LEE- Gıda Mühendisliği-Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Yazar "Güven Çapanoğlu, Esra" ile LEE- Gıda Mühendisliği-Doktora'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeInvestigating the valorisation potential of hazelnut by-products: Transforming waste into functional food ingredients(Graduate School, 2022-12-09) Ceylan, Fatma Duygu ; Güven Çapanoğlu, Esra ; 506152501 ; Food EngineeringHazelnuts are one of the most widely consumed nuts around the world. Considering the nutritional value of hazelnuts, a wide range of hazelnut-based food products are available in the market. Nevertheless, the processing of hazelnuts generates a large number of by-products and waste. The most valuable by-products of the hazelnut industry are shell, skin, and meal. These by-products are rich in bioactive compounds, protein, dietary fibre, mono- and polyunsaturated fatty acids, vitamins, minerals, phytosterols, and squalene. The current utilisation of hazelnut by-products is mostly limited to animal feed supplementation of hazelnut meal and skin and use as a low-value heat source for the shells. However, disposing of these by-products or using them as a low-value heat source or animal feed supplementation results in significant waste of a natural resource rich in nutritional components. Consequently, valorising hazelnut by-products as bioactive ingredients in diverse fields such as food, pharmaceutics and cosmetics has stimulated interest among scientists, producers, and consumers. In light of the above, a research strategy to investigate the valorisation potential of hazelnut by-products has been developed. The objectives of this Ph.D. dissertation were (i) to valorise hazelnut meal and explore the potential anti-obesity and antioxidant activities of its protein hydrolysates; (ii) to investigate the effect of the hydrolysis strategy (single or sequential hydrolysis) using Alcalase and Neutrase, as well as the application of microfluidization pretreatment on these activities and the functional properties of the protein isolates and hydrolysates; (iii) to examine the formation of the protein-polyphenol complex from dephenolised hazelnut meal protein isolates (dHPI) and hazelnut skin phenolic extracts (HSE); (iv) to monitor the bioaccessibility of hazelnut proteins and polyphenols after protein-polyphenol complexation. Two different research studies (Chapters 3-4) were conducted in line with these purposes. Firstly, hydrolysates of hazelnut proteins obtained with Alcalase and Neutrase were mainly examined for their physicochemical properties, potential anti-obesity effects, antioxidant capacities, and emulsifying properties (Chapter 3). Later on, protein-polyphenol complexes formed from dephenolised hazelnut meal protein isolates (dHPI) and hazelnut skin phenolic extracts (HSE) were investigated as well as their effects on bioaccessibility (Chapter 4). The background and objectives of this Ph.D. dissertation are introduced in the first chapter. Following that, an overview of current scientific knowledge about the main and most valuable hazelnut by-products and their actual valorisation, focusing on their chemical composition to inspire new applications of these valuable resources and fully exploit their potential, has been reviewed in the second part. In the third part, hazelnut meal protein hydrolysates obtained by a single or combined hydrolysis by Alcalase and Neutrase were mainly characterised for their physicochemical properties (SDS‒PAGE, particle size distribution, Fourier transform infrared, molecular weight distribution, etc.) and potential anti-obesity effect (FFA release inhibition), antioxidant activity (DPPH and ABTS methods), and emulsifying properties. The impact of microfluidization pretreatment was also investigated. The combination of Alcalase with Neutrase permitted the highest degree of hydrolysis (DH) (15.57%) of hazelnut protein isolate, which resulted in hydrolysates with the highest amount of low molecular weight peptides, as indicated by size exclusion chromatography (SEC) and SDS‒PAGE. There was a positive correlation between the degree of hydrolysis and the inhibition of FFA release by pancreatic lipase, with a significant positive effect of microfluidization when followed by Alcalase hydrolysis. Microfluidization enhanced the emulsifying activity index (EAI) of protein isolates and hydrolysates. Low hydrolysis by Neutrase had the best effect on the EAI (84.32 (NH) and 88.04 m2/g (MFNH)), while a negative correlation between the emulsifying stability index (ESI) and the DH was observed. Again, the combined Alcalase-Neutrase hydrolysates displayed the highest radical scavenging activities (96.63% DPPH and 98.31% ABTS). FTIR results showed that the application of microfluidization caused the unfolding of the protein structure. The individual or combined application of the Alcalase and Neutrase enzymes caused a switch from the β-sheet organization of the proteins to α-helix structures. In conclusion, hazelnut meal may be a good source of bioactive and functional peptides. The control of its enzymatic hydrolysis, together with an appropriate pretreatment such as microfluidization, may be crucial to achieve the best suitable activity. In the fourth part, the formation of the protein-polyphenol complex from dephenolised hazelnut meal protein isolates (dHPI) and hazelnut skin phenolic extracts (HSE), as well as its effect on the bioaccessibility of both hazelnut proteins and polyphenols, were investigated. The dHPI+HSE complexes were of considerable size and dependent on HSE concentration due to the occurrence of aggregation. Although catechin was the main component of HSE, it did not cause aggregation, except for a slight rise in particle size. According to fluorescence quenching, the hazelnut protein-phenolic extract complex had a linear Stern-Volmer plot expressing static quenching between 0-0.5 mM concentrations, and the interaction was mainly dependent on hydrogen bonding and van der Waals forces (ΔH<0 and ΔS<0) and the reaction was spontaneous (ΔG<0). According to Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy results, higher phenolic extract concentration caused an increase in irregular structures in hazelnut protein, while the lowest phenolic concentration and catechin altered the regular structure. Skin extracts did not alter the digestibility of dephenolised proteins, but dephenolisation reduced the degree of hydrolysis by pancreatin. The formation of the protein-polyphenol complex had a beneficial effect on the bioaccessibility of hazelnut skin polyphenols predominantly on the gallolated form of the catechins such as gallocatechin gallate and epigallocatechin gallate. The final part presents the general discussions and conclusions, as well as future perspectives on the valorisation of hazelnut by-products, based on the findings of the previous chapters. A by-product of the hazelnut oil industry, hazelnut meal, was valorised as a source of bioactive peptides with an emphasis on their potential anti-obesity and antioxidant properties. First, hazelnut meal protein isolates were treated with microfluidization to improve their hydrolysis and functional properties. Then, sequential or individual hydrolysis by Neutrase and Alcalase was performed to prepare the protein hydrolysates. Finally, by combining Alcalase and Neutrase hydrolysis, we achieved the highest degrees of hydrolysis (DH), inhibiting FFA release by pancreatic lipase and scavenging free radicals. Regarding anti-obesity and antioxidant properties, hazelnut protein hydrolysates have the potential as functional food ingredients. Therefore, it is important to understand the process for protein processing (pretreatment, degree of hydrolysis, etc.) based on its intended application. Protein-polyphenol interactions improved the bioavailability of hazelnut skin polyphenols, particularly the gallolated form of catechins like gallocatechin gallate (GCG) and epigallocatechin gallate (EGCG). In recent years, researchers have focused on polyphenolic compounds and plant-based proteins isolated from natural sources. It is essential in vegan formulations such as foam-like products (mousse) or emulsions (mayonnaise), where the functional properties of proteins are crucial. Additionally, there is no consensus on whether protein-phenolic interactions affect polyphenol bioavailability positively or negatively. Consequently, more research needs to be conducted on this subject and reported in the literature.
-
ÖgeMercimek proteini ile soğan kabuğu fenolikleri interaksiyonunun fonksiyonel özellikler ve biyoaktivite üzerine etkisi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-04-24) Köroğlu, Deniz Günal ; Güven Çapanoğlu, Esra ; Gıda MühendisliğiFenolik bileşikler bitkilerde bulunan antioksidan özelliğe sahip bileşiklerdir. Tüketicilerin sağlıklı tercihlere yönelmesi ile birlikte, bitkilerden saflaştırılan fenolik bileşikler özellikle sentetik antioksidanlar yerine veya fonksiyonel gıdalarda bileşen olarak kullanılmaktadır. Bunun yanında, her geçen gün büyümekte olan gıda sektöründe büyük oranlarda gıda atıkları oluşmakta ve çevre kirliliği gibi birçok soruna neden olmaktadır. Doğal bir kaynak olan gıda atıklarından fenolik bileşiklerin geri kazanılması, gıda atıklarının tekrar kullanılması için olanak sağlamaktadır. Özellikle işlenmiş soğana talebin son yıllarda artması, soğan atıklarının çoğalmasına sebep olmuştur. Soğanın iç kısmının fenolik bileşikler yönünden zengin olmasına karşın benzer fenolik profiline sahip olan kabuk kısmının fenolik madde miktarı daha fazladır; fakat bu kısım gıda hazırlama sürecinde atılmaktadır. Bu çalışmanın amacı (1) floresan sönümleme ile mercimek proteini~soğan kabuğu fenolik ekstraktı kompleks oluşum mekanizmasını analiz etmek, in-vitro gastrointestinal sindirilebilirlikleri ile birlikte (2) model sistemlerde protein fonksiyonel özellikleri üzerine etkisini ve (3) fonksiyonel bir gıda ürününde kompleks oluşumunun etkilerini tanımlamaktır. İlk aşama olarak, mercimek proteinleri ile fenolik ekstraktların kompleks oluşum mekanizması hakkında bilgi almak amacıyla floresan sönümle analizi yapılmıştır. Her iki ekstraktın, mercimek proteinlerinin floresan yoğunluğunda konsantrasyonlarına bağlı olarak düşmeye sebep olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, kırmızı soğan kabuğu fenolik ekstraktının sarı soğan kabuğu fenolik ekstraktına kıyasla daha düşük konsantrasyonlarda sönümleme etkisi olduğu belirlenmiştir. Mercimek proteini~sarı soğan kabuğu fenolik ekstraktı kompleksi için mercimek proteininin maksimum emisyonunda maviye kayma olmuştur. Diğer bir deyişle, interaksiyona giren fenolik grubunun proteinin içinde gömülü olduğunu göstermiştir. Ayrıca, kompleks oluşumu doğrusal bir Stern-Volmer grafiği ile statik söndürmeyi ifade etmektedir. Mercimek proteini~sarı soğan kabuğu fenolik ekstraktı kompleksinin termodinamik parametreleri hesaplanmıştır. Etkileşimin baskın olarak hidrofobik, entalpi güdümlü olduğu ve kendiliğinden gerçekleşmediği bulgusuna ulaşılmıştır. Mercimek proteini~kırmızı soğan kabuğu fenolik ekstraktı kompleksi için kırmızıya kayma, yani proteinlerin yapısal açılımını ifade etmektedir. Diğer bir yandan, Stern-Volmer grafiği doğrusal değildir. Dinamik ve statik olmak üzere iki sönümleme mekanizmasının mercimek proteini~kırmızı soğan kabuğu fenolik ekstraktı kompleksi için aynı anda meydana geldiği "eylem alanı modeli" (sphere of action) söz konusudur. Çalışmanın ikinci aşamasında, protein-fenolik interaksiyonunun mercimek proteinlerinin fonksiyonel özellikleri üzerine ve farklı sistemlerin (fenolik ekstrakt çözeltileri, protein-fenolik çözeltileri, emülsiyonlar) in-vitro gastrointestinal sindirilebilirliği üzerine etkileri araştırılmıştır. Fenolik bileşiklerin varlığı konsantrasyona bağlı olarak mercimek proteinlerinin çözünürlüğü, köpürme ve emülsiyon özelliklerini olumsuz etkilemiştir ve Pearson korelasyon katsayısı analizi ile fenolik konsantrasyonunun proteinlerin bu fonksiyonel özellikleri ile ilişkisinin negatif olduğu da belirlenmiştir. Farklı model sistemlerde (fenolik ekstrakt çözeltileri, protein-fenolik çözeltileri, emülsiyonlar) in-vitro gastrointestinal sindirim öncesi, toplam fenolik madde miktarları büyükten küçüğe sırasıyla ekstrakt çözeltisi, emülsiyon ve protein-fenolik çözeltisi şeklindedir. Mercimek proteini varlığında toplam fenolik madde miktarında düşme vardır. Toplam fenolik madde miktarı mide fazından sonra ekstrakt çözeltileri ve emülsiyonlarda düşmüştür ve protein-fenolik çözeltilerinde ise sindirim öncesi değerlere benzerdir. Bütün çözelti sistemlerinde, aynı çözelti için toplam fenolik madde miktarı bağırsak fazında en yüksektir. Antioksidan aktivite değerleri toplam fenolik madde sonuçları ile benzer değişmiştir. Protokateşik asit ve fenolik asit türevleri çözelti içerisindeki diğer fenolik bileşiklerin parçalanmasından dolayı sindirim öncesi değerlerinin neredeyse iki katı olmuştur. Kırmızı soğan kabuğu fenolik ekstraktında belirlenmiş her bir antosiyaninin miktarı sindirim öncesinde emülsiyon~ekstrakt çözeltisi>protein-fenolik çözeltisi şeklinde iken mide fazından sonra emülsiyon>ekstrakt çözeltisi~protein-fenolik çözeltisi şeklindedir. Bağırsak fazından sonra ise ekstrakt çözeltilerindeki antosiyanin miktarı diğerlerine kıyasla daha fazladır. Antosiyaninler protein içeren sistemlerde sindirim sonunda daha az tanımlanabilmiştir. Mercimek proteinlerinin varlığıyla sindirim öncesi her bir fenolik bileşiğin miktarında azalma gözlenmiştir. Bu azalma kuersetin ve türevleri için daha fazla olmuştur. Mide fazından sonra kuersetin ve türevlerinin miktarı düşmüş, bağırsak fazından sonra mide fazına benzer olmuştur. Bu durum, toplam fenolik madde miktarında ve antioksidan kapasitesinde gözlemlenen belirgin düşmenin sebebi olarak düşünülmüştür. Tüm sistemlerde bağırsak fazından sonra kuersetin tespit edilmezken, kuersetin türevleri emülsiyonlarda en yüksektir. Protein varlığında, model bir sistemde, her bir fenolik bileşiğin in-vitro gastrointestinal sindirimden farklı etkilendiği gözlenmiştir. Üçüncü aşamada, iki farklı oranda fenolik (soğan kabuğu tozu, soğan kabuğu fenolik ekstraktı ve kuersetin) içeren fonksiyonel krakerlerde fenolik içerikte/antioksidan aktivitede değişim protein-fenolik interaksiyonları dikkate alınarak değerlendirilmiştir. Fonksiyonel krakerler benzer besin değerlerine (p>0.05), daha düşük L* ve daha yüksek a* değerlerine sahiptir. b* değeri daha yüksek oranda soğan kabuğu tozu veya soğan kabuğu fenolik esktraktı ile düşmüş, kuersetin katkısı ile artmıştır. Fonksiyonel krakerlerde fenolik/antioksidan geri kazanımı fenolik oranı arttıkça azalmıştır ve kuersetin 7,4-diglikozit miktarı teorik değerden düşük bulunmuşken kuersetin miktarı yüksektir. İn-vitro gastrointestinal sindirim krakerlerde uygulanmıştır ve fenolik/antioksidan/protein ulaşılabilirliği belirlenmiştir. Fenolik (BIF) ve antioksidan (BIA) biyoerişilebilirlik indeksi in-vitro gastrointestinal sindirim öncesi ve sonrası toplam fenolik madde miktarı ve antioksidan aktiviteye göre hesaplanmıştır. Fonksiyonel krakerlerde BIF değeri küçükten büyüğe soğan kabuğu tozu, soğan kabuğu fenolik ekstraktı ve kuersetin eklenen krakerler şeklinde iken, BIA değerleri kuersetin eklenen krakerlerde en düşüktür. Kuersetin sadece soğan kabuğu fenolik ekstraktı içeren buğday veya mercimek krakerinde tanımlanabilmiştir. Ağız ve mide fazında tüm fonksiyonel buğday krakerlerinde TCA'da çöken peptid miktarı kontrolden küçüktür. Sindirim sonunda buğday krakerlerinin TCA'da çöken peptitleri tanımlanamamıştır. Ağız fazından sonra fonksiyonel mercimek krakerlerinin TCA'da çöken peptid miktarı birbirine yakın (p<0,05) kontrolden küçüktür, mide fazından sonra ise fazladır. Bağırsak fazından sonra TCA'da çöken protein miktarı kuersetin içeren mercimek krakerinde en düşüktür. Gastrointestinal sindirim boyunca genel olarak TCA'da çöken peptid miktarı azalırken, serbest amino grupları miktarında artış gözlenmiştir. Ağız fazından sonra serbest amino grupları miktarı kontrol krakerlere istatistiksel olarak benzer olmuştur (p<0.05). Mide ve bağırsak fazından sonra ise buğday krakerlerinde kontrole kıyasla daha düşük miktarda serbest amino grupları miktarı saptanmıştır. Mide fazından sonra fonksiyonel mercimek krakerlerinin serbest amino miktarı kontrolden yüksektir, bağırsak fazından sonra ise düşüktür. Sonuç olarak, sarı ve kırmızı soğan kabuğu fenoliklerinin mercimek proteinleri ile interaksiyon mekanizması bu çalışma ile ilk defa araştırılmıştır ve her iki ekstraktın farklı yollarla interaksiyona girdiği belirlenmiştir. Bu doktora çalışması, soğan kabuğu fenoliklerin mercimek proteinlerinin fonksiyonel özellikleri üzerine belirgin etkisi olduğunu ve özellikle protein varlığında fenoliklerin biyoerişilebilirliğinin hem model sistemlerde hem de bir gıda matriksinde önemli ölçüde etkilendiğini gösteren özgün bir çalışmadır.