Şeker Pancarı Küspesinden Pektin Elde Edilmesi ve Gıdalarda Katkı Maddesi Olarak Kullanılması

Transkript

1 Şeker Pancarı Küspesinden Pektin Elde Edilmesi ve Gıdalarda Katkı Maddesi Olarak Kullanılması A.Bakan 1, A. Muslu 2, Ö.Aslan 1, B.Bahar 1, N. Ozcan 1 1 TUBİTAK Marmara Araştırma Merkezi, Gıda Enstitüsü, Gebze, Kocaeli 2 Yıldız Teknik Üniversitesi, Gıda Mühendisliği Bölümü, İstanbul Ekim 2016, Türkiye 12. Gıda Kongresi, Edirne

2 Pektin Doğal bir polisakkarittir. Bitki hücre duvarında yer alır. Hücre stoplazmasında çözünmüş halde de bulunur. Hücreleri birbirine bağlar ve dokuya sertlik verir. Daha çok meyvelerde bulunur. Yapısı, çeşitli faktörlere (bitki kaynağı, ekstraksiyon koşulları vb.) bağlı olarak değişiklik gösterir.

3 Pektin üretimi (Tarihçe) Pektin ilk olarak 1825 yılında Fransız Kimyacı Henry Braconnot tarafından izole edilmiştir. İlk ticari sıvı pektin üretimi 1908 yılında Almanya da yapılmıştır. Üretimi daha sonra Amerika da yayılmaya başlanmış ve ilk patent alınmıştır. (US Pat ,682, 1913). Daha sonra da üretimi hızla Amerika da ve Avrupa'da artmıştır. Son zamanlarda ise üretim merkezi Avrupa ya ve turunçgil üretiminin çok olduğu Meksika ve Brezilyaya kaymıştır.

4 Bazı Meyvelerin Pektin içeriği Meyve % Pektin Portakal kabuğu (C. sinesis) Limon (Citrus limon) Elma posası Elma (Malus spp.) Şeker pancarı (Beta vulgaris) 1.0 Muz (Musa acuminata L.) Çilek(Fragaria ananassa) Şeftali (Prunus persica) Domates (Lycopersicon esculentum) Havuç (Daucus carota) Thakur, B.R., Singh, R.K., Handa, A.K., Rao, M.A Chemistry And Uses Of Pectin -A Review, Critical Reviews in Food Science And Nutrition, Vol.37(1),

5 Ticari pektin üretiminde kullanılan hammaddeler (2009 yılı tahmin edilen) Turunçgiller (%85.5) Elma (%14.0) Şeker pancarı (%0.5) CP Kelco, Wall TraC training 2015

6 Pektinin yapısı Ana bileşeni, α 1,4 glikozidik bağlara bağlı α-d-galakturonik asit moleküllerinden oluşur. Galakturonik asitin oluşturduğu linear poligalakturonik asit ana zincirinde α -1-2 glikozidik bağla bağlanmış ramnoz molekülleri yer almaktadır. Ramnoz moleküllerine uzun yan zincirler veya monomerler olarak nötral şekerler ( arabinoz, fruktoz, galaktoz, glukoz, mannoz, ksiloz) bağlanmıştır. Pektin molekülleri, linear zincir (düz bölge) ve yan zincirlerinin bulunduğu kısım (saçaklı bölge) olmak üzere özel bir yapıya sahiptir.

7 Pektin Sınıflandırılması Galakturonik asit ünitelerinden bir kısmı metanol ile esterleşmiş haldedir. Yüksek metoksilli (HM) Pektin DE > %50 Pektin molekülünde bulunan metanol ile esterleşmiş galakturonik asit miktarının %50 nin altında ve üstünde olmasına göre düşük ve yüksek esterleşme dereceli pektin şeklinde değerlendirme yapılmaktadır. Düşük Metoksilli (DM) Pektin DE < %50 Esterleşme oranı pektinin jelleşme koşulları ve jelleşme hızının bir göstergesidir. Esterleşme oranı arttıkça jelleşme için gerekli şeker miktarı artarken, jelleşme için gerekli optimum ph değeri yükselmekte ve jelleşme süresi kısalmaktadır. Amidize pektin Kurutulmuş pektinin Amonyumla muamele edilmesi

8 Yasal Durum Pektin genel olarak güvenli olarak bilinir ve kullanımı GRAS tır.

9 Uluslararası Pektin Spesifikasyonları Uluslararası Spesifikasyonlar EU E440 (i) Pektin EU E440 (ii) Amidize Pektin FAO/WHO JECFA pektin FDA/FCC Pektin UPS pektin %Nem Max.%12.0 Max.%12.0 Max.%12.0 Max.%12.0 Max.%10.0 Asitte çözünmeyen Kül Max.%1.0 Max.%1.0 Max.%1.0 Max.%1.0 - Toplam çözünmeyen madde Max. %3.0 Max. %3.0 Max. %3.0 Max. %3.0 - Sodyum metil sülfat Max. %0.1 - Serbest metil, etil, izoproponal alkoller Max.%1.0 Max.%1.0 Max.%1.0 Max.%1.0 Max.%1.0 Kükürt dioksit Max. 50ppm Max. 50ppm Max. 50ppm Max. 50ppm Max. 50ppm Azot Max.%1.0 - Max.% Galakturonik asit Min %65 Min %65 Min %65 Min %65 Min %74 Amidazyon derecesi - Max.%25 Max.%25 Max.%25 - Şeker ve organik asitler Max.%16 Arsenik Max.3 ppm Max.3 ppm - - Max.3 ppm Kurşun Max.5 ppm Max.5 ppm Max.5 ppm Max.5 ppm Max.5 ppm Kadminyum Max.1 ppm Max.1 ppm Civa Max.1 ppm Max.1 ppm Toplam Bakteri Max.1000 Kob/g Maya ve Küf Max. 100 kob/g Patojenler Pestisitler Genel gıda yasal düzenlemelerine göre Genel gıda yasal düzenlemelerine göre EU: Avrupa Birliği, FAO/WHO: Gıda ve Tarım Organizasyonu/Dünya Sağlık Örgütü; JECFA: Gıda Katkıları FAO/WHO Ortak Uzmanlar Komitesi; FDA: Birleşik devletler Gıda ve İlaç Dairesi; FCC: Gıda Kimya Kodeksi; USP: Amerikan Farmakopesi

10 Ticari Pektin Üreticileri (2009 tahmini paylaşılan Pazar) Cargill (Belçika) CP Kelco (Danimarka) Danisco (ABD) Herbstreith & Fox KG (Almanya) Naturex AG (İsviçre) Yantai Andre Pectin Co. (Çin) IMR International IPPA (uluslararası pektin üreticiler birliği) Üye ülkeleri

11 Pektinin Kullanımı % dağılım (2004 tahmin edilen dünya marketi) 8% 5% 2% 1% 30% Yüksek şeker içerikli reçeller Asitli sütlü içecekler Düşük şeker içerikli reçeller 8% 8% Fırıncılıkta kullanılan reçeller/dolgu maddeleri yoğurt meyve karışımları Meyveli içecekler Şekerleme 9% 15% İlaç Endüstrisi Süt ürünleri 14% Diğer IMR International

12 Gıdaya kattığı özellikler Jelleştirici; HM pektinler, düşük ph seviyelerinde ( ) ve yüksek şeker konsantrasyonunda (KM>%55) ısıya dayanıklı jeller oluştururlar. KM içeriği <%60 olduğunda LM pektinler kullanılır. Kıvam; LM pektinler, seçilen pektinin kalsiyum konsantrasyonuna ve kalsiyum reaktivitesine bağlı olarak geniş bir aralıkta (ph: ) kıvam ve reolojik özellikler verir. Stabilizatör; HM pektinler asitli sütlü içecekler için mükemmel stabilizatördür. Kazein partiküllerini kaplayarak birleşmelerini engeller ve dolayısı ile çökelme sorunlarının oluşmasını önlerler. Vizkozite Artırıcı; HM pektinler, alkolsüz içeceklerde viskozite artırıcı ajan olarak kullanılabilmektedir. Beslenme, sağlık; Diyet lif Kolestrol düşürücü Bağırsak sağlığı üzerine olumlu etki

13 Endüstriyel Pektin Üretimi Meyve Atığı Su Asit Ekstraksiyon Filtrasyon Konsantrasyon Çöktürme (öncesi veya sonrası deesterifikasyon) Kurutma (Amidize pektin üretimi için öncesi veya sonrası amonyumla muamele) Öğütme Pektin Standardizasyon Standardize Pektin (LM/HM)

14 Amaç Bu çalışmada, yurt dışından ithal edilen pektinin, yerli kaynaklar kullanılarak ticari kriterlere göre üretilmesi amaçlanmıştır. Bu çalışma ile 3 farklı tipte (düşük metoksilli, yüksek metoksilli ve Amidize ) pektin üretilmesi, optimize edilmesi ve pilot ölçekli maliyetinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Proje Adı: Şeker Pancarı ve Ayçiçeği Tablalarından Pektin Elde Edilmesi ve Gıdalarda Katkı Maddesi Olarak Kullanılması Destekleyici: ARDEB (1003) Proje Yöneticisi: MAM GE Proje Ortakları: Akdeniz Üniversitesi, Gıda Mühendisliği Bölümü Konya Şeker San. Ve Tic. A.Ş. Proje Toplam Bütçesi: TL Proje Süresi: 3 yıl (proje bitiş tarihi: )

15 Materyal Ispanakgil familyasından köklü bir bitki Etli kök kısmı şekerce zengin Şeker üretimi ana hammaddesi Şeker Pancarı (B. Vulgaris var. Saccharifera) Şeker üretimi sırasında açığa çıkan bir yan ürün Polisakkaritlerce zengin Şeker Pancarı Küspesi/Posası Hayvancılık için kaba yem kaynağı

16 Şeker pancarı küspesi bileşimi

17 Yöntem Şeker pancarı küspesi Kurutma Ekstraksiyon Ayırma (filtrasyon, santrifüj) Çöktürme Kurutma Pektin Proses Optimizasyon Çalışmaları için; Farklı Sıcaklıklarda kurutmanın etkisi Ekstraksiyon koşullarının (asit/sıcaklık/süre/ph) etkisi, farklı ekstraksiyon tekniklerinin etkisi Çöktürme koşullarının (alkol tipi, konsantrasyonu, miktar) etkisi Gıda Uygulamaları

18 Analitik Parametreler Kurumadde tayini Kül, Asitte çözünmeyen kül Azot miktarı Kalıntı alkoller Galakturonik asit miktarı ve Amidasyon derecesi Ağır metaller (arsenik, kurşun, kadmiyum, civa) Pestisitler Metilasyon ve asetilasyon derecesi Jelleşme derecesi Tekstür profil analizi ve jel gücü Reolojik karakterizasyon Pektin tayini Camsı geçiş ve jelleşme sıcaklığı Yapısal Görüntü Analizi

19 Şeker Pancarı Küspesi Numuneleri Başlangıç Nem Değeri Şeker Pancarı Küspesi Numuneleri (başlangıç) % Nem A 2014 yılı eski hasat numuneleri (kurutulmuş)* 6,48±0,07 B 2015 yılı yeni hasat numuneleri (kurutulmuş)* 6,70±0,03 C 2015 yılı yeni hasat numuneleri (yaş) 77,96±0,03 * C, akışkan yatakta kurutularak gelen numuneler A B C

20 Farklı kurutma koşullarının pektin verimi üzerine etkisinin incelenmesi Yaş Şeker Pancarı küspesinin kontrollü koşullarda kurutulması ve kurutma sonrası ölçülen nem değerleri Kurutma Sıcaklığı C Kurutma Süresi (saat) Kurutma sonrası ölçülen %Nem 70 06:55 3,46±0, :10 5,81±0, :35 5,77±0,29

21 Farklı kurutma koşullarının pektin verimi üzerine etkisinin incelenmesi Küspelerden pektin eldesi prosesi Kurutulmuş şeker pancarı küspesi numuneleri öğütüldü. 1-2 mm arası numuneler çalışmada kullanıldı (m1, 15 gr ) Ekstraksiyon: %37 lik HCI, ph: 1.5, T: 85 C, 300 ml, 4 saat karıştırma Filtrasyon/santrifüj Çöktürme: %96 lık etil alkol,(sıvı: alkol oranı= 1:3), 24 saat bekletme Filtrasyon ve santrifüj işlemi 60 C de 24 saat kurutma(m2).

22 % ekstrakte edilen pektin Farklı kurutma koşullarının pektin verimi üzerine etkisinin incelenmesi %Ekstrakte edilen pektin Şeker Pancarı Küspe Numuneleri Numune Bilgisi Ekstrakte edilen pektin (KM'de) % 1 70 C kurutulan 8,17±0, C kurutulan 8,64±0, C kurutulan 8,91±0,39 4 eski hasat 20,56±0,65 5 yeni hasat 19,35±0,96 25,00 %Ekstrakte edilen pektin = (m 2 )*100/m 1 m 1: Başlangıç şeker pancarı küspesi miktarı (gr) m 2 :ekstrakte edilen pektinin miktarı (gr) 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 70 C 80 C 90 C eski hasat yeni hasat

23 Ekstrakte edilen pektinlerin renk değerleri Ekstrakte pektin L* a* b* numuneleri Numune bilgileri 1 70 C kurutulan 68,2±0,33 6,17±0,08 20,1±0, C kurutulan 66,31±1,38 6,26±0,05 19,81±0, C kurutulan 65,11±0,39 6,85±0,22 22,55±0,65 4 Eski hasat 47,19±1,52 9,21±0,57 18,24±1,85 5 yeni hasat 38,1±3,26 8,41±0,27 16,25±0,25 Ticari Pektin Numuneleri L* a* b* 1 Ref. Pektin-APA165B (ÜT ) 80,67±0,5 5,67±0,2 15,05±0,32 2 Betapec RU 301 ÜT: ,52±0,02 2,95±0,3 14,28±0,01 70 C kurutulan 80 C kurutulan 90 C kurutulan Eski hasat yeni hasat Ref. APA165B Ref. Betapec RU 301 DigiEye Image Analyzer cihazında CIELAB üçlü koordinat sisteminde renk ölçümleri yapılmıştır.

24 Elde Edilen Deneysel Sonuçlar Küspenin kurutma sıcaklığındaki artış, ekstrakte edilen pektin miktarını artırmıştır. Kurutma sıcaklığı artışı ekstrakte edilen pektin renk değerleri olumsuz yönde etkilenmektedir. L renk değeri azalmış; a renk değeri artmaktadır.

25 Teşekkürler Bu çalışma, 115O047 numaralı Şeker pancarı ve ayçiçeği tablalarından pektin elde edilmesi ve gıdalarda katkı maddesi olarak kullanılması isimli ARDEB (1003) projesi tarafından desteklenmektedir.