Effects of pre-treatments on quality characteristics and oil yields of sesame seeds

Son 30 yıldır bitkisel yağların insan sağlığına olan pozitif etkilerinden dolayı, tüketicilerin bu yağlara olan talebi artmıştır. Bitkisel yağlar yüksek miktarda yararlı bileşenler içermektedir; bunlara örnek olarak antioksidanlar, esansiyel yağlar, mineraller ve vitaminler verilebilir. Fakat tüketici talebinin karşılanması için endüstriyel üretimlerde rafinasyon uygulamalarına sık sık karşılaşılmaktadır. Bu durum da bitkisel yağların biyoaktif bileşenlerinin zarar görmesine neden olmaktadır. Günümüzde popüler üretim metodu rafinasyon yapmadan veya yüksek sıcaklık kullanmadan bitkisel yağ elde etmektir. Bu üretim tekniği ile elde edilen yağlar genellikle "soğuk pres yağı, rafine edilmemiş yağ veya virjin yağ" olarak tanımlanmaktadır. Aslında bu konuda tüketiciler arasında bir yanlış anlama söz konusu olmuştur. Çünkü virjin yağlar, soğuk pres yağı anlamına gelmez ya da aynı şekilde soğuk pres yağı demek virjin yağ demek değildir. Genel anlamda, soğuk pres yağları yağın doğasını değiştirmeden elde edilen, sadece mekanik yollarla (presleme gibi) işlenen bitkisel yağları tanımlar. Bu yağlar sadece suyla, filtrelemeyle ya da santrifüjleme ile saflaştırılabilir. Bu yüzden de yararlı bileşenlerini korumuş olurlar. Endüstriyel ölçekli üretimlerde yüksek verim ile yağ elde etmek için genellikle ısı uygulaması yapılır. Kavurma ve mikrodalga uygulaması buna örnek olarak gösterilebilir. Diğer yandan, sıcaklık uygulandığı için tohumdaki yararlı bileşenleri kaybetme riski doğmaktadır. Bu yüzden, iki uygulamada da problemi çözmek gerekmektedir. Ultrasonik uygulama son birkaç yılda öne çıkan ve GRAS özellikteki çözücüleri kullanarak yüksek kalitede ve verimlilikte yağ eldesinde kullanılan önemli bir metottur. Çözücü tohumun hücre duvarlarına zarar verme etkisi ile ısı gibi davranır ve bu şekilde yağ ekstrakte edilir. Soya yağı, ayçiçek yağı ve zeytinyağı gibi bitkisel yağlarda yüksek verim elde etmek için çeşitli çalışmalar yapılmıştır. Bu yağların dışında Türkiye'de de büyük öneme, yüksek yağ verimliliğine ve yüksek biyoaktif bileşenlere sahip olan fındık ve susam yağının da çalışılması gerekmektedir. Susam mucizevi yararlı bileşenlere sahiptir, ne yazık ki Dünya bunu henüz çok fazla bilmemektedir. Susam yüksek miktarlarda yağ, protein, mineral, ve fenolik bileşenlere vb. sahiptir. Susam tohumunun sahip olduğu bu bileşenler kadar, elde edilen susam yağı, susam küspesi ve kabukları da bir o kadar bu bileşenlerce yüksek içeriğe sahiptir. Literatürde hiçbir yararlı bileşeni kaybetmeden susam yağında yüksek verimlilik elde etmek için çok fazla çalışma yapılmamıştır. Bu yüzden tez çalışmasında Türk tipi susam tohumu kullanılarak yüksek verim ve kalitede susam yağı elde edilmesi amaçlanmıştır. Deneysel çalışmalarda, konvansiyonel uygulama (kavurma), mikrodalga uygulaması ve ultrasonik destekli alkollü uygulama seçilmiştir. Her bir susam tohumu numunelerine bu işlemler uygulanmış ve hidrolik pres ile preslenerek yağ ve küspe elde edilmiştir. İlk olarak ham susam tohumunda ön işlem ve pres yapılmadan önce kalite parametreleri belirlenmiştir. Nem miktarı, refraktif indeks, kül miktarı, protein miktarı, serbest yağ asidi içeriği, peroksit sayısı, ve oksidasyon stabilitesi, analizleri susam tohumları için yapılmıştır. Diğer kısımlarda, susam tohumu kavurma, mikrodalga ile ön işlem ve ultrasonik destekli alkollü ön işleme maruz bırakılmıştır. Her bir uygulama için kalite parametreleri ve yağ verimliliği belirlenmiştir. Deneylerde şu etkiler incelenmiştir: kavurma için süre, sıcaklık, ve başlangıç nem içerikleri; mikrodalga uygulaması için ön işlem süresinin etkisi ve mikrodalga gücü; ultrasonik destekli alkollü ön işlem için ise alkolün su içeriği, tohum/alkol oranı, ön işlem süresi ve ultrasonik enerji gücü. Deneyler sonucunda elde edilen sonuçlar aşağıdaki gibi özetlenmiştir: Sonuçlara göre nem içeriği 165°C kavurma ile; %5.1±0.03'dan %2.20±0.05'e, 210°C kavurma ile; %0.9±0.00'e düşürülmüştür. Farklı derinliklerde ve mikrodalga gücünde uygulanmış örneklerde ise nem içeriği %1.5-3.5 arasında azaltılmıştır. 1 cm derinlikteki yüksek enerjili mikrodalga uygulaması %1.2±0.25 ile en iyi sonucu vermiştir. Ultrasonik uygulama bu işlemler kadar etkili olmasa da %1-1.5 arasında nem içeriğinde bir azalmaya sebep olmuştur. Refraktif indeks değerlerinde uygulamaların hiçbirinde önemli ölçüde değişiklik görülmemiştir. Serbest yağ asitleri (SYA) içeriği en fazla kavurma ile; küspedeki yağda %2.5±0.26'dan %6.3±0.01'e ve pres yağında %15.7±1.21'e, mikrodalga uygulaması ile; küspedeki yağda %11.6±0.55'e ve pres yağında %6.7±0.26'a, ultrasonik uygulama ile de; küspedeki yağda %15.8±0.52'e ve pres yağında %8.0±0.32'e yükselmiştir. Sonuçlar karşılaştırıldığında, SYA'nın ön işlemlerle azalmadığı gözlemlenmiştir. Uygulamaları birbirleri ile karşılaştıracak olursak, öğütülmemiş tohumda uygulanan yüksek güçlü mikrodalga uygulaması ve öğütülmemiş tohumda 210°C'deki kavurma belirli oranda düşük SYA içeriği elde etmek için kullanılabilir. Susam tohumlarının yağ miktarları Soxhelet ekstraksiyonu ile belirlenmiştir. Yağ miktarı en fazla 210°C kavurma ile %48.7±3.19'dan %56.6±3.55'e, mikrodalga uygulamada 1 cm derinlikte orta derecedeki güçte %63.3±3.12'e, katı/sıvı:1/10 ultrasonik uygulamada ise %62.5±2.20'e yükselmiştir. Peroksit değeri, 3.41±0.272 meq/kg yağ'dan 10.0±0.10 meq/kg yağ'a yükselmiştir. Diğer uygulamalar için 20 ve 30 gün boyunca yağlar karanlıkta depo edilmiş ve peroksit değerindeki değişimler bulunmuştur. 20 gün muhafaza edilen ham susam yağı peroksit değeri 9.2±0.59 meq/kg yağ'dan 165°C kavurma ile 7.7±0.56'e, yüksek derecedeki güçlü mikrodalga uygulaması ile de 4.6±0.54'e düşürülmüştür. 30 günün sonunda elde edilen verilen 20 günün sonunda elde edilen veriler ile benzerlik göstermiştir. Yüksek güç kaynaklı mikrodalga uygulaması ve kavurma sonucunda elde edilen yağın peroksit sayısı daha düşük bulunmuştur, bu durum ürünün oksidasyonunun daha düşük olduğunu göstermektedir. Susam tohumu, susam yağı ve küspede elde edilen en yüksek toplam fenolik madde miktarları sırasıyla şu şekildedir: 210°C kavurma için 63.7±3.00, yüksek güç kaynaklı mikrodalga uygulaması için 108.9±5.47 ve 185.3±10.14 mg gallik asit/mL'dir. Ultrasonik uygulama ise toplam fenolik madde miktarının artmasında etkili olmamıştır. Bu durumun aksine, toplam antioksidan aktivitesi ısıl ön işlem uygulamalarının gösterdiği etki göstermiştir. Fakat en etkili uygulama her üç güç uygulaması ile birlikte mikrodalga uygulaması olmuştur. Mikrodalgalar tohumun yüzeyinde ve içinde yayılarak fazla miktarda antioksidan maddenin ekstrakte edilmesini sağlamıştır. NMR analizinde susam yağları için T2 Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) deneyleri düzenlenmiş olup, her 3 uygulama için sonuç alınmıştır. Orta güçteki mikrodalga ve kavurma uygulamaları için, T2 ve her bir bölüm için bağlı alanlarda herhangi önemli bir farklılık gözlenmemiştir. Bu beklenildiği gibi bir durumdur. Ultrasonik uygulama sonunda tepe noktalarının sayısı azalmıştır. Ancak tepe noktalarındaki T2 değerleri kavurma ve mikrodalga uygulamalarından farklı bulunmamıştır %90 genlik ve %96 etanolle uygulanan deneylerde, sonikasyon süresi ikiye katlandığı için T2 değerlerinde düşüş gözlenmiştir. Bu sonuç etanolün yüksek sonikasyon sürelerinde daha fazla yağ ile etkileşimde olduğunu göstermiştir. Oksidasyon stabilitesi Rancimat metoduyla belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, 210°C'de kavurma ve yüksek güç kaynaklı mikrodalga uygulanmış yağlaren yüksek indüksiyon zamanına sahip olmuştur. Ultrasonik uygulama bu uygulamalar kadar etkili olmamıştır. İndüksiyon zamanı sırasıyla; işlem görmemiş susam yağı için 14.9±1.56 sa., 210°C kavurma için 14.5±0.55 sa., yüksek güç kaynaklı mikrodalga uygulaması için 13.53±1.85 sa., orta güç kaynaklı mikrodalga uygulaması için 11.8±0.73 sa. ve %90 genlikteki ultrasonik uygulama için 11.5±1.10 sa. olarak kaydedilmiştir. Toplam fenolik madde ve toplam antioksidan aktivitesi ile oksidasyon stabilite analizi sonuçlarının paralellik göstermiştir Bundan dolayı yüksek oksidasyon stabilitesine sahip susam yağı yüksek miktarda antioksidan ve tokoferol içeriğine katkıda bulunmuştur. Bu çalışmanın amacı öncelikle uygulamalardan sonraki yağ verimini tespit etmektir. Yağ verimi hem öğütülen hem de öğütülmemiş susam tohumlarında incelenmiştir. Kütle denkliği yardımıyla pres yağı ve küspedeki yağ miktarları kullanılarak yağ verimi hesaplanmıştır. Öğütülmüş susam tohumlarında yağ verimi sırasıyla %38.8'den %56.0'a (kavurmalar), %68.8'e (orta güçteki mikrodalga uygulaması), %70.0'a (yüksek güçteki mikrodalga uygulaması) ve %63.8'e (%96 etanollü ultrasonik uygulama) yükselmiştir. Sonuç olarak, herbir uygulama kendi içinde yağ verimi ve kalite parametreleri bakımından etkilere sahip olmuştur. Mesela ultrasonik uygulama için etanol konsantrasyonu, süre, enerji gücü ve katı/sıvı oranı kendi içerisinde farklı sonuçlar vermiştir. Fakat açıkça görülmektedir ki kavurma ve mikrodalga uygulaması hem verim hem de diğer özellikler açısından en iyi sonuçları vermiştir. Endüstriyel ölçekte orta/yüksek güçteki mikrodalga uygulaması veya kavurma uygulanarak yüksek verimde ve fonsiyonel özellikte kalitede ürünler elde edilebilir.