Tarımsal atıklar kullanılarak biyoaroma üretimi ve optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmanın amacı farklı bileşimlere sahip tarımsal atıklardan mikrobiyal fermentasyon yoluyla doğal bazı aroma maddelerinin üretilmesi ve seçilen mikroorganizmaların aroma üretme potansiyellerinin ortaya konmasıdır. Çalışmada Kluyveromyces spp, Debaryomyces spp., Candida spp., Rhizopus spp., Aspergillus spp., Pseudomonas spp., ve Lactobacillus spp. gibi seçilmiş bazı mikrobiyal kültürlerin pirina, domates ve biber küspeleri üzerinde gelişimi sağlanmıştır. Aroma bileşenlerinin üretimi ve optimizasyonu için erlen ve biyoreaktör düzeylerinde derin kültür fermentasyonu kullanılmıştır. Oluşan aroma bileşenlerinin belirlenmesi için gaz kromatografisi-olfaktometre tekniği (GCO), miktar belirlemesi için gaz kromatografisi-kütle spektrometresi (GC-MS) kullanılmıştır. Fermentasyon sonucu tarımsal atıklarda oluşan ürünlerin duyusal algıları ile kimyasal aroma bileşenleri arasındaki ilişkiyi belirlemek amacıyla SpectrumTM metodu uygulanmıştır. Çalışmada kullanılan tarımsal atıklarda seçilmiş olan maya ve küflerin gelişebildikleri ve aroma maddesi üretebildikleri, ancak kullanılan bakterilerin seçilen tarımsal atıklarda gelişmediği belirlenmiştir. Domates ve biber küspesi aroma maddelerinin üretimi konusunda daha uygun besi ortamları olarak tercih edilebilir. Genel olarak maya ve küflerin tarımsal atıklarda gelişimi sonucu esterler, alkoller, asitler, aldehitler ve ketonlar oluşmuştur. Örneğin, pirinada küflerin gelişimi sonucu 1-okten-3-ol ve limonen üretilmiştir. Domates ve biber küspesinde küf gelişimi sonucu yoğunluğu artan bileşenler mantar aroması ile ilişkilendirilmiş (Z)-1,5-oktadien-3-ol, 1-okten-3-ol, (E)-2-oktenal ve (E)-2-oktenol'dür. Maya fermentasyonu sonucu pirinada mentol, fenil etil alkol ve metilbütirat; domates ve biber küspelerinde izoamil alkol, fenil etil alkol ve fenil etil asetat üretilmiştir. Genel olarak mayalarla fermente edilmiş tarımsal atıkların duyusal özellikleri 'çiçeğimsi', 'fermente meyve' ve 'tatlı aromatik' olarak tanımlanırken, küflerin geliştiği atıklardaki karakteristik terimler 'fındığımsı' ve 'fermente sebze' dir. Bu çalışma mikrobial kültürler kullanılarak tarımsal atıklardan doğal aroma üretimi konusunda temel ve uygulamalı bilgiler sağlamaktadır.

The objectives of this study were production of some natural aroma compounds from agricultural wastes which have different compositions by microbial fermentation, and statement of aroma production potentials of the selected microorganisms. In this study, the growth of selected microbial cultures including Kluyveromyces spp, Debaryomyces spp., Candida spp., Rhizopus spp., Aspergillus spp., Pseudomonas spp., and Lactobacillus spp. was provided on olive pomace, tomatoes and pepper pomaces. Deep culture fermentations in Erlenmayer and bioreactor conditions were used to produce and to optimise aroma compounds. The resulting aroma compounds were identified by gas chromatography olfactometry (GCO) technique and quantified by using Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS). Moreover, to determine the relationship between sensory perceptions of the products resulting from agricultural wastes by fermentation and chemical aroma compounds, SpectrumTM analysis was conducted. Selected yeasts and molds can grow and produce aroma compounds on agricultural wastes used in this study, but it was determined that bacteria did not grow on these waste materials. Agricultural wastes of tomatoes and pepper pomaces can be preferred as suitable nutrient medium to produce aroma compounds. In general, esters, alcohols, acids, aldehydes and ketones were produced by the growth of yeasts and molds on agrowastes. For example, 1-octen-3-ol and limonene were produced by the growth of molds on olive pomace. Aroma compounds which had higher intensities in tomatoes and pepper pomaces were (Z)-1,5-octadiene-3-ol, 1-octen-3-ol, (E)-2-octenal and (E)-2-oktenol associated with mushroom aroma note. Yeast fermentation resulted in production of menthol , phenyl ethyl alcohol and methyl butyrate in olive pomace; isoamyl alcohol , phenyl ethyl alcohol and phenyl ethyl acetate in tomato and pepper pomaces. In general, sensory descriptors of agricultural wastes fermented by yeasts were 'floral', 'fermented fruit' and 'sweet aromatic', while characteristic terms for wastes fermented by molds were 'nutty' and 'fermented vegetable'. This study provides basic and applied knowledge on natural flavor production from agricultural waste using microbial cultures.