BİYOPOLİMER EKLENMİŞ KAPSAİSİN YÜKLÜ NANOEMÜLSİYONLARIN TASARLANMASI Pelin Poçan1,Elif Akbaş2, Sermet Can Beylikçi1,Mecit Halil Öztop1 1Gıda Mühendisliği Bölümü, Mühendislik Fakültesi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara, Türkiye 2Gıda Mühendisliği Bölümü, Mühendislik Fakültesi, İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, İzmir, Türkiye ODTÜ Özet Tıp, ilaç ve gıda endüstrisinde kullanımı artan nanoemülsiyonlar, fonksiyonel özellik gösteren bileşenleri enkapsüle ederek bu bileşenlerin etkili ve kontrollü salınımını ve biyoyararlılıklarının artmasını sağlamaktadır. Literatürde acı biberin etken maddesi olan kapsaisinin, antioksidan, antimikrobiyal, antiinflamatuar etkileri olduğu belirtilmiştir. Nanoemülsiyon sisteminin ise kapsaisinin sahip olduğu biyoaktiviteyi arttırdığı çeşitli araştırmalarda kanıtlanmıştır. Gıda endüstrisinde oldukça yaygın olarak kullanılan biyopolimerlerin eklenmesinin ise nanoemülsiyonların stabilitelerini artırdığı yapılan çalışmalarda gözlenmiştir. Bu çalışmada %2’lik kapsaisin oleoresin ve farklı sürfektan tipleri (lesitin ve sükroz monopalmitat) içeren, emülsiyonlar iki farklı pH’da (7,4 ve 3,8) mikroakışkanlaştırıcı kullanılarak hazırlanmıştır. Hazırlanan emülsiyonlara daha sonra stabilitelerini artırmak amacıyla %0,5 jelatin, %1 aljiinat ve %0.5 oranında peynir altı suyu proteini (PASP) eklenmiştir. Karakterizasyon amacıyla, hazırlanan emülsiyonların parçacık boyutu, zeta potansiyeli, enkapsülasyon verimi, renk, bulanıklık değerleri ölçülmüştür. Aynı zamanda düşük rezolüsyonlu NMR relaksometre (0.5 T) kullanılarak emülsiyonların T2 değerleri belirlenmiş ve bu ölçümler emülsiyonların dayanıklılıklarının takibinde kullanılmıştır. En düşük parçacık boyutuna sahip nanoemülsiyonlar (35 nm), sükroz mono palmitat ve PASP ile pH 7,4’de hazırlanan emülsiyonlar olmuştur. Bu emülsiyonların T2 değeri 1,017 ms, zeta potansiyeli ise -13.6 mV olarak bulunmuştur. En berrak emülsiyonlar ise yüksek parçacık boyutuna rağmen jelatin-sükroz mono palmitat içeren pH 7,4’de hazırlanan emülsiyonlar olmuştur. Hazırlanan emülsiyonların enkapsülasyon verimleri arasında büyük değişiklikler görülmeyip verim %70 civarında bulunmuştur (p>0,05). iiisisisi . Giriş Acı biberler, ikincil metabolit olarak ürettikleri kimyasal bir grup olan kapsaisinoid olarak bilinen alkaloid grubu içerirler. Bu grup Capsicum türüne ait bitkilere acı ve keskin tat özelliği kazandırır. Bu tür içinde kapsaisin ve dihidrokapsaisin temel bileşenler olup keskin tadın sorumlusudur. Nanoemülsiyonlar kapsaisin gibi lipofilik maddelerin dayanıklılığını ve biyoyararlılıklarını arttırmak için taşıyıcı sistem olarak kullanılabilir. Farmakokinetik alanda yapılan bir çalışmada kapsaisin yüklü nanoemülsiyon sistemleri kullanılarak fareler üzerinde yapılan deneylerde 10 mg/kg kapsaisin kullanılarak hazırlanan nanoemülsiyonlarda Bulgular Şekil 1: Kapsaisinin kimyasal yapısı kontrollere kıyasla 131.7 kat daha fazla biyoyararlılık, uzun yarılanma ömrü görülmüştür (Choi vd. 2013). Nanoemülsiyon sistemlerinin fonksiyonel bileşenlerin bozunmadan iletiminde etkili olduğunu gösteren çalışmalar da literatürde mevcuttur. Yapılan bir çalışmada kendiliğinden toplaşım ( self - assembly) metodu ile kapsaisinin taşınımı için aljinat ve kitosan ile stabilize edilen nanoemülsiyon sistemi tasarlanmıştır. Çalışmada, 20 nm ve daha az boyutlara ulaşan çift katmanlı ve üç katmanlı nanoemülsiyon sistemleri üretilmiş ve fonksiyonel gıda tasarımında kullanılmak üzere stabilitesi yüksek bir sistem geliştirilmiştir (Choi vd.2011). Gıda endüstrisinde yaygınlıkla kullanılan biyopolimerlerin nanoemülsiyonların da stabilitesini ve dolayısıyla raf ömrünü artırdığı literatürde yapılan çalışmalarda bulunmuştur. Bu çalışmada aljinat, jelatin ve peynir altı suyu gibi biyopolimerlerin kapsaisin yüklü nanoemülsyonlar üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Şekil 2: Sürfektan “Lesitin” ve “SMP” , Biyopolimer “PASP”, “Aljinat” ve “Jelatin” Parçacık boyutu sonuçları Şekil 3: Sürfektan “Lesitin” ve “SMP” , Biyopolimer “PASP”, “Aljinat” ve “Jelatin” T2 sonuçları Biyopolimer olarak peynir altı suyu proteini (PASP) kullanılarak hazurlanan,7.4 pH değerine sahip emülsiyonların parçacık boyutunun nano boyutlarda olduğu tespit edilmiştir. Sürfektan olarak SMP’nin kullanıldığı PASP içeren emülsiyonların, sürfektan olarak lesitin içeren emülsiyonlara göre daha küçük parçacık boyutuna ulaştığı gözlenmiştir (35 nm). Homojenizasyon öncesi ısıtmanın etkisiyle lesitin ve PASP içeren emülsiyonların parçacık boyutunun 97 nm’den 45 nm’ye düşmüştür. Gereç ve Yöntemler Oleoresin kapsikum (%2), sürfektan(%2) ve sulu fazın(%95) karıştırılması Aljinat (%1)(Salvia-Trujillo vd. 2014) , jelatin (%0,5) (Xue ve Zhong, 2014) ve peynir altı suyu proteini(%0,5) (Piorkowski ve McClements, 2013) biyopolimerlerinin eklenmesi Mikroakışkanlaştırıcı (Nano Disperser,Güney Kore) kullanılarak nanoemülsiyon sisteminin hazırlanması Malvern Mastersizer 3000 sistemi ile parçacık boyutu analizi 0.5 T(22.35 MHz) gücündeki benç tipi NMR ile CPMG sekansı kullanılarak T2 değerlerinin ölçülmesi (SpinCore,ABD)) UV-spektrofotometre(Optizen,Kore) (600 nm) kullanılarak bulanıklık değerlerinin ölçülmesi CM-5 spektrofotometre (Konica Minolta,Japonya) kullanılarak L,a,b değerlerinin belirlenmesi Enkapsülasyon veriminin belirlenmesi Maxisizer Nano-ZS kullanılarak zeta potansiyel değerlerinin belirlenmesi Şekil 4: Sürfektan “Lesitin” ve “SMP” , Biyopolimer “PASP”, “Aljinat” ve “Jelatin” bulanıklık sonuçları Şekil 5: Sürfektan “Lesitin” ve “SMP” , Biyopolimer “PASP”, “Aljinat” ve “Jelatin” renk sonuçları Oleoresin kapsikum+sürfektan+su Mikroakışkanlaştırıcı-Nano Disperser - NLM 100 Şekil 6: Sürfektan “Lesitin” ve “SMP” , Biyopolimer “PASP”, “Aljinat” ve “Jelatin” enkapsülasyon verimi sonuçları Şekil 7: Sürfektan “Lesitin” ve “SMP” , Biyopolimer “PASP”, “Aljinat” ve “Jelatin” zeta potansiyel sonuçları Sonuçlar Hazırlanan emülsiyonlarda homojenizasyon öncesi ısıtmanın parçacık boyutunu düşürdüğü gözlenmiştir. En berrak emülsiyonlar büyük parçacık boyutuna rağmen, jelatin–SMP içeren pH 7.4’deki emülsiyonlardır. Enkapsülasyon verimi ve T2 değerleri hazırlanan emülsiyonlar arasında büyük değişiklikler göstermemiştir. En yüksek parlaklık,kırmızılık ve sarılık değerleri jelatin-SMP ile hazırlanan emülsiyonlar olmuştur. Jelatinle hazırlanan emülsiyonların zeta potansiyel değerlerinin 0’a oldukça yakın olduğu görülmüştür.Bu yüzden stabilitelerinin diğerlerine göre daha düşük olduğu söylenebilir.   Teşekkür Yazarlar Hızlı Destek Programı (1002) 214O436 Numaralı projesinde finansal desteği için Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK)’a teşekkür eder. CM-5 spektrofotometre-(Renk analizi) SpinCore-NMR-(T2 ölçümü) UV spektrofotometre-(Bulanıklık) Malvern Mastersizer 3000-Parçacık boyutu Maxisizer Nano-ZS(Zeta Potansiyel ölçümü) Referanslar Choi,A. Y., Kim, C. T.,Park, H.Y., &Gwak,H. S. (2013). Pharmacokinetic characteristics of capsaicin-loaded nanoemulsions fabricated with aliginate and chitosan. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 61(9), 2096-2102.