Üç boyutlu (3D) gıda yazıcısı kullanılarak vejetaryen burger köftesi üretimi
Production of vegetarian burger patties with three-dimensional (3D) food printer
Yazar: GİZEM ÖZDEMİR
Danışman: PROF. DR. KEZBAN CANDOĞAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Bitki proteinleri = Plant proteins ; Vejetaryen = Vegetarian ; Üç boyutlu yazıcı = Three dimensional printer

Özet:
Çalışmada, bezelye proteini ve mercimek kullanılarak geliştirilen vejetaryen burgerlerin 3D baskı teknolojisiyle üretilmesinde 3D yazıcı parametreleri ve formülasyona chia müsilajı bazlı emülsiyon jel (CMEG) ilavesinin optimizasyonu gerçekleştirilmiş; ideal 3D vejetaryen burger formülasyonun bazı kalite özelliklerine elektrikli fırında pişirmenin etkisi belirlenmiştir. Yanıt Yüzey Yöntemi ile yapılan optimizasyonda, bağımsız değişkenler olarak baskı hızı (15, 20 ve 25 mm/s), iç dolgu oranı (%40, 70 ve 100) ve CMEG oranı (%0, 1 ve 2); bağımlı değişkenler olarak 3D basılan üründe yükseklik değişimi, pişme kaybı, çap kaybı ve sertlik değeri kullanılmıştır. Dijital ortamda tasarlanan ideal burger görünümünün (h:10 mm, r: 50mm) sağlanması için belirlenen optimum koşullar %1.81 CMEG oranı, 23 mm/s baskı hızı ve %97 iç dolgu oranı olarak saptanmıştır. Optimizasyon sonrası, burger hamurlarında reolojik özellikler tespit edilmiş; 3D vejetaryen burgerlerin pişirme öncesi ve sonrası, nem, protein, yağ ve kül içerkleri, pH, dinamik reolojik özellikler, doku analizi, su tutma kapasitesi, CIE* açıklık-koyuluk (L*), kırmızılık (a*) ve sarılık (b*) değerleri belirlenmiştir. 
3D baskı öncesi yapılan reolojik ölçümlerde, %1.81 emülsiyon jel içeren burger hamurunun G' ve G" değerlerinin, kontrol hamurundan daha yüksek olduğu saptanmıştır. CMEG ilavesi hamurun viskozitesini artırmış, dolayısıyla, ekstrüzyonu kolaylaştırmıştır. Pişirme işleminden sonra kontrol ve %1.81 CMEG içeren örnekler sırasıyla, %28.54 ve %29.47 protein, %3.98 ve %4.40 kül, %20.43 ve %22.81 yağ, %29.23 ve %25.05 nem içeriğine, 5.85 ve 5.86 pH değerine, %93.70 ve %95.70 su tutma kapasitesine sahip olmuşlardır. Pişirme işlemi gruplar arasında pH ve su tutma kapasitesi üzerine önemli bir etki oluşturmazken (p>0.05); nem içeriğini düşmesine, protein, kül, yağ ve değerlerinin artmasına neden olmuştur (p<0.05). CMEG ilavesi yağ ve kül içeriklerini artırmış; CMEG içeren örneklerin pişirme öncesi L* değeri kontrola göre önemli düzeyde daha yüksek bulunmuştur (p<0.05). Ürünlerin iç dolgu oranları arttıkça, sertlik değerlerinin düştüğü görülmüştür. Araştırmadan elde edilen bulgular, CMEG ilavesiyle 3D vejetaryen burgerlerin kalite özelliklerinin iyileştirildiğini, bitki bazlı et analoglarının 3D baskı teknolojisi kullanılarak lezzetli ve sağlıklı bir şekilde üretilebileceğini kanıtlar nitelikte bulunmuştur.

Abstract:
In this study, chia mucilage-based emulsion gel (CMEG) addition and 3D printing parameters in the production of 3D printed vegetarian burger was optimized, and the effects of electric oven cooking on some quality characteristics of optimized 3D printed product were evaluated. In the optimization study with Response Surface Methodology, independent variables were printing speed (15, 20 ve 25 mm/s), fill density (%40, 70 ve 100), and CMEG concentration (%0, 1 ve 2), and dependent variables were elevation change, cooking loss, diameter loss, and hardness value. The conditions determined after the optimization to achieve the desired burger dimensions (h: 10mm and r: 50mm) after cooking were 1.81% CMEG concentration, 23 mm/sec printing speed, and 97% fill density. Rheological properties were determined in the optimized burger batter. In the 3D printing samples, moisture, protein, fat and ash contents, pH value, hardness value, water holding capacity, CIE* lightness (L*), redness (a*), and yellowness (b*) values were determined before and after cooking.

In the rheological measurements in burger batter, higher G' and G" values were determined in the optimized samples containing 1.81% CMEG than the control indicating that CMEG addition resulted in increases in the viscosity of the product, thus facilitated extrusion process. After cooking, the control and samples containing 1.81% CMEG possessed 28.54% and 29.47% protein, 3.98% and 4.40% ash, 20.43% and 22.81% fat, 29.23% and 25.05% moisture contents, and pH values of 5.85 and 5.86, respectively. While cooking process did not affect pH and water holding capacity (p>0.05), moisture content increased, thus protein, fat and ash contents decreased (p<0.05) as a result of cooking. CMEG incorporation into the formulation increased fat and ash contents, and in uncooked samples L* values of CMEG added samples were higher than the control (p<0.05). In the texture analysis after cooking, as the fill density of the products increased, the hardness values decreased. The results obtained from the current study demonstrated that quality of 3D printed vegetarian burgers could be improved with the incorporation of CMEG, and that desirable and healthy plant-based meat analogs could be produced by using 3D printing technology.