Timol yüklü kitosan nanopartiküllerinin optimizasyonu ve karakterizasyonu

Abstract

Timol, çeşitli kekik türlerinden elde edilen uçucu yağların majör bileşenlerinden birisi olan, antimikrobiyal ve antioksidan aktivite gibi önemli fonksiyonel özellikler gösteren biyoaktif bir moleküldür. Timolün suda çözünür olmaması, gıda endüstrisinde katkı maddesi olarak kullanımını kısıtlayan en önemli etkendir. Bu çalışmada, timolün kitosan (KS) kullanılarak iyonik jelasyon yöntemi ile nano ölçekte enkapsülasyon koşulları optimize edilmiş ve optimum koşullarda elde edilen timol yüklü kitosan nanopartikülleri (TKNP) karakterize edilmiştir. Çalışmanın birinci aşamasında; sıcaklık (25-45 °C) ve KS (3-6 mg/mL), timol (3-6 mg/mL), Tween 80 (T80, 3-6 mg/mL) ve tripolifosfat (TPP,0,15-0,75 mg/mL) konsantrasyonu olmak üzere iyonik jelleşme ile enkapsülasyon sırasında uygulanan 5 proses parametresi, faktöriyel dizayn (FD) yöntemi uygulanarak optimize edilmiştir. Optimizasyonda, düşük partikül çapı, sıfırdan uzak zetapotansiyel (ZP) ve yüksek enkapsülasyon etkinliği (EE) hedeflenmiştir. Yapılan optimizasyon çalışmaları sonrasında, optimum proses parametreleri 42 °C sıcaklık, 3 mg/mL KS oranı, 5,9 mg / mL timol oranı, 3 mg/mL T80 oranı ve 0,75 mg / mL TPP oranı olarak belirlenmiştir. Bu noktada üretilen TKNP’nin EE, ZP ve ortalama partikül çapı sırasıyla % 64,1, 35,5 mV ve 317,4 nm olarak bulunmuştur. Çalışmanın ikinci aşamasında ise optimum koşullarda üretilen TKNP ayrıntılı olarak karakterize edilmiş ve SEM, DSC, RAMAN, FTIR, antibakteriyel ve antioksidan aktiviteleri ile in vitro salım şartları belirlenmiştir. FTIR ve Raman ölçümleri ile KNP’lere timol yüklenmesi sonucu TKNP oluşumundaki moleküler etkileşimleri işaret eden yeni piklerin ortaya çıkışı ve bu piklerin alanlarında meydana gelen artış gözlemlenmiştir. SEM analizlerinde, timol eklenmesiyle nanopartiküllerin boyutunun genişlediği görülmüş ve TKNP’ler 200-590 nm arasında küresel bir şekil göstermişlerdir. TKNP’ler (IC50=0,55 mg/mL) ve saf timolün (IC50=0,747 mg/mL) DPPH radikal yakalama aktiviteleri karşılaştırıldığında, kapsüllenme işlemiyle timolün antioksidan aktivitesinin arttığı gözlemlenmiştir. TKNP’ler en yüksek antibakteriyel etkiyi Listeria monocytogenes üzerinde gösterirken, en düşük etki Staphylococcus aureus üzerinde gözlemlenmiştir. KNP’ler için ise tam tersi sonuçlar elde edilmiştir. Sıvı besiyeri dilüsyon metodunda, TKNP ve KNP’ler 24 saatte bakteri sayılarında istatistiksel olarak önemli (P<0.05) azalmalar sağlarken, TKNP’lerin %2’lik (v/v) seviyesini içeren ortamlarda L. monocytogenes sayısı 24 saat sonunda tespit limitinin altında bulunmuştur. Asetat tamponunda (pH 3), fosfat tamponuna (pH 7,2) göre daha yavaş aktif madde salımı meydana gelmiştir. Şişme indeksi ve partikül verimi sırasıyla % 6,7±0,3, ve % 30,8±2,76 olarak bulunmuştur. Sonuç olarak, bu çalışma ile düşük partikül çapına sahip, suda çözünebilir, kontrollü salım yapan ve yüksek antioksidan ve antimikrobiyal aktivite gösteren TKNP’ler yüksek verimde üretilmiştir.