Geri Dön

Properties and thermal inactivation kinetics of lipase and peroxidase from hazelnut in relation to natural hazelnut meal stability

Natürel fındık unundaki acılaşma ile ilgili olarak fındık lipaz ve peroksidaz enzimlerinin etkisizleştirme kinetiği

  1. Tez No: 112230
  2. Yazar: FERDA SEYHAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ÖZGÜL EVRANUZ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2001
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 135

Özet

NATUREL FINDIK UNUNDAKİ ACILAŞMA İLE İLGİLİ OLARAK FINDIK LİPAZ VE PEROKSİDAZ ENZİMLERİNİN ETKİSİZLEŞTİRME KİNETİĞİ ÖZET Yılda 500 bin tona ulaşan fındık üretimi ile dünya üretiminin %80'ine sahip olan ülkemiz fındık ihracatından bir milyar Amerikan Doları gelir elde etmektedir. Fındık üretiminin büyük olması ile birlikte yaşanan problemler de büyük olmaktadır. Ülkemizde fındığın işlenerek satılması için teşvik verildiği halde işlenmiş fındık ihracat oranı son yıllarda ancak %25'i bulmuştur. Naturel fındık unu ihracatı sadece %3 olup genellikle pastacılıkta kullanılmaktadır. Naturel fındık ununda kalite sorunları yaşanmakta ve bu nedenle ürünün ihracatı olumsuz yönde etkilenmektedir. Firmalar ekonomik kayıplara uğradıklarından fındık unu işlemekten sakınmaktadırlar. Fındık %55-65 arasında değişen, doymamış yağ asitleri bakımından zengin yağ içeriği nedeni ile zamanla acılaşabilmektedir. Fındıklarda acılaşma oto-oksidasyon veya hidrolitik bozulma sonucu meydana gelmektedir. Hidrolitik bozulma enzim faaliyetleri sonucu oluşmakta ve serbest yağ asitliğinin artmasına neden olmaktadır. Fındık un haline getirilirken dokunun zarar görmesi ile sıcaklık ve bağıl neme bağlı olarak enzimlerin ortamda bulunan yağ ile tepkimeye girmesi kolaylaşmaktadır. Bu nedenle naturel fındık ununun serbest yağ asitliği hızla artmakta ve ürün bir ay gibi kısa bir sürede bozulabilmektedir. Lipaz, peroksidaz, lipooksijenaz ve esteraz fındıkta acılaşmaya neden olan enzimler olarak belirlenmiştir. Yapılan araştırmalar sonucunda Türk fındıklarında lipoksijenaz enziminin bulunmadığı, esteraz enziminin ise kaliteye etkisinin çok az olduğu sonucuna varılmıştır. Bu nedenle bu çalışmada sadece lipaz ve peroksidaz enzimlerinin fındık kalitesine bağlı olarak etkisizleştirilmesi çalışılmıştır. Gıdalarda kaliteyi etkileyen enzimlerin termal olarak etkisizleştirilmesi bir çok araştırmacı tarafından çalışılmaktadır. Gıda endüstrisinde soya fasulyesinde, balıklarda ve diğer yağlı ürünlerde acılaşmanın giderilmesi amacıyla lipoksijenaz, lipaz ve peroksidaz, portakal suyu üretiminde pektin esteraz, dondurulmuş meyve ve sebzelerde peroksidaz veya katalaz, v.b. enzimlerinin etkisizleştirilmesi kalitenin korunmasında başarılı sonuçlar vermiştir. Benzer sonuçlara yer fıstıkları, pekan, kolza tohumu, fındık gibi yağlı tohumlarda peroksidaz ve lipaz enzimlerinin ısıl etkisizleştirilmesi ile ilgili olarak yapılan çalışmalarda da rastlanılmaktadır. Isıl işlem uygulaması sonucunda kalitenin olumsuz yönde etkilenmesini en aza indirmek amacı ile yüksek sıcaklık-kısa süre koşulları tercih edilmektedir. Bu nedenle, fındıkta acılaşmaya neden olan enzimlerin minimal ısıl işlemle etkisizleştirilmesi fındık ve fındık ile ilgili ürünlerin raf ömrünün arttırılması açısından büyük önem taşımakta ve bu koşulların belirlenmesi gerekmektedir. Bu çalışmanın amacı, naturel fındık ununda acılaşma ile ilgili olarak lipaz ve peroksidazetkisizleştirilmesinin naturel fındık ununun raf ömrüne etkisinin belirlenmesidir. Bunu gerçekleştirmek için, Tombul çeşidi fındıklardaki lipaz ve peroksidaz enzimlerinin özelliklerini belirlemek amacı ile sıcaklık ve pH'ya bağlı olarak ortam koşulları incelenmiş ve aktivitelerinin maksimum olduğu sıcaklık ve pH değerleri belirlenmiştir. Her iki enzimin ısıl işleme karşı dayanıklılığını tespit etmek için aynı koşullara tabi tutulan enzimlerin aktiviteleri, ilk aşamada belirlenen optimum koşullarda ölçülmüş ve sıcaklığa en dayanıklı enzim tespit edilmiştir. Tespit edilen enzimin inaktivasyon kinetiği enzim ekstraktında daha yüksek sıcaklıklarda çalışılmıştır. Bu aşamadan sonra, fındık tanesindeki enzimin etkisizleştirilmesi için gerekli olan sıcaklık-süre ilişkisi belirlenip, bunun dayanma süresine etkisi incelenmiştir. Bu çalışma sonunda elde edilen sonuçlar fındık ve fındıkla ilgili ürünlerin raf ömürlerinin uzatılması ve kalitelerinin arttırılması açısından çok büyük önem taşımaktadır. Bu çalışma kapsamında elde edilen sonuçlar aşağıda özetlenmiştir. Birinci aşamada Tombul çeşidi Türk fındıklarında lipaz ve peroksidaz aktiviteleri 4.5 sabit pH'da sıcaklığa ve 25°C sabit sıcaklıkta pH'ya bağlı olarak tespit edilmiştir. Peroksidaz için aktivitenin en yüksek olduğu değer belirgin olarak 40°C iken, lipaz için bu değer 40-60°C arasında daha geniş bir aralığa yayılmaktadır. Sonuçlara göre lipaz ve peroksidaz enzimlerinin her ikisi için de maksimum aktivitenin gözlendiği pH aralığı 4.5-4.7 olarak belirlenmiştir. Peroksidaz enzimi için sadece geniş bir aktivite piki gözlenirken, bu çalışma ile lipaz enziminin 7.5 pH civarlarında belirgin olarak farklı bir pik göstermesi sonucu pH'ya bağlı izo-enzim varlığı ortaya çıkarılmıştır. Elde edilen aktivite verileri daha önceden fitaz enzimi için de kullanılmış olan, eşzamanlı olarak sıcaklık ve pH'ya bağlı model kullanılarak doğrusal olmayan regrasyonla analiz edilmiştir. Peroksidaz için regresyon katsayısı sıcaklık ve pH için sırasıyla 0.856 ve 0.962, lipaz için ise katsayılar 0.721 ve 0.896 olarak bulunmuştur. Sonuçlar literatürdeki geliştirilen belli başlı model değerleri ile desteklenmektedir. Lipaz ve peroksidazın ısıya karşı dayanıklılıklarını tespit etmek amacıyla enzim ektraktı 60°C'deki su banyosunda statik koşullara tabi tutulmuştur. Etkisizleştirilme sonrası aktivite ölçümleri birinci aşamada belirlenmiş olan optimum koşullarda gerçekleştirilmiştir. Enzim ekstraktının 25 dak ısıtılması sonunda peroksidaz önemli derecede lipaz ise kısmi olarak etkisizleşmiştir. Lipaz etkisizleştirilmesi tek eksponansiyel modelle, peroksidaz etkisizleştirilmesi ise çift eksponansiyel model ile açıklanmıştır. Eksponansiyel model kullanılarak verilerin doğrusal olmayan regresyon ile analizi sonucu inaktivasyon hız sabitleri lipaz için 3.66x1 0“3 s”1 bulunmuştur. Yapılan analiz sonucu peroksidazın sıcaklığa karşı farklı dirençte olan iki farklı izo-enzime veya izo enzim gruplarına sahip olduğu sonucuna varılmış ve etkisizleştirilme hız sabitleri sıcaklığa duyarlı izo-enzim için 5.34xl0“3san”1 ve sıcaklığa duyarsız izo-enzim için 0,38xl0-3san1 olarak hesaplanmıştır. Lipazın sıcaklığa karşı daha dirençli olduğunun belirlenmesi sonucu daha sonraki aşamalarda lipazın inaktivasyon kinetiği daha yüksek sıcaklıklarda incelenmiştir. Fındıktan elde edilen enzim ekstraktı 70, 80 ve 90°C sıcaklıklarda ve durağan koşullarda, farklı sürelerde ısıl işleme tabi tutulduktan sonra lipaz aktivitesi ölçülmüş ve elde edilen veriler eksponansiyel model kullanılarak analiz edilmiştir. Etkisizleştirilme hız sabitleri her bir sıcaklık uygulaması sonucu elde edilen veri seti için ayrı ayrı hesaplanmış ve analiz sonunda 70, 80 ve 90°C sıcaklıklar içinetkisizleştirilme katsayısı, ki sırası ile 0.40x1 0“2 san”1 (R2=0.9057), 5.75x1 0“2 san”1 (R2=0.9894) ve 15,22xl0-2san-1 (R2=0.9685) olarak hesaplanmıştır. Isıl etkisizleştirilme için enerji, Arrhenius grafiği yardımı ile 171.64 kJ/mol olarak hesaplanmıştır. Bütün fındığın dinamik koşullarda ısıl işleme tabi tutulması sonucunda lipaz aktivitesindeki azalmanın belirlenmesi amacı ile fındıklar 80°, 100° ve 120°C sıcaklıklarda hava ile dinamik koşullarda 15 dak ısıl işleme tabi tutulmuştur. Fındıkların bütün olarak 80°C'de 15 dak ısıtılması sonucu lipaz aktivitesinde sadece %26 azalma kaydedilirken, aynı sıcaklıkta enzim ekstraktının sadece ldak bekletilmesi %80'den fazla etkisizleştirilme sonuçlanmıştır. Bu gözlem ısıl etkisizleştirilme düzeyinin enzimin içinde bulunduğu fiziksel ortamla çok ilgili olduğunu, ekstrakta olduğu gibi sulu ortamlarda sıcaklığın çok daha fazla etki ettiğini göstermiştir. Isıtma işlemi daha sonra 100°C'de farklı sürelerde gerçekleştirilmiş ve bütün fındığın 100°C'de 10 dak ısıtılmasının lipaz aktivitesinde %80 azalmaya neden olduğu gözlenmiştir. Bununla birlikte ısıtma süresinin 15 ve 20 dak'ya veya sıcaklığın 120°C'ye çıkarılması etkisizleştirilmesinde önemli bir artışa neden olmadığı gibi depolama sonunda daha fazla SYA artışına yol açtığı belirlenmiştir. Naturel ve beyazlatılmış fındık unları sıcaklık (12, 22 ve 35°C), bağıl nem (%60 ve %70 ) ve oksijen koşullarının (vakumlu paket, paketsiz) farklı olduğu depolama koşullarında 150 gün boyunca depolanmış ve SYA değerleri kaydedilmiştir. Sıcaklığın ve bağıl nemin azaltılması ile SYA'ne bağlı olarak fındık unlarının raf ömründe artış gözlenmiştir. Bununla birlikte, vakumlu paketleyerek oksijensiz ortamda depolanan örneklerde daha yüksek SYA değerleri kaydedilmiştir. Vakumla paketlenmiş örneklerde ambalaj malzemesi nedeni ile örneklerin denge bağıl nem değerine ancak depolama sonunda ulaşmış ve depolama süresi boyunca vakumlu paketlenmiş örneklerin nem içerikleri diğer örneklere kıyasla daha yüksek olmuştur. Enzim aktivitesi ve bozulma reaksiyonlarının yüksek nem içeriğinde daha hızlı olması ve vakuma rağmen lipazın oksijensiz ortamlarda da tepkimeye girebilmesi vakumlu örneklerde daha fazla SYA artışına neden olmuştur. Naturel ve 120°C de 15 dak işleme tabi tutularak beyazlatılmış fındık unlarının %70 bağıl nem ve 22°C ortam koşullarında depolanması sonunda beyazlatılmış fındık ununun %1.0 SYA değerine ulaşma süresinin naturel fındıktan 6 kat daha fazla olduğu sonucuna varılmıştır. Bu gözlemler sonucunda ve elde edilen veriler ışığında ısıl işlemle lipaz aktivitesinin azaltılması ile naturel fındık ununun dayanıklılığının arttırılabileceği sonucuna varılmıştır

Özet (Çeviri)

PROPERTIES AND THERMAL INACTIVATION KINETICS OF LIPASE AND PEROXIDASE FROM HAZELNUT IN RELATION TO NATURAL HAZELNUT MEAL STABILITY SUMMARY Türkiye is the biggest hazelnut producer of the world with the amount of about 500 000 ton per year, which is 80% of the world's production. Türkiye gets about one billion US$ annually as export (4-5% of the total export) income from hazelnut and its products. However, natural hazelnut export is only 3% and used in bakery industry. The export of processed hazelnuts is very limited and because of the quality problems the producers hesitate to process natural hazelnut meal. Especially due to the prolonged storage, during spring and summer quality problems in natural hazelnut meal create a handicap in hazelnut meal export. Hazelnut is very nutritious and has widespread usage due to its special aroma in chocolate, confectionery, and bakery industries besides consumption as whole nut. The hazelnut is a high lipid content food and very rich in unsaturated fatty acids. Therefore hazelnut gets rancid due to lipid oxidation and hydrolysis. Lipid hydrolysis results in formation of free fatty acids causing increase of food acidity. Once the lipid hydrolysis is initiated, the quality declines rapidly since free fatty acids formed can be substrate of the oxidation reactions. Structure of the tissue of hazelnut broken down during processing of natural hazelnut meal and enzymes becomes available for oxidation and hydrolysis and becomes rancid more rapidly. Lipase, peroxidase, lipoxygenase and esterase are the enzymes found in hazelnut that catalyses hydrolysis and oxidation reactions. According to the literature, it is found that lipoxygenase shows no activity in Turkish type hazelnuts and esterase has minimal effect on quality. Many researchers have studied use of thermal treatment for inactivation of the enzymes, which deteriorate food. In the food industry heating is the most convenient method for enzyme inactivation. To minimise heat induced quality changes in the food the heat treatment is often designed as a high temperature short time process. Therefore the conditions for minimal heat treatment to inactivate the enzymes responsible of rancidity development in hazelnuts should be determined to increase the shelf life stability of hazelnut and hazelnut products. In this respect it was aimed to determine the properties and thermal inactivation kinetics of lipase and peroxidase, which causes rancidity in natural hazelnut meal in relation to natural hazelnut meal stability. Results from our investigations on inactivation of lipolytic enzymes will be useful in shelf life and market quality improvement of hazelnuts and hazelnut products. xiv T.c. yükseköCrftîm kurulu DOKÜMANTASYON MERKEZÎActivity of lipase and peroxidase in Turkish hazelnut (ev. Tombul) was studied as a function of temperature at a constant pH of 4.5, and as a function of pH at a constant temperature of 25 °C. For peroxidase the temperature for maximum activity is quite sharp at 40°C, for lipase, the temperature for maximum activity is very broad and ill defined, ranging from 40°C to 60°C. The results showed that maximum activity for both lipase and peroxidase was observed between 4.5-4.7 pH. However, lipase revealed an iso-enzyme system with a second clearly distinguishable peak around pH 7.5 in activity with pH, whereas peroxidase only showed one large peak of activity. The activity data obtained were analysed by non-linear regression using an existing model for enzyme activity as a function of pH and temperature simultaneously. The existing model was adapted to account for the iso-enzyme system found to be present in hazelnut lipase activity. The coefficients of determination accounted for (R2) obtained for peroxidase were 0.856 and 0.962 for temperature and pH dependence respectively. For lipase the coefficients were found to be 0.721 and 0.896 respectively. These results corroborate significantly the developed fundamental models in the literature. The thermostabilities of lipase and peroxidase was studied at 60°C and the activity measurements for both enzymes were carried out at their optimum pH and temperature conditions, determined in the first step of this study. The analysis of the data with exponential model resulted in inactivation rate constant of 3.66x1 0'V1 for lipase and 5.34x1 0'V1 and 0.38x1 0'V1 for heat labile and heat stabile peroxidases respectively. Heating of enzyme extract for 25 min led to considerable inactivation of peroxidase and partial inactivation of lipase, reflecting the higher thermostability of lipase. Therefore for the further analysis for thermal treatments it was decided to study inactivation kinetics of lipase. Hazelnut enzyme extract were subjected to different heating temperatures for varying periods at static conditions and the lipase activities were measured for each time- temperature treated extract. Analysing the inactivation data using exponential model for lipase obtained at higher temperatures 70, 80 and 90°C resulted in kj values of 0.40xl0“2 s”1 (R2=0.9057), 5.75 xlO“2 s”1 (R2=0.9894), and 15.22 xloV (R2=0.9685) respectively. Energy for heat inactivation were determined as 171.64 kJ/mol using the Arrhenius plot. The results were in the same range when compared with the literature values. Whole hazelnut kernels were subjected to dynamic heat treatment at 80, 100 and 120°C for 15 min to determine the inactivation ratio of lipase. Inactivation of lipase in whole hazelnut kernel at 80°C resulted in only 26% inactivation while it was more than 80% after 1 min heating for free lipase showing that the level of heat inactivation for hazelnut lipase depended on physical environment of the enzyme (aqueous extract or kernel matrix). Heat treatment for 10 min at 100°C resulted in more than 80% inactivation of lipase in the kernel. However increasing the heating time up to 15 and 20 min or temperature to 120°C did not resulted in a further significant inactivation, while caused higher FFA values during storage. Natural and blanched hazelnuts were stored at different temperature, relative humidity and oxygen conditions for 150 days and change in FFA were recorded for 1 5 day intervals. As it was expected, there was an increase in shelf life as the storage temperature (12, 22 and 35°C) and relative humidity (60 and 70%) decreased. xvHowever, exclusion of oxygen by vacuum packaging were not found beneficial since higher FFA values were recorded for these samples. The reason may be due to higher moisture content then the untreated samples during the storage and activity of lipase independent of oxygen. It was observed that, blanched (120°C, 15 min) hazelnut meal reached 1.0% FFA value 6 times more than the natural hazelnut meal when stored at same conditions (70% RH and 22°C). As a conclusion, all these findings and the storage studies on heat treated hazelnut meal showed that the natural hazelnut meal can be stabilised as decided from the lower increase in FFA content after storage as compared to the untreated samples. xvi

Benzer Tezler

  1. Tez No

    371893

    Resistance properties and control of Alicyclobacillus acidoterrestris

    Alicyclobacillus acidoterrestris'in kontrolü ve direnç özellikleri

    ÇELENK MOLVA

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Gıda Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. AYŞE HANDAN BAYSAL

  2. Tez No

    238664

    Zeytinyağı fabrikası atıklarında polifenol analizi ve ısıl işlemlerin prina ekstraktlarının polifenol konsantrasyonuna ve antioksidan aktivitesine etkisi

    Polyphenol analysis of olive oil mill wastes and the effect of thermal treatments on polyphenol concentration and antioxidant activity of olive cake extracts

    SEVGÜL TERCAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2009

    Gıda MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. MAHMUT ŞEKER

  3. Tez No

    558716

    İnülinaz enziminin üretimi, kısmi saflaştırılması, karakterizasyonu ve fermentasyonlarının matematiksel modellenmesi üzerine bir araştırma

    An investigation on the production, partial purification, characterization of inulinase enzyme and mathematical modeling of its fermentations

    MUSTAFA GERMEÇ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    BiyoteknolojiAkdeniz Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. İRFAN TURHAN

  4. Tez No

    302543

    Susam küspesindeki proteinin enzimatik hidrolizinin, çözünürlüğünün, enzim inaktivasyon kinetiğinin ve fonksiyonel özelliklerinin incelenmesi

    Investigation of enzymatic hydrolsis, solubilization, enzyme inactivation kinetic and functional properties of sesame cake protein

    ELÇİN DEMİRHAN YILMAZ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    BiyoteknolojiYıldız Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BELMA KIN ÖZBEK

  5. Tez No

    663630

    Dikenli incir (opuntia ficus-indica L.) meyvesinde pektinmetil esteraz (PME) aktivitesi ve kinetik parametrelerinin incelenmesi

    Investigation of pectin methyl esterase (PME) activity and kinetic parameters in prickly pear (Opuntia ficus-indica L.)

    AYŞEGÜL KAVAKLİÇEŞME

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Gıda MühendisliğiMersin Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SALİH AKSAY

Geri Dön