Prebiyotik yoğurt tozunun üretimi ve fiziksel özelliklerinin geliştirilmesi
Production of prebiotic yogurt powder and development of its physical properties
Yazar: EZGİ KOÇER
Danışman: PROF. DR. MERAL KILIÇ AKYILMAZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Beslenme ve Diyetetik = Nutrition and Dietetics ; Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Yoğurt sağlığa olan faydaları nedeniyle insan beslenmesinde önemli bir yere sahiptir. Yoğurdun raf ömrünü arttırmak amacıyla yoğurt tozu üretilmektedir. Yoğurt tozu gıda bileşeni olarak fırıncılık ürünlerinden dondurmaya kadar geniş bir yelpazede kullanılmaktadır. Yoğurt probiyotikler ve prebiyotik maddeler eklenerek fonksiyonel ürün olarak üretilebilmektedir. Yoğurt tozu da probiyotikler ve prebiyotikler eklenerek fonksiyonel hale getirilebilir. Ülkemizde prebiyotik yoğurt tozu üretimi yapılmamaktadır.
Toz gıda ürünlerinde dağılabilirliğin yüksek, higroskopi ve kekleşme düzeyinin hiç olmaması veya düşük düzeyde olması istenir. Rekonstitüye üründe ise uygun kıvam ve serum ayrılması olmaması istenir. Yoğurt kurutma işlemine tabi tutulduktan sonra rekonstitüye edilerek yoğurda dönüştürüldüğünde zayıf reolojik özellikler ve serum ayrılması göstermektedir. Bu problemin çözümü için uygun katkı maddelerinin belirlenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, prebiyotik yoğurt tozunun üretilmesi ve rekonstitüye özelliklerinin iyileştirilmesi amacıyla stabilizörlerin kullanımı araştırılmıştır. Prebiyotik yoğurt tozu üretiminde iki farklı tip inülin %4-6 konsantrasyonda olacak şekilde kullanılmıştır. Stabilizör olarak keçi boynuzu gamı, κ-karagenan, yüksek metoksilli pektin ve karboksimetil selüloz %0,2-0,5 konsantrasyonlarında denenmiştir.
Yoğurt tozu, yoğurda inülin ve stabilizörler eklendikten sonra dondurarak kurutma yöntemiyle üretilmiştir. Elde edilen kuru karışım öğütülmüş ve elenerek belirli bir parçacık boyutuna sahip bir toz elde edilmiştir. Katkısız ve sadece inülin içeren yoğurt tozu örnekleri de hazırlanmıştır. Yoğurt tozu örneklerinin su aktivitesi, nem içeriği, dağılabilirlik, higroskopisite ve kekleşme derecesi ölçülmüştür. Buna ek olarak toz rekonstitüye edilerek elde edilen yoğurdun reolojik özellikleri ve serum ayrılması ölçülmüştür. 
İnülinin %4-6 oranlarında kullanıldığında yoğurt tozunun dağılabilirliğini artırdığı ve %6 oranında kullanıldığında kekleşmesini azalttığı saptanmıştır. İnülinin tozun rekonstitüye edilmesiyle elde edilen yoğurdun serum ayrılması düzeyine etki etmediği ancak %4 oranında kullanıldığında kıvam katsayısını artırdığı saptanmıştır.
Kıvam katsayısını en fazla artıran inülinin %4 oranında prebiyotik olarak kullanılmasına karar verilmiştir. Buna ilaveten stabilizörler eklenerek yoğurt tozu üretilmiştir. Stabilizörlerin eklenmesi yoğurt tozunun dağılabilirliğini artırmış, higroskopisitesini ve kekleşme derecesini azaltmıştır. En yüksek dağılabilirlik %0,5 κ-karagenan içeren örnekte elde edilirken, en düşük dağılabilirlik %0,2 keçi boynuzu gamı içeren örnekte bulunmuştur. Stabilizör konsantrasyonunun %0,2'den %0,5'e artırılması ile dağılabilirlikte artmıştır. En düşük kekleşme derecesi %0,2 oranında keçi boynuzu gamı ve CMC içeren örneklerde saptanmıştır. 
Prebiyotik yoğurt tozlarından elde edilen rekonstitüye yoğurtlar psödoplastik akış davranışına sahip bulunmuştur. Stabilizör eklenmesi rekonstitüye yoğurdun kıvam katsayısını artırmış ve serum ayrılmasını azaltmıştır. Yoğurt tozlarından elde edilen yoğurtlarda en yüksek kıvam katsayısı %0,2-0,5 oranlarında κ-karagenan içeren örnekte tespit edilirken, en düşük keçi boynuzu gamı ve yüksek metoksilli pektin içeren örnekler en düşük kıvam katsayısına sahip bulunmuştur. Rekonstitüye yoğurt tozlarının santrifüjle serum ayrılması düzeyleri kontrolden farklı bulunmazken, kendiliğinden serum ayrılması düzeyi stabilizör eklenmesi ile azalmıştır. CMC %0,2-0,5 oranlarında ve κ-karagenan %0,2 oranında kullanıldıklarında rekonstitüye yoğurtta kendiliğinden serum ayrılmasını engellemişlerdir. Yüksek metoksilli pektin serum ayrılmasını azaltmış ancak tamamıyla engellememiştir.
Tüm sonuçlar incelendiğinde, prebiyotik yoğurt tozu üretiminde %4 inülin ve %0,2 κ-karagenan hem tozda hem de bundan elde edilen yoğurtta fiziksel özellikleri iyileştirmek için tavsiye edilebilir. Bununla birlikte, tozdan elde edilen yoğurtta taze yoğurdunkine benzer fiziksel özelliklerin elde edilmesi için formülasyonun optimizasyonu ile ilgili daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulmaktadır.

Abstract:
Functional foods are being developed in food industry to improve health benefits of food products. Yogurt has an important place in human nutrition due to its health benefits. Yoghurt powder is produced in order to increase the shelf life of yogurt. Yoghurt powder is used as a food component in a wide range of foods from bakery products to ice cream. Yoghurt can be produced as a functional product by adding probiotics and prebiotic substances. Yoghurt powder can also be made functional by adding probiotics and prebiotics. Prebiotic yoghurt powder is not produced in our country.
Inulin was used as a prebiotic in this study. Inulin is not sweet and it does not change the sensory properties of foods. Due to its prebiotic properties, inulin gives functionality to the product. It is also preferred because of its dietary fiber, fat replacer and texture modifier properties. Viscosity of high performance inulin is higher than that of the standard inulin and it gives more consistency to the product. The degree of polymerization of high performance inulin is higher than that of the standard inulin and its solubility is lower. Therefore, its ability to be used as a fat replacer is possible.
Drying is one of the oldest food preservation methods, but it is still widely used today. In this method, the growth of microorganisms which deteriorate food is inhibited by the removal of water. Shelf life of food increases as water content of food decreases. Freeze drying and spray drying are the most commonly used methods in yoghurt powder production. Freeze drying has a protective effect on yogurt microflora as it applied at lower temperatures. Powders obtained by this method are more easily reconstituted. Therefore, freeze drying of yoghurt was preferred in this study.
It is desirable to have high dispersibility, low levels of hygroscopicity and caking in powdered food products. In the reconstituted product, it is desirable to obtain consistency similar to that of undried sample and no serum separation. However, after the yogurt has been subjected to drying process, it shows weak rheological properties and serum separation when converted into yoghurt. When yogurt powder is reconstituted, there are losses in flavor as well. In order to overcome this, it is necessary to use appropriate additives. In this study, the use of stabilizers was investigated in order to produce prebiotic yogurt powder and to improve its reconstitution properties. In the production of prebiotic yogurt powder, two different types of inulin were used at a concentration of 4-6% in yoghurt. As a stabilizer, locust bean gum, κ-carrageenan, high methoxylated pectin and carboxymethyl cellulose were tested at concentrations of 0.2-0.5% in yoghurt.
In preparation of yoghurt powder samples, first solutions of inulin and stabilizers were prepared in water. These solutions were mixed with yoghurt and homogenized. Samples were frozen for one day and then freeze-dried. The dry mixture was ground and sieved to obtain a powder with a specific particle size. Samples of yogurt powder with no additives and with only inulin were also prepared.
Analyses were divided into two parts for powdered and reconstituted yogurt. The water activity of yogurt powder samples was determined using a hygrometer type water activity measuring device at 25°C. Moisture content of the yogurt powder samples were measured gravimetrically in an oven at 70°C. Hygroscopicity values were determined gravimetrically. The degree of caking of the samples were determined by equilibration at high relative humidity. Rheological properties and serum separation of reconstituted yogurts were analyzed. Flow curves of the samples were determined and data were fitted to the power law model to determine consistency coefficient and flow behavior index. Serum separation analysis was performed by both spontaneous and centrifugation methods.
Inulin increased the dispersibility of yogurt powder at concentrations of 4-6% and decreased its caking when used at a concentration of 6%. When yoghurt powder was reconstituted, inulin did not affect serum separation of yoghurt obtained. On the other hand, consistency coefficient of reconstituted yoghurt was increased when inulin was used at a concentration of 4%. Therefore, it was decided to use prebiotic inulin at a concentration of 4%.
The addition of stabilizers increased the dispersibility of the yogurt powder and reduced the hygroscopicity and the degree of caking. The highest dispersibility was obtained in the sample containing 0.5% κ-carrageenan and the lowest dispersibility was found in the sample with 0.2% locust bean gum. Stabilizers increased the dispersibility as their concentration was increased from 0.2 to 0.5%. The lowest degree of caking was found in samples containing 0.2% locust bean gum and carboxymethyl cellulose.
The yoghurt obtained from prebiotic yogurt powders had pseudoplastic flow behavior.  The addition of stabilizers increased the consistency coefficient of the reconstituted yoghurt and reduced the serum separation. The highest consistency coefficient in yogurt was obtained when κ-carrageenan was used at concentrations of 0.2-0.5%. Locust bean gum and high methoxylated pectin containing samples were found to have the lowest consistency coefficient.
The levels of serum separation of the reconstituted yoghurt powders measured by centrifugation method were not different from that of the control. Spontaneous serum separation level was decreased by the addition of stabilizers. Carboxymethyl cellulose at concentrations of 0.2-0.5% and κ-carrageenan at a concentration of 0.2% prevented spontaneous serum separation in reconstituted yoghurt. High methoxyl pectin decreased serum separation but it did not completely inhibit it.
When all results were examined, both 4% inulin and 0.2% κ-carrageenan can be recommended for prebiotic yogurt powder production to improve physical properties of both powder and reconstituted yoghurt from powder.
However, locust bean gum and carboxymethyl cellulose can be used for reducing degree of caking in formulation. Carboxymethyl cellulose can also be recommended for preventing of spontaneous serum separation.
The data obtained in this study can be used to improve the stability of the prebiotic yogurt powder and to improve the consistency and serum separation properties of the yogurt produced from it. It has been shown in our work that prebiotic yoghurt powder can be used as a functional product and an ingredient in the food industry in terms of both its nutritional content and functional properties. However, further research is needed to optimize the formulation of yoghurt powder to obtain physical properties similar to those of fresh yogurt in reconstituted yogurt from powder.