Prof. Dr. Şebnem HARSA İzmir Institute of Technology Mayıs, 2012

Transkript

1 Prof. Dr. Şebnem HARSA İzmir Institute of Technology Mayıs, 2012

2 Değişen hayat tarzı ile birlikte son yıllarda insanların beslenme konusundaki beklentileri de farklılaşmaya başlamıştır Tüketicilerin doğal ürünlere ve işlevsel gıdalara yönelmeleri ile birlikte fonksiyonel önemi olan gıda ürünlerine talepler önemli derecede artış göstermektedir. %55 tüketici işlevsel gıdalara olumlu bakmaktadır. Barsak florasının insan/hayvan sağlığı üzerine olumlu etkileri bulunmaktadır. Gıda tüketimi ve sağlık arasındaki ilişkiler her geçen gün bu bakımdan daha fazla önem kazanmaktadır.

3 DİYET SAĞLIK BARSAK FLORASI

4 Gastrointestinal sistemde (GI); mide ve barsak yer almaktadır. Sağlıklı bir gastrointestinal sistem, bağışıklık sistemi için destekleyici bir rol oynamaktadır. Vücudumuzda mikroorganizma bulunmaktadır, yürüyen sürekli bir biyoreaktör benzetmesi yapılabilir. Anatomy of the Gastrointestinal Tract,2012, ml

5 EFSA (European Food Safety Authority) işlevsel gıdaların içinde bulunan biyoaktif maddelerin hastalık tedavisinde kullanımı konusunu şüpheyle karşılamaktadır. Daha çok hastalıklardan koruyucu ve iyileştirme sürecinde yardımcı olarak kabul etmektedir. Dolayısıyla biyoaktifler ve işlevsellik yeni tanımlara ihtiyaç duymaktadır. Böylece gerek Avrupa ülkelerinde ve gerekse Amerika da besleyici, işlevsel ve sağlıklı gıdaların üretimi gittikçe büyüyen bir sektör haline gelmiştir.

6 Dengeli bir diyetle beraber temel beslenmenin yanında alındığında insan sağlığı üzerine olumlu etkileri olan doğal gıda katkıları olarak tanımlanmaktadırlar.

7 Probiyotikler, Prebiyotikler, Antioksidanlar, Bakteriyosinler, Antimikrobiyal maddeler, biyoaktif maddelerin en temel örnekleridir.

8 Probiyotik, prebiyotik ve sinbiyotik gruplarınında dahil oldugu işlevsel gıdalar, sağlık veya teknolojik açıdan faydalı özelliklere sahip gıdalardır.

9 Probiyotik kelimesi, bağırsaktaki mikrobiyal dengeyi olumlu yönde artırıcı etkileri olan canlı besin kaynağı olarak tanımlanmaktadır. Potansiyel sağlık faydalarından dolayı bu probiyotik mikroorganizmaların kullanımı süt ve süt ürünleri başta olmak üzere pek çok gıdada kullanılmaktadır. Dünya fonksiyonel gıda pazarının %65 lik kısmını probiyotikler oluşturmaktadır.

10 Probiyotiklerin görevleri Bağışıklık sistemini güçlendirmek. Yiyeceklerin hazmını kalaylaştırmak. Vitaminlerin (K vit, biyotin, B12, niasin vb) sentezini yapmak. Bağırsak duvarını zararlı maddelerden korumak ve bağırsak geçirgenliğini azaltmak. Zararlı maddelerin (toksinler) kan dolaşımına geçmesini engellemek. Besin allerjilerini ve ekzemayı önlemek. Kronik enflamatuvar (iltihabi) hastalıkların oluşumunu engellemek. Kanseri önlemek. Yaşlanmayı yavaşlatmak. İshali önlemek ve tedavi etmek. İdrar yolu iltihaplarını önlemek. Kabızlığı tedavi etmek.

11 Lactobacillus türleri Lb. acidophilus Lb. casei Lb. plantarum Lb. reuteri, Lb. salivarus Lb. rhamnosus Lb. jhonsonii Lb. delburueckii Bifidobacterium türleri B. animalis B. Bifidum B.breve B. infantis B. lactis B.longum Mayalar Saccharomyces boulardii Saccharomyces cerevisiae 11

12 Prebiyotik terimi intestinal florada bulunan bir tür veya sınırlı sayıdaki birkaç tür mikroorganizmanın çoğalmasını ve/veya aktivitesini seçici olarak aktive ederek konağın sağlığını olumlu yönde etkileyebilen oligosakkarit yapısında sindirilemeyen besin bileşenleri olarak tanımlanmıştır. Sinbiyotik ise, bir probiyotik ile prebiyotiğin kombinasyonundan oluşan ve bağırsak mikroflorasında istenen mikrobiyal populasyonun korunmasında sinerjist etki sağlayan bir ürün olarak tanımlanmaktadır.

13 Kısaca prebiyotikler vücudumuza yararlı bir veya daha fazla türden mikroorganizmanın çoğalma velveya aktivitesini seçici olarak artıran ve sindirilmeyen besin bileşenleridir. Üzerinde en çok çalışılmış prebiyotikler; Fruktooligosakkaritler (inulin, oligofruktoz) Galaktooligosakkaritler (laktuloz, laktilol) İzomalto-oligosakkaritler Gluko-oligosakkaritler Ksilo-oligosakkaritler

14 Prebiyotikler yapılarında değişiklik meydana gelmeden buradaki bakteriler tarafından hidrolize edilmektedir. Bu şekilde hem kalın bağırsakta doğal olarak bulunan sağlığa faydalı bakterilerin hem de dışarıdan takviye edilen probiyotiklerin gelişimi teşvik edilebilir.

15 Prebiyotiklerin insan sindirim sistemi ve sağlığı üzerine pek çok olumlu etkileri bulunmaktadır; Kolondaki yararlı mikroorganizmalar (Lactobacillus, Bifidobacterium gibi) tarafından selektif olarak kullanılır, Toksin üreten potansiyel patojen mikroorganizmaların çoğalmasını engeller, Barsak hareketlerini düzenler, Kan kolesterol ve trigliserid düzeylerini olumlu yönde düzenler, Kolon kanser gelişim riskini azaltır, Mikrofloranın kompozisyonunu ve aktivitesini olumlu yönde etkiler, Minerallerin emilimini artırır, Vitamin sentezini geliştirirler.

16 Polifenoller, Fitosteroller, fitoestrojenler Çoklu doymamış yağ asitleri Vitaminler Enzimler Proteinler ve Peptidler

17 Biyoaktif maddeler, bulundukları çevrenin fiziksel ve kimyasal özelliklerine karşı duyarlıdır; Bu nedenle biyoaktif bileşenlerin yararlılığı bulundukları gıdadaki yapı tarafından sınırlandırılmaktadır. Gıdanın içerisinde bulunan biyoaktif maddelerin işlevsel özelliğinin devamlılığı ve hedef bölgeye kontrollü salınımının sağlanması bir diğer sınırlandırıcı husustur. Bir diğer problem ise işlevsel gıdaya eklenen bilesenin gıdanın duyusal özelliklerinin değişimine neden olmasıdır.

18 Bu problemlerin çözümü amacıyla olan nanoteknolojinin gıda uygulamaları alanında kullanımı ortaya çıkmıştır.

19 Gıda Nanoteknolojisi

20 Nanoteknoloji Malzemelerin 100 nm den küçük ölçekte işleme, ölçüm, tasarım, modelleme gibi manipülasyonlarına olanak sağlar. Malzelemere atomik düzeyde, geliştirilmiş veya tamamen yeni fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikler kazandırılmasını amaçlar.

21 Nanoteknolojinin Potansiyel Uygulamaları Malzeme Bilimi Elektronik & bilgisayar İlaç & sağlık Tekstil Çevre Enerji Tarım Gıda

22 İşlevsel nanoparçacıklar nanoemulsiyonlar nanosensörler nanotüpler nanokapsüller nanodamlacıklar nanolaminatlar nanofilmler nanolifler

23 Nanoparçacıkların üretim metodları; yukarıdan aşağıya yaklaşımı makromolekülün parçalanması ile yüksek basınçlı homojenizasyon, ultrasonik emulsifikasyon gibi yöntemlerle örneğin, nanoemulsiyonlar aşağıdan-yukarıya yaklaşımı moleküllerin agregasyonu ile (self-assembly) örneğin, miseller, lipozomlar

24 Nanoenkapsülasyon Özellikleri 10nm den başlayan parçacık boyutları kimyasal olarak işlevsel yüzeyler hidrofobik veya hidrofilik arayüzler geniş yüzey alanına sahip parçacıklar Uygulamaları protein stabilizasyonu küçük moleküllerin dağıtımı temiz sıvı formülasyonlar durağan kolloid dispersiyon kontrollü salınım hedef bölgelere dağıtım

25 Enkapsülasyon teknikleri Miseller hidrofilik ve hidrofobik etkileşimlere dayalı kendiliğinden dizilim işlemi nm çapında nanpolar molekülleri enkapsüle edebilir (yağlar, vitaminler, antioksidanlar ) Lipozomlar küresel, arayüzlü çok moleküllü yapılardır 20nm ile 100 mikron arasında değişen ölçülerdedir hem su hem de yağda çözünen molekülleri enkapsüle edebilirler (proteinler)

26 kat kat dizilim (layer-by-layer assembly) aktif materyalin, farklı yüklü moleküllerle sırayla muamele edilerek oluşturulan çoklu nano katmanlar içeren filmleri ile kaplanmasıyla elde edilir ince film oluşumuna olanak sağlar (her bir katman nm) Nanolaminatlar fiziksel ve kimyasal olarak bağlı, nm ölçeğindeikiyadadahafazlakatmanlı materyaller içerir gıdalarda yenilebilir kaplama ve film olarak kullanılır (örn. meyveler, sebzeler, etler, şekerlemeler, ) protein and polisakkaritten oluşan nanolaminat malzemesi

27 Nanogıdalarla ilgili güvenlik ve Temel endişeler; düzenlemeler nanogıdalarla ilgili halkın bilgisi oldukça sınırlı nanomateryallerin tahmin edilemeyen zararlı etkilerinin olup olmayacağı bilinmiyor paketleme malzemelerine yerleştirilen gümüş, çinko oksit gibi nanoparçacıkların gıdalarda toksik kontaminantların birikmesine ve sağlığı olumsuz etkilemesine ilişkin endişeler gıda tabanlı dağıtım sistemlerine yüklenen gıda katkı maddelerinin ve besin desteklerinin, tüketiciyi ilgili maddeye fazla maruz bırakması ile oluşabilecek tahmin edilemeyen riskler

28 !!! Henüz nanoparçacık içeren gıdaların etiketlenme zorunluluğu bulunmamaktadır. Nanogıdaların üretim, satış ve tüketimi ile ilgili herhangi bir yasal düzenleme ya da politika mevcut değildir Yasal düzenlemelerin oluşturulmasına ilişkin bazı öneriler; parçacık boyutlarının ve ölçüm yöntemlerinin tanımlanması nano toksisitenin taranması ve güvenlik kriterlerinin belirlenmesi nano materyal içeren gıda ürünlerinin etiketlenmesi nanoteknolojinin gıdada kullanımı ile ilgili sosyal ve etik araştırmaların yapılması nano düzeydeki malzemelerin işlenmesi ve tesbiti için laboratuvar protokollerinin oluşturulması

29 Nanoteknolojinin Potansiyel Gıda Uygulamaları Yeni işlevsel gıdaların geliştirilmesi akıllı gıdalar (smart foods) geliştirilmiş duyusal ve yapısal özellikler Biyoaktif ve nutrasötiklerin enkapsülasyonu hedef bölgelere kontrollü salınım biyoaktiflerin korunması Gıda güvenliğinin artırılması patojen ve/veya toksik maddelerin tespiti Gıda maddelerinin paketlenmesi raf ömrünün uzatılması

30 European Network for Gastrointestinal Health Research, European Science Foundation Research Networking Programme (ENGIHR - 08-RNP-018), (Project Leader from Turkey). A visit conducted to the Rowett Institute of Nutrition and Health for an experimental study in the topic of Investigating the Potential for Novel Probiotic Bacteria Isolated in Turkey to Impact on the Microbial Ecology of Gastrointestinal Tract at September, Production, Purification and Immobilization of Lactase Enzymes from Dairy Products, TOVAG-EU-COST 928 (104 O 270), (Project Director). The Production of Cheese and Yogurt Starter Cultures and Lactase Enzyme for the Dairy Industry: Traditional and Modern Solutions Against Lactose Intolerance, 2005K , DPT-YUUP Project, , participitation of 13 university and 4 industrial company (Project Director, Collab. with METU). Microencapsulation of Lactobacillus acidophilus in double emulsion system, BAP 2011 IYTE12, (project leader).

31 Investigations on the Starter Properties of Lactobacillus and Formulation of Industrial Cheese Cultures, 2005 İYTE 36, (Project Director). Isolation and Characterization of Lactic Acid Bacteria from Traditional Dairy Products; Investigations on Starter Cultures and their Lactase Activities, 2004 İYTE 20, (Project director). Molecular Characterization of Turkish Microflora, İYTE AF 2001 Fen 20, (Researcher). Production and Purification of L(+)-Lactic Acid, 2001MÜHYL04 İYTE, (Project Director). Fermentation of L(+)-Lactic Acid From Whey, AFP-1999 MÜH03 İYTE, (Project Director).

32 Peyniraltı Suyu (PAS) ve proteinleri peynir ve kazein üretiminin en önemli yan ürünüdür sütün asit yada rennet enzimi ile pıhtılaştırılmasından sonra kalan sıvı kısımdır Asidik PAS; Süt asitle pıhtılaştırılırsa (örn. Cottage cheese) ph 5.1 Tatlı PAS; Süt renet ile pıhtılaştırılırsa (bir çok peynir çeşidinde) ph 5.6 PAS içeriği; karbonhidratlar (~5%, laktoz) proteinler (~1%) mineraller (~0.5%) vitaminler ve yağ PAS içeriğinin gerçek konsantrasyonları; PAS nun çeşidine sütün kaynağına prosesin kalitesine

33 100 kg süt proses kg peynir kg PAS PAS ın değerlendirilmesi; Yüksek BOD dolayısıyla ciddi çevresel kirliliğe neden olur, g/l yüksek besin değerine sahip PAS protein konsantrasyonlarının hazırlanması laktoz fermentasyonu ile oluşan yüksek değerdeki ürünlerin kullanılması çeşitli modifikasyonlarla yeni uygulamaların araştırılması PAS ile ilgili bazı literatür çalışmaları; PAS dan fermantasyonla biyogaz üretimi (Kavacık andtopaloğlu 2007; Sözer and Yıldız 2006) Biyoteknolojik uygulamalar için PAS daki laktozun değerlendirilmesi ve bazı mikroorganizmalar için PAS minerallerini kullanarak ortam geliştirilmesi (Ferrari et.al., 2001)

34 PAS Proteinleri; yapısında çoğunlukla α-heliks içeren glubüler moleküllerdir polipeptit zincirinde asidik/bazik ve hidrofobik/hidrofilik amino asitler dengeli olarak dağılmaktadır Tablo1. PAS proteinleri ve temel özellikleri (Zydney 1998) protein [g/l] [kda] pi β-lactoglobulin , α-lactalbumin , immunoglobulins , , bovine serum albumin , lactoferrin , lactoperoxidase , glycomacropeptide 7,000

35 PAS protein konsantratları veya PAS protein izolatları; bebek mamalarında, sporcuların besinlerinde ve yüksek protein gerektiten diyetlerle kullanılırlar diyette besleyici azot ve amino asit sağlarlar antimikrobiyel, antioksidamt ve anti-kanser özellikleri ile bağışıklık sistemini olumlu yönde desteklerler Gıda endüstrisinde PAS proteinlerinin kullanımı; (protein içeriği, jelleşme, köpük oluşturma ve emülsifikasyon gibi fonksiyonel özelliklerine göre) Diyet gıdaların, unlu mamüllerin, gazlı içeceklerin, sporcu diyetlerinin ve süt ürünlerinin protein içeriğini zenginleştirmede Sosis ve salamda su absorbsiyonu sağlama Hazır çorba ve salçada vizkoziteyi artırmada Dondurma, et ürünleri ve mayonezde emülsifikasyon amaçlı Unlu mamüller, tatlılar, et ve süt ürünlerinde jelleşme amaçlı

36 PAS kaynaklı α-laktalbuminden protein nanotüpler ultrafiltrasyon ve kromatografi ile (iyon değiştirme, boyut ayırma) temel PAS proteinlerinin ayrılması ve saflaştırılması PAS proteinlerinden (özellikle α-laktalbuminden) yeni protein/ peptit nanotüplerinin geliştirilmesi, karakterize edilmesi ve potansiyel gıda uygulamalarının araştırılması

37 Türkiye Mikroflorası Laktik asit bakterilerinin tanımlanması, endüstriyel ve probiyotik özelliklerinin belirlenmesi temel biyokimyasal yöntemleri ile tanımlanan laktik asit bakteri florası ileri moleküler teknikler kullanılarak ayırt edilmesi. Yoğurt starter bakterilerinin probiyotik özelliklerinin araştırılması

38 LAB geleneksel Türk yoğurt ve peynirlerinden izole edilip, biyokimyasal ve moleküler tekniklerle tanımlandı S. thermophilius cty25 taramalı elektron mikroskop görüntüsü Lb. delb. ssp. bulgaricus bty30 taramalı elektron mikroskop görüntüsü

39 Toros Bölgesinden toplanan yoğurt örneklerinden 66 Streptecoccus thermophilus ve 71 Lactobacillus delbrueckii ssp bulgaricus izole edildi. Bu izolatlar endüstriyel yoğurt üretimi için teknolojik özellikleri açısından incelendi.

40 5 tanesi kok olmak üzere 41 izolat düşük ph da büyüme göstermiştir. Tüm dirençli izolatlar Gr(+), katalaz (-), ve homofermentatiftirler. Tüm izolatlar ekstraselüler proteaz aktivitesine sahiptirler. Simüle gastrik sistemde büyüyebilmektedirler.

41 Probiyotik L. acidophilus un mikroemülsiyon yöntemi ile enkapsülasyonu Probiyotik özellik taşıyan L. acidophilus farklı gıda kaynaklı mikroemülsiyonlara enkapsüle edilmektedirler. Emülsiyonların depolama süresince kararlılıkları, mideasitleri ve safra tuzlarına karşı dayanıklıkları incelenmektedir. Bu sayede işlevsel gıda uygulamalarında kullanılabilecek probiyotik mikro boyutta emülsiyonlar oluşturulmaktadırlar.

42 Oluşturulan emülsiyonların zamana bağlı olarak incelendiğinde 21 günün sonunda dahi kararlılıklarını korudukları gözlemlenmiştir. Emülsiyon tanecik boyutu deneyleri ve mikroskobik gözlemler sonucunda elde edilen bulgular da, kararlılığın sabit kaldığını desteklemektedir.

43 Çölyak; Genetik olarak yatkın bireylerde buğday, arpa, çavdar, yulaf gibi gluten proteini içeren gıda maddelerinin tüketimiyle ortaya çıkar. (Corazza et al. 2007; Di Sabatino and Corazza 2009). İnce bağırsak mukozasının hasarı ve buna bağlı besin emilimi bozukluğu kaynaklı çeşitli sağlık sorunlarına (anemi, karın ağrısı, iştahsızlık, kilo alamama vb.) yol açabilmektedir. En yaygın intoleranslardan biridir (1:100) Glutensiz diyet Bağırsak mukozasındaki hasar ortadan kalkmaktadır Glutensiz ürün kalitesi, bulunabilirliği, çeşidi ve ekonomikliği önem kazanmaktadır. Son zamanlarda ekşi maya fermentasyonu ile gluten toksisitesi azaltılması/ortadan kaldırılması konusunda yapılan çalışmalar ilgi çekmekte olup, sınırlı sayıdadır.

44 Glutensiz diyet için geliştirilen ekşi maya fermentasyonu Bölümümüz çalışma grubu tarafından izole edilmiş olan probiyotik laktik asit bakterileri (Lb. casei D4, Lb. delbrueckii ssp. bulgaricus TY30) ve buğday unu kullanılarak ekşi maya fermentasyonu gerçekleştirilmiştir. Ekşi maya fermantasyonu sırasında gliadinlerdeki yapısal değişemeler elektroforetik (SDS-PAGE, 2-D Elektroforez) ve kromatografik (RP-HPLC) yöntemler ile incelenmiştir.

45 Çeşitli fonksiyonel katkılar ilave edilerek glutensiz hamur ve ekmek formülasyonları geliştirilmektedir. Reolojik özellikler, besin değeri ve kalite özellikleri incelenmektedir. Laboratuvar ölçekli üretimin sanayi ölçekli üretime aktarılması hedeflenmektedir.