Ekşi hamurlardan izole edilen Lactobacillus plantarum türünün dondurarak kurutulmasında farklı sütçülük yan ürünlerinin kriyoprotektif rollerinin belirlenmesi
Determination of the cryoprotective roles of different dairy by-products in the freeze-dried Lactobacillus plantarum isolated from sourdough
Yazar: GAMZE ÜÇOK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ DURMUŞ SERT
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Bu çalışmada, ekşi hamurdan izole edilen L. plantarum bakterisinin büyüme kinetiği, biyokütle özellikleri ve hamur oluşturma yeteneği incelenmiş ve %5 oranında asit kazein, rennet kazein, peynir altı suyu tozu (PAST) ve demineralize PAST gibi koruyucu madde içeren yağsız süt temelli ortam içerisinde dondurarak kurutulmasıyla toz kültürleri elde edilmiştir. Elde edilen kültürler 5 ay boyunca vakum altında +4ºC'de depolanmış ve kullanılan farklı protektanların, kültürlerin canlı kalma oranları ile bazı biyokimyasal ve fiziksel özellikleri üzerine etkileri araştırılmıştır. L. plantarum'un büyüme kinetiği ve biyokütle oluşturma özellikleri, MRS sıvı besiyeri ortamında 37°C'de 28 saatlik bir fermantasyon ile incelenmiştir. Log fazında maksimum spesifik büyüme hızı 0.551 sa-1 ve biyokütle üretkenliği 1.08 g/Lsa olarak hesaplanmıştır. Durağan faza ulaşıldığında maksimum 2.9 log kob/mL artış gözlenmiş ve ortalama biyokütle üretkenliği ise 9.19 g/L (kuru madde bazında 2.14 g/L) olarak belirlenmiştir. Bir partikül boyut analizörü kullanılarak L. plantarum hücre D4,3 ve D90 boyut sonuçları sırasıyla 4.38 ve 9.01 µm olarak ölçülmüştür. L. plantarum biyokütlesi ilave edilerek hazırlanan ve 1, 15, 20 ve 25 saat fermente edilen hamurların asitliği, canlı hücre sayısı ve işlenebilirlik özellikleri incelenmiştir. Fermantasyon sırasında artan asitlikle birlikte daha kohezif ve yapışkan hamur oluşumu tespit edilmiştir. Liyofilize edilerek toz haline getirilen L. plantarum kültürlerinde kullanılan kriyoprotektanların dondurarak kurutma prosesine karşı belirgin bir koruyuculuğunun olmadığı, rennet kazein kullanımının ise canlılığı ciddi şekilde azalttığı tespit edilmiştir. Kullanılan koruyucu maddelerin canlılığı korumadaki etkinliği depolama sırasında ortaya çıkmış ve kontrol kültürüne göre oldukça başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Kontrol ve kazein kullanılan kültürler yüksek nem ve su aktivitesine sahipken, peynir altı suyu tozu kullanılan kültürlerin su içerikleri ise kabul edilebilir sınırlar içerisinde bulunmuştur. Buna göre yüksek nem içeriğine sahip kültürler %75 bağıl nem içeren ortamda su desorplama davranışı gösterirken, düşük neme sahip olan peynir altı suyu tozu içeren kültürler ise su adsorplama davranışında bulunmuşlardır. Elde edilen kültürlerin renk değerlerinde hem başlangıçta, hem de depolama süresince farklılıklar olduğu tespit edilmiştir. Kültürlerin partikül boyutlarının nem içeriğiyle paralellik gösterdiği, depolama ile birlikte de partikül boyut ve dağılımda artışlar meydana geldiği görülmüştür. SEM görüntülerinden farklı kriyoprotektanların toz morfolojileri üzerinde etkili olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca kültürlerde yapılan TGA ve DSC analizleri dondurarak kurutulmuş tozların termal stabiliteleri incelenmiştir. Genel olarak, kültürlerin dondurarak kurutma yöntemiyle korunmasında, rennet kazein hariç, kullanılan tüm kriyoprotektanların avantaj sağladığı açık bir şekilde tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, the growth kinetics, biomass properties and dough-forming ability of L. plantarum bacteria isolated from sourdough were investigated. Powder cultures were obtained by freeze-drying in skimmed milk-based media containing 5% acid casein, rennet casein and whey powder. The cultures were stored under vacuum at +4ºC for 5 months and the effects of the different protectants used on the survival rates and some biochemical and physical properties of the cultures were investigated. Growth kinetics and biomass properties of L. plantarum were examined in MRS broth medium with a fermentation of 28 hours at 37ºC. Maximum specific growth rate in log phase was calculated as 0.551 hr-1 and biomass productivity as 1.08 g/Lh. When the stationary phase was reached, a maximum increase of 2.9 log cfu/mL was observed and the average biomass productivity was determined as 9.19 g/L (2.14 g/L on dry matter basis). D4,3 and D90 size results of L. plantarum cells using a particle size analyzer were measured as 4.38 and 9.01 µm, respectively. Dough prepared by adding L. plantarum biomass was fermented for 1, 15, 20 and 25 hours. The acidity, viable cell number and machinabilty properties of dough were examined. More cohesive and sticky dough formation was detected with increasing acidity during fermentation. It was determined that the cryoprotectants used in L. plantarum cultures, which were powdered after lyophilized, did not have a significant protection against freeze-drying process, and the use of rennet casein significantly reduced viability. The efficiency of the preservatives used in protecting the viability was revealed during storage, and quite successful results were obtained compared to the control culture. While the control and casein-used cultures had high humidity and water activity, the water contents of the cultures using whey powders were found within acceptable limits. Accordingly, cultures with high moisture content showed water desorption behavior in an environment containing 75% relative humidity, while cultures with low moisture content whey powder showed water adsorption behavior. It has been determined that there were differences in the color values of the cultures both at the beginning and during the period of storage. It was observed that particle sizes of the cultures were parallel to the moisture content. Particle size and distribution increased with storage. Different cryoprotectants were found to be effective on powder morphologies from SEM images. In addition, the thermal stability of freeze-dried culture powders was investigated by TGA and DSC analyzes. Generally, it has been clearly established that all cryoprotectants are advantageous in the preservation of cultures by freeze drying, with the exception of rennet casein.