A
B
C
Ç
D
E
F
G
Ğ
H
I
İ
J
K
L
M
N
O
P
R
S
Ş
T
U
Ü
V
Y
Z
Q
W
X
+ Ekle
GIDALARDA SU KULLANIMI VE SUYUN ETKİSİ

GIDALARDA SU KULLANIMI VE SUYUN ETKİSİ

 

GIRIŞ

Gıda sistemlerinde en önemli su özelliği sadece ve sadece gıdaların su aktivitesidir(aw)(Taoukis, 1988). Tarih boyunca gıdalardaki suyun; kurutularak, dondurarak veya şeker veya tuz ilave edilmesi gıdaların korunması ve kalitelerin kontrolü olarak tanımlanmıştır. Su aktivitesi standart koşullar altında gıdanın buhar basıncının aynı sıcaklıktaki saf suyun buhar basıncına oranıdır. Gıdaların su aktivitesi suyun gıdaya “bağlanma” derecesi olarak tanımlanır ve bunun gibi su bir çözücü gibi davranma karakterini ve kimyasal/biyokimyasal reaksiyonlara katılmasını ve mikroorganizmaların gelişimini belirler.(Labuza, 1977) Su aktivitesi gıdaların mikrobiyal gelişmeye, yıkım hızına ve kimyasal fiziksel özelliklerine bağlı stabilitesi ve güvenliğinin öngörülmesinde önemli bir özelliktir. Su aktivitesinin kontrolü gıdaların kimyasal stabilitelerinin sürdürülmesinde önemlidir. Non-enzimatik reaksiyonlar ve kendiliğinden oluşan lipit oksidasyon reaksiyonları su aktivitesinden güçlü bir şekilde etkilenirler. Su aktivitesi gıdalarda enzim ve vitamin reaksiyonlarının tahmininde önemli bir rol oynar. Sonuç olarak su aktivitesi tekstür veya raf ömrü gibi fiziksel özelliklerinde de önemli bir işlevi vardır.

 

GIDALARDA SU KULLANIMI

Su gıdalarda ve biyolojik materyallerde ana bileşen olarak gıdanın şeklinin biçimlenmesine, yapısına ve fiziksel ve kimyasal özellikleri üzerine baskın bir rol oynar. Su aktivitesi aynı zamanda kütle transferinde, kimyasal reaksiyonlarda ve mikroorganizmaların aktivitelerinin öngörülmesinde ana kontrol bileşenidir.

 

 

MIKROBIYAL GÜVENLIK

Gıda güvenliğinin bir amacı zararlı mikroorganizmaların gelişmesi ve toksin üretmesinin engellenmesidir.

Scott(1957) göstermiştir ki mikroorganizmalar sınırı belirli bir su aktivitesinin altında gelişememektedirler. Su aktivitesi su içeriği değil, mikrobiyal gelişme için en düşük müsait suyu belirler. Çoğu çürükçül bakteri ortalama 0,90 su aktivitesi civarında gelişir. Staphylococcus aureus anaerobik durumda 0,91 aw de inhibe olur. Fakat aerobik olarak bu değer 0,86’dır. Küf ve mayalar için 0,61 en alt sınırı oluşturur, mikotoksijenik küflerde bu değer 0,78’dir(Beuchat, 1981).

Su aktivitesinin mikrobiyal gelişime etkisinin yanı sıra bir çok etmende su aktivitesinden etkilenir.

 

 

SU AKTİVİTESİNİN MİKROORGANİZMALAR ÜZERİNE ETKİSİ

Çevrenin su aktivitesinin mikroorganizmalar üzerine etkisi belki de mikrobiyal hücre duvarı metabolizmasını enzimler ve nükleik asit sistemi üzerindeki osmatik baskıyla etkilemektedir.Bu baskıya direnç mekanizmalarının varlığına göre mikroorganizmalar osmosensitive ve osmotolerant olarak sınıflandırılır.(Hui ve ark.,1994)

Su aktivitesinin mikroorganizmaların gelişmesi ve mikrobiyal aktivite üzerinde etkisi farklı olabilmektedir. Bu nedenlerle su aktivitesinin mikroorganizmalar üzerindeki etkisini iki başlık altında toplamak yararlı olacaktır. (Hui.ve ark.,1994)

 

1. Su Aktivitesinin Mikrobiyal Gelişme Üzerine Etkisi

Her mikroorganizma veya mikroorganizma grubunu gıdalarda gelişebildiği bir minimum ve optimum bir aw değeri ne sahiptir. Gıdalarda genellikle mikrobiyal gelişmenin önlenmesi önemli olduğundan, gıda mikrobilojisi açısından daha çok minimum su aktivitesi değeri dikkate alınmaktadır. (Hui ve ark.,1994)

Pek çok mikroorganizma için optimum aw değeri 1,00’ın hemen altındadır. Buna karşılık halofilik ve zerofilik mikroorganizmaların optimum aw değerleri biraz daha düşüktür. Su aktivitesi değeri optimum gelişme sınırının altına düştükçe mikroorganizmaların lag( gecikme) fazı kademeli olarak uzamaya başlamakta ve bu da üreme, spor çimlenmesi ve hücre maddeleri sentezi olaylarında gecikmelere sebep olmaktadır. Diğer taraftan çok yüksek awdeğerleri bazı mikroorganizmaların gelişmesini belirli ölçüde de olsa sınırlayabilmektedir. Örneğin, halofilik özellik taşıyan Vibrio costicola’nın aw0,98’in üzerinde gelişemediği belirlenmiştir. (Hui ve ark.,1994)

Genelde bakteriler küflerden, gram negatifler de gram pozitiflerden daha yüksek su aktivitesine gereksinim duyarlar. Tablo-1’den de anlaşılacağı gibi pek çok bozulma yapan bakteri 0,91' in altındaki su aktivitesinde gelişemezken bozulma yapan küfler 0,80 su aktivitesinde gelişebilmektedir. Gıda zehirlenmesine neden olan bakterilerden S.aureus 'un gelişmesi için gereken minimum su aktivitesi düzeyi 0,86 iken C.botulinum 0,94' ün altında gelişemez. Gıdalara katılan su tutucu maddeler mineral tuzlar (peynirde NaCl), organik asitler (laktik asit), mono-, di-, ve oligopolisakkaritler (sukroz ve laktoz), alkoller ve polialkoller (hamurda gliserol ve sorbitol), proteinler ve protein türevleri (peynirde amino asitler) ile lipitler ve lipit türevleri (yağ asitleri, fosfolipitler, emülsifiye ediciler ve emülsiyonlar) olabilir. (Hui ve ark.,1994)

 

2. Mikrobiyal Özellikler ve Aktivite Üzerine Etkisi

Su aktivitesinin mikrobiyal gelişmenin yanı sıra spor oluşturma (sporulasyon), sporların çimlenmesi (jerminasyon), toksin üretimi, ısıya karşı direnç ve canlılığın sürdürülmesi gibi mikroorganizmaların çeşitli özelik ve aktiviteleri üzerinde de önemli etkisi vardır. Örneğin, küflerin spor oluşturması ve sporların çimlenmesi genellikle bu mikroorganizmaların gelişme için ihtiyaç duyduğu su aktivitesi değerinden daha yüksek aw değerlerini gerektirir. Küflerde eşeyli(seksüel) spor oluşu için, eşeysiz(aseksuel) spor oluşumuna kıyasla genellikle daha yüksek aw değerlerine gereksinimi vardır. Buna karşılık, bakteriyel gelişme ve sporulasyonun hemen hemen aynı awdeğerlerinde meydana geldiği, spor çimlenmesinin ise daha düşük awdeğerlerinde gerçekleştiği bildirilmektedir. (Hui ve ark.,1994)

Bazı mikroorganizmalar düşük adeğerlerinde çoğalabilirken bu awdeğerlerinde bazı ekstraselüler (hücre dışı) ürünlerini üretemezler. ÖrneğinStyaphylocccus aureus ürediği aw değerinden daha yüksek bir aw değerinde enterotoksin üretmektedir. Düşük su aktivitesi S.aureus’un enterotoksin B üretimini durdurmakta, ancak aynı aw’deki ortamda üreme gerçekleşmektedir. Buna karşın bazı Aspergillus ve Penicillium türlerinin üreme ve mikotoksin üretimi için yakın aw değerlerine gereksinim duydukları saptanmıştır. (Hui ve ark.,1994)

Genel olarak, bir gıdanın veya gelişme ortamının su aktivitesinin düşmesi o ortamdaki mikroorganizmaların ısıya dirençlerini arttırmaktadır. Ancak bu çok düşük su aktivitesi değerleri 0,2-0,4 arasındadır. (Hui ve ark.,1994)

a) Sporulasyon ve sporun çimlenmesi :

Çeşitli mikroorganizmalarda spor oluşumu ve sporun çimlenmesi üzerine su aktivitesinin etkisi, su aktivitesini düşürmek için kullanılan maddelerle aw' nin kendisinin mikroorganizmanın spor oluşturma oranına etkisi sonucunda meydana gelmektedir. B.cereus 'da sporulasyon gliserol varlığında 0,91 kadar düşük su aktivitesinde gözlenirken, ortamda glikoz, sorbitol veya NaCl gibi su tutucu maddeler varsa 0,95 su aktivitesinde spor oluşumu sınırlanmakta yani daha yüksek su aktivitesinde sporulasyon ve çimlenme olmaktadır. Yapılan bir çalışmada Clostridium sporogenes' in aw = 0,95' de gelişemediği, ancak sporların çimlenmesinde çok az bir gecikme meydana geldiği belirlenmiştir.Bacillus stearothermophilus' un sporlarının su aktivitesi yüksek ortamda sıcaklık artışına C. botulinum Tip E sporlarından 50.000 kez daha dirençli olduğu saptanmıştır.(Anonimous, 2000)

b) Metabolitlerin üretimi :

Maksimum gelişme ve maksimum metabolit üretimi için optimum su aktivitesi aynı olmayabilir. Örneğin, her ne kadar asit üretimi 0,983'e kadar gözleniyorsa da S.thermophilus ve L.bulgaricus' un maksimum gelişme oranı 0,992 su aktivitesi düzeyinde meydana gelmektedir.

Su aktivitesinin azalmasıyla laktik kültürler tarafından üretilen diasetil üretiminde artış olduğu belirlenmiştir. S.thermophilus ve L.bulgaricus tarafından asit üretimi için gerekli minimum su aktivitesi, süte gliserol ilavesi halinde glikoz veya sukroz ilave edilmesiyle elde edilenden daha düşük bulunmuştur. (Anonimous, 2000)

Laktik asit üreticileri olan S. salivarius subsp. thermophilus, ortamın su aktivitesi düşük olduğunda daha fazla asetik asit üretmeye eğilimlidirler. Su aktivitesi 0,998'den 0,997'ye düştüğünde L. lactis var. lactis tarafından üretilen asit üretimi miktarı da azalmaktadır. Minimum su aktivitesinin mikotoksin üretimi için 0,81 olduğu rapor edilmiştir. Pek çok mikotoksin üreten fungusun toksin üretebilmesi için gereken aw değeri, fungusun gelişimi için gereken minimum su aktivitesinden oldukça yüksektir. Tablo 4' de çeşitli küf cinslerinin gelişimi ve toksin oluşturması üzerine su aktivitesinin etkisi görülmektedir. Genelde toksin üretimi için gereken minimum su aktivitesinin gelişme için gerekli olandan daha yüksek olduğu görülmektedir. Bakteri toksinleriyle ilgili bir çalışmada C.botulinum 'un toksin oluşturması için minimum su aktivitesinin 0,94 olduğu açıklanmıştır. 

 

Tablo-3. Bazı Mikroorganizmaların İhtiyaç Duyduğu min aw Oranı(Jay, 2000)

Organizma

Min aw

Organizma

Min aw

Gruplar

 

Spesifik Mikroorganizmalar

 

Bozulma etmeni bakteriler

0,91

Clostridium perfringens

0,95

Bozulma etmeni mayalar

0,88

Salmonella türleri

0,95

Bozulma etmeni küfler

0,80

C.botulinum(tip A,B)

0,94

Gruplar

 

Candida utilis

0,94

Halofilik bakteriler

0,75

Lactobacillus türleri

0,93

Zerofilik küfler

0,61

Listeria monocytogenes

0,90

Osmofilik mayalar

0,61

Penicillium patulum

0,81

Spesifik Mikroorganizmalar

 

Aspergillus glaucus

(Eurotium glaucus)

0,70

Pseudomonas türleri

0,97

Zygosaccharomyces rouxii

(Sacharomyces rouxii)

0,62

Campylobacter türleri

0,97

E.coli

0,96

Xeromyces bisporus

0,61

Clostridium perfringens

0,95

       

 

 

KIMYASAL VE BIYOKIMYASAL REAKTIVITE

 

Su aktivitesi yalnızca mikrobiyal bozulmayı değil aynı zamanda kimyasal ve enzimatik reaktiviteyi de etkiler. Su belki kimyasal reaktiviteyi daha başka bir biçimde de etkileyebilir. Belki bir çözücü, reaktant veya gıda sistemindeki viskoziteyi etkileyerek reaktant hareketini değiştirme özelliği gösterebilir(Leung, 1987). Su aktivitesi enzimatik olmayan esmerleşme, lipid oksidasyonunu, vitamin degradasyonunu, enzimatik reaksiyonları, protein denaturasyonunu, nişasta jelatizasyonunu ve nişasta çökelme tersinmesini etkiler.

 

Enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonları su aktivitesiyle beraber artar ve en yüksek derecesine 0,6-0,7 aw civarında ulaşır. Bu değerden daha yüksek su aktivitesi değerleri esmerleşme reaksiyonlarının hızını genellikle azaltır. Lipit oksidasyonu orta dereceli su aktivitesinde en düşük değere sahiptir ve yüksek veya düşük su aktivitesi değerlerinde oksidasyon aktivitesi farklı mekanizmaların etkileri nedeniyle yükselir. Bu tarz bozulmalar oldukça nahoş koku ve tatlarla sonuçlanabilir.

 

Suda çözülebilen vitaminlerin gıdalarda degrade olmaları artan su aktivitesiyle artar(Kirk, 1981). Enzim ve protein stabilitesi, yapılarının nispeten kırılganlığından dolayı su aktivitesinden önemli miktarda etkilenirler. Çoğu enzim ve proteinler aktif olarak kalabilmeleri için yapısal düzenlerinin aynı kalması gerekmektedir. Yapısal değişikliklerden korunmak veya kandırmak amacıyla gıda kalitesinin korunmasında kritik su aktivitesi derecesinin sağlanması önemlidir.

 

 Bir çok enzim reaktivitesi 0,8 su aktivitesi değerleri altında yavaşlar fakat bazı reaksiyonlar bu değerin çok altında bile gerçekleşebilir. Su aktivitesi nişasta çökelmesini ve çökelmenin tersinmesini etkiler.

 

 

 

ENZIMATIK OLMAYAN ESMERLEŞME

Mauron (1981) ve Baltes (1982) ‘ın yaptığı genel bir çalışmada Maillard reaksiyonları incelemiştir. Reaksiyonun erken aşamalarında indirgen şekerin karbonil grupları Schiff bazını (azomethine) oluşturur ve sonrasında N-glukozamin’e dönüşür. Glukozaminler 1-amino-1-deoksi-2-ketoz ‘a Amadori yeniden düzenlenmesiyle dönüşür. Erken Maillard reaksiyonları Amadori bileşenlerine dönüşmesi esmerleşmeye neden olmaz fakat besleyicilik değerini düşürür.(WTO)

Erken Maillard reaksiyonları beş yol izler. İlk iki reaksiyon geniş bir lezzet ürünlerinden olan Amadori ürünlerinden 1-2 enol veya 2-3 enoldan başlar. Üçüncü yol ilk iki yolda oluşan dekarbonillerin üretilmesiyle amino asitlerin oksidatif degredasyonuna katılan Strecker çökelmesidir. Dördüncü yol Schiff bazının tranaminasyonunu içerir. Beşinci yol amino-deoksi-ketoz un ikincil yan ürünleridir. İleri Maillard reaksiyonlarının en son basamağı ise prazinler ve piroller gibi heterosiklik bileşenlerin oluşmasıdır.

Esmer melanoidin pigmentleri Maillard reaksiyonlarının en son basamğında üretilir. Pigmentler doymamış karbonil bileşenler ve furfurallar gibi Maillard reaksiyonlarının ileri aşamalarında üretilen reaktif bileşenlerin polimerizasyonuyla oluşur. Polimerler 1000’den daha fazla molekül ağırlığına sahip ve nispeten inerttir.

Suyun enzimatik reaksiyona etkileri Eichner (1975) ve Labuza ve Saltmarch (1981a) tarafından incelenmiştir. Su belki de substratlara verdiği hareketlilik (mobilite) esmerleşmeyi hızlandırabilir. Diğer taraftan su içeriğindeki yükselme belki de reaktif türlerini seyrelttiği için esmerleşmeyi azalta da bilir. Mobilite etkeni, düşük su aktivitesi değerlerinde baskın hale gelebilirken, seyreltme faktörü yüksek su aktivitesinde etkenlik gösterir.

Bu sebepledir ki esmerleşme faktörü, düşük nem içerikli bileşenlerde su aktivitesinin artmasıyla artar, 0,4-0,8 arasında en üst seviyesine çıkar ve daha yüksek su aktivitesinde azalmaya başlar. Mobilite ve seyreltme faktörlerinin yanı sıra su bazı ara reaksiyonlarda enzimatik olmayan esmerleşmeye ket vurabilir veya destekleyebilir.

Maillard reaksiyonlarının erken dönemlerinde lisin ve benzeri aminoasitlerin(metiyonin,triptofan, treonin) kaybı protein kalitesi üzerinde doğrudan bir etkide bulunur. Çünkü yüksek (epsilon) ε-amino grubureaktifliğinden dolayı lisin kaybı gıda sistemlerinde geni bir şekilde esmerleşme belirteci olarak kullanılır.

  

LIPID OKSIDASYONU

Lipid oksidasyonunun mekanizmasının incelenmesi Frankel (1984) tarafından yapılmıştır. Doymamış lipidlerin serbest radikal oto-oksidasyonu dört ana basamaktan oluşur. Başlangıç, yayılma, dallanma ve sonlanma.

Başlangıç ısı, ışık veya iz metaller nedeniyle hidrojen radikalinin kaybıyla ortaya çıkar. Yayılmada serbest yağ radikalleri serbest peroksi radikalleri oluşturmak için oksijenle reaksiyona girer. Dönüşümünde reaksiyon daha fazla lipid hidroperoksitleri oluşturur.

Dallanma sürecinde, serbest radikaller hidroksiperoksitlerin ayrışmasıyla geometrik olarak artar. Sonlanmada iki serbest radikalin birleşmesiyle veya radikallerin daha stabil bir yapıya dönüşmesiyle serbest radikallerin eliminasyonu aşamasını içerir. Dört süreç şekildeki gibi bir yol takip eder.

Başlangıç RH à R· + H·

Yayılma R· + O2 à ROO·

ROO· + RH à ROOH + R·

Dallanma ROOH à RO· + ·OH 122RH"> 2R· + ROH + H2O

(Monomoleküler Ayrışma)

2ROOH à ROO· + RO· + H2O

(Bimoleküler Ayrışma)

Sonlanma ROO· + ROO· à ROOR + O2

R· + R· à R-R

R· + ROO· à ROOR

Otooksidasyon esnasında birçok ürün oluşur. Hidroksiperoksitlerin bozunması, aldehitler, ketonlar, alkoller, hidrokarbonlar ve diğer ürünlerin oluşmasıyla sonuçlanır.

Hidroksiperoksitler epoksihidroksiperoksitler gibi bozunarak uçucu bileşikleri oluştururlar, ikinci dereceden ürünleri vermek için oksijenle reaksiyona girebilirler. Ek olarak hidroksiperoksitler ve onun yan ürünleri protein, enzim ve membranlarla reaksiyona girebilirler.

 

 

SUYUN ETKISI

Suyun lipid oksidasyonu üzerine etkisi Labuza (1975) ve Karel(1980) tarafından yoğun bir şekilde araştırılmış ve incelenmiştir. Gıdalar üzerine bir çok çalışma linolate (lineleik yağ asidin ester şekli) , küçük kristallerden oluşmuş selüloz, su ve bazen iz metaller ve antioksidan içeren model sistemler kullanılmıştır. Karışım dondurarak kurutulmuş ve ayarlanmış doygun süspansiyon tuz çözeltileriyle istenilen su aktivitesine getirilmiştir. Oksidasyon Werburg monometresiyle (Maloney et al., 1966; Chou ve Labuza, 1974) tüketilen oksijen miktarı üzerinden ölçülmüştür.

Fig. 2.7. su aktivitesinin gıdalarda ve model sistemlerde lipit oksidasyonunun üzerine etkisini göstermektedir(Labuza,1975). Gıdalarda tek katmanlı su aktivitesi değerleri altında oksidasyon derecesi su aktivitesi arttıkça azalır. Oksidasyon hızının derecesinin tek katmanlı su tabakasının değerleri civarında en düşük seviyesine ulaşır ve bundan sonra artan su aktivitesi değerleriyle birlikte artmaya başlar. Suyun düşük su aktivitesinde “antioksidan etkisi” hidroksiperoksitlerin bağlanmasına ve metal katalizörlerin hidrasyonuna atfedilmiştir. “pro-oksidan “ etki ise yüksek su aktivitesinde reaktanların artan hareket serbestîsine bağlanmıştır (Heidelbaugh ve Karel, 1970). Karel (1970) suyun, radikallerin oluşumunun başlama konsantrasyonunu, temas ve hareket derecesini etkilemsiyle ve radikal transferinin, reaksiyonların birleşmesine karşı bağıl önemiyle lipid oksidasyonunu etkileyebileceğini ileri sürmüştür.

Karel(1980) tarafından suyun gıda yapısını kontroldeki önemi lipid oksidasyonundaki ana faktör olarak işaret edilmiştir. Dondurarak kurutulmuş emülsiyonlara su ilave etmek yarı kararlı yapının yıkılmasına neden olabilir. Bu oluştuğu zaman kaplanmış lipitler iç matrik tabakadan yüzeye doğru akar. Havaya maruz kaldığında kaplanmış lipid korunduğu halde yüzeydeki lipid hızla oksitlenir. Su aktivitesi kritik bir seviyeye çıktığında matriks yapının koruyucu etkisi ortadan kalkar ve kaplanmış lipitler yüzeye dağılırlar ve okside olurlar. Bu kağlama etkisi Tablo 2.3.’de gösterilmiştir. Bu farklı su aktivitesindeki maltodekstrin (maltoz içeren dekstrin) veya maltoz içeren dondurularak kurutulmuş emülsiyondaki linoleik asit oksidasyonunu göstermektedir. Dikkat çeken şuduru ki (Karel, 1980), yüzeydeki lipitler düzensiz dağılımın aksine yüzeyin biçim ve yapısının özelliklerine göre küçük birikintiler halinde toplanmışlardır.

Oksijen basıncı düşürülmüş model ve süt sistemlerindeki lipit oksidasyonu üzerine yeni yapılan bir çalışmada, metil linolat oksidasyonunun kuru duruma nazaran 0,55 su aktivitesinde daha hızlı olduğu gösterilmiştir(Kacyn et al., 1983). Bu araştırmacılar nemlendirme ile serbest kalan kapsüllenmiş (kaplanmış) lipidlerin yüksek su aktivitesi değerinde oksidasyon hızını arttırıcı bir katkı yaptığını önermişlerdir.

Su aktivitesiyle etkilenen lipid oksidasyonunun birkaç reaksiyonu daha başlattığı gösterilmiştir. Bunları proteinlerin çapraz bağlanması, lipit peroksidasyonu ürünleriyle enzim inaktivaasyonu, protein parçalanması ve amino asitlerin çökmesi, proteinlerde serbest radikallerin oluşması ve floresan pigmentlerin oluşumu dahildir(Karel, 1980).

VITAMINLERIN YIKIMI

Kirk 1981’de su aktivitesinin vitamin degradasyonu üzerine olan etkisini belirttikten sonra çok az çalışma yapılmıştır. Önceki bazı çalışmalar mısır unu, soya proteini izolatı, yağ, şeker ve tuz içeren gıda içeren kuru gıda modellenmesinin kullanımının sonuçlarını Tablo 2.4.’de toplanmıştır.

 

Sadece bir sitisna dışında A, B1, B2 veC vitaminlerinin bozunma reaksiyonlarının hızları artan su aktivitesiyle (0,24-0,65) artar. B vitaminleri değişik su aktivitesi değerlerinde A ve C vitaminlerinden daha dayanıklıdır. Widicus et al. (1980) göstermiştir ki hiç yağ içermeyen model sistemde α-tokoferol degradasyonu ((0,1-0,65 aw), depolama sıcaklığı (20-37 0C) ve oksijenin molar oranı: α-tokoferol (15:1-1450:1) koşullarında) artan su aktivitesi değeri değeri ile artmıştır. TDT konservelerde (minimum oksijen) birinci dereceden reaksiyonlar olan α-tokoferol değişimleri sabittir ve 303 konservede su aktivitesinin fonksiyonu olan değişimler Fig. 2.10’da gösterilmiştir.

 

Reaksiyon hızı oksijen engellendiğinde azalmıştır. Tokoferollerin aktivasyon enerjileri (37-54 KJ/mol) farklı su aktivitesi ve oksijen değerlerinde önemli şekilde farklılık göstermemektedir. Sonuçlar şunu gösterir ki; α-tokoferol degredasyonu mekanizması depolama koşularında pek fazla etkilenmez.

 

Model gıda sisteminde askorbik asidin depolama stabilitesi su aktivitesinin bri fonksiyonu olarak çalışımıştır(Dennison ve Kirk, 1982). 0,4 su aktivitesi değerinin altında sisteme değişik metal ilavesi (demir, bakır, çinko) hiçbir katalitik etkiyi askorbik asit degradasyonunda göstermemiştir.

 

Ancak reaksiyon hızı su aktivitesi 0,65’te 2 ile 4 katına iz metaller eklendiğinde ulaşır. Askorbik asit degradasyonunun yüksek su aktivitesinde artması metal iyonlarının mobilitesinin daha da artmasına bağlanmıştır. 

 ENZIM AKTIVITESI

Su aktivitesinin enzim aktivitesine etkisi Blain (1962), Acker (1969), Potthast (1978), Schwimmer (1980), Dapron (1985) trafından ele alınmıştır. Gıda sistemlerinin içinde enzimler doğal olarak ham materyal içinde bulunabilirler, mikroorganizmalar tarafından salgılanabilirler veya belirli bir fonksiyona hizmet etmesi için sonradan katılabilirler. Potthast (1978) işaret etmiştir ki biyolojik sistemlerdeki enzimatik reaksiyonlar model sistemlerindekilerden farklıdır. Biyolojik materyallerde enzimler ve substratlar enelde ayrıdırlar, fakat model sistemlerde genelde yakın temas halde bulunurlar. Hiç kuşkusuz enzim aktivitesi artan su aktivitesi ile artar çünkü substratların mobilitesi artar. Büyük molekül ağırlıklı substratlar (nişasta, protein v.b.) düşük molekül ağırlıklı substratlardan (glikoz) genellikle enzim aktivitesi için daha yüksek bir su aktivitesi eşik değerine sahiptir. Sıv yağlar veya sulu olmayan substratlar için enzim aktivitesi belki daha düşük su aktivitesinde gözlenebilir. Bu durumda substratlar mobilite için suya ihtiyaç duymazlar.

Gıdalarda ve model sistemlerdeki birkaç enzim reaksiyonu için gerekli su aktivitesi değerleri Tablo 2.5’de verilmiştir. Dikkat edilirse lipaz aktivitesi zeytinyağı, triolein (oleik asidin trigliseridi), trilaurin (laurik asidin trigliseridi) substrat olarak kullanıldığında su aktivitesi eşiği 0,025’den bile küçüktür. Benzer olarak lipoksigenaz tarafından katalizlenen ayçiçeği tohumu yağı 0,05 gibi düşük bir su aktivitesi değerinde gerçekleşir (Fig.2.12). Yulaf yağında su aktivitesinin artmasına bağlı olarak serbest yağ asidinin artmasıyla lipolizi de artar. Belirli bir su aktivitesinde hidrolizleme limitine ulaşılmış olan enzim-substrat karışımı eğer daha yüksek bir su aktivitesine çıkarılırsa yeni bir hidrolizleme limiti ortaya çıkar (Fig.2.13). Oluşan yeni hidrolizleme limiti başlangıcı yüksek su aktivitesi değeriyle aynıdır(Acker, 1969).

Dondurularak kurutulmuş etlerdeki enzim aktiviteleri depolama zamanıyla azalır (Potthast, 1978). Miyosin denaturasyonuyla eşlik eden ATPaz aktivitesinin inaktivasyonu artan su aktivitesi ile artar. Dondurularak kurutulmuş etteki glikojeni parçalayan enzimlerin aktivitesi 0,65 su aktivitesinde 100 gün depolamadan sonra tespit edilebilecek düzeyde değildir. Enzim interaksiyonları Maillard reaksiyonları gibi proteinlerin karbonhidratlarla kimyasal interaksiyonu (etkileşimi) vasıtasıyla olabilir. (Potthast, 1978)

 

PROTEIN DENATURASYONU

Enzim aktivitesinin su aktivitesinden etkilenmesi gibi birçok gıdadaki proteinlerin degradasyonu sistemin içerdiği nem içeriğiyle etkilenir. Örneğin bakladaki legumin (fasulye tohumlarından elde edilen bir çeşit protein) ve vicilin denaturasyon sıcaklığı Fig 2.15’de gösterilen su içeriğinin bir fonksiyonudur. Denaturasyon sıcaklığı artan su içeriğiyle (0,9 su/gr protein) hızla düşmüştür ve git gide eklenen suyla düşmeye devam etmiştir. Şöyle önerilmiştir ki düşük su aktivitesi veya su içeriği ısıl dayanımı arttırmaktadır(Hagerdal ve Martens, 1976). Benzer etki enzim inaktivasyonunda da söz konusudur.

Nem içeriği veya su aktivitesinin jelleşme sıcaklığına etkiside görülmüştür. Nişastanın jelatizasyon sıcaklığı genellikle azalan nem içeriğiyle artar (Donovan, 1979; Eliasson, 1980).

 

FIZIKSEL ETKILER

Çeşitli kimyasal veya enzimatik reaksiyon hızlarının öngörülmesinin yanı sıra su aktivitesi gıdaların tekstürel yapısını da etkiler. Yüksek su aktivitesine sahip gıdalar sıklıkla nemli, sulu, yumuşak ve çiğnenebilir olarak tanımlanırlar(Bourne, 1987). Su aktivitesi bu tür gıdalarda düşürüldüğünde istenilmeyen sert, kuru, bayat ve sıkı gibi dokusal tanımlamalar kullanılır. Düşük su aktiviteli gıdalar normal olarak gevrek ve çıtır çıtır olarak tanımlanan daha yüksek su aktivitesi değerlerinde ise ıslak dokusal niteliklere sahiptirler. Aynı zamanda su aktivitesi akışı, pişmeyi ve un ve granüllerin kümelenme özelliklerini etkiler. Su aktivitesi çok bileşenli ürünlerin su hareketinin kontrolünde önemli bir parametredir. Bazı gıdalar farklı su aktivitesine sahip bölgeler içerebilirler. Örneğin kremayla doldurulmuş atıştırmalık keklerde veya kurutulmuş meyveli çerezlerde. Su aktivitesi tanımında nem yüksek su aktivitesinden düşük su aktivitesine doğru hareket etmesi söylenirken buna yön veren bir çok parametre mevcuttur. İstenmeyen doku değişimleri çoklu bileşen içeren gıdalarda nem hareketi neticesine bağlıdır. Örneğin nem hareketi yüksek su aktiviteli meyveden düşük su aktiviteli çereze doğru olduğunda meyveler sert ve buna karşı yumuşak ve nemli çerezler elde edilir(Brandt, 1996).

 

SU AKTİVİTESİNİN ETKİLİ OLDUĞU OLAYLAR

Mikroorganizmaların gelişebildikleri su aktivitesi sınır değerleri vardır. Su aktivitesi mikrobiyal gelişme için gerekli olan kullanılabilir su miktarını ifade eder. Üründe bulunan su miktarı yüksek olmasına rağmen eğer enerji seviyesi mikroorganizmalar için düşük ise, gelişmelerinde etkili olmaz. Bu durumda organizma ile ortam arasında osmotik dengesizlik yaratarak mikroorganizmaların gelişmesini engeller ve ölümlerine neden olur. 

Mikroorganizma gelişmesi dışında yine su aktivitesi değeri ile ilişkili olan diğer bir önemli olay ise bu canlıların üretmiş oldukları ve insanlar için zararlı olabilen ikincil ürünlerin oluşumudur (Hussein ve ark., 2001). Aflatoksin, okratoksin A, fumonisin ve patulin fungusların ürettiği mikotoksinlerden sadece bir kaçıdır.

 

Ancak toksijenik fungusların bulunduğu her ortamda mikotoksinlerin varlığından söz edilemez. Çünkü fungusların gelişme ve mikotoksin üretmek için ihtiyaç duydukları su aktivitesi değerleri farklılıklar göstermektedir. Genellikle mikotoksin oluşturabilmek için ihtiyaç duydukları su aktivitesi değeri, gelişmeleri için gerekli su aktivitesi değerlerinden daha yüksektir (Çizelge 1) (Sabancı, 2003).

 

Çizelge 1. Mikotoksin oluşturan bazı funguslar, geliştikleri ve mikotoksin oluşturdukları aw değerleri


Fungus Gelişme için gerekli aw değerleri Toksin oluşumu için gerekli aw değerleri Oluşan mikotoksinler
Aspergillus flavus 0.78-0.84 0.83-0.87 AFB11
Aspergillus parasiticus 0.78-0.82     0.87 AFB1
Aspergillus ochraceus 0.76-0.83 0.83-0.87 OTA2
Penicillium aurantiogriseum 0.79-0.85 0.97-0.99 OTA
Penicillium verrucosum 0.81-0.83 0.83-0.90 OTA
  1Aflatoksin B1   2Okratoksin A

Aflatoksin, Aspergillus genusunun farklı türleri tarafından üretilen ve üzerine en fazla çalışılan mikotoksin grubudur. Çeşitli fungus türleri tarafından üretilen 20'nin üzerinde aflatoksin çeşidi bulunmuştur.

Örneğin, AFB1 ve AFB2 Aspergillus flavus tarafından üretilirken, Aspergillus parasiticus AFB1, AFB2, AFG1,AFG2 üretmektedir (D'Mello ve MacDonald, 1997). Aflatoksin grupları arasında da toksisiteleri bakımından farklılıklar görülmektedir.

AFB1, bu gruplar içersinde en fazla toksik etki gösteren gruptur. Bu özelliğinden dolayı ülkeler sınır değerleri belirtirken AFB1 diğerlerinden ayrı olarak değerlendirilir. Çizelge 2'de Türkiye ve AB ülkelerinde belirlenmiş AFB1 ve toplam aflatoksin değerleri verilmiştir.

Çizelge 2. Türkiye ve AB ülkelerinde aflatoksin sınır değerleri (µg/kg) (Sabancı, 2003)


Aflatoksin AB Ülkeleri Türkiye
B1 2 5
B1+B2+G1+G2 4 10

 Okratoksin, Aspergillus ve Fusarium türleri tarafından üretilen diğer bir mikotoksindir. Okratoksinler kimyasal yapılarının özelliğinden dolayı kümes hayvanlarında böbrek rahatsızlıklarına neden olmaktadır (Lanza ve ark., 1980; Manning ve Wyatt, 1984). Aynı zamanda farelerde akut toksik (Wannemacher ve ark., 1991), insanlarda tümör oluşumunu hızlandırdığı bilinmektedir (Krogh, 1978). Okratoksin A (OTA) en toksik gruptur. OTA ilk olarak A. ochraceus fungusundan izole edilmiştir (Van der Merwe ve ark., 1965) ancak daha sonraki çalışmalar uygun iklim koşullarında Penicillium türlerinin de sekonder metabolit olarak bu toksini ürettiklerini göstermiştir

(Smith ve Ross, 1991). Okratoksin ile ilgili çalışmaların henüz aflatoksin kadar çok olmayışı, ürün bazında ülkelerin sınır değerleri belirlemesini geciktirmektedir.

Ancak kuru üzüm için 10 ppb sınır değer olarak alınmış ve 2006 Aralık tarihinde bu değer AB tarafından koruma altına alınmıştır.
Fumonisin (B1 ve B2), Fusarium proliferatum ve Fusarium verticilliodise tarafından oluşturulan ve yapılarındaki uzun hidrokarbon zincirleri tarafından toksik özellik gösteren, kanser riskini önemli ölçüde arttıran bir mikotoksindir (Wang ve ark., 1992). Fumonisin B1, en tehlikeli olan gruptur ve farelerde tümör oluşumunu arttırdığı saptanmıştır (Gerderblom ve ark., 1988).

 

MİKROORGANİZMALARIN GELİŞME SINIRLANDIRILMASI

Sıcaklık, su aktivitesi, pH, karbonhidrat, protein miktarı gibi birçok faktör mikroorganizmaların gelişmeleri üzerine etkilidir. Su aktivitesi ise bu açıdan önemli faktörlerin başında gelmektedir.

Su aktivitesi, diğer koruyucu faktörler ile (sıcaklık, pH, redoks potansiyeli vb.) kombine edilerek mikroorganizma gelişmesini önleyici ortamların sağlanmasına yardımcı olur. Başlıca patojen olan bakteriler için aw alt sınır değeri 0.90, mayalar 0.80, küfler için 0.60–0.75 ve diğer bütün mikroorganizmalar için ise 0.60'dır (Labuza, 1970, Karel, 1975, Bone, 1987, Karaçalı, 2002).

 

 

 


KİMYASAL VE BİYOKİMYASAL REAKSİYONLAR       

Su aktivitesi sadece mikrobiyal bulaşmayı değil kimyasal ve enzimatik reaksiyonları da etkilemektedir. Su, kimyasal reaksiyonları farklı yollarla etkileyebilir; çözücü olabilir, tepki veren olabilir ya da ortamın viskozitesini değiştirerek tepki verenlerin hareketini değiştirebilir.

Su aktivitesi enzimatik olmayan kahverengileşme, yağ oksidasyonu, vitaminlerin ve diğer besinlerin parçalanması, enzimatik reaksiyonlar, protein bozulması, nişastanın jel haline gelmesi ve nişasta parçalanmasında etkilidir. Genellikle su aktivitesi kimyasal bozulma reaksiyonlarının en az olacağı düzeye düşürülmelidir.

 

FİZİKSEL ÖZELLİKLER

Kimyasal ve enzimatik reaksiyonların yanında, su aktivitesi gıdaların dokusal özellikleri üzerinde de etkilidir. Su aktivitesi değeri yüksek olan gıdalar nemli, sulu, yumuşak olarak tanımlanırlar.

Bu gıdaların su aktivite değerleri düşürüldüğünde sertleşme, kuruma, bayatlama gibi istenmeyen özellikler gözlenebilir. Su aktivite değeri yüksek olan bir ürün sulu bir yapıdayken, bu değer düşürüldüğünde kırılgan gevrek bir yapıya sahip olmaktadır.

KATILAŞMA, KÜMELENME, ÇÖKME VE SERTLEŞME

Su aktivitesi, depolama süreci boyunca kurutulmuş ve toz haline getirilmiş ürünlerde stabiliteyi etkileyen en önemli faktördür. Uygun su aktivitesi toz ürünlerde katılaşma, kümelenme, topaklaşma, çökme ve sertleşmeyi engeller. Su aktivitesinin kontrolü, toz ürünlerde uygun ürün yapısının, dokunun, stabilitenin, yoğunluğun ve rehidrasyon özelliklerinin devamlılığının sağlanmasında önemli bir faktördür.

 

RAF ÖMRÜ VE PAKETLEME

Ürünlerin raf ömürlerinin belirlenmesinde su aktivitesi kritik bir faktördür. Su aktivitesi depolama boyunca kuru ve kurutulmuş ürünlerin stabilitesini etkileyen en önemli faktördür. Kuru ve kurutulmuş ürünler bugün tüketiciler tarafından yüksek sağlık değerleri nedeni ile en çok tercih edilen ürün grubu arasındadır. Kuru ürünler raf ömrünün uzun, paketleme masraflarının, taşıma ve depolama giderlerinin daha az olması gibi faktörlerden dolayı ekonomik olmaktadır. Su aktivitesinin kuru ürünlerde ve kurutulmuş meyve ve sebzelerde kontrol altına alınması ürünün yapı, doku, stabilite, yoğunluk ve rehidrasyon özelliklerinin sürekliliğini sağladığı için önemlidir. Su aktivitesi günümüzde doğrudan yemeye hazır besinlerde önemli olmasının yanında sert kabuklu meyve ve kurutulmuş meyve ve sebzede de önemlidir.

Ancak tahılların, sert kabuklu meyve, kurutulmuş meyve ve sebzelerin su aktivitesi değerindeki değişmelerden zarar görmesi; kimyasal yapılarındaki değişikliklerden veya mikotoksin üretebilen bazı fungusların tarla/bahçe aşamasında ürüne bulaşması ve uygun koşulların oluşmasıyla fungusların insan ve hayvan sağlığı için tehlikeli olabilecek bazı yan ürünleri, mikotoksinleri oluşturmasından ileri gelmektedir (Çizelge 3).

 

KAYNAKÇA

Anonymous, Ankara Universitesi, 2000 Gıda Mikrobiyolojisi ve uygulamaları, 2000. Genişletilmiş 2. Baskı; Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Gıda Mühendisliği Bölümü yayını, Sim matbaası, Ankara 522 s 02.Bölüm, 02. kısım

Beuchat, L.R., “Microbial stability as affected by water activity,” Cereal Foods World , 26(7):345-349,1981

Bourne, M.C., “Effects of water activity on textural properties of food,” In Water Activity: Thoery and Applications to Food. Rockland, L.B. and L.R. Beuchat (ed.), Marcel Dekker, Inc., New York, pp. 75-99, 1987

Brandt, L., “Bound for success. Controlling water activity gives technologists the edge in developing Food Formulating safe, shelf-stable foods,” . September:41-48, 1996

Hanlin, M. B., N. Kalchavanand, P. Ray, and B. Ray. 1993.Bacteriocins of Lactic Acid Bacteria in Combination Have Greater Antibacterial Activity. J.Food Proect., 56: 252-255.

Kirk, J.R., “Influence of water activity on stability of vitamins in dehydrated foods,” In Water Activity: Theory and: Influences on Food Quality , Rockland, L.B. and G.F. Stewart (ed.), Academic Press, New York, pp. 631- 1981

Labuza, T.P., “The properties of water in relationship to water binding in foods: A review,” Journal of Food Process.Preserv, 1:167-190, 1977

Leung, H.K., “Influence of water activity on chemical reactivity,” In Water Activity: Theory and Applications to Food , Rockland, L.B. and L.R. Beuchat (ed.), Marcel Dekker, Inc., New York, pp. 27-54, 1987

Scott, W.J., “Water relations of food spoilage microorganisms,” Advances in Food Research , 7:83-127, 1957

Taoukis, P., W. Breene, and T.P. Labuza., “Intermediate moisture foods,” Advances in Cereal Science and Technology, 9:91-128, 1988