Vişne Antosiyaninlerinin Tek Eksenli Ve Çift Eksenli Elektroeğirme Yöntemiyle Enkapsülasyonu Ve Biyoyararlılığının İncelenmesi

Abstract

Vişne (Prunus cerasus L.), dünya çapında tüketilen ve içerdiği biyoaktif bileşikler insan vücudunu hastalıklara karşı korur. Vişne polifenoller bakımından iyi bir kaynak olmasına rağmen, polifenollerin zorlu çevresel şartlara karşı korunması ve biyoerişilebilirliğinin iyileştirilmesi çok önemlidir. Literatürde, polifenollere korunması amacıyla çok sayıda enkapsülasyon teknikleri uygulanmıştır ancak elektroeğirme yöntemi ile enkapsülasyon çalışılmamıştır. Buna ek olarak, enkapsülasyonu yapılmış biyoaktif bileşenlerin in vitro sindirim ve biyoerişilebilirliği ile bilgiler oldukça sınırlıdır. Bu çalışmanın amacı, vişnenin antosiyaninleri ve diğer fenolik bileşenlerinin elektroeğirme yöntemiyle jelatin ve jelatin ve laktalbumin karışımı ile enkapsülasyonunu yapmak ve biyoerişilebilirliğini incelemektir. Vişne polifenollerinin elektroeğirme yöntemiyle enkapsülasyonu incelenirken, çözelti özellikleri, nanolif karakterizasyonu, spektrofotometrik ve kromatografik yöntemlerle toplam antioksidan ve kapasite ölçümleri yapıldı ve nanoliflerin biyoerişilebilirliği analiz edildi. Sırasıyla elektriksel iletkenlik, yüzey gerilimi, viskozite ve dielektrik sabiti vişne konsantresi ve jelatin çözeltisi için 2,25±0,01 mS/cm; 31,16±0,03 mN/m; 0,21±0,01 Pa.s ve 39,52±0,33 ve vişne, jelatin ve laktalbümin karışımı çözeltisi için 2,23±0,01 mS/cm; 30,52±0,03 mN/m; 0,24±0,01 Pa.s ve 65,14±1,96 olarak ölçülmüştür. Hem jelatin hem de jelatin ve laktalbumin karışımının vişne polifenollerinin elektroeğirme yöntemiyle enkapsülasyonu için uygun kaplama polimerleri olduğu belirlenmiştir. Enkapsülasyon verimliliği HPLC ile tespit edilmiştir. Sonuçlar; vişne polifenollerinin jelatinle tek eksenli elektoeğirme yöntemiyle elde edilen nanolif, vişne polifenollerinin jelatin ve laktalbüminle tek eksenli elektroeğirme yöntemiyle elde edilen nanolif ve vişne polifenollerinin jelatinle eş eksenli elektoeğirme yöntemiyle elde edilen nanoliflerin enkapsülasyon verimliliği için sırasıyla %61,74; 79,17 ve 50,33 olarak tespit edilmiştir. Eş eksenli elektroeğirme işleminin düşük enkapsülasyon verimliliği, işlem sırasında mekanizmadan kaynaklı sızdırma sonucu vişne konsantresinin efektif bir şekilde pompalanamamasından kaynaklandığı düşünülmektedir. Nanolifler karakterizasyonu için zeta potansiyeli ve temas açısı değerleri ölçüldü. Nanoliflerin tümü için zeta potansiyeller negatif olarak tespit edildi. En düşük zeta potansiyeli SGCN (-9,38±0,73 mV) için bulunmuştur. SGN (-8±1,23 mV) ve SGLN (-3,19±0,15 mV) için zeta potansiyelleri daha düşük ölçülmüştür. Tüm nanolifler hidrofilik özellikler göstermiştir çünkü nanoliflerin temas açıları 90º’den daha düşük olarak bulumuştur. Bununla birlikte, SGLN diğer nanoliflere göre (84,58±5,7) en hidrofobik özellik gösteren nanoliftir. Vişne konsantresi ve nanoliflerin toplam fenolik madde miktarı spektrofotometre ile ölçüldü ve en yüksek değer SGCN (16,45±0,83 mg GAE/g nanolif) ve en düşük toplam fenolik madde miktarı vişne konsantresi (12,89±0,83 mg GAE/g örnek) için bulunmuştur. Sonuçlara göre; jelatin ve jelatin ve laktalbumin karışımından elde edilen nanoliflerin toplam fenolik madde aktivitesi gösterdiği gözlenmiştir. Ancak bu durum jelatin ve laktalbuminin içerdiği aminoasitlerle alakalıdır. Zira aminoasitler de fenolik bileşenler gibi Folin reaktifiyle reaksiyona girerek belli bir absorbans değeri vermektedir. HPLC sonuçlarında jelatin ve laktalbumin nanoliflerinde herhangi bir polifenol tespit edilmemesi bu görüşü desteklemektedir. Toplam flavonoid miktarı sırasıyla vişne konsantresi, SGN, SGLN ve SGCN için sırasıyla 8,58±1,45; 11,19±0,51; 12,01±2,08 ve 10,88 ± 1,94 mg CE/g örnek veya nanolif olarak tespit edilmiştir. En yüksek değer SGLN için tespit edilirken en düşük değer vişne konsantresi için ölçülmüştür. Toplam fenolik madde miktarları toplam flavonoid madde miktarlarından fazla bulunmuştur. Flavonoidler polifenollerin alt grubu olduğu bilindiğinden sonuçlar makuldür. Toplam antosiyanin içeriği vişne konsantresi ve nanolifler için 0.80 ± 0.04 ve 1.63 ± 0.12 mg C3GE/g örnek veya nanolif arasında değişmektedir. En yüksek toplam antosiyanin miktarı vişne için bulunurken en düşük miktar SGCN için tespit edilmiştir. SGLN ve SGN örneklerinin miktarları birbirine çok yakın bulunmuştur. Antosiyaninler de flavonoid grubunun alt grubu olduğundan toplam antosiyanin miktarlarının toplam flavonoid miktarlarından düşük çıkması makuldür. Toplam antioksidan kapasite DPPH ve CUPRAC ile analiz edilmiştir. DPPH sonuçları 3,07±0,20 ve 6,49±3,39 mg TEAC/g örnek veya nanolif arasında tespit edilmiştir. CUPRAC sonuçları 11,26±1,36 ve 39,19±3,98 mg TEAC / g örnek veya nanolif arasında bulunmuştur. Analizlerde, SGCN en düşük antioksidan kapasite gösteren örnek ve nanolif olmuştur. DPPH ve CUPRAC analizlerinden elde edilen sonuçların birbirinden farklı olması analiz tekniklerinin etki mekanizmasının farklı olmasından kaynaklanmaktadır. CUPRAC analizinde reaktifler hem lipofilik hem de hidrofilik polifenollerle etkileşime girebilmektedir ve bu nedenle CUPRAC değerleri DPPH değerlerine göre daha yüksek bulunmuştur. Aynı zamanda, vişne konsantresi ve nanoliflerin in vitro sindirim aşamalarından mide ve bağırsak sonrası numunelerine toplam fenolik, flavonoid ve antosiyanin analizlerinin yanında toplam antioksidan kapasiteleri DPPH ve CUPRAC ile analiz edilmiştir. Vişne konsantresindeki biyoaktif bileşenler sindirim sonrası bozulup parçalanması sonucu madde miktarları ve aktiviteleri azalmıştır. Buna karşılık nanoliflerin miktarları sindirim sonrası toplam antosiyanin analizi dışında tüm analizlerde arttığı gözlenmiştir. Vişne konsantresi ve nanoliflerin fenolik bileşen profili HPLC ile belirlenmiştir. Vişne konsantresinde fenolik asit olarak gallik asit, klorojenik asit ve p-kumarik asit olarak saptanırken vişne konsantresindeki flavonoidler kaempherol türevleri, epikateşin ve siyanidin olarak belirlenmiştir. Vişne konsantresi ve nanoliflerin biyoerişilebilirlikleri belirlendi ve polifenollerin geri kazanımı HPLC sonuçlarına göre hesaplanmıştır. Sonuçlar göstermektedir ki SGLN, SGCN ve SGN göre daha yüksek geri kazanım göstermiştir. Bir diğer önemli sonuç ise SGCN en düşük enkapsülasyon verimliliği göstermesine rağmen, eş eksenli elektroeğirme yöntemi polifenollerin geri kazanımında önemli bir etkiye sahip olduğu gözlenmiştir. Sonuçlar göstermektedir ki, elektroeğirme yöntemi, özellikle antosiyanin gibi olumsuz çevre koşullarına ve bağırsak yüksek pH’ına dayanıksız bileşenlerin bile korunmasında ve biyoyararlılığının arttırılmasında etkin bir yöntemdir. Laktalbüminin elektroeğirme çözeltisine eklenmesi; nanoliflerin enkapsülasyon etkinliğini ve biyoerişelebilirliği olumlu etkilediği gözlenmiştir. Aynı zamanda eş eksenli elektroeğirme yönteminin biyoerişilebilirlik açısından etkin bir enkapsülasyon yöntemi olduğu belirlenmiştir.

Sour cherry (Prunus Cerasus L.) is consumed worldwide and its bioactive compounds protect human body against diseases. Although sour cherry is a good source of polyphenols, protection of polyphenols from unwanted environmental condition and improvement of bioaccessibility are very crucial. In literature, several encapsulation techniques applied to polyphenols, however encapsulation with electrospinning method is not studied yet. In addition, information about in vitro digestion and bioaccessibility of the encapsulated bioactive compounds is highly limited. The aim of this study is encapsulation of sour cherry anthocyanins and other phenolic compounds coated with gelatin and mixture of gelatin and lactalbumin by electrospinning process and determination of bioaccessibility of the nanofibers. While investigating encapsulation of sour cherry polyphenols, solution properties, characterization of nanofibers, total antioxidant content and capacity by spectrophotometry, phenolic profile by chromatography and in vitro digestion were analyzed. Electrical conductivity, surface tension, viscosity and dielectric constant were measured 2.25±0.01 mS/cm, 31.16±0.03 mN/m, 0.21 ± 0.01 Pa.s and 39.52± 0.33 for sour cherry concentrate with gelatin solution and 2.23±0.01 mS/cm, 30.52±0.03 mN/cm, 0.24 ± 0.01 Pa.s, 65.14± 1.96 for sour cherry with mixture of gelatin and lactalbumin mixture, respectively. Both gelatin and mixture of gelatin and lactalbumin were suitable coating materials for electrospinning of sour cherry polyphenols. Encapsulation efficiency of nanofibers were determined by HPLC. The results were 61.74, 79.17 and 50.33 % for nanofiber coated with gelatin (SGN), mixture of gelatin and lactalbumin by uniaxial electrospinning (SGLN) and gelatin by coaxial electrospinning (SGCN), respectively. Zeta potential and contact angle were evaluated to characterize nanofibers. All zeta potentials were negative charged. The lowest zeta potential was found for SGCN (-9.38 ± 0.73 mV). SGN (-8 ± 1.23 mV) and SGLN (-3.19 ± 0.15 mV) followed. All nanofibers showed hydrophilic properties because all contact angles were lower than 90º. However, SGLN was the most hydrophobic (84.58 ± 5.7) than others. Total phenolic contents of sour cherry concentrate and nanofibers were measured by spectrophotometry and the highest value were found for SGCN (16.45 ± 0.83 mg GAE/g nanofiber) and the lowest total phenolic content were investigated for sour cherry concentrate (12.89 ± 0.83 mg GAE/g sample). Total flavonoid contents of sour cherry concentrate and nanofibers were found as follows 8.58 ± 1.45, 11.19 ± 0.51, 12.01 ± 2.08, 10.88 ± 1.94 mg CE/g sample or nanofiber for sour cherry concentrate, SGN, SGLN and SGCN, respectively. Total anthocyanin contents of sour cherry concentrate and nanofibers were ranged between 0.80 ± 0.04 and 1.63 ± 0.12 mg C3GE/g sample or nanofiber. Total antioxidant capacity was determined by DPPH and CUPRAC analyses. DPPH results were between 3.07 ± 0.20 and 6.49 ± 3.39 mg TEAC/g sample or nanofiber. CUPRAC results were found between 11.26 ± 1.36 and 39.19 ± 3.98 mg TEAC/g sample or nanofiber. In both assays, SGCN showed the lowest antioxidant capacity. Phenolic profile of sour cherry and nanofibers were determined by HPLC. Gallic acid, cholorogenic acid, p-coumaric acid as phenolic acids and kaempherol derivatives, epicatechin and cyanidin as flavonoids were detected in sour cherry concentrate. Bioaccessibility of the sour cherry and nanofibers were determined and recovery of polyphenols were calculated according to HPLC results. Results showed that SGLN showed the highest recovery than SGCN and SGN. Another important result was that though SGCN had the lowest encapsulation efficiency, recovery of polyphenols was improved by coaxial electrospinning.