Functional properties and quality parameters of grape extract powder substituted bread and extruded products

Hububat ürünleri, başta ekmek olmak üzere, insanlar için yüzyıllardır çok yüksek önem teşkil eden ürünler arasındadır. Bu ürünler ayrıca uygun yapıları nedeniyle farklı birçok formülasyon kullanılarak üretilebilmekte ve sağlık için daha da faydalı hale gelebilmektedir. Concord üzüm ekstraktı tozu (CGEP), benzer diğer meyve kaynakları gibi çok sayıda farklı fenolik madde içermekte olup, özellikle içeriğindeki antosiyanin, flavanol ve flavonol bileşikleri dikkat çekmektedir. Buna bağlı olarak, bu önemli kaynağın hububat ürünlerinde kullanımı ile fonksiyonel özelliklerin arttırılması hedeflenmektedir. Hububat ürünleri birbirinde farklı çok sayıda ürünü içerdiğinden, çalışma kapsamında tek bir hububat ürünü yerine farklı üretim yöntemleri ile üretilmiş ve birbirinde tamamen farklı yapılardaki iki ürünün ele alınması hedeflenmiştir. Bu amaçla, ekmek ve ekstrüde atıştırmalık ürünler aynı un karışımları kullanılarak üretilmiştir. Ürünlerin fonksiyonel özellikleri yanında, kalite özelliklerindeki değişimler ve hububat ürünlerinde bulunan iki önemli makromolekülün (protein ve yüksek amiloz içeren nişasta) CGEP ile etkileşimi ve fonksiyonel özellikler üzerindeki etkilerinin incelenmesi hedeflenmiştir. Tez giriş, literatür özeti, materyal metot bölümleri ile temel bileşen analizleri, un karışımı örneklerinin fizikokimyasal ve fonksiyonel özellikleri, CGEP eklenmiş ekmek, CGEP eklenmiş ekstrüde ürün ve hububat ürünlerinin fonksiyonel özelliklerinin karşılaştırılması olmak üzere dört ayrı tartışma bölümünden ve sonuç bölümünden oluşmaktadır. Girişte çalışmanın kapsamıyla ilgili genel bir giriş yapılmasının ardından, literatür özeti ile ekmek ve ekstrüde ürünler başta olmak üzere mevcut hububat ürünleri, üzümde bulunan fenolik bileşikler ve meyve kaynaklarını içeren hububat ürünlerine ilişkin güncel çalışmalar özetlenmiştir. Bölüm 3'te, çalışmada kullanılan tüm materyal ve metotlar özetlenmiştir. Yüksek düzeyde amiloz içeren mısır nişastası (HACS) ve CGEP etkileşimin anlaşılması amacıyla altı farklı un karışımı ve CGEP ve protein etkileşimin incelenmesi amacıyla üç farklı düzeyde buğday proteini izolatı (WPI) bir diğer altı un karışımı örnekleri ve bu örneklere %7 oranında CGEP eklenmesiyle elde edilmiş örneklerden oluşmaktadır. Çalışmada kullanılan ekmekler AACCI 10-10.2 yöntemi kullanarak üretilirken, ekstrüzyon denemelerinde çift vidalı ekstrüder, sabit vida hızımda (360 RPM) ve %25 giriş nem miktarında ve farklı ekstrüzyon sıcaklıklarında (150˚, 120˚ ve 90˚C) çalıştırılmıştır. Un örneklerinin temel bileşen analizleri kapsamında toplam nem, kül ve protein miktarları belirlenmiştir. Ayrıca toplam nişasta, toplam dirençli nişasta ve amiloz/amilopektin miktarı enzimatik/gravimetrik yöntemlerle belirlenmiştir. Un karışımı örneklerinin su kaldırma özellikleri farinograf kullanılarak, jel oluşturma özellikleri ise RVA Hızlı Visko Analizörü (RVA) yardımıyla belirlenmiştir. Daha sonra pişmiş ekmeklerde son ürün kalitesinin belirlenmesi amacıyla ekmek içi elastikiyet ölçümü için doku analizörü kullanılmış, ekmek hacmi ve ekmek özgül hacmi ölçümleri ile kromametre ile renk özellikleri ve Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile mikroskobik görünüş özellikleri incelenmiştir. Ekstrüde ürünlerde ise, spesifik mekanik enerji (SME), jel oluşturma özellikleri (RVA ile), sertlik (doku analizörü ile), yığın yoğunluğu, genleşme, su kaldırma, dirençli nişasta ve termal özellikler (Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) kullanılarak) ölçümleri yapılarak, kalite parametreleri test edilmiştir. Ekmek ve ekstrüde ürünlerin fonksiyonel özelliklerin belirlenmesi tezin bir sonraki aşamasını oluşturmaktadır. Buna göre, toplam fenolik madde tayini için Folin-Ciocalteu metodu, toplam antioksidan tayini amacıyla ise DPPH ve ABTS radikal yakalama yöntemleri uygulanmıştır. Bunun yanında toplam flavonoid ve toplam antosiyanin miktarı da belirlenmiştir. Spektrofotometrik yöntemlerin yanında, kromatografik yöntemler (RP-HPLC-PDA) kullanılarak fenolik bileşenlerin daha ayrıntılı olarak incelenmesi de mümkün olmuştur. Örnekler arasındaki faklılıklar tek yollu varyans analizi (ANOVA) ve Duncan's New Multiple Range Test ile ölçülmüştür. Bölüm 4'teki sonuçlara göre, CGEP eklenmiş örneklerdeki toplam kül içerikleri ile WPI eklenen örneklerin protein içerikleri diğer örneklere göre önemli düzeyde yüksek bulunmuştur. HACS içeren örneklerde ise toplam dirençli nişasta miktarı diğer karışımlara oranla yüksek bulunmuştur (p<0.05). Örneklerin toplam nişasta miktarları birbirinden farklı değildir (p>0.05). Amiloz miktarları ise, beklendiği üzere, HACS içeren örneklerle korale olarak yüksek olup, sert buğday unu (A1), ve sert buğday unu ve sadece GCEP içeren (GA1) örnekleri için sırasıyla, %26.5 ve %20.6 düzeyinde iken, HACS ikamesi ile sırasıyla %41.7 ve %31.0 düzeylerine yükselmiştir. HACS ve WPI içeren örneklerin su kaldırma miktarları diğer örnek karışımlarına göre yüksektir. CGEP ikamesi unların su kaldırma yüzdelerini önemli düzeyde etkilememiştir (p>0.05) (%53.6 ve %55.7). CGEP'in un örneklerinin jel yapısını bozan en önemli etken olduğu belirlenmiştir. WPI veya HACS ilavesi ile yapıda herhangi bir iyileşme görünmezken, en zayıf yapı CGEP ve HACS'ın birlikte kullanılmasıyla elde edilmiştir. Bölüm 5'te öncelikle, protein denemelerinde CGEP ve WPI arasındaki etkileşimler esas alınarak değişen düzeylerde (%0, 6.5 ve 13) WPI ikamesi yapılan un karışımı örnekleriyle üretilen hamur ve ekmeklerin kalite özelliklerindeki değişiklikler incelenmiştir. Protein miktarındaki artışlar kontrol ekmeklerinde önemli bir etki yaratmazken, CGEP eklenmesiyle ekmek sertliği önemli düzeyde artmaktadır (p<0.05). Sadece CGEP ikamesi içeren ekmek örnekleri (GP1) daha sert iken (3-4 kat), CGEP ve WPI kullanımı ekmeklerde bir miktar yumuşama sağlamıştır. Ekmek hacimlerinin birbirinden önemli düzeyde faklı oldukları bulunmuş olup artan WPI ikamesi ekmeklerin protein miktarını arttırırken aynı zamanda hacimleri de (803, 886 ve 1073 cm3, sırasıyla) artmıştır. CGEP eklenen örneklerde ise hacimler önemli düzeyde düşüktür. Buna göre CGEP içeriğindeki fenolikler hacimdeki artışların önündeki en önemli engel olmuş, eklenen WPI ise bu durumda bir miktar iyileştirme gerçekleştirmiştir. Benzer etkiler özgül hacim ölçümlerinde de gözlenmiştir. Bir değer deneme serisi de CGEP ve HACS içeren örneklere uygulanmış ve bu un karışım örnekleri kullanılarak üretilen ekmekler de aynı özellikler irdelenmiştir. Buna göre, CGEP ve CGEP + HACS ikamelerinin birlikte yapıldığı örneklerde ekmek hacmi önemli düzeyde düşmüş olup ekmeklerin kabul edilebilirlikleri de düşmüştür. Buna ek olarak ekmek sertliği de önemli düzeyde artmıştır. Bu bölümün devamında öncelikle hammaddelerin fonksiyonel özellikleri ele alınmaya başlamıştır. CGEP ve ekmeklik sert buğday unundaki toplam fenolik madde içerikleri 34623.8±2934.7 mg GAE/ 100 g kuru madde ve 721.8±6.5 mg GAE/100 g kuru madde, olarak bulunmuştur. CGEP ikamesi (7%) ile, CGEP içerek sert buğday unundaki toplam fenolik madde miktarı 2374.2±89.2 mg GAE/100 g kuru madde olmuştur. Böylelikle, CGEP (7%) ikamesinin toplam fenolik madde içeriğini % 330 civarında arttırmış olduğu görülmüştür CGEP ikamesi ayrıca antioksian aktivite, toplam flavonoid ve antosiyanin miktarlarını da kontrol ununa göre önemli düzeyde attırmıştır. Bu bölümün son kısmında ise CGEP ile WPI veya HACS eklenen ekmeklerin kabuk, ekmek içi ve fermente hamur (pişirilmemiş) kısımlarındaki fonksiyonel özellikleri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, CGEP ilavesiyle ölçülen toplam fenolik madde ve antioksidan aktivite miktarları en az 7-8 kat artmış olup, artışlar istatistiksel olarak önemli bulunmuştur (p<0.05). Sadece WPI eklenen ancak CGEP eklenmeyen örneklerde, fenolik madde içeriğinde ve antioksidan aktivite miktarlarında pişme sonrası kayıplar (%) daha yüksek iken, HACS veya WPI ikamesinin kayıpların azaltılmasında önemli bir rolü olmadığı belirlenmiştir. CGEP içeren örneklerin hamur kısmındaki toplam fenolik madde miktarı ekmek içi ve kabuğundan önemli düzeyde yüksektir (p>0.05). Buna karşın, WPI miktarının artması ile ekek içi ve hamurdaki toplam flavonoid miktarları azalmıştır (p>0.05). CGEP içermeyen control örnklerinde HPLC-PDA sonuçlarına öore, fenolik madde olarak protokateşuik asit, gallik asit, sinapik asit, vanillik asit, p-kumarik asit ve ferulik asit belirlenmiştir. Gallik asit ve vanillik asit miktarlarının pişme sonrası önemli düzeyde arttığı tespit edilmiştir (yaklaşık 2-kat). Buna gore, CGEP içermeyen örneklerde WPI ikamesindeki artışın ekmek kabuğu, içi ve fermente hamurdaki fenolik maddeler üzerinde önemli bir etkisi bulunmadığı belirlenmiştir. Gallik asit CGEP içeren ekmek örneklerinde de en önemli fenolik asit olmuştur. Ayrıca sirinjik asit, p-kumarik asit, sinapik asit ve epigallokateşin de tespit edilmiştir ancak bu bileşenlerin miktarı çok daha düşüktür (yaklaşık 10-15 μg/100 g kuru madde). Rutin bu örneklerdeki en önemli flavonol olmasına karşın pişme sonra % 25 düzeyinde kayba uğramıştır. WPI ikamesindeki artışın rutin ve kuersetin-3-β-glukozid üzerinde bir koruyucu etkisi olduğu görülmüştür Buna karşın, özellikle ekmek kabuğunda bulunan delfinidin-3-o-glukozid, delfinidin, siyanidin-3-o-glukozid, ve siyanidin-3,5-diglukozid miktarşlarında önemli düşüşler olmuştur. Siyanidinde ise önemli bir fark görülmemiştir. HACS ikamesi örneklerin toplam fenolik madde içeriklerinde önemli bir fark oluşturmamıştır (p>0.05). Sadece HACS ikamesi içeren kontrol örnekleri, HACS and CGEP içeren örneklere göre daha düşük miktarda fenolik madde içermelerine karşın (p<0.05), HACS miktarı fenolik madde düzeyinde önemli bir etki oluşturmamıştır (p>0.05). Ayrıca, HACS miktarı bu örneklerin antioksidan aktivite düzeylerinde de önemli bir etki oluşturmamıştır (p>0.05). Pişmeye bağlı kayıp (%) CGEP içermeyen ekmek içi örneklerinden yüksektir (%77). HACS ikamesi genel olarak antioksidan aktivite kaybının (%) önlenmesinde önemli bir etki yaratmasına karşın, %20 HACS içeren hamur ve ekmek kabuğu örneklerinde istisnai bir durum gözlenmiştir. Örneklerin flavonoid miktarları incelendiğinde, sadece CGEP içeren ancak HACS ikamesi içermeyen örneklerde ekmeklerin farklı kısımlarındaki flavonoid düzeylerinde fark bulunmadığı belirlenmiştir (p>0.05). Buna karşın, HACS ikamesi ekmek kabuğunda ve ekmek içinde bir azalmaya neden olmuştur. Bu nedenle, HACS ikamesinin ekmek kabuk ve içindeki flavonoid miktarını önemli düzeyde azaltırken (p<0.05), hamurdaki miktarı etkilemediği belirlenmiştir. Sadece CGEP içeren farklı ekmek kısımlarında antosiyanin miktarları birbirinden farklı değilken (p>0.05), HACS ikamesi sonrasında hamurdaki antosiyanin miktarının diğer kısımlara göre yükseldiği görülmüştür (p<0.05). HPLC sonuçlarına gore, CGEP içermeyen kontrol örneklerinde en fazla gallik asit (2.4 to 18 μg/100 g kuru madde) ve vanillik asit (3.38 to 12.39 μg/100 g kuru madde) bulunmaktadır. Protokateşuik asit, epigallokateşin, kateşin hidrat, vanillik ve p-kumarik asit gibi bazı fenolik maddelerin miktarları ekmek içinde hamurdan daha fazladır. HACS ikamesi CGEP eklenmeyen ekmeklerde önemli bir fark oluşturmamıştır. CGEP eklenen ekmeklerde kuersetin-3-β-glukozid, delfinidin 3-O-glukozid, siyanidin 3-O-glukozid ve bunların diglukozidleri ile, delfinidin, siyanidin ve malvidin antosiyanidinleri tespit edilmiştir. Flavonoller farklı kısımlardan elde edilen ekmek örneklerinde değişkenlik göstermemiştir (p>0.05). Ancak, farklı ekmek kısımlarının antosiyanin profillerinde önemli farklar gözlenmiştir. Genel olarak ekmek kabuğunda daha az antosiyanin bulunmuştur. Buna karşın, HACS ikamesi pişme sonrası kalan flavonol ve antosiyanin miktarı üzerinde etkili olmamıştır. Bu durumdan faklı tek bileşik mavidin olup, malvidin miktarı HACS ikamesi ile bir miktar artış göstermiştir. Sonraki bölümde (Bölüm 6) öncelikle WPI ve CGEP ikamesiyle üretilen ekstrudatların kalite özellikleri belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre CGEP ekstrüde ürünlerin kalite özelliklerinde önemli düşüşlere neden olmazken, bu ürünlerdeki kalite parametreleri için esas kritik olan değişkenin ekstrüzyon sıcaklığı olduğu görülmüştür. Bu ürünlerde özellikle 150 ˚C'de, genel olarak tüm kalite özelliklerinde önemli kayıplar kaydedilmiştir. Ancak önemli düzeydeki düşüşler özellikle genleşme ve yığın yoğunluğunda ölçülmüştür. Jel özellikleri ise önemli düzeyde kaybedilmiştir, sadece CGEP eklenen örneklerde pik viskozitede % 66.7 düzeyinde bir düşüş ölçülmüşken, CGEP ve WPI eklenen ürünlerde jel daha da zayıflamıştır. Ürünlerin bayatlama özellikleri ise CGEP ve WPI varlığından etkilenmemiştir. Buna göre CGEP kullanımı sebebiyle gerçekleşen protein ikamesinin ekstrüde ürünlerde önemi bir kalite kaybına yol açmadığı görülmüş olup, ekmekten farklı olarak protein miktarının ekstrüde ürünleri kalite özellikleri için çok kritik bir özellik olmadığı belirlenmiştir. Aynı bölümüm devamında ise CGEP ve HACS ikamelerinin ekstrüde ürün kalitesi üzerindeki etkileri incelenmiştir. İlk kısma benzer biçimde, su kaldırma, yığın yoğunluğu, genleşme ve sertlik gibi fiziksel özelliklerin yanında, termal özellikler, jel oluşum özellikleri ve dirençli nişasta miktarı ölçümleri gerçekleştirilmiştir. 90, 120 ve 150ºC ekstrüzyon sıcaklılarında ortalama sertlik; 0.916, 0.987 ve 0.467 N; su kaldırma, 2.12, 4.07 ve 5.12 ml su/g; genleşmeler 1.35, 2.09 ve 2.51 ve yığın yoğunlukları 1286.6, 723.6 and 311.1 kg/m3 olarak ölçülmüştür. Ekstrüzyon sıcaklığı bu örneklerin kalitelerinde de formülasyon etkisinde daha belirleyici olmuştur. CGEP ve HACS'ın birlikte kullanımı jel oluşturma özelliklerin daha olumsuz etkilerken, dirençli nişasta miktarında bir miktar değişiklik oluşturmuş ve örneklerde jelatinizasyonu engellemişlerdir. Ancak bayatlamada amilozun bir miktar olumlu etkisi olduğu gözlemlenmiştir. Bu bölümün son kısmında ise WPI ve CGEP içeren ekstürde ürünler ise HACS ve CGEP içeren ekstürde ürünlerde toplam fenolik madde, toplam antioksidan aktivite, toplam flavonoid ve toplam antosiyanin miktarları belirlenmiş ve RP-HPLC PDA kullanılarak ürünlerin fenolik madde karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Gallik asit örneklerdeki en önemli fenolik asit olmuştur. Gallik asit yanında, protokateşuik asit, ellajic asit, siringik asit, vanilik asit ve klorojenik asit de belirlenmiştir. Ayrıca, 312 nm'de kaffeik asit p-coumaric asit, ve ferulic asit) bulunmuştur. Flavan-3-ollerden (+)-kateşin ve izomer (-)-epicatechin, (-)-epigallokateşin, ve (-)-epikateşin-3-O-gallat da belirlenmiştir. Kuersetin ve kuersetin-3-β-glukozid, myrisetin ve rutin flovonolleri ile siyanidin, malvidin, delfinidin aglikonları ve delfinidin-3-glukozid, siyanidin-3-o-glukozid, siyanidin-3,5-diglukozid,delfinidin-3,5-diglukozid, malvidin-3,5-diglukozid de belirlenmiştir. Çalışma sonuçlarına göre, CGEP önemli bir fonksiyonel kaynak olmasına karşın, hamur ve ekmek kalitesinde önemli bir bozulma faktörü olarak rol almaktadır. HACS kullanımı ekmek kalite özelliklerinde olumsuz anlamda daha fazla etki yaratmıştır. CGEP ve WPI kullanımı ise bir iyileştirme alternatifi olarak dikkat çekmiştir. Ekstrüde ürünlerinin kalite özellikleri ise ekmekten farklı olarak CGEP varlığından daha az etkilenmiştir. HACS kullanımı bu ürünlerde bayatlamayı geciktirme ve dirençli nişasta miktarını arttırma anlamında önemli bir rol oynarken, WPI belirgin bir etki yaratmamıştır. Fenolik maddelerin yapılarına bağlı olarak ekmek ve ekstrüde ürünlerde farklı düzeylerde korunduğu belirlenmiştir. Antosiyanin bileşenleri ekstrüde ürünlerde HACS varlığında daha iyi korunmuş olmalarına karşın, ekmeklerde pişme sonrası kalan miktarlar ekstrüde ürünlerden (150ºC) önemli düzeyde yüksektir. Ekstrüde ürünlerde ekstrüzyon sıcaklığı toplam fenolik madde miktarı ve antioksidan aktivite üzerindeki en önemli değişkendir. Genel anlamda 150ºC'de elde edilen ölçümler diğer sıcaklıklardan farklı iken, HACS ikamesi ile 120 ºC ve 150ºC'deki fark azalmıştır.