Geri Dön

Investigation of the antifungal activity of different essential oils and their nanofibers

Farklı esansiyel yağlarının ve nanoliflerinin antifungal etkisinin araştırılması

PDF İndir

  1. Tez No: 520698
  2. Yazar: DİLARA DEVECİOĞLU
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. HATİCE FUNDA KARBANCIOĞLU GÜLER
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2018
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 115

Özet

Mikroorganizmalar gıdaların bozulmasına, değer ve kalite kaybına uğramasına ve tüketicide gıda kaynaklı ciddi hastalıklara sebep olabilmektedir. Bu nedenle gıdaların korunması hem ekonomik hem de sağlık açısından ciddi önem taşımaktadır. Günümüzde gıdaların korunmasına yönelik farklı fiziksel ve kimyasal birçok metot vardır. Hepsinin prensibi farklı olmasına karşın, ana amaçları gıdanın korunmasına yöneliktir. Ancak toplumda sentetik, kimyasal ve doğal olmayan gıda koruma yöntemlerine karşı oluşan ön yargı, teknolojiyi daha doğala yönlendirmiştir. Bu nedenle son zamanlarda, gıda ürünlerinde doğal antimikrobiyal ve koruyucu kullanımına karşı yönelim ciddi bir önem kazanmıştır. Farklı kaynaklardan elde edilebilen çok fazla çeşitte doğal antimikrobiyaller mevcuttur. Bu maddeler küf, bakteri, alg, bitki ve hayvan kaynaklı olabilmektedir. Bitkisel kaynaklı antimikrobiyal özellik gösterdiği belirtilen esansiyel yağlara olan ilgi artmakta ve her geçen gün farklı bilimsel çalışmalar yayınlanmaktadır. Doğal, antimikrobiyal ve bitkinin sıvı ikincil metaboliti olan esansiyel yağlar, sentetiklere ve gıda kaynakları hastalıkların sonucu olan sağlık problemlerine karşı artan farkındalık ile toksik etki göstermiyor oluşu gıdaların korunmasında kullanılmaları için önem kazanmasını ciddi oranda etkilemektedir. Esansiyel yağlar fenolik, organik asit, aldehit, terpenoid gibi yapılarda bulunan yaklaşık olarak altmış farklı bileşenden oluşmaktadır. Sadece başlıca bileşenler değil, aynı zamanda daha az bulunan bileşenler de antimikrobiyal aktivitede kritik rol oynamaktadır. Bu esansiyel yağlar çeşitli ekstraksiyon metotları ile elde edilmektedir. Ancak ekstraksiyon metodu, bitkinin ekstraksiyon yapılan organı, mevsim, toprak özellikleri iklim, oksijen ve bitkinin yaşı esansiyel yağların yapısında yer alan bileşenlerin oranlarını değiştirir. Bu da esansiyel yağların antimikrobiyal aktivitesini doğrudan etkilemektedir. Esansiyel yağlar antimikrobiyal özelliği ile mikrobiyal gelişmeyi farklı metotlar ile engelleyebilmektedir. Esansiyel yağların içeriğinde yer alan bileşenler, hücre zarının bozulması, geçirgenliği etkileyerek hücre içi dengenin değişmesi ve enzim fonksiyonlarının bozulmasını içeren farklı mekanizmalar ile mikrobiyal hücreleri etkiler. Bu sonuçların en temel sebebi hidrofobik karakterlerinden dolayıdır. Diğer bir yandan, esansiyel yağların kararlılığı sıcaklık ve ışık gibi çevresel stresler altında son derece düşüktür. Bu nedenle antimikrobiyal özelliklerini korumak için bazı metotlara ihtiyaç duymaktadır. Günümüzde ise gelişen teknoloji ile kapsülleme, kaplama ve yenilebilir film üretilmesi gibi çalışmalar denenmektedir. Bu çalışmada, küf suşları son kullanma tarihi yaklaşmış paketli ekmek ürünlerinden (organik, tam buğday ve tost ekmeği) izole edilmiştir. Moleküler tanımlama sonrası, P. carneum, A. flavus and A. niger takip eden deneylerin yapılması için seçilmiştir. Kimyasal içeriği analiz edilen zencefil, kimyon, tarçın, karabiber, mercanköşk ve karanfilin ve bunların uçucu bileşenlerinin antifungal etkisi sırasıyla disk difüzyon ve disk volatilizasyon metotları ile incelenmiştir. Petri kapları 25ºC'de 6 gün inkübe edilmiş ve 3 ve 6 gün sonra inhibisyon çapları ölçülmüştür. Analiz edilen esansiyel yağların içinde, zencefil ve karabiber test edilen küf suşlarına karşı az ya da hiç etki göstermezken, mercanköşk 6 günlük inkübasyon boyunca test edilen küf suşlarına karşı en çok etkili esansiyel yağ olarak belirlenmiştir. Üç günün sonunda ikinci en çok etki eden esansiyel yağ kimyon olmuştur ancak etkisini takip eden diğer 3 günün sonunda koruyamamıştır. Bu çalışmanın ikinci kısmında, küf suşlarına karşı etkili bulunan ilk 4 esansiyel yağ (kimyon, tarçın, mercanköşk ve karanfil) minimum inhibisyon konsantrasyonu (MIK) ve minimum fungisidal konsantrasyon (MFK) değerlerinin belirlenmesi için seçilmiş ve kullanılacak esansiyel yağ konsantrasyonları 500, 750, 1000, 1500, 2000, 3000 and 5000 µg/mL olarak belirlenmiştir. 14 günlük inkübasyon sonunda mercanköşk ve kimyonun, tarçın ve karanfile kıyasla daha az etkili olduğu, elde edilen daha yüksek MİK değeri ile anlaşılmıştır. Buna paralel şekilde MFK değerleri de daha yüksek bulunmuştur. Seçilen konsantrasyonlar arasında 500 ve 750 µg/mL tamamen yok etme özelliği göstermezken, en düşük MİK konsantrasyonu 1000 µg/mL olmuştur. En yüksek MİK değeri ise 3000 µg/mL ile kimyonda gözlemlenmiştir. Yağların bazıları bazı küf suşlarında aynı MİK ve MFK değerlerini vermiştir. Ardından 14 günlük inkübasyon sürecinde ölçülen küf gelişim çapları ile yağların küf gelişimini engelleme özelliği incelenmiştir. MİK ve MFK değerlerinden de anlaşıldığı üzere tarçın ve karanfil çok daha yüksek bir yüzde de engellemeyi gerçekleştirmiştir. Tarçının incelenen tüm küfleri engelleme yüzdesi % 57 – 100 arasında değişirken, karanfil % 67 – 100 arası değişiklik göstermiştir. Kimyon ve mercanköşkün ise hesaplanan yüzdeleri sırasıyla % 8 – 100 ve % 15 – 100 olmuştur. 1500 µg/mL konsantrasyonundan itibaren ise tüm küf suşları % 100 engellenmiştir. Gün gün ölçümü yapılan gelişme çapı ile ise küflerin farklı yağlarla konsantrasyonlara göre gelişim hızı grafiklerle gösterilmiştir. Beklendiği üzere tüm küf suşlarında kontrol grubu en hızlı gelişmeyi göstermiştir. Birçok grafikte görüldüğü üzere, küf gelişimi 500 µg/mL konsantrasyonu için 2 ile 4. günler arasında başlamıştır ve kimyon ile mercanköşk esansiyel yağlarında kontrol grubuyla yaklaşık aynı hızda gelişme göstermiştir. Ancak tarçın ve karanfil, küf gelişimi gözlemlenmesine rağmen 14 günlük inkübasyon sonunda kontrol grubu ile aynı gelişim çapına ulaşamamıştır. Tüm bu yapılan çalışmaların ardından, karanfil ve tarçın esansiyel yağı, nanolif filminin üretilmesi için seçildi. Elektro çekim çözeltisi, polivinil alkol (PVA) (6 %, 3 saat karıştırma, 80ºC, 700 rpm), β-siklodekstrin (2 %, 1 saat karıştırmaya devam, 55ºC, 700 rpm) ve esansiyel yağ (2%, 2.5 saat karıştırmaya devam, 55ºC, 700 rpm) karışımı olarak hazırlanmıştır. Elektro çekim çözeltisinin viskosite, yüzey gerilimi ve elektriksel iletkenlik analizleri yapılmıştır. Bu analizler sonucunda esansiyel yağların değerlerde artışa sebep olduğu gözlemlenmiştir. Ardından nanolif filmler 20 gauge demir iğne, 12 cm uzaklık, 0.4 mL/s akış hızı, 14-16 kV aralığında voltaj ile yürütülen prosedür ile üretilmiştir. Üretilen nanoliflerin karakterizasyonu başarılı bir nanolif üretiminin yapılıp yapılmadığını gösterdiğinden büyük bir önem taşımaktadır. Bu nedenle çözelti hazırlarken kullanılan ham maddeler ile üretilen nanolif filmlerin karakterizasyonu Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) ile yapılmıştır. Ardından elde edilen grafikler birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Bir sonraki aşama için kontrol grubu olarak esansiyel yağ içermeyen sadece PVA'dan oluşan PVA nanolif filmi üretilmiş ve PVA hammaddesi ile kıyaslanmıştır. Kıyaslama sonucunda ciddi bir benzerlik gözlemlenmiştir. Ardından PVA, β-siklodekstrin, esansiyel yağ ve esansiyel yağ nanolif filmi karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmalar sonucunda başarılı bir şekilde nanolifin eklenen hammaddeleri içeriğine aldığı ve esansiyel yağın nanolif içerisinde kaybolan bazı değerlerinin de β-siklodekstrin ile başarılı bir enkapsülasyon işlemi gerçekleştirdiğini göstermiştir. Nanolif film üretiminin ardından, onların antifungal etkilerinin ölçülmesi çalışılmıştır. Nanolif filmleri küf solüsyonun eklenmiş ve 25°C'de 1 günlük bekleme sonrası ekim yapılmıştır. 2 günlük inkübasyon sonunda gelişen koloni sayılarına göre tarçının azaltıcı etki gösterdiği ancak karanfilin etkisiz olduğu sonucu bulunmuştur. Sayısal azalma dışında aynı zamanda büyüyen kolonilerin büyüklükleri de karanfil ve PVA nanolif filmi ile farklılık göstermiştir. Çalışmanın son aşamasında ise üretilen nanolif filmler ile küflerin izole edildiği ekmek tiplerinden biriyle paketleme işlemi yapılmıştır. Kontrol grubu olarak nanolif ile paketlenmeyen organik ekmek 3. günden sonra küflenmeye başlamıştır. Ancak tarçın ve karanfil nanolif filmi ile paketlenmiş olan ekmeklerde herhangi bir küf gelişimi gözlemlenmemiştir.

Özet (Çeviri)

There has been an increased tendency to usage of natural antimicrobials and preservatives for food products in recent years. Essential oils (EOs) which are natural, antimicrobial and liquid secondary plant metabolite are getting importance to protect food with increasing awareness against synthetics and health problems occurring as a result of food borne diseases. They are composed of about sixty different components. Not only major components but also minor components play critical role for antimicrobial activity. There are several extraction methods of essential oils. However, the extraction method, extraction place of plant organ, season, soil properties, climate, oxygen and age of plant vary the properties of essential oil. The components included in the composition of essential oil affect microbial cells by various mechanisms including degradation of cell membrane, changing the equilibrium inside the cell by influencing permeability and disrupting enzyme functions. The main reason of these results is due to the hydrophobic characteristics. On the other hand, stability of essential oils is extremely low under environmental stresses like temperature and light. Therefore, they require some methods to preserve these properties. In this study, fungal strains were isolated from the packaged bread products (organic, whole wheat and sliced bread) which are about to expire date. After the molecular identification, P. carneum, A. flavus and A. niger were selected to perform following experiments. The antifungal effect of ginger, cumin, cinnamon, black pepper, origanum and clove essential oils and their volatile compounds were investigated by disc diffusion and disc volatilisation method, respectively. The petri dishes were incubated at 25ºC for 6 days and the diameter of inhibition zones were measured after 3 and 6 days. Among EOs, while ginger and black pepper affected tested fungal strains slightly, origanum was the most effective EO against all tested fungal strains during 6 days incubation. The second most effective EO was cumin at the end of the 3 days but its effect did not be preserved after 3 more days. The other remain EOs clove and cinnamon showed moderate antifungal impact. In the second part of this study, first four EOs (cumin, cinnamon, origanum and clove) found effective against fungal strains were selected to determine minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum fungicidal concentration (MFC) values by poisoned culture medium method and the used concentration of EOs were 500, 750, 1000, 1500, 2000, 3000 and 5000 µg/mL. The highest MIC value was obtained in case of cumin EO at 3000 µg/mL concentration for P. carneum and the highest MFC value was obtained from the results of cumin and origanum as concentration of 3000 µg/mL. While some of EOs had same MIC and MFC values, some of them gave next concentration of MIC as an MFC value. Pursuant to consequences of MIC and MFC values, clove and cinnamon EOs were found more effective at lower concentrations. Thus, these two EOs were used to produce nanofibers for checking the antifungal activity of nanofiber films of EOs. The electrospinning solution was prepared as a mixture of polyvinyl alcohol (PVA) solution (6 %, 3 hours mixing, 80ºC, 700 rpm), β-cyclodextrin (2 %, continued 1-hour mixing, 55ºC, 700 rpm) and EO (2 %, continued 2.5 hours mixing, 55ºC, 700 rpm). Viscosity, surface tension and electrical conductivity analysis were performed for electrospinning solution. After production of nanofibers (procedure driven by 20-gauge steel needle, in distance 12 cm, at 0.4 mL/s flow rate by voltage in range of 14-16 kV), the characterization of EO nanofilms were examined by Fourier Transform Infrared (FTIR). Besides, raw materials (EO, PVA and β-CD) were also examined for comparison. The characteristic bands of PVA and β-CD were detected on the spectrum line; however, most of specific bands of EOs disappeared in consequence of accomplished encapsulation process. The produced nanofiber films were tested against both P. carneum and A. niger. In the result of analysis, cinnamon EO film showed higher inhibition activity than clove EO film. At the end of the 1-day incubation of films inside fungal suspension, these suspensions were inoculated to medium and fungal colonies were counted. The results of cinnamon film which were 2.64 – 2.51 log (CFU/mg) were considerably lower than clove film which were 3.18 – 3.24 log(CFU/mg). In the final part of study, organic bread sample collected from market was packed with nanofiber films and stored at 25°C. The prepared samples were waited until observing fungal growth on control bread sample. After three days, although the bread sample without film moulded, there was no fungal growth on bread packed with films. In conclusion, the higher antifungal activity of cinnamon and clove EOs among others and an alternative, natural and open to improvement option for bread packaging technology were showed and discussed by this study.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    565975

    Çay ağacı ve portakal yağlarının antibakteriyel ve antifungal etkinliğinin araştırılması

    Investigation of the antibacterial and antifungal effectiveness of tea tree and orange essential oil

    LEYLA DEMİR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    MikrobiyolojiSakarya Üniversitesi

    Tıbbi Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET ÖZBEK

  2. Tez No

    789740

    Investigation of the antifungal and antibacterial effect of Lavandula angustifolia against Candida albicans and Escherichia coli

    Başlık çevirisi yok

    DEYAR SAMI KHALIF KHALIF

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    BiyolojiAltınbaş Üniversitesi

    Biyomedikal Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET ÖZBEK

  3. Tez No

    245948

    Bitki uçucu yağ ve bileşenlerinin fasulyede sorun olan fungal ve bakteriyel hastalık etmenlerine karşı antimikrobiyal etkinliklerinin in vitro koşullarda araştırılması

    Investigation of in vitro antimicrobial efficacy of plant essential oils and their main constituents against fungal and bacterial disease agents of bean

    ŞAHİMERDAN TÜRKÖLMEZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2009

    ZiraatMustafa Kemal Üniversitesi

    Bitki Koruma Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. EMİNE MİNE SOYLU

  4. Tez No

    363846

    Kekik ve kakule esansiyel yağlarının antifungal etkisinin araştırılması

    Investigation of antifungal effect of thyme and cardamom essential oils

    HİLAL NUR YAVUZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. HATİCE FUNDA KARBANCIOĞLU GÜLER

  5. Tez No

    557381

    Tarçın yağının ve karanfil yağının antimikrobiyal etkinliğinin mikrobiyolojik miktar tayini yöntemi ile araştırılması

    Investigation of antimicrobial activity of cinnamon oil and clove oil by microbiological assay

    ELİF KOPTAGET

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    MikrobiyolojiSakarya Üniversitesi

    Tıbbi Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET ÖZBEK

Geri Dön