Bal kabağı tozunun fizikokimyasal ve sorpsiyon özellikleri üzerine kurutma metotlarının etkisi ve  bal kabağı tozunun kek üretiminde kullanımı
Effect of drying methods on physcochemical and sorption properties of pumpkin powder and use of pumpkin powder in cake production
Yazar: ÖZGE İLGÖY GÖZÜKARA
Danışman: ÖĞR. GÖR. FATMA EBRU FIRATLIGİL DURMUŞ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Balkabağı = Pumpkins ; Cucurbitaceae = Cucurbitaceae ; Kurutma yöntemleri = Drying methods

Özet:
Balkabağı, Kabakgiller (Cucurbitaceae) familyasında yer alan, lifli ve turuncu renkli, Türkiye, Amerika, Çin, Mısır ve Hindistan başta olmak üzere dünyada yaygın olarak tüketilen bir meyvedir.  Kalsiyum, potasyum gibi mineraller, fitosteroller, çoklu doymamış yağ asitleri, karoteneid ve tokoferol gibi antioksidan vitaminler, çinko gibi iz elementler bakımından oldukça zengin ve sodyum içeriği oldukça düşük olan balkabağının ve balkabağı yağının sağlığa olan faydaları yapılan araştırmalar sonucunda kanıtlanmıştır. 
Günümüzde sağlıklı beslenmeye verilen önemin artmasıyla tüketiciler fonksiyonel ve doğal gıdalara yönelmeye başlamışlardır. Balkabağı, sağlık açısından olumlu etkileri bulunan ve lif ve karotenoidler bakımından zengin olması nedeniyle yiyecek ve içecek endüstrisinde kullanım potansiyeli bulunan önemli bir meyvedir. Balkabağı, direk olarak tüketildiği gibi çeşitli işlemlerden geçirilerek reçel, püre, şurup, ekmek, kurabiye, çorba yapımında yaygın olarak hammadde olarak da kullanılmaktadır. Ancak, su aktivitesi sebebiyle balkabağının depolanması süresince, kuru madde ve ß-karoten miktarlarında azalma meydana gelmektedir, bunun sonucunda balkabağının kalitesi, raf ömrü ve sağlığa olan olumlu etkileri azalmaktadır. Balkabağının kurutularak saklanması ile kalitesi iyileşmekte ve raf ömrü artmaktadır.  Raf ömrünün yanı sıra, kurutma işlemi, balkabağının taşıma ve işleme sırasında da kolaylık sağlamaktadır. 
Dünyada tüketilen fırıncılık ürünleri arasında ilk sıralarda yer alan kek, lezzetli ve doyurucu oluşu ve duyusal özelliklerinin iyi olması sebebiyle tüketiciler tarafından oldukça tercih edilmektedir. Ancak, kekin depolanması sırasında meydana gelen bayatlama, nem ve aroma kaybı, tat ve tekstürel özelliklerde azalma, kekin raf ömrü üzerinde olumsuz etki yaratmaktadır. Bu olumsuz etkileri ortadan kaldırmak ve kekin raf ömrünü arttırmak amacıyla kullanılan en yaygın yöntemlerden biri ise kekin ana hammaddesi olan buğday ununun farklı gıda bileşenleri ile zenginleştirilmesidir. 
Yapılan literatür araştırmaları, çeşitli yöntemlerle kurutularak elde edilmiş balkabağı tozunun ekmek, makarna ya da noddle gibi ürünlerin duyusal, tekstürel ve besin özelliklerini arttırmak amacıyla kullanıldığını ve bu ürünlerin renk, tat, hacim, tekstür ve besin içeriği gibi özelliklerini geliştirmede başarılı olduğunu göstermiştir. Ancak literatürde balkabağı tozunun fizikokimyasal ve sorpsiyon özelliklerini ve farklı kurutma metotlarının bu özellikler üzerine etkisini inceleyen detaylı bir çalışmaya henüz rastlanamamıştır. Ayrıca literatürde balkabağı tozunun kekin kalitesine ve tekstürel özelliklerine etkisini inceleyen bir çalışmaya rastlanmamıştır.
Bu çalışmanın amacı, dondurarak ve sıcak hava ile kurutma yöntemleri ile elde edilmiş balkabağı tozunun su tutma, yağ tutma, suda çözünürlük indeksi, emülsiyon oluşturma gibi fizikokimyasal özellikleri ve nem sorpsiyon özellikleri üzerine etkisinin incelenmesi ve balkabağı tozunun kek içinde kullanım olanağının araştırılmasıdır. Çalışmada kullanılan balkabağı suda haşlanarak püre haline getirilmiş ve elekten geçirilerek -80°C?de depolanmıştır. Balkabağı püreleri dondurarak ve sıcak hava ile kurutma yöntemleri ile kurutulmuş ve 450 Mikron elekten geçirilmiş, balkabağı tozu elde edilmiştir.  Belirtilen hedefler doğrultusunda öncelikle balkabağı tozunun su ve yağ tutma, suda çözünürlük ve emülsiyon özellikleri belirlenmiştir. Sıcak hava ile kurutulmuş balkabağı tozunun su tutma değeri 6,5 g su/g örnek, yağ tutma değeri 4,1 g yağ/g örnek, suda çözünürlük değer, %37,6, emülsiyon aktivite ve emülsiyon stabilite değerleri sırasıyla %43,3 ve %93,1, dondurarak kurutulmuş balkabağı tozunun ise su tutma değeri 7,9 g su/g örnek, yağ tutma değeri 5,9 g yağ/g örnek, suda çözünürlük değeri %38,2, emülsiyon aktivite ve emülsiyon stabilite değerleri sırasıyla %47,2 ve %98,2 olarak bulunmuştur. Dondurarak kurutma işlemi ile sıcak hava ile kurutma işlemine kıyasla daha yüksek yağ ve su tutma kapasiteli ve daha iyi emülsiyon özelliklerine sahip ürünler elde edilmektedir. Ancak suda çözünürlük özellikleri üzerine kurutma yönteminin etkisinin önemli olmadığı gözlenmiştir. 
Balkabağı tozu ile bulundukları ortam arasındaki nem alışverişinin tahmin edilmesi belirlemek amacıyla sorpsiyon özellikleri incelenmiştir. Sıcak hava ile kurutulmuş balkabağı tozunun 25ºC?deki denge nem içerikleri 0,29-0,79 su aktivitesi değerlerinde kuru bazda %5,91-42,73, dondurarak kurutulmuş balkabağı tozunun ise 25ºC, 35ºC ve 45ºC?de denge nem içerikleri 0,28-0,80 su aktivitesi değerlerinde sırasıyla kuru bazda %6,53-41,58; %5,14-45,25 ve %4,85-44,96 olarak değişmektedir. Dondurarak ve sıcak hava ile kurutulmuş balkabağı tozu örneklerinin sorpsiyon izotermlerinin karakteristik J-şekile sahip Tip III izotermine uygun karakteristik özellik gösterdiği gözlenmiştir. Sıcaklık arttıkça dondurarak kurutulmuş balkabağı tozunun daha az nem adsorbladığı gözlenmiştir. Kurutma metodunun etkisi incelendiğinde, dondurarak kurutma yöntemi ile sıcak hava ile kurutma yöntemine kıyasla daha iyi nem adsorplama özellikte ürün elde edildiği gözlenmiştir. Balkabağı tozunun denge nemi ve su aktiviteleri arasındaki ilişkiyi tanımlamak için sorpsiyon izotermleri çeşitli matematiksel modeller kullanılarak modellenmiştir. Sıcak hava ile kurutulmuş balkabağı tozu için en düşük MRE değeri (1,62), en düşük SEM değeri (0,51) ve en yüksek R2 değeri (0,999) Oswin modeli için elde edilmiştir. Dondurarak kurutulmuş balkabağı tozu için ise, en düşük MRE değeri (1,70), en düşük SEM değeri (0,46) ve en yüksek R2 değeri (0,999) Henderson modeli için elde edilmiştir. Oswin, Iglesias ve Chirifie, Henderson ve Halsey modellerinin hem dondurarak kurutulmuş hem de sıcak hava ile kurutulmuş balkabağı tozunun tüm deneysel verilerini temsil edecek en iyi model oldukları görülmüştür. Kurutma için gerekli olan enerji miktarının belirlenmesi için sorpsiyon ısısı incelenmiştir ve %8 nem içeriği değerinde 11,40 kJ/mol, %24 nem içeriği değerinde 4,00 kJ/mol ve %40 nem içeriği değerinde 2,43 kJ/mol olarak belirlenmiştir. Nem içeriği arttıkça sorpsiyon ısısı değeri azalmaktadır. 
Balkabağı tozunun kekin fiziksel ve kalite özellikleri üzerine etkisi incelenmiştir. Bu amaçla kekin içinde yer alan buğday unu %50 oranında balkabağı tozu ile zenginleştirilmiştir. Kontrol keki ve %50 oranında balkabağı tozu ile zenginleştirilmiş kek örneklerinin hamur yoğunlukları, depolama süresince nem içerikleri ve su aktivite değerleri incelenmiştir. Kontrol kekinin hamur yoğunluğu değeri 1,24 g/cm3, %50 oranında balkabağı tozu ile zenginleştirilmiş kekinin hamur yoğunluğu 1,30 g/cm3 olarak bulunmuştur. Kontrol kekinin nem içeriği değeri %32,9-41,5, %50 oranında balkabağı tozu ile zenginleştirilmiş kekin nem içeriği değeri %36,3-43,2 olarak belirlenmiştir. Depolama süresi arttıkça kek örneklerinin nem içeriklerinin azaldığı gözlenmiştir. Kontrol kekinin ve %50 oranında balkabağı tozu ile zenginleştirilmiş kekin su aktivite değerleri 0,89-0,91 olarak belirlenmiştir. %50 oranında balkabağı tozu ilavesinin kekin hamur yoğunluğunu ve nem içeriği değerini arttırdığı ancak, su aktivitesi değerine önemli bir etkisinin olmadığı görülmüştür. Kontrol kekinin ve %50 balkabağı tozu ile zenginleştirilmiş kekin 5 gün boyunca tekstürel özellikleri incelenmiştir. Kontrol kekinin sertlik değerleri 3,20-5,50 N, yapışkanlık değerleri 0,30-0,41, esneklik değerleri 5,12-5,91, sakızımsılık değerleri 1,22-1,85 N, çiğnenebilirlik değerleri 7,50-9,70 N olarak belirlenmiştir.  %50 oranında balkabağı tozu ile zenginleştirilmiş kekin sertlik değerleri 1,69-2,76 N, yapışkanlık değerleri 0,29-0,38, esneklik değerleri 4,94-5,63, sakızımsılık değerleri 0,58-0,80 N, çiğnenebilirlik değerleri 3,09-3,61 N olarak belirlenmiştir. Depolama süresince kek örneklerinin sertlik, sakızımsılık ve çiğnenebilirlik değerlerinin arttığı, yapışkanlık ve esneklik değerlerinin azaldığı gözlenmiştir. Kekin %50 oranında balkabağı tozu ile zenginleştirilmesinin, kekin sertlik, sakızımsılık ve çiğnenebilirlik değerlerini azalttığı, yapışkanlık ve esneklik değerlerine etkisinin ise az olduğu gözlenmiştir.  Kontrol keki ve %50 oranında balkabağı tozu ile zenginleştirilmiş kek örneklerinin renk özellikleri incelenmiştir. Kontrol kekinin L* değeri 61,22, a* değeri 0,58 ve b* değeri 17,20, %50 oranında balkabağı tozu ile zenginleştirilmiş kekin ise L* değeri 56,85, a* değeri 7,24 ve b* değeri 28,77 olarak bulunmuştur. Balkabağı tozu ilavesinin kekin parlaklığını azalttığı, kırmızılığını ve sarılığını arttırdığı gözlenmiştir. 
Balkabağı tozunun nişasta retrogradasyonuna etkisini belirlemek amacıyla, kontrol kekinin ve %50 oranında balkabağı ile zenginleştirilmiş kekin 5 gün boyunca başlangıç değişim sıcaklığı (To), değişim sonrası sıcaklık (Tc), pik değişim sıcaklığı (Tp) ve entalpi değişimi (?H) incelenmiştir. Kontrol kekinin başlangıç değişim sıcaklığı (To) 106,2-110,5 ºC, pik maksimum sıcaklığı (Tp) 119,6-122,0 ºC, değişim sonrası sıcaklık  (Tc) 137,9-138,1 ºC ve entalpi değişimi (?H) 485,1-612,2 J/g olarak belirlenmiştir. %50 balkabağı tozu ile zenginleştirişmiş kekin başlangıç değişim sıcaklığı (To) 106,0-108,5 ºC,  pik maksimum sıcaklığı (Tp) 114,7-122,4 ºC, değişim sonrası sıcaklık  (Tc) 138,0-138,2 ºC ve entalpi değişimi (?H) 475,2-577,5 J/g olarak belirlenmiştir. Kontrol kekinin ve balkabağı tozu ile zenginleştirilmiş kekin entalpi değişimi değerlerinin depolama süresince arttığı gözlenmiştir. Balkabağı tozu ilavesinin kekin To, Tp ve Tc değerlerine bir etkisinin olmadığı ancak kekin entalpi değişimi (?H) değerlerini azalttığı ve nişasta retrogradasyonunu yavaşlattığı gözlenmiştir.
Bu çalışma göstermektedir ki, dondurarak kurutulmuş ve sıcak hava ile kurutulmuş balkabağı tozu iyi fizikokimyasal ve sorpsiyon özellikler göstermiştir. Dondurarak kurutma işlemi ile sıcak hava ile kurutma işlemine kıyasla daha iyi fizikokimyasal ve sorpsiyon özellikte balkabağı tozu elde edilmiştir. Buna ek olarak, balkabağı tozu kekin tekstürel, nem içeriği, renk gibi özelliklerini geliştirmiş ve bayatlamayı geciktirmiştir. Bu sonuç, balkabağı tozunun gıda sistemleri içinde fonksiyonel bir hammadde olarak kullanabileceğini göstermektedir.

Abstract:
Pumpkins, which are from the family of Cucurbitaceae and provide a valuable source of dietary fiber, are grown throughout the world, especially Turkey, United States, China, Egypt and Indian.  Pumpkins are rich in calcium, potassium, phytosterols, unsaturated fatty acids, carotenoids, tocopherols and zinc and its sodium value is very low. Pumpkin seed and pumpkin seed oil have been implicated in providing many health benefits. 
Since, awareness about consuming healthy and nutrious foods have been increased recently, people tend to consume functional and natural foods. Pumpkin has a positive effect on health owning to its high dietary fiber and carotenoids content and because of these beneficial effects, it is very important fruit that can be used in foods as well. They are consumed either raw or processed and used in cooking and baking as an ingredient of jams, bread, cookies and soups. Fresh pumpkins are very sensitive to spoilage due to its water activity and dry content and ß-carotene content is decreased during the storage of fresh pumpkin. Because of that, quality, shelf life and beneficial effects on health are decreased. Drying is one of the most widely used primary methods of food preservation for fresh foods and drying of pumpkin provides better quality and longer shelf life. In addition to this, drying is also provides smaller space for storage and lighter weight for transportation.
Cake is one of the most important elements in the world diet and because of that cake is very delicious, satisfactory and has good sensory properties, the consumers mostly prefer it. However, staling and correspondingly decrease in moisture, flavor, taste and textural properties of cake during storage has negative effects on shelf life of the product. With the aim of removing these negative effects and increasing the shelf life of the product, incorporation of wheat flour with various functional additives has been considered as mostly used method. 
It has been reported that, incorporation of pumpkin powder would use for improving the nutritional value, sensory and textural properties and increasing the quality of products such as bread, pasta and noodle. Pumpkin powder would develop the color, taste, volume, textural properties and nutritional value and increase the quality of these products. However, a detailed study of physicochemical and sorption properties of pumpkin powder and effects of drying method on these functional properties of pumpkin powder has not been conducted, yet. In addition to this, the detailed study of effects of pumpkin powder on quality and textural properties of cake has not been conducted, yet.
The aim of this study was to determine effect of drying method on the physico-chemical attributes such as water and oil holding capacity, water adsorption and emulsion properties and water sorption attributes of pumpkin and to determine the effects of adding pumpkin powder on the quality and textural properties of cake.
In this study, pumpkin powder was prepared from fresh pumpkins by removing the seeds, cutting into small pieces followed by soaking. The resulting pumpkin pulp was passed through sieve and then kept in -80°C. Pumpkin pulp was dried with two different methods; hot air drying and freeze drying and passed through a mesh sieve of size 450 Mikron. Firstly, water holding capacity, oil holding capacity, water sorption index, emulsion activity and emulsion stability of pumpkin powder samples were determined. For hot air dried pumpkin powder, water holding capacity was found 6.5 g water/g sample, oil holding capacity was found 4.1 g oil/g sample, water adsorption index was found 37.6%, emulsion activity and emulsion stability was found 43.3% and 93.1, respectively. For freeze dried pumpkin powder, water holding capacity was found 7.9 g water/g sample, oil holding capacity was found 5.9 g oil/g sample, water adsorption index was found 38.2%, emulsion activity and emulsion stability was found 47.2% and 98.2%, respectively.  Freeze drying process provided higher water and oil adsorption capacity and better emulsion properties in comparison with hot air drying process for pumpkin powder. But there were no significant differences in water adsorption index values between hot air dried pumpkin powder and freeze dried pumpkin powder.  
With the aim of estimation of moisture transfer between pumpkin powder and its environment, sorption properties of pumpkin powder were investigated. Equilibrium moisture content of hot air dried pumpkin powder was found 5.91-42.73% d.b. at a water activity 0.29-0.79 for 25ºC. Equilibrium moisture content of freeze dried pumpkin powder was found 6.53-41.58%, 5.14-45.25% and 4.85-44.96% d.b. at a water activity 0.28-0.80 for 25ºC, 35ºC, 45ºC, respectively. The sorption isotherms of hot air dried and freeze dried pumpkin powder showed the shape of type III. The equilibrium moisture content was decreased with increasing temperature at constant water activity. Freeze-dried pumpkin powder showed better moisture adsoption properties in comparison with hot air dried pumpkin powder. With the aim of estimation of relationship between equilibrium moisture content and water activity, sorption isotherms were modeled with various mathematical models. For hot air dried pumpkin powder, the lowest MRE value (1.62), the lowest SEM value (0.51) and the highest R2 value (0.999) were obtained with Oswin model. For freeze dried pumpkin powder, the lowest MRE value (1.70), the lowest SEM value (0.46) and the highest R2 value (0.999) were obtained with Henderson model. Oswin, Iglesias and Chirifie, Henderson and Halsey equation were found as best models, which are closest, fit to the experimental adsorption data of pumpkin powder. To determine of energy value, which is required for drying, sorption heat of freeze-dried pumpkin powder was examined. Sorption heat of freeze-dried pumpkin powder was found 11.40 kJ/mol at moisture content 8%, 4.00 kJ/mol at moisture content 24% and 2.43 kJ/mol at moisture content 40%. Sorption heat value was decreased with increasing moisture content. 
Effect of pumpkin powder addition on physical and quality properties of cake was evaluated. For this purpose, wheat flour was supplemented with %50 freeze dried pumpkin powder. Batter density and moisture content and water activity during 5 days of storage of control cake and pumpkin cake were determined. Batter density was found 1.24 g/cm3 for control cake and 1.30 g/cm3 for pumpkin cake. Moisture content of control cake and pumpkin cake was found 32.9-41.5% and 36.3-43.2%, respectively. Moisture content of cake samples was decreased during 5 days of storage. Pumpkin powder increased the batter density and moisture content of cake and also decreased the rate of moisture transfer during storage. Water activity of cake samples was found 0.89-0.91. It was observed that pumpkin flour had no significant effect on water activity of cake. Textural properties such as hardness, cohesiveness, springiness, gumminess and chewiness of cake samples were evaluated during 5 days of storage. Hardness, cohesiveness, springiness, gumminess and chewiness of control cake was found 3.20-5.50 N, 0.30-0.41, 5.12-5.91, 1.22-1.85 N, 7.50-9.70 N, respectively. Hardness, cohesiveness, springiness, gumminess and chewiness of pumpkin cake was found 1.69-2.76 N, 0.29-0.38, 4.94-5.63, 0.58-0.80, 3.09-3.61 N, respectively. Hardness, gumminess and chewiness values were increased but, cohesiveness and springiness values were decreased during 5 days of storage for both cake samples. Pumpkin powder decreased hardness, gumminess and chewiness values but it was observed that pumpkin powder had no significant effect on cohesiveness and springiness values of cake. Color values of control and pumpkin cake samples were measured. L* value, a* value and b* value was measured as 61.22, 0.58 and 17.20 for control cake and 56.85, 7.24 and 28.77 for pumpkin cake. Pumpkin powder decreased brightness and increased redness and yellowness of the cake. 
With the aim of evaluation of effect of pumpkin powder on starch retrogradation, onset temperature (To), conclusion temperature (Tc), peak temperature (Tp) and enthalpy change (?H) were evaluated during 5 days of storage. Onset temperature (To), conclusion temperature (Tc), peak temperature (Tp) and enthalpy change (?H) of control cake was found 106.2-110.5ºC, 119.6-122.0ºC, 137.9-138.1ºC and 485.1-612.2 J/g, respectively. Onset temperature (To), conclusion temperature (Tc), peak temperature (Tp) and enthalpy change (?H) of pumpkin cake was found 106.0-108.5ºC, 114.7-122.4ºC, 138.0-138.2ºC and 475.2-577.5 J/g, respectively. It was observed that enthalpy values were increased during 5 days of storage. Pumpkin powder decreased enthalpy values of cake and decreased the rate of starch retrogradation; however, pumpkin powder had no significant effect on onset temperature (To), conclusion temperature (Tc) and peak temperature (Tp) values. 
This study showed that, freeze-dried pumpkin powder and hot air dried pumpkin powder has good physicochemical and sorption properties. It was observed that, freeze dried pumpkin powder had better physicochemical and sorption properties in comparison with hot air dried pumpkin powder. In addition to this, pumpkin powder improved textural properties, moisture transfer and color properties of cake and retarded starch retrogradation. This result shows that, pumpkin powder can be used in food systems as a functional ingredient.