Üretim parametrelerinin kefirin fizikokimyasal, mikrobiyolojik ve duyusal özellikleri üzerine etkisi ile üretilen kefirlerin peptid profilinin belirlenmesi
Effect of production parameters on physicochemical, 
microbiological and sensorial properties of kefir, and determination of peptide profile in produced kefir
Yazar: AYŞE AŞCI ARSLAN
Danışman: DOÇ. DR. AHMET KÜÇÜKÇETİN
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Kefir = Kefir ; Peptidler = Peptides ; Üretim parametreleri = Production parameters

Özet:
Bu çalışmada, üretim sırasında farklı ısıl işlem normları (90°C'de 5 dakika ve 90°C'de 10 dakika), starter kültür çeşitleri (kefir danesi ve ticari kefir starter kültürü), inkübasyon sıcaklıkları (20°C ve 25°C) ile inkübasyon sonlandırma pH'ları (pH 4.4 ve pH 4.8) uygulanarak kefir üretilmiş ve üretilen kefir örneklerinin üretim sonrası ve 4±1°C'de 30 günlük depolama sırasında fizikokimyasal, mikrobiyolojik ve duyusal özellikleri belirlenmiştir. Ayrıca çalışmada, farklı üretim parametreleri kullanılarak üretilen kefir örneklerinin peptid ve biyoaktif peptid profili ortaya konulmaya çalışılmış ve kefir üretim parametrelerinin kefir örneklerinin söz konusu peptid profilleri üzerine etkisi araştırılmıştır. 

Üretimde kullanılan ısıl işlem normunun kefir örneklerinin kurumadde, kül, pH, titrasyon asitliği, sertlik, yapışkanlık ve serum ayrılması değerleri üzerine önemli bir etkisinin olmadığı; ancak kefir örneklerinin proteolik aktivite değerleri üzerinde etkili olduğu tespit edilmiştir. Kefir danesi ve ticari kefir starter kültürü kullanılarak üretilen kefir örneklerinin kurumadde ve kül değerleri arasında önemli farklılık olmadığı; buna karşın starter kültür çeşidinin pH, titrasyon asitliği, proteolitik aktivite, sertlik, yapışkanlık ve serum ayrılması değerleri üzerine değişen düzeylerde etkisinin olduğu saptanmıştır. Ayrıca üretimde kullanılan inkübasyon sıcaklıklarının kefir örneklerinin kül ve pH değerleri üzerinde önemli bir farklılık oluşturmadığı; fakat örneklerin kurumadde, titrasyon asitliği, proteolitik aktivite, sertlik, yapışkanlık ve serum ayrılması değerleri üzerine etkisinin önemli olduğu tespit edilmiştir.  Farklı inkübasyon sonlandırma pH'sı kullanılarak üretilen kefir örneklerinin kurumadde, kül ve proteolitik aktivite değerleri arasında önemli bir farklılık bulunmamıştır. Bununla birlikte depolama süresi sonunda kefir örneklerinde proteolitik aktivite ve serum ayrılması değerlerinde artma olduğu; pH, titrasyon asitliği, sertlik ve yapışkanlık değerlerinde ise değişme olmadığı belirlenmiştir. 

Araştırmada incelenen üretim parametrelerinin kefir örneklerinin görünür viskozite değerleri üzerine etkisinin önemli olduğu tespit edilmiştir. Bununla birlikte depolama süresince kefir örneklerine ait görünür viskozite değerlerinin arttığı belirlenmiştir. Farklı üretim parametreleri kullanılarak üretilen kefir örneklerinin Power Law modeline göre reolojik özelliklerinin incelenmesi sonucunda, örneklerin depolama süresince Newton tipi olmayan pseudoplastik akış davranışı gösterdiği ve zamana bağlı olarak da tiksotropik akış özelliklerine sahip olduğu belirlenmiştir.

Depolama süresince kefir örneklerinde toplam aerobik mezofilik bakteri, laktokok, laktobasil, asetik asit bakteri ve lökonostok sayılarının azaldığı, maya sayılarının ise arttığı saptanmıştır. Ayrıca incelenen üretim parametrelerinden starter kültür çeşidinin kefir örneklerinde sayımı yapılan tüm mikroorganizmaların sayım sonuçları üzerine önemli düzeyde etkisinin olduğu belirlenmiştir. Farklı inkübasyon sıcaklıkları kullanılarak üretilen kefir örneklerinde belirlenen laktokok ve maya sayıları arasında önemli bir farklılık olmadığı tespit edilmiştir. Bununla birlikte üretimde kullanılan inkübasyon sonlandırma pH'sının kefir örneklerindeki laktobasil sayıları üzerine ve ısıl işlem normunun kefir örneklerinde yapılan tüm mikroorganizma sayım sonuçları üzerine önemli bir etkisinin olmadığı belirlenmiştir. 

Yapılan duyusal değerlendirme sonucunda farklı üretim parametreleri kullanılarak üretilen kefir örneklerinin depolanması sırasında verilen toplam puanlarda düşme meydana gelmiştir. Ticari kefir starter kültürü kullanılarak üretilen kefir örneklerine verilen toplam duyusal puanların kefir danesi kullanılarak üretilen kefir örneklerine verilen puanlara göre yüksek olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca üretimlerinde inkübasyon sonlandırma pH'sı olarak pH 4.4 seçilen örneklere ait toplam duyusal puanların üretimlerinde inkübasyon sonlandırma pH'sı olarak pH 4.8 seçilen örneklere ait olanlara göre yüksek olduğu belirlenmiştir. 

Bu çalışmada, kefir peptid profilinin belirlenmesinde matriks yardımlı lazer desorpsiyon iyonizasyon uçuş zamanlı kütle spektrometresi (MALDI-TOF-MS) ile nanoelektronspray iyonizasyon (nano-ESI) kaynağı içeren LTQ Orbitrap XL ETD kütle spektrometresi ile kombine edilmiş nano-ultra-performans sıvı kromatografi (nano-UPLC) sistemi kullanılmıştır. Kefir örneklerinde multifosforile peptidler de dahil olmak üzere toplamda β-kazein, αs1-kazein, κ-kazein ve αs2-kazein orijinli 257 peptid tanımlanmıştır. Kefir örneklerinde tanımlanan 257 peptidin 16'sının çeşitli biyoaktivitelere sahip olduğu belirlenmiştir. Ayrıca kefirde tanımlanan söz konusu 257 peptidin 236'sının çiğ sütte tespit edilemeyip sadece kefirde tespit edilmesi, söz konusu peptidlerin sütün fermantasyonu sırasında oluştuğunu ve kefire özgü peptidler olduğunu göstermektedir. Bununla birlikte üretimde kullanılan starter kültür çeşidi, inkübasyon sıcaklığı ve inkübasyon sonlandırma pH'sının kefir örneklerinde belirlenen bazı peptidlerin bağıl yoğunluk değerleri üzerine değişen düzeylerde etkisinin olduğu, ısıl işlem normunun ise kefir örneklerinde belirlenen peptidlerin bağıl yoğunluk değerleri üzerinde önemli bir etkisinin olmadığı saptanmıştır.

Abstract:
In this study, kefir was produced by using different heat treatment norms (at 90°C for 5 minutes and at 90°C for 10 minutes), starter culture types (kefir grain and commercial kefir starter culture), incubation temperatures (20°C and 25°C) and final incubation pH values (pH 4.4 and pH 4.8). Physicochemical, microbiological and sensory properties of kefir samples were determined during storage at 4±1°C for 30 days. Additionally, peptide and bioactive peptide profiles of the kefir samples produced by different production parameters have been tried to be presented and the effect of the production parameters on these peptide profiles in the kefir samples were studied. 

Heat treatment norms used in the production did not have significant effect on total solids, ash, pH, titratable acidity, firmness, stickness and syneresis values of the kefir samples; but they were found to be effective on proteolytic activity values of the kefir samples. Regarding total solids and ash values of the kefir samples, no significant differences were found between kefir samples produced by using kefir grain and commercial kefir starter culture; in contrast type of starter culture has significant effect with varying levels on pH, titratable acidity, proteolytic activity, firmness, stickness and syneresis values. Furthermore, it was determined that incubation temperature used in the production did not make significant differences on ash and pH values of the kefir samples; but its effect on total solid, titratable acidity, proteolytic activity, firmness, stickness and syneresis values was significant. Regarding total solids, ash and proteolytic activity values, there were not significant differences between the kefir samples produced by using different final incubation pH levels. However, at the final stage of the storage period, proteolytic activity and syneresis values of the kefir samples increased; pH, titratable acidity, firmness and stickness values of the kefir samples did not change.

In the study it was detemined that the effect of tested process parameters on apparent viscosity values of the kefir samples was significant. In addition, apparent viscosity values of the kefir samples increased during the storage. As a result of examination of the rheological properties of the kefir samples according to the Power Law model, all kefir samples exhibited non-newtonian pseudoplastic behavior and have thixotropic flow properties with respect to time. 
During the storage, the counts of total mesophilic aerobic bacteria, lactococci, lactobacilli, acetic acid bacteria and Leuconostoc spp. in the kefir samples decreased; in contrast the counts of yeasts in the samples increased. Moreover, it was found that there was a significant effect of the starter culture type on the number of microorganisms counted in the kefir samples. Regarding lactococci and yeast numbers, no significant differences were found between kefir samples produced by using different incubation temperatures. Besides, the final incubation pH levels used in production were determined to have no significant effect on the counts of lactobacili detected in the kefir samples, but also count results of all microorganisms were not influenced by the heat treatment norms. 

Based on the results of sensory analysis, given total scores of the kefir samples produced using different production parameters decreased during the storage. The total scores of the kefir samples produced with commercial kefir starter cultures were higher than that of the kefir samples produced with kefir grain. In addition, it was determined that the total scores of kefir samples with final incubation pH 4.4 were higher than that of the kefir samples with final incubation pH 4.8.

Determination of the peptide profile of kefir was performed in this study by matrix assisted laser desorption ionization time of flight mass spectrometry (MALDI-TOF-MS) and nanoelectrospray ionization (nano-ESI) LTQ Orbitrap mass spectrometry coupled to nano ultra performance liquid chromatography (nano-UPLC). A total of 257 peptides including multiphosphorylated peptides were identified in kefir samples, which were mainly derived from β-casein, αS1-, κ- and αS2-casein. Sixteen of 257 peptides were determined to have various bioactivities. However, 236 of these peptides were unique for kefir and not detected in milk which showed that these 236 peptides were formed during the fermentation process and peculiar to kefir. In addition, relative intensity values of some peptides determined in the kefir samples were influenced by the starter culture type, incubation temperature and final incubation pH used in the production in variable significant levels; in contrast heat treatment norms have not significant effect on  relative intensity values of the peptides in the kefir samples.