Püskürtmeli kurutma ve dondurarak kurutma yöntemleri kullanılarak susam işleme atığından bitkisel protein tozu üretimi ve toz ürün karakterizasyonu
Plant based protein powder production from sesame processing waste using spray drying and freeze drying techniques and characterization of powders
Yazar: ELİF EZGİ ÖZDEMİR
Danışman: DOÇ. DR. FATİH MEHMET YILMAZ
Aydın Adnan Menderes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Amino asitler-esansiyel = Amino acids-essantial ; Bitki proteinleri = Plant proteins ; Gıda atıkları = Food wastes

Özet:
Bu tez çalışması, endüstriyel gıda işleme atığı olan susam kepeğinden püskürtmeli ve dondurarak kurutma (liyofilizasyon) yöntemleriyle bitkisel protein tozu üretilmesi ve ardından, ayrıntılı fizikokimyasal ve toz ürün özelliklerinin belirlenmesi amacıyla gerçekleştirilmiştir. Püskürtmeli kurutma işlem parametlerinin etkileri yanıt yüzey yöntemi ile merkezi tümleşik dizayn (CCRD) kullanılarak incelenmiştir. En uygun püskürtmeli kurutma işlem koşullarının belirlenmesinde bağımlı değişkenlerin (toz ürün verimi, protein verimi, su aktivitesi, işlem süresi) etkileri, bağımsız değişkenler (hava giriş sıcaklığı ve hava çıkış sıcaklığı) ele alınarak tespit edilmiştir. Optimum koşullarda püskürtmeli ve dondurarak kurutma işlemleri ile üretilen bitkisel protein tozlarının fizikokimyasal analizleri yapılmış ve toz ürün özellikleri belirlenmiştir. Püskürtmeli kurutma işlemi için optimum işlem koşulları 165 °C hava giriş sıcaklığı ve 74 °C hava çıkış sıcaklığı olarak tespit edilmiştir. Bu koşullarda toz üründe %69,0 toz ürün verimi, %68,2 protein verimi, 70 dk. işlem süresi ve 0,215 su aktivitesi değeri elde edilmiştir. Dondurarak kurutma işlemi susam kepeği protein tozlarında daha yüksek köpürme kapasitesi (%35) ile önemli ölçüde geliştirilmiş ıslanabilirlik (2,3 s) ve dağılabilirlik (%98,6) değerleri sağlamıştır. Liyofilize protein tozları, işleme ve nakliye için önemli parametreler kabul edilen, önemli ölçüde daha düşük yığın ve sıkıştırılmış yığın yoğunluğu göstermiştir. Diğer yandan, püskürtmeli kurutma ile üretilmiş örnekler daha yüksek su tutma kapasitesi (0,94 g su/g protein) ve daha gelişmiş renk özellikleri (L*: 71,4) sağlamıştır. Püskürtmeli kurutma ve dondurarak kurutma yöntemleri kullanılarak susam kepeğinden bitki bazlı protein tozu üretimi başarıyla gerçekleştirilmiştir. Kurutma yöntemleri protein tozlarının protein miktarı, mineral madde ve lignan içerikleri, amino asit bileşimi, yığın özellikleri, köpürme kapasitesi, renk ve yüzey morfolojisi gibi fizikokimyasal özellikleri üzerinde farklı etkiler göstermiştir. Susam kepeğinden elde edilen protein tozları kükürt içeren esansiyel bir amino asit olan metiyonin bakımından zengin içeriğe sahiptir. Fonksiyonel bir bileşen olarak yeni geliştirilen protein tozunun, gıda endüstrisine sürdürülebilir seçenekler sunacağı ve çeşitli formülasyonlarda kullanılmak üzere yeni fırsatlar açabileceği düşünülmektedir.

Abstract:
The purpose of this thesis was to produce plant based protein powder from an agro-industrial waste source (sesame bran) using spray and freeze drying methods, to perform detailed physicochemical analyses, and to determine powder product properties. The effect of spray drying process parameters was investigated using response surface methodology by central composite rotatable design (CCRD). For the optimum spray drying process conditions, the effects of dependent variables (powder product yield, protein yield, water activity, process time) were determined by considering independent variables (inlet air temperature and outlet air temperature). Physicochemical analyses and powder product characterization of plant based protein powders produced using spray and freeze drying at optimum conditions were carried out. The optimum process conditions were determined as 165 °C inlet air temperature and 74 °C outlet air temperature. Under this condition, 69.0% powder product yield, 68.2% protein yield, 70 min. process time and 0.215 water activity values were obtained in the powder product. Freeze dried protein powders revealed significantly improved wettability (2.3 s) and dispersibility (98.6%) values with higher foaming capacity (35%). Protein powders produced by freeze drying had considerably lower bulk and tapped densities, which are important parameters for processing and transportation. On the other hand, spray drying provided higher water holding capacity (0.94 g water/g protein) and better color properties (L*: 71.4). The production of plant based protein powder from sesame bran has been successfully carried out using spray drying and freeze drying methods. Drying methods showed different effects on the physicochemical properties of protein powders such as the protein content, mineral and amino acid composition, bulk properties, foaming capacity, color and surface morphology. Protein powders derived from sesame bran were found to be high in methionine, which is a sulfur containing essential amino acid. The newly developed protein powder as a functional ingredient could offer sustainable options to food industry and could open up new opportunities to be used in various formulations.