İki aşamalı emülsiyon yöntemiyle üretilen peynir altı suyu mikro-parçacıklarının fizikokimyasal özellikleri ve kefirde kullanılması
Investigation of physicochemical properties of whey protein micro-particles produced using two-step emulsification method and their use in kefir
Yazar: ALEV EMİNE İNCE COŞKUN
Danışman: PROF. DR. ÖZGÜL ÖZDESTAN OCAK
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Arap zamkı = Gum-arabic ; Biyojenik aminler = Biogenic amines ; Fermente gıdalar = Fermented foods ; Fonksiyonel besinler = Functional foods ; Hidrokolloidler = Hydrocolloids ; Kolloidal sistemler = Colloidal systems ; Polimerik partiküller = Polymeric particles ; Sertlik = Hardness ; Tiramin = Tyramine

Özet:
Proteinler, insan vücudunda hem yapısal hem de fonksiyonel özelliklere sahiptir. Bu nedenle proteinler beslenmede önemli yer tutmaktadır. Gıdalardaki proteinlerin, doygunluk hissini arttırma, kas ve kemik gelişimini destekleme gibi fonksiyonel özellikleri bulunmaktadır. Bu özelliklerinden dolayı proteinler, yaşlıların, obezite hastalarının ve sporcuların beslenmesinde özel bir öneme sahiptir. Bu tür grupların beslenmelerinde proteini arttırılmış gıdalar kullanılmaktadır. Ancak, bu gıdaların işlenmesi zordur, çünkü işleme sırasında proteinler yapısal olarak değişmekte ve kıvam artışı, bulanıklık, jelleşme gibi istenmeyen sonuçlara neden olabilmektedir. Bu olumsuz sonuçları engellemek için uygulanan yöntemlerden bir tanesi proteinlerin kontrollü şekilde denatüre edilmesidir. Bu projede, peynir altı suyu (PAS) proteinleri iki aşamalı emülsifikasyon adı verilen bir yöntemle mikron boyutunda parçacıklar haline getirilmiş, bu parçacıkların dispersiyon içindeki davranışları incelenmiş ve parçacıklar kefirde fonksiyonel bileşen olarak kullanılmıştır. 
PAS proteini parçacıklarının NaCl, MgCl2 ve AlCl3 tuzlarının varlığında davranışları incelenmiş ve parçacıkların +1, +2 ve +3 değerlikli katyonların bulunduğu ortamlarda DLVO teorisinden türetilen Schulze-Hardy kuralına uygun davrandığı tespit edilmiştir. Ayrıca, +2 ve +3 değerlikli iyonların bulunduğu sistemlerde spesifik iyon etkisi gözlemlenmiştir. Tuz iyonlarının varlığında, PAS proteini parçacıkları kolloidal parçacıklar gibi davranmıştır.
Isıl işlemlerin etkisini görebilmek için, PAS proteini parçacıklarının ısı stabiliteleri, protein ve polisakkarit içeren farklı ortamlarda araştırılmıştır. Arap zamkının bulunduğu sistemlerde, parçacıklar ısıya karşı dayanıklı hale gelmiştir. Isı stabilitesini sağlayan mekanizmanın, protein parçacıkları ve Arap zamkı arasındaki sterik etkileşim olduğu düşünülmektedir. 
PAS proteini parçacıkları, köpük sistemlerinde kullanılarak yüzey aktif özellikleri incelenmiş ve parçacıkların elektriksel yüklerinin yüksek olmasının köpük stabilitesini arttırdığı tespit edilmiştir. Bu durum, ham proteinlerin davranışlarından farklıdır ve PAS proteini parçacıklarının kolloidal özellikte olduğunun farklı bir göstergesidir. 
Fiziksel ve kimyasal özellikleri belirlenen PAS proteini parçacıkları, kefirde proteini arttırmak ve serum ayrılması problemini geciktirmek amaçlı kullanılmıştır. Kefirde protein içerikleri farklı olan iki tür PAS proteini parçacığı kullanılmıştır. Protein içeriği yüksek olan parçacıklar, kefirdeki protein miktarını, fizikokimyasal ve duyusal özellikleri bozulmadan, 2 katına çıkarabilmiştir. Protein içeriği düşük olan parçacıklar ise kefirdeki serum ayrılmasını geciktirmiştir. Mikro-yapıları farklı PAS proteini parçacıkları, yapı-fonksiyon ilişkisine bir örnek oluşturmuştur. Kefir örnekleri biyojen amin açısından da analiz edilmiş ancak konsantrasyonları güvenli sınırların içerisinde bulunmuştur. Depolama süresince yapılan analizlerde, biyojen aminlerin hem oluştuğu hem de degrade olduğu tespit edilmiştir. 
Bu çalışma, esnek bir yöntem olan iki aşamalı emülsifikasyon yöntemiyle üretilen PAS proteini parçacıklarının fiziksel ve kimyasal özelliklerinin belirlenmesinde ve bu parçacıkların ilk defa kefirde kullanılmasında öncüdür. Parçacıkların olası kullanım alanlarının protein miktarı arttırılmış gıdalar, kontrollü salınım sistemleri ve enkapsülasyon uygulamaları olabileceği öngörülmüştür.

Abstract:
Proteins have both structural and functional properties in the human body. Therefore, proteins are important in human nutrition. Food proteins have functional properties such as increasing satiety and supporting muscle and bone development. Due to these properties, proteins have special importance in the nutrition of the elderly, obese, and sportsmen. In the nutrition of such groups, protein-enriched foods are used. However, the processing of protein-enriched foods is challenging because the proteins undergo structural changes which may cause unwanted results such as increased viscosity, turbidity, or gelation. One of the methods to prevent these unwanted outcomes is the controlled denaturation of the proteins.  In this project, whey protein isolate (WPI) micro-particles were produced by using two-step emulsification method, the behavior of these particles in the dispersion was investigated, and the particles were used as functional components in kefir. 
The behaviour of WPI particles in the presence of NaCl, MgCl2, and AlCl3 salts was investigated and it was determined that the particles behave in accordance with the Schulze-Hardy rule, which was derived from the DLVO theory. In addition, specific ion effects were observed in systems with divalent and trivalent ions. WPI particles behaved like colloidal particles in the presence of salt ions.
To see the effect of heat treatment, the heat stability of WPI particles was investigated in different media containing protein and polysaccharides. In systems containing gum Arabic, WPI particles became heat stable. The mechanism behind this is thought to be the steric interaction between protein particles and gum Arabic.
By using WPI particles in foam systems, the surface-active properties were examined and it was determined that particles with high electrostatic charges increased the foam stability. This behaviour is different from the behaviour of native proteins and this situation is another indication of the colloidal nature of WPI particles.
WPI particles, whose physical and chemical properties were determined, were used to increase the protein content in kefir and to retard the serum separation. Two types of WPI particles with different protein contents were used in kefir. Dense WPI particles could double the protein amount in kefir without changing the physicochemical and sensory properties of the plain one. Soft WPI particles, with low protein content, delayed serum separation. WPI particles with different microstructures provided a good example of a structure-function relationship. Kefir samples were also analyzed for biogenic amine content that could pose a risk; however, the total biogenic amine content was found within the safe limits. During the storage of kefir samples, it was found that biogenic amines were both formed and degraded. 
With this study, WPI particles, produced by using a flexible method called two-step emulsification, were investigated in terms of their physical and chemical properties and used in kefir for the first time. The possible use areas of these particles could be protein-enriched foods, controlled release systems, and encapsulation applications.