LEE- Gıda Mühendisliği-Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 19
-
ÖgeValorization of plum peels for recovery of phenolic compounds by novel extraction technologies: Characterization, optimization, encapsulation, and functional food application(Graduate School, 2023-08-16)During the last two decades, the use of fruits and vegetables and their wastes as sources of phenolic compounds became widespread due to the various health benefits of these components such as antioxidant, anticancer, anti-diabetic, neuroprotective, anti-inflammatory and antimicrobial effects. The richness of the extracts in phenolic compounds is too much related to the source from where they are extracted as well as the extraction method used and its parameters. In this regards, novel extraction techniques were developed and optimized in order to improve the quality and the yield of extraction comparing to conventional method. However, after extraction, phenolic compounds become prone to degradation through different reactions that may reduce their functional properties and stability. Thus, encapsulation became widely adopted nowadays to protect these bioactive compounds from degradation, to facilitate their storage and to allow their gradual release in the correct time and place (in food products and/or in the human body). Spray drying is one of the best methods for the encapsulation of phenolic compounds but its efficiency strongly depends on the process parameters and the coating materials utilized. In this context, plum (Prunus domestica) peels were selected as the source of phenolic compounds for this research due to the limited studies dealing with the extraction and encapsulation of its phenolic compounds according to the literature. In this research, microwave assisted extraction and ultrasound assisted extraction of phenolic compounds from plum peels were optimized and compared to conventional solvent extraction in terms of total phenolic compounds and total antioxidant capacity. The spray drying encapsulation process was optimized using response surface methodology and the physicochemical and thermal properties as well as the storage stability of the encapsulated powder obtained under optimum conditions were evaluated. Utilization of encapsulated powder in functional food application and the effect on its sensory and physicochemical properties, bioaccessibility of phenolic compounds and storage stability of the food matrix were investigated. Conventional solvent extraction (CSE) was optimized using response surface methodology (RSM). The effect of four independent variables namely extraction temperature (20-60°C), ethanol concentration (40-80%), liquid/solid ratio (30:1-70:1 mL/g) and extraction time (30-120 min) on the extracted amount of total phenolic compounds (TPC) was investigated. Results showed that only temperature and liquid/solid ratio affected significantly (p<0.05) the TPC values. The determination coefficient (R2) was equal to 98.54%. The optimum extraction conditions were as follow: extraction temperature, 60 °C; ethanol concentration, 50%, liquid/solid ratio, 70 mL/g; and extraction time, 30 min. Under these optimal conditions, the experimental value of TPC (37.92 mg GAE/g dw) was in strong agreement with the predicted one (37.89 mg GAE/g dw). For the optimization of microwave assisted extraction (MAE) of phenolic compounds from purple plum (Prunus domestica) peels using response surface methodology, a Box Behnken Design (BBD) was arranged and the effect of three independent variables namely microwave power (140-700 W), irradiation time (30-150 s) and liquid/solid ratio (30:1-70:1) on total phenolic compounds (TPC) and total antioxidant capacity (CUPRAC) of extracts was investigated. The three factors showed significant effects (p<0.05) on TPC and CUPRAC values. The determination coefficients (R2) for TPC and CUPRAC were 99.07% and 99.64% respectively and the lack of fit wasn't significant (p>0.05) for both responses. The optimum extraction conditions were as follows: microwave power, 700 W; irradiation time, 135 s and liquid/solid ratio, 70 mL/g. Under these conditions, the experimental values of TPC (37.77 mg GAE/g dw) and CUPRAC (93.84 mg TEAC/g dw) were in strong agreement with the predicted ones (37.16 mg GAE/g dw for TPC and 93.66 mg TEAC/g dw for CUPRAC). As for the RSM optimization of ultrasound assisted extraction (UAE), the Box Behnken Design (BBD) was arranged with three independent variables which are ultrasonic power (10, 35 and 60%), ultrasonication time (0.5, 3 and 5.5 min) and liquid/solid ratio (30:1, 50:1 and 70:1) and the dependent variables were the total phenolic compounds (TPC) and total antioxidant capacity (CUPRAC) of extracts. The three factors showed significant effects (p<0.05) on the response variables TPC and CUPRAC. The determination coefficients (R2) for TPC and CUPRAC were 97.35% and 98.51% respectively. The optimum extraction conditions were as follows: ultrasonic power, 40%; sonication time, 5.5 min and liquid/solid ratio, 70 mL/g. The experimental values of TPC (38.75 mg GAE/g dw) and CUPRAC (94.81 mg TAEC/g dw) measured under these optimum conditions were in strong agreement with the predicted values (38.04 mg GAE/g dw for TPC and 94.42 mg TEAC/g dw for CUPRAC). Comparing to conventional solvent extraction (CSE), MAE at optimum conditions gave similar TPC, CUPRAC, DPPH and FRAP values, higher ABTS value and reduced the extraction time from 30 min for CSE to 135 s. In addition, the optimized UAE produced similar TPC, DPPH and FRAP values, higher CUPRAC and ABTS values and reduced the extraction time from 30 min to 5.5 min. MAE and UAE are easier and less time consuming than CSE. In addition, they can preserve the antioxidant capacity of phenolic compounds in a better way and they are more efficient for large scale extraction. Particularly, MAE extraction is the fastest and the easiest between the three methods. It is less energy consuming than the two other methods and needs less efforts and control during extraction process. For these reasons, MAE was selected for preparing the phenolic extract that was used for encapsulation studies. The HPLC-DAD (Diode Array Detector) analysis of the optimized CSE, MAE and UAE extracts revealed the presence of catechin, rutin, cyanidin-3-galactoside and cyanidin-3-glucoside with slightly different amounts. These molecules are famous for their potential functional properties and health benefits. Optimum conditions of encapsulation of plum peels extract using spray drying was investigated. Maltodextrin percentage in the coating material (30% - 70%), coating to core ratio (2:1 - 4:1) and air inlet temperature (130 °C - 190 °C) were selected as the independent variables according to a Box Behnken design, and their effects on response variables (encapsulation yield, encapsulation efficiency and moisture content) were evaluated. Optimum conditions were a maltodextrin percentage of 60%, a coating to core ratio of 4:1 and an inlet temperature of 190 °C. Under these conditions, the experimental response variables were an encapsulation efficiency of 94.64%, an encapsulation yield of 76.97% and a moisture content of 1.29 % and were in strong agreement with predicted values. Characterization of optimum powder properties was realized by measuring solubility, hygroscopicity, water activity, bulk density, total phenolic content, total antioxidant capacity and color parameters. In addition, advanced analyses like particle size distribution, zeta potential, scan electron microscopy (SEM), differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared (FTIR) were conducted to further investigate the structure and the stability of the powder. Furthermore, the antioxidant capacity and color stability of the encapsulated phenolic extract in the optimum conditions were evaluated during a storage period of two months. Results revealed that the optimum microcapsules had high solubility and encapsulation efficiency, acceptable electrical and thermal stability and good morphological structure. Microcapsules color and antioxidant capacity were preserved during storage. Cacao cupcakes were enriched with the encapsulated phenolic compounds by replacing 1, 2 and 3% of the flour with the optimum encapsulated powder. The effect of this enrichment on the sensory attributes and storage stability of cakes, and the bioaccessibility of phenolic compounds in this food product were investigated. Results showed that the enriched cakes with 1% phenolic microcapsules were more acceptable than those enriched with 2% and 3%. A light unpleasant bitter taste especially for cakes enriched with 3 % phenolic microcapsules was detected by panelists. The enrichment of cakes did not negatively affect the crust and crumb colors according to the sensory results and color measurements. This enrichment slightly increased the phenolic content of cacao cupcakes and improved their antioxidant capacity. For the storage stability, the peroxide values were low and stable for all cakes and weren't influenced by the addition of microcapsules. The phenolic content, the antioxidant capacity and the color of cakes did not change too much during storage revealing the stability of cakes during 2 weeks at room temperature. The high bioaccessibility of phenolic compounds for control and enriched cakes in both gastric and intestinal phases implied that the produced cakes can be potential sources of phenolic compounds with various health benefits. The conducted studies showed that RSM was effective in optimizing the extraction and encapsulation of phenolic compounds from plum peels. MAE and UAE were shown to be more efficient than CSE. The obtained microcapsules were of high quality with low moisture content, high yield and encapsulation efficiency, and good storage stability. When added to cacao cupcakes, the microcapsules enhanced their phenolic content and antioxidant capacity, without affecting their color or texture. However, they did give a slight bitter taste and aftertaste. Overall, the study suggests that these cakes could potentially provide various health benefits due to their high phenolic content. It is recommended to add the obtained phenolic microcapsules to other products such as cheese, bitter chocolate or beverages due to the absence of using very high temperatures during their process. The phenolic microcapsules can also be used in pharmaceutical products. Besides, the optimum conditions for extraction and spray drying encapsulation can be utilized for phenolic compounds from other similar sources. In addition, further studies trying the encapsulation of phenolic compounds from plum peels using other techniques and other different coating materials are needed in order to effectively mask the unpleasant bitter taste and make their addition to different food products unremarkable and more efficient.
-
ÖgeKakao alkalizasyonu prosesinin optimizasyonu ve kalite üzerindeki etkisinin incelenmesi(Graduate School, 2025-03-05)Kakao tozu alkalizasyonunda, geleneksel olarak, sodyum hidroksit (NaOH), potasyum hidroksit (KOH) ve potasyum karbonat (K2CO3) gibi alkali maddeler kullanılmaktadır. Ancak, bu yöntemler sert kimyasallar ve enerji yoğun prosedürler içerdiğinden önemli çevresel endişelere yol açmaktadır. Alkalizasyon prosesi için, su (H2O), güvenliği, minimum zararlı yan ürünleri ve erişilebilirliği nedeniyle umut verici bir alternatif olarak ortaya çıkmaktadır. Bu tez kapsamında, H2O'nun alkalizasyon özellikleri incelenmiş ve sonuçlar NaOH ve KOH alkalizasyonları ile karşılaştırarak daha yeşil bir alkalizasyon süreci geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Çalışmada, H2O, NaOH ve KOH ile işlenmiş kakao tozlarının partikül boyutu dağılımı (PSD), pH değişimi, renk değişimi, antioksidan kapasitesi, fenolik profili ve aroma profili araştırılmıştır. Alkalize kakao tozu numuneleri öğütüldükten sonra PSD analiz yapılmış ve partikül boyutunun D90 değerinin <250 µm altında ölçülmüştür. Natürel toz kakao renk değerleri L*: 49,99±0,01, a*: 11,94±0,01, b*: 22,99±0,03 olarak ölçülmüştür. H2O ile müdahale edilen toz kakaolarda renk ölçüm sonuçları incelendiğinde önemli değişikliğin L* değeri üzerinde olduğu görülmüştür (p<0.05). Sıcaklığın L*, a*, b* değerleri üzerinde farklılık oluşturacak seviyede bir etkisi olduğu görülmüştür. Alkali çözelti olarak H2O kullanıldığında ΔE değerleri 3,36-12,21 arasında elde edilmiştir. İnteraksiyon incelemesinde ise alkali solüsyon ve sıcaklığın, renk değişimi üzerinde etkisinin önemli olduğu görülmüştür (p<0,05). NaOH kullanılarak alkalize edilen toz kakaolarda renk ölçüm sonuçları incelendiğinde istatiksel açıdan önemli değişikliğin proses parametrelerine bağlı olarak L*, a*, b* değerleri üzerinde etkili olduğu görülmüştür (p<0.05). Alkali çözelti olarak NaOH kullanıldığında ΔE değerleri 6,1-24,2 arasında elde edilmiştir, bu da NaOH alkalizasyonu ile belirgin bir renk değişiminin olduğunu söylememizi sağlamıştır. Sıcaklığın, NaOH alkalizasyonu numunelerinin L* ve b* değerleri üzerinde istatiksel olarak anlamlı lineer etkisi bulunduğu görülmüştür (p<0.05). Kullanılan alkali solüsyon miktarının ise L*, a* ve b* değerleri üzerinde lineer etkisinin olduğu gözlemlenmiştir (p<0.05). Proses süresinin ise L* ve b* değerleri üzerinde lineer etkisinin anlamlı olduğu bulunmuştur (p<0.05). Proses faktörleri arasındaki etkileşim incelendiğinde ise uygulanan sıcaklık ile kullanılan alkali solüsyon miktarının L* ve a* değerleri üzerinde anlamlı etkisinin olduğu gözlemlenmiştir (p<0.05). Alkali çözelti olarak KOH alkali ajanı kullanıldığında ΔE değerleri 9,5-23,3 arasında elde edildiği görüşmüştür, bu da KOH alkalizasyonu ile belirgin bir renk değişiminin olduğunu söylememizi sağlamıştır. Sıcaklığın KOH alkalizasyonu numunelerinin L* ve b* değerleri üzerinde istatiksel olarak anlamlı lineer etkisi bulunduğu görülmüştür (p<0.05). Kullanılan alkali solüsyon miktarının ise L* ve b* değerleri üzerinde lineer etkisinin önemli olduğu gözlemlenmiştir (p<0.05). Proses faktörleri arasındaki etkileşim incelendiğinde ise uygulanan sıcaklık ile kullanılan alkali solüsyon miktarının KOH alkalizasyonu numunelerinin L* ve a* değerleri üzerinde anlamlı etkisinin olduğu gözlemlenmiştir (p<0.05). Alkalizasyon kakao tozlarının rengini önemli ölçüde etkilemiştir. NaOH ve KOH daha koyu bir renk üretirken, proses optimizasyonu ile hem H2O hem de NaOH ve KOH alkalizasyonları sonucunda benzer renk niteliklerine (ΔE<3) sahip alkalize toz kakao elde edilmiştir. H2O ile alkalize edilmiş kakao tozu numuneleri ile NaOH ve KOH alkalize kakao tozları arasında antioksidan kapasite ve toplam fenolik madde miktarı (TPC) açısından önemli farklılıklar gözlenmiştir. Kontrol olarak natürel kakao tozunun antioksidan kapasitesi DPPH radikallerini yakalama gücü yöntemiyle 311,6±2,6 TEAC mg/100g olarak bulunmuştur. Bakır iyonlarını indirgeme gücü (CUPRAC) yöntemi kullanılarak ise natürel kakao tozu antioksidan kapasitesinin 1370±155 TEAC mg/100g olarak ölçülmüştür. DPPH ve CUPRAC yöntemleri ile ölçülen antioksidan kapasite, H2O ile alkalize edilmiş örneklerde sırasıyla 295,5-317,7 TEAC mg/100 g ve 835-1809 TEAC mg/100 g, NaOH ile muamele edilmiş örneklerde sırasıyla 256,6-306,2 TEAC mg/100 g ve 171-849 TEAC mg/100 g, KOH ile alkalize edilmiş örneklerde sırasıyla 267,6-298,4 TEAC mg/100g ve 26-1349 TEAC mg/100g olarak ölçülmüştür. H2O uygulamasına ait numunelerin DPPH ve CUPRAC antioksidan analiz sonuçları incelendiğinde H2O'nun antioksidan kapasitesi üzerinde NaOH ve KOH'e göre sınırlı ya da önemli bir etkisinin olmadığı görülmüştür (p<0.05). Bu durum H2O alkalizasyonu sırasında antioksidan aktivitesinden sorumlu fenolik bileşiklerin önemli bir miktarının korunmasıyla açıklanabilir. Bu öneriye ilave olarak H2O alkalizasyonu sırasında pH değişiminin sınırlı olması antioksidan aktivitesinden sorumlu fenolik bileşikleri stabil kalmasını sağladığı düşünülebilir. Bunu destekler şekilde hem DPPH hem de CUPRAC analizlerinin gösterdiği gibi, NaOH ve KOH alkalizasyonundan sonra antioksidan aktivitesinde önemli bir azalma gözlemlenmiştir. NaOH ve KOH alkalizasyonunun kakao tozunun antioksidan özellikleri üzerinde belirgin bir etkiye sahip olduğunu göstermiştir (p<0.05). Natürel kakao tozu toplam fenolik madde miktarı 363,8±45,3 mg GAE/100 g olarak bulunmuştur. Toplam fenolik madde miktarı, H2O ile muamele edilmiş kakao tozunda 281,3-321,6 GAE mg/100 g, NaOH ile alkalize edilmiş numunelerde 95,9-298,6 GAE mg/100 g, KOH ile alkalize edilmiş örneklerde 59,8-297,3 mg GAE/100g aralığında ölçülmüştür. H2O ile alkalizasyondan sonra toplam fenolik madde miktarında azalma gözlemlenmiştir (p>0.05). NaOH ve KOH ile alkalizasyondan sonra daha belirgin bir azalma gözlemlenmiştir (p<0.05), bu da farklı alkalizasyon uygulamalarının numunelerin toplam fenolik madde miktarı üzerindeki etkisinin değişiklik gösterdiğini ortaya koymaktadır. H2O ile yapılan alkalizasyon numunelerinin toplam fenolik madde miktarındaki azalma, NaOH ve KOH kullanılarak yapılan alkalizasyon numunelerindeki toplam fenolik madde miktarındaki azalmaya göre kısıtlı olduğu gözlemlenmiştir. H2O ile yapılan alkalizasyon numunelerinin toplam fenolik madde miktarındaki bu hafif azalma, alkalizasyon sırasında alkali tipine bağlı olarak gerçekleşen pH değişimi ile ilgili olduğu düşünülmektedir. Alkalizasyonda H2O kullanılarak pH değişimi minimize edilmiştir. NaOH ve KOH kullanılmasıyla pH>7.0 olması, toplam fenolik madde miktarındaki dramatik azalmanın oluşan sert koşullarla bağının olduğunu gösterdiği düşünülmektedir. Aroma profili için literatürde kakao aromasının gelişmesi için indikatör olarak kabul edilen trimetilpirazin/tetrametilpirazin (TrMP/TMP) oranları üzerinden bir araştırma yapılmıştır. Bu karşılaştırmaya ilave olarak toplam aroma bileşenleri hem distilat hem de alkalize toz kakaoda incelenmiştir. Alkalizasyon numunelerinin distilat ve alkalize toz kakao TrMP/TMP değerleri incelendiğinde distilatta elde edilen değerler H2O alkalizasyon distilat numunelerinde 1,66-2,17; NaOH alkalizasyon distilat numunelerinde 0,94-1,88; KOH alkalizasyon distilat numunelerinde 0,51-2,92 arasında değişirken alkalize toz kakaoda H2O alkalizasyon numunelerinde 0,78-1,29; NaOH alkalizasyon numunelerinde 0,25-1,18; KOH alkalizasyon numunelerinde 0,28-1,69 arasında değişiklik gösterdiği gözlemlenmiştir. Distilat ile alkalize toz kakaodaki toplam aroma bileşen miktarları incelendiğinde; distilattaki aroma bileşen miktarının H2O alkalizasyon numunelerinde 1,13 ppm ile 8,66 ppm; NaOH alkalizasyon numunelerinde 2,43 ppm ile 16,77 ppm; KOH alkalizasyon numunelerinde 2,74 ppm ile 5,89 ppm arasında değişiklik gösterdiği, alkalize toz kakaoda ise bu oranların H2O alkalizasyon numunelerinde 0,5 ppm ile 1,51 ppm; NaOH alkalizasyon numunelerinde 0,22 ppm ile 0,94 ppm; KOH alkalizasyon numunelerinde 0,18 ppm ile 0,36 ppm arasında değişiklik gösterdiği görülmüştür. Bu veriye dayanarak alkalizasyon sırasında oluşturulan aroma bileşenlerinin büyük bir çoğunluğunun aslında ortamdan nemin uzaklaştırılması ile kaybedildiği söylenebilmektedir. Alkalizasyon sonunda toplam aroma bileşen miktarları ile alkalize toz kakaodaki aroma bileşen miktarları oranlandığında alkalize toz kakaoda toplam aroma bileşenin maksimum H2O alkalizasyon numunelerinde %56,1'i, NaOH alkalizasyon numunelerinde %9,6'sı, KOH alkalizasyon numunelerinde %10,1'i kadarının tutulabildiği görülmüştür. Sonuç olarak H2O ile alkalizasyonun antioksidan kapasite ve toplam fenolik madde miktarı üzerine olumlu yönde önemli bir etkisinin olduğu görülmüştür. Görece yüksek antioksidan kapasite ve toplam fenolik madde miktarı elde edilebileceğini ve aynı zamanda renk gelişiminin de meydana geldiğini gösterilmiştir. Literatürle uyumlu olarak NaOH'in ve KOH'in renk iyileşmesinde önemli bir etkiye sahip olduğu ancak antioksidan kapasite ve toplam fenolik madde miktarında önemli bir azalmaya neden olduğu gösterilmiştir. TrMP/TMP'e dayalı aroma profili analizi, H2O alkalize numunelerin daha yanık, odunsu, fındıksı ve karamel aromalı olduğunu göstermiştir. Buna karşılık, NaOH ile alkalize edilmiş örneklerde daha fazla kakao, kahve, yeşil ve kızartma aromaları olduğu gösterilmiştir. Ancak ileri çalışmalar için nihai ürünün duyusal testleri ve alkalize kakao tozunun tüm aroma bileşiklerinin araştırılması, aroma profilinin daha iyi anlaşılması gerekmektedir. H2O ile alkalizasyon sayesinde düşük ve orta alkalize toz kakaoların üretiminde alkali ajan kullanımının yerine geçilebileceği gösterilmiştir.
-
ÖgeBioprospection of antagonistic yeasts for biocontrolling postharvest pathogenic fungi and physicochemical characterization of a yeast exopolysaccharide(Graduate School, 2023-05-04)The leading cause of food loss or fruit and vegetable waste was associated with fungi-induced postharvest diseases. Since fruit is rich in water, sugar, and essential nutrients, phytopathogenic and/or mycotoxigenic fungi can easily spread and find an ideal habitat, especially in damaged fruits. At this point, synthetic fungicides appear to be the first way of protection. Although these fungicides are efficient and economical, they can develop resistance in fungi, and their toxic residues may pose a health and environmental threat. The European Food Safety Authority (EFSA) has set tight regulations for the maximum pesticide residue levels in crops. It also encourages using low-risk or non-chemical fungicides for health and the environment. Recently, climate change has reduced crop yields and triggered multi-mycotoxin formation. Therefore, there is a need for non-toxic, natural, and efficient bio-fungicides to be used in agroecosystems. Harnessing beneficial microorganisms, especially bacteria, yeasts, and moulds, has emerged as an alternative to synthetic fungicides. Among these microorganisms, antagonistic yeasts have a great potential for biopreservation with their GRAS (generally regarded as safe), biodegradable, non-toxic, genetically stable, and safety characteristics (non-pathogenic without producing antibiotics, mycotoxins, and allergenic spores). Additionally, antagonistic yeasts can use a variety of substances as carbon and energy sources, thereby limiting nutrients for spoilage fungi. They can also tightly attach to fruit and secrete hydrolytic enzymes, volatile organic compounds, mycocin, and biofilm. In line with the United Nations' Sustainable Development Goals of combating hunger and poverty, biocontrol yeasts have sparked much interest as a green and sustainable solution. The biocontrol yeasts can be a viable alternative to synthetic fungicides by bio-managing the notorious fungi and their mycotoxins, increasing agricultural productivity and food security. Regarding yeast metabolites, yeast-based exopolysaccharides (EPS) have received much attention due to their high yields, ease of extraction, and bioactive compounds. Considering the above, a research strategy has been developed to investigate the biocontrol potential of fruit-isolated yeasts against selected fungi on lemons, mandarins, and grapes, along with their exopolysaccharide production and characterization. The objectives of this PhD dissertation were (i) bioprospecting Metschnikowia sp. isolates as biocontrol agents against postharvest fungal decays on lemons with their potential modes of action; (ii) evaluating the combinatorial effect of antagonistic yeasts (Hanseniaspora uvarum, Meyerozyma guilliermondii, and Metschnikowia aff. pulcherrima P01A016) on the bio-management of green mould disease on mandarin fruits; (iii) recruiting grape-isolated Metschnikowia aff. fructicola, Metschnikowia pulcherrima, and Hansenispora uvarum yeasts on the biopreservation of Botrytized grapes; (iv) characterization of a novel exopolysaccharide produced by a cold-adapted yeast Rhodotorula glutinis. Four research concepts (Chapters 3-6) were carried out to accomplish these objectives. Firstly, various fruits (grape, rosehip, hawthorn, blackberry, and cornelian cherry) and leaves were employed for yeast isolation. These yeasts were screened for their in vitro antifungal activity against various fungi. Since the highest antagonism was observed on Penicillium spp., lemons were selected as a substrate for further experiments. Then, pectinase-free antagonistic yeasts were applied to wounded lemon fruits to test their biocontrolling efficacy (Chapter 3). The compatible combinations of three antagonistic yeasts were employed to manage green mould decay on wounded and intact mandarin fruits. Furthermore, the findings were compared to the effectiveness of the synthetic fungicide, imazalil (Chapter 4). Grape-isolated yeasts Metschnikowia aff. fructicola, Metschnikowia pulcherrima, and Hanseniaspora uvarum were used in the biopreservation of grapes against Botrytis cinerea, along with elucidating antifungal mechanisms of action (Chapter 5). Finally, yeast isolates were screened for their exopolysaccharide production capabilities. A blackberry isolate, R. glutinis, was the most promising one with its high yield, characterized by its structural, rheological, antioxidant, and antibiofilm properties (Chapter 6). The research framework and objectives of this PhD thesis are introduced in Chapter 1. Following that, Chapter 2 provided a comprehensive review of the exploitation of antagonistic yeasts for sustainable bio-management of postharvest phytopathogenic and mycotoxigenic fungi in fruits. The potential use of antagonistic yeasts for biocontrol purposes was mentioned, along with explaining their antifungal mechanisms of action. The current literature was screened to determine how antagonistic yeasts could be used with other agents or processes for improved biocontrolling activity. Subsequently, biocontrol yeasts' principles, advantages, disadvantages, and applications for commercial use were discussed. In Chapter 3, eleven distinct yeast cultures of Metschnikowia sp. belonging to six different species were identified using polymerase chain reaction (PCR) with sequence-based analysis of the D1/D2 domain of 26S rDNA. Yeast antagonism (1 × 108 cells/mL) against various fungi (Fusarium oxysporum, Botrytis cinerea, Penicillium digitatum, Penicillium expansum, and Alternaria alternata) was determined through a dual culture method on plates. The highest antagonism was obtained against Penicillium digitatum NRRL 1202 and Penicillium expansum DSM6284 (83.63-100 %). Chitinase activity was present in all of the examined yeasts, while others also exhibited protease, pectinase, cellulase, β-1-3 glucanase, and gelatinase activities. Due to the high pectin content in lemons, three pectinase-free cultures with strong in vitro antagonistic effects on Penicillium were chosen. The interaction of lytic enzyme secretion, biofilm formation, iron depletion, and volatile organic compound (VOC) formation determined the antifungal mechanism of action. Pectinase-free Metschnikowia sp. yeasts significantly reduced the disease incidences and lesion diameters on lemons. M. aff. fructicola had the best biocontrol efficacy against Penicillium on lemons. In Chapter 4, the antagonistic yeasts belonging to genera Hanseniaspora uvarum, Meyerozyma guilliermondii, and Metschnikowia aff. pulcherrima P01A016 were employed to inhibit P. digitatum in wounded and whole mandarins. All yeast cultures (73.85% - 80.64%) and their combinations (1:1, v/v; 1:1:1, v/v/v, 1 × 108 cells/mL) (78.40% - 83.18%) reduced the mycelial growth of green mould in vitro. M. aff. pulcherrima reduced the disease incidence and lesion diameters by 75.5% and 91.3%, respectively, demonstrating the highest biocontrolling activity alone. M. guilliermondii exhibited the highest biofilm formation (OD 0.93 ± 0.01) and antifungal activity (71.13%) via volatile organic compounds (VOCs), whereas H. uvarum exhibited cell-wall degrading β-1,3 glucanase activity in addition to mycocinogenic and VOCs activity. M. guilliermondii and M. aff. pulcherrima (M-1) were the most compatible, while M. aff. pulcherrima and H. uvarum (M-3) had the least compatibility. Combining these three yeasts resulted in synergistic cooperation, demonstrating the highest biocontrolling efficacy in vitro and in vivo. In Chapter 5, grape-isolated yeasts (Metschnikowia aff. fructicola, Metschnikowia pulcherrima, and Hansenispora uvarum) were proposed to control B. cinerea-caused grey mould disease in grapes, while also elucidating their potential inhibitory mechanisms. The antifungal mechanisms included iron depletion, secretion of hydrolytic enzymes, diffusible compounds, inhibition of conidial germination, biofilm formation, wound-site colonisation, and VOC emission. Metschnikowia yeasts yielded comparable in vitro results but in in vivo experiments M. aff. fructicola outperformed all other yeasts. Interestingly, VOCs from H. uvarum held considerable potential as an antifungal biofumigant. All yeasts are adapted well to their ecological niche to protect the grapes against grey mould. In Chapter 6, a novel EPS from R. glutinis was characterized by its monosaccharide composition by high-performance liquid chromatography (HPLC), molecular characterization by Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy, thermal stability by differential scanning calorimetry (DSC), morphological characterization by scanning electron microscopy (SEM), crystallographic characteristics by X-ray diffraction (XRD) analysis, structural characterization by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, antioxidant activity by •OH, DPPH•, CUPRAC, and ABTS radical scavenging activities, and rheological characterization by a rheometer. The findings revealed that EPS was a heteropolysaccharide composed of glucose and galactose. NMR and FT-IR analyses confirmed that the EPS-BMD26 structure had glucose and galactose without mannose. Differential scanning calorimetry (DSC) analysis revealed its thermal stability up to 326.16 °C. Scanning electron microscopy (SEM) revealed the porous microstructure with fissures. X-ray diffraction (XRD) analysis revealed that it was semi-crystalline. It demonstrated moderate and concentration-dependent antioxidant potential through •OH, DPPH•, CUPRAC, and ABTS radical scavenging methods. EPS-BMD26 exhibited high water holding capacity of 190 ± 0.22% with a water solubility index of 60.6 ± 8.3%. The EPS-BMD26 also inhibited biofilm formation by Staphylococcus aureus ATCC 25923 (79.5% inhibition at 1250 ppm). Rheological analysis revealed its shear thinning and pseudoplastic behaviour. Finally, in Chapter 7, based on the main outcomes of the previous chapters, the general discussion, conclusion, and future prospects in the biocontrol yeasts and yeast-derived exopolysaccharides are presented. From a biocontrol perspective, further research is required to examine the relationships between yeast, fungal pathogens, fruit, and microbiome. Integrating antagonistic yeasts with different microorganisms, natural agents, and physical processes can open new opportunities for designing effective microbial consortia for a tailored biofungicide. Further research is required to develop novel yeast-based biofungicides and understand their precise mode of action in large-scale applications.
-
ÖgeProteins and bioactive peptides extraction from food wastes and their modification by different processes to produce functional food products(Graduate School, 2024-05-15)Watermelon seeds (WMS) have valuable protein content and possess health beneficial effects regarding the functional foods. They generally comprise approximately 35-40% protein per weight, rendering them a significant protein reservoir for individuals adhering to vegetarian and vegan diets. Additionally, watermelon seeds encompass healthy fats, including monounsaturated and polyunsaturated fats, which contribute to heart health. Moreover, these seeds boast dietary fiber, facilitating digestion and promoting digestive well-being, alongside serving as a rich source of minerals like magnesium, iron, zinc, and potassium, essential for diverse bodily processes. In terms of health benefits, watermelon seed protein is a nutritious and sustainable plant-based protein source that offers various health benefits and a valuable addition to a post-workout or muscle-building diet. Protein and fiber in watermelon seeds can help promote satiety, which may aid in weight management by reducing overall calorie intake. While watermelon seed protein offers numerous health benefits, it's essential to consume them as a protein source for a balanced. Incorporating watermelon seed protein into the diet of people preferring vegan, vegetarian or healthy diet can be a delicious and convenient way to boost the protein intake and support overall health and well-being. Even though WMS are a potential protein source owing to their high protein content and the balanced amino acid composition, they are often discarded when eating the fruit and actually packed with nutrients, including protein. In terms of valuable contents of bioactive peptides, protein, amino acids and, WMS protein come close to soy protein, being the most broadly used plant protein source so far.
-
ÖgeUV-C ışık uygulamasının taze kesilmiş deveci armutunun dekontaminasyonu ve kalite parametreleri üzerine etkisi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-09-04)Meyve ve sebzeler açısından zengin bir beslenmenin, insanları kanser ve kronik hastalıklara karşı koruduğu ve hastalık riskini azalttığı bilinmektedir. Taze kesilmiş meyveler tüketicilere tüketim kolaylığı, taze benzeri kalite ve çeşitli sağlık yararları ile yüksek duyusal ve besinsel nitelikler sunar. Sağlık yararlarının yanı sıra taze halde tüketim imkanı ve kolaylık sağlaması nedeniyle de son yıllarda popülerleşmektedir. Taze kesilmiş meyvelere uygulanan soyma, çekirdek çıkarma ve kesme gibi mekanik işlemler enzimatik esmerleşme, lezzet bileşenlerinin kaybı, yumuşama ve mikrobiyolojik bozulma gibi biyokimyasal bozulmalara neden olur. Tazeliği korurken, mikrobiyal riski de en aza indirecek yeni teknolojilerin geliştirilmesi, artan talebi karşılamak için önemlidir. Taze kesilmiş ürünlerin kalitesini korumak ve raf ömrünü uzatmak için genellikle modifiye atmosferde ambalajlamayı takip eden bazı kimyasal ön işlemler uygulanır. Kimyasal ön işlemler arasında askorbik asit, sitrik asit ve kalsiyum tuzları kahverengileşme ve yumuşama önleyici maddeler olarak en yaygın olanlarıdır. Modifiye atmosferde ambalajlama uygulaması taze kesilmiş meyvelerin hava bileşimine kıyasla azaltılmış O2 ve yükseltilmiş CO2 altında paketlenmesini içerir. MAA, taze kesilmiş ürünlerde aerobik solunum oranlarını, enzimatik esmerleşmeyi, yumuşamayı ve mikrobiyal büyümeyi azaltır ve böylece raf ömrünü uzatır. Optimum modifiye atmosferler farklı taze ürünler için farklılık gösterir ve genellikle aerobik solunum oranının en aza indirildiği MA olarak alınır. Bu nedenle, taze ürünler için uygun bir MAA tasarımı, optimum MA'nın belirlenebilmesi için O2 ve CO2'den etkilenen solunum hızının ölçülmesini gerektirir. Taze ürünler için optimum MA'ya sahip MAA, ürün tipi, ürün ağırlığı, ürün solunum hızı, gaz konsantrasyonu, depolama sıcaklığı, yüzey alanı ve ambalaj malzemelerinin gaz geçirgenliği gibi çeşitli faktörler göz önünde bulundurularak tasarlanır. Son zamanlarda, taze meyve ve sebzelerde ultraviyole (UV-C) ışınların kullanımı üzerine yapılan araştırmalar, bu teknolojinin, taze ürünlerin raf ömrünü uzatmak için geleneksel ısıl işlem ve kimyasal yöntemlere alternatif olarak önemli bir umut vaat ettiğini göstermiştir. UV-C işleminin etkinliği, UV dozu (J/m2), UV yoğunluğu (W/m2), yüzey özellikleri, başlangıçtaki mikroorganizma yükü ve mikroorganizma türü gibi çeşitli faktörlere bağlıdır. Yüksek verimlilikte üretime olanak sağlayacak koşulların optimize edilmesi, UV-C teknolojisinin ticarileştirilmesi için önemlidir. Bu çalışmanın amacı, taze kesilmiş Deveci armut dilimlerine uygulanan ön işlemler olan esmerleşme/yumuşama önleyici çözeltilere daldırma ve MAA uygulamalarına, UV-C ışınlama uygulamasının optimize edilerek entegre edilmesi ve bu uygulamaların taze kesilmiş armut dilimlerinin raf ömrü ve kalite üzerine etkisinin belirlenmesidir. Bu tez kapsamında, ilk olarak UV-C ışığın armut diliminde penetrasyon derinliği hesaplanmış ve farklı kesitlerdeki dilimler üzerinde ışığın hem enerji penetrasyonunun hem de dokularda etki penetrasyonunun dikkate alınarak şiddete bağlı olarak belirlenmiştir. Daha sonra, meyve dokusundaki esmerleşmenin ve yumuşamanın kontrol edilebilmesi amacıyla taze kesilmiş armuta uygulanacak ön işlem solüsyonu seçilmiştir. Armut meyvesinin en düşük aerobik solunum yaptığı gaz kompozisyonunun tespiti ile optimum MAA koşulları oluşturulmuş ve bu koşullara uygun ambalaj tasarlanarak dilimler ambalajlanmıştır. MA ambalajlama uygulamasının dilimlerin kalite parametreleri üzerine etkileri değerlendirilmiştir. Sonraki aşamada önemli duyusal ve kimyasal kalite kriterlerini olumsuz etkilemeyen, uygulanabilecek maksimum UV-C dozu belirlenmiştir. Yüksek ve düşük doz hızında farklı dozlarda UV-C uygulamasının, petri kutularına ve meyve yüzeyine inoküle edilen patojen mikroorganizmalar Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Penicillium expansum ve Zygosaccharomyces bailii üzerindeki inaktivasyon etkinliğinin belirlenmiş ve kinetik olarak modellenmiştir. Son iş paketinde, taze kesilmiş armutlara ön işlemler, UV-C uygulaması ve MAA sistemi entegre bir şekilde uygulanarak depolama sırasında mikrobiyal, duyusal ve kimyasal kalite üzerine etkileri belirlenmiştir. Armut dilimlerinin ışık geçirgenliğinin ürünün çok ince bir yüzey tabakası ile sınırlı olduğu ve UV-C ışığın belirli derinliklerdeki armut hücrelerinin hem fonksiyonel aktivitesini hem de mikrobiyal hücrelerin canlılığını etkileyebileceği belirlenmiştir. Daha az esmerleşmeye ve sertlik kaybına neden olan %1 sitrik asit + %1 kalsiyum klorür solüsyonu armut dokusundaki enzimatik esmerleşmenin ve yumuşamanın kontrol edilebilmesinde daha etkilidir. Solunum hızını gaz konsantrasyonunun bir fonksiyonu olarak açıklayan en iyi model 'inhibisyonsuz Michaelis-Menten modeli' olmuştur. MAA, %2,1 O2 ve %8,7 CO2'den oluşan denge atmosferi altında solunum hızını azaltmış ve kısa süreli depolama süresi boyunca taze kesilmiş 'Deveci' armut dilimlerinin renk, pH, TSS, TA ve sertlik gibi kalite özelliklerini korumuştur. 5,15 kJ/m2 dk yüksek doz hızı ve 1,30 kJ/m2 dk düşük doz hızında ve 50, 100 ve 150 kJ/m2 UV-C dozları uygulandığında; yüksek doz hızında 50 kJ/m2 UV-C uygulaması, dilimlerde daha az sertlik kaybına ve toplam renk değişimine, daha yüksek L* ve hue açısı değerlerine ve daha düşük a* ve Chroma değerlerine neden olarak dilimlerin kalite parametrelerini daha iyi korumuştur. Besiyeri ortamında iki farklı doz hızında ve 4 farklı mikroorganizma türünün hepsinde mikrobiyal inaktivasyon kinetiğinin modellenmesi sonucu uyumlu bulunan tek model Weibull iken, armut dokusunda tüm mikroorganizmaların Weibull ve Bifazik modellere daha iyi uyum sağladığı görülmüştür. Genel olarak, buzdolabında depolama süresince mikrobiyal yükün artmaması, UV-C uygulaması ve soğuk depolama birlikte uygulandığında gıda güvenliği ve kalitesini korumada etkili bir strateji olduğunu göstermektedir. Meyve dokularının aynı doz uygulansa bile daha uzun süre UV-C ışığına maruz kalması ciddi hücre hasarıyla ilişkilendirilir ve bu da ürünün taze görünümünün hızla azalmasına neden olur. Bu nedenle bu teknolojinin raf ömrünü uzatma etkisi uygulamanın dozuna bağlı olduğu gibi uygulanan dozun şiddetine de bağlıdır. UV-C ve MAA uygulanmasının ayrı ayrı değil, entegre bir şekilde kullanılması armut meyvesinin kalitesinin korunmasını iyileştirmektedir. Ancak bu durum, optimize edilmiş O2/CO2 geçirgenliğine sahip uygun bir MAA filminin gaz konsantrasyonunu ve dolayısıyla ambalaj içindeki meyve solunumunu etkin bir şekilde kontrol etmesi halinde geçerlidir. Taze kesilmiş armutlara ön işlemler, MAA sistemi ve UV-C uygulaması entegre bir şekilde uygulanarak 21 günlük depolama süresi sonunda, 50 kJ/m² UV-C uygulanıp modifiye atmosferde ambalajlamanın (UV50+MAA) mikrobiyal kaliteyi, renk ve sertlik değerlerini, suda çözünen katı içeriğini, titrasyon asitliği miktarını ve pH değerlerini daha iyi korumuştur. UV-C uygulanan dilimlerin PAL enzim aktivitesi, toplam antioksidan kapasite, toplam fenolik madde miktarı ve toplam flavonoid madde miktarı daha yüksektir. Depolama süresi uzaması ile beraber UV-C ışını ve modifiye atmosfer ambalajının birlikte kullanımı dilimlerde gözlenebilecek olumsuz etkileri yavaşlatmakta, mikrobiyal kaliteyi korumakta ve armutların daha uzun süre taze kalmasına yardımcı olarak depolama süresi boyunca kalitenin korunmasına katkıda bulunmaktadır. Bu çalışmalarla, ülkemize özgü olan 'Deveci' armut türünün, yeni bir teknoloji olan UV-C uygulamasının ön işlemler ve MAA sistemine entegre edilip işleme koşulları optimize edilerek literatüre kazandırılmıştır. Böylece 'Deveci' armudundan taze kesilmiş katma değeri yüksek yeni ürünler geliştirilmesine katkı sağlanacaktır. Endüstriyel ölçekte kullanılan sistemlerin etkinliği; tasarımında yapılacak farklı modifikasyonlar ile arttırılabilecek, endüstriyel çaplı ve bilgisayar temelli yeni UV-C reaktörlerinin geliştirilmesine katkı sağlanabilecektir. Taze kesilmiş meyvelerin üretim verimi arttırılacak, depolanması sırasındaki çeşitli problemler giderilecek, ürün kayıpları önlenecek, ürün farklı gıda formülasyonlarına daha kolay entegre edilebilecek ve ürünün kullanımı kolaylaştırılacaktır. Böylece ülkemizde yeni yeni gelişmekte olan taze kesilmiş meyve ve sebze sektöründe, bu ürünlerin endüstriyel olarak işlenebilirliği artacak, israf önlenerek kaliteli alternatif ürünlere işlenebilecektir. Proje kapsamında elde edilen veriler, uluslararası hakemli dergilerde yayınlanacak veya kongrelerde sunulacaktır. Bu çalışmanın benzer çalışmaları tetikleyebileceği ve bilimsel ve endüstriyel kazanımlara katkı sağlayacağı öngörülmektedir.