Mikrodalga destekli pişirme işleminin farklı formülasyonlarla üretilen glutensiz bisküvilerde maillard reaksiyon ürünleri oluşumu üzerine etkileri
The effects of microwave assisted baking on maillard reaction products in gluten free biscuits produced with different formulations
Yazar: ASLI YILDIRIM VARDİN
Danışman: PROF. DR. AYŞE DEMET KARAMAN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ GÖNCÜ
Aydın Adnan Menderes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Tez çalışmasının amacı model gıda olarak seçilen glutensiz bisküvilerde ısıl işlem kontaminantları olarak nitelendirilen akrilamid, 5-hidroksimetilfurfural (HMF) ve furan miktarları üzerine formülasyon ve proses koşullarının etkilerinin değerlendirilmesi ve bu kontaminantların oluşumlarının maksimum düzeyde sınırlandırılmasıdır. 
Bu amaçla ilk aşamada kestane unu ikameli glutensiz bisküvilerde akrilamid, HMF ve furan oluşumu üzerine, ayrıca bisküvilerin fizikokimyasal özellikleri üzerine farklı kabartıcılar (sodyum asit pirofosfat ve glukono delta lakton), farklı tatlandırıcılar (sorbitol, mannitol ve izomalt) ve tatlandırıcı oranları (%30, 50 ve 75) ile siyah çay ekstraktı ilavesinin etkisi değerlendirilmiştir. Örneklerin akrilamid ve furan miktarları uygun ekstraksiyon koşullarının ardından gaz kromatografisi-kütle spektrometresi (GC-MS) ile belirlenmiş, HMF miktarları ise yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) ile tespit edilmiştir. Gerçekleştirilen denemeler sonucunda en düşük akrilamid miktarı (160,21±12,52 µg/kg) %75 sorbitol içeren örneklerde tespit edilmiştir. Ayrıca formülasyona siyah çay ekstraktı ilavesi ile akrilamid miktarı önemli düzeyde düşürülebilmiştir. Bununla birlikte %75 oranında sorbitol içeren örneklerde sodyum asit pirofosfat kullanımı ile örneklerin sertlik değerlerinde azalma meydana geldiği görülmüştür. 
Çalışmanın ikinci aşamasında pişirme işlemi sıcaklık ve süresi ile birlikte kullanılan kestane unu:pirinç unu oranının etkileri D-Optimal birleşik dizayn deneme deseni kullanılarak belirlenmiş ve akrilamid, HMF ve furan oluşumu yönünden en uygun kestane unu:pirinç unu oranının 44,171:55,829 olduğu, en uygun pişirme sıcaklığının 175,16°C olduğu, en uygun pişirme süresinin ise 6 dk olduğu tespit edilmiştir. Bisküvi örneklerinin pişirme sürelerinin arttırılması ile birlikte hem akrilamid, hem HMF, hem de furan miktarlarında artış eğilimi olduğu görülmüştür. Diğer yandan formülasyonda kestane unu miktarının artmasıyla birlikte Maillard reaksiyonu (MR) ürünlerinin miktarında da artış olduğu saptanmıştır. Sıcaklık artışı da benzer şekilde akrilamid, HMF ve furan miktarlarında artışa neden olmuştur. 
Çalışmanın üçüncü aşamasında ise 44,171:55,829 kestane unu:pirinç unu oranı ile 175,16°C sıcaklıkta 6 dk süreyle pişirilen örnekler alüminyum polietilen (ALPE) ambalaj materyali ile ambalajlanmış ve soğutmalı inkübatörde 25°C sıcaklıkta % 46,67 RH'da 90 gün süreyle depolanmışlardır. Depolama süresinin artmasıyla birlikte birlikte örneklerin nem miktarı ve su aktivitelerinin arttığı, diğer yandan toplam fenolik madde miktarı ve antioksidan aktivite değerlerinin ise azaldığı gözlemlenmiştir. Bununla birlikte depolama süresinin artmasıyla örneklerin akrilamid ve HMF miktarları azalmış; furan miktarları da azalmasına rağmen bu azalma istatistiksel olarak anlamlı bulunmamıştır. En düşük akrilamid miktarı (124,21±4,46 µg/kg) 90 gün süreyle depolanan ve yalnızca pirinç unu içeren bisküvilerde tespit edilmiş, en düşük furan miktarı (81,51±2,10 ng/g) ise hem kestane hem de pirinç unu içeren ve mikrodalga destekli konveksiyonel yöntemle pişirilen örneklerde tespit edilmiştir. Diğer yandan depolamanın 7. gününden itibaren örneklerin hiç birinde HMF tespit edilmemiştir. Depolama işlemi ile birlikte örneklerin duyusal özellikleri arasında yer alan çıtırlık değerinde de azalma gözlemlenmiştir. Örneklerin sertlik değerlerinde ise artış olduğu belirlenmiştir. 
Sonuç olarak hem formülasyon hem de pişirme koşullarının akrilamid, HMF ve furan miktarlarını önemli ölçüde etkilediği gözlenmiş ve proses sıcaklığının arttırılmasının örneklerdeki akrilamid, HMF ve furan miktarlarının istatistiksel olarak önemli ölçüde artırabileceği belirlenmiştir. Örneklere siyah çay ekstraktı ilavesinin yanı sıra uygun pişirme koşulları kullanılarak bu bileşenlerin miktarlarının sınırlandırılabileceği düşünülmektedir.
Anahtar Kelimeler: Akrilamid, Furan, Glutensiz bisküvi, HMF, Maillard reaksiyonu.

Abstract:
The aim of the thesis is to evaluate the effects of formulation and process conditions on the amounts of acrylamide, 5-hydroxymethylfurfural (HMF) and furan, which are considered as heat treatment contaminants in gluten-free biscuits, selected as model food, and to limit the formation of these contaminants to the maximum level.
For this purpose, in the first stage, the effect of different leavening agents (sodium acid pyrophosphate and glucono delta lactone), different sweeteners (sorbitol, mannitol and isomalt) sweetener rates (30, 50 and 75%), and the effect of the addition of black tea extract was evaluated on the formation of acrylamide, HMF and furan in chestnut flour substituted gluten-free biscuits. Acrylamide and furan content of the samples were determined quantitatively by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), while HMF content of biscuit samples was determined by high performance liquid chromatography (HPLC) after appropriate extraction conditions. As a result of the experiments, the lowest amount of acrylamide (160.21±12.52 µg/kg) was detected in samples containing 75% sorbitol. Additionally, by adding black tea extract to the formulation, the amount of acrylamide could be significantly reduced. Moreover, it was observed that the hardness values of the samples decreased with the use of sodium acid pyrophosphate for the samples containing 75% sorbitol.
In the second stage of the study, the effects of the chestnut flour:rice flour ratio along with the temperature and time of the cooking process were determined using the D-Optimal combined design, and the most suitable chestnut flour:rice flour ratio in terms of acrylamide, HMF and furan formation was 44.171:55.829 while the optimum cooking temperature was 175.16°C and optimum cooking time was 6 minutes. It was observed that there was an increasing trend in the amounts of acrylamide, HMF and furan as the baking time of the biscuit samples increased. On the other hand, it was determined that as the amount of chestnut flour increased in the formulation, the amount of Maillard reaction (MR) products also increased. The increase in temperature similarly caused an increase in the amounts of acrylamide, HMF and furan.
In the third stage of the study, the samples baked at 175.16°C for 6 minutes with a chestnut flour:rice flour ratio of 44.171:55.829, were packaged with aluminum polyethylene (ALPE) packaging material and stored in a refrigerated incubator at 25°C at 46.67% RH for 90 days. It was observed that as the storage time increased, the moisture content and water activity of the samples increased, while the total phenolic content and antioxidant activity values decreased. However, as the storage time increased, the acrylamide and HMF amounts of the samples decreased. The content of furan also decreased, however this decrease was not found to be statistically significant. The lowest amount of acrylamide (124.21±4.46 µg/kg) was detected in biscuits containing only rice flour and stored for 90 days, while the lowest amount of furan (81.51±2.10 ng/g) was detected for the samples containing both chestnut and rice flours and baked using microwave-assisted convection method. On the other hand, HMF was not detected in any of the samples as of the 7th day of storage. As storage period progressed, a decrease in the crispiness value, which is among the sensory properties of the samples, was observed. It was determined that there was an increase in the hardness values of the samples.
As a result, it was observed that both the formulation and baking conditions significantly affected the amounts of acrylamide, HMF and furan, and it was determined that increasing the process temperature could increase the amounts of acrylamide, HMF and furan in the samples to a statistically significant degree. It is thought that the amounts of these components can be limited by using appropriate baking conditions along with the addition of black tea extract to the samples.
Keywords: Acrylamide, Furan, Gluten-free biscuit, HMF, Maillard reaction.