The Effects of Exopolysaccharides Produced In Whey on Some Properties of Ice Cream

Abstract

In this study, the effects of exopolysaccharides (EPS) produced in whey as stabilizers on some properties of ice cream were investigated. EPS production in whey was carried out using two different yogurt culture combinations containing different strains. There was no significant difference statistically between the concentrations of crude EPS solutions obtained (P> 0.05). Viscosity of crude EPS1 sample which obtained using commercial starter culture had a significantly high value when compared with crude EPS2 obtained from a commercial yoghurt (P<0.01). There was no a significant difference  between the concentrations and viscosity of concentrated two EPS solutions (P<0.05), whereas as the measurement temperature increased, it was seen that viscosity decreased more in the sample of EPS1. The viscosities of stabilizers prepared at standard concentration (0.3%) were from highest to low carboxymethyl cellulose (CMC), xanthan gum (Xs), EPS1 and EPS2. Ice cream mixtures produced by using only EPS had low viscosity, however on the point of combination with commercial stabilizers, viscosity of mixtures increased to higher value. In general, the mixes containing the EPS2 spent longer in the freezer until it turned into a soft ice cream form. Ratio of dry matter, protein, acidity and fat of ice cream samples were not significantly affected from the factors of the experiment (P>0.05). It was determined that ratio of ash was higher in the EPS solution containing samples, (P<0.05), and some differences were found among pH values (P<0.05). In general, melting time was longer in the ice cream sample produced with usage of EPS1 than the others. Overrun level of EPS2 sample was higher than the other samples. No serum separation was observed in any samples, except EPS1.

Keywords

• Exopolysaccharide,Ice cream,Stabilizer

Peynir Altı Suyunda Üretilen Ekzopolisakkaritlerin Stabilizatör Olarak Kullanımının Dondurmanın Bazı Kimyasal ve Fiziksel Özelliklerine Etkileri

Öz

Bu çalışmada, peynir altı suyunda üretilen ekzopolisakkaritlerin (EPS) stabilizatör olarak kullanımının dondurmanın bazı özelliklerine etkileri araştırılmıştır. Farklı suşlar içeren iki farklı yoğurt kültürü kombinasyonu kullanılarak peynir altı suyunda EPS üretimi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen ham EPS çözeltilerinin konsantrasyonları arasında istatistiksel olarak önemli bir farklılık oluşmadığı (P>0.05) saptanmıştır. Ticari bir kültür kullanılarak üretilen ham EPS1 örneğinin, ticari bir yoğurttan elde edilen kültür kullanılarak üretilen ham EPS2 örneğinden önemli derecede yüksek viskoziteye sahip olduğu (P<0.01) görülmüştür. Konsantre hale getirilen iki EPS çözeltisinin konsantrasyonları ve viskozite değerleri arasında önemli bir farklılık belirlenmemiş (P>0.05), buna karşın ölçüm sıcaklığı arttıkça EPS1 örneğinde viskozite daha fazla düşmüştür. Standart konsantrasyonda (% 0.3) hazırlanan stabilizatörlerin viskoziteleri, en yüksekten düşüğe doğru karboksimetil selüloz (CMC), ksantan gam (Xs), EPS1 ve EPS2 şeklindedir. Sadece EPS kullanılarak üretilen dondurma mikslerinin düşük viskoziteye sahip oldukları, ticari stabilizatörlerle kombinasyon halinde ise mikslerin viskozitesinin daha yüksek değerlere çıktığı belirlenmiştir. Genel olarak EPS2 örneğinin yer aldığı mikslerin yumuşak dondurma formuna dönüşünceye kadar dondurucuda daha uzun süre geçirdiği saptanmıştır. Dondurma örneklerine ait kuru madde, protein, asitlik ve yağ oranları deneme desenindeki faktörlerden önemli derecede (P>0.05) etkilenmemiştir. Kül oranlarının EPS çözeltisi içeren örneklerde daha yüksek olduğu (P<0.05), pH değerleri arasında da farklılıklar olduğu (P<0.05) saptanmıştır. Genel olarak EPS1 kullanılarak üretilen dondurmalarda erime sürelerinin diğer örneklerden daha uzun olduğu, EPS2 örneğinin hacim artışı değerlerinin ise diğer örneklerden ve kombinasyonlardan daha yüksek olduğu (P<0.01) belirlenmiştir. EPS1 örneği hariç diğer örneklerde serum ayrılması belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Ekzopolisakkarit,Dondurma,Stabilizatör

References

1. Abd El-Rahman, A. M., Madkor, S. A., İbrahim, F. S., Kilara, A., 1997. Physical characteristics of frozen desserts made with cream, anhydrous milk fat, and milk fat fractions. Journal of Dairy Science, 80: 1926-1935.
2. Acı, C., Özcan, T., 2008. Dondurma kristalizasyon ve rekristalizasyon mekanizması. Türkiye 10. Gıda Kongresi. 21-23 Mayıs 2008, Erzurum. 705-708.
3. Aime, D.B., Arntfield, S.D., Malcolmson, L.J., Ryland, D., 2001. Textural analysis of fat reduced vanilla ice cream products. Food Research International, 34: 237- 246.
4. Akalın, A, S., Karagözlü, C., Ünal, G., 2008. Rheological properties of reduced-fat and low-fat ice cream containing whey protein isolate and inulin. Eur Food Res Technol, 227: 889–895.
5. Akesowan, A., 2009. Influence of soy protein ısolate on physical and sensory properties of ıce cream. Thai Journal of Agricultural Science , 42: 1-6.
6. Akın, M.S., Akın-Güler, M.B., 2008. Farklı oranlarda inülin ve maltrin ilavesinin probiyotik yoğurt dondurmalarının fiziksel ve duyusal özelliklerine etkileri üzerine bir araştırma. Türkiye 10. Gıda Kongresi. 21-23 Mayıs 2008 , Erzurum. 687-690.
7. Aliyev, C., 2006. Kefir ve Yaban Mersininin Dondurmanın Fizikokimyasal, Duyusal ve Mikrobiyolojik Özelliklerine Etkisinin Belirlenmesi. (yüksek lisans tezi, basılmamış). OMÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.
8. Altun, İ., 2018. Exopolysaccharides in milk and dairy products as a functional component. Journal of the Institute of Natural & Applied Sciences, 23 (1): 115 – 122.

9. Amatayakul, T., Sherkat, F., Shah, N. P., 2006. Physical characteristics of set yoghurt made with altered casein to whey protein ratios and EPS-producing starter cultures at 9 and 14% total solids. Food Hydrocolloids, 20: 314-324.
10. Anonim, 2018. https://www.bik.gov.tr/dondurma-dort-mevsim-tuketilmeli/ Erişim: 10.11.2019
11. Anonim., 2009. Overrun http://www.foodsci.uoguelph.ca/dairyedu/overrun.html Erişim: 06.03.2009
12. Anonim., 2005. Türk Gıda Kodeksi, Dondurma Tebligi, Teblig No: 2004/45.
13. AOAC., 1995. Official Method International, 15th edition, 930.33-941.08 Association of Official Analysis Chemists, Washington, DC.
14. Arunkumar. R., Muthuvigneshwaran, K. P., Vinothkumar, A. M., 2012. Production and characterization of exopolysaccharides using Lactobacillus sp. isolated from milk and milk products, International Journal of Current Research, 4: 103-107.
15. Badem, A., 2006. Keçiboynuzu Pekmezli Dondurma Üretiminde Kullanılan Karragenan , Ksantan ve Keçiboynuzu Zamklarının Dondurmaların kaliteleri Üzerine Etkisi (yüksek lisans tezi, basılmamış). AÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Antalya.
16. Bayram, B., Heperkan, D., 2006. Bazı izole edilen laktik asit bakterilerinin ekzopolisakkarit üretimlerinin incelenmesi. Türkiye 9. Gıda Kongresi. 24-26 Mayıs 2006, Bolu. 591.
17. Bergmaier, D., Champagne, CP., Lacroix, C., 2003. Exopolysaccharide production during batch cultures with free and immobilized Lactobacillus rhamnosus RW- 9595M. J. Appl. Microbiol, 95: 1049- 1057.
18. Boke, H., Aslım, B., Alp, G., 2010. The role of resıstance to bile salts and acıd tolerance of exopolysaccharıdes (Epss) produced by yogurt starter bacterıa. Arch. Biol. Sci., Belgrade, 62 : 323-328.
19. Cerning, J., 1995. Production of exopolysaccharides by lactic acid bacteria and dairy propionibacteria. Lait, 75: 463-472.
20. Charchoghlyan, H., Bae, J.E., Kwon, H., Kim M., 2017. Rheological properties and volatile composition of fermented milk prepared by exopolysaccharide-producing Lactobacillus acidophilus n.v. Er2 317/402 Strain Narine. Biotechnology and Bioprocess Engineering, 22: 327-338. Çeliker, M. B., 2008. Alıç Meyvesinin Pekmeze İşlenerek Dondurma Üretimine İlavesiyle Dondurmanın Kalite Kriterleri Üzerine Etkilerinin Araştırılması (yüksek lisans tezi,basılmamış). AKÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Afyonkarahisar.
21. Çelik, Ş., Cankurt., H., Doğan, C., 2010. Safran ilavesinin sade dondurmanın bazı özelliklerine etkisi. Gıda, 35: 33-39.
22. Dağlı, A., 2006. Yoğurt Dondurması Üretiminde Peynir altı Suyu Tozu Kullanımı. (yüksek lisans tezi, basılmamış). AÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
23. Degeest, B., De Vuyst, L., 1999. Indication that the nitrogen source influences both amount and size of exopolysaccharides produced by Streptococcus thermophilus LY03 and modelling of the bacterial growth and exopolysaccharide production in a complex medium. Appl. Environ. Microbiol, 65: 2863-2870.
24. Degeest, B., De Vuyst, L., 2000. Corelation of activities of the enzymes α- Phosphoglucomutase, UDP-Galactose-4-Epimerase and UDP-Glucose Pyrophosphorylase with exopolysaccharides biosynthesis by Streptococcusthermophilus LY03. Applied and Environmental Microbiology, 66: 3519-3527.
25. Demirci, M., Şimşek, O., 1997. Süt İşleme Teknolojisi. Hasad Yayıncılık Ltd. Şti. İstanbul. 207.
26. Demir, M., 2001. Kefir Dondurması Üretimi ve Üretilen Dondurmaların Duyusal, Fiziksel, Kimyasal ve Mikrobiyolojik Özellikleri. (yüksek lisans tezi, basılmamış). AÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Antalya.
27. Dertli, E., Toker,O.S., Durak,M.Y., Yilmaz,M.T., Tatlısu, N.B., Sagdic, O., Cankurt, H.,2015. Development of a fermented ice-cream as influenced by in situ exopolysaccharide production: Rheological, molecular, microstructural and sensory characterization. Carbohydrate Polymers, 136: 427-440.
28. De Vuyst, L., Degeest, B., 1999. Heteropolysaccaharides from lactic acid bacteria. FEMS Microbiology Reviews, 23: 153-177.
29. Duboc, P., Mollet, B., 2001. Applications of exopolysaccharides in the dairy industry. International Dairy Journal, 11: 759-768.
30. Dubois, M., K. A. Gilles., J. K. Hamilton., P. A. Rebers., F. Smith., 1956. Colorimetric method for determination of sugars and related substances. Anal. Chem, 28: 350-356.
31. Durak, M., 2006. Yoğurt Dondurmasının Fizikokimyasal, Duyusal ve Mikrobiyolojik Özelliklerine Yaban Mersininin Etkisi (yüksek lisans tezi, basılmamış). OMÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.
32. Faber, E. J., Zoon, P., Kamerling, J. P., Vliegenthart, J. F. G., 1998. The exopolysaccharides produced by Streptococcus thermophilus Rs and Sts have the same repeating unit but differ in viscosity of their milk cultures. Carbohydr. Res., 310: 269-276.
33. Guinard, J,-X., Zoumas-morse, C., Mori, L., Panyam, D., Kılara, A., 1996. Effect of sugar and fat on the acceptability of vanilla ıce cream. Journal of Dairy Science, 79:1922-1927.
34. Gürsoy, A., Balaban, B., 2009. Stabilizatör ve emülgatörün dondurma yapısına etkisi. II. Geleneksel Gıdalar Sempozyumu, 27-29 Mayıs 2009, Van. 702-706.
35. Hatipoğlu, A,. 2007. Bazı Yağ İkame Maddeleri Kullanılarak Yapılan Yağ Oranı Düşürülmüş Dondurmaların Kalite Özelliklerinin Araştırılması (yüksek lisans tezi, basılmamış). HÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Urfa.
36. Helland, M.H., Wicklund, T., Narvhus J.A., 2004. Growth and metabolism of selected strains of probiotic bacteria in milk-and water- based cereal puddings. International Dairy Journal, 12: 579-89.
37. Karademir-Şanlı, E., 2006. Pastörizasyon Sıcaklıklarının ve Ekzopolisakkarit Üreten Kültür Kullanımının Az Yağlı Kaşar Peynirinin Bazı Niteliklerine Etkileri (Doktora tezi, basılmamış). AÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
38. Keçeli, T., Konar, A., Robinson, K.K., 1997. Effect of sahlep and some alternative stabilizers on the Qualities of goat milk ice cream. Ice cream, proceeding of the international symposium. International Dairy Federation-ref. S.1: 9803, ISBN 9290-98-029-3, 180 p.Belgium.
39. Kelvin, K.T.G., Rajish S. N., Lara, M.M., 2008. Exploiting the functionality of lactic asit bakteria in ice cream, Food Biophysics , 3:295-304.
40. Kırdar, S., 1999. Dondurma Teknolojisi Ders Notları, Burdur (Basılmamış).
41. Kim, C.H., 2017. 11th European nutrition and dietetics conference. J Food Nutr Disord, 6:3(Suppl) .
42. Kleerebezem, M., van Kranenburg, R., Tuinier, R., Boels, I. C., Zoon, P., Looijesteijn, E., Hugenholtz, J., de Vos, W. M., 1999. Exopolysaccharides produced by Lactcoccus lactis: from genetic engineering to improved rheological properties. Antonie Van Leeuwenhoek, 76: 357-365.
43. Koçan, D., 2002. Dondurma üretiminde kullanılan farklı stabilizatörlerin dondurma yapısına etkisi. Türkiye 7. Gıda Kongresi. 22- 24 Mayıs 2002, Ankara. 767-775.
44. Koçan, D., Koçak, C., 2002. Vanilyalı dondurma üretiminde Quest Admul MG-4143 emülgatörünün farklı kullanım oranlarının dondurma niteliklerine etkisi. Gıda, 27: 369-377.
45. Kumar, C.G., Joo, H.S., Choi, J.W., Koo, Y.M., Chang, C.S., 2004. Purification and characterization of an extracellular polysaccharide from haloalkalophilic Bacillus sp. I-450, Enzyme and Microbial Technology, 34: 673-681.
46. Kurt, A., Çakmakçı, S., Çağlar, A., 2003. Süt Mamülleri Muayene ve Analiz Metotlar Rehberi. Atatürk Üniversitesi Yayınları, Yay. No: 56, Erzurum. 252.
47. Malaka, R., Ohashi, T., Baco, S., 2013. Effect of bacteria exopolysaccharide on milk gel formation. Open Journal of Forestry, 3: 10-12.
48. Marshall, V. M., Rawson, H. L., 1999. Effects of exopolysaccharide-producing strains of thermophilic lactic acid bacteria on the texture of stirred yoghurt. International Journal of Food Science and Technology, 34: 137-143.
49. Mattila- Sandholm, T., Myllarinen P., Critenden R., Mogensen G., Fonden R., Saarela M., 2002. Technological challenges for future probitic foods. International Dairy Journal, 12: 173-182.
50. Menrad, K., 2003. Market and marketing of functional food in Europe. Journal of Food Engineering, 56: 181-188.
51. Metin, M., Öztürk, G.F., 2002. Süt ve Mamülleri Analiz Yöntemleri. Ege Meslek Yüksekokulu Basımevi, Bornova-İzmir.
52. Milci, S., Yaygın, H., 2003. Üretimden tüketime dondurmada kritik kontrol noktalarında tehlike analizi uygulamaları. Süt Endüstrisinde Yeni Eğilimler Sempozyumu. 22-23 Mayıs 2003, Bornova-İzmir. 121-126.
53. Mukan, M., Evliya, B., 2002. Adana piyasasında tüketime sunulan sade kaymaklı dondurmaların mikrobiyolojik kalitelerinin tüketici sağlığı açısından değerlendirilmesi. Gıda, 27: 489-496.
54. Muse, M.R., Hartel, R.W., 2004. Ice cream structural elements that affect melting rate and hardness. Journal of Dairy Science, 87: 1-10.
55. Prindiville, E.A., Marshall, R.T., Heymann, H., 1999. Effect of milk fat on the sensory properties of chocolates ice cream. Journal of Dairy Science, 82: 1425-1432.
56. Ruas-Madiedo, P., Hugenholtz, J., Zoon, P., 2002. An overview of the functionality of exopolysaccharides produced by lactic acid bacteria. International Dairy Journal, 12: 123-171.
57. Ruas-Madiedo, P., Salazer, N,. de los Reyes Gavilan, C.G., 2009. Exopolysaccharides produced by lactic acid bacteria in food and probiotic applications. Biotechnological and Medical Applications. Chapter, 45: 887-902.
58. Ruger, P. R., Baer, R.J., Kasperson, K.M., 2002. Effect of double homogenization and whey protein concentrate on the texture of ıce cream. Journal of Food Science, 85:1684-1692.
59. Segall, K.I., Goff, H.D., 2002. A modified ice cream processing routine that promotes fat destabilization in the absence of added emulsifier. International Dairy Journal, 12: 1013-1018.
60. Shah, N. P., 2003. The exopolysaccharide production by starter cultures and their influence on texturel characteristics of fermented milk. International Dairy Federation, 101-105.
61. Stanton, C., Gardiner G., Meehan H., Collins K., Fitzgerald G., Lynch P.B. , Ross R.P., 2001. Market potential for probiotics. American Society for Clinical Nutrition, 73: 476–483.
62. Soukoulis, C., Lyroni, E., Tzia, C., 2010. Sensory profiling and hedonic judgement of probiotic ice cream as a function of hydrocolloids, yogurt and milk fat content. LWT - Food Science and Technology, 43: 1351-1358.
63. Soyuçok, A., Ekiz, T., Kılıç, G.B., 2017. Ekzopolisakkaritlerin özellikleri ve gıda sanayindeki önemi. Nevşehir Bilim ve Teknoloji Dergisi TARGİD Özel Sayı 332-344
64. Sullivan, A., Nord C.E., 2002. The place of probiotics in human intestinal infections. International Journal of Antimicrobial Agents, 20: 313-319
65. Şahan, N., Kaçar, A., 2004. Farklı yağ oranları ve tatlandırıcı kombinasyonlarının enerjisi azaltılmış dondurmaların fiziksel ve duyusal özelliklerine etkileri. J.Agric Fac. HR. U, 8 : 1-6.
66. Şimşek, O., 1997. Dondurmanın Besleyici Değeri. Pasta-Ekmek--Dondurma Dergisi, Ocak-Şubat, 30-31.
67. Şimşek, Ö., Çon, A. H., 2003. Laktik asit bakterilerinde ekzopolisakkarit üretimi ve ekzopolisakkaritlerin süt ürünlerindeki fonksiyonları. Süt Endüstrisinde Yeni Eğilimler Sempozyumu (Ed. N. Akbulut). 22-23 Mayıs, İzmir. 87-94.
68. Tokuç, K., Demirci, M., Bilgin, B., Arıcı, M., 2008. Bebek orijinli lactobacıllus ssp kullanılarak probiotik dondurma üretimi ve depolama süresince probiotik bakteri canlılığı ile diğer bazı özelliklerin belirlenmesi. Türkiye 10. Gıda Kongresi. 21- 23 Mayıs, Erzurum. 101-104.
69. Tuinier, R., Van Casteren, W. H. M., Looijesteijn, P. J., School, H. A., Voragen, A. G. J., Zoon, P., 2001. Effects of structural modifications on some physical characteristics of exopolysaccharides from Lactococcus lactis. Biopolymers, 59: 160-166.
70. Tunçtürk, Y., Zorba, Ö., Özrenk, E., 2000. Farklı homojenizasyon basıncı derecelerinin set yoğurtların bazı fiziksel, kimyasal, mikrobiyolojik ve duyusal özelliklerine etkisi. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Bilimleri Dergisi, 10: 45-52.
71. Tunçtürk, Y., 2009. Influence of starter culture strains, pH adjustment and incubation temperature on exopolysaccharide production and viscosity in whey. African Journal of Biotechnology, 8: 4222-4228.
72. Yang, Z., Huttunen, E., Staaf, M., Widmalm, G., Tenhu, H., 1999. Seperation, purification and characterisation of extracellular polysaccharides produced by slime-forming Lactococcus lactis ssp. cremoris strains. International Dairy Journal, 9: 631-638.
73. Yaşar, K., Şahan, N., 2008. Kahramanmaraş-Tipi dondurmaların fiziksel ve duyusal özellikleri üzerine bal ve pekmez kullanımının etkileri. Türkiye 10. Gıda Kongresi. 21-23 Mayıs 2008, Erzurum. 795-799.
74. Yeşilsu, A. F., 2006. Dondurmanın Fiziksel, Kimyasal ve Duyusal Özellikleri Üzerine Bazı Pekmez Çeşitlerinin Etkisi (yüksek lisans tezi, basılmamış). OMÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.
75. Zhang, Y., Li, S., Zhang, C., Luo, Y., Zhang, H., Yang, Z., 2011. Growth and exopolysaccharide production by Lactobacillus fermentum F6 in skim milk. African Journal of Biotechnology, 10: (11), 2080-2091.
76. Zhang, J., Zhao, W., Guo, X., Guo, T., Zheng, Y., Wang, Y., Hao, Y., Yang, Z., 2017. Survival and effect of exopolysaccharide-producing Lactobacillus plantarum YW11 on the physicochemical properties of ice cream. Food Technology. 67: 191-200