Kakao alkalizasyonu prosesinin optimizasyonu ve kalite üzerindeki etkisinin incelenmesi

Abstract

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.