275.87) belirlenmiştir. Antidiyabetik aktivite açısından, α-glukozidaz inhibisyonunda en düşük IC₅₀ değeri NLA-E grubunda (0.008 mg/mL) olup akarbozdan daha etkili bulunmuştur. α-amilaz inhibisyonunda ise NBA-E grubunun (0.203 mg/mL) akarboza yakın bir performans sergilediği belirlenmiştir. Sonuç olarak, nanoenkapsülasyon uygulamasının probiyotiklerin sindirim ve depolama koşullarındaki stabilitesini artırdığı, ekşi maya üretim süresini kısalttığı ve ürün kalitesini iyileştirdiği ortaya konulmuştur. Ayrıca, nanoenkapsüle probiyotik içeren ekşi mayalı ekmeklerin antioksidan ve antidiyabetik özelliklerinin geleneksel formlara kıyasla daha yüksek olduğu belirlenmiştir.

Özet (Çeviri)

In this study, probiotic bacterial strains Bifidobacterium animalis, Lactobacillus acidophilus, and Lactobacillus plantarum were nanoencapsulated using the electrospinning method with polyvinyl alcohol, sodium alginate, and inulin. The encapsulation efficiency of the obtained nanoencapsulated forms was evaluated, and their viability under gastrointestinal digestion conditions and during storage was investigated. In addition, sourdough and sourdough bread were produced using these forms, and the physical, chemical, and sensory properties of the resulting products were compared with those of free forms and conventional production methods. The optimum electrospinning conditions were standardized for all nanofibers as 29 kV voltage, 0.050 mL/min solution flow rate, and a 12 cm distance between the needle tip and the collector plate. Characterization of the nanofibers showed that the average diameter of unloaded nanofibers was 200 nm, while those containing nanoencapsulated Bifidobacterium animalis (NBA), Lactobacillus acidophilus (NLA), and Lactobacillus plantarum (NLP) were 295 nm, 145 nm, and 371 nm, respectively. ATR-FTIR analysis confirmed the successful incorporation of probiotics into the nanofiber matrix, while zeta potential analysis indicated changes in surface charge. DSC and TGA analyses demonstrated that the nanofibers exhibited structural stability up to 180 °C, with the highest mass loss occurring between 250 and 300 °C. The encapsulation efficiency of the nanoencapsulated probiotics was found to be higher than 95%. Under gastrointestinal conditions, the viability of free Bifidobacterium animalis increased from 50.52% to 70.24% in the nanoencapsulated form; similarly, it increased from 50.44% to 79.89% for Lactobacillus acidophilus and from 54.44% to 72.68% for Lactobacillus plantarum. Storage studies revealed that after 56 weeks at -18 °C, the viability of free probiotic forms decreased below 6 log CFU/mL, whereas nanoencapsulated forms maintained viability above this threshold. At +4 °C, no viable cells were detected in the free Bifidobacterium animalis (SBA) group after 48 weeks, while the nanoencapsulated form (NBA) retained measurable viable cell counts (3.47 log CFU/g). Similarly, the nanoencapsulated Lactobacillus acidophilus (NLA) maintained a viable cell count of 6.95 log CFU/g at the end of storage, whereas the nanoencapsulated Lactobacillus plantarum (NLP) showed only a slight reduction of 0.3 log CFU/g after 56 weeks. At +25 °C, free probiotic forms rapidly lost viability, whereas the NBA group maintained viable counts above 6 log CFU/g for 28 weeks and the NLP group for up to 40 weeks. Antimicrobial activity results revealed that nanoencapsulated probiotics exhibited a pronounced inhibitory effect against the tested pathogenic microorganisms. The highest inhibition zone diameters were 11 mm for Bacillus cereus in the NBA group, 11 mm for Staphylococcus aureus in the NLA group, and 8 mm for Vibrio parahaemolyticus. In contrast, free probiotic forms showed lower inhibition zone diameters, and no inhibitory effect was observed against some pathogens. Minimum inhibitory concentration (MIC) results supported these findings, indicating that nanoencapsulated forms were effective at approximately two-fold lower concentrations than free forms. Sourdough fermentation results showed that conventional sourdough (K-H) matured in approximately 9 days, whereas fermentation was completed within 24 hours in sourdoughs containing nanoencapsulated probiotics. In these groups, lactic acid bacteria (LAB) counts reached approximately 9 log CFU/g, and appropriate pH and total titratable acidity (TTA) values were obtained. Sourdough breads produced using these starters showed that the highest post-baking LAB count (4.65 log CFU/g) was observed in bread containing nanoencapsulated Lactobacillus acidophilus (NLA), while no viable cells were detected in bread produced with conventional sourdough. After simulated digestion, no viable cells were detected in breads produced with free probiotics or conventional sourdough, whereas all nanoencapsulated groups retained viable cell counts in the range of 2.8-3.98 log CFU/g. No significant differences were observed in baking loss. Specific volume ranged between 2.11 and 2.96 cm³/g, with the highest value in NLP and the lowest in SBA groups. In terms of antioxidant activity, the highest DPPH value was observed in NLP bread (10.16), while the highest ABTS value was found in NLA bread (275.87). Regarding antidiabetic activity, the lowest IC₅₀ value for α-glucosidase inhibition was observed in the NLA-E group (0.008 mg/mL), which was more effective than acarbose. For α-amylase inhibition, the NBA-E group (0.203 mg/mL) showed a performance comparable to acarbose. In conclusion, nanoencapsulation significantly improved the stability of probiotics under gastrointestinal and storage conditions, shortened the sourdough fermentation time, and enhanced product quality. Furthermore, sourdough breads produced with nanoencapsulated probiotics exhibited higher antioxidant and antidiabetic properties compared to conventional forms.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    947934

    Valorisation of whey components via enzymatic ceramic membranes for biopolymer synthesis and bio-based nanofiber membrane fabrication

    Enzimatik seramik membranlar ile peynir altı suyu bileşenlerinin biyopolimer sentezi ve biyo-nanolif membran üretimi için değere dönüştürülmesi

    SAMA ALI QAHTAN AL-MUTWALLI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. DERYA YÜKSEL İMER

    PROF. DR. FRANK LİPNİZKİ

  2. Tez No

    510160

    Elektro-eğirme yöntemiyle elde edilen kollajen nanofiberlerin alternatif yöntemler kullanılarak dayanıklılığının arttırılması

    Increasing the durability of electrospun collagen nanofibers using alternative methods

    SELÇUK KAAN HACIOSMANOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Bilim ve Teknolojiİstanbul Medeniyet Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MURAT KAZANCİ

  3. Tez No

    523248

    Elektro-eğirme yöntemiyle üretilen çok fonksiyonlu yara örtüsü tasarımı

    The design of multifunctional wound dressing produced by electrospinning method

    HAMED GHORBANPOOR

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Polimer Bilim ve TeknolojisiEskişehir Osmangazi Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MACİD NURBAŞ

    DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN AVCI

  4. Tez No

    625360

    Elektro-eğirme yöntemiyle üretilmiş çok cidarlı karbon nanotüp (Çcknt) takviyeli polivinil alkol (Pva) nano-keçe barındıran kompozit levhaların mekanik davranışlarının belirlenmesi

    Investigation for the mechanical behaviors of nano mats composite laminates with electro-spun multiwalled carbon nanotube reinforced polyvinyl alcohol

    ÜNAL ÖZTEN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Makine MühendisliğiKonya Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖMER SİNAN ŞAHİN

  5. Tez No

    611493

    Buğday ruşeym yağı-jelatin nanoliflerinin elektro-eğirme yöntemi ile elde edilmesi

    Production of wheat germ oil-gelatin nanofibers by electrospinning method

    SEDA KAYAPINAR GÜLER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Gıda MühendisliğiSivas Cumhuriyet Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. NEVCİHAN GÜRSOY

Geri Dön