Gıda endüstrisinde kullanılan bazı hidrokolloidlerin doğrusal olmayan bölgedeki reolojik davranışlarının incelenmesi
Investigation of the rheological behavior of some hydrocolloids used in the food industry in the non-linear region
Yazar: DUYGU ÖZMEN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖMER SAİD TOKER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Hidrokolloidler gıda endüstrisinde ürünün tekstürel ve reolojik özelliklerini istenen biçimde düzenleyebilmek amacıyla genel olarak tek başlarına veya farklı hidrokolloidler ile karıştırılarak kullanılmaktadırlar. Endüstride gıdalar işlenme sırasında pek çok farklı aşamada yüksek seviyelerde deformasyona uğramaktadır. Bütün bu etkiler elde edilen son ürünün kalite özelliklerini etkilemektedir ve bu sebeple gıda ürünlerinde bulunan veya sonradan katılan hidrokolloidlerin lineer olmayan bölgedeki kuvvet veya basınç uygulanmasının reolojik davranışları üzerine etkisinin incelenmesi önem arz etmektedir. Büyük genlikli salınım testleri (LAOS) son yıllarda yüksek gerinim değerlerindeki reolojik davranışın incelenmesi için kullanılmaya başlanmıştır. Bu çalışmada literatürde sinerjistik etkisi bildirilen ksantan gam (XSG) ve keçi boynuzu gamı (LBG) kullanılmış ve farklı konsantrasyonlarda (%0.1, %0.3 ve %0.5) ve farklı hazırlama teknikleri (hidrasyon öncesi (HÖ), toz karışım(T),  hidrasyon sonrası (HS)) kullanılarak hazırlanan çözeltilerin doğrusal olmayan bölgedeki davranışı incelenmiştir. Ayrıca üç aralıklı tiksotropi testi (3ITT) uygulanarak çözeltilerin geri kazanım değerleri hesaplanmış ve LAOS sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Genel olarak LBG çözeltisinin tek başına tüm konsantrasyonlarda viskoz özellik gösterdiği, XSG çözeltisinin ise  %0.1 konsantrasyon haricinde baskın elastik özellik gösterdiği belirlenmiştir. Karışım çözeltilerde ise %0.1 konsantrasyon değeri dahil elastikiyetin baskın ve tek başına kullanımlarına göre çok daha yüksek değerlerde olduğu gözlemlenmiştir. Chebyshev katsayıları incelendiğinde yüksek konsantrasyon değerleri için LBG ve XSG için önemli bir fark gözlemlenmemişken, e3⁄e1 değerlerine bakıldığında XSG'nin gerinim sertleşmesi davranışı gösterirken, LBG'nin gerinim yumuşaması davranışı gösterdiği belirlenmiştir. Karışım çözeltilere bakıldığında %0.3 konsantrasyon için belirgin bir fark gözlemlenmemiş ancak %0.5 konsantrasyonda HS örneğinde diğer örneklerde gözlemlenenin dışında e3⁄e1 değerinde artış ve v3⁄v1 değerinde ise bir azalma gözlemlenmiştir. Lissajous-Bowditch eğrileri incelendiğinde, hidrasyon sonrası karıştırmanın (HS) diğer karıştırma tipleri ile karşılaştırıldığında daha düşük elastikiyet değerlerine sahip olduğu belirlenmiştir. Toz karışım (T) ve hidrasyon öncesi (HÖ) çözeltilerine bakıldığında ise %0.1 konsantrasyon için artan gerinim değerlerinde davranışlar benzer görünse de konsantrasyon arttıkça yüksek gerinim değerlerinde HÖ çözeltisinin eğrilerinin alanının T çözeltisine göre arttığı ve daha fazla enerjiyi yapıda tutabildiği gözlemlenmiştir. 3ITT testi ile Lissajous eğrileri karşılaştırıldığında elde edilen % geri dönüşüm değerlerinin eğrilerle uyum sağladığı belirlenmiştir. Bu bulgular ışığında, 3ITT testinin LAOS davranışını açıklamada kullanılabileceği görülmüştür. Elde edilen bulguların endüstriyel uygulamalar için son ürünün tekstür özelliklerini belirlemede etkili bir araç olduğu gözlemlenmiştir ve yeni çalışmalarda daha farklı hidrokolloidler ile çalışılarak sinerji ve hidrasyon kinetiğinin LAOS tekniği ile daha net anlaşılabileceği öngörülmektedir.

Abstract:
In the food industry, hydrocolloids are often used alone or in combination with different hydrocolloids to regulate the textural and rheological properties of the product. In industrial processes, food materials may face deformation at many different stages. All these conditions affect the rheological properties of final product and therefore it is important to examine the rheological behavior of food products containing hydrocolloids under large deformations. Large amplitude oscillatory shear (LAOS) tests have been used in recent years to examine the rheological behavior in high strain values. In this study, xanthan gum (XSG) and locust bean gum (LBG), which have synergistic effect as reported in the literature, were used and the behavior of the solutions which are prepared in different concentrations (0.1%, 0.3% and 0.5%) and using different preparation techniques (HÖ, T, HS) in nonlinear region are examined. In addition, the results of 3ITT test were used to calculate the recovery values of the solutions and compared with the LAOS results. In general, it was determined that LBG solution had viscous properties at all concentrations alone, while XSG solution showed dominant elasticity except for 0.1% concentration. In the mixture solutions, it was observed that the elasticity was dominant and has much higher values than the single use of solutions. When Chebyshev coefficients were examined, there was no significant difference for LBG and XSG for high concentration values and while XSG e3⁄e1 values showed strain hardening behaviour, LBG showed strain softening behavior. No significant difference was observed for the 0.3% concentration in the mixture solutions but at a concentration of 0.5%, the increase in e3⁄e1 and a decrease in v3⁄v1 value were observed for HS sample that are not seen in the other samples. When Lissajous-Bowditch curves are investigated, in comparison with the other types HA has lower elasticity values, and when the powder mixture (P) and pre-hydration (HB) solutions are seen, it was observed that the behaviors were similar in increasing strain values for 0.1% concentration, but as the concentration increased, the area of the curves of the HB solution increased compared to the T solution and kept more energy in the structure at high strain values. When the curves were compared with the 3ITT test, it was determined that the % recycle values obtained were in agreement with the curves. It is observed that the obtained results are an effective tool for determining the textural properties of the end product for industrial applications and it is anticipated that synergy and hydration kinetics can be understood more clearly by LAOS technique in new studies by working with different hydrocolloids.