Vişne çekirdeğinden protein tozu üretimi ve farklı gıda matrikslerinin mikroenkapsülasyonunda kullanımı
Protein powder production from sour cherry kernel and its utilization in the microencapsulation of different food matrices
Yazar: BÜLENT BAŞYİĞİT
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM ABDÜLHEY HAYOĞLU ; PROF. DR. MEHMET KARAASLAN
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Bitkisel yağlar = Plant oils ; Enkapsülasyon = Encapsulation ; Fenolik asit = Phenolic acid ; Mikroenkapsülasyon = Microencapsulation ; Protein tozları = Protein powders ; Vişne = Morello cherry

Özet:
Dünya genelinde üretilen vişnenin (Prunus cerasus) büyük bir kısmı farklı ürünlere işlendikten sonra tüketiciye sunulmaktadır. Nihai üründe arzu edilmeyen sap, yaprak, meyve kabuğu ve çekirdek gibi materyaller meyvenin işlenmesi esnasında uzaklaştırılmaktadır. Bu atıklar arasında meyvenin büyük bir kısmını oluşturan ve yapısında farklı makromolekülleri barındıran çekirdekler değerlendirilme potansiyeline sahiptir; ancak vişne çekirdeği henüz yeterince ticari olarak değerlendirilme şansı bulamamıştır. Bu çalışma kapsamında vişne çekirdeklerinden protein elde edilmiş ve elde edilen vişne çekirdeği proteini bitkisel özütlerin (vişne çekirdeği yağı ve mazı (Quercus infectoria) gal fenolik özütleri) kapsüllenmesinde duvar materyali olarak değerlendirilmiştir. Çalışmanın başlangıcında vişne çekirdekleri karakterize edilmiş ve bu materyallerin yüksek oranda protein (%30.52) ve yağ (%35.09) içerdiği saptanmıştır. Daha sonra soğuk sıkım tekniği ile elde edilen vişne çekirdeği yağları detaylı bir şekilde incelenmiştir. Vişne çekirdeği yağlarının yapısında biyolojik aktivite sergileme potansiyeli olan doymamış yağ asitleri, karotenoidler ve naringenin gibi fenolik yapılar tespit edilmiştir. Ayrıca vişne çekirdeği yağlarının fonksiyonel özellikleri antioksidan, antidiyabetik ve antimikrobiyal aktivite analizleri ile araştırılmıştır. Çalışma kapsamında kapsüllenen diğer bitkisel özüt olan mazı gal fenoliklerinin de fenolik fraksiyonları, antioksidatif, antidiyabetik ve antimikrobiyal aktiviteleri incelenmiştir. Yağı alınmış vişne çekirdeklerinden vişne çekirdeği proteinlerinin özütlenmesi için en uygun işlem parametreleri yanıt yüzey yöntemi ile belirlenmiştir. Optimum çalışma şartlarında çözücü pH'sının 7.73, özütleme süresinin 63 dk ve çözücü-örnek oranının 29 mL/g olduğu saptanmıştır. Bu koşullarda özütlenen vişne çekirdeği proteinleri püskürtmeli kurutma, dondurarak kuruma, oda şartlarında kurutma ve kabin kurutma teknikleri ile kurutulmuş ve enkapsülasyon sistemi için en uygun kurutma tekniği belirlenmiştir. Farklı tekniklerle kurutulan vişne çekirdeği proteinlerinin toplam protein miktarı, esansiyel amino asit oranı, çözünürlüğü ve emülsiyon davranışı incelenmiş ve püskürtmeli kurutma tekniği ile kurutulan vişne çekirdeği proteinlerinin enkapsülasyon çalışmalarında kullanılmasının makul olduğu tespit edilmiştir. Kurutulan proteinler eşit miktarda (1:1, w:w) vişne çekirdeği yağı ve mazı gal fenolik özütleri ile karıştırıldıktan sonra (emülsiye/homojenize edildikten sonra) püskürtmeli kurutma sistemine beslenmiştir. Yağları içeren yağ kapsülleri ve fenolik özütlerini içeren fenolik kapsülleri için enkapsülasyon verimi ve enkapsülasyon etkinliği arzu edilen seviyelerde bulunmuştur. Yağ kapsüllerinin fizikokimyasal analizlerinin yanı sıra mikroyapısı, partikül büyüklüğü ve termal davranışı da incelenmiştir. Fenolik kapsüllerinde ise fizikokimyasal analizlere ek olarak biyoaktif madde içeriği ve biyolojik aktivite (antioksidatif, antidiyabetik, antimikrobiyal ve antikanser aktivite) ile ilgili analizler ön planda tutulmuştur. Altı aylık depolama sonuçları vişne çekirdeği proteinlerinin yağları oksidasyona (150 gün süresince) ve fenolikleri degradasyona (180 gün süresince) karşı koruduğu saptanmıştır. Bu sonuçlar ile vişne çekirdeği proteinlerinin duvar materyali olarak potansiyeli ortaya konulmuştur.

Abstract:
A large portion of the sour cherry (Prunus cerasus) grown around the world is offered for consumption after being processed into different products. Undesirable materials such as stems, leaves, fruit peel and seeds in the final product are removed during the processing of the fruit. Among these by-products, the seeds constitute a large part of the fruit. They contain different macromolecules in their structure; indicating that they have a high potential to be converted into value-added products. However, no enough product portfolios have been reported commercially regarding the products obtained by using sour cherry seeds, yet. In this study, the proteins were extracted from sour cherry seeds and the obtained products were incorporated into encapsulation systems by using them as wall materials in the encapsulation of herbal extracts (sour cherry seed oil and Quercus infectoria gall phenolics). Sour cherry seeds contain high levels of protein (30.52%) and oil (35.09%). Afterward, the sour cherry seed oils obtained by the cold pressing technique were examined in detail. Different biological structures including unsaturated fatty acids, carotenoids and phenolics (naringenin) were determined in the sour cherry seed oils. Moreover, the functional behavior of the oils was investigated by antioxidant, antidiabetes and antimicrobial activity analyses. Phenolic fractions, antioxidant, antidiabetic and antimicrobial activity analyzes were also discussed in the Quercus infectoria gall phenolics. Response surface methodology was conducted successfully for the extraction of proteins from de-oiled sour cherry seeds. For the maximum protein purity, the solvent pH, the extraction time and the solvent sample ratio were found as 7.73, 63 min and 29 mL/g, respectively. Sour cherry seed proteins extracted under the optimum conditions were dried by spray drying, freeze drying, room temperature drying and cabinet drying techniques and the most plausible drying technique for the encapsulation system was investigated. The total protein amount, essential amino acid ratio, solubility and emulsion behavior of the proteins dried by different techniques were displayed and the protein powders obtained by spray drying technique exhibited superior properties.  Sour cherry seed oil and Quercus infectoria gall phenolics were loaded into the proteins dried under the specified conditions and fed to the spray drying system. The desirable levels were obtained in terms of encapsulation yield and encapsulation efficiency for oil capsules and phenolic capsules. Physicochemical analysis, microstructure, particle size and thermal behavior of the oil capsules were also investigated in detail. Physicochemical analyzes, bioactive substance content and biological activity (antioxidative, antidiabetic, antimicrobial and anticancer activity) of phenolic capsules were prioritized. The obtained storage results during 6 months showed that sour cherry proteins protected sour cherry seed oil and Quercus infectoria gall phenolics against oxidation and degradation.