Ekşi hamurun doğrusal olmayan bölgedeki viskoelastik özelliklerinin belirlenmesi
Determination of viscoelastic properties of sourdough in non-linear region
Yazar: ÇİĞDEM YILDIRIM MAVİŞ
Danışman: PROF. DR. MUHAMMET ARICI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Ekşi hamur fermentasyonu geleneksel biyoteknolojik bir süreçtir. Son yıllarda sağlık sorunları konusunda giderek artan endişeler, doğal ve sağlıklı olarak kabul gören ekşi hamurun üretimini dikkat çekici duruma getirmiştir. Ekşi hamur fermentasyonu sırasında asidifikasyon ve enzim aktivasyonu (proteolitik ve amilolitik aktivite) gerçekleşir. Buğday ekmeği üretiminde ekşi hamurun eklenmesi, hamurun reolojik davranışında önemli değişikliklere neden olur. Klasik reolojik yöntemler (küçük genlikli salınım testleri), ekmek hamuru gibi karmaşık çok fazlı sistemler olan gıda malzemesinin doğrusal olmayan reolojik davranışını karakterize ve ayırt etmede yetersizdir. Büyük genlikli osilasyon kayma (Large Large Amplitude Oscillatory Shear, LAOS) testleri, doğrusal olmayan mekanik tepkinin doğru karakterizasyonu için faydalıdır. Bu çalışmada, dört farklı konsantrasyonda (%10, 20, 30 ve 40) farklı yöntemlerle elde edilen ekşi hamur içeren buğday hamuru örneklerinin 10 rad/s frekans değerinde % 0,005 ila 200 gerinim aralığında doğrusal olmayan mekanik tepkileri araştırılmıştır. Ekşi hamur ilavesinin hamurun doğrusal olmayan viskoelastik tepkisi üzerinde önemli etkileri olduğu tespit edilmiştir. Ekşi hamur ve ekşi hamur katkılı hamur örneklerinin LAOS parametreleri (G'M, G'L, η'L, η'M, e3/e1, v3/v1, S ve T) ile "faz içi" ve "faz dışı" gerilim bileşenlerinin fermentasyon yöntemine göre farklı şekillerde etkilendiği görülmüştür. Ekşi hamur ilavesinin hamur örneklerinin gerinim katılaşması ve kayma incelmesi davranışlarına etki ettiği belirlenmiştir. Bu reolojik davranışlarda yüksek deformasyonlarda (%200) belirgin düşüşler gözlenmiştir. Ekşi hamur fermentasyonu sırasında gelişen mikroorganizmaların metabolik aktiviteleri, gluten ağı ve nişasta matrisinin doğrusal olmayan bölgede farklı reolojik özellikler göstermesine neden olmuştur. LAOS parametreleri ile elde edilen nitel sonuçlar, elastik ve viskoz Lissajous-Bowditch eğrilerinin incelenmesiyle edinilen değerlendirmelerin birbirini desteklediği bulunmuştur. LAOS parametrelerinden   ve   değerleri ile ekmek örneklerinin sertlik değerleri arasındaki korelasyon incelenmiştir. %200 gerinim noktasında spontan (SH) ve olgun spontan (OSH) ekşi hamur katkılı hamur örnekleri için pozitif korelasyon, Lactobacillus brevis E25 katkılı hamur örnekleri (LH) için negatif korelasyon katsayısı elde edilmiştir. Fizikokimyasal (pH ve TTA), mikrobiyolojik özellikler (LAB sayımı sonuçları) ve ekstensografik özelliklerin LAOS sonuçlarını desteklediği belirlenmiştir. Elastik (e3/e1,G'L-G'M, S) ve viskoz özellikleri (v3/v1, η'L-η'M, T) ifade eden LAOS parametreleri, ekşi hamur içeren örneklerde doğrusal olmayan viskoelastik özelliklerin kuvvetli bir gerinim bağımlılığını ortaya çıkarmıştır. Sonuç olarak LAOS testleri, işleme koşullarının (ekşi hamur içeriği ve büyük gerilme genliği ile deformasyon) doğrusal olmayan mekanik üzerindeki etkisini ortaya çıkarmak için etkili ve açık bir şekilde kullanılabilir.

Abstract:
Sourdough fermentation is a traditional biotechnological process. In recent years, increasing concerns about health problems have made the production process of sour dough (accepted as natural and healthy) attractive. During the fermentation of sour dough, acidification and enzyme activation (proteolytic and amylolytic activity) occurs. Addition of sourdough in wheat bread throughout the production causes significant changes in the rheological behavior of the dough. Classical rheological methods (small amplitude oscillation tests) are insufficient to characterize and differentiate the nonlinear rheological behavior of foodstuffs, which are complex multiphase systems such as bread dough. Large amplitude oscillatory shear (LAOS) tests are useful for accurate characterization of the non-linear mechanical response. This study was undertaken to investigate the non-linear mechanical response of dough prepared with different amounts (0, 10, 20 30 and 40%) of sourdough obtained by different methods in a strain values ranging from 0.005 to 200% (frequency at 10 rad/s). As a result, sourdough was determined to have considerable effects on the non-linear viscoelastic response of dough. It was observed that sourdough and sourdough-based dough samples were affected by LAOS parameters (G'M, G'L, η'L, η'M, e3/e1, v3/v1, S ve T) and "in phase" and "out of phase" components of stress in different ways according to fermentation method. It was observed that sourdough addition had effect on strain stiffening and shear thinning behavior of the dough samples. Remarkable decreases were determined in the magnitude of rheological behaviors at high deformations (200%). Due to the metabolic activities of growing microorganisms during sourdough fermentation, gluten network and starch matrix were affected and leaded to different rheological properties in nonlinear region. Qualitative results obtained by LAOS parameters were found to support the evaluations obtained by examining elastic and viscous Lissajous-Bowditch curves. The correlation between G'L and η'L values of LAOS parameters and hardness values of bread samples were investigated. When G'L and η'L values of 200% strain point were examined, positive correlation was obtained for SH and OSH dough samples and negative correlation coefficient was obtained for LH dough samples. The physicochemical (pH and TTA), microbiological properties (LAB count) and extensographic properties were also shown to support the LAOS results. The other LAOS parameters involved with elastic (e3/e1,G'L-G'M, S) and viscous properties (v3/v1, η'L-η'M, T) revealed the strong strain dependence of the non-linear viscoelastic properties. In conclusion, LAOS tests could be effectively and clearly used to unearth the effect of processing conditions (sourdough content and deformation by large strain amplitude) on the non-linear mechanical response of wheat dough.