Tez Arşivi

Hakkımızda

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özete göre tezleri arayabilirsiniz.


İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı

Anne sütü yağına benzer yapılandırılmış yağ üretimi

Production of structured lipids resembling human milk fat triaclyglycerols

Teze Git (tez.yok.gov.tr)

Bu tezin tam metni bu sitede bulunmamaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi tarama bölümünde 216807 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

Anne sütü yagı, bebek beslenmesi ve gelisimi açısından anne sütünün önemli bir bilesenidir. Anne sütü yagında bulunan triaçilgliserol'ler (TAG), palmitik asidi (C16:0) %60-70 oranında gliserol molekülünün sn-2 pozisyonunda, uzun zincirli doymamıs yag asitlerini (YA) ise çogu bitkisel ve hayvansal kaynaklı yaglardan farklı olarak sn-1,3 pozisyonlarında bulundurmaktadırlar. Bebek için anne sütü yagındaki bu özgün pozisyonun, bebeklerin sindirim ve absorpsiyon metabolizmalarını olumlu etkileyen etmenlerden biri oldugu düsünülmektedir. Anne sütü yagına benzer yapılandırılmıs yag (YY)'ların bitkisel kaynaklı yaglardan spesifik lipaz enzimlerinin katalizledigi interesterifikasyon tepkimeleri ile üretilmeleri ve bu YY'ların bebek maması formülasyonlarında kullanımı artık endüstriyel ölçekte mümkün olmaktadır. Bu çalısma dört farklı kısımdan olusmaktadır. Çalısmanın birinci kısmında, anne sütü yagında bulunan baslıca uzun zincirli yag asitlerini içeren ve anne sütü yagına benzer YY'ların enzimatik interesterifikasyon (asidoliz) tepkimesi ile elde edilmesi amaçlanmıs ve asidoliz tepkimeleri ekonomik açıdan ülkemiz için önemli bir bitkisel yag olan fındık yagı SYA, tripalmitin ve stearik asit arasında, Rhizomucor miehei orjinli Lipozyme® RM IM immobilize sn-1,3 spesifik lipaz enzimi katalizörlügünde gerçeklestirilmistir. Bu asamada asidoliz tepkimelerine substrat mol oranı, reaksiyon sıcaklıgı ve reaksiyon süresi gibi faktörlerin etkisi incelenmistir. Çalısmanın ikinci asamasında ise, fındık yagı serbest yag asitleri (SYA) ve tripalmitin kullanılarak, Lipozyme® RM IM lipaz enzimi katalizörlügünde gerçeklesen enzimatik interesterifikasyon (asidoliz) reaksiyonları ile anne sütü yagına benzer YY'lar eldesi ve tepki-yüzey yöntemi ile reaksiyon kosullarının optimizasyonu amaçlanmıstır. Ayrıca elde edilen optimum kosullar kullanılarak tank tipi kesikli biyoreaktörde laboratuar ölçekli üretim gerçeklestirilmistir. Çalısmanın üçüncü bölümünde ise, gamma-linolenik asit (GLA) ile zenginlestirilmis anne sütü yagına benzer YY'ların üretiminin tripalmitin, fındık yagı SYA ve hodan (boraj) yagından konsantre edilen GLA arasında enzimatik asidoliz tepkimeleri ile gerçeklestirilmesi ve tepki-yüzey metodu ile reaksiyon kosullarının optimizasyonu amaçlanmıstır. Lipozyme® RM IM ve Thermomyces lanuginosus orijinli Lipozyme® TL IM sn-1,3 spesifik lipaz enzimleri enzimatik asidoliz reaksiyonlarında biyokatalizör olarak kullanılmıstır. Çalısmanın dördüncü bölümünde ise, iki önemli omega-3 yag asidi olan eikosapentaenoik asit (EPA) ve dokosahekzaenoik asit (DHA) ile zenginlestirilmis anne sütü yagına benzer YY'ların üretimi, tripalmitin, fındık yagı SYA ve omega-3 YA konsantresi arasında enzimatik asidoliz reaksiyonları ile gerçeklestirilmesi ve tepki-yüzey metodu ile reaksiyon kosullarının optimizasyonu amaçlanmıstır. Enzimatik asidoliz tepkimelerinde Lipozyme® RM IM enzimi kullanılmıstır. Çalısmanın ikinci, üçüncü ve dördüncü asamalarında gerçeklestirilen reaksiyonların üzerinde seçilmis farklı faktörlerin etkilerinin incelenmesi ve optimum kosulların belirlenmesi amacıyla, 5 seviyeli Merkezil Bilesik Deney Tasarımı (CCD) kullanılmıs ve faktörler olarak da "substrat mol oranı (Toplam YA/TAG, Sr)", "reaksiyon sıcaklıgı (T, ºC)" ve "reaksiyon süresi (t, saat)" seçilmistir. Faktörlerin ve aralıkların seçiminde hem birinci çalısmada elde edilen sonuçlardan hem de ön deneme sonuçlarından yararlanılmıstır. Uzun zincirli yag asitlerini içeren ve anne sütü yagına benzer YY'ların eldesinde, tripalmitine katılan (inkorpore olan) stearik ve oleik asit miktarlarının reaksiyon süresi ile birlikte arttıgı, ayrıca oleik asidin tripalmitine katılma oranının "substrat mol oranı" ile arttıgı gözlenmistir. Stearik asitin en fazla katılımı [1:3:0,75] substrat mol oranında gerçeklesmistir. Reaksiyon ürünlerinin oleik/palmitik asit oranının "substrat mol oranı" ve "süre" ile birlikte arttıgı ve "substrat mol oranı" [1:12:1,5], 65ºC sıcaklık ve 24 saat reaksiyon süresi kosullarında elde edilen ürünün en yüksek (1,2) oleik/palmitik asit oranına sahip olmustur. kinci kısımda yapılan çalısmada, ?çoklu regresyon? ve ?geriye dönük eleme? yöntemleri kullanılarak tepki (oleik/palmitik asit oranı) için basarılı kuadratik modeller elde edilmistir. Üründeki oleik/palmitik asit oranının 1,25 olması hedeflenmis ve bu ürünü elde etmek için gerekli optimum kosullar [Sr: 12,2, T: 64,5ºC ve t: 24 saat] olarak bulunmustur. Bu kosullar kullanılarak hem modelin dogrulugunu tespit amacıyla reaksiyonlar test tüplerinde gerçeklestirilmis hem de aynı kosullar kullanılarak laboratuar ölçekli karıstırmalı tank tipi biyoreaktörde YY üretimi gerçeklestirilmistir. Üçüncü asama olan GLA ile zenginlestirilmis anne sütü yagına benzer YY eldesi çalısmasında, iki farklı enzim (Lipozyme® RM IM ve Lipozyme® TL IM) kullanımı ile gerçeklestirilen reaksiyonlar sonucunda seçilen tepkiler [oleik asit miktarı (%) ve GLA miktarı (%)] için, ?çoklu regresyon? ve ?geriye dönük eleme? yöntemleri uygulanarak basarılı kuadratik modeller elde edilmistir. Bu asamada üründe GLA miktarının %10, oleik asit miktarının ise %45 olması hedeflenmistir. Lipozyme® RM IM enzimi ile bu özelliklerde ürün elde etmek için optimum kosullar [Sr: 14,8, T: 55ºC ve t: 24 saat] olarak bulunurken Lipozyme® TL IM enzimi ile ise [Sr: 14,0, T: 55ºC ve t: 24 saat] olarak bulunmustur. Bu kosullarda modelin dogrulugu tespit edilmis ve bebek beslenmesi ve saglıgı açısından önemli etkileri olan GLA ile zenginlestirilmis ve anne sütü yagı ile benzer absorpsiyon özelliklerine ve yag asidi kompozisyonuna sahip YY üretimi mümkün olmustur. Dördüncü asama olan omega-3 YA (EPA ve DHA) ile zenginlestirilmis anne sütü yagına benzer YY eldesi çalısmasında ise seçilen tepkiler [EPA+DHA miktarı (%) ve oleik asit miktarı (%)] için, ?çoklu regresyon? ve ?geriye dönük eleme? yöntemleri uygulanarak basarılı kuadratik modeller elde edilmistir. Bu asamada üründeki EPA+DHA miktarının %5, oleik asit miktarının ise %40 olması hedeflenmistir. Lipozyme® RM IM enzimi ile bu özelliklerde ürün elde etmek için gerekli olan optimum kosullar [Sr: 12,4 T: 55ºC ve t: 24 saat] olarak bulunmus ve bu kosullarda modelin dogrulugu tespit edilmistir. Elde edilen YY hem bebek beslenmesi ve saglıgı açısından önemli etkileri olan omega-3 YA (EPA ve DHA) ile zenginlestirilmis hem de absorpsiyon özellikleri/yag asidi bilesimi bakımından anne sütü yagı ile benzer ürün üretimi mümkün olmustur. Bu yeni ürünün ticari ölçekte bebek mamalarında kullanımıyla bebek beslenmesi ve gelisimine önemli katkılarının olacagı düsünülmektedir.

Summary:

Human milk fat is one of the most significant components of human milk. Human milk fat is characterized by the dominance of triacylglycerols where 60-70% of palmitic acid (C16:0) is located at the sn-2 position of the glycerol backbone, whereas unsaturated fatty acids are located mainly at the sn-1 and sn-3 positions; this unique structure is different from most vegetable oils and animal fats. Previous reports provided convincing information that the higher fatty acid (FA) and calcium absorption and efficient use of dietary energy was the result of this specific position of these fatty acids in triacylglycerol (TAG) moiety. Structured lipids (SL) resembling human milk fat can now be produced at industrial scale by lipasecatalyzed interesterification reactions from vegetable oils, for including in term and preterm infant formula. This study consists of four different parts. In the first part, it was aimed to produce structured lipids resembling human milk fat containing long-chain fatty acids by enzymatic interesterification (acidolysis) reactions between free fatty acids of Turkish hazelnut oil, tripalmitin, and stearic acid using sn-1,3 specific lipase, Lipozyme® RM IM obtained from Rhizomucor miehei. The effects of substrate molar ratio, reaction temperature and reaction time on the progress of acidolysis reactions were investigated. In the second part of the study, it was aimed to produce human milk fat substitutes from hazelnut oil free FA and tripalmitin by enzymatic interesterification (acidolysis) reactions catalyzed by Lipozyme® RM IM lipase enzyme. The reaction conditions were modeled and optimised by response-surface methodology (RSM). Optimum conditions were used to synthesize SLs using laboratory scale stirred tank batch bioreactor. In the third part of the study, it was aimed to produce human milk fat substitutes enriched with gamma-linolenic acid (GLA) by enyzmatic interesterification (acidolysis) reactions with tripalmitin, hazelnut oil FA and GLA obtained from borage oil as well as to optimize reaction conditions by response surface methodology. Lipozyme® RM IM and Lipozyme® TL IM obtained from Thermomyces lanuginosus were used as the biocatalyst for the enzymatic acidolysis reactions. In the fourth part of the study, it was aimed to produce human milk fat substitute enriched with omega-3 FA (EPA and DHA) by enzymatic acidolysis reactions between tripalmitin, hazelnut oil FA and omega-3 FA concentrate as well as to optimize reaction conditions by RSM. Lipozyme® RM IM was used in the acidolysis reactions. In the studies (two, three and four), circumscribed central composite (CCC) design with five levels and three factors chosen as "substrate molar ratio (Total FA/TAG, Sr)", "reaction temperature (T, ºC)" and "reaction time (t, h)" were used to model and optimize the reaction conditions via RSM. The independent variables and their levels were chosen based on the results of the first study and the reaction trials. For the production of human milk fat substitutes containing long-chain fatty acids, it was found that incorporation of oleic and stearic acids into tripalmitin increased with the reaction time. Incorporation of oleic acid increased with the substrate molar ratio. The highest incorporation of stearic acid was achieved at "substrate molar ratio" of [1:3:0,75]. The oleic/palmitic acid ratio of the reaction products was increased with substrate molar ratio and reaction time and the product obtained at substrate molar ratio of [1:12:1,5], 65ºC reaction temperature and 24 h reaction time had the highest oleic/palmitic acid ratio (1,2). In the second part of the study, good quadratic models were obtained for [oleic acid: palmitic acid] ratio by multiple regression and backward elimination for the production of human milk fat substitutes. The optimum conditions generated from the model for the targeted [oleic acid: palmitic acid] ratio (1,25) were [Sr: 12,2 mol/mol, T: 64,5°C and t: 22,8 h]. Using these optimal conditions, reactions were done in test tubes in order to verify the model, and also structured lipid production was done at laboratuary scale stirred-tank batch bioreactor using the same conditions. For the production of human milk fat substitutes enriched with GLA, which is the third part of the study, good quadratic models were obtained for the incorporation of GLA (response 1) and oleic acid (response 2) by multiple regression and backward elimination. The optimal conditions generated from the models for the targeted GLA (10%) and oleic acid (45%) incorporation were [Sr: 14,8 mol/mol, T: 55°C and t: 24 h] and [Sr: 14 mol/mol, T: 55°C and t: 24 h] for the reactions catalyzed by Lipozyme® RM IM and by Lipozyme® TL IM, respectively. A human milk fat substitute product containing GLA was successfully produced having both the associated health benefits of GLA and similar fatty acid composition as well as similar absorption characteristics with human milk fat. For the production of human milk fat substitutes enriched with omega-3 FA (EPA and DHA), which is the fourth part of the study, good quadratic models were obtained for the responses [EPA+DHA (%) and oleic acid content (%)] by multiple regression and backward elimination. The targeted TAG product was aimed to contain omega-3 FA (EPA+DHA) and oleic acid at 5% and 40%, respectively. The optimal conditions generated from the models for the targeted product were [Sr: 12,4 mol/mol, T: 55°C and t: 24 h]. The model was further verified with the optimum conditions. The product was enriched with omega-3 FAs (EPA and DHA) with the potential to deliver both the health benefits associated with omega-3 FAs and the absorption characteristics/fatty acid composition similar to human milk fat. This SL may be an important ingredient for commercial use in infant formula and contribute to the infant nutrition and development.