Y. Doç. Dr. Mecit Halil Öztop Orta Doğu Teknik Üniversitesi Gıda Mühendisliği Bölümü

Transkript

1 Gıdalardaki Fiziksel ve Kimyasal Değişimlerin İzlenmesi, Kalite Tespiti ve Yeni Sistemler Tasarlanması Sürecinde Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRG) ve Düşük Rezolüsyonlu NMR Relaksometre nin Kullanımı Gıdalardaki Fiziksel ve Kimyasal Değişimlerin İzlenmesi Y. Doç. Dr. Mecit Halil Öztop Orta Doğu Teknik Üniversitesi Gıda Mühendisliği Bölümü

2 Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRG) > 1.5 Tesla??????

3

4 YAĞ BASKILANMIŞ GÖRÜNTÜ YAĞ SU BASKILANMIŞ GÖRÜNTÜ SU

5 Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRG)??????

6 Düşük Manyetik ALAN GÜCÜNDEKİ SİSTEMLER 0.32 Tesla 0.52 Tesla

7 NMR VE Sinyal

8

9 MRG veya NMR Relaksometre Görüntü Boyutsal çözünürlük Yüksek gradiyentler Yüksek maliyet Tek yönlü sinyal Salınım zamanı Relaksometre Benç tipi sistemler, düşük maliyet Time Domain NMR (TD NMR)

10 NMR SPEKTROSKOPI Proton NMR ( 1 H NMR) Karbon NMR ( 13 C NMR) Spektrum Kimyasal yapı belirleme

11 DOMATES TOHUMUNDAKI TÜTÜN MOZAİK VİRÜSÜNÜN (TMV) NÜKLEER MANYETİK REZONANS (NMR) RELAKSOMETRE YÖNTEMI İLE ERKEN EVRE TESPİTI VE YÜKSEK HİDROSTATİK BASıNÇ ETKİSİ (TAGEM AR-GE 13/41 PROJESİ) 1 Tohumdaki ozmotik dehidrasyon etkisi, basınç etkisi ve ultrasonikasyon etkisini görmek ve virüs ile enfekte olmuş tohumu tespit etmek için NMR Relaksometre kullanımının incelenmesi

12 Saf su ile sulandırılmış virüssüz tohumlardan elde edilen relaksasyon spektraları 1 saat 1 gün Tohum hücresinin multieksponansiyel relaksasyon davranışı Bitki dokusunun çok bölmeli yapısı T2 NMR Relaksasyon eğrisi NMR Relaksasyon spektrumu Pikler koful, sitoplazma, hücre duvarındaki su ve hücreler arası su ile ilişkilendirilmiştir. Sulandırmadan 1 gün sonra, piklerin T2 değerleri birbirlerine yaklaşmıştır. Bu durum zaman geçtikçe suyun hücreler içine difüz edip bağıl su durumuna geçmesinden kaynaklanmaktadır.

13 TMV virüslü tohumlardan elde edilen relaksasyon spektraları 1 saat 1 gün 2 gün Virüslerin varlığı tohumların hücre yapısında değişikliğe sebep olmakta ve bu da relaksasyon spektrasında doğrudan gözlemlenmektedir. Sulandırmadan 1 gün sonra piklerde birleşme ve T2 değerlerinde azalma gözlemlenmiştir Sulandırmadan 2 gün sonra, relaksasyon spektrasında 3 pik gözlemlenmiştir

14 Kapsaisin Yüklü Nanoemülsiyonlar (TÜBİTAK 214O436) Acı biberin etken maddesi olan kapsaisin; Hidrofobik maddedir. 2 Birçok patojene karşı antimikrobiyal etki göstermektedir. Staphylococcus aureus, Salmonella typhimurium, Bacillus cereus, Listeria monocytogenes, Helicobacter pylori gibi. Suda çözünürlük, termal stabilite ve biyoyararlılığını arttırmak için nanoemülsiyon kullanılmıştır.

15 NANOEMÜLSIYONLARıN HAZıRLANMASı Oleoresin Kapsikum Yağ fazı (2 wt %) Tween 80 Lesitin Sükroz monopalmitat (SMP) Emülgatörler (2 wt %) Su fazı (96 wt %) Karıştırma; Ultraturrax ve manyetik karıştırıcı Homojenizasyon; mikroakışkanlaştırma (1400 bar,5 tekrar) ve ultrasonikasyon (%75 amp, 5 dk) Fosfat Tamponu (ph 7.4) Asetat Tamponu (ph 3.8) % Gliserol : 0, % 50

16 Kapsaisin Yüklü Nanoemülsiyon Karakterizasyonu ph ve Gliserolün Etkisi Kontrol T2 (ms) a b Oleoresin kapsikum Fosfat tampon Asetat tampon T2 (ms) c c 200 T2 (ms) Homojenizasyon ve Emülgatör Tipi Etkisi a b c c Mikroakışkanlaştırma d d Ultrasonikasyon Tween 80 Lesitin SMP T2 (ms) ph 7.4 ph 3.8 ph 7.4-gliserol ph 3.8-gliserol Isıtmanın etkisi a a b b 0 ph 7.4 ph 3.8 ph 7.4 -ısı ph 3.8 -ısı

17 İçsel Difüzyon Katsayısı (Self Diffusion Coefficient) Tween 80 Sükroz Monopalmitat Küçük Molekül Lesitin 3,00E-09 İçsel Difüzyon Katsayısı (m 2 /s) 2,50E-09 Büyük Molekül 2,00E-09 1,50E-09 1,00E-09 5,00E-10 0,00E+00 Su Tween 80 Lesitin Sükroz Monopalmitat

18 Lipozom ve NMR Relaksometre (TUBITAK 113O442) 3 Enkapsülasyon, biyolojik olarak aktif özellik gösteren hassas maddelerin işlenme ve sindirime karşı direncini artırmak için kullanılan yaygın bir yöntemdir. Çalışmada, enkapsülasyon duvarı olarak fosfolipidler kullanılarak lipozom üretilmiştir. Gıdalardaki Fiziksel ve Kimyasal Hammadde olarak Değişimlerin fosfolipit; İzlenmesi doğal, hem hidrofilik hem hidrofobik kaplamaya uygun, biyobozunur, hedeflenmiş ve kontrollü salınım sağlayabilir olduğu için tercih edilmiştir. Oluşturulan lipozomlar NMR-Relaksometre kullanılarak incelenmiştir.

19 LİPOZOM OLUŞTURMA Gıdalardaki Fiziksel ve Kimyasal Değişimlerin İzlenmesi Sulu çözelti Fosfolipit Enerji (Mikroakışkanlaştırma (MA))

20 NMR Relaksometre BULGULARI Oluşturulan lipozomların katmanlı yapısı T1 ve T2 zamanlarına göre incelenmiş ve yağ katmanı ve sulu iç hazneden alınan sinyaller bölgesel tespite olanak sağlamıştır. Elde edilen sonuçlar parçacık boyutu sonuçları ile paralellik göstermiş, buna Gıdalardaki ek olarak Fiziksel ve zamana Kimyasal bağlı deneylerde parçacık boyutu ölçümü Değişimlerin ile edilemeyecek İzlenmesi oksidasyon ve benzeri kimyasal değişimlerin habercisi olmuştur. Bu değişimler NMR ile nasıl elde edilebildi?

21 LİPOZOMLARDAKİ DEĞİŞİMİN NMR ile TESPİT MEKANİZMASI T 2 zamanı ; ortamda/gıdada bulunan yağ miktarı arttığında azalırken su miktarı arttığında artış gösterir. İnstabilite göstergesi olarak lipozomların bozulmasının ilişkilendirildiği parçacık boyutunun artış göstermesi durumlarında, lipozomların küresel yapısının zarar Gıdalardaki gördüğü anlaşılmaktadır. Fiziksel ve Kimyasal Değişimlerin İzlenmesi Sulu iç ve dış kısımları birbirinden ayıran bu katman bozulduğunda; ortamdaki serbest su miktarı artmış, dolayısıyla toplam T 2 sinyali de artış göstermiştir.

22 T 2 ve MA Basıncının Etkisi MA basıncı arttıkça parçacık boyutu düşer Parçacık boyutu düştükçe enkapsüle etilen madde miktarı azalır Dışarıda serbest miktarda daha çok su olur ve bu da T2 değerlerini arttırır BASINÇ PARÇACIK BOYUTU HAPSEDİLEN SU T2 Gıdalardaki Fiziksel ve Kimyasal Değişimlerin İzlenmesi

23 Yeşil Çay Ekstraktı Yüklü Lipozomlar (TUBITAK 113O442) 4 Mikroakışkanlaştırıcı 1300bar,5tekrar Ağırlıkça %0.1 yeşil çay ekstraktı + asetat tampon çözeltisi (ph:3.8) ve saf su(ph:6.8) Manyetik karıştırıcıda 30 dakika boyunca 300 rpm de karıştırılıp selüloz filtre kağıdından geçirilir. Ağırlıkça %1 lesitin eklenip, UltraTurrax ile 20,000 rpm de 2 dakika homojenize edilir. Ultrasonikasyon %75 Amplitüt, 5 dk Lipozom

24 Yeşil Çay Ekstraktı İçeren Lipozomlar ve NMR T2 Relaksasyon Zamanı (ms) T2 Relaksasyon Zamanı (ms) Zaman (gün) Zaman (gün) A B C D Şekil 1. Mikroakışkanlaştırıcı ile Hazırlanmış Lipozomların 0, 3, 5, 7, 10, 14, 18, 21, 24, 28. günlerdeki T2 Relaksasyon Zamanı A= Asetat tampon çözeltisinde hazırlanan yeşil çay ekstraktı içeren lipozomlar B= Saf suda hazırlanan yeşil çay ekstraktı içeren lipozomlar C= Asetat tampon çözeltisinde hazırlanan yeşil çay ekstraktı içermeyen lipozomlar D= Saf suda hazırlanan yeşil çay ekstraktı içermeyen lipozomlar A B C D Şekil 2. Ultrasonikasyon ile Hazırlanmış Lipozomların 0, 3, 5, 7, 10, 14, 18, 21, 24, 28. günlerdeki T2 Relaksasyon Zamanı

25 Yeşil Çay Ekstraktı İçeren Lipozomlar ve MRG Şekil 3. Mikroakışkanlaştırıcı ile Hazırlanmış Lipozomların Aksiyel, Koronal ve Sajital Görüntüleri Şekil 4. Ultrasonikasyon ile Hazırlanmış Lipozomların Aksiyel, Koronal ve Sajital Görüntüleri

26 Çikolatada Yağ Migrasyonu Ürün Hazırlama F1 F2 F3 F4 F5 SIEMENS, 3tesla MRG cihazı o 30 ± 0.5 C de etüvde bekletilen örneklerin zamana bağlı olarak MR görüntüleri elde edilmiştir. o Spin Eko sekansı 800 ms TR ve 13 ms TE değerleri kullanılarak 3 Tesla sistemde gerçekletirildi (SIEMENS MAGNETOM Trio, Germany). Şekil 1. Farklı formulasyonlarındaki çikolata örnekleri 5 Tablo 1. Çikolata formulasyonları Örnek Kakao kütlesi (gr) Kakao yağı (gr) Şeker (gr) Splenda (gr) Stevia (gr) Inulin (gr) Lesitin (gr) Maltodekstrin (gr) F F F F F

27 F1 Örneğinin Temsili 2D MR Görüntüleri ve Zamana Bağlı Sinyal Gücü Değişimi

28 1. MODEL 2. MODEL Başlangıç koşulu,, Sınır koşulu (x=0) Sınır koşulu x=l Matematiksel Çözüm,, Analitik çözüm, Numerik çözüm Fındık ezmesii / / / Çikolata

29 Dimensionles s signal intens ity F Distance,m x Dimensionless signal intensity Distance,m 1.6 F 2 1. MODEL Dim ensionless signal intensity Distance,m x F 3 Dimens ionless signal intensity F Distance,m Dim ens ionless s ignal intens ity F Distance,m 2. MODEL

30 Mikrodalga ile ısıtmanın farklı nişasta tiplerinin jelatinizasyonuna etkisinin NMR ile incelenmesi 6 Nişasta Jelatinizasyonu: Bitkisel kaynağa bağlı olarak, farklı nişasta tiplerinin farklı jelleşme özellikleri vardır. Mısır, buğday, pirinç vb. Mikrodalga ile Jelatinizasyon: Mikrodalga radyasyonunun manyetik alanı dipole oryantasyonları etkiler, polar moleküllerin titreşmesi ve çarpışması sonucu sıcaklık yükselir. Konvansiyonel yönteme göre daha hızlı ve enerji tasarruflu jelleşme Nükleer Manyetik Rezonans Relaksometre: Jelleşme sırasında nişasta granülleri su alarak şişer Sudan gelen protonların relaksasyonu ölçülür Nişasta-su etkileşimleri T1 ve T2 zaman sabitleriyle yorumlanır

31 T 1 & T 2 Sonuçları Mısır Nişastası Sonuçları Buğday Nişastası Sonuçları Her iki nişasta tipinde de karışımlardaki su oranı arttıkça T 1 ve T 2 sabitleri artış eğilimi göstermiştir. Mısır ve buğday nişastaları jelleşme sırasında farklı T 1 & T 2 değerleri vermektedir. Nişasta tiplerinin jelleşme sırasındaki yüzde T 1 & T 2 değişimleri de farklılık göstermektedir.

32 Devam Eden Çalışmalar Sihirli sandviç eko sekansı kullanılarak Katı yağ miktarı tespiti (SFC) Bal kalitesi tespiti Farklı gam tiplerinin gıda hidrojellerinin su çekme davranışı üzerindeki etkisi Farklı gam tiplerinin emülsifikasyon etkisinin incelenmesi Yumuşak şekerlemelerde kristalizasyon derecesinin tespit edilebilmesi Emülsiyonlarda kristalizasyon sonucu görülen polimorfik yapıların tespiti Basit kimyasal reaksiyonların gerçekleştiği sistemlerde NMR Relaksometre'nin reaksiyon verimi hesaplamada kullanımı

33 Poster ve Sunumlar Ayva çekirdeği ekstraktı ile stabilize edilmiş emülsiyonların NMR S318 Jelatin içerikli yumuşak şekerlemelerin fiziksel P516 Farklı konsantrasyonlarda farklı un türleri ile hazırlanmış.. P501 Ortam ph sının komposit gıda hidrojellerinin şişme P415 Yüksek metoksili pektin ve ayçiçeği vaksı karışımların P436 Farklı şeker tipleri kullanılarak hazırlanan çözeltilerin P416 Biyopolimer eklenmiş kapsaisin yüklü P391

34 Teşekkürler