Gıda Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 7, No: 1, 2012 (36-50) Electronic Journal of Food Technologies Vol: 7, No: 1, 2012 (36-50) TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR www.teknolojikarastirmalar.com e-issn:1306-7648 Derleme (Review) Süleyman GÖKMEN 1*, Recep PALAMUTOĞLU 2, Cemalettin SARIÇOBAN 3 1 Muş Alparslan Üniversitesi, Meslek Yüksekokulu, Gıda İşleme Bölümü, Muş/Türkiye 2 Selçuk Üniversitesi, Akşehir Kadir Yallagöz Sağlık Yüksekokulu, Beslenme ve Diyetetik Bölümü, Konya/ Türkiye 3 Selçuk Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Gıda Mühendisliği Bölümü, Konya/Türkiye *sugokmen42@hotmail.com Özet Enkapsülayon; gıda bileşenlerinin korunması, stabilizasyonu ve yavaş salınımı için kullanılan nispeten yeni bir teknolojidir. Enkapsüle etme veya kaplama materyalleri olarak genellikle nişasta, nişasta türevleri, proteinler, gumlar, lipidler veya bunların herhangi bir kombinasyonundan yararlanılır. Gıda ingredientlerinin enkapsülasyon metotları; spray-kurutma, dondurarak-kurutma, akışkan yatakta kaplama, ekstrüzyon, kokristalizasyon, moleküler kalıntı ve kümeleme dir. Enkapsülasyon gıdalarda özellikle raf ömrünü arttırmak, besin değerini yükseltmek, sindirilebilirliği sağlamak, olgunlaşma süresini kısaltmak gibi birçok amaçlarla uygulanmaktadır. Son yıllarda gıdaların çeşitliliğini arttırmak ve doğallığını sağlamak gibi birçok fayda sağlamaktadır. Gelecekte, enkapsülasyonla ilgili laboratuvar çalışmaları uygulamaya geçirilerek gıdaların fiziksel, kimyasal, biyolojik ve fonksiyonel özellikleri geliştirilebilecektir. Bu derleme, enkapsüle edilmiş gıda ingredientlerinin hazırlanma tekniklerini ve kaplama materyallerinin seçimini içermektedir. Ayrıca, kapsüllerin karakterizasyonu, kontrollü salınım mekanizmaları ve enkapsüle gıda ingredientlerinin korunma/stabilizasyon etkinliğini de içermektedir. Anahtar sözcükler: Enkapsülasyon, gıda Abstract Applications of Encapsulation in Food Industry Encapsulation is a relatively new technology used for stabilization, protection, and slow release of food ingredients. The encapsulating materials generally consist of starch, starch derivatives, proteins, gums, lipids, or their combinations. Spray-drying, freeze-drying, fluidized bed-coating, extrusion, cocrystallization, molecular inclusion, and coacervation techniques are among the methods used for encapsulation of food ingredients. Encapsulation to increase the shelf life of foods, in particular, to raise the nutritional value, digestibility to provide a multi-purpose, is made as to shorten the duration of ripening. In recent years, increasing the variety of foods and a lot of benefits such as ensuring naturalness. In the future, put into practice the laboratory studies related encapsulation may be improve physical, chemical, biological and functional properties of foods. This paper reviews techniques for preparation of microencapsulated food ingredients and choices of coating material. Characterization of microcapsules, mechanisms of controlled release, and efficiency of protection/stabilization of encapsulated food ingredients are also presented. Keywords: Encapsulation, Food Bu makaleye atıf yapmak için Gökmen, S., Palamutoğlu, R., Sarıçoban, C., Gıda Teknolojileri Elektronik Dergisi, 2012, 7(1)36-50 How to cite this article Gökmen, S., Palamutoğlu, R., Sarıçoban, C., Applications of Encapsulation in Food Industry Electronic Journal of Food Technologies, 2012, 7(1)36-50
Gökmen, S., Palamutoğlu, R., Sarıçoban, C. Teknolojik Araştırmalar: GTED 2012 (7) 36-50 1.0. GİRİŞ Enkapsülasyon; katı, sıvı veya gaz halindeki gıda bileşenlerinin, enzimlerin, hücre ve diğer maddelerin, mikroorganizmaların protein veya karbonhidrat esaslı bir kaplama materyaliyle paketlenmesi şeklinde tanımlanabilir [1; 2; 3]. Bu manada enkapsülasyonun gıda endüstrisi dışında; kimya, ziraat, yem, tıp, eczacılık, veterinerlik, biyoteknoloji gibi birçok uygulama alanı vardır. Enkapsülasyon işleminin gıda katkılarında kullanımı yaygındır [4; 5; 6]. Mikroenkapsülasyon, küçük kapsüllere pek çok faydalı özellikler vermek için oldukça küçük partikül veya damlacıkların kaplama materyalleriyle kaplanması işlemidir. Nispeten basit şekilde, mikrokapsül materyalin etrafında uniform bir duvar ile çevrili bir küreciktir. Bununla birlikte, çoğu mikrokapsül bu basit küreciklere oldukça az benzerdir. Mikroenkapsülasyon tekniği enkapsüle edilen materyalin fiziksel ve kimyasal özelliklerine bağlıdır [4]. Mikrokapsül çoklu duvarlara da sahip olabilir. Mikrokapsül içerisindeki materyal öz (core), iç faz veya dolgu olarak ifade edilir, bununla birlikte duvar bazen kabuk, kaplama veya membran olarak da adlandırılır. Bu öz bir kristal, bir pürüzlü absorban partikül, bir emülsiyon, katıların bir süspansiyonu veya daha küçük kapsüllerin bir süspansiyonu olabilir. Çoğu mikrokapsülün çapı birkaç mikrometre ile birkaç milimetre arasındadır. Yapılan bir çalışmada Lactobacillus paracasei NFBC 338 suşu, gum acaria ile kaplanmış ve mikroorganizmaların toz formlarının kurumaya karsı dirençlerinin 15 ºC'de ve 30 ºC de depolama esnasında 1000 katı arttırılabildiği gösterilmiştir. [4; 7]. Kınık, Kavas ve Yılmaz, [4]; Ünal ve Erginkaya [7] yaptıkları çalışmada Bifidobacterium bifidum u aljinat, pektin ve peynir altı suyu jeli ile kaplamışlardır. Bifidobacterium türlerinin in vitro koşullarda canlılık sürelerinin arttırılmasında olumlu sonuçlar alınmıştır. Aljinat ile mikroenkapsüle edilen Lactobacillus reuteri yi içeren fermente kuru sosisin duyusal ve mikrobiyolojik kalitesini değerlendirmiştir. Kontrol örneği ile mikroenkapsüle edilmiş probiyotik katılmış sosis örnekleri arasında önemli farklılıkların olmadığı bildirilmiştir. Bu çalışma sağlık üzerinde olumlu özellikleri olan probiyotiklerin, fermente et ürünlerinde de kullanılması ile ilgili bir fikir vermiştir [4; 7]. Probiyotiklerin, mikroenkapsülasyonunda gastrointestinal koşullara dayanıklılıkları açısından, kullanılacak olan mikroenkapsüle materyallerinin en uygun kombinasyonunu saptamak amacıyla yapılan çalışmada en uygun kombinasyonun %1 peptit ve %3 fruktooligosakkarit ile karıştırılmış olan %3 lük sodyum aljinat olduğu bulunmuştur [4; 7]. Saint-Paulin peynirinin olgunlaşmasında kullanılan enzimlerin lipozomlar ile tutuklanmasıyla ilgili yapılan çalışmada peynirde olgunlaşmanın kontrollü ve hızlı olarak gerçekleştiği belirlenmiştir. Aljinat, dondurma ve dondurulmuş ürünlerde uygulanmıştır. Aljinat jeli içerisinde laktobasiller tutunabilmekte daha sonra aljinat Ca iyonları ile serbest kalıp, mikrobiyal hücreler serbest kalmakta ve serbest bakteri hücrelerinin yaşamaları ve faaliyet göstermeleri sağlanabilmektedir [4; 7]. Transglutaminaz (TGaz) enziminin kullanım olanakları üzerine yapılan çalışmada, TGaz enzimi kullanılarak ısıl işlem uygulamadan yani probiyotiklere zarar vermeden daha düşük sıcaklıklarda kapsülleme işlemi gerçekleştirilebilmektedir. TGaz enzimi kullanılarak yapılan mikroenkapsülasyon uygulamalarında sodyum kazeinat jellerinin insan bağırsak sisteminde sindirilebilirliği gösterilmiştir [8; 9; 10; 11]. TGaz enziminin kullanımının gıdalardaki avantajları arasında; tekstür iyileştirme, besin değerini arttırma, su tutma kapasitesini iyileştirme, proteinlerin fonksiyonel özelliklerini geliştirme sayılabilir [12; 13; 14; 15; 16; 17]. Depolama ömrünü uzatmak ve kontrollü salınımı sağlamak için balık yağları TGaz enzimi ile enkapsüle edilmiştir. Mikrokapsüller haline getirilerek oksijen, nem ve ışıktan korunan balık yağlarında istenmeyen balık kokusu ve tadı önlenmiş; aynı zamanda uzun zincirli doymamış yağ asitlerinin de oksidasyonu 37
Teknolojik Araştırmalar: GTED 2012 (7)36-50 ortadan kaldırılmıştır. Tgaz ile enkapsüle edilen balık yağlarının Amerika ve Japonya da patenti alınmıştır [18]. Kara havuçta antosiyanin ekstraktının püskürtmeli kurutma yöntemi ile mikroenkapsülasyonu üzerine yapılan bir çalışmada; taze havuç örnekleri rendeleme, antosiyanin ekstraksiyonu, ekstraktın vakum altında kurutulması, saf su içerisinde çözdürülme, %6 kurumaddeye ayarlanma, maltodekstrin eklenme, ve %20 kurumaddeye ayarlanma aşamalarından sonra püskürtmeli kurutma yöntemi ile mikrokapsüle toz ürün elde edilmiştir. Kapsüle toz ürünlerin stabilitesi ve renk (L, a, b) değerleri artmıştır. Kapsüle toz ürün, yoğurda ve reçele katılarak renk oluşumu başarıyla gerçekleştirilmiştir [19]. Peynirde enkapsülasyon işleminin uygulanması ile enzim-kültür teması kesilmiş, tat-aroma muhafazası ile phsıcaklık toleransları sağlayan olumlu etkiler tespit edilmiştir. 1. ENKAPSÜLASYONUN UYGULANMASI Uygun enkapsülasyon metodunun seçimi kesinlikle deneme yanılma yolu ile olmamalıdır. Hangi yararın elde edilmesi istendiği tam olarak ortaya konulmalıdır. Arzu edilen özellikler tüketici talepleri, besleyicilik değeri veya gıda işleme ve depolama stabilitesinde gelişme için yeni fikirlere dayanmalıdır. Diğer düşünülmesi gereken konu ise enkapsülasyon uygulamasının istenilen özelliği sağlayabilecek uygun yöntem olup olmadığının belirlenmesidir. Aktif materyalin uygun bir gıda matriksi yapısıyla taşınabilirliği sonucu fonksiyonerliğinin korunmasında enkapsülasyon uygulaması iyi bir yöntemdir. Arzu edilen özelliklerin kazanılmasında enkapsülasyon uygulaması seçildiğinde öncelikle enkapsülasyon tasarımı tespit edilmelidir Buna göre; Aktif materyalin fizikokimyasal özellikleri Gıda üretimi ve işlenmesi sırasında hangi işlem koşulları kullanılmaktadır Enkapsüle edilecek materyal kullanımdan önce ne kadar saklanacaktır Tüketici kullanımı öncesinde enkapsüle materyal içeren gıda ürünlerinin depolama şartları ne olacaktır Hangi parçacık boyutu ve yoğunluğunda gıda ürünlerinin içerisinde bulunacaklar Maliyet kıstasları nelerdir gibi soruların cevaplandırılması gerekmektedir. Bu analiz yapıldıktan sonra; Kaplama materyali seçimi Kaplama yönteminin seçimi Yasal düzenlemelere uygunluk dikkate alınarak kapsüle ürün elde edilmesi açısından tasarım tamamlanmış olmaktadır [20]. 2. ENKAPSÜLASYON ÇEŞİTLERİ 1. Nanoenkapsülasyon (200 nm=0.2 µm den küçük) 2. Mikroenkapsülasyon (0.2-5,000 µm) 3. Makroenkapsülasyon (5,000 µm den büyük) [21]. 3. ENKAPSÜLASYONUN TARİHİ GELİŞİMİ 1932 yılında İngiliz şirketi A. Boake, Roberts & Co, Ltd püskürterek kurutma tekniği uygulayarak gum arabic tarafından kapsüle edilmiş flavor tozu üretmiştir. Bu üretim sonrası sprey kurutma teknolojisi gıda ve içecek sanayisi için kullanılan en önemli uygulamalardan biri haline gelmiştir. Çoğunlukla bir dehidrasyon prosesi olarak kabul edilse de sprey kurutma ile özün polimerler tarafından koruyucu bir matriks ile kaplanması için kullanılan bir enkapsülasyon tekniğidir [22]. Enkapsülasyon teknolojisinin 38
Gökmen, S., Palamutoğlu, R., Sarıçoban, C. Teknolojik Araştırmalar: GTED 2012 (7) 36-50 tarihi 40-50 yıl öncesine kadar dayanmaktadır. Enkapsülasyon alanında devlet yatırımlarına bakıldığında özellikle nanoenkapsülasyonda nanoteknolojiye olan yatırım gün geçtikçe artmaktadır. 1997 ile 2006 yılları arasında artış oranı neredeyse 8 katına ulaşmıştır. Enkapsülasyon alanında bilimsel araştırmalara bakıldığında İsrail önde gelmektedir. Ülkemizde enkapsülasyon uygulamalarıyla ilgili bilimsel alanda daha fazla çalışma yapılması gerekmektedir. Mikroenkapsülasyon yöntemiyle gıda ingredientlerini üreten firmalar genel olarak ABD ve İngiltere orijinlidir [23]. 4. ENKAPSÜLASYON YÖNTEMLERİ 4.1 Püskürterek kurutma Püskürterek kurutma ile suyun uzaklaştırılması genel bir mühendislik uygulamasıdır. Püskürterek kurutma yöntemiyle su miktarının ve su aktivitesinin azaltılması ile ürünlerin mikrobiyolojik stabilitelerinin sağlanması, kimyasal ve/veya mikrobiyolojik bozulmaların önlenmesi, depolama ve taşıma maliyetlerinin azaltılması ve ürünlerin spesifik özelliklerinin korunması amacıyla gıda endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Süttozu üretimi ile sprey kurutma prosesi geliştirilmiştir. Sütün sprey kurutma yöntemi ile kurutulması bir nevi mikroenkapsülasyon yöntemidir. Süt yağı, kapsülün özünü oluşturmakta laktoz ve süt proteinlerinin karışımı olan dış materyal ise süt yağını oksidasyona karşı korumaktadır. Bu yapıdaki karbonhidratlar camsı yapının oluşumundan, proteinler ise emülsifikasyon ve film oluşturma özelliklerinden sorumludur [24]. Aktif materyalin koruyucu polimer bir matriks içerisinde tutuklanması ve materyalin kaplama ajanı çözeltisi içerisindeki dispersiyonu ve emülsiyonu ile hazırlanır [24; 25]. Materyal ve nüve kurutma odasına püskürtülür ve daha sonra ısınan hava dekanter santrifüj yardımıyla alınarak numune kurutulur. Sıcaklığa karşı hassas olan ürünlerde kaynama noktası düşük olan kimyasalların üstüne püskürtülerek olumsuzluklar önlenir. Bu yöntemin olumsuzlukları arasında yapışma tehlikesi, oksidasyon, renk ve aroma değişimi sayılabilir. Sprey kurutma mikrokapsüllenmiş gıda maddeleri üretmek üzere kullanılan en yaygın ve en ucuz tekniktir [22; 24; 26; 27]. Bu teknikte ekipman temini kolay ve üretim maliyetleri birçok metottan daha düşüktür. Dondurarak kurutma metodu ile mukayese edildiğinde püskürterek kurutma yaklaşık 30-50 kat daha ucuz bir yöntemdir. Etkili olmadığı düşünülmekle birlikte ucuz olması sebebi ile bir çözüm olarak düşünülmektedir. Püskürterek kurutma için kurutma odasında kullanılan enerjinin tamamından faydalanılması mümkün değildir. Püskürterek kurutma tekniğindeki son gelişmeler ile proses şartlarının tamamen kontrol edilebilmesi söz konusu değildir. Özellikle çok karışık birçok faktörün optimize edilebilmesi gerektiğinden mikroenkapsülasyon amaçlı kullanımı zordur. Kurutma adımı zor değildir ve deneme yanılma yöntemi ile optimize edilebilir, ancak kapsülleme materyalinin seçimi ve çeşitli moleküler etkileşimler için (su/dış faz, su/iç faz, iç faz/dış faz) çalışmalar gerçekleştirilmelidir. Son çalışmaların pek çoğu kurutmadan önceki emülsiyon formülasyonları, mikrokapsüllerin boyut dağılımları, morfolojik yapıları ve salınım oranları üzerine odaklanmaktadır [24]. 4.2 Dondurarak Kurutma Dondurarak kurutma aroma maddelerini de içeren bütün ısıya duyarlı materyallerin dehidrasyonunda kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntem sıklıkla suda çözünür esanslar ve doğal aromaların enkapsülasyonunda kullanılmaktadır. Bütün dehidrasyon prosesi düşük basınç ve düşük sıcaklık şartlarında tamamlandığından prosesin uçucu bileşikleri yüksek oranda tutabileceği düşünülmektedir. Aromanın taşıyıcı içerisinde tutulması amacıyla aroma çözeltisi içerisinde değişik oranlarda mısır şurubu 39
Teknolojik Araştırmalar: GTED 2012 (7)36-50 ve şeker karışımları çözdürüldükten sonra dondurularak kurutulması doğal aroma ingredientleri şeklinde turunçgil aroma tozları üretiminde önerilmektedir [22]. 4.3 Hava Süspansiyon Kaplama Yöntemi Genellikle katı materyalleri enkapsüle edebilmek amacıyla kullanılan ve sprey kaplama ve akışkan yataklı kurutma olarak da adlandırılan bir yöntemdir. Gıda endüstrisi için enkapsüle ürünler üretiminde ticari olarak kullanılan ikinci en yaygın üretim yöntemidir. Farklı pek çok iç faz materyaline uygulamadaki esnekliğinden ötürü gıda ingredientleri üretiminde hava süspansiyon kaplama yöntemi başarıyla kullanılmaktadır. İlk kez 1950'li yıllarda Wisconsin Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından ilaç tabletlerinin kaplanması amacıyla geliştirilmiştir [22, 26]. Daha sonra uygun parçacık sıvılaştırma ekipmanlarının ticari olarak temin edilebilmesiyle daha yaygın kullanılmaya başlanmıştır. Enkapsüle edilecek katı partiküller, ısıtılmış veya soğutulmuş hava ile kaplama odasına alt kısımdan verilir ve hareket halindeki hava ile odanın üst kısmına taşınır. Odanın üst kısmına taşınan partiküller düşük hava akımı ve geri dönüş için odanın duvarlarına doğru toplanırlar. Eritilen veya buharlaşmış bir çözücü içerisinde çözündürülmüş kaplama materyali hava odasına bir sis bulutu oluşturacak şekilde atomize edilir ve havada asılı partiküllerin kaplanması sağlanır. Odanın alt kısmından verilen hava akımı yardımı ile yukarı doğru hareket eden partiküllerin oldukça üniform kaplanması sağlanmaktadır. Sıcaklık ve nem miktarı kontrol edilmiş sabit hava akımı ılık ve sert partiküle isabet eden erimiş lipid kaplama materyalinden veya çözünmüş kaplama materyalinden çözücünün buharlaşmasına olanak sağlamaktadır. Odanın üst kısmında bulunan küçük gözenekli filtreler yardımı ile küçük partiküller tekrar hava süspansiyonuna döner ve daha ileri kaplama elde edilir. Hava odasından alınan son ürün ılık bir hale getirilerek ambalajlamadan önce son bir kurutma işleminden geçirilir [22]. 4.4 Döner Süspansiyon Seperasyon Yöntemi Rotasyonel süspansiyon seperasyon olarak da adlandırılan bu yöntem öz parçacıklarının sıvı kaplama materyali ile süspanse edilerek döner disk atomizerden geçirilmesi işlemidir. Soğutma veya kurutma kulesinin üst kısmına yerleştirilen atomizerden büyük öz parçacıklarını saran kaplama materyali ve daha küçük öz içeren saf kaplama materyali oluşumu şeklinde iki farklı tip ve parçacık büyüklüğünde enkapsüle materyal elde edilir. Moleküller yörünge hareketi ile basitçe atomizerden ayrılırlar ve kule içerisinde katılaşırlar. Küçük boyutlu kaplama materyali bir elek veya siklon yardımıyla ayrılarak tekrar kullanılabilmektedir. Döner süspansiyon seperasyon yöntemi üretim oranı yüksek bir yöntemdir ve özün saniyelerle ifade edilebilecek sürede kaplanması sağlanabilmektedir. Yöntem hava süspansiyon yöntemi ile mukayese edildiğinde proses süresini azaltması ve geri dönüşüm sayesinde daha az kaplama materyali kullanımı ile avantajlar sağlamaktadır. Döner seperasyon süspansiyon yöntemi ile 30 µm ila birkaç mm büyüklüğündeki partiküller 30 µm kaplama kalınlığında kapsüle edilebilmektedir. Etkili bir proses olup kapsüle edilmemiş çok az ürün elde edilmektedir. Gıda saflığında çözeltiler, süspansiyonlar veya yağ ve digliseritler gibi eriyebilir materyaller çözücüye ihtiyaç duymadan kaplam materyali olarak kullanılabilirler. Döner süspansiyon seperasyon yöntemi çeşitli gıda uygulamaları için etkili bir yöntemdir. Özellikle püskürterek kurutulmuş aroma maddelerinin uzun süreli depolanmalarında oluşabilecek uçucu bileşik kaybını önlemek amacıyla tercih edilmektedir. Püskürterek kurutulmuş öz materyallerinin 100 µm den daha büyük partiküller kolaylıkla kapsüle edilmektedir. Bununla beraber daha küçük boyutlu materyallerin kaplanmasında kullanılır ise son üründe arzu edilir oranda kaplama materyali sağlanamamaktadır [22]. 40
Gökmen, S., Palamutoğlu, R., Sarıçoban, C. Teknolojik Araştırmalar: GTED 2012 (7) 36-50 4.5 Ekstrüzyon-Emülsiyon Yöntemi Ekstrüzyon tekniği hidrokolloitlerle kapsül yapımında kullanılan en eski ve en yaygın yöntemdir. Bu yöntemde sertleştirici çözelti içerisine hazırlanan koloit çözeltisinin damlalar halinde enjekte edilmesiyle kapsüller elde edilmektedir. Ekstrüzyon tekniğinde destekleyici materyal olarak, alglerden ekstrakte edilen ve D-mannuronik ile L-guluronik asitten ibaret bir heteropolisakkarit olan aljinat kullanılmaktadır. Emülsiyon tekniğinde hazırlanan polimer çözeltisi (sürekli olmayan faz) soya, ayçiçeği, kanola ve mısır yağı gibi sıvı yağlar (sürekli faz) içerisine eklenmektedir. Hazırlanan bu karışım yağda su emülsiyonu haline gelmesi için homojenize edilmektedir. Suda çözünen polimer çözeltisinin yağ fazı içerisinde çözünmeyen küçük jel formuna dönüşmesi gerekir. Bunun için hazırlanan su/yağ emülsiyonu bir süre bekletilmektedir. Emülsiyonun iç faz partikül boyutu ne kadar küçük olursa oluşan mikrokapsüller de o kadar küçük olmaktadır. Oluşan fazın çözünmezliği kullanılan destekleyici materyale bağlı olarak değişmektedir. Elde edilen kapsüller filtrasyonla sıvı çözeltiden ayrılmaktadır. Kapsül boyutu 25 μm ile 2 mm arasında değişmektedir. Emülsiyon tekniğinde destekleyici materyal olarak ĸ-karragenan, keçiboynuzu zamkı, selüloz asetat fitalat, aljinat, chitosan ve jelâtin kullanılmaktadır [28]. 4.6 Santrifüj ile Suyun Uzaklaştırılması Yöntemi: Bu yöntem bir çeşit sıvı ekstrüzyon yöntemi olup, proseste konsantrik memeler içeren döner ekstrüzyon başlığı kullanılmaktadır. Konsantrik besleme tüpünden kaplama ve öz materyalleri cihazın karşılıklı yüzeylerine yerleştirilen memelere pompalanır. Kaplama materyali diğer bir tüpten akarken öz materyali de diğer tüpün merkezinden akmaktadır. Tüm cihaz başlığın dikey ekseninde dönebilmesi için bir mile bağlanır. Başlık döndükçe öz ve kaplama materyalleri meme ağızlarından geçerek özün kaplama materyali içerisine hapsedilmesi sağlanır. Ekstrüzyon başlığı döndükçe santrifüjün neden olduğu merkezkaç kuvveti ile küçük küresel partiküller oluşmaktadır. Yüzey geriliminin etkisiyle sürekli bir kaplama oluşturan kaplama materyali özün kapsüle edilmesini sağlamaktadır. Damlacıklar uçuşurken erimiş haldeki kaplama materyali kaplama çözeltisinden çözücü evaporasyonu ile sertleştirilir. Bu yöntem su içerisindeki veya bulamaç halindeki materyaller için uygundur. Damlacıkların dar bir partikül boyut aralığı vardır. Kapsüller kaplama materyalinde istenmeyen nemi absorbe eden hareketli bir yatak üzerinden toplanır. Püskürtme memesi ucuna yerleştirilen dar bir halka ile kapsüllerin halka yapısı elde etmesi sağlanmaktadır. İyi bir sonuç elde edebilmek için hem öz hem de kaplama materyallerinin bazı özel gereksinimleri karşılamaları gerekmektedir. Sıvı öz materyalleri pompalanabilir olmalı, materyaller oda sıcaklığında sıvı halde olmalı, katılar 80 ºC nin altındaki sıcaklıklarda eriyebilir olmalı ve iyi bir süspansiyon oluşturmalıdırlar. Kaplama materyallerinin viskoziteleri ve lif yapısına sahip olmaları kontrol faktörleri olmak üzere iyi film oluşturma özelliğine ve hızlı sertleşme yeteneğine sahip olmalıdırlar. Aromalar, çeşniler, vitaminler ve diğer gıda ürünleri için çeşitli yenilikçi kaplama formülasyonları geliştirilmektedir. Santrifüj ekstrüzyon yöntemi 400-2000 µm çapında partiküllerin üretimi için etkili ve ucuz bir yöntemdir. 16 meme içeren başlıkların üretim hızı yüksektir (saatte her bir memeden ortalama 22.5 kg). Mumsu kaplama materyalleri içerisinde sulu çözeltilerin kapsüle edilebilmesi mümkünse de bazı proseslerde problemler görülebilmektedir [22; 25]. 4.7 Kokristalizasyon Kokristalizasyon, sakarozun özü çevreleyen matriks olarak kullandığı bir uygulamadır. Sakaroz olmayan materyallerin sakaroz kristalleri arasında veya içerisinde sürüklenmesi esnasında 3 ila 30 µm arasında değişen mikro kristal kümelerinin oluştuğu spontan bir kristalizasyondur. Doymuş sakaroz şurubu miktarı daha önceden ayarlanmış çekirdek malzeme ile karıştırılır. Daha sonra enkapsüle edilmiş materyal kaptan boşaltılarak uygun nem içeriğine kadar kurutulur. Çekirdek malzeme öncelikle kristaller arasında bulunan çatlaklar arasında yer alacaktır [22]. 41
Teknolojik Araştırmalar: GTED 2012 (7)36-50 4.8 Faz Ayrımı Yöntemi Faz ayrımı yöntemi kısmen çözünür iki veya daha fazla optik olarak izotrpoik sıvıdan en azından birinin kolloidal durumda olduğu kolloidal kimyasal bir olgudur. Kaplama materyalinin özü tamamen sarması ve süreklilik göstermesi açısından doğru bir mikrokapsülasyon metodu olduğu kabul edilir. Bu yöntemin temel mekanizması emülsiyonun oluşturulması ve ardından kesikli faz damlacıkları etrafında sürekli faz yağmurunun sağlanmasıdır. Böylece üç fazlı sistem oluşturulmaktadır. Bunlar; kapsüllenmiş materyal, kaplama materyali ve üretici çözücüdür. Faz ayrımı yönteminde başlıca üç aşama vardır; kontrollü şartlar altında karıştırarak çözünmeyen üç fazlı yapının oluşturulması, özün etrafında kaplama materyalinin birikimi ve katı mikrokapsül oluşumu için sıvı kaplamanın büzülmesi ve katılaşması [22; 25; 26]. Faz ayrımı yöntemi basit ve kompleks olarak sınıflandırılabilir. Basit faz ayrımı yöntemi sadece bir çözünen (ör: jelatin) içeren sistemlerle ilgiliyken kompleks faz ayrımı ise birden fazla çözünen içeren (Ör: jelatin ve akasya gam) sistemlerle ilgilidir. Basit faz ayrımı yönteminde kolloidal çözünen ile çözünürlük için yarışan başka bir çözücü olmayan kimyasal ilave edilir. Ardından protein birikimi başlar ve proteince zengin faz ayrımı oluşur. Basit faz ayrımı ile enkapsülasyon uygulamasına tipik bir örnek jelâtin içerisinde turunçgil yağının enkapsülasyonudur. Öncelikle jelâtin suda disperse edilir. Sonra öz (hidrofobik turunçgil yağı) eklenerek karıştırılır. Jelâtinin sudaki çözünürlüğü sıcaklık azaltılarak veya sodyum sülfat ilave edilerek azaltılır. Sonuçta amorf bir bulut gibi görünen kolloid bakımından zengin ve kolloid bakımından fakir sulu iki fazlı sistem oluşturulur. Süspanse turunçgil yağ damlacıkları etrafında polimer kolloidler birikerek küçük ve henüz stabil olmayan mikrokapsüller elde edilir. Bu aşamada kapsül duvarı hala sulu olup katı mikrokapsüller elde etmek için sertleştirilmelidir. Daha katı kapsüller oluşturabilmek için glutaraldehit kullanılabilir. Aşırı kullanımı toksik özellikleri nedeniyle sakıncalıdır. Bir başka tamamlayıcı uygulama ise sıcaklık veya ph değerinin ayarlanmasıdır. İşlemin son aşaması toplama yıkama ve artık stabil turunçgil yağı enkapsüllerinin kurutulmasıdır. Faz ayırma yöntemi pahalı ama etkili bir enkapsülasyon tekniğidir. Kaplama miktarı ayarlanabilir ve son ürünün tatlandırma gücü kontrol edilebilir. Enkapsüle aromanın ayrılması, son kullanıma ve yapısına bağlı olarak kapsül duvarının fiziksel parçalanması, ısı veya suyla çözülme veya kimyasal reaksiyonlarla gerçekleşebilmektedir. Yüksek maliyeti ve gıdaya uygun kaplama materyali teminindeki sorunlar nedeniyle gıda endüstrisinde kullanımını sınırlandırmaktadır [22]. 4.9 Moleküler Kompleks Oluşturma Yöntemi Adından da anlaşılacağı üzere moleküler düzeyde enkapsülasyon uygulamasının tek örneği siklodekstrinlerle moleküler kompleks oluşturma yöntemidir. Siklodekstrinler nişasta moleküllerinin enzimatik olarak modifiye edilmesi ile elde edilir. Yapıları içi boş kesilmiş bir koniye benzer. Molekülün iç yüzeyi hidrojen atomları ve glikozidik oksijen köprülerinden oluşmuştur ve bu yapı hidrofobik karakter kazandırarak çeşitli organik materyallerle interaksiyona girebilmesini sağlamaktadır. Siklodekstrinlerin bu oyuk şeklindeki iç yüzeylerine uygun boyutlardaki materyaller yerleşerek ajan-siklodekstrin komplekslerini oluşturmaktadırlar. İnteraksiyon siklodekstrinlerin oyuk şeklindeki iç yüzeyleri ile bağlanan bileşiğin hidrofobik grup veya grupları arasında gerçekleşmektedir. Glikoz monomerlerinin koninin alt ve kesik üst yüzeylerinde bulunan hidroksil grupları suyla etkileşerek siklodekstrinlere çözünürlük özelliği kazandırmaktadırlar. Kompleks oluşumuna katılan bağların kuvveti, van der Waals kuvveti, hidrofobik ve dipol-dipol etkileşimi içermektedir. Sulu çözeltilerinde siklodekstrinin konik iç yüzeyinde bulunan su molekülleri daha az polar olan konik moleküller ile kolayca yer değiştirirler. Normalde bir molekül siklodekstrin bir molekül bileşikle bağlanabilir ve bu da bileşiğin ortalama molekül ağırlığı ile yakından ilgilidir. Siklodekstrin kompleksleri oldukça stabil bileşikler olup sulu çözeltilerde çözünürlükleri hızla azalır, böylece kolayca çökerek ayrılırlar. Alifatik bileşenler, heterosiklik bileşenler, konjuge bileşenler ve fenil türevleri gibi çok geniş organik bileşenler siklodekstrinlerle kompleks oluşturma yeteneğine sahiptirler. 42
Gökmen, S., Palamutoğlu, R., Sarıçoban, C. Teknolojik Araştırmalar: GTED 2012 (7) 36-50 Siklodekstrinlerle aroma maddelerinin kompleks oluşturması işleminde öncelikle 2:1 oranında etanol:su karışımı hazırlanarak 50-55 ºC ye ısıtılır. Ardından karışıma ağırlıkça % 10 dan fazla çözünebileceği miktarda β-siklodekstrin ilave edilir. Aroma maddesi ilavesiyle siklodekstrin materyali enkapsüle ederek kompleks oluşturur ve hemen çökmeye başlar. Sürekli çalkalama işlemi gerçekleştirilerek karışımın sıcaklığının önce oda sıcaklığına düşmesi sağlanır ve en son buzdolabında 4 ºC ye soğutulur. Etkili bir kompleks oluşumu ve çöktürme işlemi için sıcaklığın düşük olması gerekmektedir. Soğuk çöktürülmüş kompleks çözücüden filtrasyonla ayrılır, önce hava ile kurutulur, ardından 50 ºC de 16 saat süreyle kurutmaya devam edilir. Serbest akışkan aroma-siklodekstrin kompleksi olan son ürün % 6-15 (w/w) aroma maddesi içermektedir [22]. 4.10 Lipozomlar Lipozomlar ilk kez 1965 yılında Cambridge Üniversitesinde bir grup araştırmacı tarafından tanımlanmıştır. Lipozomlar sıvı alanları kapsüle eden çift katlı lipid katmanları tarafından oluşturulan ve membran sistemleri içeren koloidal parçacık yapılarıdır. Lipid ve sulu fazlara sahip olması nedeniyle lipozomlar, suda çözünür, yağda çözünür ve amfifilik materyallerin kapsüllenmesi ile salınımında kullanılabilmektedir. Lipozomlar ve nanolipozomların oluşum mekanizmasında fosfolipidler ve su molekülleri arasındaki hidrofilik-hidrofobik interaksiyonlar yer almaktadır. Kullanımlarındaki başlıca avantajları enkapsüle edilmiş materyalin uygun yer ve zamana kadar saklanabilmeleri ve salınım oranının kontrol edilebilir olmasıdır. Lipozomlar içerisinde enkapsüle edilen biyoaktif ajanlar midede sindirimden korunabilmektedirler ve bağırsaklarda biyoaktivite ve biyoyararlılık sağlayabilecek şekilde gastrointestinal sistemde önemli oranda absorbe edilebilmektedirler [29]. Lipozom, fosfolipidlerin suda dağıldığında oluşan küreciklerdir. Enkapsülasyonda kullanılan lipozomlar tadın stabilize edilmesinde ve depolama stabilitesinin arttırılmasında etkilidir. Lizozomlar sağlık yararı olan komponentleri sistem içine almak ve gıda bileşenlerini kapsüle etmek suretiyle gıdaların biyolojik yararlılıklarını ve dolayısıyla besinsel özelliklerini artırmaktadır [4; 7; 30]. Tablo 1. Enkapsülasyon yöntemlerinin avantajları ve dezavantajları [23] Özellik Sprey Kurutma Ekstrüzyon Emülsiyon Büyütülmesi Kolay Daha zor Kolay Kapsülasyon İşlemi Basit Basit Daha zor Kaplama Materyalinin Çok Az Çok Farklılığı Şekil ve Genişlik Üniform / küçük Üniform / büyük Üniform değil / küçük Mikroorganizmaların Canlı Kalması Taşıyıcı ve sıcaklığa bağlı Yüksek Yüksek 4.11 Mikroenkapsülasyonda Mikroemülsiyonlar Birçok gıda ve içeceklerde yaygın kullanım alanı bulmasına rağmen mikroemülsiyonlar ve nanoemülsiyonların kullanımı günümüzde bir takım teknik ve pratik nedenlerden dolayı sınırlıdır. Öncelikle bu sistemlerin hazırlanabilmesi ve stabilize edilebilmesi için kullanılabilen sınırlı sayıda gıda derecesinde sürfaktanlar bulunmaktadır. Sentetik sürfaktanların pek çoğu tüm ülkelerde kullanımına izin verilmemesinden veya kanunlar, ekonomik ve duyusal özellikler nedeniyle düşük seviyelerde kullanımına izin verilmektedir. İkinci olarak kolloidal taşıyıcı sistemlerin spesifik türlerinin formülasyonu ve stabilitesi üzerine örnek kompozisyonu ve çevre şartlarının etkisi hakkında henüz yeterli bilgiye sahip olunamamasıdır. Üçüncü olarak çok yaygın kullanılan balık yağı, mısır yağı ve soya yağı gibi yemeklik yağlardan mikroemülsiyonlar veya nanoemülsiyonlar hazırlamak oldukça güçtür. Mikroemülsiyonlarda büyük lipofilik molekülleri partikül yapısına dahil etmek zordur. Nanoemülsiyonlarda ise yağ fazı 43
Teknolojik Araştırmalar: GTED 2012 (7)36-50 viskozitesinin ve yüzey tansiyonunun nispeten yüksek olmasından dolayı yüksek basınç homojenizasyon uygulaması sırasında küçük damlacıkların elde edilmesi güçtür [31]. Mikroemülsiyonlar, su, yağ ve yüzey aktif maddelerin optik olarak izotropik ve termodinamik olarak stabilite avantajları olan bir karışımdır. Mikroemülsiyon hazırlanırken yüzey aktif maddelerin karıştırılması veya ilave edilmesi yağ ve su arasındaki gerilimi azalttığı da bilinmektedir. Mikroemülsiyon hazırlamada yüzey aktif madde seçimi kritik öneme sahiptir. Stabil bir mikroemülsiyon hazırlamada yüzey aktif maddenin hidrofilik-lipofilik dengesinin ayarlanması kısa zincirli alkol veya iyonik olmayan yüzey aktif madde kullanımı ile sağlanabilmektedir. İki uzun hidrokarbon zinciri bulunan lesitin hücre membranlarının çift katlı lipid katmanlarının önemli bir bileşeni olup amfifilik özellikte doğal bir maddedir. Biyolojik olarak parçalanabilir olmasından ötürü ve birçok açıdan ideal biyolojik yüzey aktif madde olarak kabul edilir. Katkıların dikkatli seçimi uygun hidrofilik-lipofilik dengesinin sağlanmasına katkıda bulunur [32]. Su veya yağ fazında çözünürlüğü düşük olan komponentlerin çözünürlüğünün artırılmasında mikroemülsiyonlardan yararlanılmaktadır. Fitosterol, likopen ve limonen gibi fonksiyonel ingrediyentlerin enkapsülasyonu gerçekleştirilmektedir. Eczacılıkta antioksidanların enkapsülasyonunda yararlanılır. 4.12 Nanoenkapsülasyonda Nanoemülsiyonlar Nanoemülsiyonlar birbiri içerisinde çözünmeyen sıvıların fiziksel güçle oluşturulan çok fazlı nano ölçekli damlacıklardır. 50-200 nm boyutunda damlacıklar içeren emülsiyonlar ve apolar yapıları enkapsüle etme özelliğindedirler. Nanoemülsiyonları mikroemülsiyonlardan ayırt etmede çok ilginç bazı fiziksel özellikler bulunmaktadır. Örneğin görünür ışıkta mikroemülsiyonlar opak renkte görünürken partikül boyutu daha küçük olan nanoemülsiyonlar şeffaf olarak görünmektedir. Bu özellik nanoemülsiyonların içeceklerde besin öğesi taşıyıcısı olarak kullanılmalarında çok önemlidir. Nanoemülsiyonların reolojik özellikleri de mikroemülsiyonlardan farklıdır. Nanoemülsiyon üretmek üzere kullanılan yöntemler mekanik olanlar ve olmayanlar olarak ikiye ayrılmaktadır. Mekanik (yüksek enerjili) olanlar; yüksek basınç homojenizasyon, mikro akışkanlık ve ultrasonik yöntemlerdir. Mekanik olmayan yönteme örnek olarak çözücü-difüzyon tekniği verilebilir. Yine bazı araştırıcılar emülsifikasyon-buharlaştırma tekniğini de α-tokoferolün nanoemülsiyonu oluşturması amacıyla kullanmışlardır. Nanoemülsiyonlar balık yağı ve lipofilik vitaminler gibi suda çözünmeyen gıda bileşenlerinin gastrointestinal sistemde emilerek biyoaktivitelerini gösterebilmeleri açısından iyi bir taşıyıcı ortamdır [33]. Emülsiyon yapıcılar Sodyum Dodesil Sülfat (SDS) ve kısa zincirli alkol (pentanol)lerdir. Nanoemülsiyonlar çok düşük konsantrasyonlarda daha viskoz özellikte olduklarından daha az yağlı gıdaların üretilmesini mümkün kılmaktadır. 5. KAPLAMA MATERYALLERİ Kaplama materyallerin seçimi kapsülün boyutu ve şekli, stabilite ve geçirgenlik özelliklerine göre değişiklik göstermektedir. Kaplamanın bileşimi partiküler ingredientlerin performansını artırmak için kullanılan yöntemin ve mikrokapsüllerin fonksiyonel özelliklerinin ana belirleyicisidir [22]. Tekli, çok duvarlı, düzensiz, çok çekirdekli ve matriks olmak üzere farklı şekillerde mikrokapsüller bulunmaktadır. Mikroenkapsülasyon işlemindeki ilk basamak, uygun kaplama materyalinin (kapsül) seçilmesidir. Kaplama materyalleri olarak, film oluşturabilen, şekerler, gamlar, proteinler, doğal ve modifiye polisakkaritler, yağlar veya sentetik polimerlerdir, jelâtin, pektin, nişasta, kappa-karragenan, agar, 44
Gökmen, S., Palamutoğlu, R., Sarıçoban, C. Teknolojik Araştırmalar: GTED 2012 (7) 36-50 peyniraltı suyu gibi maddeler kullanılabilir [22;34;35;36;37]. Gıda endüstrisinde maliyetinin düşük olması nedeniyle karbonhidratlar özellikle de maltodekstrinler yaygın olarak kullanılmaktadır. Etkili bir kaplama materyali yüksek konsantrasyonlarda iyi reolojik özelliklere sahip olmalıdır ve enkapsülasyon sırasında manipülasyonu kolaylaştırmalıdır. Akışkanlık çözücü uzaklaştırma özelliği Emülsiyon oluşturma ve stabilize etme özelliği Aktif ingredient ile stabil emülsiyon veya dispersiyon oluşturmalı ve proses veya depolama sürecinde aktif bileşenle reaksiyona girmemeli ve onu parçalamamalıdır. İnert olmalı aktif materyali koruma özelliğine sahip olmalıdır. Aktif materyali tutabilmelidir Ekonomik olmalıdır. İstenilen veya spesifik kapsül çözünebilme özelliklerine ve aktif materyalin salınımına izin verme özelliğine sahip olması gerekir [22;38]. 6. ENKAPSÜLE MATERYALLERİN KARAKTERİZASYONU Nanomalzemeler boyut, kütle, yük, şekil, yapı ve kompozisyon gibi parametrelerle mikroskobik, spektroskopik ve spektrofotometrik birçok yöntemle karakterize edilebilirler. Transmisyon elektron mikroskobu (TEM) başta olmak üzere, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) nano yapıları görüntüleme, bunların boyutları ve morfolojik özellikleri ile ilgili kalitatif bilgi edinmek için sıklıkla kullanılırlar. Kütle spektrometrisi (MS) ile nano yapıların kütlesel ve kompozisyonları anlamında tanımlamaları yapılabilmektedir. Kütle spektrometrisi, MALDI-MS (Matrix- Assisted Laser Desorption Ionization), ESI-MS (Electrospray Ionization), DESI-MS (Desorption Electrospray Ionization) ve IM-MS (Ion Mobility) gibi farklı analiz karakterlerinin yanısıra LC-MS (Liquid Chromatography) gibi kromatografik ve spektroskopik kombinasyonlarla da özellikle proteinpeptit, yağ ve karbonhidrat tabanlı nanoyapıların kütlesel karakterizasyonunda önemli bir yere sahiptir. Dinamik ışık saçınımı (DLS) yöntemi de nano parçacıkların çapları, boyut dağılımlarını belirlemede kullanılan standartlaşmış bir yöntemdir. Bununla birlikte özellikle 100 nm nin altındaki parçacıkların boyut, şekil ve yapısal özellikleri SAXS (Small-Angle X-Ray Scattering) analizi ile belirlenebilmektedir. XRD (X-ray Diffraction) analizi de nano parçacıkların atomik yapılarının karakterizasyonunda kullanılabilen bir tekniktir [29]. Fiziksel, kimyasal ve duyusal özelliklere göre yapılabilmektedir. Enkapsülasyon molekül büyüklüğü vb. işlemler için bazı yöntemlerle belirlenebilmektedir. Bunların bazıları EM, SEM gibi yöntemler olup mikroenkapsüllerin karakterizasyonunda kullanılmaktadır [19]. 7. ET İŞLEME TEKNOLOJİSİNDE ENKAPSÜLASYON UYGULAMALARI Et işlemede (örneğin kürlenmiş et ürünlerinde) enkapsüle edilmiş asitliği düzenleyiciler hamur işlemede düzenleyici olarak kullanılabilir. Örneğin kürlenmiş et ürünleri üretiminde enkapsüle edilmemiş laktik ve sitrik asit doğrudan kullanılamaz, çünkü asitler et ile hemen reaksiyona girerek daha ileri işlemleri olumsuz etkilemektedir. Bununla beraber geciktirilmiş salınım için formüle edilen enkapsüle asitler tütsüleme sıcaklıklarında fermantasyon ihtiyacını ortadan kaldırarak aynı ph değerlerini elde etmek amacıyla kullanılabilmektedir. Böylece üretim süresi kısalmaktadır [22]. Barbut [39] çalışmasında et hamurlarının jelleşme kalıpları üzerine laktik asit bakterisi fermantasyonu, sıvı laktik asit, enkapsüle laktik asit, sitrik asit ve glukonik asit kullanımının etkilerini araştırmıştır. Buna göre aside maruz bırakılan et proteinlerinin jelleşme kalıpları zamana ve işlem basamağına bağlı olarak değiştiği tespit edilmiştir. Doğrudan laktik asit ilavesi proteinlerin hızla denature olmasına, topaklanmaya 45
Teknolojik Araştırmalar: GTED 2012 (7)36-50 ve nem kaybına sebep olmuştur. Bu sorunlar ise enkapsüle laktik asit kullanımı ile ortadan kaldırılabilmektedir. Sodyum klorür, kısmi hidrojene bitkisel yağlar gibi çeşitli kaplama materyalleri ile enkapsüle edilebilirler ve formulasyonlarda renk bozulmaları, ransidite, su tutma ve maya gelişimi gibi faktörlerin kontrolü amacıyla kullanılabilirler. Enkapsüle formu, akıcılığı artırdığı gibi topaklanma ve kabuk oluşumunu azaltmaktadır. Enkapsüle edilmiş sodyum klorürün kullanıldığı ürünler arasında mayalı hamurlar ve kıyılmış et ürünleri bulunmaktadır [22]. Shahidi ve Pegg [40] karbonhidrat bazlı kaplama materyalleri karışı ile enkapsüle edilmiş renklendiricinin kullanıldığı et ürünlerinde de olduğu üzere Suriminin renk stabilizasyonunu geliştirmek üzere iyon tutucu olarak kullanıldığı bir proses tanımlamışlardır. Enkapsüle edilmiş pigmentlerin kür edilmiş frankfurter tipi sosislerde kür rengini aktararak 18 ay boyunca etkili olduğu belirtilmiştir. Popplewell and Porzio [41] çeşitli renklendiricileri kısmi hidrojenize bitkisel yağlar ile enkapsüle ederek çeşitli atıştırmalıklar, tavuk butları, balıklar ve benzeri ürünlerde yenilebilir kaplama materyalleri olarak kullanmışlardır. Et ve süt fermantasyonu ve enzim proseslerinde tutuklanmış hücre/enzim teknolojisi kullanılmaktadır. Fermente gıdalardaki probiyotikler ve koruyucu kültürlerin stabilitelerini geliştirmek için immobilizasyon oldukça etkilidir. İmmoblize hücre teknolojisi fermantasyon ve kuruma sırasında hücrelerin korunması, bakteriyofaj ataklarına karşı korunma, istenmeyen flora gelişiminin önlenmesi, ısıtma ve dondurma sırasında hücrelerin canlılıklarının sağlanması, depolama sürecinde hücrelerin stabilitelerinin geliştirilmesi ve flavor gelişiminin sağlanmasında etkilidir. Fermente et ve süt ürünlerinde başlıca mikroorganizmalar laktik asit bakterileridir. Temel olarak hücreler jel partiküller içerisine mikro olarak yerleştirilirler. Ekstrüzyon ve emülsiyon teknikleri laktik kültürlerin jel içerisinde immobilize edilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır [42]. Yapılan bir çalışmada aljinat ile mikroenkapsüle edilen Lactobacillus reuteri yi içeren fermente kuru sosisin duyusal ve mikrobiyolojik kalitesi değerlendirilmiştir. Ayrıca duyusal özellikler bakımından kontrol örneği ile mikroenkapsüle probiyotik katılmış sosis arasında önemli farklılıkların olmadığı bildirilmiştir. Bu çalışma sağlık üzerinde olumlu özellikleri olan probiyotiklerin, fermente et ürünlerinde de kullanılması ile ilgili bir fikir vermiştir [43]. Özellikle balık tüketiminin az olduğu bölgelerde balık yağı gıdalara katılarak n-3 yağ asidi alımı artırılmaya çalışılmaktadır. Bu konuda balık yağı kapsülleri veya doğrudan balık yağı alınmasının yanı sıra son yıllarda mikroenkapsülasyon yapılmış balık yağlarının tüketimi de popüler hale gelmektedir [44]. Baik ve ark. [45] mikroenkapsülasyon yapılmış balık yağlarının oksidasyona karşı olan dayanımı üzerine antioksidanların ve nemin etkisini araştırmış, herhangi bir antioksidan katılmadan enkapsülasyon yapılmış yağın oksidasyona karşı açıktaki yağdan 10 kat daha dayanıklı olduğunu tespit etmişlerdir. Çalışma sonucunda mikroenkapsülasyon yapılmış balık yağlarının nemsiz ya da antioksidan ilaveli olarak düşük nem içeren ortamda saklanmasının uygun olduğu sonucuna varılmıştır. Balık yağının, kaplama materyali olarak kullanılan laktoz ve pullulan ile mikroenkapsülasyonu üzerine yapılan bir çalışmada laktozun pullulana göre daha yüksek mikroenkapsülasyon verimi (MV) sağladığı tespit edilmiştir. Her iki kaplama materyali de, depolama sırasında, nişastanın kullanıldığı kontrol örneğine göre oksidasyona karsı daha iyi bir koruma sağlamıştır. Ancak, pullulanın sağladığı korumanın laktozlu örneğe göre daha yüksek olduğu görülmüştür. Bu durumun, pullulanın pelet yapısından ve laktozun yarattığı mikrokapsüllerin depolama sırasında kırılmış olma olasılığından kaynaklanabileceği sonucuna varılmıştır [18]. 46
Gökmen, S., Palamutoğlu, R., Sarıçoban, C. Teknolojik Araştırmalar: GTED 2012 (7) 36-50 Balık yağı mikrokapsülasyonunun üzerine sprey kurutma, sprey granülasyon ve dondurarak kurutma tekniklerinin balık yağının stabilizasyonu üzerine matriks kombinasyonu, kurutma sıcaklığının, kapsül morfolojisinin, işleme süresinin kritik faktörler olduğu gösterilmiştir. Kararsız emülsiyonların kurutulmasında ısıya maruz bırakılmasının kısıtlayıcı faktör olduğu belirlenmiştir [46]. Lee ve ark. [47] et gevrekleştirici olarak gıdanın işlenmesi sırasında enzim stabilizasyonunu geliştirmek ve daha sonra enzimin elde edilebilirliğini arttırmak üzere bromelin yüklenmiş lipozomlar hazırlamışlardır. 8. SONUÇ Enkapsülasyon ile üretilen ürünler piyasaya sunulmakla birlikte çalışmaların çoğu laboratuvar aşamasındadır. Önümüzdeki yıllar içerisinde laboratuvar ölçeğinde yapılan çalışmaların ticari ürüne dönüşebileceği tahmin edilebilmektedir. Mikrokapsüller sayesinde ileriye yönelik beklentilerde yemeğin tadını istediğimiz zaman algılayabileceğimizi sağlayacak, nanokapsüller kullanarak besinin içerisindeki fonksiyonel gıdaların biyoyararlılığı arttırılmasını sağlayacak, kapsüller sayesinde omega-3 ilaveli meyve suları üretilme imkânı sağlanabilecektir. Sonuç olarak enkapsülasyon yönteminin gıda teknolojisinde giderek daha önemli bir konu haline geldiği söylenebilir. Bu manada gıda endüstrisinde bu amaca yönelik çalışmalar ve projeler yapılıp uygulama alanları oluşturularak laboratuvar çalışması halindeki birçok çalışmanın pratikte uygulanabilme imkânı sağlanabilir. 9. KAYNAKLAR 1. Madene, A., Jacquot, M., Scher, J., Desobry, S., 2006. Flavour encapsulation and controlled release- A review. International Journal of Science and Technology, 41: 1-21. 2. Cho, Y.H., Shim, H.K., Park, J., 2003. Encapsulation of fish oil by an enzymatic gelation process using transglutaminase cross-linked proteins. Journal Of Food Science: Food Engineering and Physical Properties, 68(9), 2717-2723. 3. Gouin, S., 2004. Microencapsulation: industrial appraisal of existing technologies and trends. Trends in Food Science and Technology, 15: 330-347. 4. Kınık, Ö., Kavas, G., Yılmaz, E., 2003. Mikroenkapsülasyon tekniği ve süt teknolojisindeki kullanım olanakları. Gıda, 28(4), 401-407. 5. Çakır, İ., 2007. Fonksiyonel Gıda Bileşenleri ve Probiyotiklerde Mikroenkapsülasyon Uygulamaları. 5. Gıda Mühendisliği Kongresi, 08-10 Kasım, Ankara, Türkiye. 6. Poncelet, D., 2006. Microencapsulation: Fundamentals, Methods and Applications. In: Surface Chemistry in Biomedical and Environmental Science, Eds: Blitz, J.P., Gun ko, V.M., Springer, Dordrecht, Netherlands, pp. 23-34. 7. Ünal, E., Erginkaya, Z., 2010. Probiyotik Mikroorganizmaların Mikroenkapsülasyonu. Gıda, 35(4). 297-304. 8. Motoki, M., Seguro, K., 1998. Transglutaminase and Its Use for Food Processing. Trends in Food Science and Technology, 9: 204-210. 9. Lorenzen, P.C., Schlimme, E., Roos, N., 1998. Crosslinking of Sodium Caseinate by a Microbial Transglutaminase. Federal Dairy Research Centre, Nahrung, 42,151-154. 47
Teknolojik Araştırmalar: GTED 2012 (7)36-50 10. Serdaroğlu, M., Turp, G.Y., 2003. Gıda işletmelerinde transglutaminaz kullanımı. Gıda, 28(2), 209-215. 11. Lorenzen, P.C., Neve, H., Mautner, A., Schlimme, E., 2002. Effect of enzymatic cross-linking of milk proteins on functional properties of set-style yoghurt. International of Dairy Technology, 55(3), 152-157. 12. Aktas, N., Kılıç, B., 2005. Effect of Microbial Transglutaminase on Thermal and Electrophoretic Properties of Ground Beef. Food Science and Technology, 38: 815-819. 13. Heidebach, T., Först, P., Kulozik, U., 2009. Transglutaminase-induced caseinate gelation for the microencapsulation of probiotic cells. International Dairy Journal, 19: 77 84. 14. Dickinson, E., Yamamoto, Y., 1996. Rheology of milk protein gels and proteinstabilized emulsion gels cross-linked with transglutaminase. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 44: 1371 1377. 15. Soper, J.C., Thomas, M.T., 2000. Enzymatically protein encapsulating oil particles by complex coacervation. U.S. Patent 6,039,901. 16. Tachiba, H., Mihara, S., Nakanishi, Masayuki, J.P., 2003. Patent 2003-047432. 17. Dong, Z.J., Xia, S.Q., Hua, S., Hayat, K., Zhang, X.M., Xu, S.Y., 2008. Optimization of cross-linking parameters during production of transglutaminase-hardened spherical multinuclear microcapsules by complex coacervation. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 63: 41 47. 18. Koç, M., Met, A., Sakin, M., Kaymak, F., 2008. Balık Yağının Dondurarak Kurutma Yöntemiyle Mikroenkapsüle Edilmesi. Türkiye 10. Gıda Kongresi, 21-23 Mayıs, Erzurum, Türkiye, 643-646. 19. Uyan-Ersus. S., 2004. Karahavuç Antosiyanin Ekstraktının Püskürtmeli Kurutucu Kullanılarak Mikroenkapsülasyonu. Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı, Doktora Tezi, İzmir, Türkiye, 167s. 20. Zuidam, N.J., Shimoni, E., 2010. Overview of Microencapsulates for Use in Food Products or Processes and Methods to Make Them. In: Encapsulation Technologies for Active Food Ingredients and Food Processing, Eds.: Zuidam, N.J., Nedovic, V.A., Springer, London, pp. 7-29. 21. King, A.H., 1995. Encapsulation of Food Ingredients; A Review of Available Technology, Focusing on Hydrocolloids. In: Encapsulation and Controlled Release of Food Ingredients, Eds; Risch, S.J., Reineccius, G.A., American Chemical Society. 22. Barbosa-Canovas, G.V., Ortega-Rivas, E., Juliano, P., Yan, H., 2005. Food Powders; Physical Properties, Processing and Functionality, Kluwer Academic, New York, pp.199-219. 23. Chen, M.J., Chen, K.N., 2007. Applications of probiotic encapsulation in Dairy Products. In: Encapsulation and Controlled Release Technologies in Food Systems, Ed: Lakkis, M., Blacwell Publishing, U.S.A., pp. 83-112 24. Gharsallaoui, A., Roudaut, G., Chambin, O., Voilley, A., Saurel, R., 2007. Applications of spraydrying in microencapsulation of food ingredients. Food Research International, 40: 1107 1121. 25. Bansode, S.S., Banarjee, S.K., Gaikwad, D.D., Jadhav, S.L., Thorat, R.M., 2010. Microencapsulation: A Review. International Journal of Pharmaceutical Sciences Review and Research, 1(2), 38-43. 48
Gökmen, S., Palamutoğlu, R., Sarıçoban, C. Teknolojik Araştırmalar: GTED 2012 (7) 36-50 26. Jyothi, N.V.N., Prasanna, M., Prabha, S., Seetha-Ramaiah, P., Srawan, G., Sakarkar, S.N., 2009. Microencapsulation Techniques, Factors Influencing Encapsulation Efficiency: A Review. The Internet Journal of Nanotechnology, 3(1). 27. Jafari, S.M., Assadpoor, E., He, Y., Bhandari, B., 2008. Encapsulation Efficiency of Food Flavours and Oils during Spray Drying. Drying Technology, 26(7), 816-835. 28. Krasaekoopt, W., Bhandarı, B., Deeth, H., 2003. Evaluation of Encapsulation Techniques of Probiotics For Yoghurt: A Review. International Dairy Journal, 13(1), 3-23. 29. Fang, Z., Bhandari, B., 2010. Encapsulation of polyphenols- a review. Trends in Food Science and Technology, 21: 510-523. 30. Çakır, İ., 2006. Mikroenkapsülasyon Tekniğinin Probiyotik Gıdalarda Kullanımı. Türkiye 9. Gıda Kongresi, 24-26 Mayıs, Bolu, Türkiye, 693-696. 31. Lin, C.C., Lin, H.Y., Chen, H.C., Yu, M.W., Lee, M.H., 2009. Stability and characterisation of phospholipid-based curcumin-encapsulated microemulsions. Food Chemistry, 116: 923-928. 32. Tarhan, Ö., Gökmen, V., Harsa, Ş., 2010. Nanoteknolojinin Gıda Bilimi ve Teknolojisi Alanındaki Uygulamaları. Gıda, 35(3), 219-225. 33. Rao, J., McClements, D.J., 2011. Food-grade microemulsions, nanoemulsions and emulsions: Fabrication from sucrose monopalmitate. Food Hydrocolloids, 25: 1413-1423. 34. Qi, W.T., Ma, J., Yu, W.T., Xie, Y.B., Wang, W., Ma, X., 2006. Behavior of microbial growth and metabolism in alginate chitosan alginate (ACA) microcapsules. Enzyme Microb Tech, 38: 697 704. 35. Dubey, R., Shami, T.C., Bhasker-Rao, K.U., 2009. Microencapsulation Technology and Applications. Defence Science Journal, 59(1), 82-95. 36. Sultana, K., Godward, G., Reynolds, N., Arumugaswamy, R., Peiris, P., Kailasapathya, K., 2000. Encapsulation of probiotic bacteria with alginate starch and evaluation of survival in simulated gastrointestinal conditions and in yoghurt. International Journal Of Food Microbiology, 62: 47 55. 37. Krasaekoopt, W., Bhandari, B., Deeth, H., 2003. Evaluation of Encapsulation Techniques of Probiotics For Yoghurt: A Review. International Dairy Journal, 13(1), 3-23. 38. Ubbink, J., Krüger, J., 2006. Physical approaches for the delivery of active ingredients in foods. Trends in Food Science and Technology 17: 244 254. 39. Barbut, S., 2005. Effects of chemical acidifcation and microbial fermentation on the rheological properties of meat products. Meat Science, 71:397-401. 40. Shahidi, F., Pegg, R.B., 1995. Stabilized cooked cured-meat pigment. U.S. Patent 5,425,956 41. Poplewell, L.M., Porzio, M.A., 2001. Fat-coated encapsulation compositions and other method for preparing the same. U.S. Patent 6,245,366 42. Nedovic, V., Kalusevic, A., Manojlovic, V., Levic, S., Bugarski, B., 2011. An overview of encapsulation technologies for food applications. Procedia Food Science 1: 1806-1815. 49
Teknolojik Araştırmalar: GTED 2012 (7)36-50 43. Muthukumarasamy, P., Holley, R.A., 2006. Microbiological and sensory quality of dry fermented sausages containing alginate-microencapsulated Lactobacillus reuteri. International Journal of Food Microbiology, 111: 164 169. 44. Mol, S., 2008. Balık yağı tüketimi ve insan sağlığı üzerine etkileri. Journal of FisheriesSciences.com, 2(4), 601-607 45. Baik, M.Y., Suhendro, E.L., Nawar, W.W., McClements, D.J., Decker, E.A., Chinachoti, P. (2004). Effects of Antioxidants and Humidity on the Oxidative Stability of microencapsulated Fish Oil. Journal of the American Oil Chemists Society, 81(4), 355-360. 46. Anwar, S.H., Kunz, B., 2011. The influence of drying methods on the stabilization of fish oil microcapsules: Comparison of spray granulation, spray drying and freze drying. Journal of Food Engineering,105: 367-378 47. Lee, D. H., Jin, B. H., Hwang, Y.I., Lee, S.C., 2000. Encapsulation of bromelain in liposome. Journal of Food Science and Nutrition, 5: 81 85. 50