Gıda endüstrisi yan ürünleri ve atıklarının ekmek ve makarnanın fonksiyonel özelliklerinin geliştirilmesinde kullanımı
Utilization of food industry by-products and wastes for improving functional properties of bread and pasta
Yazar: ASUMAN ÇEVİK
Danışman: DOÇ. DR. NİLGÜN ERTAŞ
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Çalışmanın ilk aşamasında; gıda endüstrisinde atık olarak çıkan 12 farklı yan ürünün (elma, enginar, karpuz, kavun, limon, muz, nar, patlıcan, portakal, sarımsak, soğan ve üzüm) çeşitli fiziksel ve kimyasal özellikleri (renk, nem, kül, protein, yağ, karbonhidrat, enerji, serbest asitlik, su ve yağ tutma kapasitesi, emülsiyon kapasitesi)  belirlenmiş ve bu yan ürünlerin 4 farklı dozu (% 0, 5, 10 ve 15) buğday ununa ilave edilerek hamurun reolojik özellikleri (farinograf ve ekstensograf) incelenmiştir. Reolojik analizler sonucu üstün bulunan 5 farklı yan ürünün (elma, karpuz, portakal, üzüm ve muz) 3 farklı dozu kullanılarak (% 0, 5 ve 10) ekmek ve makarna üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen ekmek ve makarna örneklerinin çeşitli fiziksel, kimyasal, teknolojik ve fonksiyonel özellikleri belirlenmiştir. 
Hammaddeler içerisinde en yüksek kül içeriği muz yan ürünlerinde (% 17.95 KM); en yüksek protein içeriği karpuz yan ürünlerinde (% 18.16 KM), en yüksek karbonhidrat içeriği ise elma yan ürünlerinde (% 83.31 KM) görülmüştür. Bütün yan ürünlerin su ve yağ tutma kapasitelerinin buğday unu ve irmiğinden üstün olduğu tespit edilmiştir.
Hamurların su kaldırma kapasitesi yan ürün ilavesiyle artmış ve en yüksek su kaldırma % 15 ikame oranında (% 76.81) görülmüştür. Hamur gelişme süreleri ikame oranı arttıkça uzamıştır. Hamur stabiliteleri yan ürünlere göre farklılık göstermiş olup en yüksek üzüm yan ürünleri ilaveli örneklerde (10.40 dk) ve % 10 ikame oranında (7.99 dk) görülmüştür. Hamurların 135. dakikadaki ekstensogramlarına göre en yüksek direnç elma (824.63 BU) ve karpuz (842.38 BU) yan ürünlerinde; en geniş uzayabilirlik muz (119.63 mm) ve enginar (121.25 mm) yan ürünlerinde; en yüksek enerji muz (100.13 cm2) ve elma (91.13 cm2) yan ürünlerinde görülmüştür. İkame oranı arttıkça hamurların dirençlerinin ve enerji değerlerinin azaldığı belirlenmiştir.
Ekmek ve makarna üretiminde kullanılan 5 hammadde arasında en yüksek toplam besinsel lif (% 58.44), fenolik madde (8927.35 mg GAE/kg) ve antioksidan aktivite (3483.50 mg TE/kg) değerleri üzüm yan ürünlerinde görülmüştür. Hammaddeler arasında en yüksek fitik asit içeriği buğday irmiğinde (326.31 mg/100g) görülürken en düşük elma ve karpuz yan ürünlerinde tespit edilmiştir. Hammaddeler arasında en yüksek kalsiyum (444.02 mg/100g) ve potasyum (7850.21 mg/100g) değerleri muz yan ürünlerinde, en yüksek demir elma yan ürünlerinde (23.02 mg/100g), en yüksek magnezyum karpuz yan ürünlerinde (265.64 mg/100g), en yüksek çinko (1.35 mg/100g) ve fosfor (368.70 mg/100g) ise buğday irmiğinde ölçülmüştür. 
Gıda endüstrisi yan ürünleri ilave edilerek üretilen ekmeklerde elma yan ürünleri ilavesi en yüksek parlaklık değerleri; portakal yan ürün ilavesiyle ise en yüksek a* ve b* değerleri elde edilmiştir. Karpuz yan ürünleri ilaveli ekmeklerin spesifik hacim ve kabuk kalınlığı değerleri en yüksek; sertlik ve çiğnenebilirlik değerleri ise en düşük bulunmuştur. Yan ürünlerin ikame oranı arttıkça örneklerin spesifik hacim değerlerinin düştüğü, sertlik ve çiğnenebilirlik değerlerinin arttığı belirlenmiştir. Üzüm posası ilavesi ekmek örneklerinin elastikiyet değerlerini artırırken, tüm yan ürünlerde ikame oranı arttıkça elastikiyet değerlerinde düşüş tespit edilmiştir. Gıda endüstrisi yan ürünlerinin ikame oranının artmasıyla ekmeklerin nem, kül ve yağ değerlerinde artış, karbonhidrat ve enerji değerlerinde ise düşüşler belirlenmiş olup, protein değerlerinde değişiklik gözlenmemiştir (p>0.05). Ekmek örneklerine ilave edilen yan ürün oranı arttıkça örneklerin besinsel lif, toplam fenolik madde miktarı ve antioksidan aktivite değerlerimin arttığı, fitik asit içeriklerinin ise azaldığı görülmüştür. Mineral madde içeriği bakımından muz yan ürünü ilaveli ekmeklerin diğer örneklere kıyasla daha yüksek mineral madde içerdiği ve % 10 ikame oranının en yüksek değerleri verdiği belirlenmiştir.
 Makarna örnekleri renk değerleri bakımından incelendiğinde en yüksek L* b* ve SI değeri portakal yan ürünleri ilaveli örneklerde, en düşük renk değerleri ise muz yan ürünleri ilaveli örneklerde görülmüştür. En yüksek sıkılık değeri üzüm yan ürünleri ilaveli örneklerde görülmüş olup, diğer örnekler arasında önemli bir fark olmadığı (p>0.05) belirlenmiştir. Makarna örnekleri arasında en yüksek suya geçen madde miktarı karpuz ve portakal yan ürünleri ilaveli örneklerde görülmüştür (p>0.05). Makarna örnekleri için en yüksek protein, yağ, karbonhidrat ve enerji değerleri karpuz yan ürünleri ilaveli örneklerde belirlenmiştir. Makarna örneklerine ilave edilen gıda endüstrisi yan ürünlerinin ikame oranının artması besinsel lif, toplam fenolik madde miktarı ve antioksidan aktivite değerlerinin artmasına, fitik asidin ise azalmasına yol açmıştır.  Makarnalarda en yüksek kalsiyum, potasyum ve çinko içeriği muz ilaveli örneklerde görülürken; en yüksek magnezyum ve fosfor içeriği karpuz yan ürünleri ilaveli örneklerde görülmüştür.

Abstract:
In the first stage of the study; various physical and chemical properties (color, moisture, ash, protein, fat, carbohydrate, energy, free acidity, water and fat holding capacity, emulsion capacity) of 14 different by-products (apple, artichoke, watermelon, melon, lemon, banana, pomegranate, eggplant, orange, garlic, onion and grape) produced as waste in the food industry were determined. Additionally 4 different doses (0, 5, 10 and 15 %) of these by-products were applied to wheat flour and the rheological properties of the dough (farinograph and extensograph) were investigated. Bread and pasta production were carried out by using 3 different doses (0, 5 and 10 %) of 5 different by-products (apple, watermelon, orange, grape and banana) which were found superior as a result of rheological analysis. Various physical, chemical, technological and functional properties of the produced bread and pasta samples were determined.
The highest ash content among raw materials was determined in banana by-products (17.95 % dw); the highest protein content was observed in watermelon by-products (18.16 % dw), and the highest carbohydrate content was determined in apple by-products (83.31 % dw). It has been determined that the water and oil holding capacities of all by-products were higher than wheat flour and semolina.
The water absorbtion capacity of the doughs increased with the addition of by-product and the highest water absorbtion capacity (76.81 %) was observed at the 15% replacement rate. Dough development times was prolonged as the substitution rate increased. Dough stability time differed according to by-products, and the highest grape by-product additions (10.40 min) and 10 % substitution rate (7.99 min) were observed. According to the extensograms of the dough at the 135th minute, the highest resistance was in apple (824.63 BU) and watermelon (842.38 BU) by-products powder added samples; the greatest extensibility was in banana (119.63 mm) and artichoke (121.25 mm) by-products powder added samples and the highest energy was obtained in banana (100.13 cm2) and apple (91.13 cm2) by-products powder added samples. It was determined that the resistance and energy values of the doughs decreased as the substitution ratio increased.
Among the 5 raw materials used in the production of bread and pasta production, the highest total dietary fiber (58.44 %), phenolic compound (8927.35 mg GAE/kg) and antioxidant activity(3483.50 mg TE/kg) values were seen in grape by-products. Among the raw materials, the highest phytic acid content was determined in wheat semolina (326.31 mg/100g), while the lowest was determined in apple and watermelon by-products. The highest calcium (444.02 mg/100g) and potassium (7850.21 mg/100g) content among the raw materials were measured in banana by-products, the highest iron in apple by-products (23.02 mg/100g), the highest magnesium in watermelon by-products (265.64 mg/100g), and the highest zinc (1.35 mg/100g) and phosphorus (368.70 mg/100g) in wheat semolina.
Among the bread samples produced by adding food industry by-products, the highest brightness values were measured with the addition of apple by-products; the highest a* and b* values were obtained with the addition of orange by-products. Breads with added watermelon by-products provided the highest specific volume and crust thickness values; and the lowest hardness and chewiness values of all bread samples. It was determined that as the substitution rate of by-products increased, the specific volume values of the samples decreased, and the hardness and chewiness values increased. While the addition of grape pulp increased the springiness values of the bread samples, the springiness values of all by-products decreased as the substitution rate increased. With the increase in the substitution rate of food industry by-products, an increase in moisture, ash and fat values, a decrease in carbohydrate and energy values were determined, and no change was observed in protein values of breads (p>0.05). It was observed that as the substitution rate of by-products added to the bread samples increased, the nutritional fiber, total phenolic content and antioxidant activity values of the samples increased, while the phytic acid contents of the samples decreased. In terms of mineral substance content, it was determined that the banana by-products added breads were superior to the other samples and the 10% substitution rate provided the highest values.
When the pasta samples were examined in terms of color values, the highest L* b* and SI values were obtained in the orange by-products added samples, and the lowest in the banana by-products added samples. The highest firmness value was observed in the grape by-products added pasta samples, and it was determined that there was no significant difference between the other by-products added samples (p>0.05). Among the pasta samples, the highest weight loss was observed in watermelon and orange by-products added samples (p>0.05). The highest protein, fat, carbohydrate and energy values for pasta samples were determined in samples with added watermelon by-products. The increase in the by-product rate of food industry by-products added to the pasta samples led to an increase in dietary fiber, total phenolic substance content and antioxidant activity values, and a decrease in phytic acid content in pasta samples. While the highest calcium, potassium and zinc content were detected in banana-utilised pasta samples, and the highest magnesium and phosphorus contents were determined in samples with added watermelon by-products containing pasta samples.