KAPSAİSİN YÜKLÜ NANOEMULSİYONLARIN TASARLANMASI ve KARAKTERİZASYONU

TÜBİTAK TOVAG Proje01.01.2016Tıp, ilaç ve gıda endüstrisinde kullanımı artan nanoemülsiyonlar, fonksiyonel özellik gösteren bileşenleri enkapsüle ederek bu bileşenlerin etkili ve kontrollü salınımını, daha yüksek antimikrobiyal aktiviteye sahip olmalarını ve biyoyararlılıklarının artmasını sağlamaktadır. Emülsiyonlar, emülgatör molekülüyle çevrelenmiş her bir yağ damlacığının oluşturduğu yağ fazının su faz içinde dağılmasıyla oluşmaktadır. Kapsaisin, acı biberin birincil etken maddesidir ve literatürde hidrofobik kapsaisinin, hem kardiyovasküler, solunum ve sinir sistemleri üzerindeki biyoaktivitesinin hem de Staphylococcus aureus, Salmonella typhimurium, Bacillus cereus, Listeria monocytogenes, Helicobacter pylori gibi patojenler üzerinde antimikrobiyal aktivitesinin olduğu bulunmuştur. Bu çalışmanın hedefi, mikroakışkanlaştırma ve ultrasonik homojenizasyon yöntemleri ile antimikrobiyal aktiviteyi arttırmak için kapsaisin yüklü nanoemülsiyon sistemlerinin hazırlanması ve karakterizasyonunun yapılmasıdır. Projede, nanoemülsiyon oluşumunda mikroakışkanlaştırıcı ve ultrasonik homojenizasyonunun, sürfektan tipinin, pH ve sıcaklığın etkileri incelenmiştir. Nanoemülsiyonların karakterizasyonu ve fiziksel dayanıklılığın ölçülmesi için NMR Relaksometre başlıca metot olarak kullanılmış bunun yanında karakterizasyon amaçlı, parçacık boyut analizi, zeta potansiyel, transmisyon elektron mikroskopi, atomik kuvvet mikroskopisi de kullanılmıştır. Antimikrobiyal aktivite denemeleri yüzeye yayma yöntemi ile Escherichia coli için VRBA, Staphylococcus aureus için BPA ve disk difüzyonu yöntemi ile Penicillium italicum için DRBC kullanılarak yapılmıştır. %2’lik kapsaisin oleoresin içeren nanoemülsiyonların 15 dakika temas süresi sonunda E. colipopulasyonunda 3.4 log, S. aureus için ise 2 saat temas süresi sonunda 5.89 log düşüş görülürken Penicillium italicum üzerinde inhibisyon görülememiştir. %2’lik kapsaisin yüklü nanoemülsiyonların antioksidan aktivitesi, DPPH metoduna göre en yüksek 1.36 mg DPPH/ L bulunurken FRAP metoduna göre 0.14 mM Fe(II)/L olarak ultrasonikasyon tekniği ile sürfektan sükroz mono palmitat kullanılarak elde edilmiştir. Sürekli fazda gliserolün, her iki sistem ile sonuçlar üzerinde olumlu etki oluşturduğu gözlenmiştir. Mikroakışkanlaştırma yoluyla işlenmiş nanoemülsiyonlar, gelişmiş bir antimikrobiyal aktivite göstermiştir.NMRrelaksometri ile nanoemülsiyonların moleküler düzeyde yapılarında meydana gelen değişiklikler gözlenip parçacık boyutu, bulanıklık gibi diğer metotlarla ilişkilendirilebilmiştir.Böylece nanoemülsiyon sistemi ile etkisi zenginleştirilmiş gıdanın ihtiyacına yönelik kapsaisin içeren nanoemülsiyon sistemleri geliştirilebileceği gösterilmiştir.The application of nanoemulsions to food, medical and pharmaceutical industries has received great attention among the researchers especially for encapsulation of functional components for controlled release purposes and ensuring the prevention of degradation of active substances, increased rates of bioavailability and antimicrobial effect. Emulsions consist of a lipid phase dispersed in an aqueous continuous phase, with each oil droplet being surrounded by a thin interfacial layer consisting of emulsifier molecules. The primary active ingredient of chili pepper, capsaicin, is a hydrophobic substance that in the literature, it is proved to be a compound with a large bioactivity with manifested actions over the cardiovascular, respiratory and nervous systems and showing good antimicrobial activity against Staphylococcus aureus, Salmonella typhimurium, Bacillus cereus, Listeria monocytogenes, Helicobacter pylori. The aim of the proposed study is to prepare and characterize capsaicin loaded nanoemulsion systems by using microfluidization and ultrasonic homogenization techniques. In the project, effect of microfluidization, ultrasonication, emulsifier type, pH and temperature on nanoemulsion formation will be investigated. For characterization of the capsaicin-loaded nanoemulsions, the nondestructive technique NMR Relaxometry will be used. At the same time, particle size analysis, zeta potential, transmission electron and atomic force microscopy techniques will be used for characterization. Antimicrobial activity of nanoemulsions were evaluated using spread plate technique against Escherichia coli by using VRBA, Staphylococcus aureus by using BPA and disc diffusion technique against Penicillium italicum by using DRBC. In the experiments, nanoemulsion containing 2% capsaicin showed 3.4 log reductions of E. coli population after 15 min of contact time and 5.89 log reductions of S.aureuspopulation after 2 hours of contact time whereas the same concentration of nanoemulsions showed no inhibition on Penicillium italicum. Nanoemulsion containing 2% capsaicin showed highest antioxidant activity according to the DPPH method with 1.36 mg DPPH / L as well as according to FRAP method with 0.14 mM of Fe (II) / L by using surfactant sucrose monopalmitate and ultrasonication technique. Addition of glycerol to the continuous phase showed enhanced effect on the results within both systems. On the other hand, nanoemulsions processed by microfluidization were exhibited an enhanced antimicrobial activity. NMR relaxometry technique was helped to track changes in nanoemulsions at a molecular level that could be associated with the other methods such as particle size, turbidity. Therefore, nanoemulsions with an improved functionally which obtained by using essential oil capsaicin have been shown to meet the needs of food industry