The effect of starch and hydrocolloids on the stability of emulsion-based sauces
Nişasta ve hidrokolloidlerin emülsiyon bazlı sosların stabilitesine etkisi
- Tez No: 1010766
- Danışmanlar: PROF. DR. NEŞE ŞAHİN YEŞİLÇUBUK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Mayonez ve mayonez bazlı soslar, gıda endüstrisinde en yaygın tüketilen su içinde yağ (O/W) emülsiyonları arasında yer almaktadır. Geleneksel mayonez formülasyonlarında su sürekli faz olup, yağ fazı ise su içinde damlacıklar halinde dağılan ve ürünün dokusuna, kıvamına ve duyusal özelliklerine doğrudan katkıda bulunan temel bileşendir. Ancak, obezite ve kardiyovasküler hastalıklarla ilişkilendirilen yüksek yağ tüketimine dair artan tüketici endişeleri, gıda endüstrisini yağı azaltılmış ürünler geliştirmeye yöneltmiştir. Yağ oranının %32 gibi seviyelere düşürülmesi, sistemdeki su fazı oranının önemli ölçüde artmasına neden olur. Bu durum, emülsiyonu termodinamik olarak kararsız hale getirerek, kaymaklaşma (creaming), flokülasyon, koalesans ve Ostwald olgunlaşması gibi bozulma mekanizmalarına karşı savunmasız bırakır. Yağın azaltılmasıyla kaybedilen yapısal özellikleri geri kazanmak amacıyla, formülasyonlarda genellikle nişasta ve çeşitli hidrokolloidler kıvam verici olarak kullanılır. Tek başına nişasta kullanımı, retrogradasyon (nişasta zincirlerinin yeniden kristalleşmesi) ve üretim sırasındaki yüksek kayma gerilimine (shear) karşı dayanıksızlık gibi sınırlamalar nedeniyle uzun süreli raf ömrü sağlamada genellikle yetersiz kalır. Bu nedenle genellikle nişasta ve hidrokolloidler birlikte kullanılır. Bu tez çalışmasının temel amacı, düşük yağlı (%32) emülsiyon bazlı soslarda, farklı kaynaklardan elde edilen nişastalar (modifiye edilmiş mısır nişastası ve tapyoka nişastası) ile fonksiyonel olarak farklı özelliklere sahip hidrokolloidlerin (ksantan gam, guar gam, turunçgil lifi ve pektin) sistematik olarak eşleştirilmesiyle sinerjik bir stabilizasyon sistemi oluşturmaktır. Çalışmanın özgünlüğü, düşük yağlı emulsionlarda farklı iki tip nişastanın tek başına ve dört farklı hidrokolloid ile birlikte nasıl davrandığını incelemek ve en yüksek stabiliteyi gösteren kombinasyonların tespit edilmesidir. Araştırma kapsamında, neredeyse tamamen amilopektinden oluşan (~%100) modifiye edilmiş mısır nişastası (CS) ile belirli bir oranda amiloz (%17-20) içeren tapyoka nişastası (TS) karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Bu nişasta bazları, dört farklı hidrokolloid ile kombine edilerek toplamda on farklı numune hazırlanmıştır: sadece nişasta içeren ürünler (CS ve TS) ve nişasta hidrokolloid kombinasyonları (CS_X, CS_GG, CS_CF, CS_P, TS_X, TS_GG, TS_CF, TS_P). Tüm örneklerde nişasta konsantrasyonu %3.5 olarak sabitlenmiştir. %1 oranında kullanılan turunçgil lifi (citrus fiber) hariç, diğer hidrokolloidler %0.5 oranında eklenmiştir. Emülsiyonlar, endüstriyel üretim koşullarını simüle etmek amacıyla FrymaKoruma MaxxD Lab vakumlu homojenizasyon ünitesi kullanılarak hazırlanmış ve homojenizasyon işlemi 2000 rpm ve 600 mbar basınç altında gerçekleştirilmiştir. Hazırlanan numuneler, öncelikle sıkılabilir soğuk depolama (5°C) ve raf koşullarını (25°C) temsil etmek üzere dokuz hafta boyunca depolanmıştır. Stabilite takibi kapsamında; renk (L*, a*, b*), pH, titrasyon asitliği, kıvam (stevens analizi) ve peroksit değeri (PV) analizleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen veriler ANOVA ve Tukey testleri ile istatistiksel olarak değerlendirilmiştir. Kıvam analizi sonuçları, nişasta ve hidrokolloidler arasındaki etkileşimlere dair kritik bulgular ortaya koymuştur. Tüm numunelerde ilk hafta içerisinde kıvamda keskin bir artış gözlemlenmiş, takip eden haftalarda ise kademeli bir düşüş kaydedilmiştir. Modifiye mısır nişastası (CS) numunesi, en düşük kıvam değerlerini sergilemiştir. Ancak, bu nişastaya ksantan gam eklendiğinde (CS_X), sistemde dramatik bir kıvam artışı meydana gelmiş ve tüm numuneler arasındaki en yüksek kıvama ulaşılmıştır. Bu durum, ksantan gam zincirlerinin, nişasta granülleri arasına yerleşerek veya amilopektin ile etkileşime girerek yapıyı güçlendiren güçlü bir sinerjik etki olarak tanımlanmıştır. Buna karşılık, tapyoka nişastası (TS) numunesi, yüksek su tutma kapasitesi sayesinde doğal olarak modifiye edilmiş mısır nişastasından (CS) daha yüksek bir kıvam sergilemiştir. Fakat, tapyoka nişastasına ksantan gam eklendiğinde (TS_X), kıvam yalnızca tapyoka nişastası ile hazırlanan numune grubuna göre düşüş göstermiştir. Bu ters etki, ksantan gamın yüksek su tutma kapasitesi nedeniyle ortamdaki suyu hızla bağlaması ve tapyoka granüllerinin tam olarak şişmesi için gereken suyu bulamaması (rekabetçi hidrasyon) ile açıklanmıştır. Turunçgil lifi ve pektin içeren numuneler ise düşük kıvam değerleri göstermiş, bu bileşenlerin mevcut proses koşullarında, 2000 rpm hızında homojenize edilerek, aktif bir jelleşme ajanı olmaktan ziyade“inert dolgu maddesi”gibi davrandığı sonucuna varılmıştır. Kimyasal stabilite açısından incelendiğinde, hiçbir numunede faz ayrılması gözlemlenmemiştir. Ancak pH analizleri, tüm formülasyonlarda zamanla yukarı yönlü bir kayma olduğunu göstermiştir. Başlangıç pH değeri en düşük olan numuneler (özellikle CS_X, pH 2.56), en yüksek pH değişimini (∆pH=0.56) sergilemiştir. Bu durumun, asidik yapıdaki iyonlaşmamış asetik asidin uçuculuğu ve sistemden uzaklaşması nedeniyle gerçekleştiği düşünülmektedir. Renk parametreleri açısından fiziksel stabilite değerlendirildiğinde, depolama süresince örneklerin L* (parlaklık) değerlerinde genel bir artış eğilimi gözlemlenmiştir. Emülsiyonlarda parlaklık derecesi, ışık saçılımı verimliliği ile doğrudan ilişkilidir. Bu bağlamda, L* değerindeki artışın, yağ damlacıklarının yüzeye doğru migrasyonu sonucu yüzeydeki damlacık konsantrasyonunun artmasından ve buna bağlı olarak ışık saçılımının yoğunlaşmasından kaynaklandığı değerlendirilmiştir. Özellikle tapyoka nişastası içeren gruplarda daha belirgin olan bu fiziksel değişim, emülsiyon yapısının zamanla gevşediğine işaret etmektedir. Renk analizlerinde, ksantan gam içeren numunelerin depolama süresince sarılık (b*) değerlerinde belirgin bir artış tespit edilmiştir. Bu sararmanın, fermantasyon ürünü olan ksantan gamın içerdiği kalıntı proteinlerin, indirgen şekerlerle Maillard reaksiyonuna girmesi sonucu oluştuğu düşünülmektedir. Tüm renk parametrelerindeki bu değişimler toplam renk farkı (∆E) üzerinden hesaplandığında, tüm örneklerin belirgin değişim sınırını (∆E>3) aştığı, dolayısıyla formülasyon farklılıklarının ve depolama süresinin ürünün görsel algısı üzerinde istatistiksel olarak önemli bir etki yarattığı saptanmıştır. Yağ oksidasyonu, peroksit değeri (PV) üzerinden izlenmiştir. Tüm numuneler dokuz hafta sonunda kabul edilebilir sınır olan 10 meq/kg değerinin altında kalsa da, sıcaklık ve formülasyonun oksidasyon hızı üzerinde belirgin etkileri olmuştur. Yüksek sıcaklıkta oksidasyon hızının düşük sıcaklığa göre, tüm numunelerde daha hızlı arttığı gözlenmiştir. Özellikle 25°C'de saklanan ve en iyi dokusal yapıya sahip olan CS_X (modifiye mısır nişastası ve ksantan gum) numunesi, en yüksek oksidasyon değerine (3.61 meq/kg) ulaşmıştır. Bu durum,“yüzey alanı paradoksu”(Surface Area Paradox) ile açıklanmıştır: CS_X kombinasyonu o kadar etkili bir emülsifikasyon sağlamıştır ki, yağ damlacıkları çok küçülmüş ve toplam yüzey alanı artmıştır. Artan yüzey alanı, yağın su fazı ile temasını artırarak oksidasyonu hızlandırmıştır. Bu sonuçlara dayanarak, düşük yağlı soslarda stabilitenin sadece viskozite artırmakla sağlanamayacağını, doğru nişasta bazının doğru hidrokolloid ile optimize edilmesinin önem taşıdığını ortaya koymuştur. Modifiye mısır nişastası, yapı kazanmak için ksantan gam gibi sinerjik bir ortağa ihtiyaç duyarken, tapyoka nişastası güçlü su bağlayıcı gamlarla uyumsuzluk göstermektedir. Ancak, en iyi dokuyu sağlayan kombinasyonların (CS_X), genişleyen yüzey alanı nedeniyle kimyasal bozulmaya daha açık olduğu tespit edilmiştir. Bu nedenle, endüstriyel uygulamalarda bu tür sinerjik sistemler kullanılırken, oksidatif stabiliteyi korumak adına ilave antioksidan stratejilerinin geliştirilmesi önerilmektedir.
Özet (Çeviri)
Mayonnaise and mayonnaise like emulsion-based sauces are oil-in-water emulsions. In an oil-in-water emulsion, water is the continuous phase, and oil is the main dispersed phase, and gives these products their texture, mouthfeel, and stability. However, growing health concerns about high fat intake have shifted the food industry towards the use of low oil formulations. Reducing oil content about 32% creates a system that is thermodynamically unstable because the water phase becomes much larger. This imbalance makes the emulsion prone to instability issues like creaming, flocculation, coalescence and Ostwald ripening. To compensate for the loss of structure and stability, starch and hydrocolloids are added generally. Starch boosts viscosity, but native starches often suffer from retrogradation and shear sensitivity. This study aimed to overcome these limitations by creating a synergistic stabilization system using two types of starches, Waxy Corn Starch (mostly amylopectin) and Tapioca Starch (contains 17–20% amylose), in combination with four hydrocolloids: Xanthan Gum, Guar Gum, Citrus Fiber, and Pectin. Each hydrocolloid was chosen for its unique properties: xanthan gum for shear thinning and yield stress, guar gum for strong thickening, citrus fiber for its insoluble network and pickering effect, and pectin for charge based stabilization. Ten formulations were tested. Two starch-only and eight starch and hydrocolloid blends were prepared. In all samples, starch concentration was fixed at 3.5%. Hydrocolloids were added at 0.5%, with the exception of citrus fiber, which was used at 1%. Emulsions were processed under vacuum homogenizator (FrymaKoruma MaxxD Lab) for emulsion making, filled in plastic squeeze bottles and stored at 5°C and 25°C to simulate cold and ambient conditions. Over nine weeks, stability was tracked through color (L*, a*, b*), pH, acidity, consistency (Stevens value), and peroxide value (PV). The most significant observations came from consistency measurements. All samples thickened sharply in week one, then gradually softened. Waxy corn starch alone had the weakest texture, but adding xanthan gum (CS_X) produced the firmest structure (up to 119 g), indicating strong synergy. In contrast, tapioca starch formed a naturally strong paste, but adding xanthan gum (TS_X) reduced consistency, likely due to water competition between gum and starch. Citrus fiber and pectin acted more like fillers than gelling agents under these conditions. Chemical stability showed no visible phase separation, but pH went upward in all samples. Xanthan blends started with the lowest pH (2.56) but showed the largest shift (ΔpH = 0.56), likely from acetic acid loss. Color changes were noticeable (ΔE > 3), with xanthan blends turning more yellow at 25°C, possibly due to Maillard reactions. Oxidative stability stayed within safe limits (PV < 10 meq/kg), but temperature and formulation mattered. At 25°C, CS_X, despite its excellent texture, had the highest oxidation (3.61 meq/kg), probably because its fine droplet size increased surface exposure to pro-oxidants. Based on the results, achieving stability in low-oil sauces means optimizing the right starch type with the right hydrocolloid. Waxy corn starch works best with xanthan gum for texture but needs antioxidants to compensate oxidation. Tapioca starch offers good native structure but clashes with strong water binding gums like xanthan gum. Future formulations should balance these interactions to optimize both texture and chemical stability.
Benzer Tezler
- Synergist effect of hydrocolloids on filling and filled-biscuit quality
Hidrokolloidlerin sinerjik etkilerinin dolgu ve dolgulu bisküvi kalitesi üzerine etkisi
NESLİHAN ÇEKÜÇ KEMERKAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. DİLARA ERDİL
- Production and characterization of microparticulated corn zein, and its applications on emulsions and bread-making
Mikro tanecikli mısır zeininin üretimi ve karakterize edilmesi; ve emülsiyonlarda ve ekmek yapımında uygulamaları
OĞUZ KAAN ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Gıda MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BEHİÇ MERT
- Farklı yapılardaki glukanların farklı hidrokolloidler ile etkileşimi ve su bazlı ürünlerde kullanımı
Interaction of different structures of glucans with different hydrocolloids and their use in water baseds products
MERVE ATALAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Gıda MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ENES DERTLİ
- Design, properties and applications of natural polymer interpenetrated cationic networks
Doğal polimerle iç içe geçmiş katyonik ağların tasarımı, özellikleri ve uygulamaları
RABİA BOZBAY
- Nişasta bazlı dolgularda mikrokristalize selülozkullanılarak ısıl stabilitenin artırılması
Enhancing thermal stability in starch-based fillings usingmicrocrystalline cellulose
SAADET BARILDAY MAYUK
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Gıda MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER SAİD TOKER