Palamut meşesi meyvesinden tanenin uzaklaştırılmasında güncel işleme teknolojilerinin uygulanması ve meyvenin fonksiyonel gıda olarak kullanım potansiyelinin değerlendirilmesi
Applications of the novel processing technologies for removal of tannin from acorn fruit and evaluation of potential use of fruit as functional food
Yazar: DENİZ DÖNER
Danışman: PROF. DR. FİLİZ İÇİER
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Tez çalışmasında, orman ürünü atığı olan palamut meşesi meyvelerinin (PMM, Quercus ithaburensis), katma değeri yüksek gıda ürünü olarak değerlendirilmesi amacıyla, acı tat veren tanenin meyveden uzaklaştırılması incelenmiştir. Tanenin meyveden uzaklaştırılması amacıyla, ultrases destekli ekstraksiyon (USDE) ve vurgulu ılımlı elektriksel alan destekli ekstraksiyon (VIEAE) yöntemleri farklı koşullarda uygulanmıştır. Kontrol ekstraksiyon yöntemi olarak geleneksel çözgen ekstraksiyonu (GÇE) uygulanmıştır. Farklı ekstraksiyon yöntemleriyle taneni uzaklaştırılan palamut meşesi meyvelerinin un ve kahve ürünü olarak kullanım potansiyeli araştırılmıştır.
Palamut meşesi meyvelerinin gıda olarak tüketilebilmesi için hedef tanen içeriği, 0.0274 mg TAE/mg KM olarak belirlenmiştir. Ultrases destekli ekstraksiyon (USDE) yöntemi 3 farklı genlik (%20-%60-%100) ve 3 farklı görev döngüsü (%20-%60-%100) koşullarında uygulanmıştır. Uygulanan genlik ve görev döngüsü arttıkça, ekstreye geçen toplam fenolik madde içeriğinin ve antioksidan aktivitesinin arttığı belirlenmiştir (p<0.05). Hedef tanen içeriğine ulaşmak için gerekli en kısa işlem süresi (7.66±2 dk) %100 genlik ve %100 görev döngüsü koşulunda tespit edilmiştir. Enerji verimliliği %84.44±2.97 ile en yüksek %20 genlik %20 görev döngüsü uygulamasında tespit edilmiştir. En uygun USDE işlem koşulu ise % 60 genlik ve %20 görev döngüsü olarak belirlenmiştir.
Bir diğer alternatif ekstraksiyon yöntemi olan vurgulu ılımlı elektriksel alan destekli ekstraksiyon (VIEAE) yöntemi 3 farklı frekans (50-1025-2000 Hz) ve 3 farklı vurgu süresi (2 ms-5 ms-8 ms) koşullarında uygulanmıştır. Frekans ve vurgu süresi arttıkça ekstreye geçen toplam fenolik madde içeriğinin ve antioksidan aktivitesinin arttığı belirlenmiştir. Uygulanan frekans ve vurgu süresi arttıkça ekstraksiyon işlem süresinin azaldığı belirlenmiştir. Palamut meşesi meyvelerinin hedef tanen içeriğine ulaşılması için en kısa VIEAE işlem koşulu 2000 Hz frekans, 8 ms vurgu süresi olarak belirlenmiştir (28.00±2 dk). En yüksek enerji verimliliği (%73.35±4.06) 50 Hz frekans 2 ms vurgu süresi uygulamasında tespit edilmiştir. En uygun VIEAE işlem koşulu ise 50 Hz frekans ve 5 ms vurgu süresi olarak belirlenmiştir. Uygulanan ekstraksiyon yöntemleri karşılaştırıldığında, geleneksel çözgen ekstraksiyonu yönteminin en uzun işlem süresine (300 dk) ve minimum enerji verimliliğine (%5.02±1.26) sahip olduğu tespit edilmiştir. Alternatif ekstraksiyon yöntemlerinin kullanımı ile işlem süresi 42 kata kadar kısaltılabilmiştir.
Yaşam döngüsü analizlerine göre, USDE çevresel etkisi en düşük olan ekstraksiyon yöntemi olarak belirlenmiştir. En yüksek çevresel etki değerleri GÇE yöntemi için tespit edilmiştir. Küresel ısınma potansiyeli etkisinin GÇE yöntemi için 4.22x10-2 kg CO2eş, VIEAE yöntemi için 3.23x10-2 kg CO2eş, USDE yöntemi için 2.97x10-2 kg CO2eş değerlerinde olduğu tespit edilmiştir.
Farklı yöntemlerle taneni uzaklaştırılmış PMM'den PMM unu ve PMM kahvesi üretimi yapılmıştır. PMM unu, buğday, pirinç, mısır, karabuğday, yulaf, nohut unlarıyla farklı oranlarla (%20-%60) paçal yapılarak un kalitesi üzerine etkisi belirlenmiştir. PMM ikame oranı arttıkça, nem içeriğinin (%) azaldığı, renk özelliklerinden L* değerlerinin azaldığı, a* değerlerinin ise arttığı tespit edilmiştir (p<0.05). Glutensiz unlarla yapılan un karışımlarında PMM unu ikame oranı arttıkça, toplam fenolik madde içeriği ve antioksidan aktivite özelliklerinin arttığı belirlenmiştir. PMM'den kahve üretiminde ise bazı ön işlemler (haşlama, USDE, VIEAE ve GÇE) ve kavurma yöntemi uygulanmıştır. USDE, VIEAE, GÇE ve kavurma uygulamalarının kahvelerin fonksiyonel özellikleri ve toz ürün özellikleri üzerindeki etkisi benzer olduğu bulunmuştur (p>0.05). Ancak haşlama önişleminin, sıcaklık etkisiyle, PMM'den kahve eldesinde ürün kalitesini azalttığı belirlenmiştir.
Tez çalışmasından elde edilen sonuçların, orman ürünü atığı olan palamut meşesi meyvelerinin katma değeri yüksek fonksiyonel gıda ürünü olarak kullanımına katkı sağlayacağı düşünülmektedir. Ayrıca, ultrases ve vurgulu ılımlı elektriksel alan teknolojilerinin ekstraksiyon amacıyla kullanımında uygun işlem koşullarının belirlenmesine altyapı oluşturması beklenmektedir.

Abstract:
This thesis investigated the removal of tannin, which is responsible for the bitter taste, from acorn fruits (Quercus ithaburensis), a forest waste product, for their potential utilization as high-value food products. Ultrasound-assisted extraction (USAE) and pulsed moderate electric field assisted extraction (PMEFE) methods were applied under different conditions to remove tannin from the acorn fruits. The conventional solvent extraction (CSE) was used as the control method. The study also investigated the potential use of tannin-removed acorn fruits as flour and coffee products.
A target tannin content was 0.0274 mg TAE/mg DW for the acorn fruits to be consumed as food products. The USAE method was applied at 3 different amplitudes (%20-%60-%100) and 3 different duty cycles (%20-%60-%100). As the amplitude and duty cycle increased, the total phenolic content and antioxidant activity of the extract increased (p<0.05). The shortest extraction time (7.66±2 min) to reach the target tannin content was determined in the condition of 100% amplitude and 100% duty cycle. The highest energy efficiency value (84.44±2.97%) was obtained at the condition of 20% amplitude and 20% duty cycle condition. The optimum USAE condition was determined as 60% amplitude and 20% duty cycle.
Another alternative extraction method, PMEFE, was applied under 3 different frequencies (50-1025-2000 Hz) and 3 different pulse durations (2 ms-5 ms-8 ms). It was found that as the frequency and pulse duration increased the total phenolic content and antioxidant activity in the extracts increased. The extraction process time decreased as the frequency and pulse duration increased (p<0.05). The PMEFE condition having the shortest extraction time (28.00±2 min) to reach the target tannin content of acorn fruits was determined as 2000 Hz frequency and 8 ms pulse duration. The highest energy efficiency value (73.35±4.06%) was found for the application of 50 Hz frequency and 2 ms pulse duration. The optimum PMEFE condition was determined as 50 Hz frequency and 5 ms pulse duration. Comparing the extraction methods, CSE method had the longest processing time (300 min) and minimum energy efficiency (5.02±1.26%). Using alternative extraction methods led to a substantial reduction in the processing time, up to 42-fold.
Life cycle analyses concluded that USDE had the lowest environmental impact. The CSE method demonstrated the highest environmental impact. The global warming potential was calculated to be 4.22x10-2 kg CO2eq for CSE, 3.23x10-2 kg CO2eq for PMEFE, and 2.97x10-2 kg CO2eq for USAE.
The study also encompassed the production of different products, including acorn fruit flour and acorn fruit coffee, from tannin-removed acorn fruits using various methods. The effects of substituting ratio (%20-%60) for acorn flour with wheat, rice, corn, buckwheat, oat, and chickpea flours on the quality of the flours were investigated. As the substitution ratio increased the moisture content decreased, L* values decreased, and a* values increased (p<0.05). Similarly, in blends of gluten-free flours, an increase in the substitution ratio of acorn fruit flour increased the total phenolic content and antioxidant activity. For acorn fruit coffee production, the pretreatments (boiling, USAE, PMEFE, CSE) and roasting methods were applied. The effects of USAE, PMEFE, CSE, and roasting on the functional properties and powder characteristics of coffee were found to be similar (p>0.05). However, the boiling pretreatment negatively affected the product quality of acorn fruit coffee due to temperature-related effects.
It is thought that the results obtained from this thesis will contribute valuable data for using acorn fruits, a forest product waste, as a high-value functional food product. Furthermore, it is expected to establish the infrastructure for determining suitable processing conditions for using ultrasound and moderate electric field technologies for extraction purposes.