Helal gıda kapsamında yumuşak şekerlemelerde jelatin kökeninin tespitinde spektroskopik ve kromatografik yöntemlerin geliştirilmesi ve metot validasyonu
Development of spectroscopic and chromatographic techniques and validation of methodologies for determination the source of gelatin in gummy candies in the scope of halal food
Yazar: NUR ÇEBİ
Danışman: PROF. DR. OSMAN SAĞDIÇ ; PROF. DR. MUHAMMET ARICI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: FTIR = FTIR ; Helal gıda = Permissible food ; Hiyerarşik kümeleme = Hierarchical clustering ; Kromatografi = Chromatography ; Raman spektroskopisi = Raman spectroscopy ; Temel bileşenler analizi = Principal components analysis ; Çok değişkenli istatistik = Multivariate statistic

Özet:
Jelatin gıda endüstrisinde sağladığı eşsiz fonksiyonel özellikler sebebi ile yaygın şekilde kullanım alanı bulmaktadır. Genel olarak jelleştirme, koyulaştırma ve stabilizasyon amaçları ile kullanılmaktadır. Diğer fonksiyonel özellikleri ise tekstür geliştirici, emülsifiye edici ve yapı düzenleyici olması olarak sıralanabilir. Jelatin sahip olduğu eşsiz teknolojik özellikler ile gıda sektöründe arzulanan bir çok ürün özelliğini iyileştirebilmektedir. Yaygın olarak, yumuşak şekerlemeler, jöleler, sütlü tatlılar ve marşmelovlarda kullanılmaktadır.
Jelatin genel olarak, sığır eti, sığır kemiği ve domuz derisinden elde edilen kollajenin ısısal hidrolizi ile elde edilmektedir. Jelatin üretiminde kullanılan en yaygın kaynaklar sığır ve domuz kökenlidir. Sektörde talep edilen jelatin ihtiyacını karşılayabilmek için dünya genelinde jelatin ithalat ve ihracatı önem arz etmektedir. Farklı toplumların jelatinin elde edildiği kaynak hakkında hassasiyetleri olabilmektedir özellikle Müslüman toplumların helal gıda kapsamında jelatin kökenine yönelik tedirginlikleri mevcuttur bu sebeple jelatin kökeninin tespitine yönelik yeni, güçlü ve güvenilir metotların geliştirilmesine ihtiyaç vardır.
 Bu tez çalışması kapsamında yumuşak şekerlemelerin bileşiminde bulunan jelatinin kökeninin tespitine yönelik spektroskopik ve kromatografik teknikler kullanılarak metot geliştirme çalışmaları yapılmıştır. Tez çalışmasının genelinde FTIR ve Raman spektroskopisi LC-MS/MS kromatografik tekniği ve RT-PCR teknikleri kullanılmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında standart jelatinlerin kökeninin belirlenmesine yönelik FTIR ve kemometri temelli yöntemler geliştirilmiştir. Standart jelatinlerin FTIR spektroskopisi tekniği kullanılarak başarılı bir şekilde orijine göre sınıflandırılabildiği görülmüştür. Benzer şekilde Raman spektroskopi ile standart jelatinlerin kökenine göre ayırt edilebildiği tespit edilmiş ve kemometrik analizler gerçekleştirilmiştir. Raman tekniği ile standart jelatinler kökenine göre ayırt edilebilmiştir. Saf jelatinlerin ve jelatin karışımlarının kökeninin tespitine yönelik yeni FTIR temelli bir metot geliştirilmiştir. Tez kapsamında geniş çeşitlilikte ve farklı şeker kompozisyonlarında yumuşak şekerleme üretimi yapılmış ve yumuşak şekerlemeler herhangi bir ön hazırlık yapılmaksızın başarılı bir şekilde FTIR tekniği kullanılarak sığır ve domuz kökenine sahip olmaları yönünden ayırt edilebilmiştir. Elde edilen bulgulara göre, FTIR tekniği yumuşak şekerlemelerin kökeninin tespitinde daha başarılı sonuçlar vermiştir. Çalışmalar kapsamında HCA, PCA, PLS-DA ve GADA kemometrik teknikleri etkin şekilde kullanılmıştır. Elde edilen bulgular referans bir teknik olan RT-PCR tekniği ile doğrulanmıştır. Ayrıca, LC-MS/MS tekniği kullanılarak jelatinler için markör peptitler belirlenmiştir. Bu çalışma ile jelatinlerin kökeninin nano-LC-MS/MS kromatografi tekniği ile belirlenebileceği görülmüştür.
Elde edilen bulgular doğrultusunda saf jelatinin ve yumuşak şekerlemelerde bulunan jelatinin kökeninin geliştirilen yeni FTIR temelli yöntemle tespitinin mümkün olduğu görülmüştür.

Abstract:
Gelatin is widely used in food industry due to its favorable and unique functional properties. Generally, gelatin is used as gelling, thickening and stabilizing agent. Other functional properties of gelatin can be listed as texturization, emulsification and adhesiveness. Food producers utilize from gelatin for its favorable functional properties in a wide variety of food stuffs such as gummy candies, jellies, milk desserts, marshmallows and more. Mainly porcine and bovine gelatins are produced and exports and imports of them occur around the world in order to respond to the demands of especially confectionery sector. At this point, authentication of the gelatin comes into prominence since communities including Muslims, Hindus and vegetarians have sensivity and selectivity in consumption of certain ingredients. However most of the commercial gelatin is produced from pork meat and skin since pork has been cheaper. When we consider the status in Turkey, gelatin production does not occur at a level that satisfies the demand of the industry therefore most of the gelatin is imported from other countries. In this case, control mechanisms of government should determine the origin of gelatin both in pure state and in the product. Namely, there is an essential necessity for building reliable and strong methods in order to detect the origin of commercial gelatin and detect the source of gelatin as an ingredient in food products.
The objective of this thesis was to develop a rapid spectroscopic technique as an alternative method for the differentiation and authentication of gelatin sources in food products by using Fourier transform infrared (ATR–FTIR) spectra combined with chemometrics. Clear discrimination and classification of all the studied gelatin sources (bovine, porcine, and fish) were achieved by hierarchical cluster and principle component analysis (PCA). Moreover, ATR–FTIR spectral data successfully discriminated pure bovine gelatin from mixture of bovine and porcine gelatins. Raman spectroscopic techniques combined chemometrics were successfully applied in order to determine the origin of gelatin. Raman spectroscopy and chemometrics of HCA, PCA and GADA were successfully applied for determination the source of standard gelatins (bovine, porcine). Additionally, marker peptides for standard gelatins were determined using nano LC-MS/MS study.
In this thesis study, for the first time, FTIR-ATR technique combined chemometrics of HCA (hierarchical cluster analysis) and PCA (principal component analysis) were used with the aim of building a new, rapid, effective, non-destructive and cost-effective method in order to determine the origin of gelatin in gummy candies. In addition PLS-DA (partial least squares-discriminant analysis) was performed for calibration and cross-validation using Matlab programming (Matlab R2017b - MathWorks Inc., Natick, MA). Eventually, results of test samples were validated using a real-time PCR based method.