Biyofortifikasyonun arpa, yulaf ve öğütme fraksiyonlarında bazı mineraller ve fonksiyonel bileşenler üzerine etkisinin araştırılması
An investigation on the effects of biofortification on minerals and functional constituents of barley, oats and milling fractions
Yazar: OĞUZ ACAR
Danışman: PROF. DR. HAMİT KÖKSEL
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Bu çalışma, i) biyofortifikasyon uygulanmış (+) ve uygulanmamış (-) Yalın kavuzsuz arpa çeşidinden iki farklı öğütme yöntemi ile elde edilen lifçe zengin fraksiyonlarının (LZF) ve ii) biyofortifikasyon uygulanmış (+) ve uygulanmamış (-) Haskara kavuzsuz yulaf çeşidinden valsli değirmende kısa ve uzun öğütme akışı ile elde edilen kepek fraksiyonlarının verimlerini karşılaştırmak amacıyla yapılmıştır. Ayrıca biyofortifikasyonun (Zn, I, Se) protein, kül, nişasta, beta-glukan, arabinoksilan, arabinogalaktan, glukomannan, besinsel lif (çözünür, çözünmez ve toplam) ve mineral bileşimlerinin üzerindeki etkisinin araştırılmasıyla birlikte öğütme fraksiyonlarının bazı fiziksel ve fizikokimyasal özelliklerinin (kütle medyan çapı, dispersiyon, porozite, viskozite) belirlenmesi hedeflenmiştir.

Yalın (-) ve Yalın (+)'nın valsli öğütme değirmende öğütülmesiyle elde edilen LZF'lerin (LZFVD) verimleri sırasıyla %55.2 ve %56.2 iken aynı örneklerin çekiçli değirmende öğütülmesiyle elde edilen LZF'lerin (LZFÇD) verimi sırası %43.7 ve %45.9 olarak tespit edilmiştir. Yalın (-) ve Yalın (+)'dan elde edilen LZF'lerin pinli değirmende zenginleştirilmesiyle elde edilen zenginleştirilmiş fraksiyon Z-LZFVD'nin verimi sırasıyla %25.9 ve %26.0 olurken Z-LZFÇD'nin verimi %22.8 ve %24.1 olarak belirlenmiştir. Yalın (-) ve Yalın (+)'dan elde edilen LZFVD'lerin beta-glukan içerikleri sırasıyla %7.20 ve %6.91 olarak, aynı arpa örneklerden elde edilen LZFÇD'lerin beta-glukan içerikleri ise sırasıyla % 8.91 ve %8.09 olarak belirlenmiştir. Ayrıca, Yalın (-) ve Yalın (+)'dan elde edilen Z-LZFVD'lerde beta-glukan içerikleri sırasıyla %12.91 ve %12.33 olurken Z-LZFÇD'lerde ise beta-glukan içerikleri sırasıyla %14.17 ve %13.02 olarak tespit edilmiştir.

Haskara (-) ve Haskara (+)'nın kısa akışla öğütülmesiyle elde edilen kaba kepeklerin verimi her iki örnek için %42.6 olurken uzun akışla öğütülmeleriyle elde edilen ince kepeklerin verimi sırasıyla %46.6 ve %47.4 olarak belirlenmiştir. Haskara (-) ve Haskara (+)'den elde edilen kaba kepeklerin beta-glukan içerikleri sırasıyla %8.31 ve %8.42 olarak, aynı yulaf örneklerinden elde edilen ince kepeklerin beta-glukan içerikleri ise sırasıyla %8.65 ve %8.68 olarak tespit edilmiştir. 

Arpa fraksiyonlarında yapılan zenginleştirmenin porozite değerini arttırırken, yığın yoğunluğu, kütle medyan çapı ve dispersiyon değerini azalttığı belirlenmiştir. Z-LZF'lerin RVA viskoziteleri LZF'lerin RVA viskoziteleriyle karşılaştırıldığında önemli düzeyde yüksek bulunmuştur. Ayrıca, yulaf örneklerinde uzun öğütme akışının kısa öğütme akışına göre, dispersiyon, porozite, beta-glukan çözünürlüğü ve RVA viskozitesini arttırırken kütle medyan çapı ve yığın yoğunluğunu önemli düzeyde azalttığı belirlenmiştir. 

Çalışmada biyofortifikasyonun etkisi incelendiğinde, Yalın (+)'nın Yalın (-)'ye göre Zn, I ve Se içeriği sırasıyla 1.5, 17.3 ve 2.0; Haskara (+)'nın da Haskara (-)'ye göre 1.2, 2.7 ve 2.8 kat daha fazla oldukları belirlenmiştir. Ayrıca, Yalın (+)'dan elde edilen Z-LZFVD ve Z-LZFÇD'lerin Zn, I ve Se içerikleri Yalın (-)'nin tam tanesiyle karşılaştırıldığında öğütme yöntemine göre sırasıyla 2.3-2.7, 21.4-23.5 ve 2.4-2.8 kat daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Benzer şekilde, Haskara (+)'dan elde edilen kaba kepek ve ince kepeklerin Zn, I ve Se içerikleri Haskara (-)'nin tam tanesiyle karşılaştırıldığında öğütme akışına göre sırasıyla 1.5-1.7, 2.9-4.7 ve 3.7-3.8 kat daha fazla olduğu tespit edilmiştir. Sonuç olarak, biyofortifikasyon ve farklı öğütme uygulamalarıyla fraksiyon eldesi yöntemlerinin kullanımının hem arpa hem de yulaf öğütme fraksiyonlarında Zn, I ve Se içeriklerini önemli ölçüde arttırdığı belirlenmiştir.

Abstract:
This study was carried out i) to compare fibre rich fraction (FRF) yields of two milling systems from biofortified (+) and non-biofortified (-) hull-less barley cv. Yalin and ii) to compare bran yields of short and long flows of roller mill from biofortified (+) and non-biofortified (-) hull-less oats cv. Haskara. In addition, effects of biofortification (Zn, I, Se) on protein, ash, starch, beta-glucan, arabinoxylan, arabinogalactan, glucomannan, total dietary fiber (soluble, insoluble and total) and mineral composition, physical and physicochemical properties (mass median diameter, dispersion, porosity, viscosity) of barley and oats milling fractions were also investigated.

FRF yields of roller mill (FRFR) were 55.2% and 56.2% while those of hammer mill (FRFH) were 43.7% and 45.9% for Yalin (-) and Yalin (+), respectively. Pin milling was applied for further enrichment of FRFR and FRFH. The yields of enriched fraction E-FRFR were 25.9% and 26.0% while the yields of enriched fraction E-FRFH were 22.8% and 24.1% for Yalin (-) and Yalin (+), respectively. Beta-glucan contents of FRFR were 7.20% and 6.91% while those of FRFH were 8.91% and 8.09% for Yalin (-) and Yalin (+), respectively. In addition, beta-glucan contents of E-FRFR were 12.91% and 12.33% while those of E-FRFH were 14.17% and 13.02% for Yalin (-) and Yalin (+), respectively.

Yields of coarse bran obtained by short-flow were 42.6% for both Haskara samples while those of fine bran obtained by long-flow were 46.6% and 47.4% for Haskara (-) and Haskara (+). Beta-glucan contents of coarse bran were 8.31% and 8.42% while those of fine bran were 8.65% and 8.658 for Haskara (-) and Haskara (+), respectively.

Enrichment of barley fractions significantly increased porosity and decreased mass median diameter, dispersion and bulk density. RVA viscosities of E-FRF were significantly higher as compared to FRF. Long flow milling of oats samples increased dispersion, porosity, beta-glucan solubility and RVA viscosity and decreased mass median diameter and bulk density as compared to short flow milling. 

When the effect of biofortification was examined; it was determined that Zn, I and Se contents of Yalin (+) were 1.5, 17.3 and 2.0 fold higher as compared to Yalin (-). Likewise, Zn, I and Se contents of Haskara (+) were 1.2, 2.7 and 2.8 times higher than those of Haskara (-). E-FRFR and E-FRFH obtained from Yalin (+) had much higher Zn (2.3-2.8 fold), I (21.4-23.5 fold) and Se (2.4-2.8 fold) as compared to whole grain of Yalin (-), respectively. Similarly, coarse bran and fine bran obtained from Haskara (+) had much higher Zn (1.5-1.7 fold), I (2.9-4.7 fold) and Se (3.7-3.8 fold) as compared to whole grain of Haskara (-), respectively. Consequently, use of biofortification and fractionation by different milling techniques significantly increased the Zn, I and Se contents in both barley and oat milling fractions.