Tam ve yarı kuru kapya biber üretiminde karbonik maserasyon ön işlemi ile kurutma koşullarının optimizasyonu ve ürünlerin depolama stabilitesi üzerine etkilerinin incelenmesi
Optimization of carbonic maceration pre-treatment and drying conditions in full and semi dried capia pepper production and examination it's effects on storage stability of the products
Yazar: MEHMET AKSU
Danışman: PROF. DR. GÜLCAN ÖZKAN ; PROF. DR. ERKAN KARACABEY
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Kapya biber ülkemizde miktar olarak en fazla üretilen biber çeşidi olup; gıda endüstrisinde turşu, salça, konserve, sos ve kurutulmuş ürün gibi birçok şekilde değerlendirilmektedir. Kurutulmuş meyve ve sebzelerin çeşitli avantajları nedeniyle üretim miktar ve çeşidi sürekli artmakla birlikte; gıdaların kurutulmasında harcanan yüksek enerji miktar ve fiyatları, kuruma süresini kısaltıcı alternatif sistemler ve ön işlemler konusunda yapılan araştırmalarda artışa sebep olmaktadır.

Bu tez çalışması kapsamında kapya biber kurutulmasında daha önce uygulanmayan yeni bir teknik olarak karbonik maserasyon (CM) ön işlemi ile farklı nem içeriklerine sahip tam ve yarı kuru kapya biber üretimi gerçekleştirilmiştir.  Kurutma ve CM ön işlem prosesi için en uygun koşulların tespiti amacıyla, yanıt yüzey yöntemi (RSM) ile proses parametreleri optimize edilmiştir. Geriye doğru eleme metodu ile modelde yer almasına karar verilen kuruma hızı, kırmızı renk (a*), esmerleşme indeksi (BI) ve antioksidan aktivite yanıt olarak seçilmiştir. 

CM ön işlemi sonrası kurutulan tam kuru kapya biberlerin L*, a* ve kroma değerleri ile taze biberde ölçülen değerler arasında önemli bir fark tespit edilmemiştir (p>0.05). Yarı kuru kapya biberlerde ise aynı etki sadece a* değerinde görülmüş; diğer değerlerde istatistiksel olarak önemli bir fark bulunmamıştır (p>0.05). Toplam renk farkı (ΔE) ve esmerleşme indeksi (BI) değerleri hem tam hem de yarı kuru kapya biberlerde CM ön işleminden olumlu şekilde etkilenerek kontrol gruplarından daha düşük bulunmuştur (p≤0.05). CM ön işlemi uygulanan tam kuru kapya biberlerin rehidrasyon oranı, kontrol gruplarına kıyasla istatistiksel olarak önemli düzeyde yüksek bulunmuştur (p≤0.05). CM ön işlemi, yarı kuru ürünlerde rehidrasyon oranı bakımından önemli fark oluşturmamıştır (p>0.05). Tekstür parametreleri olan kabuk direnci ve elastikiyet bakımından ise tam kuru kapya biberlerde CM ön işlemli ve kontrol örnekleri arasında istatistiksel olarak önemli bir fark bulunmazken, yarı kuru kapya biberlerde kabuk direnci değerleri kontrol gruplarına göre daha düşük tespit edilmiştir (p≤0.05). CM ön işlemi tam kuru kapya biberlerin kimyasal özelliklerinden ise toplam fenolik, askorbik asit, toplam karotenoit miktarları ile antioksidan aktivite üzerinde olumlu etki göstermiş ve bu özelliklere ait değerler kontrol gruplarından daha yüksek bulunmuştur (p≤0.05). Yarı kuru kapya biberlerde de antioksidan aktivite haricindeki değerlerde de benzer etkiler saptanmıştır.

Toplam 6 ay süren depolama periyodunda CM ön işlemine tabi tutulan tam kuru kapya biberlerde toplam renk farkı, rehidrasyon oranı, toplam fenolik, toplam karotenoit, kapsantin ve toplam aerob mezofil bakteri sayısı değerleri açısından kontrol gruplarından daha iyi sonuçlar tespit edilmiştir (p≤0.05). Yarı kuru kapya biberlerin depolama sürecinde ise rehidrasyon oranı, askorbik asit ve maya-küf sayısı değerleri bakımından CM ön işlemi sonrası kurutulan kapya biberlerin kontrol gruplarından daha üstün niteliklere sahip olduğu saptanmıştır (p≤0.05). Depolama sıcaklığı 4°C olan tam kuru kapya biberlerin askorbik asit, toplam fenolik, toplam karotenoit ve kapsantin miktarları 20°C' de depolanan örneklerden daha yüksek bulunmuştur. Yarı kuru kapya biberler için ise Hue açısı ve rehidrasyon oranı ile askorbik asit, toplam karotenoit ve kapsantin miktarları depolama sıcaklığının yükselmesinden olumsuz etkilenen özelliklerdir. Ambalajlama yöntemleri değerlendirildiğinde ise kapya biberlerin depolama sürecindeki toplam karotenoit ve kapsantin miktarlarının ambalaj yöntemlerine göre farklılık gösterdiği (p≤0.05); vakum ambalajın normal ambalaja göre renk madde miktarını en yüksek yüksek oranda koruyan ambalajlama yöntemi olduğu tespit edilmiştir. Depolama sürecinin ilerlemesi ile Hue açısı değerlerlerinin yanında askorbik asit, toplam fenolik, toplam karotenoit ve kapsantin gibi fonksiyonel bileşenlerin miktarlarında azalış tespit edilmiştir (p≤0.05). Maya-küf gelişimi, tam kuru kapya biberlerde depolama boyunca gözlenmezken, yarı kuru kapya biberlerde depolamanın ikinci ayından itibaren artış göstermiştir (p≤0.05).

Optimize edilen proses parametrelerine göre; kuru kapya biber üretimi için en uygun kurutma sıcaklığı 79.9°C olarak tespit edilmiştir. CM ön işlemi için optimum koşullar ise 30.5°C sıcaklık, 1 bar basınç ve 4 saat bekleme süresi olarak belirlenmiştir. Karbonik maserasyona tabi tutulduktan sonra kurutulan kapya biberlerin kuruma süresinde %17.3'lük bir azalma sağlanmıştır. 

Çalışma sonuçlarına göre CM ön işlemi kapya biberin kuruma süresinde azalma sağlarken bazı fiziksel, kimyasal ve mikrobiyolojik özellikler üzerinde de olumlu etkiler göstermiştir. Bu avantajlar sayesinde CM ön işleminin kapya biber kurutmada gelecek vadettiği sonucu çıkarılabilir. Sistemin kesikli düzenden sürekli sisteme çevrilmesi ve daha büyük kapasitelere çıkması için sistemde iyileştirmeler yapılması ve araştırmaların sürdürülmesi önerilmektedir.

Abstract:
Capia pepper is the most produced pepper variety in our country in terms of quantity. In the food industry, it is used in many ways such as pickled, paste, canned, sauce and dried. While production quantity and types of dried fruit and vegetables is continuously increasing, the high amount of energy and prices spent in drying of foods have made more attractive the alternative systems and pre-treatments that shorten the drying time.

Within the scope of this thesis study, fully and semi-dried capia peppers having different moisture contents were produced by carbonic maceration (CM) pre-treatment as a new technique that has not been used before in drying of capia peppers. In order to determine the optimum values for drying and CM pre-treatment conditions, the process parameters were optimized using the response surface methodology (RSM). The drying rate, red color (a*), browning index (BI) and antioxidant activity were selected as responses which have been deciced to involve in the model by backward elimination method.  

No significant difference was detected between the L*, a* and chroma values of fully dried capia peppers with CM pre-treatment and the values measured in fresh peppers (p>0.05). In semi-dried capia peppers, the same effect was seen only at a* value; there was no statistically significant difference in other values (p>0.05). Total color difference (ΔE) and browning index (BI) values in both fully and semi-dried capia peppers were positively affected by CM pre-treatment and were found to be lower than the control groups (p≤0.05). The rehydration rate of fully dried capia peppers subjected to CM pre-treatment were found statistically higher than control groups (p≤0.05). No significant difference was detected in terms of rehydration rate for semi-dried products (p>0.05). In terms of skin resistance and elasticity, which are texture parameters, CM pre-treatment did not create a statistically significant difference in fully dried capia peppers, but skin resistance values in semi-dry capia peppers were found to be lower than the control groups (p≤0.05). Among chemical properties, CM pre-treatment had a positive effect in the amounts of total phenolic substance, ascorbic acid and total carotenoid besides antioxidant activity for the of fully dried capia peppers and the values for these properties were found to be higher than the control groups (p≤0.05). Similar effects were observed in semi-dried capia peppers in terms of these values except antioxidant activity.

During the storage period lasting for 6 months, fully dried capia peppers subjected to CM pre-treatment showed better results than the control groups in terms of total color difference, rehydration rate, total phenolic, total carotenoid, capsanthin and total aerobic mesophyll bacteria count values (p≤0.05). During the storage period of semi-dried capia peppers, it was determined that CM pre-treated capia peppers had superior qualities than the control groups in terms of rehydration rate, ascorbic acid and yeast-mold number values (p≤0.05). The ascorbic acid, total phenolic, total carotenoid and capsanthin amounts of fully dried capia peppers whose storage temperature was 4°C were found to be higher than those stored at 20°C. For semi-dried capia peppers, Hue angle, rehydration rate and ascorbic acid, total carotenoid and capsanthin amounts are the properties that were negatively affected from the increase in storage temperature. When packaging methods were evaluated, total carotenoid and capsanthin contents of capia peppers during the storage process differed according to packaging methods (p≤0.05) and it was determined that the packaging method providing the highest pigment content was vacuum packaging, while the lowest pigment content was found in normal packaging. As the storage process progressed, the Hue angle values as well as the amounts of ascorbic acid, total phenolics, total carotenoids and capsanthin decreased (p≤0.05). While yeast and mold growth has not been observed in fully dried capia peppers during storage, an increase in yeast and mold number was recorded throughout storage starting from the second month.

According to optimized process parameters; the optimum drying temperature for capia pepper drying was determined as 79.9°C. The optimum conditions for CM pre-treatment were found as 30.5°C temperature, 1 bar pressure and 4 hours waiting time. Drying of capia peppers after CM pre-treatment resulted in a 17.3% reduction in drying time.

According to the study results, CM pre-treatment reduced the drying time of capia pepper and had positive effects on some physical, chemical and microbiological properties. Thanks to these advantages, it can be concluded that CM pre-treatment is promising in drying of capia pepper. It is recommended to make improvements in the system and continue research in order to convert the system from a batch system to a continuous system and to increase it to larger capacities.