Fonksiyonel özellikleri geliştirilmiş probiyotik dondurma üretimi
Production of probiotic ice cream with improved functional properties
Yazar: ELİF SEZER
Danışman: PROF. DR. AHMET AYAR
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Diyet lifleri = Dietary fibers ; Dondurma = Ice cream ; Fonksiyonel besinler = Functional foods ; Probiyotik bakteriler = Probiotic bacteria

Özet:
Bu çalışmada, diyet lifi (buğday lifi ve inülin) ve kültürlerle (yoğurt kültürleri,
Lacticaseibacillus rhamnosus, Shouchella clausii ve Weizmannia coagulans) fermente
edilen sütlerin dondurma üretiminde kullanılması ve elde edilen dondurma
örneklerinde -25 °C'de 90 günlük depolama süresince ürün kalite özelliklerinin
incelenmesi; bunun yanında zorlu koşullara dayanıklılık özellikleriyle ilgili çeken
sporlu probiyotiklerin dondurma üretiminde kullanılması amaçlanmıştır. Üretilen
dondurma örneklerinde kalite özelliklerinin değerlendirilmesi için canlı hücre ve spor
sayıları, duyusal, fiziksel, kimyasal, termal özellikler ve kalori değerleri incelenmiştir.
Dondurma üretimleri %1,5 (a/a) oranında diyet lif ve %5 (a/a) oranında kültür
ilavesiyle 4,6-4,7 pH değerlerine gelinceye kadar fermente edilen sütlerle (miks 1);
süt, krema, süt tozu, şeker, stabilizatör ve emülgatör kullanılarak hazırlanan ve 4 °C'de
24 saat boyunca olgunlaştırılan mikslerin (miks 2) karıştırılarak nihai miks elde
edilmesi ve dondurma makinesinde işlenmesiyle gerçekleştirilmiştir. Nihai miksin
(%100) hazırlanmasında %30 (a/a) oranında miks 1 ve %70 (a/a) oranında miks 2
kullanılmıştır.
90 gün boyunca inülin ve S. clausii ilaveli dondurma en yüksek canlı kalabilirliği
gösterirken, lifsiz ve buğday lifi ilaveli yoğurt dondurmalarındaki L. bulgaricus en
düşük canlı kalabilirliği göstermiştir. L. bulgaricus en fazla canlı hücre kaybına
uğrayan kültür olmuştur. L. rhamnosus ise fermente süt ve dondurmalarda iyi bir
gelişme göstermiştir, bununla birlikte buğday lifi de bu kültür üzerinde teşvik edici
etki göstererek -25 °C'de 90 gün boyunca yüksek bir canlılık göstermesini sağlamıştır.
Dondurma ortamı için L. rhamnosus'un, L. bulgaricus'a göre daha uygun bir kültür
olduğu gözlemlenmiştir. Sporlu probiyotiklerden S. clausii ve W. coagulans'ın
dondurma örneklerinde hem vejetatif hem de spor formda bulundukları tespit
edilmiştir. Dondurma örneklerinde canlı hücre sayısı açısından S. clausii'nin W.
coagulans'a göre biraz daha yüksek olduğu görülmüştür.
Dondurma örnekleri duyusal değerlendirmelerde kaşıkta uzama, tatlılık derecesi ve
ağızda erime süresi parametreleri bakımından orta (9 üzerinden 5) ve ortaya yakın
puanlar almışlardır. Tüm örneklerin tatlılık puanlarına (5,00-5,50) bakıldığında uygun
tatlılığın yakalandığı anlaşılmıştır. Fermente süt ilaveli dondurmalarda ekşi tat duyusal
açıdan çok fazla hissedilmemiştir. Buzlu yapı puanlarının 9 üzerinden 2'nin altında
olması mikslerin hazırlanışında stabilizatör ve emülgatör oranının, işleme ve depolama
sıcaklıklarının uygun olarak ayarlandığını göstermektedir. Renk ve görünüş puanları
bakımından örnekler arasında farklılık görülmemiş, 9 üzerinden 7,81-8,22 aralığında
puanlar elde edilmiştir. Yapı ve kıvam puanı en yüksek olan örnekler S. clausii içeren
lifsiz dondurma ile W. coagulans ve inülin içeren dondurma örnekleri olmuştur, 9
üzerinden sırasıyla 7,67 ve 7,85 puanlar almışlardır. Tat ve koku puanları açısından en
beğenilen örnek 9 üzerinden 7,93 puanla L. rhamnosus ve inülin içeren dondurmadır.
Genel beğeni açısından 9 üzerinden 7,52-7,81 puanlar ile en beğenilen örnekler L.
rhamnosus'un lifsiz ve inülinli dondurmaları, S. clausii'nin lifsiz ve buğday lifli
dondurmaları ve W. coagulans'ın buğday lifli ve inülinli dondurmaları olmuştur.
Viskozite, kültür ve diyet lif ilavesiyle 1,08 Pa.s'den 2,77 Pa.s'ye kadar artmıştır.
Dondurma örneklerinde hacim artışı doğal yollarla gerçekleşmiş, %13,6-25,8
aralığında hacim artışı değerleri elde edilmiştir. Kültür ilavesi hacim artışını (%)
artırırken, diyet lif ilavesi ise düşürmüştür. İlk damlama ve tamamen erime süreleri
depolama boyunca ortalama olarak sırasıyla 2029 s ve 3130 s olarak kaydedilmiştir.
Buğday lifi ilavesiyle hem yoğurt dondurması hem de probiyotik dondurma
örneklerinde ilk damlama süresi artarken, tamamen erime süreleri üzerinde ise farklı
kültür içeren dondurmalarda farklı etkiler görülmüştür. İnülin ise ilk damlama
sürelerine etki etmezken tamamen erime sürelerini biraz kısaltmıştır. Tüm örneklerde
depolama boyunca ortalama 73,33 L*, -1,51 a*, 6,49 b*, 72,51 WI, 12,65 YI, 1,61 ΔE
değerleri elde edilmiştir. Depolama boyunca sertlik değerleri ortalama olarak -10
°C'de 1,672 N, 5 °C'de ise 0,419 N; yapışkanlık değerleri -10 °C'de 0,418 N, 5 °C'de
0,104 N; yapışkanlık kuvveti değerleri ise -10 °C'de 2,196 mJ, 5 °C'de 1,303 mJ
olarak ölçülmüştür. Dondurma örnekleri %10,39-31,43 aralığında düşük yağ
destabilizasyonu değerlerine sahip olmalarına rağmen duyusal kaliteyi düşürmeyen
erime değerleri elde edilmiştir.
Depolama boyunca kaydedilen ortalama 6,27 pH ve %0,32 laktik asit değerlerleri ile
yoğurt dondurması ve probiyotik dondurma örneklerinde asitlik seviyesi duyusal
açıdan olumsuzluğa neden olmayacak seviyelerde kalmıştır. Tüm dondurmalar
ortalama %36,17 kuru madde, %5,79 protein ve %5,91 yağ içermektedir. Örnekler
arasında kristalizasyon sıcaklıkları (Tc) arasında farklılık bulunmamış, ortalama Tc -
19,37 ºC olarak ölçülmüştür. Camsı geçiş sıcaklıkları (Tg) -31,73 ºC ile -28,17 ºC
aralığındadır. Tg'nin depolama sıcaklığı olan -25 °C'ye yaklaşması depolama boyunca
stabilitenin korunması açısından istenen bir durumdur. Erime sıcaklıkları (Tm) ise -
2,79 ºC ile 1,88 ºC aralığındadır. Kontrol dondurması en yüksek Tm'ye sahipken,
kültür ve diyet lif ilaveleriyle Tm değerleri düşmüştür. Tüm dondurmalar ortalama 167
kcal/100 g kalori değerine sahiptir.
Sonuç olarak, tüm yoğurt dondurması ve probiyotik dondurma örneklerinde istenen
canlı hücre sayıları sağlanmış, düşük asitlik değerleri elde edilmiş, bu sayede istenen
duyusal beğeni yakalanmıştır. Sporlu probiyotiklerin süt ortamında fermentasyonu ile
dondurma üretiminde kullanılması çalışmanın özgün değerini artırmıştır. Genel beğeni
açısından buğday lifi ilaveli yoğurt dondurması haricinde tüm yoğurt dondurması ve
probiyotik dondurma örnekleri kontrol örneği ile aynı ya da daha yüksek puanlara
sahip olmuştur. Diyet lifi ve tek bir probiyotik kültür ile fermente edilen süt ilavesiyle
dondurma üretimi hem ekonomik hem de kültür sayısı ile duyusal kalitenin dengesi
açısından tercih edilebilir.

Abstract:
This study aimed to use milk fermented with dietary fibre (wheat fibre and inulin) and
cultures (yoghurt cultures, Lacticaseibacillus rhamnosus, Shouchella clausii and
Weizmannia coagulans) in ice cream production. Besides, it was also aimed to use
spore-forming probiotics in the production of ice cream, which attracts attention with
their resistance to harsh conditions. In order to evaluate the quality characteristics of
the produced ice cream samples, viable cell and spore numbers, sensory, physical,
chemical, thermal properties and caloric values were examined.
For the ice cream production, milk samples were prepared with the addition of 1.5%
(w/w) dietary fibre and 5% (w/w) culture and fermented until 4.6-4.7 pH (mix 1). Also,
mixtures prepared using milk, cream, milk powder, sugar, stabilizer and emulsifier
were matured at 4 °C for 24 hours (mix 2). 30% (w/w) mix 1 and 70% (w/w) mix 2
were used to prepare the final mix (100%).
For 90 days, inulin and S. clausii added ice cream samples showed the highest
viability, while L. bulgaricus in fibreless and wheat fibre-added yoghurt ice cream
samples showed the lowest viability. L. bulgaricus was the culture that suffered the
most viable cell loss. On the other hand, L. rhamnosus showed good growth in
fermented milk and ice cream samples. However, wheat fibre also stimulated this
culture, allowing it to show high viability for 90 days at -25 °C. It has been observed
that L. rhamnosus is a more suitable culture for freezing medium than L. bulgaricus.
It was determined that S. clausii and W. coagulans were found in both vegetative and
spore forms in ice cream samples. S. clausii was slightly higher than W. coagulans in
terms of viable cell count in ice cream samples. It is important to optimally adjust the
initial amount of culture used in the production of yoghurt ice cream and probiotic ice
cream. In cases where it is more or less, unwanted live culture numbers can be obtained
during storage. In some cases, a high initial amount can have the opposite effect and
cause a rapid decrease in the number of ice creams during storage. Considering all
samples, at least 6.72 log viable cells were found in the ice cream samples at the end
of 90 days. It can be said that the initial viable cell counts are at a suitable level to
provide the desired bacterial counts for 90 days.
In sensory evaluations, ice cream samples received moderate (5 out of 9) and close to
medium scores in terms of elongation in the spoon, degree of sweetness and melting
time in the mouth parameters. When the sweetness scores of all samples (5.00-5.50)
were examined, it was understood that the appropriate sweetness was achieved. In the
ice cream samples with fermented milk, the sour taste was not felt very much in terms
of sensory. The acidity of ice cream samples was slightly lower than the general acidity
values of yoghurt and probiotic ice cream samples. In this way, low sourness scores
were obtained. Acidic sour taste can suppress the sugar taste in the yoghurt ice cream
and the probiotic ice cream. It is seen that the sweetness of the products is neither too
much nor too little, at the most favourable degree by the panellists. The fact that the
frosted structure scores are below 2 out of 9 indicates that the ratio of stabilizer and
emulsifier, processing and storage temperatures were adjusted appropriately during the
preparation of the mixes. Ice cream samples had colour and appearance scores in the
range of 7.81-8.22 out of 9. There was no difference between the samples in terms of
this parameter. Since no colouring components were used in the ice cream samples,
they all had the same colour and appearance sensory. This shows that the parameters
of structure and consistency, taste & smell and general acceptability were evaluated in
a way that is not related to colour and appearance. The samples with the highest
structure and consistency scores were the fibre-free ice cream containing S. clausii and
the ice cream sample containing W. coagulans and inulin. These samples got 7.67 and
7.85 points out of 9, respectively. Ice cream with inulin and L. rhamnosus was the
most liked sample in terms of both taste & smell and general appreciation. Yoghurt ice
cream sample with wheat fibre added was the least liked sample in terms of these two
parameters. Nevertheless, this sample has scored in the satisfactory-good range with
6.44 taste & smell and 6.78 general appreciation points. All of the samples were
appreciated above the average. The samples with the highest structure and consistency
scores were the fibre-free ice cream sample containing S. clausii and the ice cream
sample containing W. coagulans and inulin. They got 7.67 and 7.85 points out of 9,
respectively. The most appreciated sample in terms of taste & smell scores is the ice
cream samples containing L. rhamnosus and inulin with a score of 7.93 out of 9. In
terms of general acceptability, with 7.52-7.81 points out of 9, the most liked samples
were L. rhamnosus fibre-free and inulin ice creams, S. clausii fiber-free and wheat
fibre ice creams, and W. coagulans wheat fibre and inulin ice creams.
As long as legal limits are followed, it is possible to produce ice creams in many
different types and compositions. In this respect, the product range is quite wide, but
in order to ensure the sustainability of these products, some other features should be
considered besides the number of cultures. The first of these is the sensory properties
for the consumer, and then the properties such as viscosity, texture, freezing, and
melting point for industrial production. In addition, physical properties such as melting
time, L*, a*, b*, and whiteness index (WI) correlate with sensory quality; also,
considering chemical properties such as pH and titration acidity can be useful for
understanding and interpreting product quality.
Viscosity increased from 1.08 Pa.s to 2.77 Pa.s with the addition of culture and dietary
fibre. Overrun in ice cream samples was achieved naturally, and the 13.6-25.8% range
values were obtained. Culture addition increased the overrun (%), while dietary fibre
supplementation decreased it. Initial drip and complete melt times were recorded as
2029 s and 3130 s, respectively, on average during storage. While adding wheat fibre
increased the first dripping time in yoghurt ice cream and probiotic ice cream samples,
it showed different effects on complete melting times in ice cream samples containing
different cultures. While inulin did not affect the first dripping time, it slightly
shortened the time of complete dissolution. Average values of 73.33 L*, -1.51 a*, 6.49
b*, 72.51 WI, 12.65 YI, 1.61 ΔE were obtained in all samples during storage. During
storage, the hardness values are on average 1.672 N at -10 °C and 0.419 N at 5 °C;
adhesive strength values 0.418 N at -10 °C, 0.104 N at 5 °C; Adhesive strength values
were measured as 2,196 mJ at -10 °C and 1,303 mJ at 5 °C. Although ice cream
samples had low fat destabilization values in the 10.39-31.43% range, melting values
that did not decrease the sensory quality were obtained. The acidity level in yoghurt
ice cream and probiotic ice cream remained at levels that would not cause a sensory
disturbance, with the average pH of 6.27 and 0.32% titration acidity values recorded
during storage. All ice creams contain an average of 36.17% dry matter, 5.79% protein
and 5.91% fat. There was no difference between the crystallization temperatures (Tc)
of the samples; the average Tc was measured as -19.37 ºC. Glass transition
temperatures (Tg) range from -31.73 ºC to -28.17 ºC. The approach of Tg to the storage
xxv
temperature of -25 °C is desirable in terms of maintaining stability during storage.
Melting temperatures (Tm) are between -2.79 ºC and 1.88 ºC. While control ice cream
had the highest Tm, Tm values decreased with addition of culture and dietary fibre.
All ice creams have an average caloric value of 167 kcal/100 g. As a result, the desired
number of viable cells was achieved in all yoghurt ice cream and probiotic ice creams,
and low acidity values were obtained, thus, the desired sensory taste was achieved. In
terms of general acceptability, all yoghurt ice cream and probiotic ice creams had the
same or higher scores than the control sample, except for the yoghurt ice cream with
wheat fibre added. Ice cream production with the addition of dietary fibre and
fermented milk with a single probiotic culture can be preferred both economically and
in terms of the balance of cell viability and sensorial quality.
Production of yoghurt and probiotic ice cream without the use of extra flavouring
ingredients can be an economical option. Providing the lowest desired number of
viable cells with a single probiotic culture is also economically advantageous. Further
studies can be conducted on the types and amounts of dietary fibre. More dietary fibre
can be added to the mix for noticeable changes in physical properties. Fermentation of
spore probiotics in milk medium and use in ice cream production increases the original
value of this study. The fact that probiotics with spores create a pleasant aroma in ice
cream adds value to the study. In this way, it is hoped that the study will lead to further
academic and industrial studies. Probiotic ice cream production with dietary fibre and
a single probiotic culture can be preferred in terms of sensory properties, cell viability
and economic aspect.