Susam protein izolatının yapısal ve fonksiyonel özellikleri üzerine yüksek basınçlı homojenizasyon uygulamasının etkisi
The effect of high pressure homogenization on structural and functional propoties of sesame protein isolate
Yazar: TUĞBA BASKINCI
Danışman: DOÇ. DR. OSMAN GÜL
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Fonksiyonel özellikler = Functional properties ; Homojenleştirme = Homogenization ; Susam = Sesame ; Yüksek basınç = High pressure

Özet:
Bitkisel proteinlerin hayvansal kaynaklı proteinlere iyi bir alternatif olabilmesi için, besleyici özelliklerine ek olarak gelişmiş fonksiyonel özelliklere sahip olması, gıda ürününün daha iyi yapı ve depo stabilitesi sağlaması açısından iyileştirilmesi gerekmektedir. Bu nedenle bu tez çalışmasında, yağ endüstrisinin bir yan ürünü olan susam posasından elde edilen susam protein izolatının (SPİ), yüksek basınçlı homojenizasyon (YBH) teknolojisi ile modifikasyonu sağlanarak yapısal ve fonksiyonel özelliklerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla ekstrakte edilen susam proteinine 0, 50, 100 ve 150 MPa basıçlarında YBH uygulanmış ve hem işlem görmemiş hem de modifiye proteinlerin bazı fizikokimyasal, fonksiyonel ve reolojik özellikleri incelenmiştir. YBH, proteinlerin sekonder yapıları ve alt fraksiyonlarında genel olarak bir değişikliğe neden olmamıştır. Buna rağmen SPİ'lerin bazı temel fizikokimyasal özelliklerinde önemli farklılıklar belirlenmiştir. Susam proteinleri, 100 MPa basınçta en küçük partikül boyutuna ve en yüksek zeta potansiyeline sahip olup 150 MPa basınç uygulaması proteinin kısmi  agregasyonuna neden olduğundan partikül boyutunda hafif bir artış gözlenmiştir. Bu durum mikroyapı görüntüleriyle de desteklenmiştir. Aynı şekilde 100 MPa basınca kadar artan homojenizasyon basıncı ile, SPİ'nin yüzey hidrofobisitesi, serbest/toplam –SH grupları ve suda çözünürlüğü de önemli bir artış sergilemiştir. Fonksiyonel özelliklerdeki değişimler incelendiğinde en gelişmiş su/yağ bağlama kapasitesine, köpürme kapasitesine ve emülsiyon oluşturabilme özelliklerine  100 MPa basınçtaki homojenizasyon ile ulaşılmıştır. İşlenmemiş SPİ'de 32,2 m2/g olan emülsiyon aktivite değeri, 100 MPa YBH ile en yüksek değerini alarak 64,63 m2/g olmuştur. 44,06 dakika olan emülsiyon stabilite değeri de, 100 MPa basınç ile 59,84 dakika olarak maksimum halini almıştır. Benzer şekilde, başlangıçta %78,33 olan köpük kapasitesi 100 MPa basınç uygulamasıyla %191,66 olarak oldukça önemli bir artış göstermiştir. En stabil köpük oluşumu ise 150 MPa basınç ile sağlanmıştır. En yüksek viskozite 0 MPa ile işlenmiş protein süspansiyonuda gözlenirken, en düşük viskozite 50 MPa basınç ile işlenenlerde tespit edilmiştir. SPİ süspansiyonlarının akış özellikleri analiz sonuçları Oswalt-de-Waele modeline tam uyum sağlamıştır (R2=0,997-0,999). 50 MPa basınç ile muamele edilmiş proteinler hariç diğer tüm örneklerde, frekansın artmasıyla viskoelastik karakter baskın hale geçmiştir (Gʹ > Gʺ). YBH ile modifikasyon işlemi SPİ'nin jelleşme sıcaklığında yaklaşık 15 ºC azalma sağlamıştır.

Abstract:
In order for plant based proteins to be a good alternative to animal based proteins, it is very important to have improved functional properties in addition to their nutritional properties in terms of better storage stability and better structure of the food product. Therefore, in this thesis, it was aimed to improve the functional properties of sesame protein isolate (SPI), which was obtained from sesame meal, which is a by-product of the oil industry, by providing modification with high pressure homogenization (HPH) technology. For this purpose, HPH was applied to the extracted sesame proteins at pressures of 0, 50, 100 and 150 MPa and some physicochemical, functional and rheological properties of both unprocessed and modified proteins were investigated. HPH did not cause a general change in the secondary structures and subfractions of the proteins. However, significant differences were determined in some basic physicochemical properties of SPIs. Sesame proteins had the smallest particle size and highest zeta potential at 100 MPa pressure, but a slight increase in particle size was observed as 150 MPa pressure caused partial aggregation of the protein. This was also supported by microstructure images. Likewise, with increasing homogenization pressure up to 100 MPa, the surface hydrophobicity, free/total –SH groups and water solubility of SPI also increased significantly. When the changes in functional properties were examined, the most developed water/oil binding capacity, foaming capacity and emulsification properties were achieved by homogenization at 100 MPa pressure. The emulsion activity value, which was 32,2 m2/g in the untreated SPI, was 64,63 m2/g with 100 MPa YBH. The emulsion stability value, which was 44,06 minutes, reached its maximum state as 59,84 minutes with 100 MPa pressure. Similarly, the foam capacity, which was 78,33% at the beginning, increased significantly to 191,66% with the application of 100 MPa pressure. The most stable foam formation was achieved with a pressure of 150 MPa. While the highest viscosity was observed in the protein suspension treated with 0 MPa, the lowest viscosity was determined in the treated with 50 MPa pressure. The analysis results of the flow properties of the SPI suspensions were well fitted to Oswalt-de-Waele model (R2=0,997-0,999). In all samples except 50 MPa pressure-treated proteins, the viscoelastic character became dominant with increasing frequency (Gʹ > Gʺ). Modification with YBH resulted in a decrease of about 15 ºC in the gelation temperature of SPI.