Bitkisel protein bazlı fermente içecek üretimi
Production of plant protein based fermented drink
Yazar: EYLEM ECE AYYILDIZ
Danışman: DOÇ. DR. BURCU KAPLAN TÜRKÖZ
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Bacillus coagulans = Bacillus coagulans ; Bitki proteinleri = Plant proteins ; Börülce = Cowpeas ; Fonksiyonel besinler = Functional foods ; Mikrobiyal fermentasyon = Microbial fermentation

Özet:
Bu tez çalışmasında, börülceden elde edilen bitki bazlı protein, kakao ve inülin, Bacillus coagulans GBI-30, 6086 suşu ile fermente edilerek bir protein fermente içecek üretilmiştir. İçecek 14 gün boyunca depolanmış ve depolama süresince fizikokimyasal ve mikrobiyal özellikleri incelenmiştir. 
GYE agar ortamında yapılan hücre sayımında, fermantasyon öncesi fermente edilmiş içecek grubuna 8,73 log kob/ml B. coagulans hücresi inoküle edilmiş olup, 24 saatlik fermantasyon sonrasında hücre sayısının 9,34 log kob/ml'ye yükseldiği ve depolama boyunca benzer değerlerde canlılığını koruduğu gözlenmiştir. PDA besiyerinde yapılan koloni sayımlarında küf veya maya üremesine rastlanmamış, sadece B. coagulans kolonileri gelişmiştir. Hücre eklenmemiş kontrol grubunda ise depolama boyunca herhangi bir mikrobiyal gelişime rastlanmamıştır. Bacillus coagulans'ın bitki bazlı protein fermente içecek içerisinde probiyotik olarak tanımlanabilecek hücre seviyelerini koruduğu gösterilmiştir.
Kontrol ve örnek gruplarının pH ve titre edilebilir asitlik (% laktik asit) değerleri karşılaştırılmış ve Bacillus coagulans'ın spor üretimi sırasında muhtemelen mikrobiyal metabolizma yan ürünlerine bağlı başlangıçta 6,00 olarak ölçülen ortam pH'ının yükseldiği ve 7,70±0,007 değerine ulaştığı belirlenmiştir. Depolama boyunca kontrol ve örnek grubu renk değerleri arasında Bacillus coagulans'ın metabolik aktivitelerine bağlı olarak farklılıklar ölçülmüştür. Toplam renk farkı (ΔE) değerleri yaklaşık 10 olarak bulunmuş ve iki grup arasında gözle görülür bir renk farklılığı tespit edilmiştir. 0. Günde 0,45±0,331 ölçülen ∆C değeri (kroma farkı), 14. günde 1,45±0,289'a yükselmiştir. ΔC değerleri de depolama boyunca anlamlı bir artış göstererek örnek grubunun kontrol grubuna göre daha canlı veya doygun renklere sahip olduğu görülmüştür.
Fermente içecek örneği ve kontrol gruplarında başlangıçta suda çözünür protein değerleri sırasıyla 0,40±0,014 mg/ml ve 0,40±0,006 mg/ml olarak ölçülmüşken, sterilizasyon sonrası protein denatürasyonu ve agregasyonuna bağlı olarak protein miktarı kontrol grubu için 0,15±0,002 mg/ml'ye, örnek grubu için ise 0,15±0,008 mg/ml'ye düşmüştür. 14. günün sonunda kontrol grubunun suda çözünür protein değeri 0,17±0,006 mg/ml olarak ölçülürken, bu değerin örnek grubunda artarak 0,26±0,002 mg/ml'ye yükseldiği gözlenmiştir. Yapılan SDS-PAGE analizi ile büyük depolama proteinlerinin sterilizasyondan sonra daha küçük alt parçalara ayrıldığını ve fermantasyon sırasında Bacillus coagulans tarafından düşük moleküler ağırlıklı proteinlere, peptitlere ve muhtemel biyoaktif peptitlere ve serbest amino asitlere hidrolize edildiğini görülmüştür.
Kontrol ve örnek gruplarının 24 saatlik fermantasyon sonrasında antioksidan aktivitesi sırasıyla 66,49±2,376 ve %75,98±1,785 olarak ölçülmüştür. Depolama süresince kontrol grubunun antioksidan aktivitesinde azalma gözlenmişken, örnek grubunun antioksidan aktivite sabit kalmıştır. İki grup arasında yaklaşık %15 oranında anlamlı farklılık gözlenmiştir.
Elde edilen bulgular ışığında, börülceden elde edilen protein izolatının gıda endüstrisinde sürdürülebilir bir protein kaynağı olarak önemli bir potansiyel potansiyele sahip olduğu ve yenilikçi fonksiyonel gıda ürünlerinin geliştirilmesinde değerli bir bileşen olduğu ortaya konulmuştur. Aynı zamanda Bacillus coagulans'ın fermantasyon ile aktif bileşenlerin üretimini teşvik ederek antioksidan aktivitenin korunmasına yardımcı olduğu ve muhtemel biyoaktif peptitler ve serbest amino asitler üretme potansiyeli ile fonksiyonel içeceklerin geliştirilmesinde kullanılabileceği gösterilmiştir.

Abstract:
In this study, a plant protein-based fermented drink was produced by fermenting plant-based protein isolated from cowpea, cocoa, and inulin with Bacillus coagulans GBI-30, 6086 strain. The beverage was stored for 14 days, and its physicochemical and microbial properties were examined during storage. 
Before fermentation, 8,73 log CFU/ml B. coagulans cells were inoculated into the fermented beverage group. After 24 hours of fermentation, the cell counts on the GYE agar medium increased to 9,34 log CFU/ml, maintaining similar values throughout storage. No mold or yeast growth was detected, and only B. coagulans colonies were observed on the PDA medium. No microbial growth was observed in the control group during storage. Bacillus coagulans demonstrated the ability to maintain cell levels described as probiotics in a plant-based protein-fermented beverage.
The pH and titratable acidity (% lactic acid) values of the control and sample groups were compared, revealing that during the spore production of Bacillus coagulans, the initial pH of 6,00 increased to 7,70±0,007 due to microbial metabolism by-products. Differences in color values between the control and sample groups were measured throughout storage, depending on the metabolic activities of Bacillus coagulans. Total color difference (ΔE) values were found to be approximately 10, indicating a visible color difference between the two groups. The ΔC value (chroma difference) was measured as 0,45±0,331 on day 0, increasing to 1,45±0,289 on day 14. ΔC values also increased significantly throughout storage, showing that the sample group had more vibrant or saturated colors than the control group.
While water-soluble protein values were initially measured as 0,40±0,014 mg/ml and 0,40±0,006 mg/ml in the fermented beverage sample and control groups, respectively, the protein amount was 0,15±0,002 for the control group and 0,15±0,008 mg/ml for the sample group due to protein denaturation and aggregation after sterilization. While the water-soluble protein value of the control group was measured as 0,17±0,006 mg/ml at the end of the 14th day, it was observed that this value increased to 0,26±0,002 mg/ml in the sample group. SDS-PAGE analysis showed that large storage proteins were fragmented into smaller proteins after sterilization and hydrolyzed by Bacillus coagulans into low molecular weight proteins, peptides, and possible bioactive peptides and free amino acids during fermentation.
The antioxidant activity of the control and sample groups after 24 hours of fermentation was measured as 66,49±2,376% and 75,98±1,785%, respectively. While a decrease in antioxidant activity was observed in the control group during storage, the antioxidant activity of the sample group remained constant. A significant difference of approximately 15% was observed between the two groups.
The findings reveal that protein isolate obtained from cowpeas has significant potential as a sustainable protein source and a valuable component in developing innovative functional food products. Additionally, Bacillus coagulans has been shown to help maintain antioxidant activity by promoting the production of active ingredients during fermentation, and it can be used in the development of functional beverages due to its potential to produce bioactive peptides and free amino acids.