Bu çalışma, Hericium erinaceus mantarının iki farklı dokusundan, yani miselyumundan ve meyve gövdesinden elde edilen çözünür diyet liflerini aynı ekstraksiyon koşulları altında karşılaştırmaktadır. Araştırmacılar, iki hammaddenin aynı ultrason destekli birleşik enzimatik işlemden geçirilmesine rağmen farklı moleküler yapılar, gözenek biçimleri, termal davranışlar ve in vitro fonksiyonel özellikler oluşturduğunu göstermiştir.

Miselyumdan elde edilen çözünür diyet lifi, çalışmada M-SDF olarak adlandırılmıştır. Bu lifin ekstraksiyon verimi yüzde 9,72 olarak bulunmuş; galakturonik asit, arabinoz ve ramnoz gibi pektinle ilişkili monosakkaritleri içerdiği, ortalama moleküler ağırlığının 82,32 kDa olduğu ve üç boyutlu, düzensiz ve bağlantılı bir gözenek ağı oluşturduğu belirlenmiştir. M-SDF ayrıca yüzde 83,7 su çözünürlüğü, zayıf jel benzeri reolojik davranış, daha yüksek ısıl kararlılık, daha güçlü antioksidan test sonuçları ve daha yüksek in vitro kolesterol adsorpsiyonu göstermiştir.

Meyve gövdesinden elde edilen çözünür diyet lifi ise F-SDF olarak adlandırılmıştır. Bu örnek daha düşük ekstraksiyon verimine sahip olsa da glikoz bakımından zengin, daha düşük moleküler ağırlıklı ve daha yüksek oranda amorf bir yapı sergilemiştir. Taramalı elektron mikroskobu görüntülerinde düzenli, petek benzeri mikro gözenekler görülmüştür. Bu yapı F-SDF’nin su ve yağ tutma, glikoz adsorpsiyonu, α-amilaz inhibisyonu ve asidik ortamda nitrit bağlama ölçümlerinde daha yüksek performans göstermesiyle ilişkilendirilmiştir.

Çalışmanın en önemli sonucu, aynı mantar türünün miselyumu ile meyve gövdesinin birbirinin eşdeğeri olmayan iki çözünür diyet lifi kaynağı olduğudur. Miselyum kökenli lif, araştırmanın laboratuvar koşullarında daha yüksek çözünürlük, ısıl kararlılık, antioksidan kapasite ve kolesterol adsorpsiyonu gösterirken; meyve gövdesi kökenli lif su ve yağ tutma, glikoz adsorpsiyonu, α-amilaz inhibisyonu ve nitrit uzaklaştırma testlerinde öne çıkmıştır.

Ancak bütün fonksiyonel sonuçlar in vitro deneylere dayanmaktadır. Çalışma, bu liflerin insanlarda kan şekerini düşürdüğünü, kolesterolü azalttığını, mideyi koruduğunu veya hastalıkları tedavi ettiğini kanıtlamamaktadır. Araştırmacılar da gelecekte hayvan deneyleri, karmaşık gıda sistemleri ve uygulamalı üretim çalışmaları gerektiğini açıkça belirtmiştir.

Çalışmanın temel problemi nedir?

Hericium erinaceus meyve gövdeleri ile miselyumları aynı organizmaya ait olmasına rağmen aynı doku değildir. Meyve gövdesi mantarın makroskopik olarak gelişmiş yapısıdır; miselyum ise büyüme ortamına yayılan hücresel iplikçiklerden oluşan dokudur. Bu iki dokunun hücre duvarı bileşimleri ve mimarileri farklıdır.

Meyve gövdesi üretiminin çalışmada belirtilen bazı sınırlılıkları bulunmaktadır:

• Yetiştirme süresi yaklaşık 50-60 gündür.
• Toprak, alan ve iş gücü gereksinimi daha yüksektir.
• Mevsimsel değişkenlikten etkilenebilir.
• Mikrobiyal kontaminasyona karşı hassas olabilir.
• Endüstriyel hammadde arzı yeterince istikrarlı olmayabilir.

Buna karşılık sıvı batık fermantasyonla miselyum üretiminin 7-10 gün içinde gerçekleştirilebildiği, daha az alan gerektirdiği ve daha tutarlı partiler oluşturabildiği belirtilmiştir. Bu nedenle miselyumun, işlevsel gıda bileşenleri için alternatif bir hammadde olup olamayacağı önemli bir araştırma sorusudur.

Önceki çalışmaların büyük bölümü meyve gövdesinden elde edilen çözünür diyet liflerine odaklanmıştır. Miselyum kökenli çözünür diyet lifinin, meyve gövdesi kökenli lifle aynı ekstraksiyon koşulları altında doğrudan karşılaştırıldığı çalışmalar ise sınırlıdır.

Araştırmanın cevap aradığı temel soru şudur:

Ekstraksiyon yöntemi tamamen aynı tutulduğunda, yalnızca doku kaynağının değişmesi çözünür diyet lifinin yapısını ve in vitro işlevlerini ne ölçüde değiştirir?

Çözünür diyet lifi neden önemlidir?

Diyet lifleri suda çözünme özelliklerine göre çözünür diyet lifi ve çözünmeyen diyet lifi olarak sınıflandırılabilir. Çözünür diyet lifleri suyla temas ettiğinde çözünebilen, şişebilen veya viskoz sistemler oluşturabilen polisakkarit ağırlıklı yapılardır.

Çalışmada çözünür diyet lifinin işlevlerinin yalnızca toplam miktarına değil, aşağıdaki yapısal özelliklerine bağlı olduğu vurgulanmıştır:

• Moleküler ağırlık
• Monosakkarit bileşimi
• Polisakkarit zincirlerinin dallanma biçimi
• Kristalin ve amorf bölgelerin oranı
• Yüzey gözenekliliği
• Hidroksil ve karboksil gibi aktif grupların erişilebilirliği
• Çözeltide oluşturduğu viskoz veya elastik ağ

Bu nedenle iki lifin kimyasal olarak “polisakkarit” olması, işlevlerinin aynı olacağı anlamına gelmez. Lifin moleküler düzeni ve yüzey yapısı, suyu, yağı, glikozu, kolesterolü veya nitrit iyonlarını nasıl tuttuğunu etkileyebilir.

Neden ultrason ve enzimler birlikte kullanıldı?

Geleneksel alkali ekstraksiyon yöntemleri yüksek verim sağlayabilse de güçlü alkali koşullar polisakkaritlerin parçalanmasına ve istenmeyen atık su oluşumuna neden olabilir. Yalnızca enzim kullanılan yöntemler daha hafiftir; ancak hücre duvarı yeterince parçalanmadığında ekstraksiyon verimi düşük kalabilir.

Çalışmada kullanılan yaklaşım ultrason destekli birleşik enzimatik ekstraksiyondur. İngilizce adı ultrasound-assisted compound enzymatic extraction, kısaltması ise UAEE’dir.

Ultrason sıvı ortamda kavitasyon oluşturur. Çok küçük kabarcıkların oluşması ve çökmesi sırasında meydana gelen mekanik kesme, mikroakış ve yerel basınç değişimleri hücre duvarını gevşetebilir. Böylece su ve enzimler hücre duvarı içine daha kolay ulaşabilir.

Enzimler ise farklı bileşenleri hedeflemiştir:

• Termostabil α-amilaz: Nişasta ile ilişkili bileşenleri parçalamak için kullanılmıştır.
• Bileşik proteaz: Protein matrisini hidroliz ederek lif fraksiyonlarının açığa çıkmasını sağlamayı amaçlamıştır.
• Selülaz: Selüloz bakımından zengin çözünmeyen polisakkarit ağını gevşetmek ve çözünür lif fraksiyonlarının serbestleşmesini kolaylaştırmak için kullanılmıştır.

Şekil 1’de bu süreç, hammadde tozunun ultrasonik banyoda ön işlemden geçirilmesi, ardışık enzimatik hidroliz, santrifüj, çözünür fraksiyonun toplanması ve dondurarak kurutulması biçiminde gösterilmiştir.

Ekstraksiyon süreci nasıl gerçekleştirildi?

Miselyum ve meyve gövdesi ayrı ayrı kurutulmuş, öğütülmüş ve 80 mesh elekten geçirilmiştir. Her iki hammadde de aynı işlem koşullarına tabi tutulmuştur. Böylece doku kökeni dışındaki deney değişkenleri mümkün olduğunca sabit tutulmuştur.

Temel ekstraksiyon adımları şunlardır:

1. 100 g hammadde, 1:20 katı-sıvı oranında deiyonize suyla karıştırılmıştır.
2. 300 W güçte ve 40 kHz frekansta ultrason uygulanmıştır.
3. Ultrason işlemi 40 °C’de 30 dakika sürdürülmüştür.
4. pH 6,0’a ayarlanmış ve kuru madde başına 400 U/g termostabil α-amilaz eklenmiştir.
5. Karışım 95 °C’de, 150 devir/dakika çalkalamayla bir saat inkübe edilmiştir.
6. Sıcaklık 60 °C’ye indirildikten sonra pH 7,0’a ayarlanmış ve 1.200 U/g bileşik proteaz eklenmiştir.
7. 60 °C’de bir saat daha inkübasyon yapılmıştır.
8. pH 4,5’e ayarlanmış ve 300 U/g selülaz eklenmiştir.
9. 60 °C’de bir saatlik üçüncü enzimatik işlem uygulanmıştır.
10. Enzimler kaynar su banyosunda 10 dakika tutularak etkisizleştirilmiştir.
11. Karışım 4 °C’de, 8.000 × g’de 15 dakika santrifüj edilmiştir.
12. Üst sıvı 55 °C’de döner buharlaştırıcıyla başlangıç hacminin beşte birine yoğunlaştırılmıştır.
13. Yoğunlaştırılmış çözeltiye dört hacim yüzde 95 etanol eklenmiştir.
14. Çözünür diyet lifi 4 °C’de 12 saat çöktürülmüştür.
15. Çökelti santrifüjle ayrılmış ve dondurarak kurutulmuştur.

Miselyumdan elde edilen ürün M-SDF, meyve gövdesinden elde edilen ürün ise F-SDF olarak adlandırılmıştır.

Ekstraksiyon verimi nasıl hesaplandı?

Çalışmada çözünür diyet lifi verimi şu formülle hesaplanmıştır:

\[ \mathrm{SDF\ verimi}\,(\%) = \frac{m_2}{m_1} \times 100 \]

Burada:

• m₁, ekstraksiyona alınan kurutulmuş hammadde kütlesidir.
• m₂, dondurarak kurutulduktan sonra elde edilen çözünür diyet lifi kütlesidir.

M-SDF verimi yüzde 9,72 ± 1,01, F-SDF verimi ise yüzde 7,87 ± 0,70 olarak ölçülmüştür. Aradaki fark istatistiksel olarak anlamlı bulunmuştur.

Araştırmacılar bu farkı miselyum hücre duvarının daha gevşek ve pektin bakımından daha zengin olmasına bağlamıştır. Meyve gövdesinde bulunan yoğun, çapraz bağlı kitin-glukan ağının ultrasonik kesmeye ve enzimatik hidrolize daha dirençli olduğu ileri sürülmüştür.

Bu sonuç, aynı miktardaki kuru hammaddeden miselyum kullanıldığında daha fazla çözünür diyet lifi elde edildiğini göstermektedir. Ancak çalışmada kapsamlı bir ekonomik maliyet analizi yapılmamıştır. Bu nedenle “daha verimli” sonucu doğrudan “ticari olarak kesinlikle daha ucuzdur” biçiminde yorumlanmamalıdır.

Monosakkarit bileşimleri neden farklıydı?

Polisakkaritler, farklı monosakkarit birimlerinin birbirine bağlanmasıyla oluşur. Monosakkarit bileşimi, lifin hangi tür polisakkaritlerden oluştuğunu ve ne ölçüde dallanmış olabileceğini anlamaya yardımcı olur.

M-SDF’de arabinoz, ramnoz ve galakturonik asit bulunurken bu üç bileşen F-SDF’de tespit edilmemiştir. Araştırmacılar bunları pektinle ilişkili karakteristik monosakkaritler olarak değerlendirmiştir.

M-SDF’nin galaktoz oranı yüzde 31,38, glikoz oranı yüzde 30,59 ve galakturonik asit oranı yüzde 6,79’dur. Bu bileşim daha dallanmış, pektin bakımından zengin bir polisakkarit mimarisine işaret edecek şekilde yorumlanmıştır.

F-SDF’nin en baskın bileşeni yüzde 51,56 ile glikozdur. Araştırmacılar bunu meyve gövdesi hücre duvarındaki selüloz ve hemiselülozun hidroliziyle ve glukan ağırlıklı daha doğrusal zincirlerle ilişkilendirmiştir.

Bu sonuçlar yalnızca toplam lif miktarının değil, lifin hangi şeker birimlerinden oluştuğunun da işlevsel davranışı etkilediğini göstermektedir.

Moleküler ağırlık sonuçları

Çözünür diyet liflerinin moleküler ağırlıkları jel geçirgenlik kromatografisiyle ölçülmüştür.

M-SDF’nin moleküler ağırlığı F-SDF’den daha yüksektir. Her iki örneğin polidispersite indeksinin yaklaşık 1,3 olması, moleküler ağırlık dağılımlarının görece dar ve birbirine yakın olduğunu göstermektedir.

Ultrasonun burada iki yönlü rolü olduğu öne sürülmüştür. Bir yandan hücre duvarını parçalayarak büyük polisakkaritlerin serbestleşmesini kolaylaştırmış, diğer yandan bazı glikozidik bağları keserek moleküler ağırlığı azaltmış olabilir.

Nihai moleküler ağırlık, ultrason enerjisinin tek başına etkisinden çok hammaddenin hücre duvarı yapısına verdiği tepkiyle belirlenmiştir. Gevşek miselyum hücre duvarı parçalanırken polisakkarit omurgasının daha büyük bölümü korunmuş; daha dirençli meyve gövdesi yapısında ise elde edilen çözünür fraksiyon daha düşük moleküler ağırlıklı olmuştur.

Elektron mikroskobu görüntüleri ne gösterdi?

Şekil 2’de M-SDF ve F-SDF örnekleri 100, 500 ve 1.000 kat büyütmeyle görüntülenmiştir. Her iki örnekte de düzensiz blok biçimli parçacıklar bulunsa da yüzey mimarileri belirgin şekilde farklıdır.

F-SDF:

• Daha bütün ve yoğun bir iskelet görünümü sergilemiştir.
• Yüzeyinde düzenli, petek benzeri mikro gözenekler bulunmuştur.
• Gözeneklerin nispeten benzer boyutta ve düzenli dağıldığı görülmüştür.

M-SDF:

• Daha küçük ve parçalanmış parçacıklardan oluşmuştur.
• Yüzeyi son derece pürüzlüdür.
• Çok sayıda oluk ve düzensiz boşluk içeren üç boyutlu, birbirine bağlı bir gözenek ağı göstermiştir.

Araştırmacılar M-SDF’nin pektin bakımından zengin ve gevşek hücre duvarının ultrasonik kavitasyona daha duyarlı olduğunu, bu nedenle parçalı ve çok seviyeli gözenekli bir yapı meydana geldiğini belirtmiştir.

F-SDF’deki katı kitin-glukan iskeletinin ise işlemden sonra kısmen korunarak düzenli petek yapısını sürdürdüğü düşünülmüştür.

Bu mikroyapısal farklar daha sonraki su, yağ, glikoz, kolesterol ve nitrit adsorpsiyon sonuçlarının açıklanmasında kullanılmıştır.

FTIR analizi: Temel polisakkarit omurgası korundu mu?

Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi, örneklerdeki işlevsel grupları değerlendirmek amacıyla kullanılmıştır. M-SDF ve F-SDF spektrumlarının genel biçimi birbirine oldukça benzer bulunmuştur.

Başlıca bantlar şunlardır:

• 3.200-3.600 cm^-1: Hidroksil gruplarındaki O-H gerilme titreşimleri
• 2.925 cm^-1: Polisakkarit yapısındaki C-H gerilme titreşimi
• 1.638 cm^-1 ve 1.640 cm^-1: Bağlı sudaki H-O-H eğilme titreşimleri
• 1.412 cm^-1 ve 1.399 cm^-1: Karboksil gruplarının simetrik gerilme titreşimleri
• 1.078 cm^-1: Piranoz halkasındaki C-O-C asimetrik gerilme titreşimi

Her iki örnekte benzer karakteristik bantların bulunması, ultrason destekli enzimatik işlemin temel polisakkarit omurgasını tümüyle değiştirmediğini göstermektedir.

Farklılıklar daha çok bant yoğunluklarında ve belirli grupların bolluğunda ortaya çıkmıştır. Bu durum, iki lifin tamamen farklı kimyasal sınıflara ait olmadığını; ortak bir polisakkarit temelini paylaşırken dallanma, bileşim ve moleküler düzen açısından ayrıldığını düşündürmektedir.

Kristalin ve amorf yapı ne anlama geliyor?

X-ışını kırınımı analizinde iki örnek de 2θ = 10-25° aralığında geniş ve dağınık tepe noktaları göstermiştir. Yaklaşık 20° çevresindeki geniş tepe, her iki lifin de ağırlıklı olarak amorf yapıda olduğunu göstermektedir.

Kristallik derecesi şu formülle hesaplanmıştır:

\[ \mathrm{DC}\,(\%) = \frac{S_c}{S_c+S_a} \times 100 \]

Burada:

• S_c, kristalin bölgelerin kırınım alanıdır.
• S_a, amorf saçılma alanıdır.

M-SDF’nin göreli kristalliği yüzde 10,3, F-SDF’nin kristalliği ise yüzde 9,1 olarak hesaplanmıştır. Her iki değer de liflerin büyük bölümünün amorf olduğunu; ancak M-SDF’nin biraz daha düzenli ve rijit moleküler bölgelere sahip olduğunu göstermektedir.

F-SDF’de 2θ = 30-32° çevresinde α-kitin yapısının 130 kristal düzlemiyle ilişkilendirilen bir tepe görülmüştür. Bu bulgu, enzimatik ve ultrasonik işlem sonrasında F-SDF içinde bir miktar kitin kristalinin kaldığı şeklinde yorumlanmıştır.

Amorf bölgeler polisakkarit zincirlerinin daha esnek olmasını ve bazı aktif grupların daha kolay erişilmesini sağlayabilir. Araştırmacılar F-SDF’nin yüksek amorf oranı ile petek biçimli gözeneklerini, yüksek su ve yağ tutma kapasitesiyle ilişkilendirmiştir.

M-SDF’nin biraz daha yüksek kristalliği ise daha güçlü moleküler ağ, termal dayanıklılık ve reolojik dirençle ilişkilendirilmiştir.

Termal kararlılık sonuçları

Termogravimetrik analizde örnekler 700 °C’ye kadar ısıtılmış ve kütle kayıpları izlenmiştir. Termal bozunma üç aşamada değerlendirilmiştir.

Birinci aşama: Su ve uçucu bileşenlerin kaybı

Yaklaşık 30-200 °C aralığında serbest ve bağlı suyun uzaklaşmasına bağlı yüzde 6-9 oranında kütle kaybı görülmüştür. Bu aşamada ana polisakkarit iskeletinin ciddi şekilde parçalanmadığı belirtilmiştir.

İkinci aşama: Ana polisakkarit bozunması

200-400 °C aralığı temel termal bozunma bölgesidir. Pektin, hemiselüloz ve diğer polisakkaritlerin depolimerizasyonu ve omurga parçalanması bu aşamada gerçekleşmiştir.

Her iki örneğin maksimum bozunma hızının yaklaşık 300 °C çevresinde olduğu görülmüştür. F-SDF’nin türev termogravimetrik tepesinin daha keskin ve yoğun olması, daha hızlı bozunma ve daha zayıf moleküller arası etkileşimler biçiminde yorumlanmıştır.

Üçüncü aşama: Karbonlaşma

400-700 °C aralığında kalan organik bileşenlerin ileri bozunması ve karbonlaşması meydana gelmiştir.

700 °C’de kalan karbon oranları:

• M-SDF: yüzde 34,7
• F-SDF: yüzde 14,8

M-SDF’de daha fazla kalıntı bulunması, araştırmacılar tarafından daha yüksek termal kararlılığın göstergesi olarak değerlendirilmiştir. Bu özellik M-SDF’nin yüksek kristalliği ve daha yoğun hidrojen bağı ağıyla ilişkilendirilmiştir.

Ancak bu sonuç, M-SDF’nin gerçek bir gıda içinde bütün yüksek sıcaklık uygulamalarında kesin olarak daha iyi performans göstereceğini kanıtlamaz. Çalışma saflaştırılmış lif örneklerinin kontrollü termogravimetrik analizini yapmıştır; gerçek gıda formülasyonu denenmemiştir.

Su tutma, yağ tutma ve çözünürlük

Su tutma kapasitesi şu formülle hesaplanmıştır:

\[ \mathrm{WHC}\,(g/g) = \frac{W_1-W_0}{W_0} \]

Burada W₀ kuru lif kütlesini, W₁ ise suyla hidratasyon ve santrifüj sonrasında elde edilen çökelti kütlesini ifade eder.

Yağ tutma kapasitesi için aynı kütlesel ilişki kullanılmıştır:

\[ \mathrm{OHC}\,(g/g) = \frac{W_1-W_0}{W_0} \]

Bu denklemde W₁, serbest yağ uzaklaştırıldıktan sonra kalan lif ve tuttuğu yağın toplam kütlesidir.

Su çözünürlük içeriği şu formülle hesaplanmıştır:

\[ \mathrm{WSC}\,(\%) = \frac{m_1-m_0}{m} \times 100 \]

Burada m başlangıçtaki lif kütlesini, m₀ boş kabın kütlesini, m₁ ise çözünür fraksiyon kurutulduktan sonraki kap ve kalıntı kütlesini ifade eder.

F-SDF hem su hem yağ tutma kapasitesinde daha yüksek değer göstermiştir. Petek biçimli mikro gözeneklerin kapiler kanallar ve fiziksel adsorpsiyon bölgeleri sağlayarak su moleküllerini ve yağ damlacıklarını tuttuğu düşünülmüştür.

M-SDF’nin su tutma kapasitesi daha düşük olsa da çözünürlüğü daha yüksektir. Bu sonuç bir çelişki değildir. Su tutma, lif parçacığının kendi yapısı içinde ne kadar suyu fiziksel olarak hapsedebildiğini; çözünürlük ise lifin ne kadarının su fazına geçebildiğini ifade eder.

M-SDF’nin pektin bakımından zengin, dallanmış ve hidrofilik yan zincirlerinin suyla etkileşimi güçlendirerek çözünürlüğü artırdığı öne sürülmüştür.

Reolojik davranış: Zayıf jel ile Newton tipi sıvı arasındaki fark

Örnekler yüzde 2 ağırlık/hacim derişiminde hazırlanmış ve dinamik reolojik analiz uygulanmıştır.

Reolojide iki temel parametre ölçülmüştür:

• Depolama modülü, G′: Sistemin elastik, katı benzeri davranışını temsil eder.
• Kayıp modülü, G″: Sistemin viskoz, sıvı benzeri davranışını temsil eder.

M-SDF’de frekans arttıkça hem G′ hem G″ yükselmiştir. İncelenen frekans aralığında G′ değeri sürekli olarak G″ değerinden yüksek kalmış ve kayıp tanjantı 1’in altında bulunmuştur.

Bu sonuç, M-SDF çözeltisinin güçlü ve kendi kendine ayakta duran bir jel değil; elastik bileşeni viskoz bileşeninden daha baskın olan zayıf jel ağı oluşturduğunu göstermektedir.

F-SDF’de G′ ve G″ değerleri son derece düşük ve birbirine yakın bulunmuştur. Bu örnek Newton tipi sıvıya daha yakın bir davranış göstermiştir; yani belirgin bir elastik ağ oluşturmamıştır.

Araştırmacılar M-SDF’nin yüksek moleküler ağırlığını ve dallanmış pektin yapısını, zincirlerin birbirleriyle etkileşerek zayıf jel oluşturmasının temel nedeni olarak değerlendirmiştir.

Bu zayıf jel yapısının besin maddelerinin difüzyonunu yavaşlatabileceği öne sürülmüştür. Ancak çalışmada gerçek sindirim sistemi, bağırsak geçişi veya insan kan şekeri ölçülmediğinden bu yorum mekanizma önerisi düzeyindedir.

Glikoz adsorpsiyonu nasıl ölçüldü?

Lif örnekleri 20-100 mmol/L glikoz çözeltilerinde 37 °C’de altı saat bekletilmiştir. Sıvıda kalan glikoz miktarındaki azalma, lif tarafından adsorbe edildiği kabul edilen miktarı hesaplamak için kullanılmıştır.

Formül şöyledir:

\[ \mathrm{GAC}\,(mg/g) = \frac{A_1-A_2}{W} \times V \]

Burada:

• A₁, kontrol çözeltisindeki glikoz derişimidir.
• A₂, lifle işlem görmüş örnekte kalan glikoz derişimidir.
• W, kuru lif kütlesidir.
• V, üst sıvı hacmidir.

Glikoz derişimi arttıkça her iki lifin adsorpsiyon kapasitesi de yükselmiştir. 100 mmol/L başlangıç glikozunda:

• F-SDF: 167,44 ± 5,85 mg/g
• M-SDF: 143,80 ± 4,08 mg/g

F-SDF’nin daha yüksek performansı petek biçimli gözenekleri, yüksek amorf oranı ve glukan ağırlıklı yapısıyla ilişkilendirilmiştir. Gözeneklerin glikoz moleküllerini fiziksel olarak tutabileceği, amorf bölgelerin ise glikozun yüzeyle temasını kolaylaştırabileceği öne sürülmüştür.

Bu deney, lifin kontrollü bir çözelti içindeki glikozu adsorbe etme kapasitesini ölçmektedir. Bir insanın bu lifi tükettiğinde kan glikozunun ne kadar değişeceğini göstermemektedir.

α-Amilaz inhibisyonu

α-Amilaz, nişastanın daha küçük karbonhidratlara parçalanmasında görev alan bir enzimdir. Çalışmada lif örneklerinin bu enzimin laboratuvar ortamındaki etkinliğini azaltıp azaltmadığı incelenmiştir.

İnhibisyon oranı şu formülle hesaplanmıştır:

\[ \alpha\text{-amilaz inhibisyonu}\,(\%) = \left(1-\frac{A_1-A_2}{A_0}\right) \times 100 \]

Burada:

• A₀, nişasta, amilaz ve tampon içeren boş grubun absorbansıdır.
• A₁, nişasta, amilaz ve lif içeren örnek grubunun absorbansıdır.
• A₂, enzim içermeyen örnek arka planının absorbansıdır.

Her iki lifte de derişim 0,5 mg/mL’den 2,5 mg/mL’ye yükseldikçe inhibisyon artmıştır. F-SDF, özellikle 0,5-1,5 mg/mL aralığında M-SDF’den daha yüksek inhibisyon göstermiştir.

2,5 mg/mL’de her iki örneğin inhibisyon değerleri yüksek düzeye ulaşmış ve aralarındaki fark azalmıştır. Grafikte her iki lifin yaklaşık yüzde 60’ın biraz üzerinde benzer değerlere yaklaştığı görülmektedir.

F-SDF’nin gözenekli ve amorf yapısının enzim veya nişasta molekülleriyle temas alanını artırdığı; doğrusal glukan zincirlerinin α-amilazla kovalent olmayan etkileşimler kurarak enzimin substrata erişimini zorlaştırabileceği öne sürülmüştür.

Bu sonuç yalnızca in vitro enzim testidir. Diyabet tedavisi, ilaç etkisi veya insanlarda kan şekeri kontrolü kanıtı değildir.

Kolesterol adsorpsiyonu

Kolesterol adsorpsiyon deneyi, seyreltilmiş yumurta sarısı emülsiyonu kullanılarak pH 2,0 ve pH 7,0 koşullarında yapılmıştır. Bu koşullar sırasıyla asidik mide ve nötr bağırsak ortamını basitleştirilmiş biçimde taklit etmek amacıyla seçilmiştir.

Kolesterol adsorpsiyon kapasitesi şu formülle hesaplanmıştır:

\[ \mathrm{CAC}\,(mg/g) = \frac{n_1-n_2}{m} \times V \]

Burada:

• n₁, başlangıç kolesterol derişimidir.
• n₂, deney sonunda sıvıda kalan kolesterol derişimidir.
• m, kuru lif kütlesidir.
• V, emülsiyon hacmidir.

Her iki lifin adsorpsiyonu 30-120 dakika arasında artmış ve 150 dakika çevresinde dengeye ulaşmıştır. pH 7,0’daki adsorpsiyon pH 2,0’dakinden belirgin şekilde daha yüksektir.

pH 7,0 ve 150 dakika koşulunda:

• M-SDF: 35,27 ± 0,47 mg/g
• F-SDF: 32,87 ± 0,57 mg/g

M-SDF’nin üstünlüğü galakturonik asit gibi asidik gruplarına, üç boyutlu gözenek ağına, daha yüksek moleküler ağırlığına ve daha kararlı yapısına bağlanmıştır.

Araştırmacılar hidrojen bağları, hidrofobik etkileşimler ve fiziksel gözeneklere yerleşmenin kolesterol tutulmasına katkıda bulunabileceğini öne sürmüştür.

Bu deneyde lif tarafından bağlanan kolesterol miktarı ölçülmüştür. İnsanlarda LDL kolesterolü veya toplam kan kolesterolünü düşürme etkisi ölçülmemiştir.

Nitrit adsorpsiyonu

Nitrit iyonu adsorpsiyonu pH 2,0 ve pH 7,0 koşullarında ölçülmüştür.

Formül şöyledir:

\[ \mathrm{NIAC}\,(mg/g) = \frac{M_2-M_1}{M} \]

Burada:

• M₂, başlangıç çözeltisindeki nitrit kütlesidir.
• M₁, işlem sonunda çözeltide kalan nitrit kütlesidir.
• M, kuru lif kütlesidir.

Her iki örnek de pH 2,0’da pH 7,0’a göre çok daha yüksek nitrit adsorpsiyonu göstermiştir. Bu nedenle araştırmacılar nitrit bağlanmasının esas olarak asidik ortamda gerçekleştiğini belirtmiştir.

pH 2,0’daki değerler:

• F-SDF: 1.192,64 ± 39,23 µg/g
• M-SDF: 1.008,19 ± 49,43 µg/g

F-SDF’nin yüksek amorf oranı ve açık gözenekli yüzeyinin hidroksil ve karboksil gruplarını erişilebilir hâle getirerek nitrit bağlanmasını kolaylaştırdığı öne sürülmüştür.

Çalışmada F-SDF için “gastrik koruyucu” veya “detoksifikasyon bileşeni” yönünde uygulama potansiyeli tartışılmıştır. Ancak bu sonuç laboratuvar çözeltisinde nitrit adsorpsiyonuna dayanmaktadır. Mide hastalıklarını önlediği, nitrit toksisitesini insanlarda azalttığı veya klinik koruma sağladığı gösterilmemiştir.

Antioksidan testler nasıl gerçekleştirildi?

Çalışmada antioksidan davranış dört farklı in vitro yöntemle değerlendirilmiştir:

• DPPH radikali giderme
• ABTS radikal katyonu giderme
• Hidroksil radikali giderme
• Demir indirgeme antioksidan gücü, FRAP

DPPH giderme oranı şu ilişkiyle hesaplanmıştır:

\[ R_{\mathrm{DPPH}}\,(\%) = \frac{A_0-(A_x-A_1)}{A_0} \times 100 \]

ABTS giderme oranı için aynı düzeltme biçimi kullanılmıştır:

\[ R_{\mathrm{ABTS}}\,(\%) = \frac{A_0-(A_x-A_1)}{A_0} \times 100 \]

Burada A₀ boş grubun, A_x örnek grubunun ve A₁ örnek arka planının absorbansıdır.

Her iki lifin antioksidan test sonuçları derişim arttıkça yükselmiştir. M-SDF, incelenen bütün derişimlerde F-SDF’den daha yüksek sonuç vermiştir.

DPPH

1,5 mg/mL’de:

• M-SDF: yüzde 93,87 ± 2,15
• F-SDF: yüzde 84,01 ± 3,02

ABTS

2,0 mg/mL’de her iki lif de yüzde 95’in üzerinde ABTS giderme oranına ulaşmıştır. Grafikte sonuçlar pozitif kontrol olarak kullanılan C vitaminine yaklaşmıştır.

Hidroksil radikali

M-SDF’nin maksimum hidroksil radikali giderme oranı 2,5 mg/mL’de yüzde 60,12 ± 2,08 olarak bildirilmiştir. F-SDF aynı koşullarda daha düşük sonuç vermiştir.

FRAP

M-SDF’nin maksimum FRAP değeri 12,21 ± 0,45 mmol Fe²⁺/100 g olarak raporlanmış ve F-SDF değerinin 2,54 katı olduğu belirtilmiştir.

M-SDF’nin antioksidan testlerdeki üstünlüğü galakturonik asit bakımından zengin yapısına, elektron veya proton verebilen asidik gruplarına, pürüzlü üç boyutlu gözenek ağına ve erişilebilir hidroksil-karboksil bölgelerine bağlanmıştır.

Bu testler kimyasal radikal çözeltilerinde ve laboratuvar koşullarında yapılmıştır. İnsan vücudunda oksidatif stresi azalttığı, hastalık riskini düşürdüğü veya C vitaminiyle klinik olarak eşdeğer olduğu sonucuna varılamaz.

İki lifin yapı-işlev modeli

Çalışmanın geçmiş, bugün ve gelecek açısından önemi

Geçmiş açısından: Önceki araştırmalar çoğunlukla H. erinaceus meyve gövdesi veya farklı bitkisel lif kaynakları üzerinde yoğunlaşmıştır. Bu çalışma miselyum ve meyve gövdesini aynı ekstraksiyon sistemi içinde karşılaştırarak doku kökenini tek temel değişken hâline getirmiştir.

Bugün açısından: Çalışma, miselyumun yalnızca meyve gövdesinin daha hızlı üretilen bir alternatifi olmadığını; farklı yapısal ve fonksiyonel özelliklere sahip bağımsız bir hammadde olduğunu göstermektedir. Bu durum hammaddenin “hangisi daha iyi?” sorusundan çok “hangi amaç için hangisi daha uygun?” sorusuyla değerlendirilmesi gerektiğini ortaya koymaktadır.

Gelecek açısından: Araştırmacılar ultrason ve enzim koşullarının değiştirilmesiyle belirli özellikleri hedefleyen lif fraksiyonlarının hazırlanabileceğini öne sürmektedir. Örneğin çözünürlüğü ve termal kararlılığı yüksek bir ürün için miselyum kökenli lif; yüksek su-yağ tutma ve glikoz adsorpsiyonu için meyve gövdesi kökenli lif araştırılabilir.

Bununla birlikte hedefli üretim yaklaşımının gerçek ürünlerde doğrulanabilmesi için ekstraksiyon optimizasyonu, raf ömrü, duyusal özellik, diğer gıda bileşenleriyle uyumluluk ve ölçek büyütme deneyleri gereklidir.

Gündelik yaşama ve gıda teknolojisine olası etkiler

M-SDF’nin yüksek çözünürlüğü ve zayıf jel oluşturması, sıvı veya yarı katı gıda sistemlerinde kıvam düzenleyici bir bileşen olarak araştırılmasına imkân verebilir. Daha yüksek termal kararlılığı, ısı işlemi gören formülasyonlarda incelenmesini anlamlı hâle getirebilir.

F-SDF’nin yüksek su ve yağ tutma kapasitesi, ürünün nemini veya yağ fazını fiziksel olarak tutması gereken gıda sistemlerinde değerlendirilebilir. Petek biçimli gözenekler bu davranışın yapısal temelini oluşturabilir.

Ancak çalışma hiçbir gerçek gıda ürünü üretmemiştir. Ekmek, içecek, sos, takviye veya başka bir ticari formülasyon üzerinde test yapılmamıştır. Tat, koku, renk, ağız hissi, raf ömrü ve tüketici kabulü değerlendirilmemiştir.

Çalışmanın güçlü yönleri

• Miselyum ve meyve gövdesi tamamen aynı ekstraksiyon sürecinde karşılaştırılmıştır.
• Doku kaynağı dışında temel işlem değişkenleri sabit tutulmuştur.
• Kimyasal bileşim, moleküler ağırlık, mikroyapı, kristallik, termal davranış ve reoloji birlikte incelenmiştir.
• Fonksiyonel ölçümler glikoz, α-amilaz, kolesterol, nitrit ve dört farklı antioksidan testi kapsayacak şekilde geniş tutulmuştur.
• SEM, FTIR, XRD, TGA ve reoloji sonuçları fonksiyonel deneylerle ilişkilendirilmiştir.
• Yapı-işlev ilişkisi tek bir ölçüte değil, çok sayıda birbirini tamamlayan analize dayandırılmıştır.
• Deneylerde istatistiksel anlamlılık için P < 0,05 sınırı kullanılmıştır.

Çalışmanın sınırlılıkları

• Çalışma hakem değerlendirmesinden geçmemiş bir preprinttir.
• Fonksiyonel deneylerin tamamı in vitro koşullarda yapılmıştır.
• Hayvan veya insan deneyi bulunmamaktadır.
• Bağırsak mikrobiyotası, fermentasyon veya gerçek sindirim modeli incelenmemiştir.
• Yalnızca tek bir ultrason gücü, süre ve frekans kombinasyonu kullanılmıştır.
• Farklı enzim oranları veya işlem sıraları karşılaştırılmamıştır.
• Gerçek gıda matrisi içinde kararlılık ve uyumluluk test edilmemiştir.
• Uzun süreli depolama ve raf ömrü değerlendirilmemiştir.
• Ekstraksiyonun enerji tüketimi ve ayrıntılı ekonomik analizi sunulmamıştır.
• Liflerin güvenlik, doz ve tolerans özellikleri incelenmemiştir.
• Antioksidan testler kimyasal test sistemlerine dayanmaktadır; hücre içi veya in vivo antioksidan etki kanıtı değildir.

Çalışma ne söylüyor, ne söylemiyor?

Çalışmanın gösterdiği sonuçlar:

• Miselyum ve meyve gövdesinden aynı yöntemle elde edilen çözünür diyet lifleri yapısal olarak farklıdır.
• Miselyum kökenli lifin ekstraksiyon verimi daha yüksektir.
• M-SDF daha yüksek moleküler ağırlık, çözünürlük, kristallik ve termal kararlılık göstermiştir.
• M-SDF in vitro antioksidan ve kolesterol adsorpsiyon testlerinde daha yüksek sonuç vermiştir.
• F-SDF su ve yağ tutma, glikoz adsorpsiyonu ve nitrit adsorpsiyonunda daha yüksek sonuç göstermiştir.
• F-SDF düşük ve orta derişimlerde daha güçlü α-amilaz inhibisyonu göstermiştir.
• Doku kökeni, lifin mikroyapısını ve fonksiyonel davranışını belirleyen önemli bir değişkendir.

Çalışmanın göstermediği sonuçlar:

• M-SDF’nin insanlarda kolesterolü düşürdüğü kanıtlanmamıştır.
• F-SDF’nin diyabeti önlediği veya kan şekerini tedavi edici biçimde azalttığı gösterilmemiştir.
• Herhangi bir lifin mideyi klinik olarak koruduğu kanıtlanmamıştır.
• İn vitro radikal giderme sonuçları insanlarda antioksidan sağlık faydası kanıtı değildir.
• Miselyum kökenli lifin bütün uygulamalarda meyve gövdesi lifinden üstün olduğu söylenemez.
• F-SDF’nin bütün glisemik kontrol ürünleri için doğrudan uygun olduğu kanıtlanmamıştır.
• Endüstriyel üretim maliyeti, ticari başarı veya tüketici kabulü gösterilmemiştir.
• Bu sonuçlardan tedavi, güvenlik veya beslenme garantisi çıkarılamaz.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Teknik deney tasarımı

Yapısal analiz yöntemleri

Fonksiyonel analiz yöntemleri

Temel sayısal bulgular

Şekillerin bilimsel anlamı

Şekil 1, ultrasonun hücre duvarını gevşetmesini, enzimlerin nişasta, protein ve selüloz yapılarını sırayla parçalamasını ve çözünür lif fraksiyonunun santrifüj ile dondurarak kurutma sonrasında elde edilmesini göstermektedir.

Şekil 2, F-SDF’nin düzenli petek gözeneklerini ve M-SDF’nin pürüzlü, parçalı, bağlantılı gözenek ağını karşılaştırmaktadır.

Şekil 3A, iki örneğin ortak polisakkarit bantlarına sahip olduğunu; Şekil 3B ise ikisinin de büyük ölçüde amorf olduğunu göstermektedir.

Şekil 3C ve 3D, M-SDF’nin daha yavaş termal bozunduğunu ve 700 °C’de daha fazla kalıntı bıraktığını ortaya koymaktadır.

Şekil 3E, M-SDF’de G′ değerinin G″ değerinin üzerinde bulunarak zayıf jel davranışı oluşturduğunu; F-SDF’nin ise son derece düşük modüllerle sıvı benzeri davrandığını göstermektedir.

Şekil 4A, glikoz derişimi yükseldikçe adsorpsiyonun arttığını ve F-SDF’nin özellikle 100 mmol/L’de belirgin şekilde öne geçtiğini göstermektedir.

Şekil 4B, F-SDF’nin düşük derişimlerde daha güçlü α-amilaz inhibisyonu sağladığını, yüksek derişimde iki lifin yakınlaştığını göstermektedir.

Şekil 4C, kolesterol adsorpsiyonunun pH 7,0’da daha yüksek olduğunu ve 120-150 dakika çevresinde dengeye yaklaştığını göstermektedir.

Şekil 4D, nitrit adsorpsiyonunun pH 2,0’da belirgin biçimde yükseldiğini ve F-SDF’nin her iki pH koşulunda da daha yüksek sonuç verdiğini göstermektedir.

Şekil 5, M-SDF’nin DPPH, ABTS, hidroksil radikali ve FRAP testlerinde genel olarak F-SDF’den daha yüksek antioksidan sonuçlar verdiğini göstermektedir.

Kaynak ve Yöntem Notu

Bu içerik, Qing Ge, Hao-tian Wei, Chang Liu, Hui-min Yang, Xiao-feng Peng, Jian-ping Xu ve Jian-wei Mao tarafından hazırlanan “Structural features, physicochemical properties and functional activities of soluble dietary fiber from Hericium erinaceus mycelium and fruiting body via ultrasound-assisted compound enzymatic extraction” başlıklı çalışmaya dayanmaktadır.

Çalışma SSRN’de sunulmuş bir preprint araştırma makalesidir. Metinde açıkça “This preprint research paper has not been peer reviewed” uyarısı bulunmaktadır. Bu nedenle çalışma hakem değerlendirmesinden geçmemiştir. Verilen metinde bir dergi kabulü veya bu çalışma için DOI bilgisi bulunmamaktadır.

Araştırma laboratuvar ölçekli deneysel ve in vitro bir çalışmadır. Klinik çalışma, insan beslenme müdahalesi veya hayvan deneyi değildir. Glikoz, kolesterol ve nitrit sonuçları kontrollü çözeltilerde ölçülen adsorpsiyon değerleridir. α-Amilaz sonucu bir enzim inhibisyon testidir. Antioksidan sonuçlar DPPH, ABTS, hidroksil radikali ve FRAP gibi kimyasal analizlere dayanmaktadır.

Bu nedenle çalışmada kullanılan “hipoglisemik”, “hipolipidemik”, “gastrik koruyucu” ve benzeri uygulama ifadeleri potansiyel kullanım alanlarını tanımlamaktadır; insanlarda kan şekeri düşürme, kolesterol azaltma, mide koruma veya tedavi etkisi kanıtı olarak değerlendirilmemelidir.

İçerik yalnızca yüklenen çalışmanın yöntemi, tabloları, şekilleri, sonuçları ve yazarların yorumları esas alınarak hazırlanmıştır. Çalışmada bulunmayan tedavi, güvenlik, klinik etki, saha başarısı, ticari uygunluk veya kesin endüstriyel performans iddiası eklenmemiştir.

Kaynak metinde bazı teknik ve editoryal belirsizlikler bulunmaktadır. Moleküler ağırlık tablosu ile fizikokimyasal özellik tablosu aynı tablo numarasıyla verilmiştir. Reoloji yöntemindeki açısal frekans ifadesi metinde biçimsel olarak belirsizken sonuç bölümü ve grafik 0,1-10 rad/s aralığını göstermektedir. FRAP yöntemi birimi mmol/g olarak tanımlanırken sonuç ve grafik değeri mmol Fe²⁺/100 g olarak sunulmuştur. Bu içerikte sayısal sonuç, çalışma sonuç bölümünde verildiği biçimiyle aktarılmıştır.

Araştırmacılar gelecekte in vivo hayvan deneyleriyle glisemik ve lipit metabolizması mekanizmalarının doğrulanmasını, farklı UAEE parametrelerinin optimize edilmesini ve liflerin karmaşık gıda sistemlerindeki kararlılık ve uyumluluğunun incelenmesini önermektedir.