Kitosan-sodyum aljinat biyopolimerik nanopartiküllerinin hazırlanması ve nar kabuklarından ekstrakte edilen antioksidanların enkapsülasyonu

Abstract

Son yıllarda, başta sanayi alanında olmak üzere tıp, kimya, gıda ve diğer alanlarda da üretimde artış gözlenmiştir. Üretim artışı yan ürünler ve atık oluşumunu beraberinde getirmektedir. Gıda alanında meyve ve sebze kabukları uzun yıllar atık olarak kullanılmıştır. Ancak düzgün bir şekilde işlendikten sonra, kullanılabilir forma getirilen kabuklar gıda takviyesi olarak değerlendirilebilir. Nar (Punica granatum), antioksidan özelliğinden dolayı popülerliği artan meyvelerden olup, ayrıca bu meyvenin kabukları da narın yaklaşık %40'ını oluşturmaktadır. Yüksek antioksidan içeriğine sahip olan bu meyve; vücutta zararlı serbest radikallerin oluşumunu azaltarak, kanser başta olmak üzere birçok hastalığın olumsuz etkilerinin ortadan kaldırılmasına yardımcı olmaktadır. Ultrasonik Destekli Ekstraksiyon yöntemi ile doğaya zarar vermeden, su ve etanol çözgenleri ile nar kabuklarından antioksidan ekstresi elde edilebilir. Elde edilen antioksidan maddelerinin, ışık, ısı, pH ve benzeri etkenlerden korunabilmesi için Enkapsülasyon Teknolojisi'nden yararlanılabilir. Kitosan (Cs) kabuklu deniz canlılarından elde edilen, toksik olmayan, biyouyumlu ve biyobozunabilir bir polimerdir. Aljinat (Alg) ise deniz yosunlarından elde edilen ve kitosan ile kimyasal modifikasyona girerek daha üstün nanopartiküller üretilmesine yardımcı olan doğal bir polimerdir. Bu çalışmada ilk kez, Ultrasonik Destekli Ekstraksiyon yöntemi ile elde edilen antioksidanlar, Kitosan-Aljinat (Cs-Alg) nanopartikülleri içerisine enkapsüle edilmiştir. Bu kapsamda ilk olarak Sodyum Aljinat (Na-Alg) ve Cs polimerleri, Kalsiyum Klorür (CaCl2) ile çapraz bağlanması sağlanılarak biyopolimerik nanopartiküller (NPs) elde edilmiştir. Nanopartikül üretimi sırasında santrifüj hızının ve süresinin; partikül boyutu ve yapısına olan etkisini gözlemlemek için, farklı hız ve sürelerde örnekler hazırlanmıştır. Üretilen nanopartiküllere antioksidan madde yüklemeden önce ve yükledikten sonra, Taramalı Elektron Mikroskopu (SEM) ve Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) ile karakterizasyonları tamamlanmıştır. Folin-Ciocalteu yöntemiyle toplam fenolik madde miktarı ve DPPH yöntemiyle de antioksidan aktivite analizleri yapılmıştır. Etanol (%100), Saf Su (%100) ve Etanol:Saf Su (%50:50) çözgenleri ile nar kabuklarının Ultraviyole Görünür Spektroskopisi (UV-Vis) ölçümleri alınarak farklı çözgen oranlarının ekstraksiyona etkisini incelenmiştir.

In recent years, there has been an increase in production in some fields, such as medicine, chemistry, food and others, especially in industry. The increase in production also brings about by-products and wastes. In the field of food, fruit and vegetable shells have been used as waste for many years. However, after properly processed, the shells formed into usable form can be considered as food supplements. Pomegranate (Punica granatum) is one of the fruits whose popularity has increased due to its antioxidant properties, and also, the peels of this fruit constitute about 40% of the pomegranate. Not only this fruit has high antioxidant content, but also, by reducing the formation of harmful free radicals in the body, it helps to eliminate the negative effects of many diseases, especially cancer. Antioxidant extract can be obtained from pomegranate peels prepared in water and ethanol solvents with the help of Ultrasonic Assisted Extraction method without damaging the nature. Encapsulation Technology can be used to protect the antioxidants obtained from light, heat, pH and similar factors. Chitosan (Cs) is a non-toxic, biocompatible and biodegradable polymer obtained from shellfish. Alginate (Alg) is a natural polymer obtained from Marine Algae and helps to produce superior nanoparticles by chemical modification with chitosan. In this study, antioxidants obtained by Ultrasonic Assisted Extraction method were encapsulated into Chitosan-Alginate (Cs-Alg) nanoparticles for the first time. In this context, biopolymeric nanoparticles (NPs) were obtained by first cross-linking Sodium Alginate (Na-Alg) and Cs polymers with Calcium Chloride (CaCl2). During the production of nanoparticles, in order to observe its effect on particle size and structure, samples were prepared at different speeds and durations. Before and after loading antioxidant material to the nanoparticles produced, their characterizations were completed by Scanning Electron Microscope (SEM) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Total phenolic content was determined by Folin-Ciocalteu method and antioxidant activity analysis was performed by DPPH method. Ultraviolet Visible Spectroscopy (UV-Vis) measurements of pomegranate shells, extracted in Ethanol (100%), Pure Water (100%) and Ethanol:Pure Water (50: 50%) solvents, were investigated and the effect of different solvent ratios on extraction was investigated.