Encapsulation of sour cherry juice concentrate with spray drying and increasing encapsulation yield by using various proteins
Vişne konsantresinin püskürtmeli kurutma işlemi ile enkapsülasyonu ve farklı proteinler kullanılarak enkapsülasyon veriminin arttırılması
- Tez No: 496334
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ESRA ÇAPANOĞLU GÜVEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 102
Özet
Sağlık üzerine olumlu etkileri bilinen vişne konsantresi son yıllarda önem kazanmaktadır. Literatürden bilindiği üzere vişne diğer kırmızı renkli meyveler gibi fazlaca antioksidan ve fenolik madde içermektedir. Vişne bu biyoaktif bileşenler açısından iyi bir kaynaktır. Fakat bu bileşenler çevresel koşullardan kolayca etkilenmektedir. Özellikle antosiyaninin sağlık üzerine etkilerini birçok çalışma göstermektedir. Antosiyaninler, antienflamatuar hastalıkların korunmasını, dolaşım sisteminin bakımını, trombosit çökmesini önlemeyi, diyabet ve kemoprotektif ajanları kontrol etmeyi ve metabolik süreçleri koruyarak iyileştirirler. Bu bileşenlerin korunması ve iyileştirilmesi için enkapsülasyon üzerine son yıllarda birçok çalışma yapılmaktadır. Enkapsülasyon yöntemleri püskürterek kurutma, dondurarak kurutma, santrifüj ile suyun uzaklaştırılması, ekstrüzyon emülsiyon, faz ayrımı, moleküler kompleks oluşturma, hava süspansiyon kaplama olarak sayılabilir. En fazla kullanılan enkapsülasyon yöntemlerinden biri olan püskürterek kurutma yöntemi basit, kolay, düşük maliyetli ve prosesin daha az kompleks olmasından dolayı tercih edilmektedir. Dondurarak kurutma diğer bir tercih edilen enkapsülasyon yöntemi olup, proses verimi %95 gibi çok yüksek oranlarda olduğu halde işlemin maliyetli olması başlıca dezavantajıdır. Püskürterek kurutma prosesi optimum koşullar sağlanarak sıvı üründen toz elde edilmesi işlemini kapsamaktadır. Meyve ve sebze sularının toz haline getirilmesi kolay taşınması, raf ömrünün uzatılması ve ağırlık kaybı gibi avantajlarından dolayı cazip hale gelmektedir. Bu işlemi yaparken vişne gibi yapışkan özelliği olan gıdalarda bir kaplama materyali kullanılmalıdır. Kaplama materyalleri çok geniş bir skalaya sahip olup en çok kullanılanlar maltodextrin ve gum arabiktir. Bu çalışmada kaplama materyali olarak karbonhidratlardan maltodextrin, proteinlerden ise peynir altı suyu ve yumurta akı kullanılmaktadır. Geçmiş çalışmalarda peynir altı suyu kullanılmış olup yumurta akı kullanımı yaygın değildir. Bu çalışmadaki amaçlardan biri, yumurta akının enkapsülasyon materyali olarak vişne konsantresi için uygun olup olmadığını belirlemek ve diğer kaplama materyalleriyle kıyaslayabilmektir. Vişne konsantresi suda %11 Brix'e ayarlanmak üzere çözülmüş ve kurutma işlemi püskürtmeli kurutucuda gerçekleştirilmiştir. Vişnenin yapışkan yapısı nedeniyle, bir kaplama maddesi olarak maltodekstrin kullanılmıştır. 3 farklı konsantrasyon (%5-%10-%15), dekstroz eşdeğeri (6-12-18DE) ve giriş sıcaklıkları (110°C- 135°C- 160°C) seçilerek kurutma işlemi yapılmıştır. Öncelikle, maltodekstrinin optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Buradaki amaç en verimli tozu bulmaktır. Bu amaçla 15 deneme gerçekleştirilmiş ve ikinci bir optimizasyon işlemi için 8 deneme daha yapılmıştır. İkinci kez yapılmasının nedeni ilkinde bazı parametrelerin yer almaması ve birbirine yakın değerlerin olmasıdır. %15 maltodextrin konsantrasyon, DE12 ve giriş sıcaklığı 110°C'de en verimli vişne tozu elde edildiği gözlemlenmiştir. Optimizasyon için tepki yüzeyi metodolojisi (RSM) kullanılmıştır. RSM parametreleri, giriş sıcaklığı, maltodekstrin konsantrasyonu ve maltodekstrin dekstroz eşdeğeridir (DE). İkincil olarak, iki değer sabit tutularak (110 ° C ve DE12) %15 MD konsantrasyonu, iki farklı protein (peynir altı suyu ve yumurta akı) konsantrasyonu %1 ve %0,5 ile karıştırılmıştır. Bu aşamada, proteinin verimi arttırıp arttırmadığı kontrol edilmiştir. Proteinin, toz verimini arttırmada etkili olduğunu kanıtladıktan sonra, maltodekstrin konsantrasyonu (%5-10) kademeli olarak azaltılmış ve peynir altı suyu proteini veya yumurta akı ile karıştırılarak numuneler püskürtmeli kurutucuya beslenmiştir. Vişneye sadece maltodekstrin eklendiğinde, elde edilen kurutulmuş toz verimi sadece %7,8 iken maltodextrin ve protein eklendiğinde verim %6,6 ile %14,8 arasında değişmiştir. %1 protein kullanımının %0,5 kullanımından daha yüksek verim elde edildiği gözlenmiştir. %15 maltodextrin konsantrasyonu en verimli olarak bulunmuştur. Peynir altı suyu proteininin yumurta akından daha verimli olduğu gözlenmiştir. Ayrıca, peynir altı suyu ve yumurta beyazı karşılaştırılırsa, peynir altı suyu proteini, %10 MD konsantrasyonu dışında yumurta beyazı tozundan daha fazla toz elde edilmesini sağlamıştır. Buna ek olarak, püskürterek kurutmada, proteinlerin ve maltodekstrinin etkinliği karşılaştırıldığında, az miktarda proteinin (peynir altı suyu veya yumurta akı) maltodekstrinden daha verimli olduğu gözlenmiştir. Bu nedenle tozun artmasını etkileyen birden fazla faktörün olduğu söylenebilir. Bununla birlikte, diğer faktörler sabit tutulursa, yüksek sıcaklık, tozun daha fazla oluşmasına sebebiyet vermektedir. Ayrıca protein konsantrasyonuna göre, konsantrasyon arttıkça peynir altı suyu ve yumurta akı giderek artmaktadır. Püskürterek kurutma işleminden sonra, vişne tozlarının nem içeriği, toplam fenolik içeriği, antioksidan kapasitesi, toplam monomerik antosiyanin miktarı ve renk analizi yapılmıştır. Vişne tozunun nem içeriği %2,3 ile %4,1 aralığında hesaplanmıştır. Vişne tozunun toplam fenolik içeriği 2,10 ile 7,29 mg (GAE)/g kuru ağırlık olarak bulunmuştur. Sadece maltodextrin kullanıldığında, DPPH değerleri 0,8-12,2 mg trolox eşdeğeri (TE) / g kuru ağırlığa, protein ve maltodextrin karışımından elde edilen tozda ise DPPH değerleri 9,2-13,2 mg TE / g kuru ağırlık aralığında olduğu gözlenmiştir. Konsantrasyon düştükçe DPPH değerleri artmaktadır. En yüksek antioksidan kapasitesi peynir altı suyu ve maltodextrin kombinasyonuyla sağlanmış olup 5% MD konsantrasyonu olarak gözlenmiştir. CUPRAC değerleri 17,1-36,2 mg TE / g kuru madde olarak hesaplanmıştır. En yüksek antioksidan kapasitesinin yine 5% MD konsantrasyonunda hesaplandığı görülmüştür. CUPRAC analizindeki değerlerin DPPH sonuçlarına göre yüksek çıktığı literatürde de bahsedilmektedir. Bunun nedeni olarak kullanılan farklı metotların prensiplerindeki farklılıklar, ölçüm yapılan dalga boyu, kullanılan reaktifler içindeki çözünürlük farklılıkları gibi gerekçeler gösterilebilir. Proteinleri kıyaslarsak, yumurta beyazı proteinin peynir altı suyu proteinlerinden daha yüksek antioksidan kapasitesi içerdiği görülmektedir. Toplam antosiyanin pigmentleri pH diferansiyel yöntemi kullanılarak hesaplanmıştır ve değerlerin 29-49,5 mg / L aralığında seyrettiği görülmüştür. Ayrıca tozun karakterizasyonunu belirlemek için renk, kolloidal kararlılık ve camsı geçiş sıcaklığı analizleri (DSC) yapılmıştır. Renk analizinde L *, a *, b * değerlerinin, maltodekstrin konsantrasyonu düştükçe azaldığı görülmektedir. Maltodekstrin konsantrasyonu %10 ile %15 arasında farklılık göstermezken, MD'nin %5 konsantrasyonunda daha düşük değer bulunmuştur. Ayrıca, peynir altı suyu ve yumurta akı artan protein konsantrasyonu, L * değeri artarken a * ve b * değerlerinde değişme görülmemektedir. L * değerlerinin 27,7 ile 56,4 arasında; a * sonuçlarının 6,7'den 14,2'ye; b * sonuçlarının ise 3,9 ile 6,8 arasında olduğu belirlenmiştir. Sonuçlara bakıldığında püskürtmeli kurutucuyla yapılan denemelerde maltodekstrine oranla protein ve maltodekstrin karışımının toz verimini arttırdığı tespit edilmiştir. Geçmiş çalışmalarda yer verilen peynir altı suyu tozu kadar yumurta akının da enkapsülasyon işleminde başarılı olabileceği ve vişne gibi meyvelerde toz verimini arttırabileceği düşünülmektedir. Yumurta akının çözelti içerisinde homojen hale gelmesi zaman almakta olduğundan bu konu dikkat edilmesi gereken bir unsurdur. Sadece yumurta akı kullanarak toz eldesi düşük verimde olup maltodekstrinle birlikte kullanımı MD miktarını aza indirgeyerek daha az katkılı bir toz elde etmede yardımcı olabileceği düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
According to the literature, sour cherry contains high levels of antioxidants and phenolic substances similar to other red fruits. For this reason, in this study, sour cherry concentrate was chosen as the extract to be encapsulated because of its nutritional value. Some studies have been performed in recent years on encapsulation for the protection and improvement of bioactive components. There are many techniques used for encapsulation in previous studies. These are spray drying; spray cooling and freezing, extrusion coating, fluid bed coating, coating with liposome, coacervation and rotational suspension separation etc. Spray drying is one of the extensively used techniques in food industry to obtain powders under optimal processing conditions. Fruit juice powders have several benefits such as reducing weight and packaging, making transportation easier, and increasing shelf life. The major advantages of spray drying are being a simple, economical, easy, fast and convenient technique. The aim of this thesis is to investigate spray drying ability of sour cherry concentrate with different wall materials. The sour cherry concentrate was dissolved in water to adjust to 11% brix and drying was carried out in the spray dryer. Due to the sticky structure of cherry, maltodextrin was used as a coating material at different concentrations (5%, 10%, 15%), and dextrose equivalent (6-12-18DE) at inlet temperatures of 110°C, 135°C and 160°C. First, optimization of maltodextrin type and concentration was performed to reach the most efficient powder production. Optimum conditions for spray drying of sour cherry concentrate were determined by response surface methodology (RSM). Response surface methodology parameters were inlet temperature, maltodextrin concentration and maltodextrin dextrose equivalent (DE). 15 trials were performed and then 8 trials were done again since the first application did not include some parameters. Secondly, the selected conditions were kept constant (110°C and DE12) and 15% MD concentration was mixed with two different proteins (whey and egg white) with concentrations of %1 and %0.5. At this stage, it was investigated whether the protein increases the yield. After proving that protein was effective at increasing the yield of the powder, the maltodextrin concentration (5-10%) was gradually reduced and mixed with the whey protein or egg white to feed the spray dryer samples. When only maltodextrin was used, the yield of the spray dried powder was only 7.8%, whereas the yield powder with protein changed from 6.6% to 14.8%. The use of 1% protein provided more efficient powder than 0.5%. 15% maltodextrin concentration was the most efficient and the whey protein was more efficient than egg white. In addition, it was observed that whey protein increased powder yield than egg white except 10% MD concentration. When the efficiency of proteins and maltodextrin is compared in spray drying, combination of maltodextrin and protein (whey or egg white) is more effective than maltodextrin only. For this reason, it can be said that inlet temperature, maltodextrin type and concentration factors influence of the powder. However, if other factors were held constant, high temperature meant to increase powder yield. In addition, as the concentration increased according to the protein concentration, the whey and egg white gradually increased. After spray drying, moisture content, the total phenolic content, the antioxidant capacity, the total monomeric anthocyanin content, the color properties of the cherry powders were analyzed. The moisture content of the powder was calculated to be between 2.3% and 4.1%. The total phenolic content of the powder ranged from 2.10 to 7.29 mg (GAE)/ g dry weight. Total antioxidant capacity was determined by two methods; DPPH, CUPRAC analyses. When using only maltodextrin, DPPH values ranged from 0.8 to 12.2 mg trolox equivalent (TEAC)/g dry weight, while DPPH results were found between 9.2 and 13.2 mg TE/g dry weight with mixing protein and maltodextrin. As the concentration decreased, the DPPH values increased. 5% concentration of MD was determined as the highest antioxidant capacity within powders produced with whey protein. The CUPRAC results were calculated 17.1-36.2 mg TEAC/g dry matter. The 5% MD had the highest antioxidant capacity compared to other maltodextrin concentrations. The total anthocyanin content of powders changed from 29 to 49.5 mg/g by using pH differential method. In addition, powder color, colloidal stability and glass transition temperature (DSC) analysis were performed. For color analysis L*, a*, b* values were measured and these values decreased when the concentration of maltodextrin was reduced. Moreover, by increasing the protein concentration of both whey and egg white, the L* value increased but a* and b* values did not change significantly. L* results were determined between 27.7 and 56.4; a* results were determined to be ranging from 6.7 to 14.2; b* results were determined between 3.9 and 6.8. As maltodextrin concentration decreases, L*, a* and b* values decreases. Glass transition temperature (Tg) was determined by using differential scanning calorimeter (DSC). An equilibrium temperature of -10°C to 120°C was used for cherry powder samples and for maltodextrin, egg white and whey protein the temperature changed between 0°C and 180°C. The Tg was found to be between 24.8 and 56.4 °C for sour cherry dried powders. The Tg of maltodextrin was 87-105.6 °C and for whey Tg was 142-143.8 °C. For egg white Tg was found to be ranging from 91.4 to 106.9°C.
Benzer Tezler
- The uniaxial and coaxial electrospun nanofiber encapsulation of sour cherry (Prunus cerasus L.) anthocyanins and their in vitro bioaccessibility
Vişne antosiyaninlerinin tek eksenli ve çift eksenli elektroeğirme yöntemiyle enkapsülasyonu ve biyoyararlılığının incelenmesi
BEYZA ŞÜKRAN IŞIK
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FİLİZ ALTAY
- Vişne çekirdeğinden protein tozu üretimi ve farklı gıda matrikslerinin mikroenkapsülasyonunda kullanımı
Protein powder production from sour cherry kernel and its utilization in the microencapsulation of different food matrices
BÜLENT BAŞYİĞİT
Doktora
Türkçe
2022
Gıda MühendisliğiHarran ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ABDÜLHEY HAYOĞLU
PROF. DR. MEHMET KARAASLAN
- Encapsulation of oils from sour cherry kernel and berry seeds by protein-protein complexes
Vişne ve ahududu-böğürtlen türü meyve çekirdeği yağlarının protein-protein kompleksleri ile kapsüllenmesi
EDA ADAL
Doktora
İngilizce
2019
Gıda MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA İBANOĞLU
- Microencapsulation of phenolic compounds extracted from sour cherry (Prunus cerasus L.) pomace
Vişne (Prunus cerasus L.) posasından özütlenen fenolik bileşenlerin mikroenkapsülasyonu
BETÜL ÇİLEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Gıda MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. S. GÜLÜM ŞUMNU
PROF. DR. SERPİL ŞAHİN
- Effect of nanoencapsulation of purified polyphenolic powder on encapsulation efficiency, storage and baking stability
Arındırılmış polifenolik tozun nanoenkapsülasyonunun kaplama verimi, saklama ve pişirme sırasındaki stabiliteleri üzerine etkisi
ALEXANDRU LUCA
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Gıda MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLÜM ŞUMNU
PROF. DR. SERPİL ŞAHİN