Prof. Dr. Şebnem HARSA İzmir Institute of Technology

Transkript

Prof. Dr. Şebnem HARSA
İzmir Institute of Technology
Mayıs, 2012
`
`
`
`
Değişen hayat tarzı ile birlikte son yıllarda insanların
beslenme
konusundaki
beklentileri
de
farklılaşmaya
başlamıştır
Tüketicilerin doğal ürünlere ve işlevsel gıdalara yönelmeleri
ile birlikte fonksiyonel önemi olan gıda ürünlerine talepler
önemli derecede artış göstermektedir. %55 tüketici işlevsel
gıdalara olumlu bakmaktadır.
Barsak florasının insan/hayvan sağlığı üzerine olumlu etkileri
bulunmaktadır.
Gıda tüketimi ve sağlık arasındaki ilişkiler her geçen gün bu
bakımdan daha fazla önem kazanmaktadır.
DİYET
SAĞLIK
BARSAK FLORASI
Gastrointestinal sistemde (GI); mide
ve barsak yer almaktadır.
Sağlıklı bir gastrointestinal sistem,
bağışıklık sistemi için destekleyici bir
rol oynamaktadır.
Vücudumuzda 1014 mikroorganizma
bulunmaktadır, yürüyen sürekli bir
biyoreaktör benzetmesi yapılabilir.
Anatomy of the Gastrointestinal Tract,2012,
http://www.pediatricfeeding.org/gi_anatomy.ht
ml
`
`
`
`
EFSA (European Food Safety Authority) işlevsel
gıdaların içinde bulunan biyoaktif maddelerin
hastalık tedavisinde kullanımı konusunu şüpheyle
karşılamaktadır.
Daha çok hastalıklardan koruyucu ve iyileştirme
sürecinde yardımcı olarak kabul etmektedir.
Dolayısıyla biyoaktifler ve işlevsellik yeni tanımlara
ihtiyaç duymaktadır.
Böylece gerek Avrupa ülkelerinde ve gerekse
Amerika’da besleyici, işlevsel ve sağlıklı gıdaların
üretimi gittikçe büyüyen bir sektör haline gelmiştir.
`
Dengeli
bir
diyetle
beraber
temel
beslenmenin yanında alındığında insan sağlığı
üzerine olumlu
etkileri olan doğal gıda
katkıları olarak tanımlanmaktadırlar.
Probiyotikler,
Prebiyotikler,
Antioksidanlar,
Bakteriyosinler,
Antimikrobiyal maddeler,
biyoaktif maddelerin en temel örnekleridir.
`
Probiyotik, prebiyotik ve sinbiyotik gruplarınında
dahil oldugu işlevsel gıdalar, sağlık veya teknolojik
açıdan faydalı özelliklere sahip gıdalardır.
¾
¾
¾
Probiyotik kelimesi, bağırsaktaki mikrobiyal dengeyi olumlu
yönde artırıcı etkileri olan canlı besin kaynağı olarak
tanımlanmaktadır.
Potansiyel
sağlık
faydalarından
dolayı
bu
probiyotik
mikroorganizmaların kullanımı süt ve süt ürünleri başta olmak
üzere pek çok gıdada kullanılmaktadır.
Dünya fonksiyonel gıda pazarının %65 lik kısmını probiyotikler
oluşturmaktadır.
Probiyotiklerin görevleri
•Bağışıklık sistemini güçlendirmek.
•Yiyeceklerin hazmını kalaylaştırmak.
•Vitaminlerin (K vit, biyotin, B12, niasin vb) sentezini
yapmak.
•Bağırsak duvarını zararlı maddelerden korumak ve
bağırsak geçirgenliğini azaltmak.
•Zararlı maddelerin (toksinler) kan dolaşımına geçmesini
engellemek.
•Besin allerjilerini ve ekzemayı önlemek.
•Kronik enflamatuvar (iltihabi) hastalıkların oluşumunu
engellemek.
•Kanseri önlemek.
•Yaşlanmayı yavaşlatmak.
•İshali önlemek ve tedavi etmek.
•İdrar yolu iltihaplarını önlemek.
•Kabızlığı tedavi etmek.
Lactobacillus
türleri
◦
◦
◦
◦
◦
◦
◦
◦
Lb.
Lb.
Lb.
Lb.
Lb.
Lb.
Lb.
Lb.
acidophilus
casei
plantarum
reuteri,
salivarus
rhamnosus
jhonsonii
delburueckii
Bifidobacterium
türleri
•
•
•
•
•
•
B. animalis
B. Bifidum
B.breve
B. infantis
B. lactis
B.longum
Mayalar
y
y
Saccharomyces boulardii
Saccharomyces
cerevisiae
11
`
Prebiyotik terimi “ intestinal florada bulunan bir tür veya
sınırlı sayıdaki birkaç tür mikroorganizmanın çoğalmasını
ve/veya aktivitesini seçici olarak aktive ederek konağın
sağlığını olumlu yönde etkileyebilen oligosakkarit yapısında
sindirilemeyen besin bileşenleri” olarak tanımlanmıştır.
`
Sinbiyotik
ise,
kombinasyonundan
bir
oluşan
probiyotik
ve
ile
bağırsak
prebiyotiğin
mikroflorasında
istenen mikrobiyal populasyonun korunmasında sinerjist etki
sağlayan bir ürün olarak tanımlanmaktadır.
Kısaca prebiyotikler vücudumuza yararlı bir veya
daha fazla türden mikroorganizmanın çoğalma
velveya aktivitesini seçici olarak artıran ve
sindirilmeyen besin bileşenleridir.
`
Üzerinde en çok çalışılmış prebiyotikler;
Fruktooligosakkaritler (inulin, oligofruktoz)
Galaktooligosakkaritler (laktuloz, laktilol)
İzomalto-oligosakkaritler
Gluko-oligosakkaritler
Ksilo-oligosakkaritler

`
`
Prebiyotikler
yapılarında
değişiklik
meydana
gelmeden buradaki bakteriler tarafından hidrolize
edilmektedir.
Bu şekilde hem kalın bağırsakta doğal olarak bulunan
sağlığa faydalı bakterilerin hem de dışarıdan takviye
edilen probiyotiklerin gelişimi teşvik edilebilir.
Prebiyotiklerin insan sindirim sistemi ve sağlığı üzerine pek
çok olumlu etkileri bulunmaktadır;
yararlı
mikroorganizmalar
(Lactobacillus,
Bifidobacterium gibi) tarafından selektif olarak kullanılır,
`
Kolondaki
`
Toksin üreten potansiyel patojen mikroorganizmaların çoğalmasını
engeller,
`
Barsak hareketlerini düzenler,
`
Kan kolesterol ve trigliserid düzeylerini olumlu yönde düzenler,
`
Kolon kanser gelişim riskini azaltır,
`
Mikrofloranın
etkiler,
`
Minerallerin emilimini artırır,
`
Vitamin sentezini geliştirirler.
kompozisyonunu
ve
aktivitesini
olumlu
yönde
`
`
`
`
`
`
Polifenoller,
Fitosteroller, fitoestrojenler
Çoklu doymamış yağ asitleri
Vitaminler
Enzimler
Proteinler ve Peptidler
Biyoaktif maddeler, bulundukları çevrenin fiziksel ve
kimyasal özelliklerine karşı duyarlıdır;
`
`
`
Bu nedenle biyoaktif bileşenlerin
bulundukları
gıdadaki
yapı
sınırlandırılmaktadır.
yararlılığı
tarafından
Gıdanın içerisinde bulunan biyoaktif maddelerin
işlevsel özelliğinin devamlılığı ve hedef bölgeye
kontrollü
salınımının
sağlanması
bir
diğer
sınırlandırıcı husustur.
Bir diğer problem ise işlevsel gıdaya eklenen
bilesenin gıdanın duyusal özelliklerinin değişimine
neden olmasıdır.
Bu
problemlerin
çözümü
amacıyla
olan
nanoteknolojinin
gıda
uygulamaları
alanında
kullanımı ortaya çıkmıştır.
Gıda
Nanoteknolojisi
Nanoteknoloji
9 Malzemelerin 100 nm’den küçük
ölçekte işleme, ölçüm, tasarım,
modelleme gibi manipülasyonlarına
olanak sağlar.
9 Malzelemere
atomik
düzeyde,
geliştirilmiş veya tamamen yeni
fiziksel,
kimyasal
ve
biyolojik
özellikler kazandırılmasını amaçlar.
Nanoteknolojinin Potansiyel Uygulamaları
9
Malzeme Bilimi
9
Elektronik & bilgisayar
9
İlaç & sağlık
9
Tekstil
9
Çevre
9
Enerji
9
Tarım
9
Gıda
İşlevsel nanoparçacıklar
9 nanoemulsiyonlar
9 nanosensörler
9 nanotüpler
9 nanokapsüller
9 nanodamlacıklar
9 nanolaminatlar
9 nanofilmler
9nanolifler
Nanoparçacıkların üretim metodları;
¾ ‘yukarıdan aşağıya’ yaklaşımı
9 makromolekülün parçalanması ile
9 yüksek basınçlı homojenizasyon,
ultrasonik emulsifikasyon gibi
yöntemlerle
9 örneğin, nanoemulsiyonlar
¾ ‘aşağıdan-yukarıya’ yaklaşımı
9 moleküllerin agregasyonu
ile (self-assembly)
9 örneğin, miseller,
lipozomlar
Nanoenkapsülasyon
Özellikleri
910nm’den başlayan parçacık boyutları
9 kimyasal olarak işlevsel yüzeyler
9 hidrofobik veya hidrofilik arayüzler
9 geniş yüzey alanına sahip parçacıklar
Uygulamaları
9 protein stabilizasyonu
9 küçük moleküllerin dağıtımı
9 temiz sıvı formülasyonlar
9 durağan kolloid dispersiyon
9 kontrollü salınım
9 hedef bölgelere dağıtım
Enkapsülasyon teknikleri
¾ Miseller
9 hidrofilik ve hidrofobik etkileşimlere dayalı kendiliğinden
dizilim işlemi
9 5-100 nm çapında
9 nanpolar
molekülleri
enkapsüle
edebilir
(yağlar,
vitaminler, antioksidanlar…)
¾ Lipozomlar
9 küresel, arayüzlü çok moleküllü yapılardır
9 20nm ile 100 mikron arasında değişen ölçülerdedir
9 hem su hem de yağda çözünen molekülleri enkapsüle
edebilirler (proteinler)
¾ kat kat dizilim (layer-by-layer assembly)
9 aktif
materyalin,
farklı
yüklü
moleküllerle sırayla muamele edilerek
oluşturulan
çoklu
nano
katmanlar
içeren filmleri ile kaplanmasıyla elde
edilir
9 ince film oluşumuna olanak sağlar (her bir katman 1-100 nm)
¾ Nanolaminatlar
9 fiziksel ve kimyasal olarak bağlı, 1-100
nm ölçeğinde iki ya da daha fazla katmanlı
materyaller içerir
9 gıdalarda yenilebilir kaplama ve film
olarak kullanılır (örn. meyveler, sebzeler,
etler, şekerlemeler,…)
protein and polisakkaritten oluşan
nanolaminat malzemesi
Nanogıdalarla ilgili güvenlik ve
düzenlemeler
Temel endişeler;
9 nanogıdalarla ilgili halkın bilgisi oldukça sınırlı
9 nanomateryallerin tahmin edilemeyen zararlı etkilerinin olup
olmayacağı bilinmiyor
9paketleme malzemelerine yerleştirilen gümüş, çinko oksit gibi
nanoparçacıkların gıdalarda toksik kontaminantların birikmesine ve
sağlığı olumsuz etkilemesine ilişkin endişeler
9 gıda tabanlı dağıtım sistemlerine yüklenen gıda katkı maddelerinin
ve besin desteklerinin, tüketiciyi ilgili maddeye fazla maruz bırakması
ile oluşabilecek tahmin edilemeyen riskler
!!!
Henüz nanoparçacık içeren gıdaların etiketlenme zorunluluğu
bulunmamaktadır.
Nanogıdaların üretim, satış ve tüketimi ile ilgili herhangi bir
yasal düzenleme ya da politika mevcut değildir
Yasal düzenlemelerin oluşturulmasına ilişkin bazı öneriler;
9 parçacık boyutlarının ve ölçüm yöntemlerinin tanımlanması
9 nano toksisitenin taranması ve güvenlik kriterlerinin belirlenmesi
9 nano materyal içeren gıda ürünlerinin etiketlenmesi
9 nanoteknolojinin
gıdada kullanımı ile ilgili sosyal ve etik
araştırmaların yapılması
9 nano düzeydeki malzemelerin işlenmesi ve tesbiti için laboratuvar
protokollerinin oluşturulması
Nanoteknolojinin Potansiyel Gıda
Uygulamaları
¾
¾
Yeni işlevsel gıdaların geliştirilmesi
•
akıllı gıdalar (smart foods)
•
geliştirilmiş duyusal ve yapısal özellikler
Biyoaktif ve nutrasötiklerin enkapsülasyonu
•
•
¾
Gıda güvenliğinin artırılması
•
¾
hedef bölgelere kontrollü salınım
biyoaktiflerin korunması
patojen ve/veya toksik maddelerin tespiti
Gıda maddelerinin paketlenmesi
•
raf ömrünün uzatılması
¾
European Network for Gastrointestinal Health Research, European Science
Foundation Research Networking Programme (ENGIHR - 08-RNP-018), 2010 (Project Leader from Turkey).
¾ A visit conducted to the Rowett Institute of Nutrition and Health for an experimental study in the topic of
“Investigating the Potential for Novel Probiotic Bacteria Isolated in Turkey to Impact on the Microbial
Ecology of Gastrointestinal Tract” at September, 2012.
¾
Production, Purification and Immobilization of Lactase Enzymes from Dairy
Products, TOVAG-EU-COST 928 (104 O 270), 2005-2009 (Project
Director).
¾
The Production of Cheese and Yogurt Starter Cultures and Lactase Enzyme
for the Dairy Industry: Traditional and Modern Solutions Against Lactose
Intolerance, 2005K 120570, DPT-YUUP Project, 2005-2008, participitation
of 13 university and 4 industrial company (Project Director, Collab. with
METU).
¾
Microencapsulation of Lactobacillus acidophilus in double emulsion system,
BAP 2011 IYTE12, 2011- (project leader).
¾ Investigations on the Starter Properties of Lactobacillus and
Formulation of Industrial Cheese Cultures, 2005 İYTE 36, 20052007 (Project Director).
¾Isolation and Characterization of Lactic Acid Bacteria from
Traditional Dairy Products; Investigations on Starter Cultures and
their Lactase Activities, 2004 İYTE 20, 2004-2007 (Project
director).
¾Molecular Characterization of Turkish Microflora, İYTE AF 2001
Fen 20, 2001-2006 (Researcher).
¾Production and Purification of L(+)-Lactic Acid, 2001MÜHYL04
İYTE, 2001-2003 (Project Director).
¾Fermentation of L(+)-Lactic Acid From Whey, AFP-1999 MÜH03
İYTE, 1999-2001 (Project Director).
Peyniraltı Suyu (PAS) ve proteinleri
¾
¾
peynir ve kazein üretiminin en önemli yan ürünüdür
sütün asit yada rennet enzimi ile pıhtılaştırılmasından sonra kalan sıvı kısımdır
Asidik PAS;
9Süt asitle pıhtılaştırılırsa (örn. Cottage cheese)
9pH ≤ 5.1
Tatlı PAS;
9Süt renet ile pıhtılaştırılırsa (bir çok peynir
çeşidinde)
9pH ≥ 5.6
¾
•
•
•
•
PAS içeriği;
karbonhidratlar (~5%, laktoz)
proteinler (~1%)
mineraller (~0.5%)
vitaminler ve yağ
PAS içeriğinin gerçek
konsantrasyonları;
• PAS’nun çeşidine
• sütün kaynağına
• prosesin kalitesine
100 kg süt
10-20 kg peynir
80-90 kg PAS
proses
Yüksek BOD dolayısıyla ciddi
çevresel kirliliğe neden olur, 32-60
g/l
PAS’ın değerlendirilmesi;
9yüksek besin değerine sahip PAS protein konsantrasyonlarının hazırlanması
9laktoz fermentasyonu ile oluşan yüksek değerdeki ürünlerin kullanılması
9çeşitli modifikasyonlarla yeni uygulamaların araştırılması
PAS ile ilgili bazı literatür çalışmaları;
9PAS’dan fermantasyonla biyogaz üretimi (Kavacık and Topaloğlu 2007; Sözer and
Yıldız 2006)
9Biyoteknolojik uygulamalar için PAS’daki laktozun değerlendirilmesi ve bazı
mikroorganizmalar için PAS minerallerini kullanarak ortam geliştirilmesi (Ferrari
et.al., 2001)
PAS Proteinleri;
¾yapısında
çoğunlukla α-heliks içeren glubüler moleküllerdir
¾polipeptit zincirinde asidik/bazik ve hidrofobik/hidrofilik amino
asitler dengeli olarak dağılmaktadır
Tablo1. PAS proteinleri ve temel özellikleri (Zydney 1998)
protein
β-lactoglobulin
α-lactalbumin
4.8
immunoglobulins
– 8.3
bovine serum albumin
lactoferrin
lactoperoxidase
glycomacropeptide
[g/l]
[kDa]
2.7
1.2
0.65
0.4
0.1
0.02
pI
18,362
5.2
14,147
4.5 –
15,000-1.000,000
5.5
69,000
78,000
89,000
7,000
4.7 – 4.9
9.0
9.5
PAS protein konsantratları veya PAS protein izolatları;
9 bebek mamalarında, sporcuların besinlerinde ve yüksek protein gerektiten
diyetlerle kullanılırlar
9 diyette besleyici azot ve amino asit sağlarlar
9 antimikrobiyel, antioksidamt ve anti-kanser özellikleri ile bağışıklık sistemini
olumlu yönde desteklerler
Gıda endüstrisinde PAS proteinlerinin kullanımı;
(protein içeriği, jelleşme, köpük oluşturma ve emülsifikasyon gibi
fonksiyonel özelliklerine göre)
9Diyet gıdaların, unlu mamüllerin, gazlı içeceklerin, sporcu diyetlerinin ve süt
ürünlerinin protein içeriğini zenginleştirmede
9Sosis ve salamda su absorbsiyonu sağlama
9Hazır çorba ve salçada vizkoziteyi artırmada
9Dondurma, et ürünleri ve mayonezde emülsifikasyon amaçlı
9Unlu mamüller, tatlılar, et ve süt ürünlerinde jelleşme amaçlı
PAS kaynaklı α-laktalbuminden protein nanotüpler
ultrafiltrasyon ve kromatografi ile (iyon değiştirme, boyut
ayırma) temel PAS proteinlerinin ayrılması ve saflaştırılması
¾ PAS proteinlerinden (özellikle α-laktalbuminden) yeni protein/
peptit nanotüplerinin geliştirilmesi, karakterize edilmesi ve
potansiyel gıda uygulamalarının araştırılması
¾
Türkiye Mikroflorası Laktik asit bakterilerinin
tanımlanması, endüstriyel ve probiyotik
özelliklerinin belirlenmesi
¾
temel biyokimyasal yöntemleri ile tanımlanan laktik asit
bakteri florası ileri moleküler teknikler kullanılarak ayırt edilmesi.
¾Yoğurt
starter
araştırılması
bakterilerinin
probiyotik
özelliklerinin
LAB geleneksel Türk yoğurt ve peynirlerinden izole
edilip, biyokimyasal ve moleküler tekniklerle
tanımlandı
S. thermophilius cTY25 taramalı
elektron mikroskop görüntüsü
Lb. delb. ssp. bulgaricus bTY30
taramalı elektron mikroskop görüntüsü
¾ Toros
Bölgesinden
toplanan
yoğurt
örneklerinden 66 Streptecoccus thermophilus
ve 71 Lactobacillus delbrueckii ssp bulgaricus
izole edildi.
¾ Bu
izolatlar endüstriyel yoğurt üretimi için
teknolojik özellikleri açısından incelendi.
|
5 tanesi kok olmak üzere 41 izolat düşük pH da büyüme göstermiştir.
|
Tüm dirençli izolatlar Gr(+), katalaz (-), ve homofermentatiftirler.
|
Tüm izolatlar ekstraselüler proteaz aktivitesine sahiptirler.
|
Simüle gastrik sistemde büyüyebilmektedirler.
Probiyotik L. acidophilus’un mikroemülsiyon yöntemi
ile enkapsülasyonu
¾
Probiyotik özellik taşıyan L. acidophilus farklı gıda kaynaklı
mikroemülsiyonlara enkapsüle edilmektedirler.
¾
Emülsiyonların depolama süresince kararlılıkları, mide asitleri
ve safra tuzlarına karşı dayanıklıkları incelenmektedir.
¾Bu
sayede işlevsel gıda uygulamalarında kullanılabilecek
probiyotik mikro boyutta emülsiyonlar oluşturulmaktadırlar.
Oluşturulan emülsiyonların zamana bağlı olarak incelendiğinde
21 günün sonunda dahi kararlılıklarını korudukları
gözlemlenmiştir.
Emülsiyon tanecik boyutu deneyleri ve mikroskobik gözlemler
sonucunda elde edilen bulgular da, kararlılığın sabit kaldığını
desteklemektedir.
• Çölyak;
Genetik
olarak
yatkın bireylerde buğday,
arpa, çavdar, yulaf gibi gluten
proteini
içeren
gıda
maddelerinin tüketimiyle ortaya
çıkar.
`
`
`
`
`
(Corazza et al. 2007; Di Sabatino and Corazza 2009).
İnce bağırsak mukozasının hasarı ve buna bağlı besin emilimi bozukluğu
kaynaklı çeşitli sağlık sorunlarına (anemi, karın ağrısı, iştahsızlık, kilo
alamama vb.) yol açabilmektedir.
En yaygın intoleranslardan biridir (1:100)
Glutensiz diyet Æ Bağırsak mukozasındaki hasar ortadan kalkmaktadır
Glutensiz ürün kalitesi, bulunabilirliği, çeşidi ve ekonomikliği önem
kazanmaktadır.
Son zamanlarda ekşi maya fermentasyonu ile gluten toksisitesi
azaltılması/ortadan kaldırılması konusunda yapılan çalışmalar ilgi
çekmekte olup, sınırlı sayıdadır.
Glutensiz diyet için geliştirilen ekşi maya
fermentasyonu
¾
¾
Bölümümüz çalışma grubu tarafından izole edilmiş
olan probiyotik laktik asit bakterileri (Lb. casei D4, Lb.
delbrueckii ssp. bulgaricus TY30) ve buğday unu
kullanılarak
ekşi
maya
fermentasyonu
gerçekleştirilmiştir.
Ekşi maya fermantasyonu sırasında gliadinlerdeki
yapısal değişemeler elektroforetik (SDS-PAGE, 2-D
Elektroforez) ve kromatografik (RP-HPLC) yöntemler
ile incelenmiştir.
Çeşitli fonksiyonel katkılar ilave edilerek
glutensiz hamur ve ekmek formülasyonları
geliştirilmektedir.
` Reolojik özellikler, besin değeri ve kalite
özellikleri incelenmektedir.
• Laboratuvar
ölçekli
üretimin sanayi ölçekli
üretime
aktarılması
hedeflenmektedir.
`