| dc.contributor.advisor | Köksel, Hamit | |
| dc.contributor.author | Aktaş Akyıldız, Eda | |
| dc.date.accessioned | 2019-04-12T08:31:47Z | |
| dc.date.issued | 2019-01 | |
| dc.date.submitted | 2019-01-21 | |
| dc.identifier.citation | Aktas-Akyildiz, E., Improvement of Dietary Fibre Characteristics of Bran, Graduate School of Science and Engineering of Hacettepe University, Ankara, 2019. | tr_TR |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11655/6548 | |
| dc.description.abstract | As the use of dietary fibre (DF) in food formulations is challenging and the intake of DF is lower than the recommended levels, the need for high fibre food ingredients, without deteriorative effects on quality, has been increasing during the last few decades. Therefore, in the current study, the effect of steam explosion (SE) and extrusion treatments on microstructure and enzymatic hydrolysis of wheat bran were investigated. The chemical composition of laboratory-scale extracted soluble β-glucan (BG) from oat (16 and 32% BG) and barley fractions (12 and 32% BG), and stability of dispersions prepared from water extracts were also studied.
Wheat bran was treated at different steam temperatures and residence times, and then hydrolysed with a commercial enzyme. SE increased the water extractable arabinoxylan (WEAX) and reducing sugar contents of wheat bran. The effect was more pronounced with increased SE temperature and residence time. The highest carbohydrate solubilisation was observed at the severest SE conditions. Enzymatic incubation further increased WEAX content. Supplementation of SE treated bran at 20% replacement level decreased the baking quality of bread. However, enzymatic hydrolysis compensated the negative effect of SE. Phytic acid content of bread supplemented with SE treated bran was lower than the one supplemented with untreated bran. Extrusion treatment was used to modify wheat bran microstructure and DF profile. Fibre solubility increased in all extrusion conditions and the screw speed was found to be the most effective parameter. Physicochemical properties of bran were affected from extrusion treatment. While the water-binding capacities of extruded brans were lower than that of non-extruded wheat bran, their water solubilities were higher. Enzymatic hydrolysis increased the soluble DF content of the bran samples as compared to those of respective samples at the beginning of incubation. Oat and barley fractions were hydrolysed with an enzyme preparation and BG was extracted from hydrolysed samples. Enzymatic hydrolysis resulted in medium and low molecular weight (MW) BG after 2 and 4 h incubation, respectively. MW and concentration of BG affected the stability of dispersions during storage. Barley fractions resulted in higher viscosities than oat fractions. MW of BG in soluble barley fractions was slightly higher than those of oat fractions. Barley extracts contained higher amounts of starch; however, starch did not have a distinct effect on viscosity.
The results showed that SE and extrusion treatments can be used to disrupt the wheat bran microstructure and thus to increase the soluble fibre content. Enzymatic hydrolysis can also be used for increasing solubility further. It has also been found that oats BG is a more suitable ingredient for high fibre liquid food systems as compared to barley BG. The outcomes of this study can be utilized for improving the technological functionality of cereal fibres to develop high fibre ingredient for food applications. | tr_TR |
| dc.description.tableofcontents | ABSTRACT i
ÖZET iii
ACKNOWLEDGEMENTS v
CONTENTS vi
LIST OF TABLES ix
LIST OF FIGURES x
ABBREVIATIONS xi
1. INTRODUCTION 1
1.1. Dietary fibre 1
1.1.1. Cereals as sources of dietary fibre 2
1.1.2. Dietary fibre compounds 5
1.1.3. Phytic acid 8
1.2. Functional properties of dietary fibre 9
1.2.1. Physicochemical properties 9
1.2.2. Physiological and health effects 10
1.3. Utilization of dietary fibre in food formulations 12
1.3.1. Bakery products 13
1.3.2. Beverages 13
1.4. Modification of dietary fibre 14
1.4.1. Mechanical and thermal modification 14
1.4.2. Enzymatic treatment and fermentation 16
1.5. Aim of the study 17
2. MATERIALS AND METHODS 18
2.1. Effect of steam explosion on enzymatic hydrolysis and baking quality
of wheat bran 18
2.1.1. Raw materials 18
2.1.2. Reduction of particle size 18
2.1.3. Steam explosion treatment 18
2.1.4. Enzymatic treatment of bran 21
2.1.5. Experimental baking 21
2.1.6. Analyses 22
2.1.6.1. Particle size analysis 22
2.1.6.2. Chemical analyses 23
2.1.6.3. Farinograph analysis 24
2.1.6.4. Microscopy analysis 24
2.1.6.5. Colour measurement 24
2.1.6.6. Bread analyses 24
2.1.6.7. Statistical analysis 25
2.2. Effect of extrusion treatment on enzymatic hydrolysis of wheat bran 26
2.2.1. Raw materials 26
2.2.2. Extrusion treatment 26
2.2.3. Enzyme treatment 28
2.2.4. Analyses 28
2.2.4.1. Chemical analyses 28
2.2.4.2. Hydration properties 28
2.2.4.3. Microscopic analysis 29
2.2.4.4. Statistical analysis 29
2.3. Extraction of soluble β-glucan from oat and barley fractions and
dispersion stability 30
2.3.1. Raw materials 30
2.3.2. Enzymatic hydrolysis of oat and barley fractions 30
2.3.3. Extraction and separation of water soluble fractions 32
2.3.4. Preparation of β-glucan dispersions for stability experiments 32
2.3.5. α-amylase treatment 32
2.3.6. Viscosity measurements 32
2.3.7. Analytical methods 33
2.3.8. Microscopic analysis 34
2.3.9. Statistical analysis 34
3. RESULTS 35
3.1. Effect of steam explosion on enzymatic hydrolysis and baking quality
of wheat bran 35
3.1.1. Particle size reduction 35
3.1.2. Effect of bran particle size and steam explosion conditions on carbohydrate solubility 35
3.1.3. Effect of steam explosion of bran on the efficiency of enzyme treatment 38
3.1.4. Microstructure of bran 39
3.1.5. Effect of steam explosion conditions on colour properties of bran 41
3.1.6. Bread properties 42
3.2. Effect of extrusion treatment on enzymatic hydrolysis of wheat bran 45
3.2.1. Effects of extrusion treatment on fibre composition and phytic acid content 45
3.2.2. Effect of extrusion treatment on hydration properties 46
3.2.3. Microscopic images 48
3.2.4. Effect of extrusion treatment on the enzymatic hydrolysis 49
3.3. Extraction of soluble β-glucan from oat and barley fractions and
dispersion stability 51
3.3.1. Microscopic characterization of oat and barley fractions 51
3.3.2. Yield and chemical composition of oat and barley water extracts
after enzymatic hydrolysis 52
3.3.3. Stability of depolymerised oat and barley β-glucan in water dispersions 55
4. DISCUSSION 59
4.1. Effect of steam explosion on enzymatic hydrolysis and baking quality
of wheat bran 59
4.1.1. Effect of particle size, steam explosion and enzyme treatment on
bran properties 59
4.1.2. Breadmaking quality of steam explosion treated bran 61
4.2. Effects of extrusion treatment on enzymatic hydrolysis of wheat bran 63
4.2.1. Effects of extrusion treatment on fibre composition and phytic acid content 63
4.2.2. Effects of extrusion treatment on hydration properties 64
4.2.3. Effect of extrusion treatment on the enzymatic hydrolysis 65
4.3. Extraction of soluble β-glucan from oat and barley fractions and
dispersion stability 68
5. CONCLUSION 70
REFERENCES 72
APPENDICES 84
Publications 84
Oral and Poster Presentations 100
Curriculum Vitae 106 | tr_TR |
| dc.language.iso | en | tr_TR |
| dc.publisher | Fen Bilimleri Enstitüsü | tr_TR |
| dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | tr_TR |
| dc.subject | Dietary fibre | |
| dc.subject | Cereal bran | |
| dc.subject | Arabinoxylan | |
| dc.subject | Beta-glucan | |
| dc.subject | Extrusion | |
| dc.subject | Steam explosion | |
| dc.subject | Enzymatic hydrolysis | |
| dc.title | Improvement Of Dietary Fibre Characteristics
Of Bran | tr_eng |
| dc.title.alternative | Kepeğin Besinsel Lif Özelliklerinin Geliştirilmesi | tr_TR |
| dc.type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis | tr_TR |
| dc.description.ozet | Besinsel liflerin gıda formülasyonlarındaki olumsuz etkileri ve besinsel lif tüketiminin tavsiye edilen değerlerden düşük olması nedeniyle kalite özellikleri üzerine olumsuz etkileri olmayan yüksek lif içerikli gıda bileşenlerine ihtiyaç son yıllarda artmaktadır. Bu nedenle, bu çalışmada buharla patlatma ve ekstrüzyon işlemlerinin buğday kepeğinin mikroyapısı ve enzimatik hidrolizi üzerine etkisi incelenmiştir. Ayrıca yulaf (%16 ve 32 beta-glukan; BG) ve arpa (%12 ve 32 BG) fraksiyonlarından laboratuvar ölçeğinde ekstrakte edilen çözünür BG kimyasal kompozisyonu ve ekstraktlardan hazırlanan dispersiyonların stabiliteleri de araştırılmıştır.
Buğday kepeği farklı buhar sıcaklıkları ve alıkonma sürelerinde buharla muamele edilmiş ve daha sonra ticari enzimle hidroliz edilmiştir. Buharla patlatma (BP) uygulaması buğday kepeğinin suda ekstrakte edilebilen arabinoksilan ve indirgen şeker içeriğini arttırmıştır. Uygulamanın etkisinin artan BP sıcaklığı ve alıkonma süresinde daha belirgin olduğu bulunmuştur. En yüksek karbonhidrat çözünürlüğü en şiddetli BP koşullarında gözlenmiştir. Enzimatik inkübasyon suda ekstrakte edilebilen arabinoksilan miktarını daha da arttırmıştır. BP uygulanmış kepeğin %20 oranında ilave edilmesi ekmek kalitesini düşürmüştür. Fakat enzim hidrolizi BP uygulamasının olumsuz etkisini telafi etmiştir. BP uygulanmış kepek ilave edilen ekmeğin fitik asit içeriğinin işlem görmemiş kepek içeren ekmekten düşük olduğu bulunmuştur. Ekstrüzyon işlemi buğday kepeğinin mikroyapısını ve besinsel lif profilini modifiye etmek için kullanılmıştır. Tüm ekstrüzyon koşullarında lif çözünürlüğü artmıştır ve vida hızının en etkili parametre olduğu belirlenmiştir. Kepeğin fizikokimyasal özellikleri ekstrüzyon işleminden etkilenmiştir. Ekstrüde edilmemiş kepeğe kıyasla; ekstrüde edilmiş kepeklerin su bağlama kapasitelerinin daha düşük, suda çözünürlüklerinin ise daha yüksek olduğu bulunmuştur. Enzimatik hidroliz kepek örneklerinin çözünür besinsel lif içeriğini her örneğin enzimatik hidroliz başlangıcındaki değerine göre arttırmıştır. Yulaf ve arpa fraksiyonları enzim karışımı ile hidroliz edilmiştir ve hidroliz edilen örneklerden BG ekstrakte edilmiştir. Enzimatik hidroliz 2 ve 4 saat inkübasyon sonucu sırasıyla orta ve düşük molekül ağırlığında BG oluşturmuştur. BG molekül ağırlığı ve konsantrasyonu depolama sırasında dispersiyonların stabilitelerini etkilemiştir. Arpa fraksiyonları yulaf fraksiyonlarından daha yüksek viskozite göstermiştir. Çözünür arpa fraksiyonlarındaki BG molekül ağırlığının yulaf fraksiyonlarının moleküler ağırlığından biraz daha yüksek olduğu bulunmuştur. Arpa ekstraktları daha yüksek miktarda nişasta içerse de nişastanın viskozite üzerine belirgin bir etkisi gözlenmemiştir.
Sonuçlar, BP ve ekstrüzyon işlemlerinin buğday kepeğinin mikroyapısını bozarak çözünür lif içeriğini arttırmada kullanılabileceğini göstermektedir. Enzimatik hidroliz çözünürlüğü daha da arttırmak için kullanılabilir. Yulaf beta-glukanının yüksek lif içerikli sıvı gıda sistemlerinde kullanımının arpa beta-glukanına göre daha uygun olduğu da bulunmuştur. Bu çalışmanın çıktıları gıda uygulamaları için yüksek lifli bileşen geliştirilmesinde hububat kepeklerinin teknolojik fonksiyonlarının iyileştirilmesi için değerlendirilebilir. | tr_TR |
| dc.contributor.department | Gıda Mühendisliği | tr_TR |
| dc.contributor.authorID | 40645 | tr_TR |
| dc.embargo.terms | Acik erisim | tr_TR |
| dc.embargo.lift | - | |
