Geri Dön

Kakao alkalizasyonu prosesinin optimizasyonu ve kalite üzerindeki etkisinin incelenmesi

Optimization of the cocoa alkalization process and investigation of its effect on quality

PDF İndir

  1. Tez No: 936786
  2. Yazar: ERTAN ŞAHİN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ESRA ÇAPANOĞLU GÜVEN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  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: Belirtilmemiş.

Özet

Kakao tozu alkalizasyonunda, geleneksel olarak, sodyum hidroksit (NaOH), potasyum hidroksit (KOH) ve potasyum karbonat (K2CO3) gibi alkali maddeler kullanılmaktadır. Ancak, bu yöntemler sert kimyasallar ve enerji yoğun prosedürler içerdiğinden önemli çevresel endişelere yol açmaktadır. Alkalizasyon prosesi için, su (H2O), güvenliği, minimum zararlı yan ürünleri ve erişilebilirliği nedeniyle umut verici bir alternatif olarak ortaya çıkmaktadır. Bu tez kapsamında, H2O'nun alkalizasyon özellikleri incelenmiş ve sonuçlar NaOH ve KOH alkalizasyonları ile karşılaştırarak daha yeşil bir alkalizasyon süreci geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Çalışmada, H2O, NaOH ve KOH ile işlenmiş kakao tozlarının partikül boyutu dağılımı (PSD), pH değişimi, renk değişimi, antioksidan kapasitesi, fenolik profili ve aroma profili araştırılmıştır. Alkalize kakao tozu numuneleri öğütüldükten sonra PSD analiz yapılmış ve partikül boyutunun D90 değerinin <250 µm altında ölçülmüştür. Natürel toz kakao renk değerleri L*: 49,99±0,01, a*: 11,94±0,01, b*: 22,99±0,03 olarak ölçülmüştür. H2O ile müdahale edilen toz kakaolarda renk ölçüm sonuçları incelendiğinde önemli değişikliğin L* değeri üzerinde olduğu görülmüştür (p<0.05). Sıcaklığın L*, a*, b* değerleri üzerinde farklılık oluşturacak seviyede bir etkisi olduğu görülmüştür. Alkali çözelti olarak H2O kullanıldığında ΔE değerleri 3,36-12,21 arasında elde edilmiştir. İnteraksiyon incelemesinde ise alkali solüsyon ve sıcaklığın, renk değişimi üzerinde etkisinin önemli olduğu görülmüştür (p<0,05). NaOH kullanılarak alkalize edilen toz kakaolarda renk ölçüm sonuçları incelendiğinde istatiksel açıdan önemli değişikliğin proses parametrelerine bağlı olarak L*, a*, b* değerleri üzerinde etkili olduğu görülmüştür (p<0.05). Alkali çözelti olarak NaOH kullanıldığında ΔE değerleri 6,1-24,2 arasında elde edilmiştir, bu da NaOH alkalizasyonu ile belirgin bir renk değişiminin olduğunu söylememizi sağlamıştır. Sıcaklığın, NaOH alkalizasyonu numunelerinin L* ve b* değerleri üzerinde istatiksel olarak anlamlı lineer etkisi bulunduğu görülmüştür (p<0.05). Kullanılan alkali solüsyon miktarının ise L*, a* ve b* değerleri üzerinde lineer etkisinin olduğu gözlemlenmiştir (p<0.05). Proses süresinin ise L* ve b* değerleri üzerinde lineer etkisinin anlamlı olduğu bulunmuştur (p<0.05). Proses faktörleri arasındaki etkileşim incelendiğinde ise uygulanan sıcaklık ile kullanılan alkali solüsyon miktarının L* ve a* değerleri üzerinde anlamlı etkisinin olduğu gözlemlenmiştir (p<0.05). Alkali çözelti olarak KOH alkali ajanı kullanıldığında ΔE değerleri 9,5-23,3 arasında elde edildiği görüşmüştür, bu da KOH alkalizasyonu ile belirgin bir renk değişiminin olduğunu söylememizi sağlamıştır. Sıcaklığın KOH alkalizasyonu numunelerinin L* ve b* değerleri üzerinde istatiksel olarak anlamlı lineer etkisi bulunduğu görülmüştür (p<0.05). Kullanılan alkali solüsyon miktarının ise L* ve b* değerleri üzerinde lineer etkisinin önemli olduğu gözlemlenmiştir (p<0.05). Proses faktörleri arasındaki etkileşim incelendiğinde ise uygulanan sıcaklık ile kullanılan alkali solüsyon miktarının KOH alkalizasyonu numunelerinin L* ve a* değerleri üzerinde anlamlı etkisinin olduğu gözlemlenmiştir (p<0.05). Alkalizasyon kakao tozlarının rengini önemli ölçüde etkilemiştir. NaOH ve KOH daha koyu bir renk üretirken, proses optimizasyonu ile hem H2O hem de NaOH ve KOH alkalizasyonları sonucunda benzer renk niteliklerine (ΔE<3) sahip alkalize toz kakao elde edilmiştir. H2O ile alkalize edilmiş kakao tozu numuneleri ile NaOH ve KOH alkalize kakao tozları arasında antioksidan kapasite ve toplam fenolik madde miktarı (TPC) açısından önemli farklılıklar gözlenmiştir. Kontrol olarak natürel kakao tozunun antioksidan kapasitesi DPPH radikallerini yakalama gücü yöntemiyle 311,6±2,6 TEAC mg/100g olarak bulunmuştur. Bakır iyonlarını indirgeme gücü (CUPRAC) yöntemi kullanılarak ise natürel kakao tozu antioksidan kapasitesinin 1370±155 TEAC mg/100g olarak ölçülmüştür. DPPH ve CUPRAC yöntemleri ile ölçülen antioksidan kapasite, H2O ile alkalize edilmiş örneklerde sırasıyla 295,5-317,7 TEAC mg/100 g ve 835-1809 TEAC mg/100 g, NaOH ile muamele edilmiş örneklerde sırasıyla 256,6-306,2 TEAC mg/100 g ve 171-849 TEAC mg/100 g, KOH ile alkalize edilmiş örneklerde sırasıyla 267,6-298,4 TEAC mg/100g ve 26-1349 TEAC mg/100g olarak ölçülmüştür. H2O uygulamasına ait numunelerin DPPH ve CUPRAC antioksidan analiz sonuçları incelendiğinde H2O'nun antioksidan kapasitesi üzerinde NaOH ve KOH'e göre sınırlı ya da önemli bir etkisinin olmadığı görülmüştür (p<0.05). Bu durum H2O alkalizasyonu sırasında antioksidan aktivitesinden sorumlu fenolik bileşiklerin önemli bir miktarının korunmasıyla açıklanabilir. Bu öneriye ilave olarak H2O alkalizasyonu sırasında pH değişiminin sınırlı olması antioksidan aktivitesinden sorumlu fenolik bileşikleri stabil kalmasını sağladığı düşünülebilir. Bunu destekler şekilde hem DPPH hem de CUPRAC analizlerinin gösterdiği gibi, NaOH ve KOH alkalizasyonundan sonra antioksidan aktivitesinde önemli bir azalma gözlemlenmiştir. NaOH ve KOH alkalizasyonunun kakao tozunun antioksidan özellikleri üzerinde belirgin bir etkiye sahip olduğunu göstermiştir (p<0.05). Natürel kakao tozu toplam fenolik madde miktarı 363,8±45,3 mg GAE/100 g olarak bulunmuştur. Toplam fenolik madde miktarı, H2O ile muamele edilmiş kakao tozunda 281,3-321,6 GAE mg/100 g, NaOH ile alkalize edilmiş numunelerde 95,9-298,6 GAE mg/100 g, KOH ile alkalize edilmiş örneklerde 59,8-297,3 mg GAE/100g aralığında ölçülmüştür. H2O ile alkalizasyondan sonra toplam fenolik madde miktarında azalma gözlemlenmiştir (p>0.05). NaOH ve KOH ile alkalizasyondan sonra daha belirgin bir azalma gözlemlenmiştir (p<0.05), bu da farklı alkalizasyon uygulamalarının numunelerin toplam fenolik madde miktarı üzerindeki etkisinin değişiklik gösterdiğini ortaya koymaktadır. H2O ile yapılan alkalizasyon numunelerinin toplam fenolik madde miktarındaki azalma, NaOH ve KOH kullanılarak yapılan alkalizasyon numunelerindeki toplam fenolik madde miktarındaki azalmaya göre kısıtlı olduğu gözlemlenmiştir. H2O ile yapılan alkalizasyon numunelerinin toplam fenolik madde miktarındaki bu hafif azalma, alkalizasyon sırasında alkali tipine bağlı olarak gerçekleşen pH değişimi ile ilgili olduğu düşünülmektedir. Alkalizasyonda H2O kullanılarak pH değişimi minimize edilmiştir. NaOH ve KOH kullanılmasıyla pH>7.0 olması, toplam fenolik madde miktarındaki dramatik azalmanın oluşan sert koşullarla bağının olduğunu gösterdiği düşünülmektedir. Aroma profili için literatürde kakao aromasının gelişmesi için indikatör olarak kabul edilen trimetilpirazin/tetrametilpirazin (TrMP/TMP) oranları üzerinden bir araştırma yapılmıştır. Bu karşılaştırmaya ilave olarak toplam aroma bileşenleri hem distilat hem de alkalize toz kakaoda incelenmiştir. Alkalizasyon numunelerinin distilat ve alkalize toz kakao TrMP/TMP değerleri incelendiğinde distilatta elde edilen değerler H2O alkalizasyon distilat numunelerinde 1,66-2,17; NaOH alkalizasyon distilat numunelerinde 0,94-1,88; KOH alkalizasyon distilat numunelerinde 0,51-2,92 arasında değişirken alkalize toz kakaoda H2O alkalizasyon numunelerinde 0,78-1,29; NaOH alkalizasyon numunelerinde 0,25-1,18; KOH alkalizasyon numunelerinde 0,28-1,69 arasında değişiklik gösterdiği gözlemlenmiştir. Distilat ile alkalize toz kakaodaki toplam aroma bileşen miktarları incelendiğinde; distilattaki aroma bileşen miktarının H2O alkalizasyon numunelerinde 1,13 ppm ile 8,66 ppm; NaOH alkalizasyon numunelerinde 2,43 ppm ile 16,77 ppm; KOH alkalizasyon numunelerinde 2,74 ppm ile 5,89 ppm arasında değişiklik gösterdiği, alkalize toz kakaoda ise bu oranların H2O alkalizasyon numunelerinde 0,5 ppm ile 1,51 ppm; NaOH alkalizasyon numunelerinde 0,22 ppm ile 0,94 ppm; KOH alkalizasyon numunelerinde 0,18 ppm ile 0,36 ppm arasında değişiklik gösterdiği görülmüştür. Bu veriye dayanarak alkalizasyon sırasında oluşturulan aroma bileşenlerinin büyük bir çoğunluğunun aslında ortamdan nemin uzaklaştırılması ile kaybedildiği söylenebilmektedir. Alkalizasyon sonunda toplam aroma bileşen miktarları ile alkalize toz kakaodaki aroma bileşen miktarları oranlandığında alkalize toz kakaoda toplam aroma bileşenin maksimum H2O alkalizasyon numunelerinde %56,1'i, NaOH alkalizasyon numunelerinde %9,6'sı, KOH alkalizasyon numunelerinde %10,1'i kadarının tutulabildiği görülmüştür. Sonuç olarak H2O ile alkalizasyonun antioksidan kapasite ve toplam fenolik madde miktarı üzerine olumlu yönde önemli bir etkisinin olduğu görülmüştür. Görece yüksek antioksidan kapasite ve toplam fenolik madde miktarı elde edilebileceğini ve aynı zamanda renk gelişiminin de meydana geldiğini gösterilmiştir. Literatürle uyumlu olarak NaOH'in ve KOH'in renk iyileşmesinde önemli bir etkiye sahip olduğu ancak antioksidan kapasite ve toplam fenolik madde miktarında önemli bir azalmaya neden olduğu gösterilmiştir. TrMP/TMP'e dayalı aroma profili analizi, H2O alkalize numunelerin daha yanık, odunsu, fındıksı ve karamel aromalı olduğunu göstermiştir. Buna karşılık, NaOH ile alkalize edilmiş örneklerde daha fazla kakao, kahve, yeşil ve kızartma aromaları olduğu gösterilmiştir. Ancak ileri çalışmalar için nihai ürünün duyusal testleri ve alkalize kakao tozunun tüm aroma bileşiklerinin araştırılması, aroma profilinin daha iyi anlaşılması gerekmektedir. H2O ile alkalizasyon sayesinde düşük ve orta alkalize toz kakaoların üretiminde alkali ajan kullanımının yerine geçilebileceği gösterilmiştir.

Özet (Çeviri)

In cocoa powder alkalization, alkaline substances such as sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH) and potassium carbonate (K2CO3) have traditionally been used. However, these methods involve harsh chemicals and energy-intensive procedures, leading to significant environmental concerns. For the alkalization process, water (H2O) emerges as a promising alternative due to its safety, minimum harmful by-products and accessibility. In this thesis, the alkalization properties of H2O were investigated, and the results were compared with NaOH and KOH alkalizations, aiming to develop a greener alkalization process. In the study, particle size distribution, pH change, color change, antioxidant capacity, phenolic profile and aroma profile of cocoa powders processed with H2O, NaOH and KOH were investigated. After grinding the alkalized cocoa powder samples, PSD analysis was performed, and the particle size was measured as <250 µm below the D90 value. Natural powdered cocoa L*: 49.99±0.01, a*: 11.94±0.01, b*: 22.99±0.03. When the color measurement results in powdered cocoa treated with H2O were examined, it was seen that the significant change was on the L* value (p<0.05). It was seen that temperature had an effect at a level that would create a difference on the L*, a*, b* values. When H2O was used as the alkaline solution, ΔE values were obtained between 3.36-12.21. In the interaction examination, it was seen that the effects of alkaline solution and temperature on color change were significant (p<0.05). When the color measurement results of cocoa powder alkalized using NaOH are examined, it is seen that statistically significant change is effective on L*, a*, b* values depending on the process parameters (p<0.05). When NaOH is used as alkaline solution, ΔE values were obtained between 6.1-24.2, which allows us to say that there is a significant color change with NaOH alkalization. It is seen that temperature has a statistically significant linear effect on L* and b* values (p<0.05). It was observed that the percentage of solution used has a linear effect on L*, a* and b* values (p<0.05). It was found that the linear effect of process time on L* and b* values was significant (p<0.05). When the interaction between process factors was examined, it was observed that the applied temperature and the percentage of solution used had a significant effect on L* and a* values (p<0.05). When KOH alkaline agent was used as alkali solution, ΔE values were obtained between 9.5-23.3, which allows us to say that there is a significant color change with KOH alkalization. It is seen that temperature has a statistically significant linear effect on L* and b* values (p<0.05). It was observed that the linear effect of the solution percentage used on L* and b* values was significant (p<0.05). When the interaction between process factors was examined, it was observed that the applied temperature and the solution percentage used had a significant effect on L* and a* values (p<0.05). Alkalization significantly affected the color of cocoa powders. While NaOH and KOH produced a darker color, alkalized cocoa powder with similar color qualities (ΔE<3) was obtained as a result of both H2O and NaOH and KOH alkalizations with process optimization. Significant differences were observed between H2O alkalized cocoa powder samples and NaOH and KOH alkalized cocoa powders in terms of antioxidant capacity and total phenolic content (TPC). The antioxidant capacity of natural cocoa powder as control was found to be 311.6±2.6 TEAC mg/100g by DPPH method. Using CUPRAC method, the antioxidant capacity of natural cocoa powder was measured as 1370±155 TEAC mg/100g. Antioxidant capacity measured by DPPH and CUPRAC methods was measured as 295.5-317.7 TEAC mg/100 g and 835-1809 TEAC mg/100 g in samples alkalized with H2O, 256.6-306.2 TEAC mg/100 g and 171-849 TEAC mg/100 g in samples alkalized with NaOH, and 267.6-298.4 TEAC mg/100 g and 26-1349 TEAC mg/100 g in samples alkalized with KOH, respectively. When the DPPH and CUPRAC antioxidant analysis results of samples from H2O application were examined, it was seen that H2O had a limited or no significant effect on the antioxidant capacity compared to NaOH and KOH (p<0.05). This can be explained by the preservation of a significant amount of phenolic compounds responsible for antioxidant activity during H2O alkalization. In addition to this suggestion, it can be considered that the limited pH change during H2O alkalization ensures that the phenolic compounds responsible for antioxidant activity remain stable. In support of this, a significant decrease in antioxidant activity was observed after NaOH and KOH alkalization, as shown by both DPPH and CUPRAC analyses. This indicated that NaOH and KOH alkalization had a significant effect on the antioxidant properties of cocoa powder (p<0.05). Total phenolic content of natural cocoa powder was found to be 363.8±45.3 mg GAE/100 g cocoa powder. Total phenolic contents were measured as 281.3-321.6 GAE mg/100 g in cocoa powder treated with H2O, 95.9-298.6 GAE mg/100 g in NaOH alkalized samples and 59.8-297.3 mg GAE/100 g in KOH alkalized samples. A decrease in total phenolic content was observed after alkalization with H2O (p>0.05). A more significant decrease was observed after alkalization with NaOH and KOH (p<0.05), suggesting that the effect of different alkalization treatments on the total phenolic content of the samples varies. It was observed that the decrease in the total phenolic content of the alkalization samples made with H2O was limited compared to the decrease in the total phenolic content of the alkalization samples made with NaOH and KOH. This slight decrease in the total phenolic content of the alkalization samples made with H2O is thought to be related to the pH change that occurs depending on the type of alkali during alkalization. The pH change was minimized by using H2O in alkalization. It is thought that the pH>7.0 with the use of NaOH and KOH shows that the dramatic decrease in the total phenolic content is related to the harsh conditions. For the aroma profile, a study was conducted on trimethylpyrazine/tetramethylpyrazine (TrMP/TMP) ratios, which are accepted as indicators for the development of cocoa aroma in the literature. In addition to this comparison, total aroma components were examined in both distillate and alkalized cocoa powder. When the TrMP/TMP values of the alkalization samples were examined, the values obtained in distillate varied between 1.66-2.17 in H2O alkalization samples; 0.94-1.88 in NaOH alkalization samples; 0.51-2.92 in KOH alkalization samples, while it was observed that in alkalized cocoa powder, they varied between 0.78-1.29 in H2O alkalization samples; 0.25-1.18 in NaOH alkalization samples; and 0.28-1.69 in KOH alkalization samples. When the total aroma component amounts in distillate and alkalized cocoa powder were examined; It was observed that the amount of aroma components in the distillate varied between 1.13 ppm and 8.66 ppm in H2O alkalization samples; 2.43 ppm and 16.77 ppm in NaOH alkalization samples; 2.74 ppm and 5.89 ppm in KOH alkalization samples, while in alkalized cocoa powder these rates varied between 0.5 ppm and 1.51 ppm in H2O alkalization samples; 0.22 ppm and 0.94 ppm in NaOH alkalization samples; and 0.18 ppm and 0.36 ppm in KOH alkalization samples. Based on this data, it can be said that most of the aroma components formed during alkalization are actually lost by removing moisture from the environment. When the total aroma component amounts in both distillate and alkalized cocoa powder were compared to the aroma component amounts in alkalized cocoa powder at the end of alkalization, it was seen that a maximum of 56.1% of the total aroma component in alkalized cocoa powder was retained in H2O alkalization samples, 9.6% in NaOH alkalization samples, and 10.1% in KOH alkalization samples. As a result, it was observed that alkalization with H2O had a significant positive effect on antioxidant capacity and phenolic content. It was shown that relatively high antioxidant capacity and phenolic content could be obtained, and color development also occurred. In accordance with the literature, it was shown that NaOH and KOH had a significant effect on color improvement but caused a significant decrease in antioxidant capacity and phenolic content. Aroma profile analysis based on TrMP/TMP showed that H2O alkalized samples had more burnt, woody, nutty and caramel aromas. In contrast, NaOH alkalized samples were shown to have more cocoa, coffee, green and roast aromas. However, for further studies, sensory tests of the final product and investigation of all aroma compounds of alkalized cocoa powder are required to better understand the aroma profile. It was shown that alkalization with H2O could prevent the use of alkalizing agents in the production of low and medium alkalized cocoa powders.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    774

    Toz kakaoda tağşiş saptama metodları üzerinde çalışmalar

    Başlık çevirisi yok

    TOMRİS ALTUĞ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1987

    Gıda MühendisliğiEge Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. MERAL GÖNÜL

  2. Tez No

    5250

    Piyasada bulunan sütlü çikolata çeşitleri ve özellikleri üzerine araştırmalar

    Başlık çevirisi yok

    SEYİT AHMET AKÇİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1988

    Gıda MühendisliğiMarmara Üniversitesi

    Farmasötik Teknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞÜKRAN GEÇGİL

  3. Tez No

    7351

    Çift-çift bazı Dy izotoplarının elektromanyetik geçişlerin çok-kutupluluklarının incelenmesi

    The investigation of the multipolarites of electromangnetic transitions in some even-even Dy isotops

    İSMAİL MARAŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1989

    Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İHSAN ULUER

  4. Tez No

    9614

    Dynamic stability of rubble-mound breakwaters

    Başlık çevirisi yok

    H.CEMAL KARAOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1990

    İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AYŞEN ERGİN

  5. Tez No

    11345

    15-16 yaş düzeyinde ana-babalı ve ana-babasız zeka özürlü çocukların ruhsal uyum problemlerinin incelenmesi

    Başlık çevirisi yok

    AYŞEGÜL SÖZEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1990

    PsikolojiHacettepe Üniversitesi

    Çocuk Sağlığı ve Eğitimi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. NERGİZ GÜVEN

Geri Dön