Yumurta bileşenlerinin kek hamuru reolojisine ve kek tekstürüne etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effect of egg components on cake batter rheology and cake texture
Yazar: BATUHAN İNANLAR
Danışman: PROF. DR. FİLİZ ALTAY
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Kek = Cake ; Köpük reolojisi = Foam rheology ; Reoloji = Rheology ; Sıvı yumurta = Liquid whole egg ; Tekstüre işlemi = Texturing

Özet:
Endüstriyel kek üretiminde, tüm proses parametreleri aynı kalmasına rağmen 
kullanılan yumurtanın değişimi sonucunda ürünün kalitesinde farklılıklar gözlemlenmektedir. 
Kalitedeki farklılıklar, standart bir ürün elde etmeyi zorlaştırmaktadır. Bu kapsamda, farklı 
tedarikçilerden alınan yumurtaların bileşenlerinin kek hamuru reolojisine ve kek tekstürüne 
etkisi incelenerek farklılığın temelindeki sebeplerin bulunması amaçlanmıştır. 
Endüstride yer alan üç firmadan temin edilen yumurta örneklerinin üzerinde önce 
bileşen analizleri gerçekleştirilmiştir. Su, protein, yağ, karbonhidrat ve kül analizlerinin 
belirlenmesinin ardından üretici firmanın standart kek reçetesi, bu yumurtalar kullanılarak 
yapılmıştır. Yapılan kek hamurlarının öncelikle yoğunluk ölçümleri gerçekleştirilmiştir. 
Yoğunluğun az olması, kek hamurunun daha hacimli ve daha fazla havalandığını gösterirken; 
yoğunluğun fazla olması hava tutmanın az olduğunu ve viskoz bir hamur yapısında olduğunu 
göstermektedir. EG örneğine ait kek hamuru, en yüksek yoğunluğa (0,778) sahipken, DI
yumurtasından yapılan kek hamuru, en düşük yoğunlukta (0,759), en fazla hava tutan örnektir. 
Kek hamurlarının reolojik ölçümleri ise, Haake Rheostress reometre ile 25oC'de, artan kayma 
hızı aralıklarında kayma gerilimlerinin ölçülmesiyle belirlenmiştir. Ölçümler, 0 s-1
den 300 s1
'e 120 saniyede ulaşırken; 120 saniyede de 300 s-1
den 0 s-1
'e geri dönmüştür. Ölçümlerin 
ardından Haake Rheowin 3.30 versiyonlu yazılım programı kullanılarak Üslü Yasa üzerinden 
modelleme gerçekleştirilerek kıvam katsayısı ve akış davranış indeksi bulunmuştur ve kek 
hamurlarının psödoplastik olduğu görülmüştür. Kayma hızına bağlı kayma gerilimi grafiğinin 
eğiminden Newtonyen dışı davranış gösteren akışkanlarda sabit bir viskozite olmamasından 
dolayı ortaya çıkan görünen viskozite elde edilmiştir. Kayma hızına karşılık gelen görünen 
viskozite grafiğinde ise en yüksek viskoziteye DI sahipken; en düşük viskoziteye IP'ın sahip 
olduğu görülmektedir. Akış davranışının belirlenmesinin ardından düşük genlikli salınım 
testleri gerçekleştirilmiştir. Frekans tarama testi, 24oC'de % 0,1 sabit gerinimde 0-100 Hz 
aralığında, 0-300 s
-1
kayma hızı aralığında elastik modülü (G') ve viskoz modülü (G'') 
değerlerinin bulunmasıyla gerçekleştirilip olup, düşük frekanslarda G'ın G''dan, yüksek 
frekanslarda ise tam tersinin olduğu gözlemlenmektedir. Yumurta bileşiminindeki su oranının 
fazla olması, viskoz modül değerlerini azaltmaktayken protein miktarının yüksek olması ise, 
elastik modülün yüksek, köpük oluşumunun iyi olduğunu göstermektedir. Buna göre, EG
örneği en fazla su oranına (%79,90) sahip olup, daha az viskoz hamur özelliği gösterirken; en 
az su oranına sahip DI örneği (%77,09) tam tersi özellik göstermektedir. Ayrıca, en yüksek 
protein oranına sahip DI örneğinin (%11,21), daha düşük yoğunlukta, daha yüksek elastik 
modülde olduğu görülmektedir. Ardından 1 Hz sabit frekansta, % 0,1 sabit gerinimde 
gerçekleştirilen sıcaklık tarama testinde, tüm örnekler 25oC'den 85oC'ye kadar yükseltilmiş 
olup, elastik ve viskoz modül, sıcaklık arttıkça azalmaktadır. 
xxi
Kek hamuru ölçümlerinin ardından, son ürün pişirilip su aktivitesi, nem, renk ve 
tekstür ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Su aktivitesi değerleri, üç örnek için de 0,85'in altında 
çıkmış olup orta nemli gıda kategorisinde yer almaktadır. Nem oranları için ise, keklerin 
kalite standartları için %10-20 arasında olması beklenirken, üç yumurta örneğinden yapılan 
kekler de bu aralıktadır. Yumurtanın su içeriği ile keklerin nem değerleri arasındaki ilişki 
sonucunda, en fazla su oranına sahip EG yumurtasından (%79,90) yapılan kek de örnekler 
arasında en fazla neme sahiptir (%13,26). Sırasıyla IP'ın su içeriği %78,97 olup, 
yumurtasından yapılan kek örneğinin %12,60, %77,09 su oranına sahip DI'dan yapılan kek 
örneğinin nemi %12,54 bulunmuştur. Renk ölçümleri ise CIELAB renk ölçüm skalasından 
yararlanılarak gerçekleştirilmiştir. L, a ve b değerleri ölçülmüş olup, L değeri en fazla EG
örneğindeyken; IP ve DI daha az ve birbirine yakın parlaklık değerlerine sahiptir. Parlaklığı, 
protein oranıyla doğru orantılıdır. Ve son ürün için en kritik öneme sahip tekstür ölçümlerinde, 
sertlik, çiğnenebilirlik, iç yapışkanlık, dış yapışkanlık ve esneklik değerleri ölçülmüştür. Tüm 
değerler, sertlik ile ilişkiliyken, ürün nem kaybettikçe, sertlik değeri artmaktadır. Bu 
bağlamda, en fazla neme sahip olan EG'ın en yumuşak kek tekstüre sahip olması 
beklenmektedir. Ayrıca, protein oranı ile sertlik arasında doğrusal, yağ oranı ile sertlik 
arasında ters bir ilişki bulunmaktadır. Buna göre, en yüksek protein, en düşük yağ değerine 
sahip DI örneği (%11,21 protein, %6,84 yağ) en sert, %10,59 protein, %6,96 yağ oranına sahip 
IP örneği onu takip etmekte olup daha yumuşak, en düşük protein, en yüksek yağ oranına 
sahip EG örneği (%8,19 protein, %7,16 yağ) en yumuşak kek örneği konumundadır. 
Çiğnenebilirlik değerleri ise, kekin yutabilme kuvvetinin bir ölçüsü olup, sertlikteki 
değerlendirmeler ile aynı konumda incelenmekteyken; DI örneği, en sert, en yüksek 
çiğnenebilirlikte, en yumuşak örnek olan EG, en düşük çiğnenebilirliğe sahiptir. İç 
yapışkanlıkta ise düşük köpürme kapasitesine sahip kek hamurlarının son ürünlerinin yüksek 
iç yapışkanlığa sahip olduğunu söylenmekte olup yoğunluğu fazla olan EG örneğinin iç 
yapışkanlığı en fazla iken; yoğunluğu düşük olan DI örneğinde iç yapışkanlık en düşük 
bulunmuştur. Dış yapışkanlık ise, kekin dişlere yapışma derecesini göstermekte olup, iç 
yapışkanlık ile orantı içerisindedir. Elastikiyet veya esneklik değerleri, düşük yoğunlukta, 
düşük protein oranında artmakta olup, en yüksek esneklik değerine sahip olan EG örneğin 
düşük yoğunlukta ve düşük protein olmasından dolayı ilişkilendirilmiştir. 
Ölçüm sonuçlarına göre, yumurta bileşenlerinden suyun, kek hamurunda sabit 
sıcaklıkta, viskoz modülü özelliğine, son üründe nem, sertlik, çiğnenebilirlik, iç ve dış 
yapışkanlık ve esnekliğe etki ettiği, proteinin, kek hamurunda sabit sıcaklıkta elastik modülü 
özelliğine, sıcaklık artışında protein denatürasyonu sonucu elastik modüle, son üründe ise, 
nem, havayı tutabilmesi, parlaklık, sertlik, çiğnenebilirlik , iç ve dış yapışkanlık, elastikiyete 
etki ettiği gözlemlenmiştir. Yağ ise sertlik üzerinde rol oynamaktayken; karbonhidrat oranının 
düşük olması önemli bir etki bırakmamaktadır. Tüketiciye sunulmak istenen standart 
ürünlerde, yumurtaların nem, protein, yağ oranları değerlendirilmelidir.

Abstract:
In industrial cake production, although all process parameters remain the same, there 
are differences in the quality of the product as a result of the change in the egg used. 
Differences in quality make it difficult to obtain a standard product. Also, literature studies 
show that different animal eggs have an effect on cake texture. However, no study has been 
found on the rheology of cake batter and cake texture of chicken eggs, whose composition is 
affected by many factors. In this thesis, it is aimed to find the reasons behind the difference 
by examining the effects of the components of the eggs purchased from different suppliers on 
cake batter rheology and cake texture.
Foods obtained from Gallus gallus var. domesticus breed chickens and offered for 
direct human consumption or the use of the food industry or suitable for the preparation of 
egg products are called eggs. Many bird species, especially chickens, the majority of fish and 
creatures with a cold-blooded circulatory system produce eggs. Egg consists of egg yolk in 
the center, egg white and egg shell surrounding it. Although the percentage of these by weight 
varies depending on many factors, on average 30% consists of yolk, 60% egg white and 10% 
egg shell for chicken eggs. It is assumed that an egg contains an average of 12% protein, 
9.7% fat, 2.2% carbohydrates and 75% water. While it is assumed that egg white contains 
9.3% protein, 89% water, 0.07% fat, 1.3% carbohydrates; it is supposed that the yolk contains 
15.3% protein, 23% fat, 3.6% carbohydrates and 56% water. It keeps the yolk in the center of 
the egg with a thread-like structure called chalaza inside the egg. Apart from that, egg white 
creates an antimicrobial barrier and provides water, protein and other components during the 
development of the embryo. Egg yolk is located in the center, it is prevented from mixing 
with albumin by a membrane called vitelline and its color remains stable. It is the part that 
provides the most necessary nutritional sources during the development of the embryo. Then, 
egg shell consists of 94% calcium carbonate (CaCO3) and is porous. An average chicken egg 
has approximately 17,000 pores. It has a semi-permeable membrane, can pass water and air 
in a limited way, it is divided into outer shell, inner shell and air cells. While the outer shell 
helps keep bacteria and dust out; The inner shell effectively protects the internal structure of 
the egg during shell formation. The composition of the egg can change depending on factors 
such as the breed of the chicken, rearing conditions, age, diet and quail, ostrich, goose, turkey 
and duck eggs are also consumed and have different contents. 
xxiv
Moreover, chicken eggs are used in different ways in the food industry. Fresh, liquid, 
frozen and powdered eggs are the most common product types. Fresh eggs are the final 
products that are packaged and delivered to the consumer without any pasteurization or other 
processes after the hen's laying eggs. Liquid egg is a widely used product in the industry. 
After the washing process, the fresh eggs, which are kept in cooling, are broken by automatic 
machines and the shell, albumin and yellow parts are separated or mixed. Then, pasteurization 
is applied at a temperature and time that will not affect the quality characteristics in order to 
reduce the microbial load, especially Salmonella. 
Eggs are used in bakery products for many purposes such as foam formation, 
stabilization, emulsifier, color, flavor, nutritional content enrichment, coagulation and gelling 
agent. Thanks to the proteins in the egg albumin, foam formation is provided in the cakes 
with batter, while the proteins in the egg yolk provide gelation and stabilization. Also, 
lysozyme and globulins in egg white cause foaming and accordingly a porous end product. 
Egg white also contains ovamucin. The ovamucin component which is a protein helps 
maintain the porous structure of the cake by supporting the foam stability. Moreover, egg yolk 
has phospholipid components such as lecithin and cephalin. These act as emulsifiers in the 
cake. It improves the sensory properties of the cake by contributing to the development of 
taste, smell and aroma in the final product.
In applying step, component analyzes were performed on egg samples obtained from 
three companies in the industry. After the water, protein, fat, carbohydrate and ash analyzes 
were determined, the manufacturer's standard cake recipe was made using these eggs. Density 
measurements of the cake batter were first carried out. While the low density indicates that 
the cake dough is more voluminous and more aerated; the high density indicates that air 
retention is low and it has a viscous dough structure. While the cake dough of EG sample has 
the highest density (0.778), the cake dough made from DI egg has the lowest density (0.759) 
and holds the most air. Rheological measurements of cake batters were determined by 
measuring shear stress at increasing shear rate ranges at 25oC with a Haake Rheostress 
rheometer. While the measurements reached from 0 s-1 to 300 s-1 in 120 seconds; it went 
back to 0 s-1 from 300 s-1 in 120 seconds. After the measurements, the consistency 
coefficient and flow behavior index were found by modeling on the Power Law using the 
Haake Rheowin 3.30 software program and it was seen that the cake batters were 
pseudoplastic. The apparent viscosity, which is due to the absence of a constant viscosity in 
non-Newtonian fluids, was obtained from the slope of the shear stress graph depending on the 
shear rate. In pseudoplastic behavior, as the shear rate increases, the apparent viscosity, that 
is, the resistance of the fluid to flow, decreases independently of time. The deterioration of the 
forces applied to the liquid in foods occurs as a result of the mixing process and pseudoplastic 
behavior occurs. In the apparent viscosity graph corresponding to the shear rate, while DI has 
the highest viscosity; It is seen that Ipay has the lowest viscosity. After determining the flow 
behavior, small amplitude oscillation tests were performed. Frequency sweep test is 
performed by finding the elastic modulus (G') and viscous modulus (G'') values in the range 
of 0-100 Hz at a constant strain of 0.1% at 24oC, and in the shear rate range of 0-300 s-1. The 
high water content in the egg composition decreases the viscous modulus values, while the 
high protein content indicates a high elastic modulus and a good foam formation. Accordingly, 
EG sample has the highest water content (79.90%) and shows less viscous dough 
characteristics; DI sample with the lowest water content (77,09%) shows the opposite feature. 
In addition, it is seen that the DI sample with the highest protein content (11.21%) has a lower 
xxv
density and a higher elastic modulus. Then, in the temperature sweep test performed at a 
constant frequency of 1 Hz and a constant strain of 0.1%, all samples were elevated from 25oC 
to 85oC, and the elastic and viscous modulus decreased as the temperature increased.
After the cake dough measurements, the final product was baked and water activity, 
moisture, color and texture measurements were carried out. The water activity values were 
below 0.85 for all three samples, it means that they are safe and they are in the medium 
moisture food category. For moisture ratios, it is expected that the cakes will be between 10-
20% for quality standards, while cakes made from three egg samples are also in this range. 
As a result of the relationship between the water content of the egg and the moisture values of 
the cakes, the cake made from EG egg with the highest water content (79.90%) also has the 
highest moisture content among the samples (13.26%). The water content of Ipay was 
78.97%, respectively, and the moisture content of the cake sample made from its egg was 
12.60%, and the moisture content of the cake sample made from DI, which had a water content 
of 77.09%, was 12.54%. Color measurements were made using the CIELAB color 
measurement scale. L, a and b values were measured. Ipay and DI have less and close 
brightness values. Its brightness is directly proportional to its protein content. Moreover, in 
the texture measurements, which are the most critical for the final product, the hardness, 
chewiness, cohesiveness, adhesiveness and springiness values were measured. While all 
values are related to hardness, the hardness value increases as the product loses moisture. In 
this study, EG, which has the most moisture, is expected to have the softest cake texture. In 
addition, there is a linear relationship between protein ratio and hardness, and an inverse 
relationship between fat ratio and hardness. Accordingly, DI sample with the highest protein 
and lowest fat value (11.21% protein, 6.84% fat) is followed by the Ipay sample with the 
hardest, 10.59% protein and 6.96% fat. EG sample which has 8.19% protein and 7.16% fat 
ratios has the lowest protein and the highest fat content is the softest cake sample. The 
chewiness values, on the other hand, are a measure of the swallowing strength of the cake and 
are examined in the same position as the evaluations in hardness; DI sample has the hardest, 
highest chewability, EG, the softest sample, has the lowest chewability. In terms of 
cohesiveness, it is said that the end products of cake batter with low foaming capacity have 
high adhesiveness, while the cohesiveness of the EG sample with high density is the highest; 
The adhesiveness was found to be the lowest in the DI sample with a low density. 
Adhesiveness, on the other hand, indicates the degree of adhesion of the cake to the teeth and 
is in proportion to the cohesiveness. Springiness values increase at low density, low protein 
ratio, and EG, which has the highest elasticity value, is associated with the low density and 
low protein content of the sample.
According to the measurement results, water, one of the egg components, affects the 
viscous modulus properties of the cake batter at constant temperature, the moisture, hardness, 
chewiness, cohesiveness, adhesiveness and springiness of the final product, the elastic 
modulus of the protein in the cake batter at constant temperature, the elastic modulus of the 
protein as a result of the protein denaturation at temperature increase from 25oC to 85oC. In 
the final product, it has been observed that protein affects moisture, air retention, brightness, 
hardness, chewability, cohesiveness, adhesiveness, and springiness. While oil plays a role on 
hardness; the low carbohydrate content does not have a significant effect. Moisture, protein 
and fat ratios of eggs should be evaluated in standard products intended to be offered to the 
consumer.