Development of pea protein agar based biodegradable film with the incorporation of essential oils
Esansiyel yağ ilave edilmiş bezelye proteini ve agar bazlı biyoçözünür filmlerin geliştirilmesi
- Tez No: 725922
- Danışmanlar: PROF. DR. NEŞE ŞAHİN YEŞİLÇUBUK, DR. AYŞE SAYGÜN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- 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: 59
Özet
Son yıllarda, sürdürülebilirliğe olan farkındanlık gün geçtikçe artmaktadır. İnsanlar daha sürdürülebilir alternatif arayışına girmiştir. Bu anlamda ambalaj, gelişime en açık alanlardan biri olarak kabul edilir çünkü plastik ambalajlar çevreyi en çok kirleten etkenlerden biri sayılır. Sürdürülebilir ambalaj çalışmalarında yenilebilir film ve kaplamaların önemi büyüktür. Yenilebilir ambalajlar sürdürülebilir olmasının yanı sıra gıdaların raf ömrünü korumasına, duyusal özelliklerinin iyileştirilmesine, kalitesinin korunmasına da yardımcı olur. Bu çalışmanın amacı, bezelye proteini bazlı yenilebilir filmlerin fiziksel ve mekanik bazı özelliklerini incelemek ve esansiyel yağlarla yapılan karışımlarının antimikrobiyel etkilerine bakmaktır. Çalışmanın başında, farklı film yapıcı materyaller kullanılarak çeşitli yenilebilir film kombinasyonları kullanılarak denemeler yapılmıştır. Bu denemeleri yapmanın amacı en uygun materyalleri kullanarak esnek ve şeffaf bir film elde etmektir. Deneme sonuçlarına göre bezelye proteini ve agar film yapıcı materyaller olarak seçilmiştir. Aynı zamanda esansiyel yağlar ve konstanrasyonları da değerlendirilmiş, antimikrobiyal özellikleri ve yenilebilir filmlere uygulanabilirliği açısından kekik, ökaliptus, nioli ve limon yağları seçilmiştir. Öncelikle agar ve bezelye proteini kullanılarak yenilebilir film elde edilmiştir. Bu filmin karakterini anlamak için termogravimetrik, diferansiyel tarama kalorimetrisi ve dinamik mekanik analizleri uygulanmıştır. Termogravimetrik analiz grafik sonuçlarında filmin su, uçucu maddeler ve plastikleştiriciler nedeniyle sürekli bir ağırlık kaybı yaşadığı gözlenir. Bunun yanı sıra, diferansiyel tarama kalorimetrisinde camsı geçiş sıcaklığı 73℃ olarak gözlenmiştir. Bezelye proteini ve agardan oluşan bu film, oda sıcaklığında esnek görünse de, oda sıcaklığından daha yüksek bir camsı geçiş sıcaklığına sahip olması aslında filmin mekanik olarak güçlü olmadığını gösterebilir. Böylece 73℃'den yüksek sıcaklıklarda daha yumuşak ve laktik kıvamında olacağı söylenebilir. Son olarak, yapılan dinamik mekanik analiz ise filmin zayıf mekanik özelliğinden dolayı gerçekleştirilememiştir. Daha sonra antimikrobiyel etkiyi gözlemlemek için esansiyel yağ ilave edilmiş bezelye ve agardan oluşturulan yenilebilir filmler üretilmiştir. Toplamda dört farklı esansiyel yağ kullanılmıştır, bunlar ökaliptus, kekik, limon ve nioli yağlarıdır. Bu esansiyel yağlar, bezelye proteini ve agar ile yapılan solüsyona %1, %2, %3, %4 ve %5 hacimsel konsantrasyonlarda katılmış ve oluşan filmlerde antimikrobiyel etkinin yanında antimikrobiyel etki veren ve %5 konsantrasyonlarındaki filmlere renk ve su tutma testleri de uygulanmıştır. Antimikrobiyel etkiyi ölçmek için Escherichia coli, Staphylococcus aureus ve Aspergillus niger kullanılmıştır. %1 yağ konsantrasyonunda hiçbir yenilebilir filmde bakterilere ya da küfe karşı antimikrobiyel etki görülmemiştir. %2 esansiyel yağ konsantrasyonundan sonra nioli ve kekik yağları etki göstermeye başlamıştır. Nioli yağı %2'den sonra etki göstermeyi bırakırken, kekik yağı %2, %3, %4 ve %5 konsantrasyonlarında etki göstermeye devam etmiştir. Ayrıca, kekik yağı %3 konsantrasyondan sonra sadece bakteri değil, küfe karşı da inhibe edici etki göstermeye başlamıştır. Bakterilerde kekik yağının antimikrobiyel etki gösteren alanı, konsantrasyonla doğru orantılı artmamıştır, ancak küf analizlerinde yağ konsantrasyonu ve antimikrobiyal etki arasında doğru orantı bulunmuştur. En fazla etki %3 kekik yağı ilave edilmiş yenilebilir filmde E. coli gram negatif bakterisine karşı petrideki 2.7 cm çapındaki inhibe alanıyla görülmüştür. Bunun yanı sıra, S. aureus a karşı en fazla etkiyi %3, %4 ve %5 konsantrasyonlarındaki kekik yağı ilavelerinin hepsi 2.3 cm inhibe bölge çapı oluşturarak eşit bir davranış sergilemiştir. Küflerde ise doğru bir orantı yakalanmış, %5 kekik yağı ilave edilniş film neredeyse tüm petrideki küfü inhibe etmiştir, %4 ve %3 konsantrasyonlarda ise inhibe bölgesi gittikçe daralmıştır. Antimikrobiyel analiz sonuçlarına göre, etki gösteren filmler ve %5 yağ ilave edilmiş filmlere su tutma ve renk analizleri yapılmıştır. Bu durumda analiz yapılan filmler, %2 nioli, %2 kekik, %3 kekik, %4 kekik, %5 kekik, %5 ökaliptus, %5 limon ve %5 nioli ilave edilmiş bezelye proteini ve agardan oluşan filmlerdir. Su tutma analizinde, hem su ortamında hem de %15 tuzlu su ortamında filmler benzer davranış göstermiştir. Filmler 6 saat boyunca gözlenmiştir. Her iki durumda da en az su tutan film 5 ml kekik yağı eklenmiş olanladır. Aslında tuzlu su ortamında bu film hiç su tutmayıp, tersine ağırlık kaybetmiştir. Bu, filmin tuzlu suda yavaşça parçalandığı ve bu ortamda mekanik anlamda dayanıklı olmadığı anlamına gelir. Öte yandan, her ki durumda da ilk saat sonunda en çok su tutan film 2 ml nioli yağı eklenmiş olan filmlerdir. Genel olarak tüm filmler farklı zaman aralıklarında fazla ya da az su tutma kapasitesi göstermiştir. Bu durum filmlere eklenen yağların konsantrasyonundan ve yağların hidrofobikliğinden kaynaklanmış olabilir. Aynı filmler kullanılarak renk analzileri de yapılıp filmlerdeki yağ konsantrasyonuna ve çeşidine göre elde edilen sarımtrak renk geçişlerine bakılmıştır. Bunun için tüm ölçümler altı kere tekrarlanmıştır. Sonuçlara göre, en sarımtrak film %4 kekik yağı ilave edilen film iken, en az sarılık gözlenen ise %2 nioli yağ ilaveli yenilebilir film olmuştur. Sonuç olarak, bu çalışmada görüldüğü üzere, bezelye proteini ve agar kullanarak esnek ve transparan bir film elde edilebilir. Uygun miktarda eklenecek olan kekik yağı ile bu filme antimikrobiyel bir özellik kazandırılabilir.
Özet (Çeviri)
In recent years, there is an increased awareness of sustainability in the world. People are looking for more sustainable solutions in packaging the industry since it is seen as one of the most polluting agents in the environment. Edible films and coatings are alternatives to reduce plastic packaging usage in the food industry. While it has an advantage for being sustainable, it also provides a good barrier, sensory, and quality properties in the foods. This study aimed to investigate the characterization of pea protein and agar edible film and then add essential oils to increase the antimicrobial effect of the edible film. For this purpose, 4 different essential oils are used; eucalyptus, thyme, lemon and niaouli in 1%, 2%, 3%, 4% and 5% (v/v) concentrations. Edible films are produced by using the solvent casting method. As the first step of this study, different film-forming materials were investigated and prepared in the laboratory to observe their edible film-forming capability. According to the results, pea protein and agar were chosen as the main edible film materials because they can form flexible and transparent films. Furthermore, essential oils were researched in the literature. The proper essential oil combination with edible films and the concentration were investigated. Thyme, eucalyptus, niaouli, and lemon oil were chosen because of their high antimicrobial activities and being capable to incorporate with edible films. After the decision of main materials, the pea protein and agar films were produced and thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), dynamic mechanical analysis (DMA) was checked to understand the characterization of the main film. After the addition of essential oils, swelling analysis, antimicrobial activity, and color analysis were done. TGA indicates the weight decrease of the film due to the water, volatiles, and plasticizer losses during the analysis. In DSC analysis, the Tg value is observed as 73℃. Since the pea protein and agar film seems flexible structure at room temperature, having a higher Tg value than room temperature may show that it is not mechanically strong for processing and it will be in more rubbery and softer structure at the higher temperatures. Lastly, DMA analysis was unsuccessful due to the weak mechanical strength of the film. After essential oils addition to pea protein based film, antimicrobial activities of essential oil incorporated edible films were analyzed. Based on the results, swelling and color analysis were conducted for the films that showed antimicrobial effect and also 5% oil concentration. For antimicrobial analysis, the agar disc diffusion method was used and essential oil incorporated film's antimicrobial activity was investigated against Escherichia coli, Staphylococcus aureus, and Aspergillus niger. According to the results, 1% addition of essential oil to the edible film did not show any antimicrobial effect against any of the microorganisms. In 2% essential oil addition, thyme and niaouli oil started to show antimicrobial effects against gram (+) and Gram (-) bacteria. After 3% addition of thyme oil, antimicrobial effects were observed against both bacteria and fungus. In bacteria, there is no direct correlation between the concentration of essential oil and the antimicrobial zones in the Petri dishes. The largest zone which was 2.7 cm observed against E. coli is 3% thyme oil incorporated edible film, and the largest zone against S. aureus is from all 3%, 4%, and 5% thyme oil that all give 2.3 cm in one of the analysis. On the other hand, there was a direct correlation between the concentration of essential oil and the antimicrobial activity against fungus. In 5% thyme oil incorporated film, there was almost no growth in the Petri dishes however the growth of the fungus increases as the concentration of thyme oil decreases. Additionally, swelling analysis was conducted for 5% essential oil incorporated films and 2% niaouli, 2% thyme, 3% thyme, and 4% thyme incorporated films that show antimicrobial effects against bacteria. It is found that 5 ml thyme oil is the least absorbent one in the both water and saline water environment. In a saline water environment, it started to lose its weight from the first hour. Hence, it can be said that it is not suitable for salted food application or any salty environment. On the other hand, 2 ml niaouli oil incorporated edible film is seen as the most absorbent one in both environments. During the analysis, all edible films show some peaks in different time zones. The reason can depend on the oil concentrations and hydrophobicity rates. In terms of color analysis, the same samples were used for swelling analysis. According to the average of six repetitive measurements, 2 ml niaouli oil incorporated edible film gives the least yellowish color, and the 4 ml thyme oil incorporation of the film gives the most yellowish. The results are evaluated by using the b* parameter which provides the rate of yellow color on the materials. In conclusion, this study shows that pea protein and agar can yield an edible film, and when incorporates with the proper amount of thyme oil, it can show antimicrobial activity against gram-positive and gram-negative bacteria and fungus.
Benzer Tezler
- Düşük geçirgenlik ve çözünürlük gösteren farmasötik formun kalite tasarımı ile geliştirlmesi ve in-vitro farmakokinetik çalışması
Development of a low permeability and solubility pharmaceutical form by quality design and in vitro pharmacokinetic study
ERHAN KOÇ
Doktora
Türkçe
2023
BiyomühendislikYıldız Teknik ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RABİA ÇAKIR
- Development of 3D food printer and use of mushrooms in 3D food printer within the scope of new plant-based food production
3D gıda yazıcısı geliştirme ve mantarların bitkisel bazlı yeni ürün geliştirme çalışmaları kapsamında 3D yazıcıda kullanımı
EVREN DEMİRCAN
Doktora
İngilizce
2023
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BERAAT ÖZÇELİK
- Bitkisel kaynaklı protein ve probiyotik ile zenginleştirilmiş meyve ve sebze bazlı içeceklerin geliştirilmesi
Development of fruit and vegetable based drinks fortified with probiotic and plant-based proteins
YUNUS YAHŞİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Gıda MühendisliğiEge ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLKİN ŞENGÜN
- Bezelye protein tozu kullanılarak vejetaryen makarna üretiminin geliştirilmesi ve duyusal değerlendirilmesine yönelik bir çalışma
A study on the development and sensory evaluation of vegetarian pasta production using pea protein powder
SENA NUR DOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Beslenme ve DiyetetikBaşkent ÜniversitesiGastronomi ve Mutfak Sanatları Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İLKAY YILMAZ