FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
GIDA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
NAR KABUĞU FENOLİK BİLEŞİKLERİNİN SU İLE EKSTRAKSİYONU VE EKSTRAKTLARIN
MİKROENKAPSÜLASYONU
( Yüksek Lisans Tezi)
Hazırlayan
Necattin Cihat İÇYER
Danışman
Yrd. Doç. Dr. Mustafa ÇAM
Bu çalışma; Erciyes Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından FBY-11-3733 kodlu proje ile desteklenmiştir.
Temmuz 2012
KAYSERİ
TEŞEKKÜR
Çalışmalarım boyunca farklı bakış açıları ve bilimsel katkılarıyla beni aydınlatan, yakın ilgi ve yardımlarını esirgemeyen kıymetli hocam Yrd. Doç. Dr. Mustafa ÇAM’a ve laboratuar çalışmalarım süresince bana destek olan Uzm. Ahmet Yetiman, Arş.Gör.
Safa Karaman, Arş.Gör. İsmet Öztürk, Arş.Gör. Ömer Said Toker’e teşekkürü bir borç bilirim.
Bu tez çalışmasına maddi destek veren Erciyes Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi’ne (Proje No: FBY-11-3733) teşekkür ederim.
Ayrıca; beni bu günlere getiren, hayatım boyunca maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen, her zaman yanımda olan annem Nurten İÇYER, babam Sebahattin İÇYER, kardeşlerim Hilal, Nihal, Şevval ve İkbal İÇYER’e en içten teşekkürlerimi sunarım.
Necattin Cihat İÇYER Kayseri, Temmuz 2012
NAR KABUĞU FENOLİK BİLEŞİKLERİNİN SU İLE EKSTRAKSİYONU VE EKSTRAKTLARIN
MİKROENKAPSÜLASYONU
Necattin Cihat İÇYER
Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, Temmuz 2012 Danışman: Yrd. Doç. Dr. Mustafa ÇAM
ÖZET
Ortalama %40 kabuk içeren nar meyvesi taze olarak tüketilmekte ve nar suyu, nar ekşisi, nar reçeli gibi birçok ürüne işlenmektedir. Nar kabuğunda bulunan fenolik bileşikler antioksidan, antidiyabetik, antimikrobiyal özelliklere sahip olmaları sayesinde gıdalara doğal katkı maddeleri olarak ilave edilip fonksiyonel özellik kazandırabilmektedirler. Bu bilgiler ışığında nar meyvesi işlendiği zaman geriye kalan artıklarının önemi günümüzde kat be kat artmıştır. Bu tez çalışmasının konusu işlenmesi sırasında büyük miktarda posa oluşturan narın kabuk kısmının içerdiği biyoaktif bileşenlerin değerlendirilmesi esas alınarak seçilmiştir.
Bu çalışmada nar kabuğundan fenolik bileşiklerin ekstraksiyonunda etkili olan faktörlerin incelenmesi, ekstraksiyon koşullarının karşılaştırılması, elde edilen ekstraktlarda yapılan analizlerle optimum ekstraksiyon şartlarının belirlenmesi amaçlanmıştır. İlave olarak nar kabuğundan elde edilen ekstraktların mikroenkapsülasyon işlemi üzerine etkili faktörleri, mikroenkapsülasyon için optimum koşulları belirlenmiş daha sonra da püskürtmeli kurutma yöntemi ile mikroenkapsülasyon işlemi gerçekleştirilmiştir.
Nar kabuğundan fenolik bileşiklerin ekstraksiyon işlemlerinde cevap yüzey yöntemi ile toplam fenolik madde miktarı ve antidiyabetik aktivite verilerine göre yapılan optimizasyon sonucu 100˚C sıcaklık ve 1 dakika ekstraksiyon süresi ile fenolik bileşiklerin optimum ekstraksiyon koşulları belirlenmiştir.
Elde edilen ekstraktlar, laboratuar tipi püskürtmeli kurutucuda farklı sıcaklıklar denenerek mikroenkapsüle edilmiş, kurutma sırasında hava giriş sıcaklığı 160˚C, hava çıkış sıcaklığı 75-78 ˚C olacak şekilde farklı markada, farklı dekstroz eşdeğerliğine
sahip maltodekstrinler farklı oranlarda ilave edilerek kurutmalar yapılmış, mikroenkapsülasyon işleminin etkinliğini gösteren parametreler baz alınarak analiz sonuçları karşılaştırılmış ve nar kabuğu ekstraktlarının püskürtmeli kurutma tekniği ile mikroenkapsülasyonundaki optimum şartlar belirlenmiştir. Yapılan çalışmalar neticesinde fenolik bileşiklerin mikroenkapsülasyonu için giriş sıcaklığının 160˚C, dekstroz eşdeğerinin 14-17 DE ve fenolik: maltodekstrinin 1:1 olduğu şartların optimum koşullar olduğu anlaşılmıştır. Sonuç olarak nar kabuğundan optimum koşullarda elde edilen fenolik bileşikler mikroenkapsüle edilerek gıdalara ilave edilebilirliği kolaylaştırılmış ve katkı maddesi olarak kullanılabilmesi için yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Daha sonraki çalışmalarda da optimum koşullarda ekstrakte edilen fenolik bileşiklerin çeşitli gıdalara ilave edilerek bu gıdaların renk katkı maddesi olarak kullanımının, antimikrobiyal, antioksidan özelliklerinin ve depolama stabilitesinin geliştirilmesine yönelik çalışmalar yapılması faydalı olacaktır.
Anahtar Kelimeler: nar, nar kabuğu, fenolik bileşikler, mikroenkapsülasyon, püskürtmeli kurutma, yüksek basınç sıvı kromatografisi
WATER EXTRACTION OF PHENOLIC COMPONENTS FROM POMEGRANATE PEEL AND MICROENCAPSULATION OF
THESE EXTRACTS
Necattin Cihat İÇYER
Erciyes University, Graduate School of Natural and Applied Sciences M.Sc. Thesis, July 2012
Supervisor: Asst. Prof. Dr.Mustafa ÇAM
ABSTRACT
Pomegranate fruit of which the peels constitute approximately 40% of the whole fruit has been consumed fresh or processed into juice, jelly, and a concentrated juice which is nar ekşisi in Turkish. Phenolic compounds of pomegranate peels might supply functionality when added to foods as natural additives due to the anti-oxidative, anti- diabetic, and anti-microbial properties. By-products from pomegranate processing are coming into prominence in the light of this information. The objective of this study was selected considering to exploit huge amount of by-product containing bioactive components from pomegranate processing.
In this study, it was aimed to optimize the extraction conditions of phenolic compounds from pomegranate peels by investigating possible factors, comparing the extraction conditions, and analyzing the extracts. Moreover, effective factors on microencapsulation of the extracts, and optimum microencapsulation conditions were determined followed by microencapsulation was carried out with spray drying method.
The optimum conditions were determined by response surface methodology as 100 °C for temperature, and 1 min for extraction time based on total phenolic contents and anti- diabetic properties of the extracts. The extracts were then microencapsulated by a lab scale spray dryer using 160 °C for air input temperature which resulted in outlet temperature of 75-78 °C. The processes were carried out by using certain brand of maltodextrins as carrier agents having different dextrose equivalency. The optimum conditions for microencapsulation using spray drying were determined by comparing the parameters which show the effectiveness of microencapsulation.
The results of the study showed that the optimum conditions for microencapsulation of the peel phenolics were as follows: air inlet temperature of 160 °C, dextrose
equivalency of 14-17, and, core-to-wall ratio of 1:1. Finally, optimum conditions of phenolic compounds to extract from the pomegranate peels were determined, and their incorporation into the foods were facilitated by microencapsulating these extracts.
Future studies might be the use of these extracts as food colorant, anti-microbial and antioxidant agents and improvement of storage stability of foods by these extracts.
Keywords: pomegranate, pomegranate peel, phenolic compounds, microencapsulation, spray drying, high pressure liquid chromatography
İÇİNDEKİLER
NAR KABUĞU FENOLİK BİLEŞİKLERİNİN SU İLE EKSTRAKSİYONU VE EKSTRAKTLARIN
MİKROENKAPSÜLASYONU
Sayfa
BİLİMSEL ETİĞE UYGUNLUK SAYFASI ... ii
YÖNERGEYE UYGUNLUK SAYFASI ... iii
KABUL VE ONAY SAYFASI ... iv
TEŞEKKÜR ... v
ÖZET... vi
ABSTRACT ... viii
İÇİNDEKİLER ... x
SİMGE VE KISALTMALAR ... xiii
TABLOLAR LİSTESİ ... xiv
ŞEKİLLER LİSTESİ ... xvi
GİRİŞ ... 1
1. BÖLÜM GENEL BİLGİLER 1.1. Fonksiyonel Gıdalar ... 3
1.2. Fenolik Bileşenler ... 5
1.2.1. Fenolik Bileşenlerin Sınıflandırılması ... 6
1.2.1.1. Tanninler ... 6
1.2.1.1.1. Kondense Tanninler ... 6
1.2.1.1.2. Hidrolize Olabilen Tanninler ... 7
1.3. Nar ... 8
1.3.1. Nar Üretim İstatistikleri ... 10
1.3.2. Nar Ürünleri ... 11
1.4. Ekstraksiyon İşlemleri ... 13
1.4.1. Ekstraksiyon İşlemleri için Kullanılacak Çözücülerin Seçimi ... 14
1.4.2. Katı-Sıvı Ekstraksiyon İşlemi ... 14
1.5. Deneme Tasarımı ve Cevap Yüzey Yöntemi ... 15
1.5.1. Box Behnken Deneme Planı ... 16
1.5.2. Merkezi Tümleşik Dizayn Deneme Planı ... 17
1.5.3. Yüzey Merkezli Merkezi Tümleşik Dizayn Deneme Planı ... 18
1.5.4. Optimizasyon ... 18
1.5.5. Desirability Fonksiyonu... 20
1.6. Püskürtmeli Kurutma Yöntemi ... 20
1.6.1. Kurutma İşlemi Sırasında Kütle ve Isı Transferi ... 22
1.6.1.1. Paralel Akım ... 22
1.6.1.2. Ters Akım ... 22
1.6.1.3. Karışık Akım ... 23
1.7. Mikroenkapsülasyon ... 23
1.7.1. Mikroenkapsülasyon da Kullanılan Kaplama Materyalleri ... 25
1.7.2. Maltodekstrin ... 25
1.8. Mikroenkapsüle Edilmiş Fenolik Bileşiklerin Endüstriyel Kullanım Olanakları ve Sağlık Açısından Önemi ... 26
2. BÖLÜM YÖNTEM VE MATERYAL 2.1. Materyaller ... 29
2.1.1. Ön İşlemler ... 29
2.1.2. Kimyasal Maddeler ... 29
2.2. Metotlar ... 30
2.2.1. Nar Kabuğundan Fenolik Bileşiklerin Ekstraksiyonu ... 30
2.2.2. Kurutma Yöntemlerinin ve Çözgenlerin Karşılaştırılması... 30
2.2.3. Toplam Fenolik Madde Analizi ... 31
2.2.4. HPLC ile Fenolik Bileşiklerin Analizi ... 31
2.2.5. Antidiyabetik Aktivite Testi ... 32
2.2.6. Nem Tayini ... 33
2.2.7. Suda Çözünürlük Testi ... 33
2.2.8. Renk Analizi ... 34
2.2.9. Püskürtmeli Kurutma ve Mikroenkapsülasyon ... 34
2.2.10. Mikroenkapsüle Ürünlerde Yüzey Fenolik Madde Miktarı Tespiti .... 35
2.2.11. Taramalı Elektron Mikroskop (SEM) Yöntemi... 36
2.3. İstatistiksel Analizler ... 36
3. BÖLÜM ARAŞTIRMA BULGULARI 3.1. Cevap Yüzey Tekniği ile Deneme Planının Oluşturulması ... 38
3.1.1. Optimizasyon İşlemi ... 44
3.2. Fenolik Bileşiklerin HPLC ile Analizi ... 45
3.3. Antidiyabetik Aktivite Testi ... 45
3.4. Kurutma Yöntemlerinin ve Çözgenlerin Karşılaştırılması ... 45
3.5. Mikroenkapsülasyon ... 46
3.5.1. Farklı Sıcaklık Uygulamaları ... 47
3.5.2. Farklı Maltodekstrin Oranları Uygulamaları ... 50
3.5.3. Farklı Dekstroz Eşdeğerli ve Farklı Marka Maltodekstrinlerin Karşılaştırılması ... 52
3.5.4. Suda Çözünürlük Testi ... 55
3.5.5. Mikroenkapsüle ürünlerde bazı fenolik bileşiklerin HPLC ile tespiti ... 56
3.5.6. Renk Ölçümü ... 61
3.5.7. Nem tayini ... 63
3.5.8. Taramalı Elektron Mikroskop (SEM) Yöntemi... 64
4. BÖLÜM TARTIŞMA-SONUÇ ve ÖNERİLER 4.1. Tartışma ... 68
4.1.1. Fenolik Bileşiklerin Ekstraksiyonu ... 68
4.1.2. Toplam Fenolik Madde Miktarı ... 70
4.1.3. Antidiyabetik Aktivite ... 71
4.1.4. Mikroenkapsülasyon ... 72
4.1.5. Renk ... 74
4.1.6. Nem tayini ... 75
4.2. Sonuçlar ... 75
4.3. Öneriler ... 77
KAYNAKLAR ... 79
EKLER ... 87
ÖZGEÇMİŞ ... 89
SİMGELER VE KISALTMALAR
µl Mikrolitre
µm Mikrometre
ABD Amerika Birleşik Devletleri
cm Santimetre
DAD Diode Array Detector (Diyot Tertipli Detektör)
DE Dekstroz Eşdeğeri
FAO Birleşmiş Milletler Gıda ve Tarım Örgütü
g Gram
HPLC (High Pressure Liquid Chromatography) Yüksek Basınç Sıvı Kromatografisi
IC50 Enzim aktivitesini %50 oranında inhibe eden konsantrasyon
KM Kuru Madde
MD Maltodekstrin
mg Miligram
ml Mililitre
mm Milimetre
Mpa Megapaskal
nm Nanometre (dalga boyu)
p İstatistiksel önem değeri
ppm Miligram/Litre konsantrasyonu
R2 Regresyon katsayısı
ss Standart sapma
TÜİK Türkiye İstatistik Kurumu
UV Ultraviolet (Mor ötesi)
WHO Dünya Sağlık Örgütü
TABLOLAR LİSTESİ
Tablo 1.1. Fenolik bileşiklerin sınıflandırılması ... 6
Tablo 1.2. Üç faktörlü Box-Behnken deneme planı ... 17
Tablo 2.1. Fenolik bileşikler için HPLC de uygulanan dereceli elüsyon programı ... 32
Tablo 3.1. Kısmi faktöriyel denemelere alınan faktörler ve seviyeleri.. ... 39
Tablo 3.2. Kısmi faktöriyel deneme planı ve alınan cevaplar... 39
Tablo 3.3. Kısmi faktöriyel deneme noktalarında faktörler için varyans analizi. ... 40
Tablo 3.4. Cevap Yüzey Tekniği ile Oluşturulan Deneme Planı ve Alınan Cevaplar. ... 41
Tablo 3.5. HPLC toplam fenolik miktarı için kuadratik model varyans analizi ... 42
Tablo 3.6. Antidiyabetik aktivite için varyans analizi. ... 42
Tablo 3.7. HPLC cihazı ile yapılan analiz sonucu (378 nm) farklı sıcaklıklarda mikroenkapsüle edilen toz ürünlerde ki punikalagin türevleri ve toplam punikalagin miktarları (mg/g) ... 59
Tablo 3.8. HPLC cihazı ile yapılan analiz sonucu (365 nm) farklı sıcaklıklarda mikroenkapsüle edilen toz ürünlerde ki ellagik asit türevleri ve toplam ellagik asitin miktarları (mg/g)... 59
Tablo 3.9. HPLC cihazı ile yapılan analiz sonucu (378 nm) farklı maltodekstrin oranlarında mikroenkapsüle edilen toz ürünlerde ki punikalagin türevleri ve toplam punikalagin miktarları (mg/g) ... 60
Tablo 3.10. HPLC cihazı ile yapılan analiz sonucu (365 nm) farklı maltodekstrin oranlarında mikroenkapsüle edilen toz ürünlerde ki ellagik asit türevleri ve toplam ellagik asit miktarları (mg/g) ... 60
Tablo 3.11. HPLC cihazı ile yapılan analiz sonucu (378 nm) farklı marka ve farklı dekstroz eşdeğerliğinde maltodekstrin kullanımı ile elde edilen mikroenkapsüle ürünlerde ki punikalagin türevleri ve toplam punikalagin miktarları (mg/g) ... 61
Tablo 3.12. HPLC cihazı ile yapılan analiz sonucu (365 nm) farklı marka ve farklı dekstroz eşdeğerliğinde maltodekstrin kullanımı ile elde edilen mikroenkapsüle ürünlerde ki ellagik asit türevleri ve toplam ellagik asit miktarları (mg/g) ... 61
Tablo 3.13. Püskürtmeli kurutucu ile farklı sıcaklıklar uygulanarak yapılan mikroenkapsülasyon işlemleri sonucu elde edilen ürünlerin
renk ölçümleri ... 62 Tablo 3.14. Püskürtmeli kurutucu ile farklı maltodekstrin oranları ilave edilerek yapılan
mikroenkapsülasyon işlemleri sonucu elde edilen ürünlerin
renk ölçümleri) ... 63 Tablo 3.15. Püskürtmeli kurutucu ile farklı dekstroz eşdeğerli ve farklı marka
maltodekstrinlerin ilavesiyle yapılan mikroenkapsülasyon işlemleri sonucu elde edilen ürünlerin renk ölçümleri ... 63
ŞEKİLLER LİSTESİ
Şekil 1.1. 1982-2012 yılları arasında “fonksiyonel gıdalar” üzerine yapılan “Science
citation index” kapsamındaki yayın sayıları ... 4
Şekil 1.2. Nar kabuğunda bulunan en önemli fenolik bileşenlerden olan punikalagin (A), punikalin (B) ve gallik asit (C) kimyasal yapıları. ... 4
Şekil 1.3. Nar (Punica granatum) ... 8
Şekil 1.4. 1982-2012 yılları arasında “nar” üzerine yapılan “Science citation index” kapsamındaki yayın sayıları. ... 9
Şekil 1.5. 2007-2008 yılları dünya nar üretiminde öncü ülkeler (ton) ... 10
Şekil 1.6. 2007-2008 yılları dünya nar ekimi yapılan alan bakımından öncü ülkeler (hektar). ... 10
Şekil 1.7. 2001-2011 yılları Türkiye’deki nar üretim miktarları (bin ton)... 11
Şekil 1.8. Box Behnken deneme tasarımı grafiksel gösterimi. ... 17
Şekil 1.9. Merkez tümleşik tasarım grafiksel gösterimi ... 18
Şekil 1.10. Üç faktör için Yüzey merkezli merkezi kompozit dizayn grafiksel gösterimi. ... 18
Şekil 1.11. Maksimum nokta için yanıt yüzey grafiği ve izohips eğrileri ... 19
Şekil 1.12. 1982-2012 yılları arasında “püskürtmeli kurutma” üzerine yapılan “Science citation index” kapsamındaki yayın sayıları. ... 20
Şekil 1.13. Püskürtmeli kurutucunun şematik gösterimi ... 21
Şekil 1.14. Mikroenkapsülasyon işleminin şematik gösterimi. ... 22
Şekil 1.15. 1982-2012 yılları arasında “mikroenkapsülasyon” üzerine yapılan “Science citation index” kapsamındaki yayın sayıları. ... 23
Şekil 3.1. Sıcaklık ve sürenin HPLC fenolik miktarı üzerine etkisini gösteren 3 boyutlu cevap yüzey grafiği ... 43
Şekil 3.2. Sıcaklık ve sürenin antidiyabetik aktivite üzerine etkisini gösteren 3 boyutlu cevap yüzey grafiği. ... 44
Şekil 3.3. 378 nm’de HPLC ile belirlenen nar kabuğundaki fenolik bileşikler ... 45
Şekil 3.4. Gölgede kurutulan örnekler için su ve metanol ile alınan ekstraktların Toplam fenolik madde miktarlarının karşılaştırılması (mg GAE/g) ... 46
Şekil 3.5. Liyofilizasyon ile kurutulan örnekler için su ve metanol ile alınan ekstraktların Toplam fenolik madde miktarlarının karşılaştırılması (mg GAE/g) ... 46 Şekil 3.6. Püskürtmeli kurutucu ile farklı sıcaklıklarda yapılan mikroenkapsülasyon
işlemleri sonucu elde edilen kurutulmuş ürün miktarına göre verimlilik yüzdeleri. ... 47 Şekil 3.7. Püskürtmeli kurutma tekniği ile mikroenkapsüle edilen örneklerin TFMM
(mg GAE/g) karşılaştırılması ... 48 Şekil 3.8. Püskürtmeli kurutma tekniği ile mikroenkapsüle edilen örneklerin HPLC ile
TFMM (mg GAE/g) karşılaştırılması ... 49 Şekil 3.9. Püskürtmeli kurutma tekniği ile mikroenkapsüle edilen örneklerin YFMM
(mg GAE/g) karşılaştırılması ... 49 Şekil 3.10. Püskürtmeli kurutucu ile farklı sıcaklıklarda yapılan mikroenkapsülasyon
işlemleri sonucu elde edilen kurutulmuş ürün miktarına göre verimlilik yüzdeleri ... 50 Şekil 3.11. Püskürtmeli kurutma tekniği ile farklı oranlarda maltodekstrin ilave edilerek
mikroenkapsüle edilmiş ürünlerdeki TFMM (mg GAE/g)
karşılaştırılması.. ... 51 Şekil 3.12. Püskürtmeli kurutma tekniği ile farklı oranlarda maltodekstrin ilave edilerek
mikroenkapsüle edilmiş ürünlerdeki YFMM (mg GAE/g)
karşılaştırılması.. ... 52 Şekil 3.13. Püskürtmeli kurutma tekniği ile farklı maltodekstrin ilavesiyle
mikroenkapsüle edilen örneklerin HPLC ile TFMM (mg GAE/g)
karşılaştırılması ... 52 Şekil 3.14. Püskürtmeli kurutucu ile farklı dekstroz eşdeğerli (DE) ve farklı marka
maltodekstrinlerle yapılan mikroenkapsülasyon işlemleri sonucu elde edilen kurutulmuş ürün miktarına göre verimlilik yüzdeleri (%) ... 53 Şekil 3.15. Püskürtmeli kurutucu ile farklı dekstroz eşdeğerli (DE) ve farklı marka
maltodekstrinlerle yapılan mikroenkapsülasyon işlemleri sonucu elde edilen ürünlerdeki TFMM (mg GAE/g) karşılaştırılması ... 54 Şekil 3.16. Püskürtmeli kurutucu ile farklı dekstroz eşdeğerli (DE) ve farklı marka
maltodekstrinlerle yapılan mikroenkapsülasyon işlemleri sonucu elde edilen ürünlerdeki YFMM (mg GAE/g) karşılaştırılması ... 54
Şekil 3.17. Püskürtmeli kurutucu ile farklı sıcaklıklarda yapılan mikroenkapsülasyon işlemleri sonucu elde edilen kurutulmuş ürünlerin suda çözünürlük yüzdeleri (%) ... 55 Şekil 3.18. Püskürtmeli kurutucu ile farklı maltodekstrin oranları yapılan
mikroenkapsülasyon işlemleri sonucu elde edilen kurutulmuş ürünlerin suda çözünürlük yüzdeleri (%) ... 56 Şekil 3.19. Püskürtmeli kurutucu ile farklı dekstroz eşdeğerli (DE) ve farklı marka
maltodekstrinlerle yapılan mikroenkapsülasyon işlemleri sonucu elde edilen kurutulmuş ürünlerin suda çözünürlük yüzdeleri (%) ... 56 Şekil 3.20. Farklı konsantrasyonlarda hazırlanan punikalagin kalibrasyon eğrisi (HPLC, 378nm) ... 57 Şekil 3.21. Farklı konsantrasyonlarda hazırlanan ellagik asit kalibrasyon eğrisi (HPLC,
365 nm) ... 57 Şekil 3.22. Mikroenkapsüle edilmiş olan nar kabuğu fenolik bileşiklerinin HPLC’de
yapılan analizi sonucu elde edilen kromatogramı (365nm ve 378nm dalga boylarında) ... 58 Şekil 3.23. Dekstroz eşdeğeri 14-17 olan maltodekstrinin 1:1 oranında ilavesiyle
gerçekleştirilen mikroenkapsülasyon işlemi sonucu elde edilen ürünün partikül yapısı (5000 kat büyütme oranı) ... 64 Şekil 3.24. Dekstroz eşdeğeri 14-17 olan maltodekstrinin 1:1 oranında ilavesiyle
gerçekleştirilen mikroenkapsülasyon işlemi sonucu elde edilen ürünün partikül yapısı (3500 kat büyütme oranı) ... 65 Şekil 3.25. Dekstroz eşdeğeri 14-17 olan maltodekstrinin 1:3 oranında ilavesiyle
gerçekleştirilen mikroenkapsülasyon işlemi sonucu elde edilen ürünün partikül yapısı (5000 kat büyütme oranı) ... 65 Şekil 3.26. Dekstroz eşdeğeri 14-17 olan maltodekstrinin 1:3 oranında ilavesiyle
gerçekleştirilen mikroenkapsülasyon işlemi sonucu elde edilen ürünün partikül yapısı (3500 kat büyütme oranı) ... 66 Şekil 3.27. Dekstroz eşdeğeri 17-20 olan maltodekstrinin 1:3 oranında ilavesiyle
gerçekleştirilen mikroenkapsülasyon işlemi sonucu elde edilen ürünün partikül yapısı (5000 kat büyütme oranı) ... 66
Şekil 3.28. Dekstroz eşdeğeri 17-20 olan maltodekstrinin 1:3 oranında ilavesiyle gerçekleştirilen mikroenkapsülasyon işlemi sonucu elde edilen ürünün partikül yapısı (3500 kat büyütme oranı) ... 67
GİRİŞ
Beslenme insanların günlük yaşantılarını sürdürebilmek için gerekli olan ihtiyaçların başında gelmektedir. Geçmişten günümüze gıdalar, sadece açlığı gidermek, gerekli besini sağlamak için değil aynı zamanda beslenme ile alakalı fiziksel, zihinsel hastalıkların önlenmesi ve tedavisi için de önem arz etmektedir [1].
Bitkisel ve hayvansal gıdaların dengeli miktarda alınması insan sağlığı için önemlidir.
Günümüzde aşırı beslenme nedenli olarak başta obezite olmak üzere birçok hastalık oluşmakta aynı şekilde yetersiz beslenme sonucunda da bebek ve çocuklarda ölümler, büyüme gelişmede anormallikler, bağışıklık sistemi sorunları gibi birçok problemler görülmekte ve bu hastalıklar için milyonlarca lira harcanmaktadır.
Diyet ile sağlık arasındaki ilişkiyi ilk olarak milattan önce dördüncü yüzyılda “İlacınız gıdanız, gıdanız ilacınız olsun” diyerek Hipokrat ortaya atmıştır. Onun yüzyıllar önce söylediği bu söz günümüz insanlarının tüketim alışkanlığına ayna tutmaktadır.
Meyve ve sebzeler; vitaminler, mineraller, fenolik bileşikler, organik asitler, gıda lifleri gibi birçok önemli bileşen içerirler. Bu bileşenler, insan sağlığı üzerindeki olumlu etkilerinin tespit edilmesinden sonra daha fazla ilgi çekmekte ve gelecekte de bu ilginin artacağı tahmin edilmektedir.
Türkiye, dünyadaki nar üreten ülkeler arasında ilk sıralarda bulunmaktadır. Son yıllarda nar üzerine yapılan bilimsel çalışmaların artmasıyla fonksiyonel özellik gösteren bileşenlere sahip olduğu görülmüş, tüketimde iç ve dış talepte artma olmuş bu da ekim alanlarının artmasını sağlamıştır. Ülkemizde nar taze meyve olarak tüketilmesinin yanında nar ekşisi, nar suyu konsantresi, nar suyu, nar reçeli, nar konservesi gibi ürünlere de işlenmektedir.
Özellikle son yıllarda nar üzerine yapılan çalışmaların sayısında ki artış narın sahip olduğu fenolik bileşikler sayesinde antioksidan, antidiyabetik, antimikrobiyal özellikler göstermesi yanında tansiyon düşürücü, bağışıklık sistemini destekleyici, kanser gibi hastalıklara karşı direnci artıran, birçok hastalıklara karşı vücudu koruyan özelliklere de sahiptir. Bu özellikleri nedeniyle narın ve işlendiği zaman geriye kalan artıklarının önemi kat be kat arttırmıştır.
Bu tez çalışmasında;
Nar kabuğunda bulunan fenolik bileşiklerin su ile ekstraksiyonun gerçekleştirilmesi,
Ekstraksiyon işlemi üzerinde etkili olabilecek faktörlerin belirlenmesi, bu faktörler göz önüne alınarak cevap yüzey yöntemi ile optimum ekstraksiyon koşullarının tespit edilmesi,
Ekstrakte edilen fenolik bileşiklerin analizlerinin gerçekleştirilmesi, nar kabuğunun fenolik bileşiminin spesifik olarak belirlenmesi,
Fenolik bileşiklerin püskürtmeli kurutma yöntemi ile mikroenkapsülasyon işleminin gerçekleştirilmesi ve ürünlere ilave edilebilirliğinin belirlenmesi amaçlanmıştır.
1. BÖLÜM GENEL BİLGİLER
1.1. Fonksiyonel Gıdalar
Gıda teknolojisi ve beslenme biliminin gelişmesiyle birçok yeni gıda ürünleri geliştirilmiş, tüketicilerin talepleriyle bu ürünlerde fonksiyonel özellikler aranır olmuştur. Endüstrileşmiş ülkelerde özellikle Avrupa pazarında yüksek büyüme oranları ile fonksiyonel gıdalar on milyonlarca dolarlık ticari hacmi teşkil etmektedir [1,2].
Dünyadaki en önemli ve dinamik Pazar payının %50’den fazlasına ABD sahiptir [3].
Dünyada sağlıklı beslenme bilincinin gün be gün artmasına paralel olarak fonksiyonel gıdalar ve bu gıdalardaki fonksiyonel bileşenlerin önemi artmış ve bilim adamlarının gayretleriyle bu bileşenler üzerine yapılan çalışmaların sayısında önemli artışlar meydana gelmiştir. Bu türden gıdaların tüketiminin artmasında yaşam standartlarının gelişme göstermesi, sağlık hizmetlerinin artan maliyeti, yaşam kalitesini artırma istekleri gibi birçok parametre ile açıklanabilir. Belirtilen bu özelikleri sağlamada fonksiyonel gıdalar önemli roller üstlenmektedir [4].
Fonksiyonel gıdalar; tüketicilerin yaşamsal faaliyetlerini sürdürebilmeleri için gerekli olan temel besin maddelerinin yanı sıra sağlık üzerine olumlu etkiler gösteren, iyileştirici, hastalığın gelişimini durdurucu gıda veya gıda bileşenleridir [4].
Fonksiyonel gıda terimi ilk olarak 1980 yılında Japonya’da kullanılmış olup olumlu fizyolojik etkilere sahip özel bileşenlerce zenginleştirilmiş gıda ürünleri anlamına gelmektedir. 1984 yılında Japon bilim adamlarınca beslenme, duyusal memnuniyet, fizyolojik sistemlerin düzenlenmesi, desteklenmesi amacıyla teşvik edilmiştir [5].
Fonksiyonel gıdalara Japonların bu ilgisi Avrupa ve Amerika için zamanla bilinçlenme ve merak uyandırmıştır [6].
Enerji vermesine ilaveten sağlık üzerine olumlu etkileri nedeniyle son yıllarda fonksiyonel gıdalara ilgi artmaktadır. Fonksiyonel gıdalar; örneğin antioksidan, antidiyabetik, antimikrobiyal, antihipertansif (kan basıncını düşüren), antienflamatuar (iltihap önleyici), kemopreventif (kimyasalların zararlı etkilerini engelleyici), kemoterapötik (infeksiyon hastalıklarını tedavi eden) hastalıklara karşı etkilidirler [7,8].
1982-2012 yılları arasında fonksiyonel gıdalar üzerine yapılan “Science citation index”
kapsamındaki yayın sayılarına bakıldığında (Şekil 1.1), 2000 yılından sonra bu konu üzerine yapılan çalışmalarda büyük bir artış görülmektedir. Bu artış bilim insanlarının bu konu üzerindeki ilgisini yansıtan bir ölçüt olarak alınabilir.
Şekil 1.1. 1982-2012 yılları arasında “fonksiyonel gıdalar” üzerine yapılan “Science citation index” kapsamındaki yayın sayıları (*Erişim tarihi: 26.04.2012).
Gıdalarda fonksiyonel özellikler gösteren, insan sağlığı üzerine olumlu etkileri bulunan fenolik bileşikler, tioller, karetonoidler, tokoferoller gibi bileşenler üzerine birçok çalışma yapılmıştır. Çünkü bu bileşenler insan sağlığı için önemli olan serbest radikallerin kanser, kalp rahatsızlıkları, bağışıklık sistemi, beyin üzerindeki oksidatif etkilerinin azaltılmasında büyük rol oynarlar. Bu özelliklerinin yanında gıda teknolojisinde de üretim ve depolama aşamasında özellikle lipit peroksidasyonuna karşı kullanışlılığından dolayı çok önemli rol oynarlar [9,10].
1.2. Fenolik Bileşikler
Fenolik bileşikler bitkilerde doğal olarak bulunan maddelerdir. Bir veya daha fazla aromatik halkaya ve bu halkaya bağlı olmak üzere en az bir hidroksil grubu içeren organik bileşikler olarak tanımlanabilirler. Fenolik bileşikler bitkiler için karakteristik özellik gösterir, genellikle serbest halde olmayıp ester yada glikozit formda bulunurlar.
Birden fazla OH grubu içeren fenolik bileşikler hidrofilik özellik gösterirler ve su gibi çözücülerde kolayca çözünebilirler [11].
Meyve ve sebzelerin işlenmesi sürecinde arta kalan posa gibi yan ürünler biyoaktif bileşenlerce zengin olmalarına rağmen genellikle atılmakta ve değerlendirilmemektedir.
Örneğin elma posasının fitokimyasallarca değerli bir artık ürün olduğu belirlenmiştir [69]. Yapılan bir çalışmada ayçiçeği, kanola, beyaz hardal (Sinapis alba), krambe (Crambe abyssinica) gibi farklı bitkilerin yağlı tohumlarından elde edilmiş ekstraktların güçlü antioksidan aktivite gösteren doğal fenolik bileşikler olduğu belirlenmiştir [13].
Yapılan başka bir çalışmada meyan kökünün antioksidan özelliği ile serbest radikallerin neden olduğu rahatsızlıkların önlenmesi, bağışıklık sistemini desteklemesi, enfeksiyon hastalıklarına karşı vücudun direncine katkıda bulunması gibi özelliklere sahip bileşenler tespit edilmiştir [14].
Kırmızı pancarda bulunan fenolik bileşiklerin lipitlerin bozulmasını engellemede etkili olduğu ve fonksiyonel özelliğinden dolayı insanlardakanser riskini azalttığı, kalp-damar hastalıklarını engellemeye yardımcı olduğu görülmüştür [15]. Yeşil çayın, kırmızı şarabın tüketiminin de insan sağlığı üzerine birçok olumlu etkiler göstermesi yine sahip olduğu zengin fenolik bileşenler sayesindedir [16,17].
Fenolik bileşikler UV ışığı soğurduğu için özellikle 1970’li yıllarda geleneksel güneş kremlerinde kullanılmıştır fakat günümüzde deri döküntüleri ve sivilce oluşturduğu gerekçesiyle kullanımı azalmıştır [18].
1.2.1.Fenolik Bileşenlerin Sınıflandırılması
Fenolik bileşikler içerdikleri karbon atomu sayısına göre sınıflandırılmıştır. Nar kabuğu da büyük oranda tannin gruplarını içermektedir [18].
Tablo 1.1. Fenolik bileşiklerin sınıflandırılması [11].
Yapı Sınıf
C6 Basit Fenolikler
C6-C1 Fenolik asitler ve benzer bileşikler C6-C2 Asetofenonlar ve fenilasetik asitler
C6-C3 Sinnamik asitler, sinnamil aldehitler, sinnamil alkoller, kumarinler, izokumarinler ve kromonlar
C15 Kalkonlar, avronlar, dihidrokalkonlar, flavanlar, flavonlar, flavononlar, flavonoller, antosiyaninler, antosiyanidinler C30 Biflavoniller
C6-C1-C6, C6-C2- C6
Benzofenonlar, ksantonlar, stilbenler C6-C10-C14 Kinonlar
C18 Betasiyaninler Lignanlar,
Neolignanlar
Dimerler ve oligomerler Lignin Polimerler
Taninler Oligomerler ve polimerler Flobafenler Polimerler
1.2.1.1. Tanninler
Tanninler, çok sayıda yapısal formu bulunan, proteinleri bağlama özelliğine sahip, hayvan derilerinin tabaklanmasında kullanılan organik bileşiklerdir. Tanninlerin molekül ağırlığı polimerizasyon derecesine bağlı olarak 600-7000 arasında değişmektedir. Polimerizasyon derecesi arttıkça proteinleri çöktürme yetenekleri de artmaktadır ve renkleri sarıdan kahverengine dönüşmektedir [18]. Bitkisel tanninler, hidroliz olabilen tanninler ve kondanse tanninler olmak üzere 2 gruba ayrılır.
1.2.1.1.1 Kondense Tanninler:
Diğer adı proantosiyanidinler olan kondense tanninler, protein ve polisakkarit gibi diğer bitkisel polimerlerle bileşik oluşturabilen fenolik bileşiklerdendir. Polihidroksi flavan-3-
ol monomerlerinin C4-C8 veya C4-C6 bağı ile bağlanarak oluşturduğu dimer, oligomer ve polimerlerden oluşmaktadır. Sıcaklık ve asit ile müdahale edildiğinde antosiyanidinlere dönüşmektedir [19].
1.2.1.1.2 Hidrolize Olabilen Tanninler:
Hidrolize olabilen tanninler gallik asit türevleridir. Gallik asidin bir poliol çekirdeği ile esterleşmesi ve galloil gruplarının da esterleşerek veya okside olarak çapraz bağlı formlar oluşturması sonucu hidroliz olabilen taninler meydana gelmektedir [11].
Gallotanninler hidroliz olabilen taninler grubundadır ve çoklu hidroksil grupları içeren, 10-12 gallik asit ünitesinin bağlanmasıyla oluşurlar. Örneğin D-glukozun 5 gallik asit ile birleşmesi ile pentagalloilglukoz bileşiği oluşur. Ellagitanninlerde aynı şekilde hidrolize olabilen tannin grubu bileşenlerindendir. Kimyasal yapıları proantosiyanidinlerden farklılık gösterse de yüksek molekül ağırlıklı suda çözünen, proteinleri çöktürme özellikleri gibi ortak yönleri de vardır [11,18].
Nar kabuğunda bol miktarda bulunan punikalagin, punikalin, gallik asit, ellagik asit glikozitleri gibi bileşenler tannin grubu bileşenleri olup bu bileşenlerin analizleri kondense tanninler ve hidroliz olabilen tanninler miktarlarının toplamı olarak spektrofotometrik yöntemle belirlenebilir.
Şekil 1.2. Nar kabuğunda bulunan en önemli fenolik bileşenlerden olan punikalagin (A), punikalin (B) ve gallik asit (C) kimyasal yapıları [20].
Son yıllarda tanninler üzerine yapılan çalışmalarda artışlar gözlenmesine rağmen metabolizmadaki etkinliği tam olarak belirlenememiştir. Elma, alıç, armut, badem, üzümsü meyveler, arpa gibi birçok meyve, sebze ve tahıl ürünlerinde tanninler bol miktarda bulunmaktadır [18].
1.3. Nar
Latince Punica granatum olarak adlandırılan nar meyvesi tarihte ilk olarak Romalı tarihçi Büyük Pliny’in “natural history” adlı kitabında kartaca elması olarak geçmektedir. Punica cinsinin punica granatum ve sadece Yemende bulunan Punica protopunica olmak üzere iki üyesi vardır. Nar (Punica granatum), Punicaceae familyasından yabani olarak yetişen kırmızı renkte, çiçekli, dört köşe dallı, dikenli, 2-5 metre boylarında bir ağaç meyvesidir [21].
Şekil 1.3. Nar (Punica granatum) (Wikipedia).
Nar (Punica granatum), Punicaceae familyasından yabani olarak yetişen kırmızı renkte, çiçekli, dört köşe dallı, dikenli, 2-5 metre boylarında bir ağaç meyvesidir. Nar ağacı tropik iklimlerde yapraklarını dökmeyen subtropik iklimlerde döken, olgunlaşması genellikle ağustos sonuna denk gelen, yarı kurak bölgelerde ilave sulamaya ihtiyaç duymadan yetişebilen, bol güneşi ve killi toprağı seven bir bitkidir. Meyveleri üstten hafif basık küre şeklinde önceleri yeşil sonradan kırmızımsı renk kazanan, kabuğu derimsi, çok tohumlu bir meyvedir [21].
Nar üzerine yapılan çalışmalarda narın tatlı, ekşi, mayhoş olmak üzere 3 pomolojik gruplandırması yapılmıştır. Tatlı narlar; orta irilikte kabuğu ince, daneleri sarı-beyaz- pembe renkte, meyvesi iri, küçük çekirdekli ve suludur. Ekşi narlar, küçük meyveli,
kabuğu kalın, büyük oranda kırmızı, daneleri küçük, iri ve sert çekirdeklidir. Mayhoş narlar çok iri meyvelidir ve tatlı ile ekşi narların özelliklerini kısmen taşımaktadırlar.
Ancak bu özellikler genel olduğundan dolayı gruplar kesin olarak birbirinden ayrılamazlar [22].
Nar antik çağlardan günümüze önemi gün be gün artmış “ilacın kendisi” olarak nitelenen kültürlerin dinlerin sembolü olan önemli bir meyvedir. İngiltere’deki bazı sağlık kuruluşları armalarında nar figürlerini kullanmaktadırlar. Birçok ülkede de sanat yapıtlarında bolca kullanılan nar, geçmişten günümüze Çin medeniyetinde bereketin, doğurganlığın sembolü olup Zerdüştlük, Budizm gibi dinlerde kutsal meyve olarak görülmektedir. Hıristiyanlık dininde dirilişi, evrensel kiliseyi, Yahudilikte din adamlarının elbise motiflerinde bulunup bereketi, doğruluğu sembolize etmektedir [23].
İslam da ise sınırlı sayıda meyvenin adının geçtiği Kuran-ı Kerimde nar kelimesi 3 ayette geçmektedir. Rahman suresi 68. ayette, En’am suresinin 99 ve 141. ayetlerinde narın Allah’ın büyük nimetlerinden olduğu vurgulanmaktadır.
Nar üzerine yapılmış olan ve Web of Science veritabanında derlenmiş olan bilimsel çalışmalara bakıldığında 2000’li yıllardan sonra hızlıca artan bir ilgi ile bilim çevrelerinin bu meyve üzerine yaptıkları çalışma sayıları görülmektedir (Şekil 1.4).
Şekil 1.4. 1982-2012 yılları arasında “nar” üzerine yapılan “Science citation index”
kapsamındaki yayın sayıları (*Erişim tarihi: 30.05.2012).
1.3.1. Nar Üretim İstatistikleri
Nar, dünyada İran, Amerika, Türkiye, Mısır, İtalya, Hindistan, Şili ve İspanya gibi farklı mikroiklim alanları ile subtropikal ve tropikal bölgelerde yetişmektedir. Dünyada
%47’si İran’a ait olmak üzere yaklaşık olarak 2,000,000 ton nar üretilmektedir. Şekil 1.5’te 2007-2008 yılları arası dünya nar üretim istatistiklerine bakıldığında 870000 ton üretim yaparak önde olan İran 2007 yılında 36 milyon dolar tutarında ihracat yapmıştır.
Bu ülkede kişi başına düşen nar tüketimi yıllık 7-8 kilogramdır (FAO/WHO, 2010).
Dünyadaki 2007-2008 yıllarında nar üretimi için ekim yapılan alanların miktarında da İran’ın üstünlüğü bulunmaktadır (Şekil 1.6).
Şekil 1.5. 2007-2008 yılları dünya nar üretiminde öncü ülkeler (bin ton) (FAO/WHO, 2010).
Şekil 1.6. 2007-2008 yılları dünya nar ekimi yapılan alan bakımından öncü ülkeler (hektar) (FAO/WHO, 2010).
Ülkemizde ise son yıllarda nar üretiminde ciddi artışlar gözlenmiştir. Türkiye İstatistik Kurumundan alınan verilere göre 1988 yılında ortalama 45000 ton olan nar üretim miktarı 2011 yılında 217500 ton rakamına ulaşmıştır (Şekil 1.7). Özellikle Akdeniz
bölgesinde diğer bölgelere göre daha fazla nar üretimi için ekim alanları oluşturulmuştur (TÜİK, 2011). Antalya, Denizli, Mersin, Muğla en çok nar üretimi yapılan şehirlerimizdir.
Şekil 1.7. 2001-2011 yılları Türkiye’deki nar üretim miktarları (bin ton) (TÜİK, 2011).
1.3.2. Nar Ürünleri
Nar meyvesinin son yıllardaki işleme, depolama, taşıma alanlarındaki teknolojik gelişmeler ve gıda teknolojisindeki alternatif arayışlar sonucu gün be gün değeri artmıştır. Narın yenilebilir kısımları tüm meyvenin yaklaşık olarak %52’sini teşkil etmektedir. Yenilebilir kısımların %78’si nar suyu geri kalan kısım ise odunsu yapıdaki çekirdekten oluşmaktadır. Nar meyvesi genellikle sofralık olarak taze tüketilmektedir.
Sofralık olarak tüketilemeyen narın kırmızı ve ekşi çeşitleri özellikle Güneydoğu Anadolu bölgesinde olmak üzere nar ekşisi, nar pekmezine işlenmektedir. Bu ürünler ise yemek sosu olarak, meyve suyu, nar reçeli, nar şarabı, nar konservesi ve şekerleme gibi ürünlerde de kullanılmaktadır [22].
Nar ekşisi narın preslenmesi ile elde edilen suyuna şeker ilave etmeksizin kaynatma yoluyla yapılmaktadır. Nar suyunda genellikle bulanıklık oluşması filtrasyon, durultma işlemleri ile giderilebilmektedir. Nar konsantrelerinin birçok olumlu özelliklerinin yanında viskoz, yapışkan olmasından dolayı taşınması, tartılması, diğer ürünlerle karıştırılmasında sorunlar gözlemlenebilmektedir [22].
Eski çağlardan beri narın tedavi edici, ishal kesici, tenya düşürücü, mikrop öldürücü, bağışıklık sistemini güçlendirici özellikleri bilinmektedir. Yapılan çalışmalarda nar
suyunun antioksidan kapasitesinin, fenolik içeriğinin, organik asit içeriğinin yüksek olduğu, kandaki kolesterol seviyesini ayarladığı, kan basıncını düşürdüğü, damar tıkanıklığını önlediği, meme kanseri riskini azalttığı belirlenmiştir [24]. Fareler üzerine yapılan bir çalışmada nar suyu verilen farelerdeki prostat kanser hücrelerinde ilerleme hızının yavaşladığı, damar plaklarının ve tıkanıklığının %44 oranında gerilediği, tansiyonu düzenlediği belirlenmiştir [25].
Literatürdeki meyve ve sebzelerin antioksidan kapasitesi üzerine yapılan çalışmalar nar kabuğunun yüksek antioksidan özellik gösteren fenolik bileşikler içerdiğini göstermektedir. Yapılan bir araştırmada nar kabuğunun nar çekirdeğine göre 114 kat, elma kabuğuna göre 5, kırmızı şarap ve yeşil çaya göre 3 kat yüksek oranda antioksidan bileşikler bulundurduğu rapor edilmiştir [12,17]. Nar kabuğundan yapılan ekstraktlar üzerine yapılan çalışmalarda genellikle antioksidan özelliği, fenolik içeriği üzerine yoğunlaşılmıştır. Bir çalışmada nar kabuğunun özellikle 800-850 mg/kg konsantrasyonunda ayçiçeği yağının stabilitesini arttırdığı bulunmuştur [26]. Nar kabuğundan metanol, etanol, aseton ve bu üç solvent ile suyun belli oranlarda karıştırılmasıyla elde edilerek yapılan ayrı ayrı ekstraksiyon işlemleri sonrası metanol, etanol, aseton ve su karıştırılarak ile elde edilen solvent karışımından alınan ekstraktlar diğer solventlere göre daha fazla antioksidan özellik gösterdiği bulunmuştur [27]. Alıç, kivi, mandalina, limon gibi 28 meyvenin kabuklarındaki antioksidan aktivite gösteren bileşenlerin incelendiği bir çalışmada nar kabuğundaki bileşenlerin diğer meyve kabuklarındaki bileşenlere göre en az 3 kat daha fazla antioksidan özellik gösterdiği belirlenmiştir [28]. Nar kabuğunun farklı kültürlerinin tanin içerikleri ile ilgili yapılan bir çalışmada %10-18 oranında tannin içeriğinin farklılık gösterdiği görülmüştür [29].
Nar kabuğunun depolanmasındaki büyük sorunlardan birisi olan esmerleşme reaksiyonlarının olumsuz etkilerini elimine etmek amacıyla belli pH aralığında CO2, O2, N2 gazlarının varlığı ve sıcaklık opsiyonlarının kontrolü ile depolama süresinin 120 güne çıkarılabildiği belirlenmiştir [30].
Nar kabuğundan farklı solventler denenerek elde edilen ekstraktların fenolik içeriklerinin karşılaştırıldığı bir çalışmada metanol ile elde edilen ekstraktın daha fazla fenolik içerdiği tespit edilmiştir [31]. Fareler üzerinde yapılan bir çalışmada ise günlük diyetlerine eklenen nar kabukları ile mevcut fenolik içeriğinden dolayı katalaz,
peroksidaz gibi reaktif oksijen türlerinin etkinliğini engelleyen enzimleri destekleme özelliğine sahip olduğu belirlenmiştir [32].
1.4. Ekstraksiyon İşlemi
Bitkilerde bulunan bileşenlerin analizinde ilk basamak ekstraksiyon işlemidir. Bu işlem hızlı, kolay, ucuz olmalıdır. Ekstraksiyon işlemi katı veya sıvı fazda bulunan bir veya daha fazla bileşiğin çözünürlük özellikleri kullanılarak diğer bir sıvı faza alınması işlemine denir. Bütün ekstraksiyon teknikleri hedef bileşenlerin tek bir fazda çözünmesi, konsantre edilmesi prensibine dayanır [11,36].
Geçmişten günümüze kullanılan ekstraksiyon tekniklerinin geliştirilmesi yönünde çalışmalar mevcuttur. En çok kullanılan ekstraksiyon metodu yavaş, çok fazla solvent gerektiren, ekstraksiyonda kısmen yetersizlik gösterebilen Soxhlet ekstraksiyon tekniğidir [33]. Bu gibi sınırlayıcı etkiler nedeniyle yeni ekstrasiyon teknikleri geliştirilmeye çalışılmaktadır. Düşük örnek miktarına gereksinim duyma, ekstraksiyon işleminin veriminin arttırılması, düşük çözgen sarfiyatı, çevreye zararın azaltılması gibi eğilimler yeni geliştirilen ekstraksiyon tekniklerine temel teşkil etmektedir. Yeni geliştirilen teknikler olarak mikrodalga yardımlı ekstraksiyon, süper kritik akışkan ekstraksiyonu, basınçlı çözücü ekstraksiyonu gösterilebilir [34].
Katı örneklerdeki organik bileşiklerin elde edilmesi bu organik bileşenlerin örnekten desorpsiyonu ve uygun bir çözücü ile çözülmesi ile gerçekleştirilir. Bu organik bileşiklerin katı örneklerden ekstraksiyonu büyük ölçüde çözücünün tipine, sıcaklığına, basıncına bağlıdır. Bu parametrelerin yanında analitin iç matriksten çözücüye geçmesi olarak nitelenen kütle transferini kolaylaştıracak şekilde çözücünün düşük vizkoziteye sahip olması, örneğin partikül boyutunun küçük olması, karıştırma işlemleri ekstraksiyon işlemini kolaylaştırır. Kütle transferinde bileşenlerin matriks etkisinden dolayı tutuklu kalması veya yüzeyde kuvvetli bağ oluşturması ekstraksiyonunu zorlaştırır. Mevcut parametrelerin optimum olduğu noktada örnekten elde edilmek istenen bileşen en yüksek düzeyde verimle kazanılabilir [11,36].
Yüksek sıcaklık uygulamaları bileşenlerin bulunduğu katı maddelerden ekstraksiyonunu zorlaştırabilen van der Waals bağları, hidrojen bağlarının kırılmasını sağlaması ile bileşenlerin çözücü ile temasını kolaylaştırması yanında, ürün bileşimine de zarar
verebilmektedir. Yüksek basınç uygulamaları ise çözücünün örnek matriksine daha iyi nüfuz etmesini sağlayabilmektedir [35]. Partikül boyutunun aşırı küçük olması ekstraksiyon işlemi sırasında hedef bileşenler dışında istenmeyen bileşenlerinde ekstrakta karışmasına neden olabilmektedir.
Ekstraksiyon işlemine hazırlanmış katı örnekten istenen bileşeni ekstrakte etmek için uygun bir çözücü ilave edildiği zaman örnekteki bileşenler çözücü içerisine nüfuz etmeye başlar. Bir süre geçtikten sonra iki faz arasında denge oluştuğundan dolayı kütle transferinin yavaşladığı ve zamanla durduğu gözlenir [36].
1.4.1 Ekstraksiyon işlemi için kullanılacak çözücülerin seçimi
Ekstraksiyon işlemini gerçekleştirmek için çözücü olarak yoğun şekilde kullanılan su, dietil eter, petrol eteri, hekzan, etanol, metanol, aseton, etil asetat gibi birçok alternatif vardır.
İdeal bir çözücünün vizkozitesinin düşük, ekstrakte edilecek bileşene karşı özgün, çözgenlik özelliğinin yüksek, ısıl işleme dayanıklı, toksik ve patlayıcı olmayan, bunun yanında ekonomik ve çevreye zararı olmayan özelliklere sahip olması gerekir [37].
Fenolik bileşiklerin sahip olduğu yapısal farklılıklar bu bileşenlerin ekstraksiyonunda belli bir metot geliştirmeye engel olmuştur. Fenolik bileşiklerin karbonhidrat, protein ve diğer komponentleri ile birlikte serbest, konjuge, polimerik formda bulunması ekstraksiyonda kullanılan çözgenleri etkilemektedir. Ayrıca fenolik bileşiklerin stabilitesi de büyük farklılıklar göstermektedir. Bazı bileşenler sıcaklıktan çok kolay etkilenirken, oksidasyona dayanıksızdırlar. Bu gibi durumlarda örneğin matriksi ile bağ yapısından dolayı farklı polarite özelliği göstermesi belli bir çözgen ile istenen tüm bileşenlerin ekstraksiyonunu güçleştirmektedir. Bu zorluklar ekstakte edilecek bileşene göre örneğin hazırlanma sürecinin doğru tayin edilmesi ve uygulanması gerektiğini göstermektedir [38].
1.4.2 Katı-sıvı ekstraksiyon işlemi
Katı sıvı ekstraksiyon teknikleri doğal bileşenlerin bitkilerden elde edilmesinde yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu işlem genel olarak bir katıya nüfuz eden seçici bir
çözgenin kütle transferi yoluyla katıdan istenen bileşen veya bileşenleri çözmesi ve ayırması ile gerçekleşir [11,36].
Katı sıvı ekstraksiyonunu verimini çözücünün yapısı, katı maddenin partikül boyutu, sıcaklık, basınç, ekstraksiyon süresi, katı partikülün nem oranı, döngü sayısı gibi parametreler etkilemektedir [36].
1.5. Deneme Tasarımı ve Cevap Yüzey Yöntemi
Deneme tasarımları bilimsel araştırmalarda ve endüstride birçok farklı amaçla kullanılmaktadır. Deneme tasarımlarının temel amacı bağımlı değişkene etkisinin olabileceği varsayılan tüm faktörlerin dikkate alınarak yapılan denemenin hata katsayısını en düşük seviyeye çekmektir. Bilimsel araştırmalarda bağımlı değişkene etki edebilecek faktörlerin bu etkisinin istatistiki manada anlamlı olup olmadığı tespit edilmeye çalışılır. Endüstride ise bu yöntem kullanılarak maliyeti yükseltmeden sistemlerin performanslarının iyileştirilmesi, proseslerin verimlerinin arttırılması amaçlanmaktadır [39,41].
Cevap yüzey yöntemleri ilk olarak 1951 yılında kimya mühendisliği araştırmalarında optimizasyon çalışmaları amacıyla Box ve Wilson tarafından tasarlanmıştır. Bu istatistiksel çalışmalar endüstriyel proseslerin gelişiminde büyük bir yenilik ve bakış açısı kazandırmıştır [39].
Cevap yüzey yöntemi, ürün ve proses tasarımında, bu tasarımların geliştirilmesinde, optimizasyonunda, belirsizlik analizlerinde kullanımının yanı sıra gıda bilimi ve teknolojisi alanında ise fırında pişirme, osmotik dehidrasyon, kurutma, kavurma, ekstraksiyon, ekstrüzyon, pastörizasyon ve biyoteknolojik işlemler, enzim üretimi, fermantasyon gibi birçok alanda araştırmacılar tarafından sıkça tercih edilmektedir [39].
Genel olarak bakıldığında gıda üretim proseslerinde ve araştırmalarında bu yöntemin kullanımı diğer mühendislik dallarına göre geride kalmıştır. Bunun en önemli sebeplerinden birisi gıda maddelerinin fizikokimyasal karakteristik özelliklerinin karmaşık olması ve bu özelliklerin modellenmesinin zor olmasıdır [41].
Cevap yüzey yönteminin ilkesi bir dizi istatistiki ve matematiksel tekniklerin arka arkaya uygulanması ve her bir aşamada elde edilen cevapların sonraki aşamalarda kullanılması oluşturmaktadır. Cevap yüzey yöntemi genel olarak tanımlanacak olursa
deneme tasarımlarının ve modellerinin oluşturulması, etkili faktörlerin değerlendirilmesi, istenen sonuçlar için optimum parametrelerin belirlenmesi amacıyla istatistiki tekniklerin kullanıldığı bir yöntemdir şeklinde tanımlanabilir [42].
Cevap yüzey yöntemi faktörlerin elenmesi aşaması, mevcut faktörlerin irdelenmesi ve optimizasyon aşamalarından oluşur. Bu yöntem ile önem arz etmeyen faktörlerin elenmesi model regresyon modelinin oluşturulmasıyla hazırlanır. Bağımlı değişkene herhangi bir faktörün etkisinin yada interaksiyon etkisinin ne kadar önemli olduğu regresyon katsayıları yardımıyla belirlenir. Elde edilmek istenen performans ölçütleri ve bu ölçütler üzerinde etkili olabilecek faktörlerin ve değişkenlerin öncelikle belirlenmesi gerekir. Klasik deneme tasarımlarında diğer faktörler sabit tutulmak üzere bir faktörde değişim yapılarak o faktörün sistem üzerindeki etkisi incelenir. Genellikle proseslerde fazla sayıda faktör olacağından dolayı bu faktörlerden önemsiz olanlar matematiksel modellerin yardımıyla ön denemelerle elenmesi araştırmanın sonraki aşamalarını kolaylaştırır. Bu tasarımlarda faktörlerin alt (-1) ve üst (1) olmak üzere 2 seviyesi kullanılır. Eğer deneme tasarımındaki bir parametrenin cevapları çokça tekrarlanırsa, deneysel verilerin ve model tahmininin arasındaki fark ile modelin doğruluğu tespit edilebilecektir [43]. Regresyon analizinin sonuçlarına göre oluşturulan model ile belirli sayıda olan ve istatistiki anlamda önemli olan faktörler belirlendikten sonra bu faktörlerin modelle uyumunun, çalışma aralığının belirlenmesi gerekir [44].
Cevap yüzey yönteminin bazı avantaj ve dezavantajları vardır. Avantajları;
Daha az deney yaparak daha fazla bilgi sahibi olma imkanı vermesi
Bağımsız değişkenlerin birbiri ile etkileşimlerinin incelenmesini sağlaması
Sistemin matematiksel bir model ile tanımlanmasından dolayı bağımlı değişken ile bağımsız değişken arasındaki bağlantıyı matematiksel bir modelle ifade etmesi
avantajları olarak görülürken bu yöntemin dezavantajı ise oluşturulan matematiksel modellerin doğrusal olmayan sistemleri açıklayamaması, hiperbolik, simetrik olmayan fonksiyonları modelleyememesidir [45].
1.5.1. Box-Behnken Deneme Planı
Box ve Behnken tarafından 1980 yılında ortaya çıkarılan bu deneme planında ikinci dereceden modellerin oluşturulması amaçlanmıştır. Oluşturulan modelde yer alacak
faktörler en az üç düzeyli olmalıdır. Faktörlerden birisinin düzeyi sabit tutulup, diğer faktörlerin tüm parametrelerinin kombinasyonları uygulanır. Aynı işlemler başka bir faktörün sabit tutulup diğer faktörlerin kombinasyonlarının uygulanması ile devam eder (Tablo 1.2).
Tablo 1.2. Üç faktörlü Box-Behnken deneme planı.
Deney X1 X2 X3
1 -1 -1 0
2 1 -1 0
3 -1 1 0
4 1 1 0
5 -1 0 -1
6 1 0 -1
7 -1 0 1
8 1 0 1
9 0 -1 -1
10 0 1 -1
11 0 -1 1
12 0 0 0
Kontrol 0 0 0
Şekil 1.8. Box Behnken deneme tasarımı grafiksel gösterimi.
1.5.2. Merkezi Tümleşik Dizayn Deneme Planı
Merkezi tümleşik deneme planı ikinci dereceden bir cevap yüzey modelini oluşturmak için kullanılan en yaygın yöntemlerdendir. Bu deneme planı ile oluşturulan modelin en az üç düzeyli olması gerekir. İki bağımsız değişken ile oluşturulan bu tasarım bir daire
çevresinde eşit uzaklıktaki sekiz nokta ile merkezinde bir veya daha fazla noktalardan meydana gelmektedir. Üç bağımsız değişken olması durumunda ise bir kürenin çevresinde eşit uzaklıkta 14 nokta ve merkezde de bir veya daha fazla noktalardan oluşur [45].
Şekil 1.9. Merkez tümleşik tasarım grafiksel gösterimi.
1.5.3. Yüzey Merkezli Merkezi Tümleşik Dizayn Deneme Planı
Yüzey merkezli tasarım, iki faktörlü bir tasarım için eksen noktalarının kare kenarlarının orta noktalarına yerleştirilmesiyle oluşur. Merkezi tümleşik tasarım ile çalışılmak isteniyor fakat istenen aralık dışında mevcut bulunan dört nokta daha bulunmasından dolayı tercih edilmiyorsa yüzey merkezli tasarımın kullanımı daha uygundur [45].
Şekil 1.10. Üç faktör için yüzey merkezli merkezi kompozit dizayn grafiksel gösterimi.
1.5.4. Optimizasyon
Optimizasyon işlemi, prosesin belirlenen hedeflere göre bağımsız değişkenlerinin birbiri ile olan etkileşimleri ve bu bağımsız değişkenlerin cevaba olan etkilerinin belirlenerek
bir araya getirilip uygulanmasıdır. Bu işlemde sistemi karakterize eden tüm yanıtların bir arada değerlendirilmesi gerekliliği işlemi karmaşıklaştırmaktadır. Bu şekilde tek yanıtlı ve çok yanıtlı optimizasyon problemlerinin çözümünde farklı teknikler kullanılmaktadır [41].
Model içinde yer alan bağımsız değişkenlerden her birinin kısmi türevleri alınarak sıfıra eşitlenmesi ile denklem sistemi çözülebildiği gibi matris yardımıyla da tek yanıtlı sistemler çözülebilir. Çok yanıtlı optimizasyon problemlerinin çözümünde ise lineer olmayan programlama, sistemden alınan cevapların izohips eğrilerinin çizimi ve desirability (istenen hedefe ulaşma) fonksiyonu yaklaşımları kullanılabilir. Yanıtların izohips eğrileri ile üst üste yerleştirilmesi bir bağımsız değişken merkezdeyken diğer değişkenlerin sonsuz sayıdaki kombinasyonlarını vermektedir. Katsayılara bağlı olarak izohips eğrileri dairesel, eliptik veya eğri şeklinde olabilir maksimum nokta için izohips eğrisi Şekil 1.11’ de görülmektedir. Çizilen bu eğrinin dairesel olması, değişkenler arasındaki etkileşimin ihmal edilebilir olduğunu, elips şeklinde ise yüzeydeki iç etkileşimin önemli olduğu anlamına gelir. Ancak bağımlı ve bağımsız değişkenlerin sayısının artması bu eğri ile tespitlerin zorlaşmasına neden olmaktadır. Sistemden alınan yanıtların farklı skalalarda olması da aynı şekilde bu yöntemin kullanılırlığını sınırlamaktadır [39,41].
Şekil 1.11. Maksimum nokta için yanıt yüzey grafiği ve izohips eğrileri.
1.5.5. Desirability Fonksiyonu
Desirability (istenilen hedefe ulaşma) fonksiyonu sistemin verdiği tüm cevapların tek bir fonksiyon altında toplanması ve bu fonksiyonun istenen cevaplara göre maksimize edilmesidir. Bu fonksiyonun avantajları, farklı skalalara sahip yanıtların incelenebilmesi, tüm yanıtların tek bir fonksiyona dönüştürülebilmesi, kalitatif-kantitatif yanıtların kullanılabilmesi olarak sıralanabilir. Desirability fonksiyonu için tüm yanıtları 0 ile 1 arasında değişen tek bir yanıt indeksidir denilebilir. Herbir yanıt ayrı ayrı hesaplanır ve elde edilen tüm fonksiyonların geometrik ortalamaları alınarak tek bir Desiability fonksiyonu elde edilir. Bu fonksiyonun kullanımı ile sonucun 1’e yaklaşması belirlenen kriterlerin sağlanmış olduğunu ifade eder [41].
1.6. Püskürtmeli Kurutma Yöntemi
Püskürtmeli kurutma işlemi gıda, ilaç, seramik, polimer, tekstil gibi birçok endüstride kullanımı yaygındır. Özellikle gıda alanında süt, yoğurt, bebek mamaları, yumurta, kahve, meyve ve sebze suları, çay, kahve, peynir altı suyu, gibi birçok gıdanın ve gıda bileşenlerinin kurutulmasında kullanılan bir yöntemdir [41].
Püskürtmeli kurutma tekniği üzerine yapılan Web of Science veritabanındaki bilimsel çalışmalara bakıldığında Şekil 1.12 ‘de görüldüğü üzere 2000’li yıllardan sonra büyük bir artış görülmesi bilim çevrelerinin bu yöntem üzerine ilgisini yansıtmaktadır.
Şekil 1.12. 1982-2012 yılları arasında “püskürtmeli kurutma” üzerine yapılan “Science citation index” kapsamındaki yayın sayıları (*Erişim tarihi: 28.05.2012).
Püskürtmeli kurutma, sisteme beslenen bileşenleri sıcak hava ortamında püskürterek kuru toza dönüştüren bir kurutma işlemidir. Bu işlem kurutulacak numunenin sıcak havaya maruz bırakılarak atomize edilip, yüzey alanının genişletilmesi ve mevcut suyun buharlaştırılıp hızlı bir şekilde kurutulması ile gerçekleşir. Püskürtmeli kurutucuya pompalanan numune atomizer ile küçük damlacıklar halinde püskürtülür ve sıcak hava akımı ile temas etmesi sağlanır. Sıcak hava teması damla yüzeyindeki nemin buharlaşmasını sağlar. Bu anda damlacık yüzeyindeki sıcaklık yaş termometre sıcaklığıdır. Damlacıktan suyun uzaklaştırılması yüzeydeki nemin difüzyon hızına bağlıdır ve sıcak hava ile temas süresi uzadıkça yüzeyde kuruma olduğundan nem difüzyonu azalır. Kuruyan tanecikler belli bir çıkış sıcaklığında sistemi terk ederek toplama kabına yönlenir [22,44,46].
Şekil 1.13. Püskürtmeli kurutucunun şematik gösterimi.
Püskürtmeli kurutma tekniği ile çok hızlı kurutma yapılmaktadır ve gayet muntazam küre şeklinde granüller elde edilmektedir. Granüllerin büyüklüğü atomizerin çalışma şekline, sıvının kuru madde miktarına, vizkozitesine, yoğunluğuna ve sisteme besleme hızına bağlıdır.
Püskürtme işleminin hızlı olması sıcaklığın örneği kurutması için yetersiz kalmasına neden olabilirken, sıvının kuru madde miktarının az olması hava ve enerjinin aşırı sarfiyatına, fazla olması ise püskürtmede ve kurutma işlemlerinde sorunlara yol açabilmektedir. Örneğin viskoz, yoğun bir yapıya sahip olması aynı şekilde püskürtme ve kurutma işlemlerini olumsuz etkilerken, kurutma sıcaklığının fazlalığı ürün
bileşimine zarar vermekte, verimi çok etkilemese de ürünün çıkış sıcaklığını yüksek tutmaktadır. Kurutma işleminde düşük sıcaklık uygulamaları kurutma işleminin tam olarak yapılamamasına neden olmakta ve verimi düşürmektedir [44].
Şekil 1.14. Mikroenkapsülasyon işleminin şematik gösterimi [47].
1.6.1 Kurutma İşlemi Sırasında Kütle ve Isı Transferi
Kurutma işleminin olduğu bölümde hava akışının yönü, modeli örnekten ayrılan nemin miktarını, granüllerin temas ettiği maksimum sıcaklığı dolayısıyla kurutma işlemini doğrudan etkilemektedir [44].
1.6.1.1. Paralel Akım
Paralel akım modelinde, atomizer cihazı ile sıcak hava dağıtan bölüm birbirine yakındır.
Atomizer de oluşturulan damlacıklar hemen sıcak hava ile temas ederken, damlacıktan nem uzaklaştıkça soğuk hava ile temas olmaya başlar. Sıcak hava ile temas sırasında nemin buharlaşması soğumaya neden olduğundan çıkış sıcaklığı bir miktar düşer [44].
1.6.1.2. Ters Akım
Ters akım modelinde atomizer üstte bulunurken sıcak hava akımı aşağıdan sağlanır ve püskürtme başladığında atomizer tarafından sağlanan damlacıklar nispeten düşük bir sıcaklıktaki hava ile temas ederler. Damlacıklar nem kaybetmeye başladıkça daha yüksek sıcaklıktaki havaya maruz kalırlar ve ürünün çıkış sıcaklığı yüksek olur [44].
Yüksek iç sıcaklık taneciklerde bozulmaya neden olabileceği için örneğin ve kaplama maddesinin ısı duyarlılığı göz önünde bulundurulmalıdır.
1.6.1.3. Karışık Akım
Karışık akım modelin doğru ve ters akım modellerinin birleşimidir. Çoğunlukla fıskiye tipinde kurutucular olarak aşağıda atomizer üstte ise sıcak hava akımı girişi vardır.
Püskürtülen ürün gitgide ısınan hava ile temas eder ve bir süre sonra aşağıya doğru hareketlenerek ısısını bir miktar kaybederek ürün toplama kısmında toplanır [44].
1.7. Mikroenkapsülasyon
Katı, sıvı veya gaz formundaki bir maddenin yada karışımın başka bir madde ile kaplanması işlemine enkapsülsayon, katı, sıvı veya gaz olarak bulunan bu bileşenlerin ince film tabakaları yada polimer kapsüller yardımı ile minyatür kapsüllerin içerisinde alıkonması işlemine dayanan fiziksel işlemeye ise mikroenkapsülasyon denir [48].
Mikroenkapsülasyon tekniğinde kullanılan ve mikroenkapsül olarak adlandırılan minyatür kapsüller mikrometre büyüklüğünden birkaç milimetreye kadar değişmektedir.
Literatürdeki çalışmalara bakıldığında mikroenkapsüllerin şekilleri genel olarak küreye benzemekte, yarı geçirgen, hafif, kaplanan materyali çevreleyen özelliktedir [48,51].
Mikroenkapsülasyon işlemi akışkan yataklı kurutma, ekstrüzyon, püskürterek kurutma, faz ayrımı (kuazervasyon), lipozom tutuklama, döner süspansiyon seperasyon yöntemi, inklüzyon kompleksi oluşturma, kristalizasyon, püskürterek kurutma gibi yöntemlerle yapılabilir. Bu yöntemler ayrı ayrı yapılabildiği gibi modifikasyonlarla birlikte de uygulanabilir [49]. Mikroenkapsülasyon üzerine yapılan Web of Science veritabanındaki bilimsel çalışmalara bakıldığında Şekil 1.15 ‘te görüldüğü üzere yıldan yıla artış görülmektedir.
Şekil 1.15. 1982-2012 yılları arasında “mikroenkapsülasyon” üzerine yapılan “Science citation index” kapsamındaki yayın sayıları (*Erişim tarihi: 28.05.2012).
Gıda endüstrisinde mikroenkapsülasyon uygulamaları büyük önem kazanmıştır.
Mikroenkapsüle edilecek bir gıda veya gıda bileşeninin ışık, oksijen, su gibi çevre koşulları ile etkileşimini azaltmak,
Bu gıda maddesinin başka ürünlere ilavesini kolaylaştırmak
Buharlaşmasını engellemek,
İlave edileceği başka bir gıda yada gıda bileşenin lezzetini değiştirmek yada maskelemek,
Katılacağı ortamda homojen dağılımı sağlamak, mikroenkapsülasyonun avantajları olarak sayılabilir [51].
Meyve ve sebzelerde bolca bulunan antioksidan, antimikrobiyal maddeler, yağ asitleri, lutein, likopen, mineraller, probiyotik özellikli maddeler, fitosteroller, renk maddeleri gibi biyoaktif bileşenler ve bu bileşenlerce zenginleştirilmiş fonksiyonel gıdaların işlenmesinde teknolojik zorlukların bulunması mikroenkapsülasyon işleminin tercih edilebilir ve uygun bir yöntem olarak kullanılmasını sağlamaktadır. Mikroenkapsüle edilmiş doğal renk maddeleri ile ilgili yapılan bir çalışmada, renk maddelerinde görülen bozulma reaksiyonlarının önemli ölçüde azaldığı ve raf ömrünün arttığı sonucuna varılmıştır. Kürlenmiş kırmızı et pigmentlerinin enkapsülasyonu ile et ürünlerindeki renk stabilitelerinin korunduğu belirlenmiştir. Havuç karotenlerinin mikroenkapsülasyonu ile stabilitesinin incelendiği bir çalışmada, havuç suyunun dayanımının büyük bir oranda arttırıldığı ve ışığın etkisinin elimine edildiği bulunmuştur [50].
Peynir, yoğurt, krema gibi fermente süt ürünlerinde kullanılan laktik asit bakterilerinin özellikle laktobasil, bifidobakter cinsleri probiyotik süt ürünleri üretiminde mikroenkapsülasyon işlemi yaygın olarak kullanılmaktadır [49]. Peynirler üzerine yapılan bir çalışmada, peynirin kalite kriterleri olan tat ve aroma bileşenlerinin gelişimi ve bu bileşenlerin belirli düzeyde korunmasında mikroenkapsülasyon tekniğinin önemli bir yeri olduğu tespit edilmiştir. Dondurma üzerine yapılan bir çalışmada ise laktik asit bakterilerinin dondurma ve depolama işlemleri sırasında serbest bakteri hücrelerine göre daha uzun yaşadıkları ve aktivite gösterebildikleri saptanmıştır. İnsan beslenmesinde önemli yeri olan süt yağının süt ürünleri içerisinde bozulma eğiliminde olması nedeniyle dayanıklılığının ve dolayısıyla raf ömrünün arttırılması amacıyla
