Encapsulation of essential oils with antimicrobial properties with chitosan and/ or chitosan/ biopolymer blends

Abstract

ANTİMİKROBİYAL ÖZELLİKLERE SAHİP ESANSİYEL YAĞLARIN KİTOSAN VE/ VEYA KİTOSAN/ BİYOPOLİMER KARIŞIMLARI İLE ENKAPSÜLE EDİLMESİ Sentetik bazlı antimikrobiyal malzemelerin kanserojen ve mutajenik potansiyelinden dolayı yerini alabilecek doğal alternatif ürünler aranmaya başlanmıştır. Bu arayış sonucunda tüketici ürünlerinin fonksiyonel özelliklerini korumak ve zenginleştirmek için antioksidan ve antimikrobiyal aktivite gibi özelliklere sahip doğal oluşumlu uçucu (esansiyel) yağlar ortaya çıkmıştır. Ancak esansiyel yağların etken bileşenleri abiyotik şartlardan olumsuz etkilenerek aktivitelerini hızlı şekilde kaybetmelerinden ötürü kullanımları kısıtlanmaktadır. Bu etken bileşenlerin çevresel faktörlerden korunabilmesi için kapsülleme yöntemi uygulanmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında, Aesculus hippocastanum (at kestanesi) ve Cinnamomum zeylanicum (tarçın) olmak üzere ülkemizde de yetiştirilen bitkilerin yağlarının kitosan ve kitosan/ jelatine enkapsülasyonu ile nanopartiküler taşıyıcı sistemlerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu hedeflenmiştir. Enkapsülasyonda iyonik jelasyon metodu kullanılmış; süreç parametrelerinin (çapraz bağlayıcı derişimi, yüzey aktif madde türü, polimer/ yağ oranı, karıştırma hızı, kitosan/ jelatin oranı) enkapsülasyon verimi ve yağ tutma kapasitesi üzerindeki etkileri irdelenmiştir. Nanopartiküller, Termogravimetrik analiz(TGA),Taramalı Elektron Mikroskobu analizleri (SEM ve SEM-EDX) ve Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi(FT-IR) ile karakterize edilmiştir. Sonuçlara göre, tarçın esansiyel yağının kitosan ile enkapsülasyonda %20.6 verim ve 0.023 g / g yağ tutma kapasitesi elde edilirken, jelatinin yapıya katılımı sonucunda %80.9 verim ve 0.078 g/ g yağ tutma kapasitesine ulaşılmıştır. Küresel morfolojiye sahip nanopartiküler sistem 4 günlük süre içerisinde kontrollü salım sağlamıştır. Aynı şekilde at kestanesi esansiyel yağının kitosan ile enkapsülasyonda %66.9 verim ve 0.081 g / g yağ tutma kapasitesi elde edilirken, jelatinin yapıya katılımı sonucunda %95.1 verim ve 0.084 g/ g yağ tutma kapasitesine ulaşılmıştır. Küresel morfolojiye sahip nanopartiküler sistem 6 günlük süre içerisinde kontrollü salım sağlamıştır.

ENCAPSULATION OF ESSENTIAL OILS WITH ANTIMICROBIAL PROPERTIES WITH CHITOSAN AND/ OR CHITOSAN/ BIOPOLYMER BLENDS Due to the carcinogenic and mutagenic potential of synthetic-based materials, a search has begun for natural alternative products that can replace them. As a result of this search, naturally occurring volatile (essential) oils with properties such as antioxidant and antimicrobial activity have emerged in order to preserve and enrich the functional properties of consumer products. However, the active components of essential oils are negatively affected by abiotic conditions and their use is restricted due to their rapid loss of activity. Encapsulation method is applied to protect these active components from environmental factors. Within the scope of this thesis, it was aimed to develop and characterize nanoparticle carrier systems by encapsulating chitosan and chitosan/ gelatine oils of plants grown in our country, Aesculus hippocastanum (horse chestnut) and Cinnamomum zeylanicum (cinnamon). The ionic gelation method was used in encapsulation; the effects of process parameters (crosslinker concentration, surfactant type, polymer/ oil ratio, mixing speed, chitosan/ gelatin ratio) on encapsulation efficiency and oil holding capacity were investigated. The nanoparticles were characterized by Thermogravimetric Analysis (TGA), Scanning Electron Microscopy analysis (SEM and SEM-EDX) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR). According to the results, 20.6% yield and 0.023 g/ g oil holding capacity were obtained in encapsulation of cinnamon essential oil with chitosan, while 80.9% yield and 0.078 g/ g oil holding capacity were achieved as a result of the incorporation of gelatin into the structure. The nanoparticular system with spherical morphology provided controlled release within a period of 4 days. Likewise, 66.9% efficiency and 0.081 g/ g oil holding capacity were obtained in encapsulation of horse chestnut oil with chitosan, while 95.1% yield and 0.084 g/ g oil holding capacity were achieved as a result of the incorporation of gelatin into the structure. The nanoparticular system with spherical morphology provided controlled release within 6 days.