Investigation of stabilizing property of chitosan-G-caffeic acid complex in oil in water emulsion

Abstract

Emülsiyonlar normal şartlarda birbirine karışamayan maddelerden oluşan yapılardır. Bu yapılarda bir sıvı devamlı fazı oluşturuken diğer sıvı dağılan fazı oluşturmaktadır. En çok bilinen emülsiyon çeşitleri arasında su içerisinde yağ emülsiyonu ve yağ içerisinde su emülsiyonu gösterilebilir. Son zamanlarda tüketicilerin çevreye dost, temiz etiketli ve doğal ürünlere olan ilgisi yeni emülgatör arayışına sebep olmuştur. Bu tez kapsamında chitosan maddesinin modifikasyonu ile hem çevre ile dost hem de antioxidant aktivitesi olan bir emülgatör üretilmesi planlanmıştır çünkü literatür çalışmalarına bakıldığında bu konu hakkında yeterli çalışma yapılmadığı gözlemlenmiştir. Bu amaçla kitosanın ve kafeik asit ile modifiye edilmiş kitosanın emülsiye edici etkisi ve farklı homojenizasyon metotlarının verimliliği ve uygulanabilirliği değerlendirilmiştir. Yapılan optimizasyon çalışmaları sonucunda 60 ℃ de ısı altında damlama methodu ve normal kitlesel karıştırma metotları ve ardından 15, 000 rpm hız ile 15 dakika yüksek hızlı karıştırıcı uygulamasına karar verilmiştir. Bu amaçla 1, 1.5 ve 2 yüzde (v/v) kitosan örneklerinden oluşan emülsiyonlar damla boyutu, krem faz oluşturma fraksiyonu ve hızı bakımından değerlendirilmiştir. Ayrıca 1 yüzde (v/v) kitosan ve kafeik asitle modifiye edilmiş kitosan örnekleri içeren emülsiyonlar iyonik güç ve pH koşullarına göre değerlendirilmiştir. Elde edilen damlacık boyut sonuçları (<100µm) elde edilen emülsiyonun klasik emülsiyon türünde olduğunu göstermiştir. Modifiye edilmiş kitosan örnekleri 5, 10, 20 mM kafeik konsantrasyonları için sırasıyla serbest radikal indirgeme aktivitesi için (IC50) değerini 2.5, 1.3, 0.6 mg/ml olarak ve indirgeme gücü için (EC50) değerini 1.8, 0.3, 0.4 mg/ml sahip olduğu bulundu. Serbets radikal aktivitesine sahip olan örnekler bu özelliği emülsiyon içinde zamanla kaybederek modifiye edilmiş kitosanın değeri olan yüzde 48.6 dan 4.9 değerine ulaşmıştır, öte yandan indirgeme gücü ise emülsiyon içinde zamanla artarak modifiye edilmiş madde miktarına göre 0.5 ten 1.9 absorbans değerine ulaşmıştır. Kafeik asit modifikasyonu yüzey yükünün ~60 mV tan ~20 mV değerine azalmasına, düşük viskosite değeri yüksek krem fazı oluşumuna sebep olmuştur. Sonuçlar Ch ve Ch-g-Ca nın hem emülsiye hem de stabilize edici etkiye sahip olduklarıını göstermiştir.

Emulsion is a mixture of two immiscible liquids, one liquid acts as disperse phase and another continuous phase, and oil in water (o/w) or water in oil (w/o) emulsions are most known emulsion types. Recently consumers have increasing demands for clean label, eco-friendly and plant derived (for vegetarians) products lead to seeking natural alternative solutions. In this thesis, the aim was that enhancement physiochemical properties of chitosan with caffeic acid modification to obtain eco-friendly emulsifier with antioxidant property and this study might give a perspective to literature about antioxidant and emulsion studies of modified chitosan; because, there is a gap about these studies in literature. For this purpose emulsification ability of chitosan, chitosan-g-caffeic acid and applicability and effectiveness of emulsification methods were evaluated. After the optimization studies, the dropwise method at 60 ℃ and normal Blk method that following 15, 000 rpm at 15 min was evaluated for 1, 1.5 and 2 percent (v/v) chitosan and 1 percent(v/v) chitosan-g-caffeic acid including emulsions. Also, 1 percent (v/v) chitosan and chitosan-g-caffeic acid based emulsions were evaluated against ionic strength and pH conditions. The emulsion characterization results showed that obtained emulsions mean droplet size were < 100 µm so emulsion type was conventional. Caffeic acid modification produced (IC50) value as 2.5, 1.3, 0.6 mg/ml and (EC50) value as 1.8, 0.3, 0.4 mg/ml for 5, 10, 20 mM caffeic acid containing chitosan-g-caffeic acid complexes respectively. The radical scavenging activity of caffeic acid modified samples (48.6 percent) reduced their activity in emulsion (4.9) but reducing power of samples (0.5 abs at 700 nm) increased in emulsions (1.9 abs at 700 nm). Caffeic acid modification caused to decrease in surface charge of emulsions from ~60 to ~20 mV. Also lowest viscosity values of chitosan modified samples were the reasons of higher creaming fraction values. These results were implied that both Ch and Ch-g-Ca had emulsifier and stabilizing activity and also Ch-g-Ca might be candidate for specific emulsion mixtures with its antioxidant property.