Hidrotermal işlemlerin karabuğday nişastasının fizikokimyasal özellikleri ve dirençli nişasta miktarı üzerindeki etkisi

Geçmişi çok eskilere dayanan, Orta Asya kökenli bir bitki olan karabuğday kuzukulağıgiller (Polygonaceae) familyasından Fagopyrium cinsine ait tek yıllık bir bitkidir. Buğday, arpa, pirinç gibi tahıllarla hem benzerlik hem de farklılık gösterdiği için tahıl benzeri olarak adlandırılmıştır. Karabuğday yüksek besleyici değere sahip olup beslenmemiz için gerekli temel gıda bileşenlerini içeren önemli bir kaynaktır. Bu çalışmada kullanılan karabuğday yerel bir firmadan temin edilmiş ve öğütülerek un haline getirilmiştir. Karabuğdaydan izole edilen nişasta, ısı-nem uygulaması (HMT) ve tavlama (ANN) işlemleriyle modifiye edilmiştir. İşlem görmüş nişastaların özelliklerindeki değişimleri tespit etmek amacıyla doğal nişasta kontrol olarak kullanılmıştır. Uygulanan işlemlerin nişastanın sindirilebilirliği üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Ayrıca elde edilen nişastaların çözünürlükleri, su tutma, yağ tutma, emülsiyon oluşturma ve şişme kapasiteleri ile sinerezis ve bulanıklık oranları da incelenmiştir. Uygulanan hidrotermal işlemlerin nişastanın X-ışını difraksiyon desenleri, termal, vizkozite ve morfolojik özellikleri üzerinde meydana getirdiği değişimler değerlendirilmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında karabuğday ve doğal nişastaya temel kompozisyon analizleri uygulanmıştır. Bu aşamada belirlenen toplam nem miktarları karabuğday ve doğal nişasta için sırasıyla; %12,09-%12,48; kül miktarları kuru maddede % 1,83%0,24; protein miktarları %10,37-%1,78; yağ miktarları %2,41-%0,36; toplam nişasta miktarları %63,78-%81,81 olarak belirlenmiştir. Karabuğday nişastası ve işlem görmüş nişastaların dirençli nişasta (DN), sindirilebilen nişasta ve toplam nişasta oranları arasında istatistiksel açıdan önemli derecede farklılık olduğu belirlenmiştir (p<0,05). HMT ve ANN işlemlerinden sonra DN içeriği ve YSN içeriği artmış, HSN içeriği ise azalmıştır. DN miktarı HMT işlemiyle 2,5; ANN işlemiyle 2 katına çıkmıştır. Doğal ve işlem görmüş nişastaların DN ile YSN içeriklerinin istatistiksel açıdan birbirinden önemli düzeyde farklı olduğu saptanmıştır (p<0,05). Bununla birlikte doğal nişastanın HSN içeriğinin işlem görmüş nişastaların HSN içeriğinden önemli düzeyde farklı olduğu (p<0,05), işlem görmüş nişastaların HSN içeriklerinin arasında ise istatistiksel olarak önemli bir fark olmadığı tespit edilmiştir (p>0,05). Karabuğdayın DN içeriği %1,33 olarak tespit edilmiş ve bu değerin diğer tahılların DN içeriği ile benzer olduğu saptanmıştır. HMT ve ANN işlemleri nişastanın çözünürlüğünde, su tutma ve şişme kapasitelerinde istatistiksel olarak önemli düzeyde azalışa neden olmuştur (p<0,05). Doğal karabuğday nişastasının işlem görmüş nişastalara göre su tutma, çözünürlük ve şişme kapasitesinin daha yüksek olduğu belirlenmiştir. İşlem görmüş nişastalar kendi aralarında kıyaslandığında; iki nişastanın suda çözünürlük indeksi ve şişme kuvveti açısından istatistiksel olarak birbirinden farklı olmadığı saptanmıştır (p>0,05). Su tutma kapasitelerine bakıldığında ise; HMT nişastasının su tutma kapasitesinin ANN nişastasından daha düşük olduğu görülmektedir (p<0,05). Bunun yanında HMT uygulanan nişastanın yağ tutma kapasitesinin, ANN uygulanan nişastanın da emülsiyon kapasitesinin düşme eğiliminde oldukları gözlenmiş ancak bu düşüşlerin istatistiksel açıdan önemli olmadığı görülmüştür (P>0,05). Yağ tutma ve emülsiyon kapasitesi en yüksek olan örneğin doğal karabuğday nişastası olduğu saptanmıştır. HMT nişastasıyla doğal nişasta arasında yağ tutma kapasitesi açısından istatistiksel olarak önemli bir fark olmadığı (p>0,05), emülsiyon kapasitesi açısından ise aralarındaki farkın önemli olduğu tespit edilmiştir (p<0,05). ANN işlemi nişastanın yağ tutma ve emülsiyon kapasitesini azaltmıştır. Doğal nişasta ve ANN uygulanmış nişastanın yağ tutma özellikleri istatistiksel açıdan farklıyken (p<0,05), emülsiyon kapasiteleri arasında önemli bir fark yoktur (p>0,05). İşlem görmüş nişastalar kendi aralarında karşılaştırıldığında; HMT nişastasının yağ tutma kapasitesi ANN nişastasından daha yüksekken, emülsiyon kapasitesi daha düşüktür. Çalışma kapsamında doğal nişastaya uygulanan HMT ve ANN işlemleri nişastanın jelatinizasyon sıcaklıklarını arttırırken, jelatinizasyon entalpilerini ise düşürmüştür. En yüksek jelatinizasyon sıcaklığına sahip olan örnek HMT işlemi uygulanan nişastadır. Jelatinizasyon entalpisi en yüksek olan örnek ise doğal nişastadır. HMT işlemi nişastanın jelatinizasyon sıcaklığını arttırmış, jelatinizasyon entalpisini düşürmüş, jelatinizasyon sıcaklık aralığını (Tc-T0) ise az miktarda daraltmıştır. ANN işlemi de nişasta üzerinde HMT işlemiyle benzer etkiyi yapmıştır. ANN işlemi uygulanmış nişastaların jelatinizasyon sıcaklıkları artarken, jelatinizasyon entalpisi azalmış, ancak jelatinizasyon sıcaklık aralığı (Tc-T0) genişlemiştir. Uygulanan HMT ve ANN işlemlerinin nişastaların maksimum ve son vizkozitelerini istatistiksel açıdan önemli düzeylerde azalttığı belirlenmiştir (p<0,05). Vizkozite değeri en yüksek olan doğal nişasta, en düşük olan ise HMT uygulanmış nişastadır. Karabuğdayın vizkozite değerleri çok düşük bulunmuştur. Dolayısıyla kıvam verme özelliğinin iyi olmadığı söylenebilir. Yapılan çalışmada karabuğday ve doğal nişastanın diğer tahıllarda olduğu gibi A-tipi difraksiyon desenine sahip olduğu belirlenmiştir. Uygulanan hidrotermal işlemler nişastanın difraksiyon desenini ve pik verdiği açı değerlerini değiştirmemiştir. Pik yoğunluğu HMT işlemiyle artarken, ANN işlemiyle ise bazı açılarda azalmış bazı açılarda artmıştır. Karabuğday 12,90 ve 19,80'de kuvvetli pik oluştururken, diğer açı değerlerinde ise belirgin pik oluşturmadığı saptanmıştır. Doğal nişastayla kıyaslandığında karabuğdayın pik yoğunluğunun daha düşük olduğu saptanmıştır. Doğal nişastanın kristal oranı %65,4 iken uygulanan hidrotermal işlemlerden sonra bu oranın arttığı görülmüştür. HMT işleminden sonra kristal oranı %71,1'e yükselmiş, ANN işleminden sonra ise bu oran %67,3 olmuştur. Taramalı elektron mikroskobuyla yapılan incelemede karabuğdayın düzensiz ve poligonal bir şekle sahip olduğu, granül büyüklüğünün 4,3-5,42 µm arasında değiştiği belirlenmiştir. Buna benzer olarak doğal karabuğday nişastasının da düzensizpoligonal şekilli ve kısmen yuvarlak granüllere sahip olduğu, granüllerin ortalama boyutunun 6,08-8,5µm aralığında değiştiği tespit edilmiştir. ANN işleminden sonra granül yapısı korunmuştur ancak kümeleşme meydana geldiğinden nişastalar yığın şeklinde görünmektedir. Bazı granüllerde çökme meydana gelmiştir. HMT işlemi granül yapısını bozmamıştır fakat bu işlemden sonra nişasta granülleri lamel yığını şeklini almıştır. Granül şekli belirgin olmakla birlikte yüzeyde açılmalar ve çökmeler oluşmuştur. Retrogradasyonun erken evrelerinde moleküler arasındaki etkileşimden dolayı oluşan bulanıklık spektrofotometrik olarak belirlenmiştir. Doğal nişasta ve işlem görmüş nişastaların depolama süreleri arttıkça bulanıklık oranları da artmıştır. Özellikle bütün örneklerin ilk 48 saat içindeki bulanıklık değerleri hızlı bir şekilde artmış, 72.saatten sonra da bu değerler neredeyse sabitlenmiştir. Bütün örneklerin bulanıklık değerleri birbirine yakındır dolayısıyla uygulanan hidrotermal işlemler nişastanın bulanıklık değerlerinde önemli bir değişiklik oluşturmamıştır. Sinerezis; nişasta jelinden soğukta depolama sırasında ayrılan su miktarı olarak tanımlanmaktadır. Çalışmada sinerezis oranı gravimetrik olarak tespit edilmiştir. Doğal nişastanın ve işlem görmüş nişastaların depolama süreleri arttıkça sinerezis oranları artmıştır. Ayrıca amiloz içeriği yüksek olan örneklerin sinerezis oranlarının daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Özellikle amiloz içeriği en yüksek olan HMT işlemi uygulanmış nişastanın sinerezis oranı diğer örneklere göre daha yüksektir. Tez çalışmasında; elde edilen karabuğday nişastasınının vizkozite değerinin pirinç ve buğday nişastasına göre daha yüksek olduğu görülmüştür. Dolayısıyla gıda endüstrisinde kıvam arttırıcı olarak kullanılabileceği düşünülmektedir. Elde edilen modifiye nişastaların çölyak hastaları için hazırlanan ürünlerde bir alternatif olarak kullanılabileceği düşünülmektedir. Bununla birlikte uygulanan hidrotermal işlemlerle nişastanın DN içeriği basit ve başarılı bir şekilde arttırılmıştır.