Aronya (Aronia melanocarpa) ve maça (Camellia sinensis)'nın bitter çikolatanın bazı fizikokimyasal özelliklerine etkileri ve duyusal parametrelerinin yapay zeka ile tahminlenmesi
Effects of aronia (Aronia melanocarpa) and matcha (Camellia sinensis) on the physicochemical properties of dark chocolate and the prediction of sensory parameters using AI
- Tez No: 935257
- Danışmanlar: PROF. DR. FİLİZ ALTAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 125
Özet
Dünya çapında tüketiciler arasında en çok tüketilen ve popüler gıda ürünlerinden biri çikolatadır ve tüm dünyada çikolataya talep giderek artmaktadır. Çikolatanın besin değerleri ve antioksidan aktivitesinin artırılması, raf ömrünün uzatılması hem tüketici sağlığına katkı sağlamakta hem de gıda endüstrisinde giderek popüler hale gelen fonksiyonel gıda ürünleri geliştirme çalışmalarına ticari ve ekonomik açıdan büyük önem kazandırmaktadır. Bu amaçla çalışmada, farklı oranlarda (%2, %3 ve %4), antioksidan ve fenolik içeriği yüksek aronya (TA2, TA3, TA4) ve maça tozu (TM2, TM3, TM4) ilavesiyle zenginleştirilmiş fonksiyonel çikolatalar üretilmiş ve fonksiyonel çikolataların termal, reolojik, antioksidan, fenolik ve renk özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Ayrıca, duyusal parametrelerin yapay zeka tabanlı makine öğrenmesi yöntemleriyle tahmin edilebilirliğine ilişkin çıkarımlarda bulunulmuştur. Termal analizler, diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ile gerçekleştirilmiş ve çikolataların kristalizasyon özelliklerine ilişkin To (başlangıç erime sıcaklığı), Tp (pik sıcaklık), Te (bitiş sıcaklığı), Tindeks ve erime entalpisi (ΔHe) gibi parametreler değerlendirilmiştir. Tüm gruplarda To, Tp ve Te değerleri istatistiksel olarak birbirine yakın bulunmuş ve toz oranlarının çikolatanın erime sıcaklıkları üzerinde belirgin bir etkisi olmadığı görülmüştür. Ancak %3 oranında maça içeren TM3 örneği, en yüksek başlangıç erime sıcaklığına (To: 32,05°C) ulaşarak daha düzenli bir kristal yapıya sahip olduğunu göstermiştir. Benzer şekilde, erime indeksi (Tindeks) ve ΔHe değerleri çikolatalar arasında farklılık göstermiş; TM2 çikolata yüksek enerji gereksinimi ile daha stabil bir yapı sergilerken, TM3 çikolata düşük enerji ihtiyacıyla daha düzensiz bir yapı göstermiştir. Toz ilavesi oranlarının çikolatanın kristalizasyon davranışı ve termal özellikleri üzerinde sınırlı düzeyde etkili olduğunu göstermektedir. Bununla birlikte, çikolatanın erime davranışının büyük ölçüde formülasyondaki diğer bileşenler ve üretim koşullarına bağlı olarak şekillendiği; toz katkılarının ise ürün matrisine uyum sağlayarak kalite özelliklerini koruduğu belirlenmiştir. Çikolataların fonksiyonel özellikleri, toplam fenolik madde miktarı ve toplam antioksidan kapasitesi açısından değerlendirilmiştir. Çikolata örneklerinin toplam fenolik madde miktarını belirlemek için gallik asit standart eğrisi kullanılmıştır. Kontrol grubu çikolatalara (K) kıyasla, aronya (TA) ve maça (TM) tozu ilavesi, fenolik madde miktarlarında yaklaşık %50 oranında bir artış sağlamıştır. En yüksek fenolik içeriğe, %4 maça tozu içeren çikolata (TM4, 266,75 mg GAE/L) sahipken, en düşük değer %2 maça tozu içeren çikolata (TM2, 198,91 mg GAE/L) örneğinde ölçülmüştür. Bulgular, toz ilavelerinin çikolataların antioksidan kapasitesini kayda değer şekilde artırdığını ortaya koymaktadır. DPPH radikali süpürme yöntemiyle yapılan analizler, aronya ve maça tozu ilavesinin çikolataların antioksidan aktivitesini kontrol grubuna kıyasla artırdığını göstermiştir. En yüksek antioksidan aktivite, %4 aronya tozu içeren çikolata (TA4, %85,25) ve %4 maça tozu içeren çikolatada (TM4, %84,63) gözlenirken, en düşük değer kontrol çikolatada (K, %58,98) için tespit edilmiştir. Genel olarak, kontrol çikolatasına kıyasla antioksidan aktivitede ortalama %23'lük bir artış olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, %2 oranında aronya içeren çikolataların aynı orandaki maça içeren çikolatalardan daha yüksek antioksidan aktivite gösterdiği, ancak %4 katkı oranında anlamlı bir fark bulunmadığı gözlenmiştir (p>0.05). TA ve TM çikolataların reolojik özellikleri üç farklı model (Bingham plastik, Casson ve Üslü Yasa) ile incelenmiştir. Modellerin parametreleri, çikolatanın işlenebilirliği, enerji tüketimi ve nihai ürünün dokusal özellikleri hakkında önemli bilgiler sunmaktadır. Bingham modeline göre, toz oranının artması akma gerilmesi (τ₀) ve kıvam katsayısı (K) değerlerini artırarak çikolatanın daha viskoz ve akmaya dirençli bir yapıya sahip olmasına neden olmuştur. En yüksek τ₀ ve K değerleri TA4 ve TM4 formülasyonlarında gözlenmiş; bu çikolataların üretim sürecinde daha fazla enerji gerektireceği düşünülmektedir. Öte yandan, en düşük τ₀ ve K değerleri kontrol grubu (K) ve TM2 çikolatalarında ölçülmüş, bu örnekler daha kolay işlenebilirlik sunmuştur. İşlenebilirlik açısından orta viskoziteye (0,7346- 1,384 Pa.s) sahip gruplar (TA3, TA2, TM3) ideal gözükmektedir. Tüm aronya tozu katkılı çikolatalar (TA2, TA3, TA4) kontrol grubuna kıyasla daha koyu renklere sahip bulunmuştur. Bu durum aronya tozunun koyu pigmentleri ile ilişkilendirilmiştir. %4 aronya katkılı çikolata (TA4), en kırmızımsı tona (a*: 2,01) sahipken, %4 oranında maça katkılı çikolatada (M4) kırmızı tonların azaldığı (a*:1,005) ve yeşil tonların belirginleştiği görülmüştür. Renk analizine göre maça ve aronya tozu ilavesi çikolataların parlaklık (L) değerleri ve tonlarında da anlamlı farklılıklara neden olmuştur. Bu da bu toz katkılarının sadece fonksiyonel değil, aynı zamanda görsel özellikler üzerinde de çeşitlilik sağlayabileceğini göstermektedir. Genel beğeni, aroma, tat ve doku skorlarını tahmin edebilen bir yapay zeka destekli makine öğrenmesi modeli geliştirilmek amacıyla 7 bitter çikolata örneğine ait katkı tipi, katkı oranı ve toplam fenolik madde içeriği model girdisi olarak kullanılmıştır. Her bir çikolata örneğinin duyusal değerlendirmesi, model tarafından 9 puanlık hedonik skala (1 = hiç beğenilmedi, 9 = çok beğenildi) doğrultusunda tahmin edilmiştir. Hem genel beğeni, hem de panelistler tarafından ayrı değerlendirilen aroma, tat ve doku gibi alt duyusal parametreler için model öngörüde bulunmuştur. Modelin performansı R², RMSE ve MAE değerleriyle değerlendirilmiş; geliştirilen modelin yüksek açıklayıcılık gücüne ve kabul edilebilir hata seviyelerine sahip olduğu belirlenmiştir. Tahmin sonuçlarına dayanarak, hem fonksiyonel içeriği yüksek hem de tüketici beğenisi açısından en dengeli profili sunan ürünün %2 aronya katkılı bitter çikolata olduğu öngörülmüştür. Bu formülasyon, kontrol örneğine kıyasla yaklaşık 1.4 kat daha yüksek toplam fenolik içeriğe sahip olmasına rağmen, model tarafından genel beğeni skorunun yüksek seviyede (≈7/9) kalacağı tahmin edilmiştir. Düşük oranlı katkıların çikolataya anlamlı düzeyde antioksidan özellik kazandırırken duyusal kabulü koruyabildiğini ve bu sayede sağlık-lezzet dengesini sağlayan formülasyonların rasyonel olarak tahmin edilebileceğini ortaya koymuştur. Sonuç olarak, aronya ve matcha tozu katkılarının çikolataların fonksiyonel özelliklerini, özellikle antioksidan aktivite, fenolik madde içeriği ve reolojik davranış açısından önemli ölçüde geliştirdiği, bunun yanında farklı üretim süreçlerine ve tüketici beklentilerine yönelik çeşitli seçenekler sunabileceği düşünülmektedir. Ayrıca çalışmada geliştirilen makine öğrenmesi temelli duyusal analiz tahmin modeli, bu katkıların tüketici beğenisi üzerindeki olası etkilerini nicel olarak öngörme imkânı sunmuş ve optimum katkı oranlarının belirlenmesine bilimsel bir zemin hazırlamıştır. Bu yönüyle çalışma, fonksiyonel çikolataların geliştirilmesine yönelik artan taleplere yanıt olarak inovatif ürün varyasyonları oluşturulmasına ve bu sürecin daha verimli yönetilmesine katkı sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Chocolate is among the most widely consumed and popular food products globally, with increasing demand across the world. Enhancing its nutritional profile and antioxidant capacity, alongside extending its shelf life, not only supports consumer health but also underscores the commercial and economic significance of developing functional food products, which are gaining substantial traction in the food industry. In this study, functional chocolates enriched with various proportions (2%, 3%, and 4%) of aronia powder (TA2, TA3, TA4) and maça powder (TM2, TM3, TM4), both known for their high antioxidant and phenolic content, were produced. The effects of these functional chocolates on thermal, rheological, antioxidant, phenolic, and color properties were subsequently investigated. Furthermore, inferences were made regarding the predictability of sensory parameters using artificial intelligence-based machine learning methods. The chocolate samples were produced under laboratory conditions using a formulation containing 40.00% sugar, 22.86% cocoa powder, 36.86% cocoa butter, and 0.29% lecithin. Granulated sugar and powder additives (aronia and matcha) were ground using a coffee grinder and sieved to achieve a uniform particle size. During the conching process, 67% of the cocoa butter was melted at 60°C for 30 minutes and mixed with cocoa powder and sugar at medium speed for 3 hours. In the final 30 minutes, pre-melted lecithin and the remaining cocoa butter (33%) were added. After conching, the liquid chocolate was distributed into beakers; the control group remained additive-free, while the others were enriched with 2%, 3%, or 4% of either aronia or matcha powder and mixed manually at a constant speed in a 60°C water bath for 10 minutes. All samples were tempered by first cooling them to 29°C through manual stirring and holding for 10 minutes, followed by reheating to 32°C and holding again for 10 minutes. The chocolates were then molded and stored at 4°C until further analysis. Thermal analyses were conducted using Differential Scanning Calorimetry (DSC), and parameters related to the crystallization properties of chocolates, such as onset melting temperature (To), peak temperature (Tp), endset temperature (Te), melting index (Tindex), and melting enthalpy (ΔHe), were evaluated. To, Tp, and Te values were found to be statistically similar across all groups, indicating that the powder additions had no significant effect on chocolate melting temperatures. However, the TM3 sample with 3% matcha exhibited the highest onset melting temperature (To: 32.05°C), suggesting a more orderly crystal structure. Likewise, Tindex and ΔHe values varied among the chocolates; while TM2 demonstrated higher energy requirements and a more stable structure, TM3 exhibited a more irregular structure with lower energy requirements. These findings indicate that powder concentration had a limited effect on crystallization behavior and thermal properties, while the overall melting behavior was largely shaped by other ingredients in the formulation and production conditions. Nevertheless, the powder additives successfully integrated into the product matrix, preserving the overall quality characteristics. The functional characteristics of the chocolate samples were investigated through the analysis of their total phenolic content and antioxidant capacity. In order to quantify the phenolic compounds, a calibration curve was developed based on various concentrations of gallic acid (mg GAE/mL) and their respective absorbance values, which enabled the construction of a gallic acid standard curve. The results showed a notable enhancement in the phenolic content of the chocolates following the incorporation of aronia and matcha powders, with an average increase of approximately 50% compared to the control formulation. Among the tested samples, the chocolate containing 4% matcha (TM4) demonstrated the highest total phenolic content (266.75 mg GAE/L), while the formulation with 2% matcha (TM2) exhibited the lowest value (198.91 mg GAE/L). Moreover, the phenolic levels observed in the 3% matcha sample (TM3) were comparable to those in the 4% aronia sample (TA4), indicating similar functional enhancement between these two formulations. All remaining samples showed statistically significant differences in phenolic concentration (p < 0.05). In order to investigate the antioxidant capacity of the chocolate samples, the DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) radical scavenging activity assay was applied. The results clearly demonstrated that the incorporation of both aronia and matcha powders significantly enhanced the antioxidant activity of the chocolates compared to the control group. The highest levels of antioxidant activity were found in the samples enriched with 4% aronia (TA4, 85.25%) and 4% matcha (TM4, 84.63%), whereas the control sample exhibited the lowest activity (K, 58.98%). On average, the antioxidant capacity increased by approximately 23% with the addition of functional powders. Additionally, at the lowest concentration (2%), chocolate enriched with aronia showed higher antioxidant activity than the sample containing matcha at the same concentration, suggesting that aronia may provide stronger radical scavenging effects at lower dosages. However, at the highest concentration (4%), no statistically significant difference was found between the aronia- and matcha-enriched chocolates (p > 0.05). These findings confirm that the enrichment of dark chocolate with natural plant-based powders such as aronia and matcha can effectively improve its functional profile by increasing the concentration of bioactive compounds with antioxidant potential. The the rheological behavior of dark chocolate samples enriched with different concentrations (2%, 3%, and 4%) of aronia (TA) and matcha (TM) powder was evaluated using Bingham Plastic, Casson, and Power Law models. The parameters obtained from these models provided significant insights into the yield stress (τ₀), consistency index (K), and viscosity of the chocolates. In all models, an increase in powder concentration led to higher viscosity and greater resistance to flow. According to the Bingham model, as the powder content increased (particularly in TA4), the yield stress (τ₀) also increased, indicating a more resistant flow structure. TA4 showed a significantly higher yield stress compared to other formulations (p 0.05), suggesting these samples were more fluid and easier to process. Based on the Casson model, TA4 exhibited the highest values for both yield stress (τ₀) and plastic viscosity (ηp), showing statistically significant differences from the other chocolate groups (p0.05). TM2 had the lowest plastic viscosity and thus a more fluid structure; moreover, there was no significant difference between TM2 and the control group (K) (p>0.05). However, such low viscosity may result in a thinner mouthfeel in the final product. The parameters derived from these rheological models provided critical information on the processability, energy requirements, and textural attributes of the final chocolate products. Among all formulations, those with moderate viscosity values (0.7346–1.384 Pa·s), such as TA3, TA2, and TM3, appeared to offer an optimal balance between ease of processing and desirable product texture, making them ideal in terms of both industrial applicability and consumer preference. The color values of dark chocolate samples enriched with aronia (TA) and matcha (TM) powders were measured using a Chroma Meter CR400 colorimeter (Konica Minolta, Japan). The sample with 4% matcha (TM4) was identified as the brightest chocolate and was statistically different from the other formulations (p < 0.05), indicating that higher matcha concentrations positively affected brightness. In contrast, lower matcha levels (TM2 and TM3) resulted in decreased brightness. Aronia-enriched chocolates (TA2, TA3, TA4) exhibited significantly darker color tones than the control, which is attributed to the intense pigmentation of aronia powder. The color analysis further showed that the reddish hue (a*) increased proportionally with higher aronia concentrations, with the 4% aronia sample (TA4) reaching the most pronounced red tone (a*: 2.01). On the other hand, as the matcha content increased, particularly in TM4, the a* value decreased (a*: 1.005), indicating a visible shift from red to green hues. This suggests that matcha contributes to a greener appearance at higher concentrations. Moreover, the b* values of matcha-enriched samples revealed that TM4 exhibited the most noticeable blue tonal effect, both statistically and visually. The control group was found to differ significantly from all other samples (p < 0.05), showing the strongest blue hue. Overall, the addition of aronia and matcha powders not only influenced the functional qualities of the chocolates but also introduced visually distinct color attributes, enhancing the product's aesthetic diversity. In order to develop an artificial intelligence-supported machine learning model capable of predicting overall liking, aroma, taste, and texture scores, the input variables used were the type and ratio of added ingredients (aronia or matcha) and the total phenolic content of seven dark chocolate samples. The sensory evaluation of each sample was predicted by the model based on a 9-point hedonic scale (1 = dislike extremely, 9 = like extremely). The model generated predictions not only for overall liking but also for sub-sensory parameters such as aroma, taste, and texture, which were individually evaluated by panelists. Model performance was assessed using R², RMSE, and MAE values, indicating high explanatory power and acceptable error margins. Based on the prediction results, the chocolate sample containing 2% aronia powder was identified as the most balanced formulation in terms of both functional composition and consumer acceptance. This formulation exhibited approximately 1.4 times higher total phenolic content than the control sample, while maintaining a high predicted overall liking score (≈7/9). The findings demonstrated that low-level additions can impart significant antioxidant functionality to chocolate without compromising sensory acceptance, thus enabling the rational prediction of formulations that balance health benefits and palatability In conclusion, the addition of aronia and matcha powders significantly enhanced the functional properties of dark chocolate, particularly in terms of antioxidant activity, total phenolic content, and rheological behavior, while also having notable effects on thermal characteristics and color parameters. Chocolates enriched with 4% matcha powder exhibited high brightness and antioxidant activity, whereas those with 4% aronia powder showed a more reddish hue and the highest phenolic content. These findings indicate that natural powder additions can be effectively employed not only to improve the functional profile of chocolate but also to create flexible product variations adaptable to different production strategies and consumer expectations. Furthermore, the machine learning-based sensory prediction model developed in this study provided a quantitative approach to estimating the potential effects of such additions on consumer preference, offering a scientific basis for determining optimal formulation levels. In this respect, the study contributes to the development of innovative and health-oriented chocolate products and supports a more efficient and data-driven product development process in response to the increasing demand for functional foods.
Benzer Tezler
- Bitki doku kültürü sistemlerinde vitrifikasyon sorununun Aronya'da (Aronia melanocarpa) modellemesi ve çözüm önerileri
Vitrication problem in plant tissue culture systems and its recovery as a model study on Aronia (Aronia melanocarpa)
NİDA BAYHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
ZiraatBolu Abant İzzet Baysal ÜniversitesiTohum Bilimi ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHTİYAR BUHARA YÜCESAN
- Aronya (Aronia melanocarpa (Michx) Elliot) mikro çeliklerinin yüzen perlit yatağında ex vitro köklenmesi üzerine Iba dozlarının etkilerinin belirlenmesi
Determination of the effects of iba doses on ex vitro rooting of Aronia (Aronia melanocarpa (Michx) Elliot) microcuttings in the floating perlite bed
SEMA COŞKUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
ZiraatAnkara ÜniversitesiBahçe Bitkileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATİCE DUMANOĞLU
- Aronya (Aronia melanocarpa L.) yetiştiriciliğinde farklı dozlarda bor içerikli organik gübre uygulamasının meyve kalitesi üzerine etkilerinin belirlenmesi
Determination of the effects of different doses of boron-containing organic fertilizer application on fruit quality in aronia (Aronia melanocarpa L.) cultivation
TUĞÇE ALPTEKİN AKSOY
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
ZiraatEskişehir Osmangazi ÜniversitesiBahçe Bitkileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAKUP ÖZKAN
- Aronya meyvesi sıvı özütünün antioksidan ve sitotoksik özelliklerinin araştırılması
Investigation of antioxidant and cytotoxic properties of aronia fruit liquid extract
VUSLAT ÇANKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Beslenme ve Diyetetikİstanbul Sabahattin Zaim ÜniversitesiBeslenme ve Diyetetik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL HAKKI TEKİNER
DR. ÖĞR. ÜYESİ YASEMİN YILMAZER
- Aronya (Aronia melanocarpa) meyvesinin kronik obstrüktif akciğer hastalarında anti-inflamatuar etkilerinin belirlenmesi
Anti-inflammatory effects of aronia (Aronia melanocarpa) fruit in patients with chronic obstructive pulmonary disease
BUSE SARIKAYA
Doktora
Türkçe
2024
Beslenme ve DiyetetikMarmara ÜniversitesiBeslenme ve Diyetetik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞULE AKTAÇ