Fesleğen tohumu protein izolatlarının fiziko-kimyasal ve fonksiyonel özelliklerinin araştırılması ve glutensiz ekmek üretiminde kullanımı
Investigation of physico-chemical and functional properties of basil seed protein isolates and their use in enrichment of gluten-free bread
Yazar: MOHAMMAD RASHID
Danışman: DOÇ. DR. İBRAHİM GÜLSEREN
İstanbul Sabahattin Zaim Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Beslenme ve Diyetetik = Nutrition and Dietetics ; Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Emülsiyonlar = Emulsions ; FTIR = FTIR ; Fesleğen = Basil ; Glutensiz beslenme = Gluten free diet ; Köpük yöntemi = Foam method

Özet:
Fesleğen (Ocimum basilicum), Lamiaceae familyasına ait bitkidir. Esansiyel yağı ve fenolik içeriğiyle birlikte fesleğen tohumu iyi bir protein kaynağıdır. Bu çalışmanın amacı, fesleğen tohumlarından protein izole edilmesi, izolatta bulunan protein miktarının belirlenmesi, izolatın ana fraksiyonlarına ayrılması ve teknik özelliklerinin araştırılmasıdır. Son olarak glutensiz ekmeğin fesleğen tohumu protein izolatı kullanılarak proteince zenginleştirilmesi ve tekstürel özelliklerinin değerlendirilmesidir. 

Fesleğen tohumu protein içeriği Dumas yöntemi ile ~%27 olarak ölçülmüştür. Müsilaj, önce sulu ekstraksiyonu ve sonra termal hidrasyon yöntemleriyle uzaklaştırılmıştır. Fesleğen yağı soğuk pres yöntemiyle tohumlardan ayrıştırılmıştır. Ardından, alkali ekstraksiyonu-izoelektrik çöktürme yöntemiyle fesleğen tohumu protein izolatları (FTPİ) elde edilmiştir. FTPİ numunelerinin protein içeriği Lowry yöntemiyle ~%95 olarak ölçülmüştür. FTPİ, Osborne yöntemiyle fraksiyonlanmış olup albumin, globülin, glutelin ve prolamin içerikleri Lowry yöntemi ile sırasıyla %13.5, %16.7, %39.5 ve %30.2 olarak tayin edilmiştir. Bu işlemi takiben FTPİ'nin fonksiyonel özellikleri incelendikten sonra fraksiyonları ile birlikte temel yapısal analiz tamamlanmıştır.

FT-IR analizleri kapsamında Amid bölgesi ve glikoprotein bantları incelenmiştir. FTPİ'nin ve fraksiyonlarının, α- Helix, β-Turn ve β-Sheet yapısal elementleri içerdiği saptanmıştır. DSC spektrumunda, FTPİ ve fraksiyonlarının denatürasyon sıcaklığı sırasıyla 110, 142, 112, 93 ve 107 °C ve entalpi değişimi sırasıyla 22.3 ,79, 76, 223.9 ve 190 J/g olarak bulunmuştur. Son olarak FTPİ'nin ve fraksiyonlarının moleküler ağırlıklarının SDS-PAGE elektroforez ile 25-55 kDa arasında değiştiği gözlemlenmiştir. 

FTPİ su ve yağ tutma kapasitesi sırasıyla 2.45 g/g, 2.64 g/g olarak bulunmuştur. pH 2,4,6,8 ve 10 değerlerinde köpük kapasitesi %34-%180 ve kararlılığı %26-%105 arasında ölçülmüştür. Ayrıca FTPİ numunelerinin emülsiyon kararlılığı 10 gün boyunca izlenmiştir. Onuncu günün bitiminde FTPİ pH 4 değerinde yüksek emülsiyon kararlılığı (%92), pH 8 değerinde ise daha düşük %78 emülsiyon kararlığı olarak belirlenmiştir.

Glutensiz ekmek %2, %5 ve %10 FTPİ ile zenginleştirilerek; nihai ürünün tekstürel parametreleri analiz edilmiştir. Yaklaşık tüm tekstür parametrelerinin %5 FTPİ içeren ekmekte olumsuz ve %10 FTPİ içeren ekmekte olumlu etkilendiği tespit edilmiştir. Bu sonuca dayanarak FTPİ glutensiz ekmeğin zenginleştirilmesinde %10'e kadar kullanılabileceğini göstermiştir.

Abstract:
Basil (Ocimum basilicum) is an annual plant that belongs to the Lamiaceae family. Along with its essential oil, and phenolic content, basil seed is a good source of proteins. The aim of the study is to extract and quantify proteins from basil seeds and evaluate their technical properties as well as their fractions. Finally, evaluating the nutritional texture profile analysis of gluten-free bread enrichment with different concentrates of basil seed protein isolates (BSPI). 

After the basil seeds were procured, the protein content of the seeds was measured to be approximately 27% by the Dumas method. The mucilage was removed first by aqueous extraction and then by the thermal hydration methods. The essential oil content was separated from the seeds by the cold press method. Then, BSPI was obtained by the alkali extraction-isoelectric precipitation method and was measured approximately as ~ 95% As determined by the Lowry method. BSPİ was fractionated by applying the Osborne method. Albumin (%13,52), globulin (%16,7), glutelin (%39.5), and prolamin (%30.2) content were determined by the Lowry protein determination method. Based on this result, the basic structure of BSPI and their fractions and functional properties of BSPI were analyzed.

The positions of the amide region and glycoproteins in the FT-IR curve were determined. BSPİ and their fractions were found to contain α-Helix, β-turn, and β-sheet structural elements. In the DSC spectrum, the denaturation temperature of BSPİ and their fractions were 110, 142, 112, 93, and 107 °C, respectively, and the enthalpy change was 22.3,79, 76, 223.9, and 190 J/g, respectively. Finally, it was observed that the molecular weights of BSPİ and their fractions varied between 25-55 kDa by SDS-PAGE electrophoresis.

BSPI water and oil holding capacity were found to be 2.45 g/g and 2.64 g/g respectively. At pH values of 2,4,6,8 and 10, foam capacity was measured between 34-180% and stability between 26% and 105%.  In addition, the emulsion stability of FTPI samples was monitored for 10 days. At the end of the tenth day, FTPI was determined as high emulsion stability (92%) at pH 4, and lower 78% emulsion stability at pH 8.

The texture parameters of gluten-free bread were analyzed by enriching the gluten-free bread with 2%, 5%, and 10% basil seed protein. Almost in all texture parameters, it was determined that bread was negatively affected by the addition of %5 BSPI, and positively affected by the addition of %10 BSPI. Based on this result, BSPI showed that it can be used up to 10% for the enrichment of gluten-free bread.