Farklı kaynaklardan elde edilen postbiyotiklerin karakterizasyonu ve fonksiyonel bileşen olarak kullanım olanakları
Characterization of postbiotics obtained from different sources and their usage as functional components
Yazar: DİLARA YALMANCI
Danışman: PROF. DR. ENES DERTLİ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
GRAS statüleri ile gıdalar için önemli bakteriler olan Laktik Asit Bakterileri (LAB) çok çeşitli fermentasyon ortamlarından izole edilebilmekte olup ortam şartlarındaki farklılıklarla ilişkili olarak önemli tekno-fonksiyonel özelliklere sahip olan ekzopolisakkaritleri (EPS) üretebilmektedirler. Bu çerçevede çimlendirilmiş tahıl taneleri bu çalışmada özgün kaynaklar olarak seçilmiş ve bu ortamlardan izole edilen LAB suşlarında EPS üretimi fizikokimyasal olarak karrakterize edilmiştir. Bu kapsamda fermente edilmiş tahıl taneleri ile oluşturulan ortamlardan elde edilip genotipik olarak tanımlanan 17 farklı suş içerisinden Weissella confusa W-16 ve Leuconostoc lactis GW-6 suşlarına ait EPS'ler saflaştırılarak kimyasal karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. EPS yapılarının monomer kompozisyonu HPLC analizi ile belirlenmiş ve yapının sadece glukoz birimlerinden oluştuğu tespit edilmiştir. FTIR analizi ile bu α-D-glukoz birimlerinin (1→6) / (1→3) bağları ile yapıda yer aldığı ve 1H ve 13C NMR analizi ile ise bu EPS yapılarının %1-3 ila %5-7 (1→3) bağlı α-D-glukoz üniteleri içeren homopolimerik yapıda lineer zincirli dekstranlar oldukları açığa çıkarılmıştır. Termal özelliklerin açığa çıkarılması amacıyla uygulanan TGA ve DSC analizleri sonucunda EPS yapılarının yüksek termal stabiliteye sahip olduğu belirlenmiştir. Ayrıca XRD analizi ile yapıların amorf karakter gösterdiği tespit edilmiştir. Sonuç olarak, EPS yapılarının homopolimerik glukan yapıda lineer dekstran tipte az dallanma oranına sahip polimerler olduğu ortaya çıkarılmıştır. Karakterize edilen EPS'lerin fonksiyonel bileşen olarak kullanım imkanlarının değerlendirilmesi için iki farklı gıda uygulaması gerçekleştirilmiştir. İlk olarak peynir altı suyu protein izolatı (WPI) ile saflaştırılan EPS'lerin ısıl işlemle oluşturduğu kompleksin mayonez örneklerinde yağ ikame edici özelliğinin değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda farklı konsantrasyonlarda WPI-EPS kompleksleri hazırlanarak 50% oranında yağ miktarı azaltılmış mayonez formülasyonlarına ilave edilmiş ve ksantan gum ile hazırlanmış %100 ve %50 yağlı kontrol mayonez örnekleri ile karşılaştırılmıştır. Örneklerin reolojik özellikleri, akış davranışları, frequency sweep ve 3-ITT reolojik özellikleri emülsiyon ve oksidatif stabiliteleri belirlenmiştir. %2 EPS ve %5 WPI kompleksinin, az yağlı mayonezlerde sağlam bir yapı sağladığı ve fiziksel stabiliteyi geliştirdiği ve yağ ikamesi olarak kullanılabileceği belirlenmiştir. Diğer bir gıda uygulamasında EPS yapısının glutensiz ürünlerde yapı geliştirici ajan olarak kullanım imkanları değerlendirilmiş ve bu amaçla nohut unundan yapılmış keklerin yapısal özellikleri buğday unlu kontrol kek örnekleri ile karşılaştırılmıştır. Kek hamurlarına ait reolojik özellikler ile kek örneklerinin tekstürel ve fiziksel özelliklerinin EPS-WPI kompleksinin ilavesi ile geliştirilebildiği açığa çıkartılmıştır. Sonuç olarak elde edilen verilertahıl tanelerinin fermentasyonu ile oluşturulan ortamların özgün glukan üreticisi LAB suşlarını içerdiği ve bu glukanların gıda formülasyonlarında tekno-fonksiyonel katkı sağlayabildikleri gösterilmiştir. Tüketici beklentilerine uygun olarak temiz etiketli ürünlerin üretilmesi kapsamında bu EPS'lerin önümüzdeki dönemde kapsamlı çalışmalara daha fazla konu olabileceği öngörülmektedir.

Abstract:
Lactic acid bacteria, which are important bacteria for foods with their GRAS status, can be isolated from a wide variety of fermentation media and can produce exopolysaccharides with important techno-functional properties in relation to differences in ambient conditions. The aim of this study is to isolate EPS producer LAB strains from fermented media created with various cereal and leguminous grains, which have an important place in human nutrition, and to chemically characterize EPS structures of the two types that produce EPS with the highest efficiency and to evaluate their use as functional components in foods. In this context, EPSs belonging to Weissella confusa W-16 and Leuconostoc lactis GW-6 strains were purified, and chemical characterization was carried out among 17 different genotypically defined strains. The monomer composition of the EPS structures was determined by HPLC analysis, and it was determined that the structure consisted only of glucose units. With FTIR analysis, these α-D-glucose units are located in the structure with (1→6) / (1→3) bonds, and with 1H and 13C NMR analysis, these EPS structures are 1-3% to 5-7% (1→3) were found to be linear chain dextrans in homopolymeric structure containing linked α-D-glucose units. As a result of TGA and DSC analyzes applied to reveal the thermal properties, it was determined that EPS structures have high thermal stability. In addition, it was determined that the structures showed amorphous character by XRD analysis, and this data was supported by DTA data applied for thermal analysis. As a result, it has been revealed that EPS structures are linear dextran type polymers with low branching ratio in homopolymeric glucan structure. Two different food applications were carried out to evaluate the possibilities of using the characterized EPSs as functional components. First, it was aimed to evaluate the fat-substituting feature of the complex formed by heat treatment of whey protein isolate (WPI) and EPS in mayonnaise samples. In this context, different concentrations of WPI-EPS complexes were prepared and added to mayonnaise formulations with 50% reduced fat content and compared with 100% and 50% oily control mayonnaise samples prepared with xanthan gum. The rheological properties, flow behavior, frequency sweep and 3-ITT rheological properties of the samples, emulsion and oxidative stability were determined. It has been determined that the complex of 2% EPS and 5% WPI provides a solid structure and improves physical stability in low-fat mayonnaises and can be used as a fat substitute. As another food application, the possibilities of using EPS structures as a structure improving agent in gluten-free products were evaluated and for this purpose, the structural properties of the cakes made from chickpea flour were compared with the wheat flour control cake samples. It has been revealed that the rheological properties of cake batters and the textural and physical properties of cake samples can be improved by the addition of EPS-WPI complex.