Makarnalık buğday ve makarnada ekmeklik buğdayın tespit edilmesi için bazı spektroskopik analiz yöntemlerinin kullanılması

Ekmeklik buğdayın makarna üretim kalitesinin zayıf olmasına rağmen, ekonomik kaygılar ve daha uygun fiyatlı olması nedeniyle bazı makarna üreticileri makarna üretirken ekmeklik buğday (Triticum aestivum) ile makarnalık buğday (Triticum durum) karışımını kullanmaktadır. Etiketinde belirtmeksizin makarnaya ekmeklik buğday ilave edilmesi makarna tağşişi olarak kabul edilmektedir. Bu nedenle makarna tağşişinin tespiti için hızlı ve güvenilir yöntemlerin geliştirilmesine ihtiyaç bulunmaktadır. Bu amaçla bu tez kapsamında ekmeklik ve makarnalık buğdayların ayrılması ve un ve makarna da tağşişin tespiti için farklı spektroskopik yöntemlerin performansı araştırılmıştır. Temel Bileşen Analizi (PCA), Kısmi En Küçük Kareler-Diskriminant Analizi (PLS-DA), Kısmi En Küçük Kareler Regresyon analizi (PLSR) gibi çeşitli veri işleme yöntemleriyle kombine edilmiş Raman spektroskopisi (RS), yakın kızılötesi spektroskopisi (NIRS), azaltılmış toplam yansıtma-Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (ATR-FTIRS), senkronize floresans spektroskopi (SFS) ve lazer indüklü plazma spektroskopisi (LIBS) örneklerin analizi için kullanılmıştır. Ayrıca kapsamlı karakterizyon amacıyla ters faz yüksek performanslı sıvı kromatografisi (RP-HPLC) kullanılmıştır. Tezin ilk aşamasında 120 adet ekmeklik ve 119 adet makarnalık buğday unu örneğinin ayrıştırılması amacıyla RS, LIBS, ATR-FTIRS, NIR, SFS ve RP-HPLC cihazları kullanılmıştır. Ekmeklik ve makarnalık buğday unlarının sınıflandırılmasında en etkili yöntemin SFS olduğu bulunmuştur. SFS tekniği ile ekmeklik ve makarnalık buğdayların birbirinden 1.000 duyarlılık ve özgünlük oranı ile net bir şekilde ayrıldığı görülmüştür. SFS'nin performans parametreleri kalibrasyon (RMSEC), çapraz validasyon (RMSECV) ve tahmin (RMSEP) modellerinin hata kareler ortalamasının karekökü değerleri sırasıyla 0.164, 0.171 ve 0.194'tür. ATR-FTIR ve NIR spektroskopilerinin benzer performans sergilediği bulunmuştur. ATR-FTIRS ve NIRS'ın çapraz validasyon duyarlılık ve özgünlük değerleri 0.990'ken kalibrasyon ve tahmin duyarlılık ve özgünlük değerleri 1.000'dır. LIBS'in buğdayların ayrılma potansiyeli, NIRS ve ATR-FTIRS'dan daha az hassasiyete sahiptir. LIBS'in RMSEC, RMSECV ve RMSEP değerleri sırasıyla 0.206, 0.185 ve 0.189 ile Hotelling's T2 değeri 99.90 bulunmuştur. Raman spektroskopisinin buğdayları ayırma kabiliyetinin diğer spektroskopik yöntemlere göre düşük olduğu görülmüştür. RS tahmin grubunun duyarlılığı 0.350 iken çapraz validasyon duyarlılığı ve özgüllüğü 0.960 ve 1.000'dir. Ayrıca tez kapsamında örneklerin kapsamlı karakterizasyonu gerçekleştirmek amacıyla RP-HPLC kullanılmıştır. RP-HPLC'nin kemometrik analiz sonuçları doğru pozitif oranı (DPO) ve doğru negatif oranı (DNO) 1.000 iken; yanlış pozitif oran (YPO) ve yanlış negatif oran (YNO) 0.000'dır. RP-HPLC diğer tüm metotların içinde en düşük RMSEP (0.144) değerine sahiptir. Tezin ikinici aşamasında 28 adet paçal unda ve 28 tane makarna örneğindeki tağşiş oranının tespit edilmesi amaçlanmış, aynı spektroskopik yöntemler kullanılmıştır. Paçal unların spektroskopik analiz sonuçlarına göre en etkili yöntemin LIBS olduğu bulunmuştur. LIBS diğer yöntemlere göre en düşük tespit limiti (LOD, 0.523), tayin limiti (LOQ, 1.584) ve RMSEP (5.297) değerlerine sahip olmasının yanı sıra en yüksek tahmin R2 (0.961) değerine sahiptir. LIBS'in kalibrasyon ve çapraz kalibrasyon grafiği R2 değerleri 0.971 ve 0.951 şeklindedir. Tezin ilk aşamasında olduğu gibi ATR-FTIRS ve NIRS'ın performansının benzer olduğu görülmüştür. ATR-FTIR ve NIR'ın Hotelling's T2 (%) ve Q-Residuals (%) değerleri 100.00 ve 0.00'dır. Raman spektroskopisinin un karışımlarındaki tağşiş oranının tespitinde de en kötü performansa sahip olduğu görülmüştür. Raman spektroskopisinin RMSEC, RMSECV ve RMSEP değerleri 10.893, 15.022 ve 13.884 dir. Paçal unların RP-HPLC analizleri gerçekleştirilmiştir. En yüksek kalibrasyon R2 (0.994) ve çapraz validasyon R2 (0.990) değerleri RP-HPLC'den elde edilmiştir. RP-HPLC'in performans parametrelerinde RMSEC ve RMSECV değerleri sırasıyla 2.251 ve 3.522 şeklinde bulunmuştur. Farklı oranlarda farina ilave edilerek üretilen makarnaların spektroskopik sonuçları incelendiğinde ise en düşük LOD (0.494) ve LOQ (1.496) değerlerinin ATR-FTIRS ile elde edildiği gözlenmiştir. Ayrıca diğer spektroskopik yöntemlere göre ATR-FTIRS daha düşük RMSEC (7.781), RMSECV (9.417) ve RMSEP (8.908) değerlerine sahiptir. ATR-FTIRS'nin kalibrasyon R2, çapraz validasyon R2 ve tahmin R2 değerleri sırasıyla 0.922, 0.885 ve 0.903'tür. Makarnadaki tağşişi belirlemede NIRS'ın performansı oldukça iyidir. NIRS'ın performans parametrelerinden LOD ve LOQ değerleri 1.079 ve 3.270'tir. NIRS'nin diğer performans parametrelerinden RMSEC, RMSECV ve RMSEP değerleri 9.595, 12.926 ve 8.747 şeklindedir. RP-HPLC en yüksek LOD (6.473) ve LOQ (19.616) değerlerine sahip olmasına rağmen, RP-HPLC'nin tağşişi tespit etme performansının spektroskopik yöntemlere göre iyi olduğu görülmüştür. RP-HPLC'nin kalibrasyon R2, çapraz validasyon R2 ve tahmin R2 değerleri 0.997, 0.995 ve 0.995'tir. Bu nedenle makarnadaki tağşiş oranını belirlemek için RP-HPLC'nin yüksek bir potansiyele sahip tespit edilmiştir. Sonuçlar incelendiğinde kemometri ile kombine edilen spektroskopik tekniklerin ekmeklik ve makarnalık buğday unlarının ayrılması ile makarnalık buğday ununa ve makarnaya ilave edilen ekmeklik buğday ununu tespitinde genel olarak iyi bir potansiyel sahip olduğu tespit edilmiştir. Saf buğday unlarının ayrılmasında SFS'nin en etkili yöntem olduğu görülmüştür. Paçal un örneklerinde tağşişin belirlenmesi için en iyi performansın ise LIBS'e ait olduğu saptanmıştır. Makarna örneklerindeki tağşişin tespiti için ise spektroskopik analizlerin içinde en iyi sonuç ATR-FTIRS ile elde edilmiştir.