Afro Turco Foods Research X Sena Alkan
|
İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ KİMYA VE METALURJİ FAKÜLTESİ GIDA MÜHENDİSLİĞİ DEPARTMANI BİTİRME TEZİ 2019-2020 BAHAR DÖNEMİ
TARİH: 13.07.2020
BİTİRME TEZİ KONUSU: Yağlı Tohum Proteinlerinin Fonksiyonel Özelliklerinin İyileştirilmesi DANIŞMAN ÖĞRETİM ÜYESİ: Aslı CAN KARAÇA
ÖĞRENCİ ADI SOYADI: Sena ALKAN
ÖĞRENCİ NUMARASI: 060150030
ÖZETGelişen ve değişen dünya gündeminde beslenme sisteminde yeni yönelimler gündeme gelmektedir ve hayvansal kaynaklı gıda ürünleri yerine bitkisel kaynaklı ürünlerin tüketimi de bunlardan biridir. Beslenme sisteminde gıdalarda en dikkat edilen konulardan biri de gıda ürünlerinin protein içerikleridir. Yağlı tohumlar yüksek protein içerikleriyle gıda ürünlerinde kullanımları mümkündür ancak bu uygulamalarda kullanımları, fonksiyonel özelliklerinin geliştirilmesine bağlıdır. Bu çalışmada yağlı tohumlardan elde edilen bitkisel protein izolatları ya da konsantrelerinin fonksiyonel özelliklerinin iyileşmesi araştırılmıştır. Tripsin enzimi ile hidroliz, açilasyon, süksinilasyon, düşük tuz konsantrasyonu ve gama ışınlaması yağlı tohum proteinlerinin çözünürlüğünü; proteolitik enzimle hidroliz, süksinilasyon ve açilasyon işlemleri su ve yağ tutma kapasitesini; ekstrasyon, hidroliz, uygun pH, ısıl işlem ve gama ışınlaması emülsiyon oluşturma özelliklerini; ekstrasyon, açilasyon, süksinilasyon, uygun pH ve tuz konsantasyonları ve papain enzimiyle hidroliz işlemleri köpük oluşturma özelliklerini; ısıl işlem, yüksek basınç, süksinilasyon, açilasyon ve uygun pH ve tuz konsantrasyonları ise jel oluşturma özelliklerini iyileştirmektedir. Bu uygulamalar görüldüğü üzere geleneksel uygulamalar olabildiği gibi güncel uygulamalar da olabilmektedir. Yağlı tohumlardan elde edilen proteinlerin fonksiyonel özelliklerinin iyileştirilmesi, gıda sektöründe kullanımı açısından çok önemli olduğu için bu konuda yapılan çalışmaların önemi de gün geçtikçe artmaktadır. İÇİNDEKİLER
ÖZET I 1. GİRİŞ 1 2. YAĞLI TOHUM PROTEİNLERİNİN FONKSİYONEL ÖZELLİKLERİ VE İYİLEŞTİRİLMELERİ 2 2.1. Çözünürlük 2 2.1.1. Enzim Kullanımı 3 2.1.2. Açilasyon Metodu 3 2.1.3. Düşük Tuz Konsantrasyonu 4 2.1.4. Ekstrasyon 4 2.1.5. Gama Işınlaması 5 2.2. Su ve Yağ Tutma Kapasitesi 6 2.2.1. Proteolitik Enzim ile Hidroliz 7 2.2.2. Süksinilasyon ve Açilasyon 9 2.3.1. Ekstrasyon 11 2.3.2. Hidroliz 13 2.3.4. Isıl İşlem 15 2.3.5. Gama Işınlaması 16 2.4. Köpük Oluşturma 18 2.4.1. Ekstrasyon 19 2.4.2. Açilasyon ve Süksinilasyon 20 2.4.3. Tuz ve pH 22 2.4.4. Enzimatik Hidroliz 24 2.5. Jel Oluşturma 25 2.5.1. Isıl İşlem ve Yüksek Basınç Uygulamaları 26 2.5.2. NaCl ve pH 28 2.5.3. Süksinilasyon ve Açilasyon 28 4. SONUÇ 31 TABLO LİSTESİ
Sayfa No Tablo 1. Enzimatik hidroliz işlemi uygulanan kolza tohumu protein izolatının hidroliz derecelerine göre su tutma miktarları (Vioque ve diğ., 2000)................................................................................................................. 8 Tablo 2. Enzimatik hidroliz işlemi uygulanan kolza tohumu protein izolatının hidroliz derecelerine göre yağ tutma miktarları (Vioque ve diğ., 2000)................................................................................................................. 8 Tablo 3. Farklı derecelerde süksinilasyon ve açilasyon işlemi uygulanan kanola protein misel kütlelerinin yağ tutma miktarları (Gruener ve Ismond, 1996) 10 Tablo 4. Isıl işlem uygulanan protein izolatlarının emülsiyon kapasiteleri (ml yağ/100 mg çözünür protein) (McWatters ve Cherry, 1977)........................................................................................................................ 16 Tablo 5. Farklı pH değerlerinde ekstrakte edilen susam küspesi protein konsantrelerinin köpük hacimleri ve köpük oluşturma kapasiteleri (Çiftçi, 2018).................................................................................................. 20 Tablo 6. Süksinilasyon derecelerine göre kanola protein misel kütlesinin köpük oluşturma kapasiteleri (Gruener ve Ismond, 1997) 21 Tablo 7. Açilasyon derecelerine göre kanola protein misel kütlesinin köpük oluşturma kapasiteleri (Gruener ve Ismond, 1997) 21 Tablo 8. Farklı pH değerlerinin susam tohumunun köpük oluşturma kapasitesine ve hacmine etkisi (Inyang ve Iduh, 1996) 23 Tablo 9. Farklı tuz konsantrelerinin susam tohumunun köpük oluşturma kapasitesine ve hacmine etkisi (Inyang ve Iduh, 1996) 24 Tablo 10. Papain enzimi ve çırpma işleminin susam tohumunun köpük kapasitesine etkisi (Bandyopadhyay ve Ghosh, 2002) 25 Tablo 11. Isıl işlem ve yüksek basınç uygulamalarının kolza tohumu izolatının jel oluşturma ve diğer özelliklerine etkisi (He ve diğ., 2014)........................................................................................................................ 27 Tablo 12. Süksinilasyon ve açilasyon işlemlerinin kanola misel protein kütlesindeki jel oluşturma ve diğer özelliklerine etkisi (Gruener ve Ismond, 1996) 29 ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa No Şekil 1. Radyasyon dozunun protein çözünürlüğüne etkisi (Hassan ve diğ., 2018) 5 Şekil 2. Farklı ekstrasyon çeşitlerinin emülsiyon kapasitesine etkisi (Tirgar ve diğ., 2017) 12 Şekil 3. Farklı ekstrasyon çeşitlerinin emülsiyon aktivitelerine etkisi (Tirgar ve diğ., 2017) 13 Şekil 4. Hidroliz işlemi uygulanan kolza tohumu protein izolatının hidroliz derecelerine göre emülsiyon aktivitesi ve emülsiyon stabilitesi yüzdeleri (Vioque ve diğ., 2000)................................................................. 14 Şekil 5. Radyasyon dozunun susam proteinlerinin emülsifikasyonu kapasitelerine etkisi (Hassan ve diğ., 2018) 17 Şekil 6. Radyasyon dozunun susam proteinlerinin emülsiyon stabilitelerine etkisi (Hassan ve diğ., 2018) 18 1. GİRİŞ
Dünya çapında artan tüketim isteği doğrultusunda doğal, bitkisel ve protein içeriği zengin ürün tüketimi gündeme gelmektedir. Tüketicilerin bu isteği doğrultusunda hayvansal kaynaklı proteinlerin yerlerini bitkisel kaynaklı proteinlerin aldığı yeni ürünler geliştirilmektedir. Farklı bitkisel protein kaynaklarına olan yönelimde alternatif bir protein kaynağı olan yağlı tohum proteinleri gündeme gelmektedir. Yağlı tohumlar sahip oldukları yüksek yağ içeriği nedeniyle insan vücudunun sahip olduğu enerjiyi karşılar. Bununla birlikte lif, vitamin, mineral, tekli ve çoklu doymamış yağ asidi kaynağı olduğundan diyet proteini olarak da kullanılabilir (Gonzalez-Perez ve Arellano, 2009). Yağlı tohum proteinleri, hayvansal kaynaklı proteinlere göre amino asit bakımından lizin ve kükürtçe fakir olmasına rağmen baklagil proteinlerine kıyasla daha zengindir (Gonzalez-Perez ve Arellano, 2009). Bitkisel kaynaklı proteinlerin kimyasal ve fonksiyonel özellikleri globulin ve albumin miktarı ile ilgilidir. Yağlı tohum proteinlerinin ana depolama proteinlerinin çoğu globülinlerdir. Örnek vermek gerekirse, ayçiçeğinde yer alan toplam proteinin %50-55’ini globülinler oluşturmaktadır (Lampart-Szczapa, 2001). Yağlı tohum proteinlerinin gıda endüstrisindeki kullanımı gıdaya besin değeri ve fonksiyonel özellik kazandırmak olsa da yağlı tohum proteinlerinin fonksiyonel özellikleri hayvansal kaynaklı proteinlere kıyasla daha kısıtlı olmaktadır (Moure ve diğ., 2006). Çözünürlük, su ve yağ tutma kapasitesi, emülsiyon oluşturma, köpük oluşturma ve jel oluşturma olarak tanımlanan proteinlerin fonksiyonel özellikleri, farklı gıda çeşitlerinde farklı öneme sahiptir (Yavuz ve Özçelik, 2016). Yağlı tohum proteinlerinin gıda endüstrisindeki kullanımının arttırılabilmesi amacıyla sahip oldukları fonksiyonel özelliklerin farklı yöntemler kullanılarak iyileştirilmesi ve bu sayede hayvansal kaynaklı proteinlere ek bir protein kaynağı olarak gıdaların içine entegre edilmesi amaçlanmaktadır. 2. YAĞLI TOHUM PROTEİNLERİNİN FONKSİYONEL ÖZELLİKLERİ VEİYİLEŞTİRİLMELERİ
2.1. Çözünürlük
Gıda ürünlerinde bulunan proteinler, fonksiyonel özelliklerini gösterebilmek için temel olarak çözünebilir olmalıdır (Yavuz ve Özçelik, 2016). Bir diğer deyişle, yağlı tohumlar içinde bulundurdukları proteinlerin su tutma, emülsiyon oluşturma, köpük ve jel oluşturma gibi fonksiyonel özelliklerini çözünürlükleri sayesinde göstermektedirler. Bu sebeple çözünürlük, bitkisel kaynaklı proteinlerde çok önemli bir fonksiyonel özelliktir. Yağlı tohumlarda var olan proteinlerin çözünürlüğünü bazı işlemlerle artırmak mümkün olabilmektedir. Çözünürlüğün geliştirilmesinde dikkat edilmesi gereken bazı noktalar vardır. İlk olarak bu proteinler çözeltilerde değil gıdalarda bulunur ve gıdalardaki çözgen çoğu durumda sudur, bu sebeple çözgenin su olduğu düşünülmelidir ve çözeltilerdeki çözünürlüklerin iyileştirilmeleri yerine gıdalardaki çözünürlüklerin iyileştirilmeleri araştırılmalıdır. Bir molekülde pozitif ve negatif yüklerin eşit olduğu, yani yükün sıfır olduğu pH derecesi izoelektrik nokta olarak tanımlanır ve protein fraksiyonları, farklı izoelektrik noktasına sahiptirler (Yavuz ve Özçelik, 2016). Bu farklılıklar, fraksiyonların çeşitlerinden, yapılarından ve pH değerlerinden etkilenir (Çetiner ve Ersus Bilek, 2018). Yağlı tohumlarda bulunan proteinlerin izoelektrik noktaları, çözünürlük geliştirilmesinde önemli bir husustur çünkü proteinlerin en düşük çözünürlük gösterdikleri nokta, izoelektrik noktadır. Proteinlerin çözünürlükleri izoelektrik noktadan uzaklaştıkça artmaktadır (Yavuz ve Özçelik, 2016). Proteinleri karbonhidrat ve yağlardan ayıran özelliklerden biri de proteinlerin yapısında azot bulunmasıdır. Azot çözünürlük indeksi, mevcut toplam protein azotuna göre suda çözünür protein azotunun yüzdesi olarak ifade edilmektedir (Gruener ve Ismond, 1997). Azot çözünürlük indeksi, toplam protein çözünürlüğünü ifade etmek için kullanılmaktadır. 2.1.1. Enzim Kullanımı
Bitkisel proteinlerin çözünürlüklerinin iyileştirilmesi için proteinler hidrolize edilebilmektedir, bu sebeple proteinlere enzimatik hidroliz işlemleri uygulanabilir (Vioque ve diğ., 2000). Her ne kadar kullanılan substrata ve enzime göre farklılık gösterse de ortalama olarak enzimle yapılan hidroliz işleminde %1 ile %10 arasında artış gösteren ayrılmış peptit bağlar sayesinde hidrolizatlar ilk formlarına göre iyileşmiş fonksiyonel özellikler gösterirler (Paynam ve diğ., 1996). Yapılan çalışmalarda keten tohumu proteininin tripsin enzimiyle muamele edilmesinin ardından ortam pH’ı 7 ve üzeri değerlere getirildiğinde tripsinin peptit bağlarını hidroliz etmesi sonucunda proteinleri amino asitlere parçalamasıyla keten tohumundaki proteinlerin çözünürlük dereceleri %85 artış göstermektedir (Yin ve diğ., 2008). Bu süreçte pH 6’dan düşük olduğu durumlarda bile hidroliz derecesinin artışıyla beraber çözünürlüğün arttığı bulunmuştur (Yavuz ve Özçelik, 2016). Yapılan bir başka çalışmada susam küspesinden elde dilen proteinlerin hidrolizi için en uygun enzim araştırılmıştır (Çiftçi, 2018). Alkalaz, Protameks, Nötraz, Pleotrofin ve Flavorizm enzimlerinden susam hidrolizi için en uygun sonucu veren enzimin alkalaz olduğu tespit edilmiştir. Farklı enzimler, sıcaklıklar ve pH değerleri kullanılarak gerçekleştirilen deneyde 15 g/L substrat konsantrasyonu, % 0,30 (h/h) alkalaz enzim miktarı, 50°C sıcaklık ve pH 8,5 koşulları en yüksek çözünürlüğü vermiştir (Çiftçi, 2018). Yapılan çalışmalar göz önüne alındığında tripsin enzimiyle muamele edilen keten tohumu proteininin çözünürlüğünde artış gözlemlenmiş olup, susam küspesinden elde edilen proteinde ise alkalaz enzimi çözünürlüğü iyileştirmiştir. 2.1.2. Açilasyon Metodu
Keten tohumunda süksinilasyon ve asetilasyon metotları kullanılarak çözünürlüğün artışı incelenmiş, pH 6 ve üzeri durumlarda açilasyon yöntemi uygulanan keten tohumunda uygulanmayan izolatlara göre çözünürlüğün arttığı gözlemlenmiştir (Wanasundara ve diğ., 2016). Asidik koşullarda işlemler uygulandığında süksinilasyon elektrostatik çekimi artırarak çözünürlüğü arttırmış ancak asetilasyonda açil gruplardan dolayı hidrofobik karakter arttığı için çözünürlük azaltmıştır (Wanasundara ve diğ., 2016). Yapılan araştırmaya göre kanola tohumu proteininin misellar ektraksiyonda azot çözünürlük indeksi %17.9 iken %61’lik geri kazanımla süksinilasyonda azot çözünürlük indeksi %70.6, %62’lik geri kazanımla uygulanan açilasyonda azot çözünürlük indeksi %77.8 olarak tespit edilmiştir (Gruener ve Ismond, 1997). Keten tohumunda açilasyon işlemi uygulanarak gerçekleştirilen çözünürlük iyileştirme çalışmalarında çözünürlük artmıştır. Kolza tohumu proteinine yapılan işlemlere göre %62’lik geri kazanımla yapılan açilasyonda diğer işleme göre daha verimli bir çözünürlük artışı gözlemlenmiştir. 2.1.3. Düşük Tuz Konsantrasyonu
Çözünürlüğün incelendiği bir araştırmada, 3.5-11.0 pH aralığında 0.7 M'ye kadar NaCl konsantrasyonunda % 54 ve %84 serbest modifikasyonlu süksinilasyonun bir kanola proteini izolatının çözünürlüğü üzerindeki etkilerinden alkali ve hafif asidik pH değerlerindeki süksinilasyon, protein çözünürlüğünü önemli ölçüde arttırırken, NaCl konsantrasyonunun etkisi pH değerine bağlı olduğu ortaya çıkmıştır (Paulson ve diğ., 1989). Bu, süksinlasyon seviyesi arttıkça azalan yüzey hidrofobikliği üzerindeki etkisi ile ilişkilendirilmiştir ve bu durum süksinlasyon ve pH arttığı ve NaCl’nin azaldığı durumlarda daha elektronegatif hale gelen, tanecikler arasındaki itme veya çekme değeri olan net elektrostatik yükü ifade eden zeta potansiyel değerleri ile açıklanabilmektedir (Paulson ve diğ., 1989). pH'a bağlı olarak, kanola protein süspansiyonuna tuz ilavesi proteinlerin net yük yoğunluğunu etkileyebilir ve böylece moleküller arası itme kuvvetlerini artırarak veya azaltarak çözünürlüğü değiştirebilmektedir (Paulson ve diğ., 1989). 2.1.4. Ekstrasyon
Yağlı tohumlarda protein eldesinde karşılaşılan sorunlardan biri proteinlerin çözünürlüğünü etkileyen ve ekstrasyonunu zorlaştıran, besleyici olmayan bileşenlerdir ve bu sebeple gıdalardaki kullanımlarında ön işleme ihtiyaç duyulmaktadır (Moure ve diğ., 2006). Ekstrasyon işlemleriyle yağ uzaklaştırıldığında daha yüksek verimle protein elde edilmektedir (Moure ve diğ., 2006). Ekstrasyon yönteminde çevre kirliliğine sebep olan çözgenler yerine sulu ektrasyon yöntemleri tercih edilmektedir (Moure ve diğ., 2006). Bu yöntem enzimli ya da enzimsiz yapılabilir (Moure ve diğ., 2006). Bu yöntemin prensibi, hücre duvarında bulunan polisakkaritleri hidrolize ederek yağın ekstrasyonunu arttırıp proteinin fonksiyonel özelliklerini geliştirmektir (Rosenthal ve diğ., 1996). Yağlı tohumlardan ekstrasyonla yağ eldesinden sonra kalan küspe, yüksek oranda protein içerdiği için yağ ekstrakte edildikten sonra proteinler izoelektrik noktasında çöktürülerek protein izolatları elde edilmektedir (Preece ve diğ., 2017) 2.1.5. Gama Işınlaması
Şekil 1. Radyasyon dozunun protein çözünürlüğüne etkisi (Hassan ve diğ., 2018).
Şekil 1’de çeşitli dozlarda gama ışınlarına maruz bırakılan susamın çözünürlük oranları verilmiştir ve 1.0 kGy dozundaki gama radyasyonunun, susam proteinin çözünürlüğü en iyi şekilde arttırdığı gözlemlenmiştir. Bununla birlikte 1 kGy dozunun altında ve üstünde kalan dozlarda neredeyse eşit protein çözünürlüğü görülmektedir. Bu nedenle radyasyon seviyesini fazla uygulamak yerine optimum düzeyde uygulayıp çözünürlükte en iyi seviyede iyileştirme elde etmek mümkündür.
2.2. Su ve Yağ Tutma Kapasitesi
Gıda ürünlerinde proteinlerin su ile etkileşimleri, ürünün lezzet ve yapısını etkilemektedir (Çiftçi, 2018). Bitkisel kaynaklı proteinlerin su ve yağ tutma kapasiteleri, bir fonksiyonel özellik olarak incelenip gıda ürünlerinde kullanılabilirliği araştırılmaktadır. Su tutma kapasitesi, yüksek vizkositeye sahip gıda ürünlerine, gıdalardaki proteinlerin su tutmalarını sağlayarak ve vizkositeyi arttırarak kıvam kazandırırlar (Seena ve Sridhar 2005). Yapılan bir araştırmada kanola proteinlerinin su tutma kapasitesini incelemiş ve kanola tozunun su ve yağ tutma kapasitelerinin artmasıyla birlikte gıda ürününün su bağlama kapasitesinin de arttığı, lezzetinin ve ağız hissinin iyileştiği ve nem ve yağ kayıplarının azaldığı bildirilmiştir (Khattab ve Arntfield, 2009). Su ve yağ tutma kapasitesi birçok parametreye bağlı olarak değişebilmektedir. Genel anlamda proteinlerin yüzey hidrofobisitesi ve polaritesi, amino asit bileşimi ve üç boyutlu yapısı, proteinlerin su tutma kapasitelerinin belirlenmesini sağlayan ve doğrudan proteinle ilgili olan faktörleridir (Barbut, 1999). Su tutma kapasitesi aynı zamanda gıdanın yağ ve karbonhidrat içeriğinden ve yüzeyde bulunan amino asitlerin özelliklerinden etkilenmektedir (Saldamlı ve Temiz, 1998). Yağ tutma özelliği, yağların proteinlerin polar olmayan yan zincirleri tarafından bağlanması ile gerçekleşir. Proteinlerin sindirimi, yağın hidrokarbon kısımlarını bağlayan ve artan yağ tumaya katkıda bulunan polar olmayan yan zincirleri ortaya çıkarır. Ayrıca yağlı tohum proteinlerinin düşük çözünürlük ve yüksek hidrofobite özellik gösterdiklerinde, proteinlerin büyük miktarlarda yağ bağlayabildikleri, küçük partiküllü ve düşük yoğunluklu protein konsantrelerinin yüksek yoğunluklu protein konsantrelerinden daha fazla yağ tutabildikleri çalışmalarda belirtilmiştir (Çiftçi, 2018). Birçok işlemle yağlı tohumlardaki proteinlerin su ve yağ tutma kapasiteleri geliştirilebilmektedir. Isıl işlemlerin yağlı tohum tozlarının yağ tutma kapasitelerini arttırdığı ve bu ısıl işlemler arasında kaynatmanın en büyük artışı sağladığı bildirilmiştir (Aider ve Barbana, 2011). Sucuk ürününde et yerine ağırlıkça %3’e kadar eklenen kanola protein izolatı kullanılabileceği bildirilmiştir (Mansour ve diğ., 1996). Bu üründe lezzet gelişiminin yanında su tutma kapasitesinin ve pişme veriminin arttığı görülmüştür (Mansour ve diğ., 1996). Kolza ve susam tohumlarına, tozlarına ve izolatlarına yağdan arındırma işlemi uygulanmış ve bu işlemin su ve yağ tutmayı iyileştirdiği ve çözünürlüğü arttırdığı belirtilmiştir (Moure ve diğ., 2006). 2.2.1. Proteolitik Enzim ile Hidroliz
Enzimatik işlemlerin, kolza tohumu protein izolatlarında bol miktarda bulunan aspartik ve glutamik asit gibi iyonlaşabilir polar amino asitleri ortaya çıkarttığı ve bu amino asitlerin iyonize olmamış polar gruplardan yaklaşık üç kat daha fazla su bağlayabildiği bildirilmiştir (Vioque ve diğ., 2000). Proteinlerin hidrolize edilmesi, proteinlerin fonksiyonel özelliklerini ilk haline göre geliştirdiği bildirilmiştir (Panyam ve Kilara,1996). Bitkisel protein hidrolizatları çorbalarda, soslarda ve et ürünlerinde aroma olarak kullanılabilir (Weir, 1986). Proteolitik enzimle hidroliz işlemi yapılan bir çalışmada kolza tohumu protein hidrolizatlarının, doğal formdaki protein izolatından daha yüksek su ve yağ tutma kapasitelerine sahip olduğu görülmüştür (Vioque ve diğ., 2000). Aynı zamanda aynı işlemin Phaseolus bitkisinde bulunan protein konsantreleri için benzer su emme özellikleri olduğu rapor edilmiştir (Chau ve diğ., 1997). Kolza tohumu protein izolatlarına uygulanan hidroliz işlemlerinin su tutma kapasiteleri Tablo 1’de verilmiştir. Bu değerler yağsız süt tozu ve yumurta tozu ticari preparatlarıyla karşılaştırılmış ve kolza tohumu protein hidrolizatlarının su tutma kapasitelerinin daha yüksek olduğu bildirilmiştir (Vioque ve diğ., 2000). Yüksek su tutma kapasiteleri nedeniyle, kolza tohumu protein hidrolizatları gıda endüstrisinde ekmek ve keklerde su kaybını önlemek ve sosis, konserve balık ve dondurulmuş ürünlerin verimini arttırmak için kullanılabilmektedir. Tablo 1. Enzimatik hidroliz işlemi uygulanan kolza tohumu protein izolatının hidroliz derecelerine göre su tutma miktarları (Vioque ve diğ., 2000).
Kolza tohumu protein izolatlarına yapılan hidroliz işlemlerinin yağ tutma kapasiteleri Tablo 2’de verilmiştir. Proteolitik enzimle hidrolize edilen kolza tohumu protein izolatların yağ tutma kapasitelerinin arttığı görülmüştür. Bu değerler, sodyum kazeinat veya yumurta akı tozu gibi ticari protein izolatlarında gözlenenin biraz altında olduğu belirtilmiştir (Vioque ve diğ., 2000).
Tablo 2. Enzimatik hidroliz işlemi uygulanan kolza tohumu protein izolatının hidroliz derecelerine göre yağ tutma miktarları (Vioque ve diğ., 2000).
Sonuç olarak proteolitik enzim hidrolizi sonucu kolza tohumu izolatlarında su tutma kapasitesinde iyileşme bildirilmiş ve en iyi su tutma kapasitesini %3.1’lik hidroliz derecesinin verdiği rapor edilmiştir. Aynı işlemle kolza tohumu izolatının yağ tutma kapasitesinde de iyileşme görülmüş ve en büyük artışı %3.1’lik hidroliz derecesi derecesinin verdiği bildirilmiştir. Yapılan bir çalışmada tam yağlı ve yağdan arındırılmış olmak üzere 2 farklı susam ve kolza tohumu tozlarına kurutma, kavurma, suyla şişirme, basınçla pişirme, çimlendirme, fermantasyon ve mikrodalgayla pişirme gibi çeşitli işleme yöntemleri uygulanmış ve su ve yağ tutma kapasitelerine etkileri araştırılmış olup; bu araştırmanın sonucunda suyla şişirme dışındaki tüm yöntemlerin su tutma kapasitelerini arttırdığı belirlenmiştir (Mahajan ve diğ., 1999). Tüm yöntemler arasında su tutma kapasitesini en iyi çimlendirmenin arttırdığı belirtilmiştir (Mahajan ve diğ., 1999). 2.2.2. Süksinilasyon ve Açilasyon
Yapılan bir çalışmada kanola protein misel kütlesinde farklı derecelerde süksinilasyon ve açilasyon işlemi uygulanmıştır. Bu çalışmaya göre uygulanan işlemlerin her derecesinde kanola protein misel kütlesinin yağ tutma oranı artmıştır. Bu değerler, Tablo 3’te gösterilmektedir (Gruener ve Ismond, 1997).
Yağ Tutma Kapasitesi
42 370
62 370
Yapılan çalışmanın verileri incelendiğinde, en yüksek süksinilasyon derecesi en iyi yağ tutma kapasitesini verirken, açilasyon işlemindeki %42’lik ve %62’lik dereceler, aynı sonucu vermiştir. Bunun dışında işlem derecesi arttığında, yağ tutma kapasiteleri de buna paralel olarak artmıştır. Tüm çalışma geneli en iyi yağ tutma kapasitesini %61’lik süksinilasyon derecesi vermiştir. Yağ tutma mekanizması, yağın fiziksel sıkışmasına bağlanmıştır, ancak yağ tutma mekanizması, hidrofobiklikten de etkilenebilir (Kinsella, 1976). Yağ tutma kapasitesi, denatürasyon entalpisi ile önemli ölçüde paraleldir. Bu nedenle, bu çalışmada açillenmiş proteinlerin yağ emme kapasitesindeki artış, yağın fiziksel olarak tutulmasını sağlayan daha açık yapıdan kaynaklanabilir (Gruener ve Ismond, 1997). 2.3. Emülsiyon Oluşturma
Birçok gıda ürününde proteinler ve lipitler sıklıkla etkileşim içindedir ve bu sebeple proteinlerin kararlı emülsiyon oluşturma kabiliyeti çok önemlidir (Vioque ve diğ., 2000). Bitkisel proteinlerde faz ayrımının engellenmesi için yağ partiküllerinin etrafında film oluşturan proteinler, emülsifikasyon sağlar (Yavuz ve Özçelik, 2016). Bitkisel proteinlerin emülsiyon oluşturma özellikleri belirtilirken, emülsiyon aktivitesi ve emülsiyon stabilitesi gibi parametreler kullanılır. Birim proteinde emülsifiye edilen yağ miktarı emülsiyon aktivitesi ile ifade edilirken, emülsiyonun belirli bir zaman diliminde yapısını bozabilen değişikliklere karşı gösterdiği dayanıklılık ise emülsiyon stabilitesi ile ifade edilir (Boye ve diğ., 2010). Emülsiyon kapasitesi ise emülsiyon ayrılmadan veya bir sudaki yağ emülsiyonundan bir yağdaki su emülsiyonuna dönüşmeden bir emülgatör çözeltisi içinde dağıtılabilecek maksimum yağ miktarı olarak tanımlanmaktadır (McClements, 2007). Genel anlamda proteinlerin molar kütle, hidrofobiklik, konformasyon stabilitesi, yük, pH, iyonik güç ve sıcaklık gibi fiziko-kimyasal faktörleri, proteinlerin emülsifiye edebilme özelliklerini etkileyen ana faktörlerdir (Kinsella, 1984). Çözünürlüğü düşük proteinler iyi emülgatör değillerdir ve birleşme oluşturabilirler, bu sebeple bitkisel proteinlerin fonksiyonel özelliklerinden olan çözünürlük, emülsiyon oluşturmada önemli bir rol oynar (Moure ve diğ., 2006). 2.3.1. Ekstrasyon
Keten tohumu küspesi, protein açısından zengindir ve öncelikle hayvan yemi olarak kullanılmaktadır (Teh ve diğ., 2014). Bu nedenle keten tohumu küspesinin değerli bir protein kaynağı olarak kullanılması, dünyadaki gıda gereksinimlerini karşılamaya yardımcı olacak alternatif bir gıda tedarik kaynağı olma potansiyeline sahiptir (Omar ve diğ., 2009). Keten tohumu proteini, genellikle proteinlerin yüksek pH'da çözündürülmesini içeren tohum küsmesinin sulu ekstraksiyonunun ardından proteinlerin izoelektrik noktalarında çöktürülmesi ile elde edilmektedir (Dev ve Quensel, 1988). Yağlı tohumlardan protein ekstraksiyonu yöntemi, ekstrakte edilen proteinlerin kalitesi, bileşimi ve fonksiyonel özellikleri üzerinde bir etkiye sahiptir (Aluko ve McIntosh, 2001). Yapılan çalışmada alkali ekstrasyon, enzimatik ekstrasyon ve enzimatik solvent ekstrasyon olmak üzere 3 farklı ekstrasyon yöntemi kullanılarak keten tohumu
Şekil 2. Farklı ekstrasyon çeşitlerinin emülsiyon kapasitesine etkisi (Tirgar ve diğ., 2017).
Şekil 2’te görüldüğü gibi enzimatik solvent ekstrasyonu uygulanan keten tohumu küspesinin emülsiyon kapasitesi %55 olup diğer yöntemlere göre önemli ölçüde düşük emülsiyon kapasitesine sahiptir. Alkali ve enzimatik ekstrasyon yöntemleri benzer yükseklikte emülsiyon kapasitesi göstermişlerdir.
Şekil 3’da görüldüğü üzere %87’lik emülsiyon aktivitesiyle alkali ekstrasyon yöntemi, en iyi emülsiyon aktivitesi yüzdesini verirken, enzimatik solvent ekstrasyon %47’lik değeriyle en düşük emülsiyon aktivitesini vermiştir.
2.3.2. Hidroliz
Proteinlerin fonksiyonel özelliklerini geliştirmek için proteinler hidrolize edilebilir. Bu sebeple protein hidrolizatlarının üretimi son yıllarda önemli bir gelişme göstermiştir (Panyam ve Kilara, 1996). Protein hidrolizatları hidroliz derecesine bağlı olarak sınıflandırılabilir (Vioque ve diğ., 2000). Hidroliz derecesi, parçalanan peptit bağlarının yüzdesi olarak ifade edilir. Yapılan çalışmada hidroliz derecesi, trinitrobenzensülfonik asit ile reaksiyona girerek serbest amino gruplarının belirlenmesiyle hesaplanmıştır (Vioque ve diğ., 2000). Kolza tohumu proteini hidrolizatlarının emülsifiye edici özellikleri sayesinde salata sosu, dondurma veya mayonez gibi gıda formülasyonlarında sıklıkla kullanılır. Bu sebeple ürünün işlevselliğini en üst düzeye çıkarmak için uygun hidroliz derecesi belirlenmesi çok önemlidir (Vioque ve diğ., 2000).
Şekil 4. Hidroliz işlemi uygulanan kolza tohumu protein izolatının hidroliz derecelerine göre emülsiyon aktivitesi ve emülsiyon stabilitesi yüzdeleri (Vioque ve diğ., 2000).
Şekil 4’de görüldüğü gibi, kolza tohumu protein izolatı, çok düşük bir emülsiyon aktivitesine sahiptir; ancak bu proteinler hidrolize edildiğinde, emülsiyon aktivitesi önemli ölçüde artmıştır. En iyi emülsiyon aktivitesini ve emülsiyon stabilitesini %3.1’lik hidroliz derecesinin verdiği görülmüştür. Bu değerden sonra hidroliz derecesi arttıkça emülsiyon aktivitesinin ve emülsiyon stabilitesinin azaldığı görülmüştür. Hidroliz derecesi arttıkça daha küçük peptitler üretilir ve bu peptitler emülsiyon stabilitesini düşürür ve ara yüzey gerilimini azaltmada daha az verimli hale gelir. 2.3.3. pH
Tuzların varlığı ve pH değeri emülsiyon stabilitesini etkiler (Tsaliki ve diğ., 2004). NaCl'nin emülsiyon aktivitesi üzerindeki etkisi, yağ ve su arayüzünde protein adsorpsiyonu üzerindeki etkisi ile ilişkili olabileceği düşünülmektedir (Paulson ve Tung, 1989). Pamuk genel anlamda lif üretiminde kullanılır ancak pamuk tohumu, hayvan tüketimi için protein kaynağı olarak da çok önemlidir (Ory ve Flick, 1994). Yapılan çalışmada farklı pH değerlerinde izoelektrik çökeltme ile üretilmiş pamuk tohumu protein izolatlarının emülsifiye edici özellikleri incelenmiştir (Tsaliki ve diğ., 2004). Çalışmada pH 7 değerinde izoelektrik çöktürme ile üretilmiş pamuk tohumu protein izolatının emülsiyon stabilitesinin daha yüksek olduğu görülmüştür. Bunun nedeni, izoelektrik noktası çevresinde pamuk protein çözünürlüğünün azalması olabilir (Tsaliki ve diğ., 2004). Aynı durumda NaCl ilave edilmesiyle beraber 0.2 M NaCl konsantrasyonuna kadar pH 6 ve 7’de emülsiyon stabilitesini arttırdığı görülmüştür, bunun sebebi protein çözünürlüğündeki artıştır (Tsaliki ve diğ., 2004). Aynı çalışmada izoelektrik çöktürme işleminde ortama verilen %0.1’lik ksantan ve %0.5’lik pullulan polisakkaritlerin etkileri de incelenmiştir ve ikisinin de emülsüyon stabilitesine pozitif bir etkisi olduğu görülmüştür. Ancak ksantan ilavesi, pullulan ilavesine göre daha büyük bir etkiye sahip olduğu anlaşılmıştır. Ksantan ve pullulan kullanmanın amacı jel oluşumunu değil, ağ yapısını güçlendirmektir (Tsaliki ve diğ., 2004). Bu iki polisakkaridin eklenmesiyle zaman içinde daha küçük boyutlu yağ damlacıkları üreterek ve birleşme sürecini azaltarak emülsiyon stabilitesi artar (Tsaliki ve diğ., 2004). 2.3.4. Isıl İşlem
Proteinlerin gıda sistemlerindeki performansını etkileyen birçok faktör vardır ve bunlardan biri de ısıl işlemdir (McWatters ve Cherry, 1977). Tohum ürünlerinin ticari olarak işlenmesinde kullanılan ısı, bazı besleyici olmayan faktörleri yok ederek protein kalitesini arttırır (McWatters ve Cherry, 1977). Yapılan bir çalışmada farklı yağlı tohum çeşitleri izolatlarına farklı sürelerde ısıl işlem uygulanmış ve emülsiyon kapasitelerinin tohum çeşitlerine ve uygulama sürelerine göre farklılıklar gösterdiği görülmüştür.
Tablo 4. Isıl işlem uygulanan protein izolatlarının emülsiyon kapasiteleri (ml yağ/100 mg çözünür protein) (McWatters ve Cherry, 1977).
Protein izolat 100 oC’de ısıtma süresi (dakika)
Isıl işlemin protein izolatlarının emülsiyon kapasitelerine olan etkileri Tablo 4’te verilmiştir. Bu sonuçlara göre soya fasulyesi proteinin emülsifiye etme kapasitesinin diğer tohum proteinlerinden daha yüksek olduğu görülmektedir. Çalışmada görüldüğü gibi 100 °C'de 15 ve 60 dakikalık zaman aralıklarında ısıl işlem gören yağlı tohum proteini, ısıl işlem görmemiş tohumlara göre daha iyi emülsiyon oluşturma özelliklerine sahiptir. Aynı şekilde 100 ° C'de 15 ve 30 dakika ısıtılan yağlı tohum proteinleri, ısıl işlemden sonra ilk örneklere kıyasla emülsifiye etme kapasitesi azalan susam ve aspir izolatları hariç daha yüksek emülsiyon oluşturma kapasitesine sahiptir. Tüm örneklerde 60 dakikalık ısıl işlem en iyi emülsifiye etme kapasitesini vermektedir. 2.3.5. Gama Işınlaması
Gıdaların fonksiyonel özelliklerini iyileştirmek amacıyla uygulanan işlemlerden biri de gama ışınlamasıdır. İyonlaştırıcı radyasyon, birincil ve ikincil radyolizin etkisiyle gıda bozulmasını kontrol etmek ve böylece gıdalarda kimyasal reaksiyonlar üretmek için kullanılan bir tekniktir (Brewer, 2009). Önceki bölümde de belirtildiği gibi gama ışınlanmasının kimyasal yöntemlere göre avantajı, gıda maddelerinde kalıntı bırakmamasıdır (Moy, 1985). Gama ışınlaması 10 kGy'den daha
Şekil 5. Radyasyon dozunun susam proteinlerinin emülsifikasyonu kapasitelerine etkisi (Hassan ve diğ., 2018).
Yapılan çalışmada susam tohumları, kobalt 60 radyatörü tarafından üretilen gama ışınlarına 25 ° C'de dakikada 33 Gy olarak normal bağıl nemde 0.5, 1.0, 1.5 ve 2.0 kGy'lik ışınlama dozlarına maruz bırakılmıştır (Hassan ve diğ., 2018). Farklı dozlarda gama radyasyonunun susam tohumlarının emülsifiye edici özellikleri üzerindeki etkisi Şekil 5 ve Şekil 6'te gösterilmektedir. Şekil 5 incelendiğinde, susam tohumu proteininin emülsiyon oluşturma kapasitesinin, ışınlama dozları 1.0 kGy'ye kadar yükseltildiğinde arttığı görülmektedir. Bununla birlikte, 1.5 ve 2.0 kGy'lik yüksek radyasyon dozlarında, emülsiyon oluşturma kapasitesi, ışınlanmamış tohumdan önemli ölçüde daha düşük bir seviyeye düşürülmüştür.
Şekil 6 incelendiğinde, susam tohumunun emülsiyon stabilitesi, ışınlanmamış numunelere kıyasla 0.5 ve 1.0 kGy'lik dozlarda gama radyasyonundan önemli ölçüde etkilenmediği görülmektedir. Bununla birlikte, tohumların 1.5 ve 2.0 kGy'lik daha yüksek radyasyon dozlarına maruz bırakılması, ışınlanmamış numuneye veya düşük radyasyon dozları ile muamele edilen numunelere kıyasla emülsiyon stabilitesini arttırmıştır. Sonuç olarak, gama ışınlamasına maruz bırakılan susam proteinlerinde en iyi emülsiyon oluşturma kapasitesini 1 kGy’lik doz verirken, en iyi emülsiyon stabilitesini ise 2 kGy’lik doz vermiştir (Hassan ve diğ., 2018).
2.4. Köpük Oluşturma
Köpük, sürekli sıvı faz ile çevrelenmiş hava kabarcıklarından oluşan 2 fazlı yapıdır (Sánchez-Vioque ve diğ., 2001). Köpükler, proteinler tarafından oluşturulabilmekte veya stabilize edilebilmektedirler (Tan ve diğ., 2011). Bitkisel proteinlerin köpük oluşturma özellikleri belirtilirken, köpük oluşturma kapasitesi ve köpük stabilitesi gibi parametreler kullanılır. Köpük oluşturma kapasitesi, proteinlerin hava-su ara yüzüne bağlanarak köpük parçacıkları oluşturmaya hazır olma durumlarını temsil ederken köpük stabilitesi ise köpük parçacıklarını stabilize eden güçlü ara yüzey zarlarını oluşturan protein-protein etkileşimleri ile ilgilidir (Kinsella 1981). Birçok gıda ürünü emülsiyon, köpük ve çözelti içermektedir (Fıratlıgil- Durmuş, 2008). Proteinler, tüm bu sistemlerde stabilizör olarak yer almaktadır (Zorba ve diğ., 1998). Gıdalarda köpük oluşumu ve oluşan köpüklerin özellikleri, protein çeşidine, yapısına, çözünürlüğüne, ortamın pH’a, göre değişebilmektedir (Çiftçi, 2018). Bitkisel proteinlerin köpük oluşturma özelliklerini değiştirip iyileştirmek için bazı uygulamalar yapılabilir. Yapılan bu uygulamalarla değişen özellikler, köpük oluşumunu ve stabilitesini etkilemektedir (Massoura ve diğ., 1998). 2.4.1. Ekstrasyon
Yağlı tohumlardaki proteinlerin elde edilmesinde kullanılan yöntemler, proteinlerin bazı özelliklerini değiştirebilmektedir (Çiftçi, 2018). Ekstrasyon yönteminin bitkisel protein konsantresi elde edilmesi işleminde kullanılması durumunda proteinin fonksiyonel özelliklerindeki değişimler incelenmiştir. Yapılan çalışmada farklı pH değerlerinde susam küspesinden protein elde edilmesi için ekstrasyon işlemi uygulanmış, köpük oluşturma kapasitesi araştırılmış, çırpma işlemi öncesi ve sonrası köpük hacimleri ölçülmüştür (Çiftçi, 2018). Farklı pH değerlerinde ekstakte edilen susam küspesi proteinlerinin çırpma öncesi ve sonrası köpük hacimleri ve köpük kapasiteleri, Tablo 5’te gösterilmiştir. Tablo incelendiğinde en iyi köpük hacmini ve köpük kapasitesini pH 7’deki ekstasyon koşulunun sağlamakta olduğu görülmektedir. Asidik koşullarda protein konsantrelerinin köpük hacminin düşük olduğu anlaşılmaktadır. Bu durumun sebebi susam protein konsantreleri bazik ortamlarda daha esnek bir protein yapısına sahip olduğundan hava ve su ara yüzeyindeki etkileşimi daha güçlü olur ve böylece daha stabil köpük hacimleri oluşmasıyla açıklanabilir (Çiftçi, 2018). Ancak yapılan çalışmada, çırpılma süresi arttığında köpük stabilitesinde önemli bir düşüş olduğu kaydedilmiştir (Çiftçi, 2018). Tablo 5. Farklı pH değerlerinde ekstrakte edilen susam küspesi protein konsantrelerinin köpük hacimleri ve köpük oluşturma kapasiteleri (Çiftçi, 2018).
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gama ışınlanmasının kimyasal yöntemlere göre avantajı, gıda maddelerinde kalıntı bırakmamasıdır (Moy, 1985). Yapılan çalışmada çeşitli dozlardaki gama ışınlamasının susam tohumlarının protein özellikleri ve fonksiyonel özellikleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Bu çalışmada susam tohumları, kobalt 60 radyatörü tarafından üretilen gama ışınlarına 25 ° C'de dakikada 33 Gy olarak normal bağıl nemde 0.5, 1.0, 1.5 ve 2.0 kGy'lik ışınlama dozlarına maruz bırakılmıştır (Hassan ve diğ., 2018). Susam proteininin globulin ve albümin fraksiyonları, 1.0 kGy ve üstü dozlardaki gama radyasyonun arttırdığı kanıtlanmıştır (Hassan ve diğ., 2018).
konsantrelerinin emülsifiye edici özellikleri incelenmiştir (Tirgar ve diğ., 2017). Alkali keten tohumu proteini konsantresi, izoelektrik çökeltme kullanılarak hazırlanmıştır ve süspansiyonun pH'ı, alkali ekstraksiyon sırasında pH 9.5'te tutulmuştur (Tirgar ve diğ., 2017). Enzimatik keten tohumu protein konsantresinin ekstrasyon işleminde, ağırlıkça %2 oranında selülaz enzimi kullanılmıştır (Tirgar ve diğ., 2017). Enzimatik solvent ekstrasyonunda keten tohumu protein konsantresi, enzimatik ekstraksiyon işleminde olduğu şekilde hazırlanmış, ardından %95’lik etanol ilave edilmiştir (Tirgar ve diğ., 2017).
Yapılan bir çalışmada kolza tohumu proteinlerinin fonksiyonel özelliklerinin hidroliz işlemiyle değişimi incelenmiş, sonuçlar Şekil 2’de gösterilmiştir.
düşük bir dozda kullanıldığında, makro ve mikro besin maddeleri gibi besinsel özellikler iyonlaştırıcı radyasyondan etkilenmez ve aynı zamanda gıdaların raf ömrü artar (Brewer, 2009).