Elektrodöndürme Yöntemiyle Elde Edilen Zein Tabanlı Biyoaktif Madde Yüklü Nanomateryallerin Karakterizasyonu ve Tavuk Köftenin Bazı Kalite Parametreleri Üzerine Etkisi

Abstract

Bu çalışmada, antimikrobiyal ve antioksidan özelliklere sahip keten tohumu yağı, kurkumin ve gallik asit yüklü zein tabanlı nanolifler üretilip karakterize edilmiş ve bu nanoliflerin tavuk köftenin depolanması ile kızartılması sürecindeki kalite özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Çalışma kapsamında; zein tabanlı nanolif (ZN), kurkumin yüklü (ZNC), keten tohumu yağı yüklü (ZNF), gallik asit yüklü (ZNG), keten tohumu yağı ve kurkumin yüklü (ZNFC), keten tohumu yağı ve gallik asit yüklü (ZNFG) ile keten tohumu yağı, gallik asit ve kurkuminin birlikte yüklendiği (ZNFCG) olmak üzere yedi farklı zein tabanlı nanolif türü üretilmiştir. Elektrodöndürme cihazı çalışma koşulları tüm nanolifler için 27 kV voltaj, 0.065 mL/dk çözelti akış hızı ve iğne ucuyla plaka arasındaki mesafe 12 cm olarak belirlenmiştir. Elde edilen nanoliflerin çaplarının 170.79±61.47-318.55±37.90 nm arasında değişim gösterdiği, nanoliflerin enkapsülasyon etkinliğinin (EE) ise oldukça yüksek olduğu (%97.13 ile %98.03) belirlenmiştir. Biyoaktif maddelerin nanolif içine başarılı bir şekilde en kapsüle edildiği ATR-FTIR analizinden elde edilen spektrumlarla kanıtlanmıştır. Nanoliflerin çeşitli patojen mikroorganizmalara karşı antimikrobiyal aktiviteleri incelenmiş ve nanoliflerin 16, 15.5, 15 ve 14 mm inhibisyon çapı oluşturarak bu patojenlere karşı oldukça yüksek antimikrobiyal etki gösterdiği belirlenmiştir. Nanoliflerin mikroorganizmaları inhibe eden en düşük konsantrasyonlarının 0.05 mg/mL gibi düşük miktarlar olduğu görülmüştür. Ayrıca, nanoliflere yönelik in vitro kontrollü salınım testleri gerçekleştirilmiş, nanoliflerin toplam fenolik madde miktarı (TFM), antioksidan kapasitesi (DPPH) ve termal özellikleri belirlenmiştir. Karakterizasyon analizleri gerçekleştirildikten sonra tavuk köfteler nanolifle kaplanmış ve toplam mezofilik aerobik bakteri (TMAB) yükü 6 log kob/g değerine ulaşana kadar örnekler 4±2°C'de muhafaza edilmiştir. Muhafaza süresince nanoliflerin tavuk köftenin kalite parametreleri üzerine etkisinin değerlendirilmesi amacıyla; TMAB sayımı, toplam psikrofilik bakteri (TPB) sayımı, toplam maya-küf (TMK) sayımı, pH, tiyobarbitürik asit sayısı (TBA), renk ve karbonil madde miktarı analizleri gerçekleştirilmiştir. Muhafazanın 3.gününde nanolifle kaplı olmayan grupta (K-TK) TMAB sayısı 6.11 log kob/g, ZNFCG-TK grubunda ise 3.40 log kob/g olarak bulunmuştur. Ayrıca muhafazanın 14. gününde ZNFCG-TK grubunda TMAB sayısı 7.89 log kob/g değerine ulaşmıştır. Nanoliflerin tavuk köfte örneğinde mikroorganizma gelişimini sınırlayıcı etkileri olduğu belirlenirken bu anlamda en etkili nanolifin ZNFCG nanolifi olduğu tespit edilmiştir. Çalışmanın diğer kısmında ise, tavuk köfte örnekleri nanolifle kaplanmış ve biyoaktif maddelerin salınım gerçekleştirmesi için 24 saat boyunca 4±2°C'de bekletilmiştir. Daha sonra derin yağda 180ºC'de, 9 dk kızartılmıştır. Kızartma işlemi sonrası; köftelerde kızartma verimi, çap azalması, nem tutma kapasitesi, yağ emilimi, sertlik, renk parametreleri (L*, a*, b*), TBA ve protein oksidasyonu (karbonil içeriği) gibi kalite kriterleri incelenmiştir. Analizler sonucunda, nanolif kaplamanın tüm parametreler üzerinde istatistiksel olarak anlamlı farklılıklar meydana getirdiği belirlenmiştir (p<0.05). En yüksek kızartma verimi ZNFCG-K (%79.36) grubunda gözlemlenmiş olup en düşük yağ emilimi de ZNFC-K (%1.21) grubunda tespit edilmiştir. Bu örnek gruplarının aynı zamanda en yüksek nem tutma kapasitesine (%65.57 ve %63.09) sahip olduğu belirlenmiştir. Renk parametreleri açısından, nanolif kaplamanın özellikle ürünün açıklığı (L*) ve sarılığı (b*) üzerinde anlamlı etkiler oluşturduğu belirlenmiştir. ZNF-K grubunda en yüksek b* değeri (31.43) tespit edilmiştir. Oksidatif stabilite bakımından değerlendirildiğinde, en düşük TBA değeri ZNFCG-K (0.24 mg MDA/kg) ve ZNFG-K (0.28 mg MDA/kg) gruplarında bulunmuştur. Sertlik analizi sonucuna göre ise ZNFC-K grubunun diğer örnek gruplarına göre en yumuşak tekstüre sahip olduğu (5.08 N) belirlenmiştir. Bu çalışmada; zein tabanlı biyoaktif madde yüklü nanoliflerin tavuk köftenin hem depolama süresince mikrobiyal kalitesi hem de kızartma sonrası kalite özellikleri üzerinde olumlu etkiler sağladığı belirlenmiştir.

In this study, zein based nanofibers loaded with flaxseed oil, curcumin and gallic acid known for their antimicrobial and antioxidant properties were fabricated and characterized. The effects of these nanofibers on the quality parameters of chicken meatballs during storage and deep fat frying were comprehensively investigated. Within the scope of the study, seven types of zein based nanofibers were developed; pure zein nanofibers (ZN), curcumin loaded (ZNC), flaxseed oil loaded (ZNF), gallic acid loaded (ZNG), flaxseed oil and curcumin loaded (ZNFC), flaxseed oil and gallic acid loaded (ZNFG) and flaxseed oil, gallic acid and curcumin loaded (ZNFCG). The electrospinning parameters were standardized for all formulations at 27 kV voltage, 0.065 mL/min solution flow rate and a needle to collector distance of 12 cm. The diameters of the produced nanofibers ranged from 170.79±61.47 to 318.55±37.90 nm. The encapsulation efficiency (EE) of the bioactive compounds was determined to be remarkably high, ranging from 97.13% to 98.03%. The successful encapsulation of these compounds into the nanofiber matrix was confirmed through ATR-FTIR spectroscopy. Antimicrobial assays revealed that the nanofibers exhibited high inhibitory effects against various pathogenic microorganisms, with inhibition zones of 16, 15.5, 15 and 14 mm. Moreover, the minimum inhibitory concentrations (MIC) were found to be as low as 0.05 mg/mL. In vitro controlled release tests were conducted, total phenolic content (TPC) antioxidant capacity (DPPH) and thermal properties were evaluated. Following the characterization analyses, the nanofibers were applied as coatings on chicken meatballs, which were stored at 4±2°C until the total mesophilic aerobic bacteria (TMAB) count reached to 6 log CFU/g. During storage, the impact of nanofiber coatings on various quality parameters of the meatballs was assessed, including TMAB, total psychrophilic bacteria (TPB), total mold-yeast (TMY) counts, pH, thiobarbituric acid reactive substances (TBA), color and protein carbonyl content. On the 3rd day of storage, the uncoated control group (K-TK) reached a TMAB level of 6.11 log CFU/g, whereas the ZNFCG coated group remained at 3.40 log CFU/g. By the 14th day, TMAB in the ZNFCG-TK group rose to 7.89 log CFU/g. These findings indicated that nanofiber coatings effectively delayed microbial growth, with ZNFCG nanofibers demonstrating the highest antimicrobial efficacy. In the subsequent part of the study, the nanofiber coated chicken meatballs were stored at 4±2°C for 24 hours to allow for bioactive release and then deep fat fried at 180°C for 9 minutes. Post frying, various quality attributes were analyzed, including frying yield, diameter reduction, moisture retention capacity, oil uptake, texture (hardness), color parameters (L*, a*, b*), TBA values and protein oxidation (carbonyl content). Statistical analyses revealed that the nanofiber coatings induced significant differences in all evaluated parameters (p<0.05). The highest frying yield was observed in the ZNFCG-K group (79.36%), while the lowest oil uptake was recorded in the ZNFC-K group (1.21%). These groups also exhibited the highest moisture retention capacities (65.57% and 63.09%, respectively). Regarding color, nanofiber coatings significantly influenced the lightness (L*) and yellowness (b*) of the samples. The ZNF-K group showed the highest b* value (31.43). In terms of oxidative stability, the lowest TBA values were detected in the ZNFCG-K (0.24 mg MDA/kg) and ZNFG-K (0.28 mg MDA/kg) groups. The texture analysis indicated that ZNFC-K samples had the softest structure with a hardness value of 5.08 N. In conclusion, this study demonstrated that zein-based nanofibers loaded with bioactive compounds positively influenced both the microbial stability during refrigerated storage and the physicochemical quality parameters of chicken meatballs after deep fat frying.