Elektro eğirme yöntemi ile karvakrol yüklü nanoliflerin üretimi ve karakterizasyonu

Abstract

Elektro eğirme gıdalarda özellikle raf ömrünü arttırmak, besin değerini yükseltmek, gıda bileşenlerinin korunması, stabilizasyonu ve yavaş salınımı için kullanılan etkili bir enkapsülasyon yöntemidir. Bu çalışmada, karvakrol yüklü zein nanolif yapıları üretilmiştir. Tek iğneli elektro eğirme yönteminde zein konsantrasyonu (%32-36 a/h) ve karvakrol miktarı (%1-7 a/a) bağımsız değişken olarak seçilmiş ve iki faktörlü merkezi karma tasarımına göre nanolif üretimi gerçekleştirilmiştir. Elektro eğirme prosesinde uygulanan voltaj, akış hızı ve besleme ünitesi ile toplayıcı arasındaki mesafe 18 kV, 1 mL/h ve 13.5 cm olarak sabit tutulmuştur. Hazırlanan polimer çözeltilerinin reolojik davranışı, viskozitesi ve elektrik iletkenliği tespit edilmiştir. Electrospun zein yapılarının morfolojisi alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu (FE-SEM) ile incelenmiştir. Liflerin termal özellikleri diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) kullanılarak belirlenmiştir. Üretilen liflerin enkapsülasyon verimi, su buharı geçirgenliği ve mekanik özellikleri belirlenmiştir. Nanoliflerin antimikrobiyal aktivitesinin belirlenmesi için E. coli ve S. aureus kullanılarak agar disk difüzyon yöntemi uygulanmıştır. Karvakrol miktarındaki artışla iletkenliğin önemli düzeyde düştüğü gözlenmiştir. Zein çözeltisinin konsantrasyonu arttıkça ortalama lif çapı artmıştır. Karvakrol içeriğinin artmasıyla boncuklu yapının oluştuğu gözlenmiştir. Karvakrol yüklü zein nano parçacıklarının termal özelliğinin saf zeinden elde edilen liflere göre daha iyi olduğu belirlenmiştir. Karvakrolün enkapsülasyonu başarıyla gerçekleştirilmiştir. Karvakrolün enkapsülasyon verimi %401.9 ile %811.7 arasında değişmiştir. Karvakrol mekanik özelliklerin gelişmesini sağlamış ve su buharı geçirgenliğini olumlu yönde etkilemiştir. Liflerin agar üzerinde oluşturduğu zon çapları dikkate alındığında antimikrobiyal özelliğinin S.aureus üzerinde daha etkili olduğu tespit edilmiştir. Çalışma sonucunda özellikleri incelenen nanoliflerin aktif paketlemede kullanımının umut verici olduğu düşünülmektedir.

Electrospinning is an effective encapsulation method aiming to increase shelf life of food, to improve nutritional value and to provide protection, stabilization and controlled release of food components. In this study, carvacrol loaded zein nanofibers were produced. Zein concentration (32-36% w/v) and carvacrol amount (1-7% w/w) were selected as independent variables for single-needle electrospinning method. Nanofiber production was carried out according to central composite design with two factors. The applied voltage, flow rate and the distance between the spinneret tip and the collector were maintained constant at 18 kV, 1 mL/h and 13.5 cm during electrospinning process. The rheological behavior, viscosity and conductivity of prepared solutions were determined. The morphology of electrospun zein fibers was examined by a field emission scanning electron microscope. Thermal properties were determined by differential scanning calorimetry. Encapsulation efficiency, water vapor permeability and mechanical properties were investigated. Antimicrobial activity of obtained nanofibers was determined using E. coli and S. aureus by agar disc diffusion method. Increase in the amount of carvacrol decreased the conductivity significantly. The average fiber diameter increased when zein concentration was increased. A beaded structure was observed with increasing carvacrol content. The thermal stability of carvacrol loaded nanofibers was better than that of nanofibers produced from pure zein. Carvacrol was successfully encapsulated. The encapsulation efficiency of carvacrol changed between %401.9 and %811.7. Carvacrol improved mechanical properties and caused positive effect on water vapor permeability. The antimicrobial properties of the fibers were more effective on S.aureus when considering the zone diameters of fibers formed on agar plate. Results showed that the produced materials can be promising for active packaging.