Kars yöresine ait ata buğdayı Kavılca ve modern ekmeklik buğdaydan hazırlanan un ve ekmeğin fonksiyonel özelliklerinin ve sağlık etkilerinin incelenmesi
Investigation of the functional properties and health effects of flour and bread prepared from Kavılca wheat grown in Kars and modern bread wheat
Yazar: ELİF FEYZA AYDAR
Danışman: PROF. DR. BERAAT ÖZÇELİK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Buğday = Wheat ; Ekmeklik buğday = Bread wheat ; Kars = Kars ; Nişasta = Starch ; Un kalitesi = Flour quality

Özet:
Buğday, 2020-21 yılında 770 milyon ton tüketimle en çok tüketilen ikinci tahıl ürünü olmuştur. Yüksek karbonhidrat ve protein içeriği, erişiminin kolay olması ve çok geniş bir tüketici kitlesine sahip olması buğdaya olan ilgiyi arttırmıştır. Ülkemiz buğdayın ana vatanı olmasına rağmen, modern buğdayın verimini arttırmak için yapılan çalışmalar nedeniyle yerel buğday çeşitleri ihmal edilmiştir. Günümüzde, üretim teknolojisindeki yenilikler, tüketicilerde artan gıda bilinci ve değişen eğilimler, yerel tohumların pozitif sağlık etkileri gibi nedenler sayesinde gıda sanayisinin yerel tohumlara ilgisi artmıştır. 
"Antik tahıllar" terimi yüzlerce yıldır genetiği değiştirilmemiş, hibritlenmemiş tahılları ifade eder. Dünyanın dört bir yanındaki çiftçilerin çeşitli yerel tahıl türlerini genetik olarak homojen, yüksek verimli türler lehine terk etmeleri nedeniyle 1900'lerde bitki genetik çeşitliliğinin yaklaşık %75'inin kaybolmüştur. Ancak günümüzde bu tahıllara yönelik tüketici talebi hızla artmaktadır. Ülkemizde yerel buğday çeşitlerinin ekim alanı giderek azalmaktadır. Ancak, son yıllarda, gelişen üretim sistemleri ve tüketici talebindeki yeni yönelmeler sayesinde yerel buğdaylar ve ata tohumları, gıda sektöründe çeşitli nedenlerden dolayı gündeme gelmiştir. Yerel tohumlar, tarım ekonomisi açısından ülkemizin dışa bağımlılığını azaltır. Çiftçileri, uluslararası tohum firmalarına bağlı kalmak zorunluluğundan kurtarır ve bunun bir sonucu olarak tüketiciye sağlıklı ve güvenilir gıda temin edilmesini sağlar. Yerel tohumlara olan ilgiye artışın bir diğer nedeni, 2050 yılında 10 milyara ulaşan dünya nüfusunu beslemek için bitki genetik kaynaklarının önemli bir çözüm olabileceği düşüncesidir.
Günümüzde hareketsiz yaşam ve yanlış beslenme alışkanlıkları sonucu kalp-damar hastalıkları, sindirim sistemi hastalıkları, obezite, diyabet ve bağırsak hastalıkları toplumlarda yaygın şekilde görülmektedir. Bu hastalıklardan korunmak amacıyla tüketicilerde artan gıda bilinciyle birlikte besin ögeleri bakımından yüksek ve mümkün olduğunca az işlenmiş gıda ürünlerine talep artmıştır. Ayrıca, Koronavirüs hastalığı (COVID-19), dünya çapında bir etkiye sahip olmuş ve insanlarda yüksek ölüm ve morbidite oranlarıyla ilişkilendirilen sosyal izolasyonu arttırmıştır.
Triticum dicoccum (2n=28 kromozom), Kars'ta yaygın olarak yetiştirilen Emmer tipi bir buğdaydır. Yerel olarak "kavılca" ve "kabluca" olarak bilinir. Kavılca, diğer buğdaylardan farklı olarak tek değil çift tanelidir ve kavuz denilen kalın bir dış kabukla kaplıdır ve bu nedenle Kars ve Ardahan gibi soğuk iklimlerde yetiştirilebilmektedir. Önemli özelliklerinden birisi de buğdayın kavuzdan çıkmış hali ile hiçbir işleme tabi tutulmadan bulgur olarak kullanılmasıdır. 13000 yıl önceki hallerini muhafaza eden bu buğday "Antik Buğday Grubu" içerisinde yer alır. Ardahan ve Kars'ın yerli buğdaylarından Kavılca'nın tohumunu çevreleyen birden fazla kabuğu ve başağındaki çatalları sayesinde soğuk iklime uyum sağlayabilmiştir.
Bu tezin amacı, Kars yöresine ait bir ata tohumu olan ve "kavılca" buğdayı olarak da adanlandırılan T. dicoccum buğdayını modern buğday Triticum aestivum ile kalite kriterleri ve sağlık etkileri açısından kıyaslamak ve kavılca buğdayının gıda endüstirisinde ingrediyen olarak kullanım potansiyelini belirlemektir. Bu amaç doğrultusunda T. dicoccum ve T. aestivum buğday ve unları kalite parametreleri açsıından incelenmiştir. Buğday örneklerinin ekmek yapım kalite parametreleri hektolitre ağırlığı, bin tane ağırlığı ve sertliktir. Tez kapsamında Tek Tane Karakterizasyon Sistemi (SKCS) indeksine göre buğdaylar, sertliklerine göre sınıflandırılmıştır. Un örneklerinin ekmek yapım kalite parametrelerini incelemek amacıyla; Zeleny sedimantasyon, düşme sayısı, yaş ve kuru gluten içeriği, renk, glutograf, alveograph, glüten ve gliadin tayini uygulanmıştır. Numunelerin kimyasal kompozisyonun yanı sıra asit ile ekstraksiyon ve ardından spektrofotometrik metot ile fitik asit tayini gerçekleştirilmiştir.
Örneklerin su tutma (WHC) ve yağ tutma (OHC) kapasitesi, köpük kapasitesi ve stabilitesi, en düşük jelleşme konsantrasyonu belirlenerek tekno-fonksiyonel özellikleri incelenmiştir. İndüktif eşleşmiş plazma-kütle spektrometresi (ICP-MS) ile mineral profili ve gaz kromotografi ile yağ asidi profili belirlenmiştir. Serbest ve bağlı fenolik ekstraksiyon ve hidrolizasyon sonrasında yüksek basınçlı sıvı kromatografisi (HPLC) ile fenolik ve aminoasit profil belirlenmiştir. Standart in vitro sindirim yöntemiyle simüle edilmiş gastrointestinal sindirim gerçekleştirilmiştir.
Toplam fenolik bileşen miktarı ve örneklerin 2,2-difenil-1-pikrilhidrazil radikal süpürme aktivitesi (DPPH) ve bakır(II) indirgeyici (CUPRAC) antioksidan aktivitesi spektrofotometrik yöntem ile ölçülmüştür. α-amilaz inhibisyonu ve asetilkolinesteraz (AChE) inhibisyonu in vitro spektrofotometrik metot uygulanmış ve %50 enzim inhibisyonu (IC50) sağlayan konsantrasyonlar belirlenmiştir.
%100 T. aestivum ve %15 T. dicoccum ekmekleri arasında duyusal anlamda farklılık olup olmadığını görmek amacıyla üçgen test uygulanmıştır. Duyusal analizde yaşları 24-58 arasında değişen (yaş ortalaması 33 olan) 25 panelist yer almıştır. Aynı zamanda, Kantitatif Tanımlayıcı Profil (QDP) Metodu kullanılarak ekmek numuneleri arasında tanımlayıcı duyusal analiz gerçekleştirilmiştir. 
Tüm sonuçlar, Minitab 18.0 lisanslı programı kullanılarak tek yönlü ANOVA ve Tukey post-hoc testi ile çoklu karşılaştırmalar yapılarak istatistiksel olarak analiz edilmiştir ve gruplar arasındaki farklılıklar %95 güven düzeyinde (p<0,05) belirlenmiştir.
Gluten miktarı, T. aestivum un ve buğday numunelerinde 96,6-105,8 mg/kg olarak belirlenirken, T. dicoccum'da 166,8-185,6 mg/kg olarak belirlenmiştir. Teknofonksiyonel özellikler açısından T. aestivum ve T. dicoccum arasında önemli bir fark gözlemlenmemiştir (p>0,05). İki buğday cinsinin protein miktarı %13,24-14,28 arasında değişmiştir ve aralarında önemli bir farka rastlanmamıştır (p>0,05). İki buğday türü mineral profili açısından incelendiğinde ise T. dicoccum un ve buğdayında toksik bir element olan alüminyum miktarı 2,85-5,16 mg/kg arasında değişmiş olup T. aestivum'dan yaklaşık olarak 7 kat daha az alüminyum içeriğine sahip olduğu belirlenmiştir (p<0,05). Yağ asidi profili açısından ise her iki buğday türünün linoleik asit miktarı %51,20-60,20 arasında değişmiştir. T. aestivum'dan farklı olarak T.dicoccum un ve buğdayında daha fazla miktarda, %24,80-25,20 oranında oleik asit varlığına rastlanmıştır (p<0,05). Aminoasit profili açısından incelenen örneklerde ise T.dicoccum'un serin açısından T. aestivum'dan yaklaşık 60 kat daha fazla serin aminoasidine sahip olduğu gözlemlenmiştir (p<0,05). Serin mikatrı, T.dicoccum ununda 121,95 mg/100 g protein iken T. aestivum ununda 2,64 mg/100 g protein olarak belirlenmiştir. Esansiyel aminoasitler olan histidin, metiyonin, lösin ve lizin T.dicoccum buğdayında yüksek miktarda iken, treonin, valin, fenilalanin, ve izolösin T. aestivum buğdayında diğerlerinden daha yüksek miktarda bulunmuştur (p<0,05). T.dicoccum ve T. aestivum buğday ve un örneklerinin fenolik profili, ferulik asit, kateşin, para-kumarik asit ve sinapik asitten oluşmuştur. Toplam fenolik miktarları (TPC) açısından T. aestivum ve T. dicoccum un ve buğday numuneleri birbirlerine benzer sonuçlar vermiştir (p>0,05). Ancak ekmek numuneleri kendi arasında kıyaslandığında %100 T. aestivum ekmeğinin toplam TPC açısından en zengin (2,53 mg GAE/g dw) olduğu görülmüştür (p<0,05). 
Toplam antioksidan aktivite (TAA), bu çalışmada DPPH ve CUPRAC yöntemleri olmak üzere iki farklı yaklaşım kullanılarak belirlenmiştir. DPPH analizi sonucunda TAA, 1,35 - 2,30 mg TE/g dw ve CUPRAC analizi sonucunda 2,56 - 7,14 mg TE/g dw arasında değişmiştir. %100 T. aestivum ekmeği, hem DPPH (2,30 mg TE/100 dw) hem de CUPRAC (7,14 mg TE/g dw) analizlerinde en yüksek TAA'ya sahip bulunmuştur (p<0,05). TPC biyoerişilebilirliği %100 T. dicoccum içeren ekmek için %66,76 ve %100 T. aestivum içeren ekmek için %87,12 olarak belirlenmiştir. 
T. dicoccum buğday ve unu (389,54 ve 606,92 µg/ml ekstrakt), T. aestivum buğday ve unundan (1930,08 ve 1004,98 µg/ml ekstrakt) daha yüksek α-amilaz inhibisyonu sergilemiştir (p<0,05). In vitro sindirim sonucunda, tüm numunelerin α-amilaz inhibisyon aktivitelerinde bir artış gözlemlenmiştir. T. aestivum ve T. dicoccum buğday ve unun asetilkolinesteraz enzimi (AchE) IC50 değerleri 10,80-24,95 mg/ml arasında değişmiştir. Ayrıca, in vitro sindirim sonucunda numuneler, 38,72-200,22 mg/ml arasında AchE IC50'ye sahip bulunmuştur. AChE inhibisyonu, in vitro sindirimin bir sonucu olarak 0,08-0,37 arasında kat azalmıştır. 
Sonuç olarak, Kars yöresine ait T. dicoccum buğdayının modern buğday T. aestivum ile benzer kalite özelliklerine sahip olduğu ve teknofonksiyonel açıdan endüstriyel ekmek üretimi açsısından değerledirilebielceği görülmüştür. Ayrıca TPC ve TAA açısından önemli bir farklılık olmasa da kavılca buğdayının daha yüksek α-amilaz ve AchE inhibisyonuna sahip olduğu görülmüştür. Ayrıca duyusal analiz sonucunda %15 T. dicoccum içeren ekmek ile modern ekmek arasındaki farkın önemli ölçüde anlaşıldığı tespit edilmiştir. Gelecekteki çalışmalar %15'den daha az T. dicoccum içeren ekmeğin duyusal olarak modern ekmekle duyusal açıdan kıyaslanmasını, sağlık etileri açısından in vivo deneylerin gerçekleştirilmesini kapsayabilir. Bu çalışmalar sonucu Kars yöresine ait Kavılca buğdayının, gıda endüstrisine entegrasyonu sağlanmış olacaktır.

Abstract:
Wheat was the second most consumed cereal product with 770 million tons of consumption in 2020-21. High carbohydrate and protein content, easy access and a wide range of consumers have increased the interest in wheat. Although Türkiye is the homeland of wheat, local wheat varieties have been neglected due to the efforts to increase the yield of modern wheat. Today, the interest of the food industry in local seeds has increased due to reasons such as innovations in production technology, increasing food awareness and changing trends in consumers, and positive health effects of local seeds. 
The term "ancient grains" refers to non-hybridized grains that have not been genetically modified for hundreds of years. Around 75% of plant genetic diversity was lost in the 1900s, as farmers around the world abandoned various native cereal varieties in favor of genetically homogeneous, high-yielding varieties. Today, however, consumer demand for these grains is increasing rapidly. In Türkiye, the cultivation area of local wheat varieties is gradually decreasing. However, in recent years, thanks to developing production systems and new trends in consumer demand, local wheats and ancient seeds have come to the fore in the food industry for various reasons. Local seeds reduce a country's foreign dependency in terms of agricultural economy. It saves the farmers from the obligation to depend on international seed companies and as a result, provides the consumer with healthy and safe food. Another reason for the increased interest in local seeds is the idea that plant genetic resources can be an important solution to feed the world population, which will reach 10 billion in 2050.
Today, as a result of sedentary life and wrong eating habits, cardiovascular diseases, digestive system diseases, obesity, diabetes and intestinal diseases are common in societies. In order to protect from these diseases, the demand for food products that are high in terms of nutrients and processed as little as possible has increased with the increasing food awareness among consumers. In addition, the Coronavirus disease (COVID-19) has had a worldwide impact and has increased social isolation, which has been associated with high rates of mortality and morbidity in humans.
Triticum dicoccum (2n=28 chromosomes) is an Emmer type wheat widely grown in Kars. It is known locally as "kavılca" and "kabluca". Kavılca, unlike other wheats, is not single but double grained and covered with a thick outer shell called husk, so it can be grown in cold climates such as Kars and Ardahan. One of its important features is that the wheat is used as bulgur without undergoing any processing. This wheat, which preserves its 13000 years ago form, is included in the "Ancient Wheat Group". Kavılca, one of the native wheats of Ardahan and Kars, has been able to adapt to the cold climate thanks to the multiple shells surrounding the seed and the forks in the ear.
Kavılca wheat grown in Kars, Türkiye has properties that are very close to today's wheat with high protein quality, but it also has superior properties in terms of phytochemicals and bioactive components that have many health effects. Phytochemicals are compounds that have positive effects on cardiovascular diseases, diabetes, and many types of cancer. Phenolic compounds are the largest group of phytochemicals and have effects such as antioxidant, antidiabetic, acetylcholinesterase inhibitors, antitumor, antiviral, antibiotic.
The aim of this thesis is to compare T. dicoccum wheat, which is an ancient wheat of Kars and also called "kavılca" wheat, with modern wheat Triticum aestivum in terms of quality criteria and health effects and to determine the potential use of kavılca wheat as an ingredient in the food industry. For this purpose, T. dicoccum and T. aestivum wheat and flours were investigated in terms of quality parameters. Bread making quality parameters of wheat samples are hectoliter weight, thousand grain weight and hardness. Within the scope of the thesis, wheats were classified according to their hardness according to the Single Grain Characterization System (SKCS) index. In order to examine the bread making quality parameters of the flour samples; Zeleny sedimentation, falling number, wet and dry gluten content, color, glutograph, alveograph, gluten and gliadin determination were applied. In addition to the chemical composition of the samples, acid extraction and then phytic acid determination were carried out by spectrophotometric method.
The water holding (WHC) and oil holding (OHC) capacity of the samples, foam capacity and stability, and the least gelling concentration were determined and their techno-functional properties were investigated. Mineral profile was determined by inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) and fatty acid profile was determined by gas chromatography. After free and bound phenolic extraction and protein hydrolysis, phenolic and amino acid profiles were determined by high pressure liquid chromatography (HPLC). Simulated gastrointestinal digestion was performed using the standard in vitro digestion method.
The total amount of phenolic compounds and the 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazil radical scavenging activity (DPPH) and copper(II) reducing (CUPRAC) antioxidant activity of the samples were measured by spectrophotometric method. α-amylase inhibition and acetylcholinesterase (AChE) inhibition were determined by applying the in vitro spectrophotometric method and concentrations providing 50% enzyme inhibition (IC50) were determined.
Triangle test was applied to see if there is a sensory difference between 100% T. aestivum and 15% T. dicoccum breads. 25 panelists aged 24-58 (mean age 33) took part in the sensory analysis. At the same time, descriptive sensory analysis was performed among the bread samples using the Quantitative Descriptive Profile (QDP) Method.
All results were statistically analyzed by making multiple comparisons with one-way ANOVA and Tukey post-hoc test using Minitab 18.0 licensed program, and differences between groups were determined at 95% confidence level (p<0.05).
While the amount of gluten was determined as 96.6-105.8 mg/kg in T. aestivum flour and wheat samples, it was determined as 166.8-185.6 mg/kg in T. dicoccum. There was no significant difference between T. aestivum and T. dicoccum in terms of technofunctional properties (p>0.05). The protein content of the two wheat types varied between 13.24-14.28% and no significant difference was found between them (p>0.05). When the two wheat species were examined in terms of mineral profile, the amount of aluminum, which is a toxic element varied between 2.85-5.16 mg/kg in T. dicoccum and wheat, and it was determined that it had approximately 7 times less aluminum content than T. aestivum ( p<0.05). In terms of fatty acid profile, the amount of linoleic acid in both wheat species varied between 51.20-60.20%. Unlike T. aestivum, T. dicoccum flour and wheat had a higher amount of oleic acid, 24.80-25.20% (p<0.05). In terms of amino acid profile, it was observed that T.dicoccum had approximately 60 times more serine amino acid than T. aestivum (p<0.05). The amount of serine was determined as 121.95 mg/100 g protein in T.dicoccum flour and 2.64 mg/100 g protein in T. aestivum flour. While the essential amino acids histidine, methionine, leucine and lysine were high in T.dicoccum wheat, threonine, valine, phenylalanine, and isoleucine were found in higher amounts in T. aestivum wheat (p<0.05). The phenolic profile of T.dicoccum and T. aestivum wheat and flour samples consisted of ferulic acid, catechin, para-coumaric acid and sinapic acid. There was no significant difference between T. aestivum and T. dicoccum flour and wheat samples in terms of total phenolic content (TPC) (p>0.05). However, when the bread samples were compared among themselves, it was observed that 100% T. aestivum bread was the richest in terms of total TPC (2.53 mg GAE/g dw) (p<0.05). 
Total antioxidant activity (TAA) was determined in this study using two different approaches, DPPH and CUPRAC methods. As a result of the DPPH analysis, TAA ranged from 1.35 to 2.30 mg TE/g dw, and as a result of the CUPRAC analysis, it ranged from 2.56 to 7.14 mg TE/g dw. The 100% T. aestivum bread had the highest TAA in both DPPH (2.30 mg TE/100 dw) and CUPRAC (7.14 mg TE/g dw) analyzes (p<0.05). TPC bioaccessibility was determined as 66.76% for 100% T. dicoccum-containing bread, and 87.12% for 100% T. aestivum-containing  bread. 
T. dicoccum wheat and flour (389.54 and 606.92 µg/ml extract), exhibited higher inhibition of α-amylase than T. aestivum wheat and flour (1930.08±185.47 and 1004.98±74.36 µg/ml extract) (p<0.05). As a result of in vitro digestion, an increase in the α-amylase inhibition activities of all samples was observed. Acetylcholinesterase enzyme (AchE) IC50 values of T. aestivum and T. dicoccum grain and flour varied between 10.80-24.95 mg/ml. In addition, as a result of in vitro digestion, the samples were found to have AchE IC50 between 38.72-200.22 mg/ml. AChE inhibition was reduced 0.08-0.37-fold as a result of in vitro digestion. 
To conclude, it was seen that T. dicoccum wheat from Kars, Türkiye has similar quality characteristics with modern wheat T. aestivum and can be evaluated in terms of industrial bread production. In addition, although there was no significant difference in terms of health effects such as TPC and TAA, it was observed that Kavılca wheat had higher inhibition of α-amylase and AChE. In addition, as a result of sensory analysis, it was determined that the difference between bread containing 15% T. dicoccum and modern bread was significantly understood. Future studies may include sensory comparison of bread containing less than 15% T. dicoccum with modern bread, performing in vivo experiments for health effects. As a result of these studies, the integration of Kavılca wheat from Kars into the food industry will be encouraged.