Probiyotik mikroorganizmaların püskürterek dondurma ve kurutma teknikleriyle mikroenkapsüle edilerek probiyotik kek üretiminde kullanım imkanlarının araştırılması

Abstract

Günümüzde probiyotik gıda geliştirme çalışmalarında probiyotik mikroorganizmalar, çoğunlukla gıdalara pişirme sonrası işlemlerle ilave edilmektedir. Ancak ısıl stabilizasyonu yüksek matriks içerisinde tutuklanan probiyotik mikrokapsüller her türlü prosesle her türlü gıdaya uygulanabilme imkânı sağlamaktadır. Probiyotik mikroorganizmaları içeren fırıncılık ürünlerinin arttırılması ancak yeni ve sıcaklık toleransı yüksek probiyotik mikrokapsüllerin üretimi ile gerçekleştirilebilecektir. Bu nedenlerle probiyotik mikroorganizmaların; ürünlerin işleme proseslerinden, depolama süreçlerinden ve sindirim sisteminin ekstrem şartlarından etkilenme oranını azaltacak püskürterek kurutma ve dondurma gibi farklı mikroenkapsülasyon tekniklerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada püskürterek kurutma ve dondurma yöntemleri ve bunların kombinasyonları kullanılarak probiyotik mikroorganizmaların (Saccharomyces boulardii, Lactobacillus acidophilus LA-5 ve Bifidobacterium bifidum BB-12) tek ve çift katlı olarak mikroenkapsüle edilmesi ve elde edilen bu mikrokapsüllerin sade, çikolata kreması dolgulu, marmelat dolgulu ve çikolata kaplamalı kek üretiminde kullanılması araştırılmıştır. Üretilen mikrokapsüllerde S. boulardii, L. acidophilus ve B. bifidum sayımı ve canlılığı, in vitro mide ve bağırsak direnç testi, ısıl stabilizasyon testi, depolama stabilizasyon testi, nem ve su aktivitesi, verim ve sıkıştırılmış yığın yoğunluğu, partikül boyutu, DSC ve SEM görüntüleme analizleri yapılmıştır. Üretilen kek örnekleri 90 gün boyunca +4°C'de depolanmış ve depolamanın 0., 30., 60. ve 90. günlerinde alınan örneklerde S. boulardii, L. acidophilus ve B. bifidum sayımı ve canlılığı, pH ve titrasyon asitliği, tekstür ve duyusal analizler gerçekleştirilmiştir. Mikrokapsülasyon işlemi sonrasında en yüksek S. boulardii, L. acidophilus ve B. bifidum sayısının püskürterek dondurma sistemi ile üretilen tek katlı mikrokapsüllerde (P) elde edildiği ve bu değerlerin sırasıyla 8.21, 8.10 ve 8.25 log kob/g olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca işlem sonunda probiyotik mikroorganizma canlılıklarının püskürterek dondurma yöntemi ile üretilen mikrokapsüllerde daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Yapılan in vitro mide testi sonuçlarına göre en iyi korumanın püskürterek dondurma sistemi ile üretilen tek katlı mikrokapsüllerde (P) sağlandığı ve 180 dakikalık test süresi sonunda tüm mikrokapsül örneklerinde probiyotik mikroorganizma canlılığının %79'un üzerinde olduğu tespit edilmiştir. In vitro bağırsak testi sonuçlarına göre ise S. boulardii ve L. acidophilus hücrelerinde en yüksek koruma sırasıyla 7.44 ve 7.11 log kob/g değerleri ile püskürterek kurutma sistemi ile üretilen tek katlı mikrokapsüllerde (GS) elde edilmiştir. Buna karşın test sonunda en yüksek B. bifidum sayısı ise 6.78 log kob/g ile püskürterek dondurma sistemi ile üretilen tek katlı mikrokapsüllerde görülürken, püskürterek kurutma sistemi ile üretilen tek katlı mikrokapsüllere kıyaslandığında %89 ile daha yüksek canlılık sağladığı belirlenmiştir. Ayrıca test süresi sonunda tüm mikrokapsül örneklerinde canlılık değeri %74'ün üzerinde tespit edilmiştir. Isıl stabilizasyon testi sonuçlarına göre çift katlı mikrokapsülasyon işleminin S. boulardii ve B. bifidum canlılığı üzerinde etkili olmadığı ancak L. acidophilus hücrelerinin canlılığını daha fazla koruduğu belirlenmiştir. Probiyotik mikroorganizma hücre sayılarının artan inkübasyon sıcaklığı ile azaldığı ve 80°C'de bekletme sonunda S. boulardii, L. acidophilus ve B. bifidum canlılıklarının sırasıyla yaklaşık %28, %47 ve %48 olduğu tespit edilmiştir. Buna karşın mikrokapsüle edilmemiş serbest probiyotik hücrelerin ise artan test sıcaklıklarında canlı kalamadığı belirlenmiştir. Mikrokapsüllerin +4°C'de 45 gün boyunca yapılan depolama testi sonunda en yüksek korumanın püskürterek dondurma sistemi ile üretilen tek katlı mikrokapsüllerde (P) sağlandığı belirlenmiştir. Depolama süresi sonunda bu mikrokapsüllerin S. boulardii, L. acidophilus ve B. bifidum sayısı sırasıyla 7.74, 6.86 ve 5.91 log kob/g olarak belirlenmiştir. Depolama sonunda her üç probiyotik mikroorganizmanın da canlılıklarının %60'ın üzerinde korunduğu tespit edilmiştir. Püskürterek dondurma yöntemi ile üretilen mikrokapsüllerin nem içeriği ve su aktivitesi değeri %4.41 ve 0.83 olarak ve püskürterek kurutma yöntemi ile üretilen mikrokapsüllerin nem içeriği ve su aktivitesi değeri ise %11.00 ve 0.53 olarak belirlenmiştir. Püskürterek kurutma yöntemi ile üretilen mikrokapsüllerin hacim ve yüzey ağırlıklı ortalama partikül boyutu değerleri 24.06 ve 4.88 µm olarak ve püskürterek dondurma yöntemi ile üretilen mikrokapsüllerin hacim ve yüzey ağırlıklı ortalama değerleri ise 612.54 ve 244.55 µm olarak belirlenmiştir. Probiyotik mikroorganizma içeren mikrokapsüller ile yapılan sade kek üretimleri sonucunda; en yüksek S. boulardii ve L. acidophilus sayısının iç katmanı hidrofilik kaplama materyali kullanılarak püskürterek kurutma yöntemi ve dış katmanı ise hidrofobik kaplama materyali kullanılarak püskürterek dondurma yöntemi ile üretilen çift katlı mikrokapsülde (P/GS) elde edildiği belirlenmiştir. Kek örneklerinde pişirme sonunda S. boulardii ve L. acidophilus canlılığının sırasıyla %67.4 ve %70.7 oranında korunduğu belirlenmiştir. Ancak mikrokapsül ilave edilen sade kek örneklerinde, canlı B. bifidum tespit edilememiştir. Çikolata kreması dolgulu, marmelat dolgulu ve çikolata kaplamalı kek örneklerinde depolamanın ilk gününde probiyotik mikroorganizma içeriği istenilen seviyede (>106 kob/g) sağlanabilmiştir. Depolama süresi boyunca kek örneklerinin probiyotik mikroorganizma sayısında azalış meydana gelmiş ancak en düşük azalış, püskürterek dondurma yöntemi ile üretilen tek katlı mikrokapsüllerde (P) ve çikolata kreması dolgulu kek örneklerinde tespit edilmiştir. Tüm bu sunuçlar birlikte değerlendirildiğinde ise; püskürterek kurutma ve dondurma yöntemleri kullanılarak S. boulardii, L. acidophilus ve B. bifidum probiyotik mikroorganizmalarını içeren tek ve çift katlı mikrokapsüllerin üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen mikrokapsüllerden hidrofobik kaplama materyali kullanılarak püskürterek dondurma yöntemi ile üretilen P mikrokapsülünün diğer mikrokapsül örnekleri ile kıyaslandığında yüksek canlılık ve ekstrem şartlara karşı yüksek koruma sağladığı belirlenmiştir. Çift katlı kaplama tekniğinin ise L. acidophilus hücrelerinin in vitro mide sistemi ve ısıl direncini arttırdığı belirlenmiştir. Bu tez çalışması ile çift katlı probiyotik mikrokapsül örneğinin (P/GS), pişirme sırasında merkez sıcaklığı 102°C olan kek örneklerinde S. boulardii ve L. acidophilus sayılarını 103 log kob/g seviyesinde koruduğu belirlenmiştir. Ayrıca püskürterek dondurma yöntemi ile üretilen P mikrokapsülü depolama sırasında çikolata kreması dolgulu ve marmelat dolgulu kek örneklerinde daha yüksek probiyotik mikroorganizma koruması sağladığı belirlenmiştir. Kek tipleri değerlendirildiğinde ise çikolata kreması dolgulu kek örneklerinin daha yüksek probiyotik mikroorganizma canlılığı sağladığı tespit edilmiştir. Sonuç olarak; iç katmanı Arap zamkı/siklodekstrin karışımı ile püskürterek kurutma ve dış katmanı ise hidrojenize palm yağı ile püskürterek dondurma yöntemi ile üretilen çift katlı mikrokapsülün (P/GS) kek miksine ilave edildikten ve kek pişirme işleminden sonra 103 log kob/g canlı probiyotik mikroorganizma sağladığı, S. boulardii ve L. acidophilus mikroorganizmalarının ısıl tabilizasyonu yüksek mikrokapsüller üretmek için uygun probiyotik mikroorganizmalar olduğu ve pişirme sonucu keklere probiyotik özellik kazandırmak için ise hidrojenize palm yağı kullanılarak püskürterek dondurma yöntemi ile üretilen mikrokapsüllerin (P) çikolata dolgulu kek örneklerine uygulanmasının en uygun yöntem olduğu belirlenmiştir