Pastörize sıvı yumurtanın püskürtmeli kurutma yöntemi ille optimum kurutma koşullarının belirlenmesi ve mikroenkapsülasyonu
Determination of optimum drying conditions of pasteurised liquid egg with spray drying method and microencapsulation
Yazar: MEHMET KOÇ
Danışman: PROF. DR. FİGEN ERTEKİN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Kurutma yöntemleri = Drying methods ; Mikroenkapsülasyon = Microencapsulation ; Optimizasyon = Optimization ; Püskürtmeli kurutma = Spray drying ; Sıvı yumurta = Liquid whole egg ; Yumurtalar = Eggs

Özet:
Dünyada gıda endüstrisindeki teknolojik gelişime bağlı olarak kabuklu yumurtanın hammadde olarak kullanımının sınırlandığı günümüzde dondurulmuş yumurta, pastörize sıvı yumurta ve yumurta tozu gibi yumurta ürünleri popülerlik kazanmıştır. Yumurta ürünleri arasında, sahip olduğu avantajlardan ötürü püskürtülerek kurutma tekniği ile elde edilen toz yumurta gıda endüstrisi için büyük önem taşımaktadır.Üç aşamadan oluşan bu çalışmanın ilk aşamasında, püskürtmeli kurutucuda yalın yumurta tozu (kaplanmamış) üretimi için optimum kurutma koşulları ?yanıt yüzey yöntemi? kullanılarak belirlenmiştir. Bunun ardından pastörize sıvı yumurtanın püskürtmeli kurutma yöntemi ile optimum kurutma koşullarında mikroenkapsülasyonu üzerine çalışılmıştır. Bu aşamada, kullanılan kaplama materyalinin çeşidi ve kullanım oranları belirlenmiştir. Çalışmanın son basamağında ise, elde edilen yalın ve mikroenkapsüle yumurta tozlarının fiziksel, fonksiyonel ve kimyasal özelliklerindeki değişimi belirlemek üzere uygulanan 75 günlük depolama yer almıştır.Optimizasyon çalışmasında hava giriş sıcaklığı (165-195 °C), hava çıkış sıcaklığı (60-80 °C) ve atomizasyon basıncı (196-392 kPa) bağımsız değişkenler olarak, emülsiyon stabilitesi, jel tekstürü, köpük stabilitesi ve renk değişimi (?E) ise bağımlı değişkenler olarak seçilmiştir. Ayrıca püskürtmeli işlem koşullarının; nem içeriği, su aktivitesi, peroksit değeri ve jel rengi üzerine etkileri de incelenmiştir.Kurutma denemeleri pilot tesis boyutunda püskürtmeli kurutucuda (Niro-Atomizer Mobile Minor Unit, Denmark)`Box Behnken' deneme planı izlenerek gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar (Design Expert 7.0) paket program kullanılarak değerlendirilmiştir. Maksimum jel tekstürü, minimum f değeri (maksimum emulsiyon stabilitesi) ve kabul edilebilir köpük stabilitesi ve renk değişimi sağlayan optimum püskürtmeli kurutma işlem koşulları `desirability' fonksiyonu yaklaşımı uygulanarak seçilmiştir. Buna göre hava giriş sıcaklığı 171.8 °C, hava çıkış sıcaklığı 72.5 °C ve atomizasyon basıncı 392 kPa olarak belirlenmiştir.Optimum kurutma koşullarının belirlenmesinin ardından pastörize sıvı yumurtanın püskürtmeli kurutma yöntemi ile mikroenkapsülasyonu gerçekleştirilmiştir. Mikroenkapsülasyon işleminde protein esaslı jelatin ve karbonhidrat esaslı laktoz kaplama materyali olarak seçilmiştir. Kaplama materyallerinin oranı kuru maddede %10 Jelatin, %10 laktoz ve her iki kaplama materyalinin yer aldığı durumda %5 jelatin ve %5 laktoz olarak belirlenmiştir. Su içerisinde çözündürülen kaplama materyalleri pastörize sıvı yumurtaya ilave edilmiş 25 °C'de 20000 dev/dak homojenizasyon hızında homojenize edildikten sonra yalın yumurta tozu için belirlenen optimum işlem koşullarında kurutulmuştur.Elde edilen mikroenkapsüle ve yalın yumurta tozlarının nem içerikleri ortalama olarak %2 civarında değişirken, en yüksek nem içeriğine laktoz ile mikroenkapsüle edilmiş olan yumurta tozunun sahip olduğu saptanmıştır. Ürünlerin su aktivitesi değerleri ve yığın yoğunlukları incelendiğinde de laktoz ile mikroenkapsüle edilmiş olan yumurta tozunun su aktivitesi ve yığın yoğunluğu en yüksek değere sahiptir. Mikroenkapsüle ve yalın yumurta tozları peroksit değerleri açısından karşılaştırıldığında ise mikroenkapsüle yumurta tozlarının peroksit değerlerinin yalın yumurta tozlarınkinden düşük olduğu bulgulanmıştır. Bütün örneklerin pH'sı ise alkali pH'larda seyretmektedir. Elde edilen ürünlerin renk değişim değerleri incelendiğinde ise en yüksek renk değişim değerine laktoz ile mikroenkapsüle edilmiş yumurta tozunun sahip olduğu saptanmıştır. Yumurtanın fonksiyonel özellikleri açısından elde edilen ürünler karşılaştırıldığında en yüksek emülsiyon stabilitesi (f değeri en düşük) ve jel tekstürü değerlerine yalın yumurta tozu sahipken, en yüksek köpük stabilitesi değerine ise jelatin ile mikroenkapsüle edilmiş yumurta tozunun sahip olduğu bulgulanmıştır. 5 örneğin de su tutma kapasitesi değeri birbirlerine oldukça yakındır.Elde edilen yumurta tozları alüminyum kaplı polietilen (ALPE) ambalaj materyali içerisinde, 20 °C, % 50 RH ortam koşullarında, 75 gün (2,5 ay) depolanmışlardır. Depolama süresince 15 günlük periyotlarda, yalın ve mikroenkapsüle edilmiş yumurta tozu örneklerinde; köpük stabilitesi, jel tekstürü, jelin su tutma kapasitesi, emülsiyon stabilitesi, jel rengi, nem içeriği, su aktivitesi (aw), peroksit değeri, pH, renk, yığın yoğunluğu ve duyusal özelliklerdeki değişim analizlenmiştir.Depolama süresince örneklerin nem içerikleri ve su aktivitesi değerlerinde çok az bir artış tespit edilirken, bütün yumurta tozlarının peroksit değerlerinin ise depolama süresince yükseldiği bulgulanmıştır. Fakat mikroenkapsüle yumurta tozlarının peroksit değerleri yalın yumurta tozlarınınkine kıyasla oldukça düşüktür. Örneklerin pH değerleri ve yığın yoğunlukları depolama süresince düzenli bir şekilde azalsa da çok büyük bir değişim gözlenmemiştir. Yumurta tozlarının 75 günlük depolama süresince renklerindeki ?E= 0,3 ile 0,7 gibi çok küçük değerler arasındadır. Yumurtanın fonksiyonel özellikleri açısından depolamanın etkisi incelendiğinde ise depolama ile birlikte 5 örneğinde emülsiyon stabilitesi azalmakta (f değeri yükselmekte), jel tekstürü, köpük stabilitesi ve su tutma kapasitesi değerlerinde ise değişim gözlenmemektedir. Yalın yumurta tozu hariç jel rengi değişim değerleri de 75 günlük depolama süresince değişmemiştir.

Abstract:
Recently, the use of shell egg in food production as the raw material has reduced with the technological developments in around the world food industry, and egg products such as frozen egg, pasteurized liquid egg and dried egg products have gained popularity. Spray dried egg powder, among egg products, has great importance for food industry, because of its several advantages.The study comprised of three stages; initially, the optimum spray dryer operating conditions for production of whole egg powder (bare, not microencapsulated) were determined by using Response Surface Methodology. After that stage, microencapsulation of pasteurized liquid egg by spray drying at the optimum drying conditions was studied in terms of selection of encapsulation materials and their ratios of use. The third stage of the study was the storage period applied to the egg powders, bare and microencapsulated, for 75 days to follow the change in physical, functional and chemical properties of product.At the optimization stage; out of the spray drying parameters, the air inlet temperature (165-195°C), air outlet temperature (60-80°C) and atomization pressure (196-392 kPa) were the independent factors investigated with respect to emulsion stability, gel texture, foaming stability and colour change ( ? E) of egg powder. Also, the effect of spray drying conditions on the moisture content, water activity (aw), peroxide value and gel colour was determined.Spray drying experiments were conducted in a pilot scale spray dryer (Mobile Minor Niro-Atomizer) and `Box Behnken? experimental design was used. The results were evaluated using (Design Expert 7.0) packaged program. Applying desirability function method, optimum spray drying operating conditions targeting maximum gel texture, minimum f value (maximum emulsion stability), acceptable foam stability and colour change for egg powder were selected. It was air inlet temperature of 171.8 °C, air outlet temperature of 72.5 °C and atomization pressure 392 kPa.At the microencapsulation stage of the study, gelatin, lactose and their mixture at equal ratios were used, as a protein and carbohydrate based coating materials. The coating materials mass ratios were fixed at 10 % gelatin, 10 % lactose and 5 % gelatin+5 % lactose (g/g dry matter). Solution of coating material was prepared and added to pasteurized liquid egg, the mixture was homogenized at 25 °C 20000 rpm and then was spray dried at optimum spray drying conditions, determined previously.The moisture contents of microencapsulated and bare egg powders were on average 2 ? 0.15 %, where the lactose microencapsulated egg powder had maximum moisture content among the other microencapsulated and bare egg powders. Water activity and bulk density of products were investigated, and the lactose microencapsulated egg powder again had maximum value. The peroxide values of microencapsulated egg powders were smaller than that of bare egg powders?. All the egg powder samples were found having alkali pH. The lactose microencapsulated egg powder showed maximum color change value among the other microencapsulated and bare egg powders. When the functional properties were compared, the bare egg powder showed the maximum emulsion stability (minimum f value) and gel texture value, on the other hand the gelatin microencapsulated egg powder showed the maximum foam stability. Water holding capacity of all samples was fairly close to each other.The storage of egg powders took place at 20 ºC temperature and 50 % relative humidity in aluminum laminated polyethylene (ALPE) packaging material along 75 days of storage period. The change in the foam stability, gel texture, water holding capacity of gel, emulsion stability, gel color, moisture content, water activity, peroxide value, pH, powder color, bulk density, sensory attributes of microencapsulated and bare egg powders during storage time at 15 days period were analyzed.During the storage period, a very small increase in moisture content and water activity of samples were detected, while, peroxide values of all samples increased detectably. The peroxide value of microencapsulated egg powders was found to be smaller than the value of bare egg powders. pH values and bulk densities of samples reduced during storage on a regular basis, but there was not a great change. During the 75-days of storage of egg powders, the color change ( ? E) was very little in value, between 0.3 and 0.7. Out of the functional properties examined during storage, the emulsion stability of all samples reduced, while the gel texture, foam stability and water holding capacity values did not change. Except the bare egg powder, the gel color of the egg powders did not show any change during the 75-days of storage.