Physicochemical and functional properties of Phaseolus coccineus L. protein isolate obtained by isoelectric precipitation method.
İzoelektrik çöktürme metodu ile elde edilen Phaseolus coccineus L. protein izolatının fizikokimyasal ve fonksiyonel özellikleri
- Tez No: 540248
- Danışmanlar: PROF. DR. BERAAT ÖZÇELİK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- 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: 84
Özet
Son zamanlarda, bilgiye kolay ulaşım nedeniyle tüketiciler yeme alışkanlıkları hakkında daha farkında ve bilinçlilerdir. Karbonhidratlar, yağlar ve proteinler dengeli bir diyet için oldukça önemlidir. Ancak protein sadece enerji vermekle kalmaz, ayrıca vücutta kas ve enzim yapımına da katkı sağlar. Eğer, insan beslenmesinde protein eksikliği belirirse bazı hastalıklar ortaya çıkabilir. Diğer yandan proteinler gıdalarda fonksiyonel ve fizikokimyasal özelliklerinden dolayı gıda teknolojisi için bir anahtar gibidir. Proteinler gıda matrisi içindeki çözücüler, iyonlar, polisakkaritler, yağlar ve diğer proteinlerle etkileşerek su, yağ tutma kapasitesi, viskozitesi köpüklenme ve köpüklenme stabilitesi, emülsüfikasyon, jelleşme gibi özellikleriyle son ürün kalitesinde rol almaktadır. Dünya nüfusu belirgin olarak artmaktadır ve gıda güvencesi zirai - gıda endüstrisinin en büyük endişelerinden biridir. Hayvansal kaynaklı proteinler pahalı ve daha çok enerji ile işçilik gerektirir. Kara bitkileri sürdürülebilir yaşam biçimi için insan beslenmesine enerji ve besin vermek üzere uzun süreden beri dâhil olmuştur. Ancak bitkisel proteinlerin, kullanım seviyesi; daha ucuz ve bol olmasına rağmen beklenenin altındadır. Baklagiller, nitelikli besinsel bileşimi nedeniyle hayvansal kaynaklı gıdalara alternatif oluşturmuş bu sebeple akademinin ilgisini önemli ölçüde kazanmıştır. Binlerce çeşit baklagiller arasından soya fasülyesi, bezelyeler, nohut, kuru bakla, mercimek ve börülce kapsamlı şekilde çalışılmıştır. Bu güne kadar Barbunya Fasülyesine(Phaseolus coccineus L) yönelik yeterince çalışmaya rastlanmamıştır. Protein izolatlarının, yeni ve sürdürülebilir yöntemlerle fonksiyonel, fizokokimyasal ve diğer özelliklerini iyileştirmek önem kazanmaktadır. Yüksek basınçla homojenizasyon veya mikroakışkanlaştırma innovatif yöntemler arasında yer alan çevre dostu uygulamadır. Mikroakışkanlaştırma yönteminin protein izolatlarının bazı fonksiyonel özelliklerini geliştirdiği raporlanmıştır. Bu çalışmanın amacı barbunya fasülyesinden (Phaseolus coccineus L.) izoelektrik çöktürme ile protein izole etmek ve elde edilen izolatları mikroakışkanlaştırma (yüksek basınçlı homojenizasyon) tekniğine tabi tutarak, izolektrik çöktürme ile elde edilen izolatın ve mikroakışkanlaştırılan örneklerin bazı fonksiyonel ve fizikokimyasal özelliklerini belirlemektir. İlk olarak, yöresel pazardan satın alınan ve Çanakkale bölgesinde yetişen Barbunya Fasulyesinin (Phaseolus coccineus L.) kimyasal kompozisyonu belirlenmiştir. Izoelektrik çöktürme metodu ile elde edilen Barbunya Fasulyesi (Phaseolus coccineus L.) izolatı dondurularak kurutulmuştur. Barbunya Fasulyesi (Phaseolus coccineus L.) unu ve elde edilen izolatın aletsel renk ölçümleri yapılmıştır. İzolatın protein miktarı belirlenmiştir. İzolatın yağ, su tutma kapasitesi, emülsüyon ve köpüklenme özellikleri test edilmiştir. Kompozisyon analizi neticesinde, Çanakkale bölgesinde yetişen Barbunya fasulyesi (Phaseolus coccineus L) kuru ağırlık üzerinden %4,8 kül, %2,86 nem, %27,01 protein ve %63,73 karbonhidrat içerdiği tespit edilmiştir. İzoelektik çöktürme yöntemi ile elde edilen Phaseolus coccineus L. protein izolatı (PCLPI) için protein değeri, %2,37'lik standart sapma ile %83,53 olarak hesaplanmıştır. Aletsel renk değeri ölçümleri, Barbunya fasulyesi (Phaseolus coccineus L.) unu ve izolatı için yapılmıştır. Barbunya fasulyesi unu için L* değeri izolata göre yüksektir, değerler ise sırası ile 89,763 ve 81,751 olarak ölçülmüştür. Diğer yandan, izolatın kırmızılık ve sarılık değeri undan fazla olarak belirlenmiş, değerler takiben izolatta a* değeri 0,253 ve b* değeri 10,783 iken unda a* değeri 0,173 ve b* değeri ise 6,907 olarak tespit edilmiştir. Dondurularak kurutulmuş Barbunya fasulyesi protein izolatı (PCPLI) için su tutma kapasitesi, kuru ağırlık üzerinden 2,63 g su/g protein olarak ölçülmüştür. Yağ tutma kapasitesi ise kuru ağırlık üzerinden 3,95 g yağ/g protein olarak belirlenmiştir. Barbunya fasulyesi (Phaseolus coccineus L) protein izolatının köpüklenme kapasitesi ve stabilitesi sırasıyla %247,000 ve %132,000 olarak ölçülmüştür. Barbunya fasulyesi (Phaseolus coccineus L) izolatının emülsiyon aktivitesi %50,957 kararlılığı ise, %100 olarak tespit edilmiştir. Yüksek basınçlı homojenizasyon uygulaması 20-Psi (İnç karede pound) 4 veya 6 çevrim ve 40- Psi (İnç karede pound) 4 veya 6 çevrim; basınç ve döngülerinde yapılmıştır. Yüksek basınç homojenizasyonun proteinler üzerindeki etkilerini incelemek için bazı fonksiyonel özellikler, bulanıklık, parçacık boyutu, ζ- (zeta) potansyeli, mikro ve ikincil yapıları araştırılmıştır. Yüksek basınçla homojenize edilen örneklerin köpüklenme kapasitesi ve stabilitesi kontrol numunesinde en düşük olarak tespit edilmiş ve değerler sırayla; %235,000 ve %88,100 olarak saptanmıştır. En yüksek değer 40 Psi- 6 Cycle uygulamasına ait olup köpüklenme kapasitesi %612,000, köpüklenme stabilitesi %82,500 olup, 40 Psi- 6 Cycle uygulamasına aittir. Emülsiyon aktiviteleri %55,06 ve %52,8 aralığındadır. Emülsiyon kararlılığı tüm örnekler için %100 olarak belirlenmiştir. Ancak, yüksek basınç homojenizasyon uygulamasının emülsiyon aktivitesi ve stabilitesi üzerinde etkisi tespit edilememiştir. Mikroakışkanlaştırılan örneklerin zeta (ζ) - potansiyeli, parçacık boyutu ve bulanıklık analizleri pH 2'den pH 10'a kadar ölçümlenmiştir. En düşük net yük, izoelektrik noktayı kapsayan pH 4'te ölçülmüştür, bu değer 0,924 mV olup 40 Psi- 6 Cycle uygulamasına aittir. En yüksek net yük ise -13,22 ve -14,25 mV ve pH 10'da olup kontrol ile diğer numunler arasında istatiksel farklılık gözlemlenmemiştir Bu çalışmada, en düşük bulanıklık değeri 0,138 nm au olarak 40 Psi-6 Cycle ait olup pH 10'da gözlemlenmiştir. En yüksek bulanıklık değeri ise 2,639 ve 2,853 nm au olup pH 5'tedir ve bu pH'da tüm numuneler istatiksel farlılık yoktur. Parçacık boyutu analizlendiğinde nötr pH ve sonrasında yüksek basınçlı homojenizasyon uygulamasının parçacık boyutunu istatiksel olarak indirgediği tespit edilmiştir. Ancak izoelektrik noktaya yakın pH değerlerinde, yüksek basınçlı homojenizasyon uygulamasının parçacıklar üzerinde kümelenme potansiyeline sebep olduğu ve parçacık boyutunda artış olduğu saptanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, en büyük çap 7920,700 nm olup, pH 4'te 40 Psi- 4 Cycle uygulamasına aittir. En düşük ortalama çap ise 40 Psi- 6 Cycle uygulaması için ve 61,138 nm olup, fakat pH 8 değerindedir. Yüksek basınçlı homojenizasyona tabi tutulan örnekler ve kontrol numunesinin mikroyapıları incelendiğinde, yüksek basınçlı homojenizasyon uygulamasının partikülleri daha küçük parçalara ayırdığı ve partiküllerin homojen dağılım gösterdiği gözlemlenmiştir. Proteinlerin ikincil yapıları, fourier dönüşümlü kizilötesi (FT-IR) spektroskopisi kullanılarak incelenmiştir. FT-IR görüntüsü Barbunya fasülyesi protein izolatı (PCPLI) için absorpsiyon bandını 1635,47 cm-1'de vermiş, bu değerin amid I bölgesinde ve β-sheet yapısında olup, enerjinin %80'i peptid bağlarındaki C=O esneklik titreşimlerindedir. Yüksek basınçla homojenizasyon işlemi Barbunya fasulyesi izolatının ikincil yapılarında değişime sebep olmamıştır. Sonuç olarak, yüksek basınçlı homojenizsayon uygulaması köpüklenme özelliklerini geliştirmiş, nötr pH ve sonrasında; partikül boyutunu ve bulanıklık değerini indirgemiş, zeta potansyelini artırmıştır. Ancak, yüksek basınçla homojenizasyon uygulamasının, farklı basınç ve çevrimlerde proteinlerin fizikokimyasal ve fonksiyonel özellikleri üzerindeki etkisi araştırılması önerilmektedir.
Özet (Çeviri)
Recently, due to ease of access to information consumers are more aware and conscious about their eating habits. Carbohydrates, lipids and, proteins are very important for a balanced diet and provide energy. However, proteins not only provide energy, but also contribute to construction of muscle and enzymes. If there is lack of protein in human diet, there might be several diseases occurs. On the other hand, proteins are like a key due to their functional and physicochemical properties in foods. Proteins interact with solvents, ions, polysaccharides, lipids and other proteins in food matrix and alter the physical structure of foods. Protein solubility, water and oil binding/absorption capacity, viscosity, foaming capacity and foaming stability, emulsification, and gelation are critical functional parameters, which are role on final product quality. The World population is growing dramatically and food security is one of the biggest concerns of agro-food industry and governments. Land plants are included in human diet to give energy and nutrients for sustainable life style for a long time ago. However, the usage of plant proteins less than expected level even if they are fairly cheap and more abundant than animal proteins. Legumes are considerable interest of academia due to sufficient nutritional composition, and alternative to animal originated foods among plant proteins. Despite the thousands of species only soybeans, peas, chickpeas, broad beans, lentil, and cowpeas are comprehensively studied. To date, there was not enough studies in literature found regarding to Phaseolus coccineus L. (Cranberry Bean). On the other hand, altering functional properties of proteins are gaining importance by novel and sustainable methods. Among them, microfluidization that is dynamic high-pressure advanced technique and alters several functional properties of protein isolates reported. It has been reported that microfluidization(HPH) is environmentally friendly way while comparing to conventional techniques. The aim of this study is obtaining protein isolate from Cranberry bean (Phaseolus coccineus L.) by isoelectric precipitation. Then, subject to isolates microfluidization treatment and investigate the effects of microfluidization treatment on several functional and physicochemical properties of protein isolates. Initially, the proximate composition analysis performed for PCLF (Phaseolus coccineus L. flour). Then, the flour prepared for protein extraction. The color values of PCLF (Phaseolus coccineus L. flour) and freeze PCLPI (Phaseolus coccineus L. protein isolate) measured instrumentally. After that, protein content of PCLPI was measured. Oil absorption capacity (OAC), water absorption capacity (WAC), emulsifying and foaming properties were of protein isolates also examined. The analysis of composition showed that Phaseolus coccineus L. that was grown in Çanakkale province, contains 4.8% ash, 2.86% moisture, 27.01% protein and 1.53% lipid and 63.73% carbohydrate content on dry weight. The protein content of Phaseolus coccineus L. protein isolate (PCLPI) were determined 83.53% with 2.37% standard deviation on dry weight. According to color result of color analysis, Phaseolus coccineus L. flour shows L* value 89.763 which is higher than Phaseolus coccineus L. isolate with 81.751. However, the redness value and yellowness values of the isolates higher than the flour a* value of the flour is 0.173 and b* value is 6.907 while isolates a* value is 0.253 and b* value is 10.783. Water absorption capacity (WAC) of freeze dried PCPLI was 2.63 g of water/g of protein on dry weight (dw). In this study oil absorption capacity (OAC) was detected 3.95 g of oil/g of protein isolate on dry weight (dw). Foaming capacity (FC) and foaming stability (FS) of freeze- dried Phaseolus coccineus L. isolate (PCLPI) were 247.400% and 132.000% respectively. The emulsifying activity of freeze-dried Phaseolus coccineus L. isolate were 50.957% and emulsion stability were 100%. High pressure treatment carried out 20 Psi (pounds per square inch) - 4 or 6 Cycle levels and 40 Psi(pounds per square inch )- 4 or 6 cycle selected. Investigating effect of microfluidizitaion or high-pressure homogenization (HPH) on foaming and emulsifying properties, turbidity, particle size, ζ- potential microstructure and secondary structure analysis were conducted. The highest foaming capacity (FC) and foaming stability (FS) observed for 40 Psi- 6 Cycle treatment. The highest foaming capacity and stability were 612.000% and the 182.500% for 40 Pi- 6 Cycle treatment. The lowest foaming capacity (FC) and foaming stability (FS) detected for control sample 235.000% and 88.100% respectively. The emulsifying activities were changing from 55.06% to 52.80%. Emulsifying stability were 100% for all samples, including control. However, High Pressure treatment statistically were not changed EA (emulsifying activiy) or ES (emulsifying stability). Turbidity, zeta (ζ)- potential, particle size, measurements were conducted from pH 2 to pH 10. The lowest turbidity value detected as 0.138 nm au for 40 Psi-6 Cycle at pH 10, while the highest absorbance was between 2.639 and 2.853 nm au at pH 5 and all samples were statistically same. The lowest net charge was observed at pH 4 that was very close to isoelectric point 0.924 mV and belong to 40 Psi – 6 Cycle treatment. The highest zeta (ζ)- potential observed at pH 10 and all the samples were statistically same and the net charge were between -13,22 and -14,25 mV. According results of statistical analysis, after or at neutral pH values microfluidization reduced particle diameter. However, when pH approach to isoelectric point of PCLPI, proteins showed agglomeration potential and particle size were increased. And the highest diameter was observed at pH 4 with 7920.00 nm which belonged 40 Psi- 4 Cycle treatment and, the lowest mean diameter belonged to 40 Psi- 6 Cycle with 61.138 nm at pH 8. According light microscope images, microfluidization treatment broke into fragments and more homogenous particles by reducing big cluster to small clumps. Secondary structures of PCPLIs were imaged by FT-IR spectrum. PCPLI showed absorption band between amide I region at 1635.47 cm-1. The FT-IR images support that PCPLP was in amide I region and consist of β-sheet structure, ~ % 80 peptide bonds exist and C=O exhibited stretch vibrations. As a result, HPH improved foaming, reduced particle diameter and turbidity and increased zeta (ζ)- potential at and after neutral pHs. However, more research proposed to be done by changing pressure and cycle number, to understand effect of microfluidization (HPH) on physicochemical and functional properties of proteins.
Benzer Tezler
- Türkiye'de yetiştirilen fasulye çeşitlerinden izole edilen proteinlerin çeşitli fizikokimyasal ve fonksiyonel özelliklerinin incelenmesi
Functional properties and physicochemical characterisation of proteins isolated from bean varieties grown in Turkey
RUKİYE GÜNDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ASLI CAN KARAÇA
- Kara nohut nişastasından enzimatik yöntemle elde edilen dirençli nişastanın fizikokimyasal ve fonksiyonel özellikleri
Physico-chemical and functional properties of resistant starch prepared from black chickpea (Cicer arietinum L.) starch by enzymatic method
HİLAL DEMİRKESEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. DİLARA NİLÜFER ERDİL
- İki aşamalı emülsiyon yöntemiyle üretilen peynir altı suyu mikro-parçacıklarının fizikokimyasal özellikleri ve kefirde kullanılması
Investigation of physicochemical properties of whey protein micro-particles produced using two-step emulsification method and their use in kefir
ALEV EMİNE İNCE COŞKUN
Doktora
Türkçe
2022
Gıda MühendisliğiEge ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜL ÖZDESTAN OCAK
- Dikenli incir (Opuntia ficus Indica) meyvesinin bazı fizikokimyasal ve fonksiyonel özelliklerinin belirlenerek gıda sanayinde kullanım olanaklarının araştırılması
Determination of some physicochemical and functional properties of prickly pear (Opuntia ficus Indica) fruit and investigation of its potential use opportunities in food industry
NEVİN DOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Gıda MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER UTKU ÇOPUR
- Isıl işlem uygulamasının dehidre patates ve patates ununun fizikokimyasal ve fonksiyonel özellikleri üzerine etkisi
The effect of thermal pretreatment on physicochemical and functional properties of dehydrated potato and potato flour
BURAK ALPTUĞ NAZLIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Gıda MühendisliğiÇanakkale Onsekiz Mart ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NECATİ BARIŞ TUNCEL