Yakıcılık Hissi Baskılanmış Kapsaisin Mikrokapsüllerinin Üretimi

20 Eylül 2019

 

Doç. Dr. Hilal Şahin Nadeem
Aydın Adnan Menderes Üniversitesi
Mühendislik Fakültesi
Gıda Mühendisliği Bölümü

 

 

Doç. Dr. Mehmet Koç
Aydın Adnan Menderes Üniversitesi
Mühendislik Fakültesi
Gıda Mühendisliği Bölümü

 

 

Kapsaisin (8-metil-N-vanilil-6-nonenamid; C18H27NO3) acı kırmızıbiberin ana etken maddesi olup, yüksek biyoyararlılığa sahiptir. Fiziki olarak kokusuz, keskin tada sahip, beyaz renkte, kristal yapıda olan kapsaisin, dondurma, pişirme, bekletme gibi dış etmenlere karşı oldukça stabildir. Kararlı yapıda ve kuvvetli bir bileşik olduğu literatür çalışmalarında rapor edilmiştir. İnsan dilinde bulunan Transient Reseptör Potansiyel Vanilloid 1 (TRPV1) kanalları sayesinde kapsaisin dilde acı ve yakıcı bir hisse sebep olmaktadır.

Yapılan çalışmalarda kapsaisinin antimikrobiyal, analjezik, antitümör, antioksidan, kan dolaşımını ve metabolizmayı hızlandırıcı etkileri bulunduğu bildirilmektedir. Kapsaisinin kanserli hücrelere etki ettiğini belirten çalışmalar da mevcuttur. Akciğer ve prostat kanseri olan farelerde günlük diyetle uygulanan kapsaisinin, kanserli hücrelerde apoptoza neden olduğu bildirilmektedir. Kapsaisinin insan sağlığı üzerine belirtilen tüm bu faydalarının yanı sıra aşırı tüketime ve tüketici hassasiyetine bağlı olarak bazı zararlı etkilerinin bulunduğunu belirten çalışmalar da mevcuttur. Aşırı acı biber tüketiminin sindirim sisteminde tahrişlere, tüketimin daha da yoğunlaşması halinde bu tahrişlerin gırtlak, yemek borusu ve mide kanserlerine yol açabileceği, kapsaisinin aşırı tüketiminden kaçınılması gerektiği belirtilmektedir.

Mevcut çalışmamızda,kapsaisin,püskürtmeli soğutma yöntemiyle kapsüllenerek,ağızda ve midede yakıcılık hissini minimum düzeyde oluşturan ve tüketim esnasında tahrişlere neden olmayan ancak tüm faydalarından da yararlanılabilecek bir ürün haline dönüştürülmüştür. Püskürtmeli soğutma yöntemi,fosfolipitler, hidrojenize yağlar, mumlar, yağ asitleri, polietilen glikol ve bu materyallerin karışımları gibi hidrofobik materyallerin kaplama materyali olarak kullanıldığı bir enkapsülasyon teknolojisidir. Püskürtmeli soğutma yöntemi uzun yıllardır farmasötik kapsüllerin üretilmesinde, dış etkenlere ve özellikle suya duyarlı olan aktif materyallerin ve uçucu bileşenlerin kapsüllenmesinde alternatif bir mikroenkapsülasyon tekniği olarak kullanılmaktadır.

Çalışmada öncelikle, kapsaisin emülsiyonunun hazırlanması için uygun stabilizatör ve protein tipinin seçimi yapılmıştır. Bu amaçla, peynir altı suyu protein izolatı, jelatin, Na-kazeinat, soya lesitini, polisorbat 20 ve poligliserol polirisinolat kullanılarak 25 adet farklı içerikte emülsiyon hazırlanmıştır. Çekirdek materyal olarak kapsaisin (≤67%) kullanılmıştır. Farklı protein ve stabilizatörler ile oluşturulan emülsiyonlar sabit püskürtmeli soğutma koşullarında toz formuna dönüştürülerek mikroenkapsülasyon etkinlikleri incelenmiştir. Emülisyon stabiltesi ve mikroenkapsülasyon etkinliği sonuçları göz önünde bulundurularak, protein olarak peynir altı suyu protein izolatı, stabilizatör olarak ise soya lesitini en uygun kaplama materyalleri olarak belirlenmiştir.

İkinci aşamada CCRD (Merkezi Tümleşik Dizayn) deneme desenine göre püskürtmeli soğutma yöntemi ile yakıcılık hissi baskılanmış kapsaisin mikrokapsüllerinin üretiminde, homojenizasyon hızı (10000-20000 dev/dak.), ayçiçek yağı/palm yağı oranı (%0.5-1.5), giriş sıcaklığı (10-20°C) ve emülsiyondaki kapsaisin oranının (%0.1- 0.5) etkileri incelenmiştir. Bu şekilde, CCRD deneme deseninde hazırlanan 30 farklı üretim koşulu denenmiştir. Püskürtmeli soğutma yöntemi ile elde edilen toz örneklerde fizikokimyasal analizler ve in vitro gastrointestinal sistemde salınım analizleri yürütülmüştür. Kapsaisin mikrokapsüllerinin ağızda ve midede salınım miktarlarını minimize ve mikroenkapsülasyon etkinliğini maksimize eden optimum üretim koşulları Design Expert paket programı kullanılarak hesaplanmıştır.

Çalışmanın üçüncü aşamasında, optimum koşullarda üretilen kapsaisin mikrokapsülleri alüminyum kaplı polietilen ambalaj materyali içerisinde ambalajlanarak 4°C’de ve 25°C’de 60 gün boyunca depolanmıştır. Depolama süresince her 15 günlük periyotta kapsaisin mikrokapsüllerinin fiziksel ve kimyasal özellikleri incelenmiştir. Son aşamada ise kapsaisin mikrokapsüllerinin model gıdalar içerisindeki davranışlarını gözlemleyebilmek amacıyla, püskürtmeli soğutma optimum işlem koşullarında kapsaisin mikrokapsülü üretimi yapılmış ve üretilen kapsaisin tozları model gıdalar içerisine katkılanmıştır. Bu bağlamda günlük tüketilen gıdalar olarak süt, ayran, şalgam suyu ve salata sosu, ısıl işlem görmüş şekerli gıda olarak sade kek, ısıl işlem görmüş tuzlu gıda olarak ekmek ve yağlı emülsiyonu temsilen mayonez seçilmiştir. Kapsaisin mikrokapsülleriyle katkılanan model gıdalar 7 gün boyunca buzdolabı koşullarında (4°C) depolama işlemine tabi tutulmuş, depolama boyunca duyusal olarak beğeni ve yakıcılık yoğunluğu değerleri belirlenmiştir. Tüm örneklerde statik gastrointestinal model sistemde ağızda, midede ve bağırsakta kapsaisin salınım oranları analiz edilmiştir. Duyusal denemeler sonucunda ayran, şalgam suyu, salata sosu, ekmek ve mayonez örneklerinde püskürtmeli soğutma yöntemi ile üretilmiş kapsaisin mikrokapsüllerinin katkılandığı örnekler en yüksek beğeni puanına sahip olmuştur. Ayrıca tüm model gıdalarda 7 günlük depolama boyunca kapsaisin mikrokapsüllerinin stabilitesini koruduğu, açılma oranının oldukça düşük kaldığı gözlenmiştir.

Püskürtmeli soğutma yöntemi ile mikroenkapsüle edilen kapsaisinin yakıcılık hissi %90-98 aralığında baskılanmıştır. Çalışma sonucunda elde edilen kapsaisin mikrokapsülleri, yakıcılığı nedeniyle acı kırmızıbiber ve ürünlerini tüketemeyen tüketicilerin kapsaisinden yararlanabilmesi için, alternatif ürünlerin üretimine katkı sağlayacaktır. Elde edilen kapsaisin mikrokapsülleri, ağız ve midede minimum düzeyde salınarak irritasyonu önlemektedir. Yakıcılık hissi baskılanmış kapsaisinin özellikle salata sosları, ketçap, mayonez, dondurma, yoğurt ve peynir gibi pek çok gıdada alternatif üretim çeşitleri amacıyla kullanılabilecektir. Ayrıca, obezite prevelansını azalttığı bildirilen kapsaisinin, bu şekilde kullanılarak diyet gıda ürünlerinde kullanım potansiyeli oluşturacağı da öngörülmektedir.

Teşekkür
Projeye destek sağlayan TÜBİTAK’a (TOVAG Proje No: 116O499) teşekkür ederiz.

Kaynaklar
1. Consoli, L., Grimaldi, R., Sartori, T., Menegalli, F.C. And Hubinger, M.D. (2016). LWT-FOOD SCI TECHNOL, 65: 79-87.
2. Han, Y., Gu, Z.W. and Fu, Q. (2015). MATERIALS SCIENCE FORUM, 815: 332-335.
3. Meunier, J.P., Cardot, J.M., Manzanilla, E.G., Wysshaar, M., Alric, M. (2007). JOURNAL of ANIMAL SCIENCE, 85 (10): 2699-2710.
4. Popescu, M., Chiutu, L., Constantin, M. and Dima, S. (2014). FARMACIA, 62 (1): 58-68..
5. Teeranachaideekul, V., Chantaburanan, T. and Junyaprasert, V.B. (2017). JOURNAL of DRUG DELIVERY SCIENCE and TECHNOLOGY, 39:300- 307.
6. Wang, J., Dong, X., Chen, S. and Lou, J. (2013). COLLOID JOURNAL, 75 (1): 26-33.
7. Wang, X., Gao, S., Niu, X., Li, L., Ying, X., Hu, Z. and Gao, J. (2017). INTERNATIONAL JOURNAL of NANOMEDICINE, 12: 3881-3898.
8. Zhu, Y., Zhang, J., Zheng, Q., Wang, M., Deng, W., Li, Q., Firempong, C.K., Wang, S., Tong, S., Xu, X. and Yu, J. (2015). JOURNAL of the SCIENCE of FOOD and AGRICULTURE, 95: 2678-2685.