Ekşi hamur ekmeklerinin proses kontaminant içeriklerini azaltmak için yeni bir pişirme tekniğinin araştırılması ve farklı pişirme teknikleriyle üretilmiş olan ekşi hamur ekmeklerinin karşılaştırılması
Research of a new baking technique for reducing the amount of process contaminants of sourdough breads and comparing the sourdough breads produced by different baking techniques
Yazar: CİHADİYE CANDAL USLU
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ERBAŞ
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Akrilamid = Acrylamide ; Buharlama = Steaming ; Ekmek fırınları = Bakery ovens ; Ekşi hamur = Sour dough ; Hidroksimetilfurfural = Hydroxymethylfurfural ; Süreç kontrol = Process control

Özet:
Ekmek; un, su, tuz ve mayanın belli ölçülerde karıştırılarak yoğrulmasıyla oluşan hamurun, fermantasyon süresinin ardından pişirilmesi ile ortaya çıkan bir üründür. Ekmek üretiminde fermentasyon için genellikle Saccharomyces cerevisiae mayası kullanılmakla birlikte ortama ilave olan laktik asit bakterileri ve yabani mayalar da bu ortamda üreyebilmektedir. Fermentasyonun çok sayıda laktik asit bakterisi ve mayanın ortak etkisi sonucunda gerçekleşmesiyle hamur pH değeri düşmekte ve ekşi bir hamur oluşmaktadır. Bu ekşi hamur kullanılarak üretilen ekmekler ise ekşi hamur ekmekleri olarak tanımlanmaktadır. 
Ekşi hamur ekmekleri, farklı lezzet ve dokuya sahip olmaları ve sağlığı geliştirici etkilerinin bulunması nedenleriyle tüketiciler tarafından büyük ilgi görmektedir. Ancak ekşi hamur ekmekleri çoğunlukla büyük hamur kitleleri kullanılarak ve fırında uzun süre pişirilerek üretildiği için çocuk ve yaşlıların tüketemeyeceği kadar kalın ve sert bir kabuğa sahip olmaktadır. Ayrıca bu ekmeklerde, kabuklarında meydana gelen Maillard reaksiyonu ve karamelizasyon gibi enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonları nedeniyle kendiliğinden oluşan ve proses kontaminantları olarak adlandırılan HMF ve akrilamid gibi toksik maddeler de yüksek miktarda bulunmaktadır. 
Bu araştırma ile; atmosferik basınçta ve 100°C'den yüksek sıcaklıkta yeni bir buharla ekmek pişirme fırını tasarlanarak yüksek sıcaklıktaki buharla ekmek pişirme tekniğinin; ekşi hamur mikroorganizma metabolitlerini koruyucu ve ekşi hamur ekmeği kabuk kalınlığını ve proses kontaminantları içeriğini azaltıcı etkilerinin araştırılması ve dolayısıyla ekmeğin minimal işlem proseslerine uygun bir yaklaşımla üretilerek çocuk ve yaşlıların kolaylıkla tüketebileceği yumuşak, kabuksuz ve daha sağlıklı bir hale getirilmesi amaçlanmıştır. 
Bu amaçla, temelde üç aşamalı olarak planlanmış olan projenin birinci aşamasında; araştırma kapsamında tasarlanan yüksek sıcaklıklı buharla ekmek pişirme fırını ile patent başvurusu yapılmış, bu fırının prototipi üretilmiş ve buharla ekmek pişirme fırınında üretilecek olan ekşi hamur ekmeklerinin hamur su içeriği (farinograf su içeriği; FSİ değerinin %80, %90 ve %100'ü), pişirme süresi (20, 35 ve 50 dk) ve pişirme sıcaklığı (100, 150 ve 200°C) için optimum üretim koşulları, yanıt değişkeni olarak kabuk HMF içeriği (en düşük), TPA-sertlik (en düşük), TPA-esneklik (en yüksek) ve kabuk rengi L* (en yüksek) değerlerinin kullanıldığı 17 üretimlik bir merkezi kompozit tasarım deneme desenine göre belirlenmiştir. Araştırmanın ikinci aşamasında; buharla ekmek pişirme fırınında (BF) optimum koşullarda ekşi hamur ekmeği üretilerek bu ekmeğin özellikleri elektrikli konveksiyonel fırın (EKF) ve geleneksel taş fırın (GTF) ile üretilen kontrol ekşi hamur ekmekleri ile kıyaslanmıştır. Bu üç ekşi hamur ekmeğinin bayatlama süreci; iki farklı sıcaklıkta (4°C ve 25°C) 3x2 faktöriyel deneme desenine göre depolanan ekmeklerin, depolamanın 0., 1., 2., 3., 6. ve 7. günlerinde analiz edilmesiyle takip edilmiştir. Araştırmanın üçüncü aşamasında ise optimum koşullarda buharda pişirilerek üretilen ekşi hamur ekmeklerinin toplum tarafından duyusal kabul edilebilirliği araştırılmıştır.
Araştırmanın birinci aşamasından elde edilen analiz sonuçlarına göre, tüm yanıt değişkenleri için istatistiksel parametrelerin en iyi ifade edildiği modelin kuadratik model olduğu belirlenmiş, en düşük kabuk HMF içeriği FSİ değerinin %90'ı kadar su kullanılarak 150°C pişirme sıcaklığında ve 35 dk pişirme süresinde; en düşük TPA-sertlik değeri FSİ değerinin %90'ı kadar su kullanılarak 150°C pişirme sıcaklığında ve 20 dk pişirme süresinde; en yüksek TPA-esneklik değeri FSİ değerinin %90'ı kadar su kullanılarak 150°C pişirme sıcaklığında ve 50 dk pişirme süresinde; en yüksek kabuk rengi L* değeri ise FSİ değerinin %80'i kadar su kullanılarak 150°C pişirme sıcaklığında ve 35 dk pişirme süresinde elde edilen ekmeklerde tespit edilmiştir.	Buharla ekmek pişirme fırınında ekmek pişirme optimum koşulları; hamur su içeriği için FSİ değerinin %86.01'i, pişirme sıcaklığı için 151.33°C ve pişirme süresi için ise 28.78 dk olarak tespit edilmiştir. Optimum koşullarda üretilen deneysel ekmeklerde ise kabuk HMF içeriği 1.00 mg/kg, TPA-sertlik değeri 3539.50 g, TPA-esneklik değeri 0.73 ve kabuk rengi L* değeri ise 66.27 olarak belirlenmiştir. 
Araştırmanın ikinci aşamasından elde edilen analiz sonuçlarına göre, BF ekmeklerinin ağırlık kaybı, kabuk/iç oranı ve kabuk kalınlığı değerlerinin EKF ve GTF ekmeklerine ait değerlerden daha düşük olduğu; BF ekmeklerinin kabuklarının kremsi beyaz renkte, EKF ekmeklerinin kabuklarının ise koyu kırmızı-kahverengi renkte olduğu; TPA sertlik ve esneklik değerleri ile kurumadde içeriğinin BF ekmeklerinde diğer ekmeklere göre daha düşük olduğu; tüm ekmekler için ortalama spesifik hacim değerinin 2.01 cm3/g, su aktivitesi değerinin 0.92, pH değerinin 4.30, TTA değerinin 7.13 mL/10 g olduğu; EKF, GTF ve BF ekmekleri için kabuk HMF içeriklerinin sırasıyla 39.59, 46.36 ve 1.00 mg/kg, akrilamid içeriklerinin ise 33.65, 29.25 ve 6.83 µg/kg olduğu; BF ekmeklerinin organik asit içeriklerinin diğer ekmeklere göre genel anlamda daha düşük, tGI değerlerinin ise daha yüksek olduğu; BF ekmeklerindeki iç kısma göre kabuk kısmındaki aminoasit azalma oranlarının EKF ve GTF ekmeklerindeki aminoasit azalma oranlarına göre çok daha düşük olduğu ve EKF ve GTF ekmekleri için bazı aminoasitlerin daha fazla oranda azalma gösterdiği; genel duyusal analizde BF ekmeklerinin 6 puanlık skalaya göre ortalama 4.37 puan alarak genel anlamda beğenildiği; depolama sırasında BF ekmeklerinin daha geç bayatlamaya başladığı ve depolama süresince daha yumuşak kaldığı ve bayatlamanın takibi için yapılan kısa duyusal analizde ise diğer ekmeklere göre tazeliğini daha uzun süre koruyabildiği tespit edilmiştir. 
Araştırmanın üçüncü aşamasından elde edilen analiz sonuçlarına göre, tüketici duyusal testine katılan panelistlerin ekmekleri 6 puanlık skalaya göre ortalama 4.04 puan ile değerlendirdikleri ve teste katılanların %61'inin bu ekmekleri satın almak istediğini belirttiği tespit edilmiştir.
Araştırma ile; toplum tarafından en sık tüketilen gıda maddelerinden biri olan ekmeğin besinsel içeriğinin korunmuş olduğu, proses kontaminant içeriğinin minimize edildiği, kabuksuz olması nedeniyle çocuk ve yaşlılar gibi dezavantajlı bireylere tüketim kolaylığının sağlandığı ve böylece ekmeğe daha sağlıklı ve kolay tüketilebilir bir özellik kazandırıldığı sonuçlarına ulaşılmıştır.

Abstract:
Bread is a product that the baking of dough kneaded with flour, water, salt, and bakers' yeast after fermentation. In bread fermentation, Saccharomyces cerevisiae is generally used and lactic acid bacteria (LAB) and wild yeast can also grow in a fermentation medium. By the co-fermentation of LAB and yeast, the pH degree of dough decreases, and sourdough forms. The bread produced by this sourdough is named as sourdough bread.
Sourdough bread is paid attention by consumers due to its different flavor and texture, and health-beneficial effects. However, since sourdough bread is mostly produced by using a large amount of dough and baking for a long period, they have a very thick and hard crust that makes difficult the consumption of bread by children and the elderly individuals. Additionally, these breads contain high amounts of toxic substances such as HMF and acrylamide, which are called process contaminants and are formed spontaneously due to non-enzymatic Maillard reactions and caramelization. 
In this research, a new steam baking oven was designed to operate at atmospheric pressure and high temperatures over 100°C. The protective effects on microorganism metabolites and the ability of reducing the process contaminants of new steam baking oven were investigated. Thus, it was aimed to produce minimally processed bread to consume by children and the elderly individuals with a soft and crust-free texture and healthier approach.
In the first stage of the research, basically planned as three-step; it was made patent application with a high temperature-steam baking oven, a prototype of this new oven was manufactured and the optimum bread-producing parameters in this oven were determined by a central composite design. In the design, water content of dough (80%, 90%, and 100% of farinograph unit, FSİ), baking period (20, 35, and 50 min), and baking temperature (100, 150, and 200°C) are selected as independent variables, while bread crust HMF content (the lowest), TPA-hardness value (the lowest), TPA-springiness (the highest) value and crust color L* value (the highest) were also selected as responses. In the second stage of the research, the quality characteristics and chemical composition of bread baked in the new steam baking oven (BF) were compared with bread baked in an electrical conventional oven (EKF) and stone oven (GTF). The staling period of these 3 sourdough breads were pursued by analysing the bread samples, stored according to the 3x2 factorial experimental design in 2 different temperature values (4°C and 25°C), at 0th, 1st, 2nd, 3rd, 6th, and 7th day of the storage period. In the third stage of the research, the consumer acceptability of bread produced by optimum conditions was determined by sensory analysis. 
According to the data obtained in the first stage of the research; the best fit model was the quadratic model for all responses, and the lowest bread crust HMF content was determined in the 90% FSİ, and 35 min baking time; the lowest TPA-hardness value was obtained in 90% FSİ, 150°C baking temperature, and 20 min baking time; the highest TPA-springness value was determined in 90% FSİ, 150°C baking temperature, and 50 min baking time; the highest crust color L* value was measured in 80% FSİ, 150°C baking temperature, and 35 min baking time. The optimum baking parameters of BF was determined as 86.01% FSİ, 151.33°C baking temperature and 28.78 min baking time. The bread crust HMF content, TPA-hardness value, TPA-springness value and crust color L* value of bread produced at optimum conditions were determined to be 1.00 mg/kg, 3539.50 g, 0.73, and 66.27, respectively. 
According to the data obtained in the second stage of the research; the weight loss, crust/crumb ratio, crust thickness, TPA-hardness and springiness values, and dry matter content were lower in BF bread than in EKF and GTF breads; while the BF had milky white crust color, the EKF had dark red-brown crust color; the average specific volume, water activity, pH and TTA were determined as 2.01 cm3/g, 0.92, 4.30 and 7.13 mL/10 g, respectively. The crust of EKF, GTF, and BF bread had 39.59, 46.36, and 1.00 mg/kg HMF content and 33.65, 29.25 ve 6.83 µg/kg acrylamide content, respectively. The organic acid content and the reducing rate of free amino acid content in bread crust by comparison the bread crumb were lower in BF breads than the other bread samples, while tGI value was higher in BF breads. BF breads were generally liked in general sensory analysis by getting an average of 4.37 points according to the 6-point scale. In the storage period, it was determined that the staling was slower in BF breads and these samples remained softer during the storage time. In the short sensory analysis performed to pursue staling, it was determined that BF breads could preserve their freshness longer than EKF and GTF breads. 
According to the data obtained in the third stage of the research; in the consumer acceptability test, BF bread got 4.04 points considering the 6-point scale and 61% of panelists accepted to buy this bread.
By this research, it was concluded that the nutritional content of bread, one of the most frequently consumed food, was preserved, its process contaminants were minimized, its consumption was made easy for disadvantaged individuals such as children and the elderly people due to its crustless structure, and thus it was gained healthier and easier consumable feature to the bread.