Formulation of pickering emulsions and investigating the intragastric gelation behavior using flow-assisted MRI
Pickering emülsiyonlarının formülasyonu ve akış destekli manyetik rezonans görüntüleme ile intragastrik jelleşme davranışının incelenmesi
- Tez No: 977235
- Danışmanlar: PROF. DR. HALİL MECİT ÖZTOP, PROF. DR. BEHİÇ MERT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Gastrik koşullar altında jel benzeri ağlar oluşturarak mide boşalmasını geciktiren intragastrik jelleşme, gıda sindirimi ve tokluk üzerinde kontrol sağlamak için potansiyel bir strateji olarak görülmektedir. Protein–polisakkarit kompleksleri ile stabilize edilen Pickering emülsiyonları, damlacık yüzeylerine geri dönüşümsüz olarak bağlanan ve arayüz mimarisini şekillendirebilen parçacıklar sayesinde bu tür sistemlerin tasarımı için çok yönlü bir platform sunmaktadır. Bu potansiyelden hareketle, bu tez çalışması intragastrik jelleşme kapasitesine sahip Pickering emülsiyonlarını formüle etmeyi ve bunları, yapısal evrimlerini ve gastrointestinal tepkilerini araştırmak üzere benchtop uyumlu bir Akış Destekli Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRG) metodolojisinin geliştirilmesinde model sistem olarak kullanmayı amaçlamıştır. Sistem optimizasyonu laminer akışın sağlanması, pulsasyonun giderilmesi, yerçekimiyle sabit akış ve basınç kalibrasyonunun ele alındığı vaka çalışmalarıyla gerçekleştirilmiş, bu da tekrarlanabilir hız profilleri sağlamış ve akış destekli MRG'nin sindirim çalışmalarıyla entegrasyonunu mümkün kılmıştır. Parçacıklar FTIR, TD-NMR, su tutma kapasitesi (WHC) ve yağ adsorpsiyonu (OA) ile karakterize edilmiştir. Emülsiyonlar ise parçacık boyutu, mikroskopi, TD-NMR ve reoloji ile değerlendirilmiştir. Konvansiyonel reoloji ile paralel uygulanan akış destekli MRG, hız alanlarını ve viskozite dağılımlarını mekânsal çözünürlükle sağlamış, bu karşılaştırmalı yaklaşım akış destekli MRG'nin sindirim kaynaklı heterojenlikleri yakalayarak yığın reolojisini nasıl genişlettiğini ve sindirim kaynaklı dönüşümlere tamamlayıcı içgörüler sunduğunu göstermiştir. Sonuçlar, polisakkarit–protein (PS:PR) oranının parçacık komplekleşmesi ve dallanma derecesini belirlediğini, bunun da bağlanma bölgelerinin erişilebilirliğini etkileyerek emülsiyon stabilitesi ve sindirim davranışını değiştirdiğini göstermiştir. Protein tipine bağlı olarak farklı jelleşme yolları gözlenmiş; bunlar ya sürekli ve kütlesel jel matrisleri ya da faz ayrımı sonucu ortaya çıkan parçacıklı jeller şeklinde gerçekleşmiştir. Flow-MRI, reolojiye ek olarak plug benzeri akış, duvar kayması ve heterojen viskozite dağılımlarını ortaya koymuş, bu farklı jelleşme modlarını ayırt etmede mekânsal çözünürlüklü analizlerin önemini vurgulamıştır. Genel olarak bu çalışma, akış destekli MRG'yi konvansiyonel yöntemlere tamamlayıcı, sağlam bir araç olarak ortaya koymakta ve protein–polisakkarit parçacıklarının emülsiyon sindirimini nasıl yönettiğine dair mekanistik anlayışı ilerletmektedir. Yöntemsel yeniliğin ötesinde, elde edilen bulgular kontrollü sindirim, hedeflenmiş stabilite ve besinsel işlevsellik sunan fonksiyonel emülsiyonların rasyonel tasarımı için pratik bir yol haritası sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Intragastric gelation, which delays gastric emptying by forming gel-like networks under gastric conditions, is recognized as a potential strategy for controlling food digestion and satiety. Pickering emulsions, stabilized by protein–polysaccharide complexes, provide a versatile platform for designing such systems because particles irreversibly anchor to droplet surfaces and can tailor interfacial architecture. Motivated by this potential, this dissertation aimed to formulate Pickering emulsions capable of intragastric gelation and to employ them as a model system for the advancement of a benchtop-compatible Flow Assisted Magnetic Resonance Imaging (Flow-MRI) methodology to investigate their structural evolution and gastrointestinal response. System optimization was conducted through case studies addressing laminar flow, pulsation damping, gravity-driven flow, and pressure calibration, ensuring reproducible velocity profiles and enabling Flow-MRI integration with digestion studies. Particles were characterized by FTIR, TD-NMR, water-holding capacity WHC, and oil adsorption OA, while emulsions were evaluated by particle size, microscopy, TD-NMR, and rheometry. Flow-MRI, applied in parallel with conventional rheology, provided velocity fields and viscosity distributions with spatial resolution. This comparative approach demonstrated how Flow-MRI extends bulk rheology by capturing digestion-induced heterogeneities and offering complementary insight into digestion-induced transformations. Results indicated that the polysaccharide-to-protein (PS:PR) ratio governed the extent of particle complexation and branching, thereby influencing the availability of binding sites and altering both emulsion stability and digestive behavior. The type of protein further modulated gelation pathways, leading either to continuous bulk-like gel matrices or to phase-separated systems characterized by dispersed particulate gels. Flow-MRI complemented rheology by capturing plug-like flow, wall slip, and heterogeneous viscosity distributions, emphasizing the role of spatially resolved analysis in distinguishing these distinct gelation modes. Collectively, this work establishes Flow-MRI as a robust and complementary tool to conventional methods, advancing mechanistic understanding of how protein–polysaccharide particles govern emulsion digestion. Beyond methodological innovation, the outcomes provide practical guidance for the rational design of functional emulsions with tailored stability, controlled digestion, and nutritional applications.
Benzer Tezler
- Pickering emülsiyonlar ile hiyerarşik makrogözenekli polimer kompozitlerinin hazırlanması ve fotokatalitik uygulamaları
Preparation of hierarchical macroporous polymer composites with pickering emulsions and their photocatalytic applications
ELİF YÜCE
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Mühendislik BilimleriYalova ÜniversitesiPolimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMİNE HİLAL MERT
- Effect of hydrodynamics on the production of Pickering emulsions in unbaffled stirred tanks
Hidrodinamik koşulların engelsiz tanklarda üretilen Pickering emülsiyonları üzerine etkisi
ÖZGE DEMİRDOĞAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İNCİ AYRANCI TANSIK
- Investigation of the effect of hydrodynamics on the production of pickering emulsions in baffled stirred tanks
Pickering emulsiyonları üretimi için engelli karıştırmalı tanklarda hidrodinamiğin etkisinin incelenmesi
USMAN KAYODE ABDULRASAQ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İNCİ AYRANCI TANSIK
- Formulation and characterization of Pickering emulsions stabilized with whey protein isolate and gum Arabic
Peynir altı suyu protein izolatı ve Arap zamkı ile stabilize edilmiş Pickering emülsiyonlarının formülasyonu ve karakterizasyonu
ESRANUR KAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Gıda MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİL MECİT ÖZTOP
DOÇ. DR. EMİN BURÇİN ÖZVURAL
- Kenevir (cannabis sativa L.) kaynaklı selüloznanokristali (CNC) üretimi, karakterizasyonuve pickering emülsiyonlarının stabilitesiüzerine etkisi
Production and characterization of cellulosenanocrystals (CNC) derived from hemp (cannabis sativa L.) andtheir effect on the stability of pickering emulsions
LATİFE ÇAĞLA ÇOKLAR
Doktora
Türkçe
2025
Gıda MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN GENÇCELEP