Search

Hidrogelovi predstavljaju polimerne mreže sa hidrofilnim osobinama, sposobne da apsorbuju velike količine vode, uz povećanje svoje zapremine. Geliranje se može izvesti fizičkim ili hemijskim tipovima umrežavanja polimernih lanaca, koji mogu da vode poreklo od prirodnih i sintetičkih polimera. U oblastima biomedicine, najzastupljeniji su hidrogelovi dobijeni od prirodnih polimera, kao što su polisaharidi i njihovi derivati. Cilj ovog rada je bio modifikovati različite polisaharide (alginat, pektin, karboksimetilceluloza) fenolnim jedinjenjima (tiramin, tirozin, dopamin, L-DOPA), sa ciljem dobijanja polimera sposobnih da grade hidrogelove. Uspešnost modifikacije je okarakterisana UV-Vis, FTIR i 1H NMR spektroskopskim metodama. Ispitana je njihova sposobnost geliranja, nakon čega su oni sa najpogodnijim karakteristikama primenjeni u različitim oblastima. Dopaminski derivati alginata su korišćeni za enkapsulaciju ćelijskih zidova sa enzimom lakazom, dobijenih lizom ćelija Saccharomyces cerevisiae sa prethodno eksprimiranom lakazom na površini ćelije. Dobijeni ćelijski zidovi sa lakazom su pokazali 300 puta veću enzimsku aktivnost u odnosu na nelizirane ćelije. Uspešno je urađena imobilizacija u kalcijum-dopamin-alginatnim kuglicama, koje su pokazale prednost u odnosu na kuglice sa nativnim alginatom. Ovako dobijeni biokatalizatori su korišćeni za dekolorizaciju tekstilnih boja Amido Black 10B, Reactive Black 5, Evans Blue, i Remazol Brilliant Blue. Nakon 10 ciklusa dekolorizacije od po 48 sati, efikasnost dekolorizacije za boje Evans Blue i Amido Black 10 B je iznosila 90 % i 61 %, navedenim redom. Lakaza iz Streptomyces cyaneus je takođe eksprimirana u E. coli, izolovana i prečišćena. Izolovana lakaza je imobilizovana u dopamin-pektinskim mikrokuglicama, metodom enzimske polimerizacije u emulziji. Imobilizovana lakaza je pokazala povećanu termalnu i pH stabilnost u odnosu na slobodan enzim, kao i sposobnost dekolorizacije boja Amido Black 10B, Reactive Black 5 i Evans Blue. U uzastopnim ciklusima dekolorizacije boja je ovaj biokatalizator pokazao najviše potencijala za degradaciju boja Amido Black 10B i Reactive Black 5. Sintetisani dopaminski derivati karboksimetilceluloze i alginata su korišćeni za proizvodnju nanovlakana elektrospining metodom. Dobijena nanovlakna su dodatno umrežavana i korišćena kao podloga za gajenje ćelija fibroblasta (MRC-5). Dopamin-alginatna nanovlakna su se pokazala kao dobar materijal za gajenje ćelija, što je pokazano snimanjem SEM-a i MTT esejem, iz čega bi moglo da se zaključi da su adhezija i proliferacija ćelija moguće na ovim nanovlaknima i da su ona potencijalno dobar materijal za tkivni inženjering. Hydrogels are polymer networks, which have hydrophilic properties and could absorb large amount of water, increasing their volume. They could form gels either by physical or chemical cross-linking of polymer chains and could be derived from natural and synthetic polymers. The aim of this study was to modificate diverse polysaccharides (alginate, pectin, and carboxymethylcellulose) with phenol compounds (tyramine, tyrosine, dopamine, L-DOPA), in order to obtain polymers which could form hydrogels. The success of modification was confirmed by UV-Vis, FTIR and 1H NMR spectroscopy. Their gelling ability was investigated, afterward polymers with the most suitable characteristics were applied in different areas. Dopamine alginate derivatives were used to encapsulate cell walls with the enzyme laccase, obtained by lysing cells of Saccharomyces cerevisiae, with previously expressed laccase on the cell surface. The obtained cell wall laccase has shown 300 times higher enzyme activity, compared to the whole cells. Immobilization was successfully performed in calcium-dopamine-alginate beads, which showed an advantage compared to beads with native alginate. Thus obtained biocatalyst were used for decolorization of textile dyes Amido Black 10B, Reactive Black 5, Evans Blue, and Remazol Brilliant Blue. After ten cycles of repeated use, decolourization efficiency for dyes Evans Blue and Amido Black 10B was 90 % and 61 %, respectively. Laccase from Streptomyces cyaneus was also expressed in E. coli, isolated and purified. The isolated laccase was immobilized in dopamine-pectin microbeads, using emulsion-based enzymatic crosslinking polymerization. The immobilized laccase showed improved thermal and pH stability in comparison to the free enzyme, and ability of decolorization dyes Amido Black 10B, Reactive Black 5 and Evans Blue. In successive cycles of dyes decolorization, this biocatalyst showed the greatest potential for degradation of Amido Black 10B and Reactive Black 5. The synthesized dopamine derivatives of carboxymethylcellulose and alginate were used for the production of nanofibers by the method of electrospinning. The obtained nanofibers were additionaly crosslinked and used as a scaffold for fibroblast cells (MRC-5) cultivation. Dopamin-alginate nanofibers have been shown as a good material for cell cultivation, as shown by SEM imaging and MTT assay. It could be concluded that cell adhesion and proliferation are possible on these nanofibers and they are potentially good material for tissue engineering.

Kvasovke Saccharomyces cerevisiae so med alkoholno fermentacijo izpostavljene hitremu spreminjanju fermentacijskega okolja. Visoka temperatura, visoka koncentracija substratov in produktov, pomankanje hranil in kisika jim predstavlja stres, pred katerim je kvasovke potrebno zaščititi. Mikrokapsulacija je tehnika, ki pridobiva vedno večjo vlogo v živilstvu in biotehnologiji. Raziskave so pokazale, da lahko z mikrokapsulacijo kvasovke zaščitimo pred stresnimi dejavniki v fermentacijskem okolju. V magistrski nalogi smo s kapsulatorjem BÜCHI 395–Pro pripravili mikrokroglice iz alginata, hitozana in pektina. Za kapsulacijo smo uporabili kulturo kvasovk S. cerevisiae ZIM 2155 iz Zbirke industrijskih mikroorganizmov Biotehniške fakultete. Spremljali smo potek alkoholne fermentacije s kapsulirnimi kvasovkami v gojiščih z veliko koncentracijo glukoze in pri visoki temperaturi fermentacije. Sproščanje kvasovk iz mikrokroglic smo spremljali z merjenjem vrednosti OD pri 650 nm, količino nastalega etanola in porabe glukoze smo analizirali z metodo HPLC. Ugotovili smo, da je kapsulacija uspešno zaščitila kvasovke pred veliko koncentracijo pridobljenega etanola v gojišču, saj so imele kapsulirane kvasovke boljši izkoristek. Kaspulacija je delno uspešno zaščitila kvasovke pred temperaturo fermentacije, 37 in 42 °C. Kapsulirane kvasovke so imele v gojišču pri 8 % glukoze in 37 °C ter v gojišču pri 24 % glukoze pri 37 in 42 °C boljši izkoristek od prostih kvasovk. Vseeno so dosegle nižjo koncentracijo etanola kot pri temperaturi 24 °C. Kapsulacija je vplivala na spremenjeno dinamiko porabe glukoze in nastajanja etanola. Izmed treh uporabljenih polisaharidov, se je za najbolj učinkovitega izkazal alginat. Pri uporabi mikrokroglic (240 ± 27 µm) iz alginata so kvasovke dosegle najboljše izkoristke in proizvedle največje koncentracije etanola (do 13,1 vol. % nastalega etanola). During alcoholic fermentation yeasts of Saccharomyces cerevisiae are exposed to rapid changes in the fermentative environment. High temperature, high concentration of substrates and products, lack of nutrients and oxygen are stress factors from which yeasts require protection. Microencapsulation is a technique that is gaining an increasing role in food industry and biotechnology. Research has shown that microencapsulation can protect yeasts from stress factors in the fermentative environment. In this master's thesis, we prepared microcapsules from alginate, chitosan, and pectin with a BÜCHI 395–Pro Encapsulator. Yeast strain S. cerevisiae ZIM 2155 from the Collection of Industrial Microorganisms of the Biotechnical Faculty was used for encapsulation. The course of alcoholic fermentation with encapsulated yeasts was monitored in media with high glucose concentration at high temperature. Yeast cell release from the microbeads was monitored by measuring the OD values at 650 nm, the amount of ethanol produced, and glucose consumption were analyzed by HPLC method. We found that encapsulation successfully protected yeasts from the high concentration of glucose and ethanol in the medium, as the encapsulated yeasts achieved better yields. Encapsulation only partially successfully protected the yeasts from the fermentation temperature of 37 and 42 °C. The encapsulated yeasts achieved better yields than free at 8 % glucose and 37 °C, and at 24 % glucose at 37 and 42 °C, but still produced lower ethanol concentration than at 24 °C. Encapsulation affected the kinetics of glucose consumption and ethanol production. Of the three polysaccharides used, alginate microbeads proved to be the most effective. When using alginate microbeads (240 ± 27 µm), the yeasts achieved the best yields and produced the highest concentrations of ethanol (up to 13,1 vol. %. of the resulting ethanol).

Cilj ovog rada bio je ispitati stabilnost tri različite vrste mikrokapsula, dobivene višeslojnom mikroinkapsulacijom bakterije Lactobacillus plantarum K1 pri različitim uvjetima čuvanja: na sobnoj temperaturi, +4 °C i -20 °C. Polimerni materijali korišteni kao inkapsulirajući matriksi i kao zaštitni slojevi su alginat, pektin i kitozan. Mikrokapsule su dobivene tehnikom ekstruzije. Mikroinkapsulacija L. plantarum K1 je provedena u alginatu te su na pripremljene mikrokapsule dodana dva zaštitna sloja. Prvi zaštitni sloj u jednom je slučaju činio pektin, a u druga dva slučaja kitozan. Na tako pripremljene mikrokapsule dodan je još jedan sloj zaštite za koji su korišteni alginat, kitozan i pektin formirajući tako tri različita tipa mikrokapsula. Spomenuti posljednji sloj zaštite sadržavao je i L. plantarum K1. The aim of this paper was to investigate the stability of three different types of microcapsules obtained by multilayer microcenapsulation of Lactobacillus plantarum K1 bacterium under various storage conditions: room temperature, +4 °C and -20 °C. Polymer materials used as encapsulating matrices and as protective layers are alginate, pectin and chitosan. Microcapsules were obtained by extrusion technique. The microencapsulation of L. plantarum K1 was carried out in alginate and two protective layers were added to the prepared microcapsules. The first protective layer in one case was pectin, and in the other two cases chitosan. Another layer of protection was added to the prepared microcapsules for which alginate, chitosan and pectin were used, thus forming three different types of microcapsules. The last layer of protection also contained L. plantarum K1.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Instıtute of Science and Technology, 2016, Fenolikler, α-tokoferol, poliasetilen, karotenoid gibi çeşitli fitokimyasalları içinde barındıran ve tüketimi giderek artan sağlık açısından olumlu etkileri bulunan, doğal renklendirici olarak kullanılan antioksidanlarca ve antosiyaninlerce zengin kara havucun gıda endüstrisinde kullanım potansiyeli oldukça yüksektir. Bilinçli tüketiciler tarafından sağlıklı yaşama yönelik giderek artan bir eğilim olduğu görülmektedir. Sağlık açısından yararlı olan ve yenilikçi olarak nitelendirilen fonksiyonel bileşenlerin besin değerini artırmak için gıda ürünlerine ilavesine gereksinim duyulmaktadır. Bu bileşikler genellikle çevresel, gastrointestinal ve işleme koşullarına karşı çok hassastırlar ve hızlıca inaktive olabilirler. Literatüre bakıldığında biyoaktif bileşenlerin bir kaplama maddesi içerisine dahil edilmesiyle oluşan mikroenkapsülasyonun bu tür zorlukların üstesinden gelmek için kullanıldığı ve aynı zamanda gıda matrisiyle istenmeyen etkileşimlerin olmasını engellediği ve enkapsüle bileşiğin kontrollü salınımını da sağladığı gözlemlenmiştir. Bu çalışmada soğuk jelleşme yöntemi ile mikroenkapsülasyon gerçekleştirilmiştir. %2’lik pektin, %2’lik aljinat, %1 pektin-%1 aljinat solüsyonları kaplama materyali, farklı konsantrasyonlardaki (%1, %0,5, %0,25) kara havuç ekstraktı da aktif madde olarak kullanılmıştır. Farklı konsantrasyonlardaki aktif madde ayrı ayrı %2’lik pektin, %2’lik aljinat, %1 pektin-%1 aljinat solüsyonuna ilave edilerek manyetik karıştırıcıda karıştırılarak homojen bir karışım elde edilmiş ve karışımlara antimikrobiyal özelliğinden dolayı %0,02 sodyum azid ilave edilmiştir. Hazırlanan her bir karışım 5 mL’lik şiringa ile %3’lük CaCl2 çözeltisine damlatılarak soğuk jelleşme yöntemi ile mikroenkapsülasyon gerçekleştirilmiştir. Her bir 5 mL’lik damlatma işlemi sonrası oluşan boncuklar, jel yapının korunması amacıyla CaCl2 (kalsiyum klorür) çözeltisinde bekletilmiştir. Ardından süzülüp kapaklı cam kavanozlara alınarak 4 hafta boyunca +4°C’de depolanmıştır. Bu çalışmada %2’lik pektin %1’lik kara havuç ekstraktı içeren kapsül, %2’lik pektin %0,5’lik kara havuç ekstraktı içeren kapsül, %2’lik pektin %0,25’lik kara havuç ekstraktı içeren kapsül, %2’lik pektin içeren boş kapsül, %2’lik aljinat %1’lik kara havuç ekstraktı içeren kapsül, %2’lik aljinat %0,5’lik kara havuç ekstraktı içeren kapsül, %2’lik aljinat %0,25’lik kara havuç ekstraktı içeren kapsül, %2’lik aljinat içeren boş kapsül, %1’lik pektin-%1’lik aljinat %1’lik kara havuç ekstraktı içeren kapsül, %1’lik pektin-%1’lik aljinat %0,5’lik kara havuç ekstraktı içeren kapsül, %1’lik pektin-%1’lik aljinat %0,25’lik kara havuç ekstraktı içeren kapsül, %1’lik pektin-%1’lik aljinat içeren boş kapsül elde edilmiştir. Aktif madde olarak %1 kara havuç ekstraktı içeren ve kaplama materyali olarak da %2 pektin, %2 aljinat, %1 pektin-%1 aljinat kullanılan kapsüllerden ayrı ayrı 15 g alınarak ayrı ayrı 50 g yoğurda, ilave edilerek 4°C’de 4 hafta boyunca depolanmıştır. Örneklerin enkapsülasyon verimliliği ve ışık mikroskobu görüntüleri incelenmiştir. 1 haftalık periyotlarla da tüm örneklerdeki renk değişimi, toplam antosiyanin miktarı, CUPRAC ve ABTS yöntemleri ile toplam antioksidan miktarındaki değişim depolama süresi boyunca analizlenmiştir. Depolama çalışmasının hedefi ürüne ilave edilen mikroenkapsüle edilmiş kara havucun üzerine depolama süresinin etkisinin incelenmesidir. +4°C’de 4 haftalık depolama süresi sonunda %2’lik pektin ile kaplanan %1 kara havuç içeren enkapsüle ürünün CUPRAC metodu ile toplam antioksidan kapasitesinde %36,42 azalma tespit edilirken bu değer %0,5 kara havuç ekstraktı içeren örnek için %62,40, %0,25 kara havuç ekstraktı içeren örnek için %56,75 olarak belirlenmiştir. +4°C’de 4 haftalık depolama süresi sonunda kaplama materyali olarak %2’lik aljinatın kullanıldığı %1 kara havuç içeren enkapsüle örneğin CUPRAC metodu ile toplam antioksidan kapasitesinde %67,94 azalma tespit edilirken bu değer %0,5 kara havuç ekstraktı içeren örnek için %52,17, %0,25 kara havuç ekstraktı içeren örnek için %62,37 olarak belirlenmiştir. %1 pektin- %1 aljinat kaplama materyali ile kaplanan %1, %0,5, %0,25 kara havuç içeren enkapsüle örneklerin 4° C’de 4 haftalık depolama süresi sonunda CUPRAC metodu ile toplam antioksidan kapasitelerindeki azalma ise sırasıyla %48,50, %48,56, %68,65 olarak ifade edilmiştir. +4° C’de 4 haftalık depolama süresi sonunda %2’lik pektin ile kaplanan %1 kara havuç içeren enkapsüle ürünün ABTS metodu ile toplam antioksidan miktarında %17,06 azalma tespit edilirken bu değer %0,5 kara havuç ekstraktı içeren örnek için %47,24, %0,25 kara havuç ekstraktı içeren örnek için %64,86 olarak belirlenmiştir. +4°C’de 4 haftalık depolama süresi sonunda kaplama materyali olarak %2’lik aljinatın kullanıldığı %1 kara havuç içeren enkapsüle örneğin ABTS metodu ile toplam antioksidan kapasitesinde %43,72 azalma tespit edilirken, bu değer %0,5 kara havuç ekstraktı içeren örnek için %67,65, %0,25 kara havuç ekstraktı içeren örnek için %89,44 olarak belirlenmiştir. %1’lik pektin-%1’lik aljinat kaplama materyali ile kaplanan %1, %0,5, %0,25 kara havuç içeren enkapsüle örneklerin 4°C’de 4 haftalık depolama süresi sonunda ABTS metodu ile toplam antioksidan kapasitelerindeki azalma ise sırasıyla %15,14, %88,75, %82,79 olarak ifade edilmiştir. %2’lik pektinle enkapsüle edilen %1, %0,5, %0,25 kara havuç içeren örneklerin 0. hafta toplam antosiyanin miktarları sırasıyla 67,99±2,16, 42,91±1,07, 23,57±1,16 mg cyn-3-gly/100g dır. +4°C’de 4 haftalık depolama süresi sonunda %2’lik pektin ile kaplanan %1 kara havuç içeren enkapsüle ürünün antosiyanin miktarında %36,14 azalma tespit edilirken bu değer %0.5 kara havuç ekstraktı içeren örnek için %36,66, %0,25 kara havuç ekstraktı içeren örnek için %48,41 olarak belirlenmiştir. %2’lik aljinat ile enkapsüle edilen %1, %0,5, %0,25 kara havuç içeren örneklerin 0.hafta toplam antosiyanin miktarları sırasıyla 46,16±3,61, 24,34±1,42, 17,43±1,46 mg cyn-3-gly/100g dır. Yine 4 °C’de 4 haftalık depolama süresi sonunda kaplama materyali olarak %2’lik aljinatın kullanıldığı %1 kara havuç içeren enkapsüle örneğin antosiyanin miktarında %60,69 azalma tespit edilirken, bu değer %0,5 kara havuç ekstraktı içeren örnek için %67,58, %0,25 kara havuç ekstraktı içeren örnek için %58,80 olarak belirlenmiştir. %1’lik pektin - %1’lik aljinat ile enkapsüle edilen %1, %0,5, %0,25 kara havuç içeren örneklerin 0.hafta toplam antosiyanin miktarları sırasıyla 70,32±1,28, 34,18±1,33, 15,81±1,53 mg cyn-3-gly/100g’dır. %1’lik pektin-%1’lik aljinat kaplama materyali ile kaplanan %1, %0,5, %0,25 kara havuç içeren enkapsüle örneklerin 4 °C’de 4 haftalık depolama süresi sonunda antosiyanin miktarlarındaki azalma ise sırasıyla %8,29, %78,09, %68,05 olarak ifade edilmiştir. %2’lik pektin ile enkapsüle edilen %1, %0,5, %0,25 kara havuç içeren örneklerin; %2’lik aljinat ile enkapsüle edilen %1, %0,5, %0,25 kara havuç içeren örneklerin ve %1’lik pektin- %1’lik aljinat ile enkapsüle edilen %1, %0,5, %0,25 kara havuç içeren örneklerin depolama başlangıcındaki aydınlık değeri olarak ifade edilen ortalama L* değerleri sırasıyla 2,86±0,04, 4,82±0.12, 7,80±0,11; 0,72±0,04, 1,64±0,06, 11,90±0,10; 6,58±0,10, 4,69±0,08, 4,11±0,02 olarak bulunmuştur ve depolama süresi sonunda L* değerlerindeki artış sırasıyla %79,65, %82,30, %67,30; %94,67, %92,74, %55,36; %38,74, %78,57, %85,65 şeklindedir. Bütün örnekler için depolama sonunda L* değerlerinin farkı istatistiksel açıdan önemlidir (P˂0,05). Örneklerin genelinde aktif madde konsantrasyonu arttıkça L* değerlerinin azaldığı gözlemlenmiştir. Bundan dolayı depolamanın başlangıcında en koyu örneğin 0,72±0,04 değerle %2’lik aljinatla kaplı %1 aktif madde içeren kapsül olduğunu göstermektedir. Depolama sonunda a* ve b* parametreleri aktif madde içeren kapsül örnekleri için istatistiksel olarak önemli olduğu gözlemlenmiştir (P˂0,05). Aljinat ve pektin-aljinatla kaplı %0,5 ve %0,25 aktif madde içeren örneklerde depolamanın süresince sarılaşma gözlemlenmiştir. Gerçekleştirilen ışık mikroskobu çalışmasında %2’lik aljinatla oluşturulan kapsüllerin daha düzgün ve küresel bir yapıya sahip olduğu ışık mikroskobuyla görüntülenmiştir. Yapılan analizler sonucu enkapsülasyon verimliliğinin yüksek dolayısıyla en fazla korumanın %2 pektin %0,25 kara havuç içeren kapsül olduğu gözlemlenmiştir. 4°C’de 4 haftalık depolama süresi sonunda %2 pektin %1 kara havuç ekstraktı, %1 pektin-%1 aljinat %1 kara havuç ekstraktı içeren enkapsüle ürün ile zenginleştirilmiş yoğurt örneklerinin CUPRAC metodu ile antioksidan kapasitesi miktarında sırasıyla %51,87, %44,37, %58,75 azalma tespit edilirken bu örneklerin başlangıçtaki CUPRAC değerleri sırasıyla 152,24±20,21, 141,02±15,41, 160,87±24,90 mg TEAC/100 g şeklinde ölçülmüştür. Depolama süresince kapsül ilaveli yoğurtlarda bozulma gözlemlenmezken 4. haftada sade yoğurtta, 3. haftada böğürtlenli yoğurt, 4. haftada ekstraktla renklendirilmiş yoğurtta bozulma gözlemlenmiştir. Yoğurt örneklerinin başlangıç ABTS değerleri sırasıyla 13,20±9,32, 7,63±7,74, 13,75± 4,76, 6,69±5,75, 17,28±3,15 mg TEAC/100 g şeklinde ölçülmüştür. 4 °C’de 4 haftalık depolama süresi sonunda %2 pektin %1 kara havuç ekstraktı içeren enkapsüle ürün ile zenginleştirilmiş yoğurt örneğinin ABTS metodu ile antioksidan kapasitesi miktarında %74,11 azalma tespit edilirken bu değer üçüncü hafta itibariyle %2 aljinat %1 kara havuç ekstraktı içeren enkapsüle ürün ile zenginleştirilmiş yoğurt örneği ve %1 pektin-%1 aljinat %1 kara havuç ekstraktı içeren enkapsüle ürün ile zenginleştirilmiş yoğurt örneği için belirlenememiştir. Ekstraktla zenginleştirilmiş yoğurt, böğürtlenli yoğurt ve sade yoğurt örnekleri bozulma gösterdiğinden depolama süresi boyunca ABTS metodu ile antioksidan kapasitesi miktarındaki azalma tespit edilememiştir. Yoğurt örneklerin depolama başlangıcındaki toplam antosiyanin miktarı sırasıyla 313,61±20,30, 262,92±23,23, 234,84±16,58, 174,94±4,18, 318,55±16,71, 149,50±7,61 mg cyn-3-gly/100 g olarak hesaplanmıştır. 4 °C’de 4 haftalık depolama süresi sonunda %2 pektin %1 kara havuç ekstraktı, %2 aljinat %1 kara havuç ekstraktı, %2 aljinat %1 kara havuç ekstraktı içeren enkapsüle ürün ile zenginleştirilmiş yoğurt örneklerinin toplama antosiyanin miktarındaki azalma sırasıyla %50,70, %38,04, %40,46 olarak hesaplanmıştır ve bu örnekler için 0.hafta ile son hafta kıyaslandığında antosiyanin miktarındaki fark istatistiksel olarak önemlidir (P˂0,05). Ekstraktla zenginleştirilmiş yoğurt, böğürtlenli yoğurt ve sade yoğurt örnekleri bozulma gösterdiğinden depolama süresi boyunca antosiyanin miktarındaki azalma tespit edilememiştir. Yoğurt örneklerinde renk değerleri incelenerek depolamanın başlangıcı ile sonlanması arasında L* değerlerinin istatistiksel açıdan farkının önemli olduğu gözlemlenmiştir (P˂0,05). Bütün örneklerde başlangıca göre L* değerleri artmış olup renk koyulaşmıştır. %2 pektin %1 kara havuç ekstraktı içeren ve %2 aljinat - %1 kara havuç ekstraktı içeren enkapsüle ürünle zenginleştirilmiş yoğurt örneklerinde depolama süresi boyunca a* renk değerlerinde istatistiksel olarak herhangi bir fark gözlemlenmemiştir. Ekstraktla renklendirilmiş yoğurtta (a* değeri azalmış) ve %1 pektin-%1 aljinat %1 kara havuç ekstraktı içeren enkapsüle ürünle zenginleştirilmiş yoğurt ile sade yoğurt örneklerinin a* değerlerinde istatistiksel açıdan fark önemlidir (P˂0,05). Genel olarak örneklerin b* değerlerinde artış gözlemlenmiştir ve depolama sürecindeki fark istatistiksel olarak önemlidir (P˂0,05). Sade yoğurtta ise bozulma sürecine kadar b değeri azalma göstermiş olup istatistiksel olarak anlamlı değildir. Pektin, aljinat ve pektin-aljinat kompleksleriyle antioksidanca zengin kara havuç ekstraktının enkapsülasyonu başarıyla gerçekleştirilmiş olup, etkin bir enkapsülasyon verimliliği elde edilmiştir. Depolama süresi boyunca enkapsülasyonda kullanılan kaplama materyalleri antosiyaninler için koruyucu etki yapmışlardır. Aktif maddenin kontrollü salınımı gıda endüstrisinde farklı uygulamalar için uygundur. Enkapsüle kara havucun yaygın olarak tüketilen yoğurda ilavesi antioksidan içeriğini artırmak ve yapay renklendiricilerin yerine kullanmak için iyi bir alternatif olabilir. Enkapsüle kara havucun ilavesiyle tüketiciler doğal antioksidanlar içeren daha sağlıklı ürünler tüketebilirler., The potential of food industry usage is quite high for the black carrot, which contains a variety of phytochemicals such as phenolics, α-tocopherol, polyacetylene and carotenoid, and its consumption increasingly mounts up, being rich in anthocyanins. There seems to be increasing trends towards healthy-life by concecious consumers. Addition of the functional components to the food products are needed in order to improve the nutritional value described as useful for health and inoovative. These compounds are very sensitive against the environmental, gastrointestinal and processing conditions, and they can be quickly inactivated. When looking at the literature, it is observed that microencapsulation formed with the inclusion of bioactive components into a coating material is used to overcome this type of difficulties, and at the same time, unwanted interactions with the food matrix is blocked, also providing the controlled release of the encapsulated compound. In this study, microencapsulation was carried out with cold gelation method. 2% pectin, %2 alginate, 1% pectin-1% alginate solutions were used as a coating material, different concentrations of (1%, 0.5%, 0.25%) black carrot extract was used as the active material. Active substances in significiant concentrations were added to each of 2% alginate, 2% pectin, 1% pectin-1% alginate solutions as separately, and were homojenized by stirring on a magnetic stirrer. Finally, 0.02% sodium azide was added to the obtained mixtures due to antimicrobial property. Each mixture that has been prepared was dropped into a 3% CaCl2 solution with a 5 mL syringe and kept for a while for the purpose of protect the structure of gel. After that, they were filtered and were stored in top glass jar for a period of 4 weeks at +4 °C jar. In this study was obtained capsules containing 1%, 0.5%, 0.25% black carrot extract coated with 2% pectin; capsules containing 1%, 0.5%, 0.25% black carrot extract coated with %2 alginate; 1%, 0.5%, 0.25% black carrot extract coated with 1% pectin-1% alginate. And also, capsules without active material coated with 2% pectin, 2% alginate and 1% pectin-1% alginate was obtained. 15 g of capsules which are containing 1% black carrot extract as active material and having 2% pectin, 2% alginate and 1% pectin-1% alginate as coating material were stored at 4°C for 4 weeks by being added separately into 50 g yoghurt. Encapsulation efficiency of the samples and the light microscope images were examined. For 1-week periods, change in the color, the antioxidant capacity with CUPRAC and ABTS methods and in the total anthocyanin capacity in all samples were analyzed during storage period. The goal of the storage study was to examine the effect of the storage time on the microencapsulated black carrot extract that was added to the product. At the end of the 4-week storage period at +4°C, while 36.42% reduction was detected with CUPRAC method in the total antioxidant capacity of the encapsulated product containing 1% black carrot coated with 2% pectin, this value was determined as 62.40% for the sample that contained 0.5% black carrot extract, and as 56.75% for the sample that contained 0.25% black carrot extract. At the end of the 4-week storage period at +4°C, while 67.94% reduction was detected with CUPRAC method in the total antioxidant capacity of the encapsulated sample containing 1% black carrot in which 2% alginate was used as the coating material, this value was determined as 52.17% for the sample that contained 0.5% black carrot extract, and as 62.37% for the sample that contained 0.25% black carrot extract. Reduction in the total antioxidant capacity of the encapsulated samples containing 1%, 0.5% and 0.25% black carrot encapsulated with 1% pectin-1% alginate coating material at the end of the 4-week storage period at +4°C was stated as 48.50%, 48.56%, 68.65%, respectively with CUPRAC method. At the end of the 4-week storage period at +4°C, while 17.06% reduction was detected with ABTS method in the total antioxidant capacity of the encapsulated product containing 1% black carrot coated with 2% pectin, this value was determined as 47.24% for the sample that contained 0.5% black carrot extract, and as 64.86% for the sample that contained 0.25% black carrot extract. At the end of the 4-week storage period at +4°C, while 43.72% reduction was detected with ABTS method in the total antioxidant capacity of the encapsulated sample containing 1% black carrot in which 2% alginate was used as the coating material, this value was determined as 67.65% for the sample that contained 0.5% black carrot extract, and as 89.44% for the sample that contained 0.25% black carrot extract. Reduction in the total antioxidant capacity of the encapsulated samples containing 1%, 0.5% and 0.25% black carrot encapsulated with 1% pectin-1% alginate coating material at the end of the 4-week storage period in +4°C was stated as 15.14%, 88.75%, 82.79% respectively with ABTS method. 0th week total anthocyanin amounts of the samples containing 1%, 0.5% and 0.25% black carrot encapsulated with 2% pectin are 67.99±2.16, 42.91±1.07, and 23.57±1.16 mg cyn-3-gly/100g, respectively. At the end of the 4-week storage period at +4°C, while 36.14 reduction was detected in the total anthocyanin amount of the encapsulated product containing 1% black carrot coated with 2% pectin, this value was determined as 36.66% for the sample that contained 0.5% black carrot extract, and as 48.41% for the sample that contained 0.25% black carrot extract. 0th week total anthocyanin contents of the samples containing 1%, 0.5% and 0.25% black carrot encapsulated with 2% alginate are 46.16±3.61, 24.34±1.42, 17.43±1.46 mg cyn-3-gly/100g, respectively. Again, at the end of the 4-week storage period in +4°C, while 60.69% reduction was detected in the anthocyanin amount of the encapsulated sample containing 1% black carrot in which 2% alginate was used as the coating material, this value was determined as 67.58% for the sample that contained 0.5% black carrot extract, and as 58.80% for the sample that contained 0.25% black carrot extract. 0th week total anthocyanin amounts of the samples containing %1, 0.5% and 0.25% black carrot encapsulated with 1% pectin-1% alginate are 70.32±1.28, 34.18±1.33, 15.81±1.53 mg cyn-3-gly/100g, respectively. The reduction in the amount of anthocyanins of the samples containing 1%, 0.5% and 0.25% black carrot encapsulated with 1% pectin-1% alginate at the end of the 4-week storage period in +4°C, was stated as 8.29%, 78.09%, 68.05%, respectively. The average L* values expressed as luminous value at the beginning of the storage of the samples containing 1%, 0.5% and 0.25% black carrot encapsulated with 2% pectin; of the samples containing 1%, 0.5% and 0.25% black carrot encapsulated with 2% alginate and of the samples containing 1%, 0.5% and 0.25% black carrot encapsulated with 1% pectin-1% alginate were found as 2.86±0.04, 4.82±0.12, 7.80±0.11; 0.72±0.04, 1.64±0.06, 11.90±0.10; 6.58±0.10, 4.69±0.08, 4.11±0.02, respectively, and at the end of the storage period, the increase in the L* values are 79.65%, 82.30%, 67.30%; 94.67%, 92.74%, 55.36%; 38.74%, 78.57%, and 85.65%, respectively. The difference of the L* values at the end of the storage for all values is statistically important (P˂0.05). Throughout the examples, it was observed as the active ingredient concentration increased, the L* values decreased. Therefore, it indicates that the densest sample at the beginning of the storage is the capsule that contains 1% active ingredient encapsulated with 2% alginate with a value of 0.72±0.04. At the end of the storage, it was observed that a* and b* parameters were statistically important for the capsule samples containing active ingredients (P˂0.05). In the samples containing 0.5% and 0.25% active ingredient encapsulated with alginate and pectin-alginate, turning yellow was observed throughout the storage. In the light microscope study that was carried out, it was viewed with the light microscope that the capsules generated with 2% alginate had a more uniform and spherical structure. As a result of the analyses made, it was observed that the highest encapsulation efficiency, accordingly, the maximum protection was the capsule containing 2% pectin and 0.25% black carrot. At the end of the 4-week storage period in +4°C, while a reduction of respectively %51.87, 44.37%, and 58.75% was detected with CUPRAC method in the antioxidant capacity of the yoghurt samples enriched with encapsulated product containing 2% pectin and 1% black carrot extract, 1% pectin-1% alginate and 1% black carrot extract, the CUPRAC values of these samples at the beginning were measured as 152.24±20.21, 141.02±15.41, 160.87±24.90 mg TEAC/100 g, respectively. While spoiling was not observed in the yoghurts with capsule addition throughout the duration of the storage, spoiling was observed in the plain yoghurt in the 4th week, in the blueberry yogurt in the 3rd week, and in the yogurt colored with extract in the 4th week. The starting ABTS values of the yoghurt samples were measured as 13.20±9.32, 7.63±7.74, 13.75± 4.76, 6.69±5.75, and 17.28±3.15 mg TEAC/100g, respectively. At the end of the 4-week storage period at +4°C, while a reduction of 74.11% was detected with ABTS method in the antioxidant capacity of the yoghurt sample enriched with encapsulated product containing 2% pectin and 1% black carrot extract, this value could not be determined for the yoghurt sample enriched with encapsulated product containing 2% alginate and 1% black carrot extract and for the yoghurt sample enriched with encapsulated product containing 1% alginate – 1% pectine 1% black carrot extract as from the third week. Due to the fact that the yoghurt sample enriched with extract, yoghurt with blueberry and plain yoghurt samples displayed spoiling, a reduction could not be detected with ABTS method in the amount of antioxidant capacity throughout the storage period. The amounts of total anthocyanins of the yoghurt samples at the start of the storage were calculated as 313.61±20.30, 262.92±23.23, 234.84±16.58, 174.94±4.18, 318.55±16.71, and 149.50±7.61 mg cyn-3-gly/100 g, respectively. At the end of the 4-week storage period at +4°C, the reduction in the amounts of total anthocyanins of the yoghurt samples enriched with 2% pectin, 1% black carrot extract, 2% alginate, 1% black carrot extract, 2% alginate, and 1% black carrot extract was calculated as 50.70%, 38.04%, and 40.46%, respectively, and when the 0th and the last week were compared for these samples, the difference in the anthocyanin amount of the sample is statistically important (P˂0.05). Due to the fact that the yoghurt enriched with extract, yoghurt with blueberries and plain yoghurt displayed spoiling, a reduction in the anthocyanin amount could not be detected throughout the storage period. By examining the color values in the yoghurt samples, it was observed that the difference of the L* values between the start of the storage and the end of the storage was statistically significant (P˂0.05). The L* values increased compared to the start in all the samples, and the color became darker. In the yoghurt sample enriched with encapsulated product containing 2% pectin and 1% black carrot extract and 2% alginate - 1% black carrot extract, a statistically significant difference was not observed in the a* color values throughout the storage period. In the yoghurt colored with extract (a* value decreased), the statistical difference in the a* values of the yoghurt enriched with encapsulated product containing 1% alginate-1% pectin-1% black carrot extract and the plain yoghurt is meaningful (P˂0.05). In general, increase has been observed in the b* values of the samples, and the difference in the process of storage is statistically significant (P˂0.05). In plain yoghurt, however, b value has showed a decrease until the spoling process, and it is not statistically meaningful. Encapsulation of the black carrot extract rich in antioxidant with pectin, alginate and pectin-alginate complexes was carried out successfully, and an efficient encapsulation productivity has been attained. Throughout the storage period, the coating materials used in the encapsulation had the protective effect for the anthocyanins. Controlled release of the active substance is suitable for different applications in the food industry. Addition of the encapsulated black carrot to widely consumed yoghurt can be a good alternative in increasing its antioxidant content and to use instead of artificial colorants. With the addition of the encapsulated black carrot, consumers can consume more healthy products that contain natural antioxidants., Yüksek Lisans, M.Sc.

Namen diplomskega dela je bil sintetizirati štiri različne aerogele iz guarja, ksantana, alginata in nizkometiliranega pektina. Da smo dobili gel, smo uporabili direktno metodo geliranja v etanolu, v katerem smo raztopili tudi aktivno substanco nifedipin, ki se je tako vezala na pripravljene gele. Gele smo nato superkritično sušili s CO2. Ker v superkritičnem območju obstaja le ena faza in zaradi tega ni površinskih napetosti, ki bi povzročile krčenje por v gelu, se struktura gela ne poruši. Po tem, ko so spet doseženi normalni pogoji, pa je CO2 ponovno v plinastem stanju. Dobljeni aerogeli so zaradi visoke poroznosti in velike specifične površine primerni za nosilce aktivnih substanc in nadaljnje kontrolirano sproščanje. So tudi netoksični, biokompatibilni in biorazgradljivi, zaradi česar so prijazni tako človeku kot tudi okolju. Po superkritičnem sušenju smo z in vitro testi sproščanja preverjali, kako se iz nosilcev sprošča aktivna substanca v različnih simuliranih prebavnih tekočinah. Ugotovili smo, da se je aktivna substanca iz alginatnega in pektinskega aerogela sprostila že po petih urah, med tem ko se je iz guarjevega in ksantanskega aerogela tudi po 24 h sprostila minimalna količina aktivne substance. Po končanem eksperimentalnem delu smo določili še kinetični model sproščanja. The objective of this diploma thesis was to synthesize four different aerogels from guar, xanthan, alginate and low-methoxy pectin. To achieve a gel formation a direct gelling method in ethanol was used, which was saturated with the active substance nifedipine in order to bind to the gels. The gels were then supercritical dried using CO2. This method was used due to only one existing phase in the supercritical area. It resolves in no surface tension, which could cause pore contraction and gel structure damage. After reestablishment of room conditions, CO2 returns to gaseous state. The resulting aerogels show high porosity and high specific surface area. Therefore, they could be considered as potential candidates to be used as carriers for active substances and controlled drug release. They are also nontoxic, biocompatible and biodegradable, which makes them environmentally and human-friendly. After the supercritical drying process, the release of the active substance in different simulated bodily fluids was observed with in vitro tests. We discovered that the drug was fully released from alginate and pectin aerogels after five hours while with guar and xanthan aerogels, minimal quantities were still being released after twenty-four hours. After the experimental procedure, the kinetic models of the drug release were also determined.

V diplomskem delu smo sintentizirali biorazgradljive aerogele, pripravljene iz pektina, alginata in mešanice pektin-alginat (1:1). Aerogeli so visoko porozni materiali, ki se zaradi svojih lastnosti lahko uporabljajo tudi kot potencialni nosilci aktivnih substanc. Aerogele sintentiziramo po sol-gel postopku z različnimi načini zamreženja. V našem delu smo uporabili fizikalno zamreženje z divalentnimi ioni. Preverjali smo vpliv različnih ionov (Zn2+, Ca2+ in Sr2+) na končno morfologijo aerogela in tudi na sproščanje aktivne substance. Kot modelno substanco smo uporabili diklofenak natrij. Sintentizirali smo devet tipov aerogelov. Karakterizirali smo jih s FTIRom, plinsko adsorpcijo ter preverjali njihovo nabrekanje v simulirani želodčni in prebavni tekočini. Z in-vitro testi sproščanja smo preverjali sproščanje substance. Glede na morfologijo in sproščanje substance smo ugotovili, da so najbolj primerni pektinski aerogeli, zamreženi s cinkom. Z njimi smo dobili najbolj kontrolirano sproščanje substance, v eni uri se je sprostilo okrog 40 %, v 7 h pa več kot 80 %. Potencialni nosilci bi lahko bili tudi alginatni aerogeli, zamreženi s cinkom, ki imajo podobne karakteristike kot pektinski. Kot najslabši so se izkazali aerogeli zamreženi s kalcijem. In the thesis, we synthesized a biodegradable aerogels prepared from pectin, alginate and pectin-alginate mixture (1:1). Aerogels are high porous materials that could be, due to their outstanding properties, used as potential carriers for active substances. Aerogels are synthesized by sol-gel process with the different types of cross-linking. In this thesis, physical cross-linking using divalent ions was used to prepare spherical aerogels. We examined the impact of three different ions (Zn2+, Ca2+ in Sr2+) on a final morphology of aerogels as well as on the release of the active substance. Model substance used in this work was diclofenac sodium. Nine types of aerogels were synthesized, based on three types of polysaccharides (pectin, alginate and pectin-alginate) and three types of ions (Zn2+, Sr2+ and Ca2+). Swelling experiments, nitrogen adsorption and FTIR were performed to characterize the material. Pectin aerogel, cross-linked with zinc, showed the best characteristics to control the substance release. In initial hour 40 % of the substance was released by this carrier and in the total of 7 h more than 80 % of the drug was released. Alginate aerogels, cross-linked with zinc showed similar characteristics as pectin and they could be also used to control the release of diclofenac sodium. Cross-linking with calcium turned out not to be suitable for prolonging the release of this substance.