Yüksek basınç homojenizasyon işleminin mercimek protein izolatının ara yüzey reolojik özellikleri üzerine etkisi
Effect of high pressure homogenization preocess on interfacial properties of lentil protein isolate
Yazar: MAHMUD EKREM PARLAK
Danışman: DOÇ. DR. FURKAN TÜRKER SARICAOĞLU
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Bitki proteinleri = Plant proteins ; Lens culinaris = Lens culinaris ; Mercimek proteini izolatı = Lentil protein isolates ; Temel gıda ürünleri = Basic food products ; Yüksek basınç = High pressure ; Yüzey modifikasyonu = Surface modification

Özet:
Hayvansal proteinlerin üretim aşamaları bitkisel proteinlerin üretimine kıyasla 250 kata kadar daha fazla sera gazı salınımına sebep olmaktadır. Artan dünya nüfusu, hayvansal ağırlıklı beslenme alışkanlıkları ve her geçen gün artan ortalama sıcaklıklar insanlığın mevcut beslenme alışkanlıklarının sürdürebilir olmadığını açıkça ortaya koymaktadır. Bu sebeple gıda biliminde genelde hayvansal proteinlere kıyasla daha düşük fonksiyonel özellik sergileyen bitkisel proteinlere doğru bir yönelim söz konusudur. Gıda biliminde yapılan çalışmalarla bitkisel proteinlerin yapıları, proteinin fonksiyonel özelliklerini geliştirecek şekilde modifiye edilmeye çalışılmaktadır. Bu amaçla kullanılan yöntemlerden yüksek basınç homojenizasyonu (YBH), proteinlerin besin değerini kaybetmesine sebep olmayan, herhangi bir istenmeyen ürün vermeyen, gelecek vadeden çevre dostu bir gıda uygulamasıdır. Bu uygulamada proteinler, yüksek basınç altında çok dar bir geçitten geçmeye zorlanır ve geçitin içerisinde oluşan fiziksel stres protein moleküllerinin yapısında değişimlere sebep olur. Bu çalışmada YBH uygulanmış mercimek proteini izolatlarının fonksiyonel özelliklerindeki modifikasyonların modern ve isabetli bir analiz yöntemi olan ara yüzey kayma reolojisi (AYKR) ile incelenmesi amaçlanmıştır. Bu yöntemde proteinlerin birbiri içinde çözünmeyen iki ortamın kesiştiği ara yüzeye adsorbsiyonu sonucunda oluşturdukları ara yüzey filminin viskoelastik yapısı inclenmektedir. Proteinlerin stabil köpük ve emülsiyon yapıları oluşturabilmesi, hava-su ve yağ-su ara yüzeylerine adsorpsiyonu sonucunda elastik iki boyutlu jel yapıları oluşturması ile ilişkilidir. Çalışma kapsamında mercimekten izole edilen mercimek proteini izolatları (MPİ), 0 MPa, 50 MPa, 100 MPa ve 150 MPa basınç altında YBH uygulamasından geçirilmiştir. YBH uygulanan MPİ'nın stabil köpük ve emülsiyon yapıları oluşturma kabiliyetinde olumlu değişiklikler gözlenmiştir. YBH uygulanmayan ve 0 MPa, 50 MPa, 100 MPa, 150 MPa basınçları altında homojenize edilen MPİ'nın pH 2,0 tampon çözeltide süspanse edilmesiyle hazırlanan çözeltilerde köpük kapasitesi (KK) değerleri sırasıyla %72,67±4,30, %73,33±1,26, %83,33±2,61, %77,33±3,43 ve %76,67±4,30; hava-su ara yüzey gerilimleri sırasıyla 54,16, 47,27, 35,40, 36,98 ve 35,87 mN/m; hava-ara yüzeyindeki depo modülleri ise sırasıyla 0,68, 1,55, 2,93, 2,50 ve 2,61 mPa.m olarak belirlenmiştir. Ayrıca aynı süspansiyonlar ay çiçek yağı ile analize alınarak emülsiyon aktivitesi indeksi değerleri sırasıyla 610,20±36,33, 617,54±36,95, 803,69±25,80, 660,43±42,49 ve 658,29±53,68 m2/g; yağ-su ara yüzey gerilimi değerleri 13,13, 13,00, 10,75, 12,68 ve 13,00 mN/m; yağ-su yüzeyindeki depo modülleri ise sırasıyla 7,98, 9,76, 15,04, 10,76 ve 9,95 mPa.m olarak belirlenmiştir. Bu değerler üzerinden 50 MPa basınca kadar uygulanan YBH'nun MPİ'nın asidik koşullarda hava-su ve yağ-su ara yüzey aktivitesinin arttığı tespit edilmiştir. Ayrıca çalışma kapsamında YBH uygulanmış MPİ'nın farklı pH değerlerindeki süspansiyonlarındaki ara yüzey aktiviteleri de incelenmiştir. Çalışma sonucunda YBH uygulamasının bitkisel proteinlerin fonksiyonel özelliklerini arttırma konusunda başarılı olduğunun yanı sıra AYKR ile proteinlerin fonksiyonel özelliklerinin bilimsel metodolojiye uygun ve isabetli bir şekilde tespit edilebildiği ortaya konmuştur.

Abstract:
Animal-based protein production results in up to 250 times greater greenhouse gas emissions per unit weight than plant-based protein production. The growing population, current animal-based diets and the global warming make it abundantly evident that humanity's existing dietary practices are unsustainable. To address this problem, food scientists around the world seeks a possible technology that could be used to enhance functionality of plant-based proteins. High pressure homogenization (HPH) is a promising, ecofriendly food application that doesn't result nutritional degredation while modifying protein structure. The basic of the prosess is to force the protein to pass through a narrow nozzle under high physical stress. The primary object of this research is to analyze the funtionality changes on the HPH processed lentil protein isolates (LPI) with a recent and precise analysis approach, interfacial shear rheology (ISR). This neoteric method measures the viscoelasticity of an interfacial that is adsorbed by amphiphilic proteins. The adsorption behavior of the proteins to interfaces between two immiscible fluids such as air-water or oil-water, is the major reason secures their foaming and emulsifying properties. Within the scope of the study, LPI were subjected to HPH application at 0 MPa, 50 MPa, 100 MPa and 150 MPa and foam capacity (FC) of protein suspension prepared with pH 2.0 buffer is measured as 72.67±4.30, 73.33±1.26%, 83.33±2.61%, 77.33±3.43% and 76.67±4.3% respectively. Moreover, air-water interfacial tension values of the suspensions were 54.16, 47.27, 35.40, 36.98 and 35.87 mN/m, respectively and the interfacial shear storage modulus on the air-water interface were determined as 0.68, 1.55, 2.93, 2.50 and 2.61 mPa.m, respectively. Also, HPH effect on the LPI's adsorbtion behavior to oil-water interface ise examined. Emuslifying activity index of the suspensions, non-treated and 0 MPa, 50 MPa, 100 MPa, 150 MPa treated, were 610.20±36.33, 617.54±36.95, 803.69±25.80, 660.43±42.49 and 658.29±53.68 m2/g respectively; air-water interfacial tension values of the suspensions were 13.13, 13.00, 10.75, 12.68 and 13.00 mN/m; interfacial shear storage moduli on the air-water interface were 7.98, 9.76, 15.04, 10.76 ve 9.95 mPa.m respectively. Surface properties of the LPI have developed with the pressures up to 50 MPa for pH 2,0. The research which also investigate the HPH treated LPI's under different pH; concluded as two main inference: HPH was successful for modifying the functional properties of vegetable proteins; ISR is an accurate analysis method to investigate functional properties of food proteins.