Keçiboynuzu konsantresinin ozmotik distilasyon ile üretimi: Gıda kalitesi ve proses koşullarının değerlendirilmesi
Production of carob concentrate by osmotic distillation: Evaluation of food quality and process conditions
Yazar: ESRANUR TAN
Danışman: PROF. DR. RASİM ALPER ORAL ; PROF. DR. AYÇA MERİÇ HASANOĞLU
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Keçiboynuzu meyvesi (Ceratonia siliqua L.) ya da bilinen diğer adıyla harnup sahip olduğu yüksek besin içeriği bakımından dikkat çeken fonksiyonel gıda ürünlerinden biridir. Fonksiyonel özelliklerinin sahip olduğu biyoaktif maddelerin çalışma mekanizmalarından kaynaklandığı ve yapılan çalışmalarda sahip olduğu biyoaktif bileşenlerin özellikle gastrointestinal sistem rahatsızlıkları başta olmak üzere birçok kronik hastalığa iyi geldiği bilinmektedir. Oldukça sert bir meyve oluşu direkt tüketimini zorlaştırmakta, bu sebeple de ya öğütülmüş toz formda ya da meyvelerin su ile ekstraksiyonu ve sonrasında bazı termal evaporasyon yöntemleriyle konsantre edilerek pekmez, öz ve şurup formlarına işlenerek tüketilmesini gerektirmektedir. Ancak mevcut termal evaporasyon yöntemleri keçiboynuzunda bulunan bu biyoaktif maddelerden yeteri kadar faydalanılamamasına sebep olmaktadır.
Bu çalışmada keçiboynuzu ekstraktı ileri ozmoz tekniğine dayanan ozmotik distilasyon yöntemiyle laboratuvar ölçekli 0,58 m2 alana sahip X50 Liqui-cel® 1.7×5.5 Minimodules 7400 mikroporlu hidrofobik polipropilen hollowfiber membran kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Besleme çözeltisi olarak ultrasonikasyon yöntemiyle elde edilen 12,2 ºBriks keçiboynuzu ekstraktı ve çekme çözeltisi olarak 4 M CaCl2 çözeltisi kullanılmıştır. Ozmotik distilasyonda proses sıcaklığının ve besleme ve çekme çözeltilerinin akış hızının transmembran akısı üzerine etkisi incelenmiştir. En yüksek akı değeri 378,735 g.m-2.sa-1 ile 1600/1300 mL/dk. akış hızında 35 ℃'deki deneyde elde edilmiştir. Ayrıca geleneksel ve vakum evaporasyon yöntemleriyle proses sonrası ve depolama şartları boyunca fizikokimyasal özellikler, renk, antioksidan ve fenolik aktivite ve HMF içeriği karşılaştırılması yapılmıştır. Çalışma sonunda keçiboynuzu ekstraktı başarılı bir şekilde 63,2 °Briks'e konsantre edilmiş olup; ayrıca fenolik ve antioksidan aktivite değerleri sırasıyla 498,64 mg GAE/100 g ve 17,36 mM TE olarak kaydedilmiş olup bu değerlerin diğer evaporasyon yöntemlerine göre oldukça yüksek olduğu görülmektedir. OD sonucu herhangi bir HMF oluşumu gözlenmezken, renk değerleri olarak diğer yöntemlerden oldukça farklı sonuçlar ortaya çıkmıştır.
Sonuç olarak bu çalışma ile keçiboynuzunun ozmotik distilasyonda konsantre edilmesi işlemi ilk kez çalışılmış olup, ekstraksiyon ve proses optimizasyonu ve ozmotik distilasyon sistemlerinin meyve suları ve ekstraktlarına uyarlanabilirliği konusunda önemli çıktılar alınmıştır. Yapılacak yeni çalışmalar ve teknolojik yeniliklerle birlikte böyle bir ozmotik distilasyon sisteminin gıda endüstrisinde kullanılarak piyasaya yenilikçi ürünler sunulmasının mümkün olacağı düşünülmektedir.

Abstract:
Carob fruit (Ceratonia siliqua L.) is one of the functional food products that attracts attention with its high nutritional content. Its functional properties are known due to the working mechanisms of its bioactive substances. Its bioactive components are good for many chronic diseases, especially gastrointestinal system disorders. The fact that it is a hard fruit makes it difficult to consume directly, therefore it must be consumed either in ground powder form or by extracting the fruits with water and then concentrating by thermal evaporation methods and then processing into molasses, extract, and syrup forms. However, current thermal evaporation methods cause insufficient utilization of these bioactive substances in carob.
In this study, carob extract was carried out by osmotic distillation based on the forward osmosis technique using a laboratory-scale X50 Liqui-cel® 1.7×5.5 Minimodules 7400 microporous hydrophobic polypropylene hollow fiber membrane with a surface area of 0.58 m2. 12.2 ºBriks carob extract obtained by ultrasonication was used as the feed solution and 4 M CaCl2 solution was used as the draw solution. The effect of process temperature and flow rate of feed and draw solutions on transmembrane flux in osmotic distillation were investigated. The highest flux value was 378.735 g.m-2.h-1 at a 1600/1300 mL/min flow rate. In addition, physicochemical properties, colour, antioxidant and phenolic activity, and HMF content were compared between conventional and vacuum evaporation methods after processing and during storage conditions. At the end of the study, carob extract was successfully concentrated to 63.2 ºBriks and phenolic and antioxidant activity values were recorded as 498.64 mg GAE/100 g and 17.36 mM TE respectively. These values were found to be significantly higher than other evaporation methods. While no HMF formation was observed due to OD, colour values differed from other methods.
In conclusion, this is the first study in the literature on the concentration of carob by osmotic distillation. Important outputs were obtained on extraction, process optimization, and adaptability of osmotic distillation systems to fruit juices and extracts. With new studies and technological innovations, it will be possible to use such osmotic distillation systems in the food industry and offer innovative products to the market.