Characterization of chickpea components

Bu çalışmanın amacı, glütensiz beslenme unsurlarından biri olan nohuta unlu mamuller endüstrisinde kullanım alanları açmak amacıyla, nohut unu ve bileşenlerinin seçilen teknolojik, fizikokimyasal özelliklerinin belirlenmesi ve bu özelliklerin unlu mamuller endüstrisinin temel taşı olan buğday ununun özellikleriyle karşılaştırılmasıdır. Unlu mamuller üretiminin ilk basamağını oluşturan kaliteli bir hamurun elde edilmesi aşamasındaki en önemli unsur, protein ile nişastanın fizikokimyasal etkileşimleri sonucu elde edilen su ve gaz tutma kapasitesi yüksek, elastik yapıdır. Tahıllar, özellikle buğday, mısır ve pirinç için bu etkileşimler büyük ölçüde incelenmiş olmakla birlikte nohut ile protein ve nişasta bileşenlerinin fizikokimyasal ve teknolojik özellikleri tahıllarda olduğu kadar açık değildir. Bu nedenle bu çalışmada, hamur oluşumunu belirleyen teknolojik özellikler (su tutma kapasitesi, yağ tutma kapasitesi, şişme kuvveti, çözünürlük) ile fizikokimyasal özellikler (sorpsiyon izotermleri, termal özellikler) hedef alınmıştır. Bileşen etkileşimlerini irdelemek amacıyla, nohut ununa ek olarak, nohut unundan ayrıştırılan lipit içeren ve lipitten arındırılmış nişasta ve protein örneklerinin de seçilen özellikleri belirlenmiştir. Araştırmalar; nohut unu, nohut unundan ayrıştırılmış nişasta ve protein bileşenleri ile lipitten arındırılmış nohut unu, nişastası ve proteini olmak üzere altı örnek grubuyla yapılmıştır. Nohut ununun mineral içeriği sert ve yumuşak buğday türlerinin yaklaşık 2-3 katı, lipit içeriği açısından 5-7 katı, protein içeriği açısından 1,5-2,0 katıdır. Nohut unu bileşenlerinin su ve yağ tutma davranış biçimlerinin birbirlerinden farklı olduğu ve nohut nişastasının buğday nişastasına denk düzeyde su tutma kapasitesine sahip olduğu v bulunmuştur. Lipit bileşeninin, nohut unu ve bileşenlerinin su tutma ve yağ tutma kapasiteleri ile şişme kuvvetini etkilediği, ancak çözünürlük değerlerini etkilemediği belirlenmiştir. Nohut unu ve bileşenlerinin 35 °C sıcaklıkta elde edilen sorpsiyon izotermlerinin sigmoid şekilli Tip II izotermine uyduğu gözlenmiştir. Nohut nişastasının higroskopik özellikleri nedeniyle nohut ununun sorpsiyon davranış biçimini etkileyen baskın bileşen olduğu bulunmuştur. Sorpsiyon verilerinin modellenmesi sonucunda, nohut unu ve nohut proteininin GAB modeline; lipitten arındırılmış nohut unu, nohut nişastası, lipitten arındırılmış nohut nişastası ve lipitten arındırılmış nohut proteinin Halsey modeline uyduğu görülmüştür. Lipit bileşeninin sorpsiyon davranış biçimini etkileyen önemli bir unsur olduğu ortaya çıkmıştır. Nohut ve bileşenlerinin termal özellikleri diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ile incelenmiştir. Nohut nişastasına ait jelatinizasyon pik sıcaklığının 67-78 °C arasında olduğu belirlenmiştir. Ön çalışma niteliğinde olan termal analiz gözlemleri, amiloz-lipit ve protein-lipit etkileşimlerinin irdelenmesi ve C-tipi nohut nişastasının jelatinizasyon özelliklerinin % 70 ve üstünde nem içeriklerinde belirlenebilmesi için 65-80 °C ve 85-100 °C aralıklarının detaylı incelemesinin yapılması gerektiğini ortaya çıkarmıştır. Bu amaçla, sabit sıcaklıkta dengeleme, tavlama ve sıcaklık artma/azalma hızlarının yavaşlatılması önerilmiştir. Elde edilen sonuçlar nohutun unlu mamuller endüstrisinde kullanılabilmesi için yalnızca lipit bileşeninden arındırılmasının yeterli olmayacağını, protein bileşeninin de hidrofilik gruplar açısından geliştirilmesi için kimyasal/enzimatik uyarlamalar gerektiğini göstermektedir. Gelecekte yapılacak çalışmalarda nohut proteininde bulunan hidrofilik grupların miktar ve yerleşimlerinin ağ yapı oluşturmaya uygun olup olmadığı ve bu konuda yapılabilecek fiziksel ve kimyasal/enzimatik uyarlamaların nitelikleri araştırılmalıdır. The aim of the present study is to investigate the potential of chickpea flour as the basic ingredient of industrial bakeries and pasta industry to replace hard and soft wheat flour so as to provide a gluten-free diet. The primary step in production of bakery goods and pasta is to obtain an elastic dough with high water and gas holding capacities, that is closely related with the physicochemical interactions between protein and starch fractions in the presence of water. Technological properties that influence formation of an elastic dough are the water holding and oil binding capacities, swelling power and solubility that are futher affected by water sorption characterisics and thermal properties. Interaction mechanisms between starch and protein have been investigated in detail for wheat, corn and rice, while this information lacks for legumes, and especially chickpea flour. In the present study, selected properties of not only chickpea flour, but also of its isolated starch and protein fractions, together with lipid-free chickpea flour and its lipid-free fractions were investigated to clarify the influence of each of these components. The mineral, lipid and protein contents of chickpea flour were found to be 2-3 times, 5-7 times, and 1,5-2,0 times higher than hard and soft wheat flours, respectively. The water holding and oil binding mechanisms of the starch and protein fractions were found to be different, and the starch fraction was found to have a water holding capacity comparable to that of wheat starches. Lipid content of chickpeas influenced the water holding, oil binding capacites and swelling power of the chickpea flour and its fractions, with no effect on solubility. vii Sorption isotherms obtained at 35 °C were found to obey the Type II sigmoidal behavior. The starch fraction is dominant in determining the sorption characteristics of chickpea flour due to its hygroscopic nature. The sorption isotherms of chickpea flour and its protein fraction were best fit to the GAB moisture sorption model, while all the lipid-free samples were best fit to the Halsey model indicating that lipid is a major component that influences the water sorption mechanism. Thermal properties of chickpea flour and its fractions were investigated using differential scanning calorimetry (DSC). The starch gelatinization peak was found to lie in between 67-78 °C. Preliminary thermograms revealed that primary phase transitions are expected to occur in between 65-80 °C and 85-100 °C temperature intervals. Detailed thermograms that involve equlibrium at constant temperature, annealing and a slow rate of temperature increase are needed to reveal the gelatinization behavior of Type-C starch for moisture contents above 70 %, and to reveal phase transitions of amylose-lipid and protein-lipid complexes. It has been concluded that the lipid fraction of chickpea flour influences selected technological and physicochemical properties of chickpea flour. However, removing the lipid fraction is not enough to increase the potential of chickpea flour as the basic raw material of industrial bakeries and pasta manufacture, the protein fraction also needs to be improved in terms of hydrophilic groups through chemical and/or enzymatic modifications.