Farklı yöntemler ve taşıyıcı maddeler kullanılarak elde edilen safran (Crocus sativus L.) emülsiyonlarının depolama stabilitesinin araştırılması
Storage stability of safran (Crocus sativus L.) emulsions obtai̇ned by different methods and carriers
Yazar: NEGİN AZARABADİ
Danışman: PROF. DR. FERAMUZ ÖZDEMİR
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Safran, pahalı ve az bulunan bir baharat olmasına rağmen özgün rengi ve aroması nedeniyle tercih edilir. Tüketicilerin kullanıma hazır gıdalara yönelik artan talebi de göz önünde bulundurularak safran ekstraktının kolay bulunabilir ve kullanılabilir, stabil bir formda tüketiciye sunulmasının önemli olduğu düşünülmektedir. Bu çalışmada, İran'dan temin edilen, Kategori-I sınıfında tanımlanan ve ISO standardına göre 1.sınıf kalitede olan safran örnekleri kullanılmıştır. Örneklere 3 farklı safran:su oranı (0.5:1, 1:1 ve 2:1, w/v), 3 farklı sıcaklık (60, 70 ve 80˚C) ve 10 farklı sürede (5, 10, 20, 30, 60, 120, 180, 240, 300 ve 360 dk) işlemler uygulanarak ekstraksiyon optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Optimum şartlarda elde edilen ekstrakt ile ISO'da belirtilen standart yöntemle hazırlanan ekstrakt, renklendirme gücü açısından karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda bu ekstraksiyon yöntemlerinin renklendirme gücü üzerine etkisi istatistiki olarak önemli (P>0.05) düzeyde bulunmamıştır. Ayrıca yaptığımız ekstraksiyon çalışmasında ISO yöntemine eşdeğer sonuçların daha kısa sürede elde edilebileceği görülmüştür. Ancak, yüksek sıcaklıktan kaçınmak amacıyla uygulanan ekstraksiyon işleminin oda sıcaklığında gerçekleştirilmesi, uluslararası geçerliliği olan bir yöntem olması ve ayrıca enerji tasarrufu sağlaması bakımından da çalışmanın diğer basamaklarında ekstraksiyon metodu olarak ISO yöntemi tercih edilmiştir.
ISO 3632–2 yöntemi kullanılarak elde edilen ekstraktı konsantre etmek amacıyla ultrafiltrasyon işlemi uygulanmıştır. Bu işlemde filtre materyali (PESU ve Hydrosart), ayırma sınırı (1, 5 ve 10 kDa), permeat:retentat oranı (60:40, 70:30 ve 80:20), basınç (2 ve 3 bar) ve sıcaklık (4 ve 25°C) parametreleri optimize edilmiştir. Elde edilen veriler doğrultusunda 1 kDa ayırma sınırına sahip polietersülfon (PESU) filtre ile 4°C sıcaklık, 2 bar basınç ve permeat:retentat oranının 80:20 olduğu koşullarda elde edilen retentat safran örneklerinde renk bileşenleri (h° değeri düşük ve C* değerinin yüksek) en iyi şekilde konsantre edilmiştir. Ultrafiltrasyon işlemi sonucunda elde edilen konsantre ekstrakt (retentat), tek katmanlı (su/yağ) emülsiyon haline getirilmiştir. Tek katmanlı emülsiyonun formülü (yağ, sürfektan ve ekstrakt oranı), D-optimal birleşik dizayn kullanılarak optimize edilmiş ve buna göre optimum oranlar; %67 ayçiçek yağı, %6 poligliserol polirisinolat (PGPR) ve %27 safran konsantresi olarak tespit edilmiştir.
Optimum formül ile hazırlanan tek katmanlı emülsiyon, ayrıca çok katmanlı emülsiyon sistemi elde etmek için de kullanılmıştır. Ancak UF işlemi çok katmanlı emülsiyon için gerekli konsantrasyonda ekstrakt elde edilmesi için yeterli olmamıştır. Bu sebeple ve çalışmanın amacı göz önünde bulundurularak safran oranı daha yüksek bir ekstrakt hazırlanmış ve çok katmanlı emülsiyonun üretiminde kullanılmıştır. Çok katmanlı emülsiyon formülü optimizasyonunda farklı taşıyıcılar (maltodekstrin, peyniraltı suyu proteini izolatı (WPI) ve β-siklodekstrin (BSD)) ve bunların farklı oranları bağımsız değişken olarak seçilmiştir. Renk değerleri ve parçacık boyutu değerleri göz önünde bulundurularak; iç fazı optimum koşullarda hazırlanan S/Y emülsiyonunun; dış fazı ise WPI-BSD kompleksinin ve tek başına β-siklodekstrinin oluşturduğu 2 farklı S/Y/S çoklu emülsiyon sistemi hazırlanmış ve bunlarda da depolama analizleri gerçekleştirilmiştir.
Optimizasyon verileri doğrultusunda, toplamda 7 farklı formül 2 tekerrür halinde üretilmiş ve 35 gün boyunca 3 farklı sıcaklıkta depolama (5, 25 ve 45°C) gerçekleştirilmiştir. Depolama süresince örneklerde her 5 günde bir; parçacık boyutu (D43 ve açıklık), model gıdada renk (L*, h° ve C*), stabilite (ESİ), krosin salınımı (%FR), enkapsülasyon etkinliği (%EE), mikroskop ile parçacık boyutu görüntüleme (0. gün ve 35. gün), krosin içeriği (0. gün ve 35. gün) ve duyusal analiz (0. gün ve 35. gün, 25°C'de depolanan örneklerde) gerçekleştirilmiştir. Elde edilen veriler doğrultusunda emülsiyon formunda olmayan örneklerde depolama sıcaklığına ve süresine bağlı olarak renk bileşenleri ciddi oranda zarar görmüş ve bu örnekler model gıda olarak kullanılan pilavları renklendirmede başarılı olamamıştır. Ancak emülsiyon formunda olan örneklerin yüksek sıcaklıklarda uygun süre depolama koşullarında dahi model gıdada renklendirme yetenekleri devam etmiştir. Bu emülsiyonların stabilitesi üzerinde; emülsiyonda kullanılan hidrokolloidlerin ve mekanik karıştırıcıların da etkisinin olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Saffron, due to its characteristic color and aroma, is a demanded spice despite
being expensive and rare. It is thought to be important to supply it in a stabilized and
readily available form considering the growing demand of consumers for ready-to-use
foods. In this study, saffron samples, obtained from Iran, classified in Category-I class
according to ISO standard and defined as first grade quality, were used. Extraction
optimization was conducted using 3 different saffron: water ratios (0.5: 1, 1: 1 and 2: 1, w/v), 3 different temperatures (60, 70 and 80˚C) and 10 different time periods (5, 10, 20, 30, 60, 120, 180, 240, 300 and 360 min). Extracts prepared at optimum conditions was compared to the extract prepared according to standard method of ISO. There was insignificant difference (P>0.05) between two extractions in terms of coloring power. Furthermore, it was seen by the optimization study that the equivalent values that of a standard method could be achieved in shorter time periods. However, ISO method was chosen as an extraction method for following stages of the study to avoid high temperature since it is applied at room temperature, providing energy saving and recognized at globally.
Ultrafiltration was applied to concentrate the saffron extracts, obtained using by method of ISO 3632-2. In this stage, parameters of filter material (PESU and Hydrosart), cut off value (1, 5 and 10 kDa), permeate: retentate ratio (60:40, 70:30 and 80:20), pressure (2 and 3 bar) and temperature (4 and 25°C) were optimized. Color compounds of saffron extracts were concentrated in best form (low h° with high C* value) as retentate by using optimum conditions determined as 1 kDa of cut off value with PESU filter at 2 bar and 4°C with the permeate: retentate ratio of 80:20. Following subsequent to ultrafiltration, single layer emulsion (water/oil) was prepared using concentrated extract (retentate). Formula of single layer emulsion was optimized by using D-optimal integrated design approach and constituents of emulsion was determined as 67% of sunflower seed oil, 6% of polyglycerol polyricinoleate (PGPR) and 27% of saffron concentrate.
Single layer emulsion with optimum formula was also used in preparation of multi-layer emulsion. But ultra-filtered extract did not meet the required concentration for preparation of multi-layer emulsion. Thus, an extract with higher saffron content was prepared to use in multilayer emulsion formula. Different hydrocolloids (maltodextrin, whey protein isolate (WPI) and β-cyclodextrin (βCD)) and their ratio in the emulsion were used as independent variable in optimization of multi-layer emulsion. One inner phase of w/o emulsion was chosen as inner phase with two different outer phases as WPI- βCD complex and only βCD to prepare w/o/w multi-layer emulsion system considering color and particle size values and analyses were conducted during storage.
Eventually, 7 different formulas were produced in 2 replicates and stored for 35 days at 3 different temperatures (5, 25 and 45°C). Throughout storage, analyses such as particle size (D43 and açıklık), color in model food (L*, h° and C*), encapsulation stability index (ESI), fraction of released crocin (FR%), encapsulation efficiency (EE%) were conducted every fifth day, while microscopic monitoring of particle size, crocin content and sensorial analyses were conducted in the beginning and end of storage. Color compounds of samples maintained as only saffron concentrate were significantly degraded and those samples were found to be unfavorable to color pilaf used as model food. But coloring ability of saffron concentrate in emulsion form was preserved even at high temperatures during storage. Mechanical mixers and preferred hydrocolloids were determined to be significantly efficient on emulsion stability.