Geri Dön

Effects of cold plasma treatment on the quality andantioxidant properties of mixed fruit juice

Soğuk plazma uygulamasının karışık meyve suyunun kaliteve antioksidan özelliklerine etkileri

PDF İndir

  1. Tez No: 814088
  2. Yazar: ECRE ŞAHİNOĞLU
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ CELALE KIRKIN GÖZÜKIRMIZI
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 63

Özet

Gıda endüstrisinde mikrobiyal azalma, enzim aktivasyonunun ve sterilizasyon amacıyla yüksek sıcaklık kullanılmaktadır. Bu yöntem, gıda güvenliğinin sağlanmasına yararlı olurken, genellikle besin içeriği ve duyusal özellikler üzerinde çeşitli olumsuz etkilere yol açar. Bu nedenle, tüketici tarafından algılanıp istenmeyen olumsuz etkenler için termal yöntemlere alternatif olabilecek termal olmayan teknolojilere karşı araştırmalar artmıştır. Endüstriyel ölçekte, meyve sularının ambalajlama aşamasından önce enzimlerin ve mikroorganizmaların inaktivasyonu için pastörizasyon yöntemi kullanılmaktadır. Mikroorganizmaların etkisiz hale getirilmesinde etkili olmasına rağmen, pastörizasyon yöntemi vitamin kaybı, antioksidan aktivite kaybı ve meyve suyunun kararması gibi olumsuz kalite etkileriyle ilişkilidir. Gıdalarda termal uygulama yöntemleri yerine son yıllarda ısıl olmayan işlemlerle gıda sterilizasyonu sağlanmaya başlamıştır. Bu yeni teknolojilere örnek olarak soğuk plazma verilebilir. Plazma maddenin dördüncü halidir. Soğuk plazma (Cold Plasma) ve sıcak plazma (Thermal Plasma) olmak üzere iki ana plazma çeşidi bulunur. Soğuk plazma, gaz sıcaklığı 1000 K'nin altında olan plazma türüdür. Düşük sıcaklıkta plazma oluştuğu için açığa çıkan elektronlar, iyonlar ve moleküller ısı ve kinetik enerji olarak dengede olmazlar. İyon sıcaklığı elektron için 10^4-10^5K arasında olurken, toplam iyon sıcaklığı ise oda sıcaklığına yakındır. Soğuk plazma, düşük basınç ve düşük enerji seviyelerinde uygulanır. Sıcak plazma ise gaz sıcaklığı 1000 K'nin üzerinde olan plazma türüdür. Sıcak plazma, yüksek enerji seviyelerine çıkabildiği için sadece sıcaklığa dayanıklı inorganik malzemelerin modifikasyonunda kullanılır. Soğuk plazma düşük enerji seviyelerinde uygulanabildiği için gıdalarda kullanılmaktadır. Soğuk plazma gıda sterilizasyonu, ambalaj sterilizasyonu, gıda yüzey dezenfeksiyonu, tohumların çimlenme hızını arttırmak için kullanılmaktadır. Sterilizasyon mekanizması plasma sayesinde açığa çıkan reaktif maddeler sayesinde sağlanır. Gaz fazındaki reaktif bileşenlerin mikroorganizmalar etkileşmesip yapısının bozulmasına dayanır. Plazma, oksijen ve azot gibi gazlar içeren bir karışımdan oluşur. Bu gazlar, plazma tarafından uyarıldığında, serbest radikaller, iyonlar ve diğer aktif moleküller gibi yüksek reaktiviteye sahip bileşiklere dönüşebilir. Bu bileşikler, mikroorganizmaların yüzeylerine tutunarak veya çevresinde reaksiyona girerek mikroorganizmaların hücresel yapısını bozabilir. Bir diğer inhibisyon mekanizması ise mikroorganizmaların genetik materyallerinin UV ışınlarıyla yok edilmesi ve mikroorganizmaların atomik düzeyde aşınmasıdır. Bu yöntem, hem vejetatif hücreleri hem de bakteri sporlarını ortam sıcaklığında ve kısa sürede etkisiz hale getirebilir. Ayrıca, soğuk plasma ile oluşan reaktif bileşenler gıda yüzeyindeki mikroorganizmalar ile çarpışarak veya reaksiyona girerek mikroorganizmaların inaktivasyonunu sağlayabilir. Bu etkileşimler, mikroorganizmaların hücresel zarlarını bozabilir, proteinlerini denatüre edebilir veya enzimlerini etkisiz hale getirebilir. Bu sayede gıdaların raf ömrü uzatılabilir. Soğuk plazma oluşturmak için farklı mekanizmalar kullanılmaktadır. Dielektrik Bariyer Deşarjı (DBD) soğuk plazma oluşturmak için en yaygın kullanılan mekanizmalardan biridir. İki elektrot arasında dielektrik bir malzeme bulunur ve bu elektrotlara alternatif bir elektrik gerilimi uygulanır. Dielektrik malzeme, elektrik alanıyla etkileşime girerek plazma oluşumunu sağlar. Bir diğer sistem olanmikrodalga plazma, mikrodalga enerjisi kullanılarak plazma oluşturulan bir mekanizmadır. Mikrodalga enerjisi, bir rezonatör veya dalga kılavuzu aracılığıyla plazma odasına taşınır. Mikrodalga radyasyonu, gaz moleküllerinin uyarılmasına ve plazma oluşumuna neden olur. Korona deşarjı, yüksek gerilim uygulanan bir elektrot ile toprak arasındaki elektriksel boşluğun plazma oluşturacak şekilde iyonize olmasıyla gerçekleşen bir mekanizmadır. Elektrot üzerindeki elektrik alanı, gaz moleküllerini iyonize ederek plazma oluşumunu sağlar. Yüksek frekanslı plazma, yüksek frekanslı elektrik akımının kullanıldığı bir plazma oluşturma mekanizmasıdır. Elektrotlar arasına yüksek frekanslı bir elektrik gerilimi uygulanır ve bu gerilim plazma oluşumunu tetikler. Radyo frekans plazma, radyo frekans enerjisinin kullanıldığı bir plazma oluşturma mekanizmasıdır. Elektrotlar arasına radyo frekans elektrik gerilimi uygulanır ve bu gerilim plazma oluşumunu sağlar. Soğuk plazma sırasında gıda maddelerindeki kalite özelliklerinin değişimi önemlidir. Pastörizasyon işlemi sırasında meyve suyu rengi kalitesinde düşüş aynı zamanda antioksidan aktivitesinde düşme gözlemlenebilmektedir. Deneyde antioksidan içeriği yüksek olan kara havuç ve çileğin yanı sıra Türkiye'de dört mevsim bulunabilen ve diğer meyvelere kıyasla fiyatı daha düşük olan elma tercih edilmiştir. Eşit hacimlerle alınan örnek meyvesuları karıştırılıp deney için kullanılmıştır. Bu çalışmada, soğuk plazma mekanizma tipi olarak DBD mekanizması kullanılmıştır. Sistemdeki 40 kV'lık bir darbeli DC güç kaynağı ile plazma işlemi 0 dakika (kontrol), 10 dakika veya 20 dakika süresince gerçekleştirildi. Karışık meyve suyundan 7 mL, bir cam petri kabına döküldü ve iki elektrot (316 paslanmaz çelik, 0,4 cm kalınlık, 95 mm çap) arasına yerleştirildi. Elektrotun alt kısmı bir cam bariyer ile bağlantılıydı (2 mm kalınlık, 140 mm x 140 mm). Yüksek voltajlı elektrot ile meyve suyu yüzeyi arasındaki mesafe 12 mm olarak hesaplandı. Soğuk plazmanın uygulamasından sonra meyve suyundaki değişiklik pastörize örnek ile karşılaştırma yapılarak açıklanmıştır. Pastörize işlemi su banyosunda 95 °C'de 2 dakika bekletilerek yapılmıştır. Soğuk plazmanın meyvesuyundaki etkisi brix, pH, toplam asitlik renk ve mikrobiyal yük gibi parametrelerindeki değişimler ile açıklanmıştır. Veriler üç tekrarlamada her bir deney setinin ortalaması alınıp ± standart sapma olarak ifade edilmiş ve bu analizler için Minitab 18 yazılımı kullanılmıştır. Veriler, Minitab 18'in analiz of variance (ANOVA) yöntemiyle analiz edilmiş ve farklı işlemler arasındaki farkları değerlendirmek için Tukey testi uygulanmıştır. İstatistiksel anlamlılık için güven seviyesi 5% olarak hesaplanmış olup, p fonksiyon değeri 0.05 seviyesinde anlamlıdır. Soğuk plazma uygulamasının toplam asitlik ve pH özellikleri üzerinde pastörize örneklere kıyasla olumlu etkileri olduğunu göstermektedir. Brix değerleri her iki işlemde de 10,5 olarak kaydedilmiş ve işlem boyunca değişmemiştir. Toplam asitliğin 0,34 ± 0,015 g/100mL'den 0,18± 0,025'e g/100 mL düştüğü pastörize örnekte gözlemlenirken soğuk plazmaya 10 ve 20 dakika süresince maruz bırakılan örneklerde kontrol örneğine kıyasla önemli derecede fark bulunmamıştır (p>0.05). Asitliğin düşmesiyle birlikte pastörize meyve suyunun pH değeri 4,44 ten 4,48'e yükselmiştir. pH değerleri 10 ve 20 dakika boyunca soğuk plazma işlemine maruz bırakılan örneklerde sırasıyla 4,51 ve 4,50 olarak kaydedilmiştir. İstatistiksel olarak pH değerleri arasında önemli bir fark gözlemlenmemiştir (p>0.05). Mikrobiyolojik testler yayma plak yöntemiyle yapılmıştır. Soğuk plazma ve pastörize örneklerdeki toplam maya küf ve toplam canlı karşılaştırılmıştır. Toplam canlı sayımında sonuçları tespit edilemeyecek kadar düşük(Log 0.05). Fakat pastörize edilmiş örnekte control örneğine göre küf ve maya konsantrasyonunda azalma gözlemlenmiştir (p0.05). ABTS değeri soğuk plazma ile zamanla kontrol örneğine göre azalmıştır. Buna karşın CUPRAC ise en yüksek 20 dakikada kaydedilmiştir. DPPH ve CUPRAC pastörize örneklerde soğuk plasma örneklerine göre azalmıştır ,fakat DPPH ile ilgili anlamlı bir fark görülmemiştir (p>0.05). Toplam fenolik madde oranı ise soğuk plasma örneklerine kıyasla pastörize örnekte az miktarda düşüş göstermektedir ,ama bu fark istatistiksel olarak önemli olmadığı kaydedilmiştir (p>0.05). Meyve suyu renk özellikleri her iki işlemden sonra kaydedilmiştir. Soğuk plazma işlemine tabi tutulan örneklerle karşılaştırıldığında, pastörize edilmiş örnekte kırmızılık (a*) ve sarılık (b*) değerleri daha yüksek bulundu (p0.05). Ayrıca L değeri, pastörize edilmiş örnekte önemli ölçüde azaldığı tespit edilmiştir. Meyve suyu daha koyu renkte gözlemlenebilmektedir. Pastörize örneklerde, soğuk plazmadan geçirilmiş örneklere kıyasla renk değişimi çok yüksek derecede gözlemlenmiştir. Toplam renk değişikliği 20,86±1olarak kaydedilirken, soğuk plazma işlemine tabi tutulmuş örnekteki oran 2,86±2,3olarak kaydedilmiş olup bu renk farklılığının göz ile fark edilemeyeceği kadar küçük olduğu tespit edilmiştir. Toplam renk farkı, soğuk plasma örneklerinde 10 dakikaya kıyasla 20 dakikada daha yüksek hesaplandı. Plazmanın daha uzun süren reaksiyonuyla, reaktif türlerin salınması ve bunun meyve suyunda kimyasal reaksiyona neden olması renk değişikliklerine yol açmıştır. Sonuç olarak, meyve suyunun görünüş, tat ve antioksidan özellikleri soğuk plazma sırasında pastörize işlemine göre korunmuş olup, bu yöntemin meyve suyu üzerinde kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Bu nedenle, CP'nin meyve suyu kalitesinin kaybını önlemek açısından termal olmayan bir yöntem olarak kullanılabileceği açıkça söylenebilir. Bunun yanı sıra, küf ve maya inhibitörü ve meyve sularının raf ömrünün uzatılması için, CP uygun işlem süresi, kV ve gaz türü gibi optimize edilmiş parametrelerle kullanılabilir, böylece tüketicilere yüksek kaliteli ve düşük mikrobiyal yük oranına sahip meyve suyu sağlanabilir.

Özet (Çeviri)

In recent years, non-thermal processes have been used for food sterilization instead of thermal treatment methods. Cold plasma is an example of these new technologies. The fourth state of matter is called as plasma. Main plasma types are classified as cold and termal plasma. Cold plasma refers to plasma with a gas temperature below 1000 K. In this type of plasma, molecules, ions, and electrons are not thermodynamically in equilibrium due to its low temperature. The electron temperature ranges from 10^4-10^5K, while the ion temperature is approximately 25 °C. Cold plasma is applied at low pressure and low energy levels. On the other hand, thermal plasma refers to plasma with a gas temperature above 1000 K. It is used for the modification of heat-resistant inorganic materials due to its ability to reach high energy levels. Cold plasma can be applied at low energy levels, hence it is suitable for use in food applications. Food sterilization, packaging sterilization, surface disinfection of food, and enhancing seed germination speed obtained by plasma in different studies. The sterilization mechanism is achieved through reactive species released by plasma. It relies on the interaction between reactive components in the gas phase and microorganisms, leading to the disruption of their structure. Plasma is a mixture containing gases such as oxygen and nitrogen. When these gases are excited by plasma, reactive compounds generated such as free radicals and ions. These compounds can attach to the surfaces of microorganisms or react with their surroundings, causing damage to the cellular structure of microorganisms. Another inhibition mechanism is the destruction of microorganisms' genetic material by UV radiation and atomic erosion at the atomic level. This method can effectively play a role for inhibition of both vegetative cells and bacterial spores at ambient temperature and in a short time. Additionally, reactive compounds created by cold plasma can interact with microorganisms on the surface of food, leading to their inactivation. These interactions can disrupt the cellular membranes of microorganisms, denature their proteins, or render their enzymes inactive, as a result of this reactions product staling time can be longer. Various mechanisms are being used to generate cold plasma. One of the most commonly used mechanisms is Dielectric Barrier Discharge (DBD) which is having a dielectric material placed between two electrodes and applying an alternating electric voltage to these electrodes. The dielectric material interacts with the electric field, leading to the formation of plasma. Another system is microwave plasma, which generates plasma using microwave energy. Microwave energy is delivered to the plasma chamber through a resonator or waveguide. Microwave radiation stimulates gas molecules, resulting in plasma formation. Corona discharge is a mechanism in which an electrical discharge occurs between a high-voltage electrode and the ground, ionizing the electrical gap to create plasma. The electric field on the electrode ionizes the gas molecules, leading to plasma formation. High-frequency plasma involves applying high-frequency electric current between electrodes to trigger plasma formation. Radio frequency plasma is another mechanism that utilizes radio frequency energy to create plasma. A radio frequency electric voltage is applied between electrodes, resulting in plasma formation. In this study, DBD mechanism was used and plasma treatment was carried out using a pulsed DC power source at 40 kV (56 Hz, 10 mA) for 0 min (control) , 10 min, or 20 min. Its effects on mixed fruit juice was compared to pasteurized samples to observe differences in the quality properties of juice. The outputs of study submitted that cold plasma treatment has positive effects on the quality and antioxidant peculiarities of fruit juice. The color change in samples operated with plasma was barely noticeable compared to pasteurized samples. However, there was an impressive difference in color between pasteurized juice and the control sample. The Brix° values remained unchanged as 10.5 in both processes. The total acidity significantly decreased in the pasteurized sample but no significant difference was observed between the plasma-handled samples and the control sample (p>0.05).The total viable count was found to be extremely low (Log 0.05). Nonetheless, a decrease in mold and yeast count was observed in the pasteurized sample compared to the control sample (p0.05). The total phenolic content showed a slight decrease in the pasteurized sample compared to the cold plasma samples, but this distinction was not statistically important (p>0.05). The color properties of the fruit juice were recorded after both processes. In the pasteurized samples, a significant color change was observed compared to the plasma- samples. The total color difference was recorded as 20.86±1, while the ratio in the plasma-treated sample was 2.86±2.3, indicating that this color difference was too small to be noticeable. In conclusion, cold plasma process preserved the appearance, taste, and antioxidant properties of fruit juice compared to pasteurization. By optimizing process parameters for microbial inhibition, this method can be applied to fruit juice production.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    813202

    Effects of dielectric barrier discharge cold plasma on the quality of dandelion root infusions

    Dielektrik bariyer boşaltım soğuk plazmanın karahindiba kökü infüzyonlarının kalitesi üzerine etkisi

    BERFİN EDA ELÇİK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ CELALE KIRKIN GÖZÜKIRMIZI

  2. Tez No

    863707

    Soğuk plazma uygulanmış soğan kabuğu tozunun çikolata üretiminde kullanımı

    Utilization of cold plasma treated onion skin powder in chocolate production

    BERNA ŞENGÜLER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ CELALE KIRKIN GÖZÜKIRMIZI

  3. Tez No

    893282

    Soğuk plazma tekniği ve kara mürver ekstratı ilavesinin sığır kıymalarında kalite özelliklerine etkisinin belirlenmesi

    Determination of the effect of cold plasma technique and black elderberry (Sambucus nigra) extract on the quality characteristics of beef mince

    MELİS AKBULUTLAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Gıda MühendisliğiTekirdağ Namık Kemal Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İSMAİL YILMAZ

  4. Tez No

    827300

    Atmosferik soğuk plazmanın yüksek ihracat kapasitesine sahip kuru incir ve kuru üzümdeki aflatoksinler ve okratoksin a üzerine etkisi

    The effect of atmospheric cold plasma on aflatoxins and ocratoxin a in dried figs and raisins with high export capacity

    DUYGU BENZER GÜREL

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Gıda MühendisliğiManisa Celal Bayar Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖZLEM ÇAĞINDI

  5. Tez No

    503526

    Kuluçkanın son periyodunda farklı soğuk uygulamalarının, embriyo gelişimi, kan metabolitleri ve civciv kalitesine etkisi ile etlik piliçlerde soğuğa karşı termotoleransın iyileştirilmesi

    Improvement of thermotolerance against cold in broiler chickens with different cold applications on embryo development, blood metabolites and chick quality effect in the last period of incubation

    HATİCE TİRYAKİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    ZiraatVan Yüzüncü Yıl Üniversitesi

    Zootekni Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN CEM GÜLER

Geri Dön