Farklı yöntemlerle enkapsüle edilen mikroalglerin fonksiyonel özelliklerinin belirlenmesi ve model gıdalarda kullanımı
Determination of functional properties of microalgae encapsulated by different methods and their use in model foods
Yazar: FARUK TAMTÜRK
Danışman: DOÇ. DR. ÖMER SAİD TOKER ; PROF. DR. YAŞAR DURMAZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Bu çalışmada, pilot ölçekli tübüler fotobiyoreaktörde yetiştirilen Chlorella vulgaris biyokütlesi dondurarak kurutma ve püskürterek kurutma yöntemleriyle Simplex-Lattice Karışım Tasarımı ile elde edilen reçeteler kullanılarak kapsüllenme reçeteleri optimize edilmiştir. Yenilikçi kapsüllenme ajanı olarak gıda sanayi proses atıklarından elde edilen aquafaba ve deaktive ekmek mayası kullanılmıştır. Bununla birlikte prebiyotik özelliklere sahip inülin ve piyasada enkapsülasyon ajanı olarak yaygın olarak kullanan maltodekstrin de kullanılmıştır. 
Dondurarak ve püskürtmeli kurutma yöntemleri ile yapılan enkapsülasyon reçetesi optimizasyonunda kapsülleme verimliliği, klorofil-a kapsülleme etkinliği ve toplam karotenoid etkinliği model yanıtı olarak incelenmiştir. Her iki kurutma yönteminde bu üç bağımlı değişken duvar materyali oranlarına bağımlı olarak karışım dizaynı kullanılarak modellenmiştir. Bununla birlikte, kapsüllerin pigment miktarı (toplam karotenoid, klorofil-a), ham protein, pH, nem içeriği ve su aktivitesi gibi fiziko-kimyasal özellikleri, renk özellikleri, ıslanabilirlik ve higroskopiklik düzeyleri de belirlenmiştir.
Chlorella vulgaris'in hem fonksiyonel hem de teknolojik özelliklerinden yararlanmak olduğu için reçete çözümünde mikrolag miktarı, enkapsülasyon verimi, klorofil için enkapsülasyon etkinliği ve karotenoid için enkapsülasyon etkinliği ön planda tutulmuştur. Bu doğrultuda dondurarak kurutma prosesi için (%61,989) mikroalg, (%36,989) deaktive maya ve (%1,022) Aquafaba reçetesi püskürterek kurutma prosesi için (%78,47) mikroalg, (%12,78) deaktive maya (%1.89) Aquafaba ve (%6,86) inülin çözüm önerisi olarak elde edilmiştir. Optimizasyon çalışması aquafaba ve deaktive fırıncı mayasının mikroalglerin hem dondurarak hem de püskürterek kurutma sonrasında pigment etkinliği ve kurutma verimliliğini arttırıcı potansiyele sahip olduğu gösterilmiştir.
Dondurarak ve püskürterek kurutulmuş optimize reçetelerden elde edilen enkapsüle Chlorella vulgaris örneklerinde 0%, 0,25%, 0,50%, 0,75%, 1% ve 1,50% oranlarında kullanılarak toffe şeker ve şeker hamuru denemeleri yapılmıştır. Püskürterek kurutma ile yapılan toffe ürünlerde dondurarak kurutma ürünlerinden daha koyu yeşil bir ton elde edilmiştir.
Bu çalışma, aquafaba ve deaktive fırıncı mayası gibi yenilikçi sürdürülebilir yeşil biyopolimerlerin etkili enkapsülasyon ajanı olacağını göstermektedir. Bununla birlikte, aquafaba ve deaktive fırıncı mayası gibi teknolojik özelliklere sahip enkapsülasyon ajanlarının renklendirici ajanı olarak kullanılmak istenen mikroalglere fonksiyonel özellikleri yanında teknolojik özellikler de katacaktır.

Abstract:
In this study, the encapsulation recipes of Chlorella vulgaris biomass grown in a pilot-scale tubular photobioreactor were optimized by freeze drying and spray drying methods using recipes obtained by Simplex-Lattice Mixture Design. Aquafaba and deactivated baker's yeast obtained from food industry process wastes were used as innovative encapsulation agents. In addition, inulin with prebiotic properties and maltodextrin, which is used as an encapsulation agent in the market, were used. 
Encapsulation efficiency, chlorophyll-a encapsulation efficiency and total carotenoid efficiency were investigated as model response in the encapsulation recipe optimization by freeze and spray drying methods. In both drying methods, these three parameters vary depending on the wall material ratios. In addition, physico-chemical properties such as pigment amount (total carotenoid, chlorophyll-a), crude protein, pH, moisture content and water activity, color properties, wettability and hygroscopicity levels were determined.
Since both functional and technological properties of Chlorella vulgaris were to be utilised, microlag amount, encapsulation efficiency, encapsulation efficiency for chlorophyll and encapsulation efficiency for carotenoids were prioritised in the recipe solution. Accordingly, (61.989%) microalgae, (36.989%) deactivated yeast and (1.022%) Aquafaba recipe for freeze-drying process, (78.47%) microalgae, (12.78%) deactivated yeast (1.89%) Aquafaba and (6.86%) inulin for spray drying process were obtained as solution suggestions. The optimization study showed that aquafaba and deactivated baker's yeast have the potential to increase the pigment efficiency and drying efficiency of microalgae after both freeze and spray drying.
Toffee sugar and sugar paste trials were conducted using encapsulated Chlorella vulgaris samples obtained from freeze and spray dried optimised recipes at 0%, 0.25%, 0.50%, 0.75%, 1% and 1.50% ratios. Spray-dried toffee products had a darker green colour than freeze-dried products.
This study shows that innovative sustainable green biopolymers such as aquafaba and deactivated baker's yeast would be effective encapsulation agents. However, encapsulation agents with technological properties such as aquafaba and deactivated baker's yeast will add technological properties as well as functional properties to microalgae to be used as colouring agents.