Ev tipi fırında sıcak hava ile kızartma işleminin, taze ve dondurulmuş parmak patateslerin kalite parametrelerine etkisinin incelenmesi
Hot air frying of fresh and frozen finger potatoes in domestic ovens and its effects on various quality parameteres
Yazar: BENGÜL ASAR
Danışman: PROF. DR. GÜRBÜZ GÜNEŞ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Kızartma, gıdanın 150-200°C arasındaki sıcaklıkta yenilebilir yağ içerisine daldırılarak pişirilmesi işlemidir. Kızartma sırasında, gıdada meydana gelen değişimler sonucunda değişen tekstür, renk, yağ içeriği, aroma, çıtırlık ve akrilamid içeriği parmak patateslerdeki başlıca kalite kriterleridir. Derin yağda kızartma işleminin gıdalarda yüksek yağ ve akrilamid içeriğine neden olmasından dolayı vakum altında kızartma, mikrodalga uygulamaları ile ön ıslatma, dondurma, kurutma gibi ön işlemler kızartılmış gıdaların yağ ve akrilamid içeriğin azaltılmasına yönelik literatürde araştırılan konulardır. Derin yağda kızartma işlemine kıyasla gıdalarda düşük yağ içeriğine olanak sağlayan sıcak hava ile kızartma işlemi çok yeni bir tekniktir.
Bu çalışmanın birinci bölümünde, ev tipi fırında sıcak hava ile kızartma işlemi sıcaklık ve süresinin kızartılmış taze ve dondurulmuş parmak patateslerin renk, sertlik, çıtırlık,  akrilamid miktarı, yağ ve nem içeriği kalite parametrelerine etkisi incelenmiştir. Deneysel tasarım için, yanıt yüzey metodu (RSM) kullanılarak iki faktörlü (sıcaklık, süre) ve üç seviyeli (-1, 0, +1) merkezi birleşik tasarımdan yararlanılmıştır. 
Sıcak hava ile kızartma işlemi sıcaklık ve süresinin artması ile taze ve dondurulmuş parmak patateslerin Hue açısının (°) azaldığı tespit edilmiştir. Sıcak hava ile kızartma işlemi süresinin artması ile taze ve dondurulmuş parmak patateslerin sertliğinin (N) önemli derecede arttığı, nem içeriğinin (%) azaldığı ve yağ içeriğinin (%) arttığı belirlenmiştir. Sıcak hava ile kızartma işlemi süresinin artması ile taze parmak patatesin çıtırlığının (N) arttığı, dondurulmuş parmak patatesin çıtırlığının (N) bu durumdan etkilenmediği tespit edilmiştir. Sıcak hava ile kızartma işlemi sıcaklık ve süresinin artması ile taze ve dondurulmuş parmak patateslerin akrilamid miktarının (ppb) arttığı, dondurulmuş parmak patates örneklerinin akrilamid miktarının (ppb), kızartma sıcaklık*süre etkileşimi ile azaldığı tespit edilmiştir.
Çalışmanın ikinci bölümünde ise, taze ve dondurulmuş parmak patateslerin optimizasyon parametrelerinin belirlenmesi amacı ile sıcak hava ve derin yağda kızartma çeşitleri kullanılarak farklı koşullarda kızartılmış örneklerin renk (Hue açısı, °), sertlik (N), çıtırlık (N) ve duyusal analizleri yapılmıştır. Elde edilen veriler ile çok yanıtlı optimizasyon için istenilen hedefe ulaşma fonksiyonundan yararlanarak taze ve dondurulmuş parmak patateslerin sıcak hava ile kızartma koşulları optimize edilmiştir. Yüksek duyusal beğeni puanı (≥ 3 puan) alan örneklerin renk (Hue açısı,°) ve sertlik (N) değerleri referans alınarak yapılan optimizasyon sonucunda, ev tipi fırında fan destekli büyük ızgara fırın modunda sıcak hava ile kızartma işlemi optimum koşulları; taze patates için 248,2°C/47 dak., dondurulmuş parmak patates için 253,2°C/42 dak. olarak belirlenmiştir.  
Belirlenen optimum koşullarda, her bir kalite parametresi için RSM'de elde edilen en uygun modeller kullanılarak, taze parmak patatesin Hue açısı değeri 92,87°, sertlik değeri 7,95 N, çıtırlık değeri 0,85 N, akrilamid miktarı 280,57 ppb, yağ içeriği %1,77, nem içeriği %38,97; dondurulmuş parmak patatesin Hue açısı değeri 98,06°, sertlik değeri 10,06 N, çıtırlık değeri 0,74 N, akrilamid miktarı 200,30 ppb, yağ içeriği %7,54, nem içeriği %40,44 olarak tahminlenmiştir. Optimum koşullar için; taze parmak patates örneğinin 280,57 ppb akrilamid, %1,77 yağ içeriği ile derin yağda kızartılan ve 833 ppb akrilamid, %14,4 yağ içeriğine sahip taze parmak patates örneğine kıyasla daha az akrilamid ve daha az yağ içerdiği, dondurulmuş parmak patates örneğinin 200,30 ppb akrilamid, %7,54 yağ içeriği ile derin yağda kızartılan ve 480 ppb akrilamid, %23,2 yağ içeriğine sahip dondurulmuş parmak patates örneğine kıyasla daha az akrilamid ve daha az yağ içerdiği belirlenmiştir.
Bu tez çalışmasında, ev tipi fırında sıcak hava ile kızartma işlemi sıcaklık ve süresinin, taze ve donduruluş parmak patateslerin renk, sertlik, çıtırlık, akrilamid miktarı, yağ ve nem içeriği değişimi deneysel tasarım ile incelenmiştir ve elde edilen veriler ile sıcak hava ile kızartma koşullarının optimizasyonu yapılmıştır. Sonuç olarak, hem taze hem dondurulmuş parmak patates için elde edilen optimum koşullarda sıcak hava ile kızartmanın derin yağda kızartılmış örnekler ile karşılaştırıldığında insan sağlığı için büyük önem taşıyan akrilamid ve yağ miktarı açısından büyük avantaj sağladığı belirlenmiştir. Farklı çeşitte taze patates ve farklı çeşitte dondurulmuş patates ürünleri (elma dilimi, küp patates gibi) ile çalışmanın tekrar edilmesinin yararlı olabileceği düşünülmektedir.

Abstract:
Frying is a cooking method which is immersion of food in the edible oil at a temperature of 150-200°C. The deep fat frying process is one of the oldest techniques of preparing food, which is highly appreciated by consumers due to the taste. This process basically consists of an immersion of the product in hot vegetable oil, causing the egress of water and the ingress of oil, with the consequent changes in texture and colour properties. The product becomes crusty due to the loss of water and acquires a light brown colour due to Maillard's reactions consisting of high temperature reactions between reducing sugars (glucose and fructose) and amino acids such as asparagine. The main quality criteria, which are the changes of the food as a result of the frying, texture, color, oil content, flavor, crispness and acrylamide content in the foods.
Nowadays, fried products are very popular with people of all ages. Their preparation is easy, fast and economical. For these reasons, in recent decades, frying processes have been generalized not only in fast food establishments but also in restaurants, food industries (for example snacks), and homes, etc. Among all commonly fried products, French fries or finger potatoes are the most important due to their high consumption and production. However, many studies show that excessive consumption of fried products can lead to serious health risks such as cardiovascular diseases, hypertension, diabetes, cancers, and obesity. This fact, together with the current trend of society to consume oil free products, have forced the industry in general, and chips industry in particular, to focus its efforts on developing alternative methods of frying that lead to products with low oil content but with the same features of flavor, color, and texture that make them so prized by consumers.
Fried potato products such as French fries are among the foods with the highest levels of acrylamide. The presence of acrylamide in these foods has attracted considerable attention worldwide because this compound is known as a neurotoxin in humans and animals and it is, classified as a "probable human carcinogen" by the International Agency for Research on Cancer.
Many researches have been studied to reduce the oil and acrylamide content in the fried products such as low pressure, microwave applications, different pretreatments such as blanching, freezing, predrying in the literature  because of the high oil and acrylamide content of deep fat fried foods. However, these alternatives do not always mimic the sensory features of conventional fried products or the cost is higher than conventional frying.
Hot air frying is a very new technique which is allowing the low oil content of foods compared to the deep fat frying. Hot air frying is a new way to obtain fried products by means of an emulsion containing oil droplets in a hot air stream. The process takes place in a chamber in which the product is continuously in movement to promote the homogenous contact between the product and the external emulsion medium. In this way, the product is gradually dehydrated while the typical crust on fried products appears.
In the first section of this study, the effects of temperature and time of hot air frying in a domestic oven of fresh and frozen finger potatoes on quality parameters which are the color, the hardness, the crispness, the acrylamide content, the oil content, the moisture content were evaluated. Response surface method (RSM) with the two factor (temperature, time) and three levels (-1, 0, +1) central composite design was used for the experimental design. 
As the hot air frying temperature and time increased, the Hue angle (°) of the fried fresh and frozen finger potatoes decreased. As the hot air frying time increased, the hardness (N) of the fried fresh and frozen finger potatoes increased significantly, the moisture content (%) of the fried fresh and frozen finger potatoes decreased and the oil content (%) of the fried fresh and frozen finger potatoes increased. As the hot air frying time increased, the crispness (N) of the fried fresh finger potatoes increased but not that of the fried frozen finger potatoes were observed. As the hot air frying time and temperature increased, the acrylamide content (ppb) of the fried fresh and frozen finger potatoes increased however the hot air frying temperature*time interaction decreased the acrylamide content (ppb) of the fried frozen finger potatoes were obtained but not that of the fried fresh finger potatoes were observed.
In the second section of this study, the color (Hue angle, °), the hardness (N), the crispness (N) and sensory analysis of the fresh and frozen finger potatoes which are fried in different conditions using the hot air frying and deep fat frying were performed to identify the optimization parameters. Hot air frying parameters of the fresh and frozen finger potatoes have been optimized using the data obtained from identifying the optimization parameters with desirability function of multi response optimization. The hot air frying optimum conditions in domestic ovens with fan assisted grill oven mode as 248.2°C/47 min. for fresh finger potatoes, 253.2°C/42 min. for frozen finger potatoes were determined using the color (Hue angle, °) and the hardness (N) values of samples which were took high points (≥ 3 points) from sensory analysis.
At the optimum operating conditions, the quality parameters were estimated as the Hue angle value 92.87°, the hardness value 7.95 N, the crispness value 0.85 N, the acrylamide content 280.57 ppb , the oil content 1.77%, the moisture content, 38.97% for the fried fresh finger potatoes; the Hue angle value 98.06°, the hardness value 10.06 N, the crispness value 0.74 N, the acrylamide content 200.30 ppb, the oil content 7.54%, the moisture content 40.44% for the fried frozen finger potatoes using optimum models obtained in RSM. The acrylamide content is 280.57 ppb and the oil content is 1.77% of the hot fried fresh finger potato samples at the optimum operating conditions are comparable with deep fat fried fresh finger potato samples were 833 ppb acrylamide content and 14.4% oil content; the acrylamide content is 200.30 ppb and the oil content is 7.54% of the hot fried frozen finger potato samples at the optimum operating conditions are comparable with deep fat fried frozen finger potato samples were 480 ppb acrylamide content and 23.2% oil content.
In this thesis, the effects of temperature and time of hot air frying in the domestic oven of fresh and frozen finger potatoes on quality parameters which are the color, the hardness, the crispness, the acrylamide content, the oil content, the moisture content were evaluated using the experimental design and hot air frying parameters have been optimized using the data obtained from the experimental design. The hot fried fresh and frozen finger potato samples at the optimum operating conditions are comparable with deep fat fried fresh and frozen finger potato samples in terms of great advantages of the acrylamide content and the oil content which are great importance for human health.  Different varieties of fresh potatoes and different kinds of frozen potato products (apple slices, potato cubes, etc.) are thought to be beneficial to work in another search.