TEK OLOJĐK ARAŞTIRMALAR

Transkript

1 ISSN: Gıda Teknolojileri Elektronik Dergisi 2008 (2) 9-18 TEK OLOJĐK ARAŞTIRMALAR Derleme Hüseyin GE ÇCELEP Yüzüncü Yıl Üniversitesi Ziraat Fakültesi Gıda Mühendisliği Bölümü, VAN ÖZET Proteinler, işlenmiş, tüketime hazır et ürünlerinin, duyusal, tekstürel ve görünüş özelliklerine etki eden temel fonksiyonel ve yapısal bileşiklerdir. Proteinlerin fonksiyonel özellikleri, et ürünlerinin kalitesine ve organoleptik özelliklerine katkıda bulunan ve hazırlama, işleme, depolama ve tüketim sırasında gıda sistemlerinde mevcut olan özellikler proteinlerin fiziko-kimyasal özellikleri olarak tanımlanmaktadır. Fonksiyonel özellikler fizikokimyasal özelliklerin, çevre şartları tarafından etkilenmesi sonucu oluşmaktadır. Et proteinlerinin önemli fonksiyonel özellikleri, su alarak şişme, çözünürlük, vizkozite, su tutma, yağ bağlama, jelasyon ve emülsifikasyon özellikleridir. Proteinlerin fiziko-kimyasal özellikleri, proteinleri oluşturan amino asitlerin bileşimi, sıralanışı ve konformasyonundan [sekonder, tersiyer ve quaterner yapıdan] kaynaklanmaktadır. Proteinlerin fiziko-kimyasal özellikleri arasında ise, yüzey gerilimi, sülfidril grup oranı, hidrofobite, molekül ağırlığı, konformasyonal stabilite, çözünürlük, dispersibilite, çözünürlük/dispersibilite oranı ve assosiyasyondissossiyasyon özellikleri yer almaktadır. Et proteinleri, miyofibriler (tuzda çözünen), sarkoplazmik (suda çözünen) ve bağ doku (tuzda çözünmeyen) proteinleri olmak üzere üç gruba ayrılmaktadırlar. Bu protein grupları, farklı temel özelliklere ve et ürünlerinde farklı etkilere sahiptirler. Anahtar Kelimeler: Et proteinleri, Fonksiyonel Özellik, Fiziko-Kimyasal Özellik 1. GĐRĐŞ Et proteinlerinin fonksiyonel özelliklerinin bilinmesi, daha ucuz et kaynağı kullanılmasını, mevcut ürünlerin geliştirilmesini, yeni ürün imalatını, alışılagelmişin dışında protein kaynağı kullanılmasını, enerji maliyetlerinin düşürülmesini ve artıkların azaltılmasını mümkün kılabilmektedir [1,2]. Etlerde protein-su (proteinlerin fonksiyonel özelliklerini çok etkilemektedir), protein-protein ve protein-yağ interaksiyonları et fonksiyonlarında son derece önemlidir. Protein-su interaksiyonları çözünürlük, su bağlama, viskozite ve ekstrakte edilebilirlik üzerine, protein-yağ interaksiyonu emülsiyon ve yağ bağlama üzerine ve protein-protein interaksiyonu da jelasyon üzerine etkilidir [2,3]. Et proteinlerinin önemli fonksiyonel özellikleri, su alarak şişme, çözünürlük, vizkozite, su tutma, yağ bağlama, jelasyon ve emülsifikasyon özellikleridir [1,4]. Bu fonksiyonel özelliklerin her birinin nispi önemi, üretilecek ürün çeşidine, işleme metoduna ve işleme sırasında değişik işlem safhalarına göre değişmektedir. Fonksiyonel özellikler fiziko-kimyasal özelliklerin, çevre şartları tarafından etkilenmesi sonucu oluşmaktadır. Bundan dolayı gıda sistemlerinde fonksiyonel özellikler, fiziko-kimyasal özelliklerden daha da önemlidir. Ancak, fonksiyonel özelliklerin kontrolü, fiziko-kimyasal özelliklere göre oldukça zordur [1,4]. Çevresel şartlar ve gıda proses şartları (ph, iyonik şiddet, sıcaklık, gıdanın parçalanma derecesi, su içeriği, diğer gıda bileşenleri ile olan interaksiyonlar gibi) özellikle etin önemli fonksiyonel proteini olan miyosinin fonksiyonel ve moleküler özelliklerini değiştirdiği gibi, yapısını ve konformasyonunu da değiştirebilmektedir [5].

2 Teknolojik Araştırmalar : GTED 2008 (2) 9-18 Et proteinlerinin gıda sistemi içerisindeki fonksiyonel özelliklerini tahmin etmek için, et proteinlerinin ve özellikle miyofibriler proteinlerin moleküler özelliklerini ve bu özelliklerin çevresel ve işleme şartları tarafından nasıl etkilendiğini bilmek gerekmektedir [6]. Et proteinlerinin fonksiyonel ve fiziko-kimyasal özellikleri yanında termal özelliklerinin de bilinmesi gerekmektedir. Keza, çevre ve gıda proses şartlarının, et proteinlerinin termal özelliklerini değiştirdiği bilinmektedir. Termal özellikler, et proteinlerinin çeşitli fonksiyonel ve fiziko-kimyasal özellikleri ile yakından ilişkili olduğu gibi, diğer kalite özellikleri ile de ilişkilidir [7]. Çiğ et hamurundaki önemli fonksiyonel özellikler, su tutma, yağ bağlama ve emülsifikasyondur. Parçalama, fiziksel olarak epimisyum, perimisyum, endomisyum, sarkolema, kas fasikül ve fibrillerinin fiziksel bütünlüğünü bozarak, kas dokusunu tahrip etmektedir [1]. Toplam kas proteinlerinin yaklaşık % kadarını myofibriller proteinler, % ini sarkoplazmik proteinler ve geri kalan kısmını da [% 10-15] bağ-destek dokusu proteinleri oluşturmaktadır [8]. Miyofibriler proteinlerin ise, yaklaşık % ünü miyosin (izoelektrik ph 5.4), %21-22 sini aktin (izoelektrik ph 4.7), % 5 ini α ve β-tropomiyosin, % 2 ini troponin, % 3 kadarının α ve β- aktinin ve geri kalan kısmını da diğer miyofibriler proteinler ( titin % 8, nebulin % 3, C-protein % 1.5, β-actinin % 1.1, X-protein % 0.2, H-protein % 0.18, desmin % 0.18, M-protein % 0.15, paratropomiyosin % 0.15) oluşturmaktadır [9,10]. Sarkoplazmik proteinler ise santrifüjlemedeki çökme hızlarına göre dört gruba ayrılmaktadır. Çekirdek, mitokondrial, mikrosomal ve stoplazmik fraksiyon olarak gruplandırılmaktadır. Bu fraksiyonlar 100 den fazla sarkoplazmik proteinden oluşmaktadır. Sarkoplazmik proteinler farklı fiziko-kimyasal özelliklere sahiptirler. Yüksek izoelektriksel ph, düşük molekül ağırlığı ve küresel yapı bu proteinlerin suda ve tuz çözeltilerinde kolayca çözünmelerini sağlamaktadır [4]. 2. FO KSĐYO EL ÖZELLĐKLER 2.1. Su Bağlama ve Su Alarak Şişme Gıdalarda suyu bağlayan ve tutan makromoleküller, proteinlerdir. Proteinlerde su tutma H bağları yardımı ile suyun matriks içinde tutulması şeklinde gerçekleşir. Etin tat ve aroması, gevreklik ve tekstürü kas proteinlerinde tutulan su miktarına bağlıdır. Proteinlerin su bağlamasına etki eden faktörler, amino asit komposizyonu, proteinin konformasyonu, yüzey polaritesi ve hidrofobitesi, iyonik konsantrasyonu, iyon çeşitliliği, ph ve sıcaklık dır. Yüksek miktarlarda yüklü amino asit içeren proteinler daha fazla su bağlayabilmektedirler. Bu da proteinlerin amino asit komposizyonunun su bağlamada çok önemli etkisinin olduğunu göstermektedir [4,11]. Kas proteinlerinin su bağlama özelliği büyük oranda ph ya bağlıdır. Proteinlerin suyu tutması, yapısında mevcut olan pozitif ve negatif yükler (polarite) ve kapillar etkilerden kaynaklanmaktadır. Kapillar etki polariteden daha fazla önemlidir. Kaslardaki suyun en çok bulunduğu kısım ince ve kalın flamentler içinde bulunan miyofibriler proteinlerdir. Etin suyunun %97 si miyofibriler protein fraksiyonları tarafından bağlanır. Bu fraksiyonların en önde gelenleri aktin ve miyosin ile daha az etkili olan tropomiyosin dir. Minimum su bağlayan protein ise aktomiyosin olup bu olay izoelektrik noktada (ph 5.0) oluşmaktadır. C-proteini de miyofibriler proteinler tarafından suyun emilmesinde düzenleyici rol oynamaktadır. Bu suyun büyük bölümü serbest sudur ve geri kalan kısmı ise miyofibriler proteinlere bağlıdır. Suyun çok az bir kısmı da sarkoplazmik proteinlere ve bağ dokuya bağlıdır. Sarkoplazmik proteinler, miyofibriler proteinlere göre, düşük su bağlama ve düşük viskozite özelliğine sahiptirler. Suyun proteinler ile interaksiyonu sonucunda su bağlanma miktarı uzaklıkla değişkenlik gösterir [3,4,9,10,12]. Örneğin, sarkoplazmik proteinlerde en:boy oranı 1:4 iken, değişik ph ve iyonik şiddette, miyofibriler proteinlerde bu oran 1:200 e kadar çıkabilmektedir. Etin parçalanması esnasında et fibrilleri birbirinden ayrılır ve fibrillerin membranları bozulur. Fibril ve liflerin enine ve boyuna kesildiği işlem sırasında sarkolemanın yapısının bozulması, miyofibril ve flamentlerin serbest kalmasına sebep olmakta ve bunun sonucu olarak aktif su miktarı artış göstermektedir [13]. 10

3 GENÇCELEP, H. Teknolojik Araştırmalar: GTED 2008 (2) Çözünürlük Protein çözünürlüğü, protein içeren ürünün belirli koşullar altında içerdiği çözünür haldeki azot miktarı olarak tanımlanabilir. Protein çözünürlüğü, diğer fonksiyonel özellikler ile ilişkili olan bir fizikokimyasal özelliktir. Genel olarak protein çözünürlüğü çözeltinin ph sına göre değişmekte, izoelektrik noktada minimum olmaktadır [14]. Et proteinlerinin en önemli fonksiyonel özelliklerinden birisi çözünürlüktür. Et proteinlerinin çözünürlüğü üzerine etki eden faktörler ise; protein yapısı, miyofibriler proteinlerin yapısı, ph, ilave edilen tuz konsantrasyonu, sıcaklık, tuz ile etin karıştırılma süresi, bir çok doğal özellik ve diğer proses faktörleridir [2,4,15]. Sarkoplazmik proteinler (globuler yapıda ve molekül ağırlıkları küçük, genellikle dalton arasında ve izoelektirk noktaları nötral ph ya yakın) doğal olarak ette çözünmüşlerdir. Ancak miyofibriler proteinlerin (dengeli bir amino asit komposizyonuna sahip, izoelektrik noktaları düşük, ph 5-6) çözünmesi için yüksek iyonik şiddete ihtiyaç duyulmaktadır [4]. Miyofibriler proteinlerin düşük izoelektrik ph sı, polipeptitlerin farklı bölgeleri arasındaki interaksiyonlara ilgi göstermelerine ve proteinlerin yapısal özeliklerinin düzenlemesine etki etmektedir. 0.5 M tuz (yaklaşık %2 tuz) çözeltisinin üzerindeki konsantrasyonlarda çözünürlük artmakta 1.0 M tuz çözeltisinin üzerinde ise azalmaktadır, bu bakımdan çözünürlük aralığı M dır [4]. Tuz ilavesi protein molekülleri arasındaki elektrostatik etkiyi azaltmakta ve proteinlerin ektrakte olabilirliği, çözünebilirliği ve su tutması artmaktadır [2]. Et proteinlerini, çözünürlük bakımından temel olarak üç grupta toplamak mümkündür [4,15, 16,17]. a. Sarkoplazmik proteinler (suda çözünebilen) : Đyonik şiddeti 0.1 den düşük olan tuzlu su çözeltisinde ve nötral ph da çözünebilen proteinlerdir farklı proteinden oluşmaktadırlar (hemoglobin, bazı enzim ve çekirdek proteinleri vb.). b. Miyofibriler proteinler (tuzlu suda çözünebilen) : Miyofibrilleri oluşturmaktadırlar. Đyonik şiddeti arasında olan konsantre tuzlu su çözeltisinde çözünebilen proteinlerdir (aktin, miyosin, troponin, tropomiyosin vb.). Bu proteinler ekstrakte edildikten sonra bir çoğu suda çözünebilmektedir (aktin ve miyosin gibi). c. Stroma proteinleri (bağ dokusu proteinleri) : Her iki tip çözeltide de çözünmeyen veya çok az çözünebilen proteinlerdir. Normal sulu çözeltilerde çözünmezler. Bu proteinler lipoproteinleri ve mukoproteinleri içerirler. Bileşimleri büyük ölçüde kasın kaynağına bağlıdır. Toplam stroma proteinlerinin %40-60 ını kollogen, %10-20 sini elastin oluşturmaktadır Vizkozite Viskozite, daha çok, proteinlerin strüktürel yapılarından kaynaklanan bir özelliktir. Proteinlerin moleküler konformasyonu, kümeleşmesi, hidrasyon ve şişme özellikleri nedeniyle kendi içlerinde bir ağ örtüsü meydana getirmeleri ve bu yapı içerisinde çeşitli yağ partiküllerinin tutulması, emülsiyon özellikleri açısından son derece önemli özelliklerdir. Viskozite, emülsiyon akışkanlığının bir ölçüsü olup, emülsiyon teknolojisi açısından, ürüne belli bir tekstür kazandırılması bakımından üzerinde önemle durulması gereken bir kalite kriteridir [17]. Kas fibrillerinin şişmesi ve miyosinin çözünmesi, çiğ et hamurunda disperse halde bulunan yağı stabilize eden protein matriksinin viskozitesini artırmaktadır [7,18,19]. Çözünmüş miyofibriler proteinlerin düşük sıcaklıktaki jelasyonu da protein matriksinin viskozitesini artırmaktadır [20,21]. Et hamurunda yağ küreciklerinin protein matriksi tarafından hapsedilmesi sonucu yağ küreciklerinin birbiriyle birleşerek agregat oluşturması sınırlandırılmaktadır. Bu suretle ısıl işlem görmemiş bir et emülsiyonunun sürekli fazını oluşturan su-protein matriksinin viskozitesi ve proteinlerin açılma özelliği artmaktadır [22]. Sarkoplazmik proteinler, düşük viskozite özelliği gösterirler, buna karşın miyofibriler ve stroma proteinleri yüksek viskozite özelliği göstermektedirler [3,15]. Miyofibriler proteinlerin çözünürlüğü viskozite üzerine çok önemli etki yapmaktadır, hatta düşük konsantrasyonlardaki çözünmüş miyosin viskoziteyi artırmaktadır [2]. 11

4 Teknolojik Araştırmalar : GTED 2008 (2) Su Tutma Kapasitesi Etin su tutma kapasitesi en çok ph ya bağlıdır. Proteinler ne kadar çok su tutarlarsa, o oranda çok çözündükleri için, su tutma kapasitesinin et proseslerindeki önemi büyüktür. Etin su tutma kapasitesi, proteinlerin izo-elektronik noktasında (pi) minimumdur. pi, protein zincirindeki bütün grupların elektrik yüküne sahip olduğu ph değeridir. Bu ph değerinde, peptid zincirinde eşit sayıda eksi ve artı yüklü grup olduğu için, tuzlarla kurulan bağlar maksimum düzeydedir ve net yük sıfırdır. Etin pi noktası yani su tutma kapasitesinin minimum olduğu noktadaki ph değeri dür ve bu değer de rigor motrisden sonraki ph dır. ph nın proteinlerin pi noktasının üzerine çıkması veya altına düşmesi, peptid zincirindeki yük dengesini bozmasından dolayı su tutma kapasitesinin artmasına neden olur. Net yükün eksi veya artı olması, protein zincirindeki aynı yükü taşıyan grupların birbirini itmesine neden olur, bu itme gücü iki mıknatısın aynı kutuplu iki ucunun birbirini itmesine benzetilebilir. Bu itme kuvvetinden dolayı oluşan boşluk su tarafından doldurulur [15]. Su tutma kapasitesi ph arasında geri dönüşümlüdür, ancak ph 10 un üzerinde ve ph 4.5 in altında su tutma kapasitesinde dönüşümsüz değişiklikler oluşmaktadır [9,18]. 0.6 M civarındaki iyonik şiddete sahip bir çözelti içerisinde etin parçalanması, kas fibrillerinin şişmesine, miyosinin depolimerizasyonuna, miyosinin çözünmesine ve kas fibrillerinden myofibrillerin ekstraksiyonuna neden olmaktadır [18]. Şişmiş fibrillerdeki proteinler ve monomerik formdaki çözünmüş miyosin, daha fazla su tutma kapasitesine sahip olmaktadır. Çünkü proteinler arasındaki interaksiyonlarda, birbiri üzerine sarılmış durumda bulunan proteinler açılmakta, interaksiyonlar kırılmakta ve protein molekülleri çözücü ile karşı karşıya gelmektedir [7]. Miyosin %38 oranında polar amino asitleri ihtiva etmekte ve bunlarında büyük bir kısmı, her biri 6-7 molekül su bağlayabilen aspartik asit ve glutamik asit rezidüleri içermektedir. Tuz ilavesi miyosin molekülünün su alması ve moleküler şişme nedeniyle iyonik bağların kopması, miyosinin su tutma kabiliyetini artırmaktadır [1,7]. Su tutma kapasitesi üzerine aynı yüke sahip Na tuzların etkisinden Mg tuzlarının etkisi daha fazla olmaktadır. Çünkü Mg miyofibriler proteinlere daha kuvvetli bağlanmaktadır [9]. Proteinlerin su tutma kapasitesi ph, tuz konsantrasyonu, tuzun tipi ve sıcaklıktan da etkilenmektedir [1,2] Yağ Bağlama Proteinler hidrofilik ve hidrofobik karakterde olduklarından emülgatör görevi görerek bir biri içerisinde karışmayan fazları stabilize ederler. Et proteinleri, et emülsiyonunda emülsifiye edici ajan rolündedir. Emülsifiye edici ajanlar yağ moleküllerinin birleşmesini önlemek için, yağlar ve su arasında dağılırlar. Et emülsiyonu oluşurken, proteinler kas liflerinden ekstrakt edilir ve bu proteinler emülsiyonda çözünür. Bu ekstrasyon, yüksek iyonik kuvvet ve ph ya bağlıdır. Parçalama ve karıştırmanın da etkisiyle, çözünen proteinler kas hücreleri ve yağ parçacıkları arasında yayılır ve pişirme sırasında karışım denatüre olur ve koyulaşır, kas demetleri ve yağ parçacıkları etrafında jel oluştururlar. Meydana gelen bu jel et emülsiyonundaki ortam kararlılığını arttırır [23]. Sarkoplazmik proteinlerin özellikle yağ bağlama özellikleri üzerindeki etkileri 0.4 M iyonik şiddetin altında kendini göstermektedir. Đyonik şiddet 0.4 M ın üzerine çıktığı zaman, bu etki azalmaktadır [7]. Emülsiyon oluşumundaki ara yüzey alanı da proteinlerin yağ bağlama özellikleri üzerine etki etmektedir. Yağların parçalanma derecesi ve eklenen yağ miktarı bu özelliğe değişik şekillerde etki etmektedir. Ara yüzey alanı küçüldüğü zaman (yağların parçalanma süresinin kısaldığı veya düşük yağ ilavesi), yağ partiküllerinin etrafı miyofibriler proteinlerin kalın tabakaları ile sarılmakta ve su ile temas halinde olan ve stabilite açısından olumsuz bir görünüşe neden olan bu kalın protein miktarı yağların emülsiyon oluşturmadaki etkilerini azaltmaktadır. Ara yüzey alanının arttırılması (yağ parçalanmasının arttırılması ve yağ ilavesinin yükseltilmesi) yağ partiküllerinin etrafını saran kalın protein tabakasının soyulmasına ve proteinin daha çok su ile temasa geçmesine neden olarak emülsiyonun daha iyi oluşmasına neden olmaktadır. Yağ partikül boyutları bu alanda 0,1µm den birkaç mikrona değişmektedir. Đyi bir emülsiyon oluşturmada alan ile birlikte, 50µm çapında yağ partikülleri bulunması tavsiye edilmektedir [13]. Bu şekilde oluşturulan matriks ile yağ ilavesinin optimum oranları, emülsiyon stabilitesini maksimuma ulaştırmaktadır. Bunun yanında düzenli yağ ilavesi de (yüksek yüzey alan) emülsiyon stabilitesinin 12

5 GENÇCELEP, H. Teknolojik Araştırmalar: GTED 2008 (2) 9-18 arttırılmasına katkıda bulunabilmektedir. Bu ortamda, ilk aşama da yağ partiküllerinin etrafındaki protein filminin incelmesi sonucu, proteinlerin mekanik gücü ve elastikiyetin azalması ile daha iyi emülsiyon oluşabilmektedir. Halen optimum hacim oranının çok altında olan yağ ilavesi geniş yüzey alanı içerisindeki emülsiyonun gevşek ve yapışkan olmayan özellikte olmasına sebep olabilmektedir [13] Jelleşme Proteinler jel oluşturabilirler. Proteinler belirli koşullarda sol halden jel hale geçerler. Jelleşmede ortam sıcaklığı, divalent iyonlar ya da bazı enzimler etkili olabilirler. Protein denatüre olduktan sonra ağ benzeri bir yapı oluşturur. Soğutulduklarında bu yapı bir miktar da suyu yapısında tutarak jel benzeri bir yapı oluşturur. Proteinlerin jel oluşturma mekanizması tam olarak bilinmemekle birlikte bu özellikleri gıda sanayinde su tutma kapasitesini artırmak, köpük stabilizasyonu, kalınlaştırma gibi proseslerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Proteinler, gıdanın yapısının oluşturulmasında çok önemli özelliğe sahiptirler. Bir çok hayvansal protein gıda sanayinde gıdanın yapısının geliştirilmesi amacıyla kullanılırlar. Bu yapısal özellikler çiğnenebilirlik, su tutma kapasitesi, yumuşaklık, sertlik gibi özellikler olarak sıralanabilir [2,3,13]. Proteinlerin jel oluşturma özellikleri, gıdanın teksturel özelliklerini belirleyen önemli bir faktördür. Jel oluşturma mekanizması ısıl işlemle gerçekleştirilebilmesine rağmen, ısıl işlem genellikle bazı besinsel özellikleri olumsuz etkileyebilmektedir. Isıl işlem proteinlerdeki zayıf interaksiyonları etkileyerek jel oluşumunu sağlamaktadır [24]. Protein-protein interaksiyonları et ürünlerinin pişmesi sırasında proteinlerin jel oluşturmasına neden olmaktadır. Sürekli bir protein jel ağının oluşumu ürünlerin tektürel ve duyusal özelliklerine çok büyük etki etmektedir. Myofibriler proteinlerin jelasyonu ısıl işlem prosesi sırasında oluşmakta ve çok önemli fonksiyonel özellikler ürünlere kazandırmaktadır. Ancak sarkoplazmik proteinler ile stroma proteinleri miyofibriler proteinlerin kuvvetli jel oluşturmasını engellemektedirler [2]. Miyofibriler proteinlerin jelasyonu et ürünlerinin tektürü için çok önemlidir. Mükemmel bir jelleşme gösterip, birbirine bağlı protein çatısı oluştururlar. Sarkoplazmik proteinler, C de koagüle olan stroma proteinleri gibi çok düşük jelasyon özelliği gösterirler. Hatta jelleşmezler ve sadece koagüle olurlar. Miyofibriler proteinlere sarkoplazmik proteinlerin ilavesi de jelin mekanik özelliklerini zayıflatmaktadır. Kollojen sadece jel özellikleri ile ilgili bir proteindir. Geniş ph aralığında ve katkısız termal dönüşümlü su jelleri oluşturur. Kollojen sosis çeşitlerindeki jel oluşumlarında önemli bir rol oynamaz. Çünkü ısıtma sıcaklığı kollojenin jel oluşturması için çok düşüktür [3]. Jel oluşumunu etkileyen faktörler ise, sıcaklık, protein konsantrasyonu ve hidrofobitesi, ph, tuz konsantrasyonu, kalsiyum konsantrasyonu ve serbest sülfidril konsantrasyonu şeklinde belirtilebilir [2]. Jelasyon, genellikle, ph da et ürünlerinde maksimum teksturel sertlik ve arzu edilen elastik özellikler oluşturmaktadır. Daha düşük ph larda (et ürünlerinin izoelektrik noktasında proteinler iyi çözünmemekte ve agregat oluşturmakta) jel oluşumu et ürünlerine yumuşak tektür ve düşük su bağlama özellikleri kazandırmaktadır [2] Emülsifikasyon Et teknolojisinde emülsiyon: Hayvansal yağların kesikli fazı, proteinler, tuz ve suyun da sürekli fazı teşkil ettiği ve yine bu proteinlerin emülsiyon ajanı olarak rol aldığı kolloidal, süspanse haldeki kompleks bir yapıdır. Sistemde, sürekli fazı oluşturan bu üç bileşen, bir protein filmi haline getirilerek ince yağ zerreciklerini sarar. Et emülsiyonları, etlerin iyi bir şekilde parçalanması, parçalanmış etlerin tuzlu su ile homojenize edilmesi, hayvansal yağların da matrikse (su-protein-tuz kompleksi) disperse edilerek verilmesi şeklinde gerçekleştirilir. Et emülsiyonlarında kesikli fazın etrafını ince bir film şeklinde çevreleyen su-tuz-proteinden oluşan yapıya matriks de denilmektedir. Genel olarak sausage olarak bilinen tüm emülsifiye et ürünleri bu şekilde üretilmektedir [28]. Stabil bir emülsiyon hazırlanabilmesi için 13

6 Teknolojik Araştırmalar : GTED 2008 (2) 9-18 matriksinde stabil bir yapıda olması gerekir. Matriks stabilitesi denince etin kompozisyonu ve proteinlerin su tutma kapasitesi düşünülmelidir. Matriks stabilitesinin sağlanabilmesi için yüksek su tutma kapasiteli (WHC) etler kullanılmalıdır. Yüksek WHC li yeni kesilmiş etler bu özelliği sağlasa da bazı teknik nedenlerden dolayı kullanımı kısıtlanmıştır. Ayrıca kullanılan etin rigormortis süresi, ATP oluşum hızı, matriks stabilitesi ve son ürün kalitesi üzerine etki etmektedir [13]. Dispers fazda damlacıkların büyüklüğüne göre emülsiyonlar değişik gruplara makroemülsiyon ( µm), miniemülsiyon ( µm) ve mikroemülsiyon ( µm) ayrılmaktadır. Et emülsiyonları makroemülsiyon grubuna dahil edilmektedir [ 4]. Et emülsiyonlarında, proteinlerin fibroz ve globüler konformasyonal yapılarından ziyade, tuzlu suda veya suda çözünebilme durumlarına göre emülsiyon özelliklerine karar verilmektedir [13]. Kesikli fazı oluşturan ince yağ partikülleri, matriks içinde dağıldığı zaman, çok yönlü faz sistemi oluşmaktadır [28]. Dispers fazın daha küçük partikülleri daha stabil emülsiyon sağlar. Gerekli şartların yerine getirildiği et emülsiyonlarında, yağ partiküllerinin tamamını sarabilecek emülsiyon unsuru vardır. Sistemin viskozitesi yüksek ise stabilitesi de yüksek olacaktır. Bu sistemde emülsiyon oluşturan madde ise tabii ki suda eriyebilir et proteinleri, özellikle tuzlu suda eriyebilen miyofibriler proteinlerdir [11]. Tuzlu suda eriyen ve asıl emülgatör etkiye sahip olan proteinler; aktin, miyosin ve bunların kompleksi olan aktinomiyosindir. Suda çözünen ve emülgatör etkisi daha az olan proteinler ise özellikle sarkoplazmik kökenli olan proteinler ve çözünmeyen bağ dokusu proteinleridir [13, 25]. Et proteinleri mükemmel bir emülgatördür. Bu proteinler, yüzey gerilimini düşürmekte ve yağ-su ara yüzeyine absorblanmaktadır. Polar grupların suya ve nonpolar grupların da yağa yönelmesi, buların sterik konfigürasyonunu bozarak moleküllerin bazı üçboyutlu yapılanmalarına engel olmaktadır. Protein ve yağın sistemdeki bu benzerliği sonucu, protein filmi yağ zerreciklerini sararak mekanik bir koruma üstlenir. Et proteinlerinin ph sı izoelektrik noktadan pozitif şekilde uzaklaştıkça, eşit itme gücüne sahip olan yağ globülleri etkileşerek birbirlerini iterler ve emülsiyon oluşumunu kolaylaştırırlar. Ayrıca et emülsiyon viskozitesinin aşırı yüksek olmasından dolayı yağ globüllerinin kararsızlığı ile birlikte birbirlerini itme kuvvetlerinin de minimuma düştüğü düşünülmektedir. Öte yandan bu olayın emülsiyon stabilitesine etki etmediği de düşünülmektedir [13]. Emülsiyon teknolojisi açısından proteinlerin çözünürlük gruplarından en önemli grubu tuzlu suda çözünebilen miyofibriler proteinler oluşturmaktadır. Bunlar içerisinde de miyosin ve aktin en önemli rolü üstlenmişlerdir [7]. Gökalp ve ark. [17] na göre, miyofibriler proteinlerden aktin ve miyosin proteinlerinin oranı arttıkça, emülsiyon kapasitesi artmaktadır. Proteinlerin, özellikle su ve yağ bağlama özellikleri üzerindeki etkileri 0.4M iyonik şiddetin altında kendini göstermektedir. Đyonik şiddet 0.4M ın üzerine çıktığı zaman, bu etki azalmaktadır [25]. Suda çözünen proteinlerin emülsiyon kapasitesi tüm ph değerlerinde NaCl konsantrasyonun arttırılmasıyla artar. Ancak NaCl konsantrasyonunun artması ph ın 5-6 arasında olduğu durumlarda tuzlu suda çözünen proteinler artış görülür. Tuzlu suda çözünen proteinlerin bu davranışları izoelektriki noktanın değişimi ile benzerlik göstermektedir. Tuzlu suda çözünen proteinlerin çözünürlüğü ph ve iyon kuvvetinden etkilenmektedir. Bu nedenle etin ph sı ve formülasyondaki tuz miktarı, çözünebilir protein miktarını dolayısıyla emülsiyon kapasitesini ve stabilitesini etkilemektedir. Kullanılacak etin ph sı rigor-mortisten sonra arasında olmalıdır. Miyofibriler proteinlerin izoelektrik noktası ise ph 5 e yakındır. Emülsifiye et ürünlerinin genel iyonik kuvveti 0.6 dır. Bu da yaklaşık 0.5 molar NaCl ekuvalentine eşittir. Görüldüğü gibi emülsiyon özellikleri bu iki faktörün etkisiyle değiştirilebilmektedir. Ancak bu iki faktörün esneklik limitleri teknolojik ve duyusal etkenlerden dolayı sınırlandırılmalıdır [13]. Bağ-destek dokusu proteinlerinin emülsifikasyondaki rolü oldukça önemsiz düzeydedir. Su bağlama üzerinde bağ destek dokusu proteinlerinin etkisi, uygulanan ısıl işleme bağlı olarak değişmektedir. Bağ destek dokusu proteinlerinin ürün sertliği üzerinde bariz bir artışa neden olduğu ifade edilmektedir [26]. 14

7 GENÇCELEP, H. Teknolojik Araştırmalar: GTED 2008 (2) 9-18 Emülsiyon stabilitesine etki eden faktörler ise; çözünürlük, viskozite, net yük, diffüzyon oranı, protein elestikiyeti ve protein hidrofobitesi dir [17,23,28]. Saf proteinler üzerinde yapılan çalışmalarda en yüksek emülsiyon kapasitesinden en düşük emülsiyon kapasitesine sahip olana kadar bir sıralama yapılmış, bu sıralamaya göre aktin (tuzun yokluğunda), miyosin, aktomiyosin, sarkoplazmik protein ve 0.3 M NaCl ün içinde aktin olarak bulunmuştur. Emülsiyon kapasitesi ve protein konsantrasyonu arasında doğru bir ilişki vardır. Tuzlu suda çözünen proteinlerin emülsiyon kapasitesinin protein konsantrasyonunun artmasıyla azalacağını belirtilmiştir. Suda çözünen proteinlerin emülsiyon kapasitesinin protein konsantrasyonundan bağımsız olduğunu söylemektedirler [13]. Miyofibriler proteinlerin, sarkoplazmik proteinlere göre, % oranında daha fazla emülsiyon kapasitesine sahip olduğunu belirlenmiştir. Emülsiyon kapasitesi üzerine proteinlerin suda çözünme durumları yanında, proteinlerin moleküler şeklinin de etkili olduğu ve aynı zamanda ph ve iyonik şiddet ile de alakalı olduğunu bildirilmiştir. Örneğin, sarkoplazmik proteinlerde en:boy oranı 1:4 iken, değişik ph ve iyonik şiddette, miyofibriler proteinlerde bu oran 1:200 e kadar çıkabilmektedir. Bu da göstermektedir ki, miyofibriler proteinler yağ partiküllerinin etrafını sarkoplazmik proteinlere göre 50 kat daha fazla etkinlikle kuşatabilmektedir. Diğer taraftan izoelektriki noktadan uzaklaştıkça, proteinlerde en boy oranı yükselmektedir. Emülsifikasyon açısından, proteinlerin emülsiyon kapasitesine etki eden diğer faktörler ise şöyle sıralanabilir : Protein çözeltisinin ph sı, iyonik siddeti, çözeltinin donmuş veya sıvı formda olması (dondurma işlemi proteinlerde kısmi bir denaturasyona neden olabilmektedir), proteinlerin ekstrakte edildiği etin pre-rigor veya post-rigor devresinde olması [13, 23,27, 28] Araştırmalarda çoğunlukla miyofibriler proteinlerin üzerinde çalışılmıştır. Tuzlu suda çözünen proteinlerle, yüksek kaliteli sarkoplazmik proteinler ya da suda çözünen, emülsifiye edebilen proteinler öne çıkmaktadır. Suda çözünen proteinlerin minimum emülsiyon kapasitesininin ph 5,2 de oluştuğunu ve alkali veya asidik solüsyonlarda şiddetli düşüşlerin olduğunu, ph 6-6,5 da emülsiyon kapasitesinin maksimum olduğu ve ph nın 8 e yükseltilmesinin emülsiyon kapasitesine etki etmeyeceğini belirlenmiştir [13]. Et emülsiyonu hazırlanmasında, yağların parçalanma süresinin çok yüksek olmaması ve sıcaklığın aşağı yukarı 14 C yi aşmaması sağlanarak daha stabil et emülsiyonu elde edilebileceği bilinmektedir. Et emülsiyonlarının stabilitesi diğer bir çok faktörler gibi matriks hacminin yağ hacmine oranına ve yağın parçalanma derecesine de büyük oranda bağlıdır [13]. 3. PROTEĐ DE ATÜRASYO U Proteinlerin çok düzenli ve karmaşık doğal üç boyutlu düzenini değiştiren herhangi bir etken denatürasyona [üç boyutlu yapısı bozulması] neden olur. Denatürasyon, proteinlerin tersiyer ve sekonder yapısındaki bağların parçalanmasına neden olmaktadır [29]. Bir proteinde biyolojik aktivitenin bozulması ve çözünürlüğünün değişmesi denatürasyon için kriter olarak kabul edilmektedir. Proteinlerin sekonder ve tersiyer yapısını oluşturan bağlar bazı koşullarda parçalanarak üç boyutlu yapının bozulmasına neden olur. Denatürasyon sırasında kovalent bağlar korunurlar ancak disülfit bağları kırılarak çok sayıda sülfidril grubu açığa çıkarırlar. Bir proteinin denatürasyona eğilimi, proteinin yapısını stabilize eden bağların ve interaksiyonların denatürasyonuna neden olan etmenler ile kırılabilme özelliğine bağlıdır. Bu nedenle denatürasyon şartları proteinden proteine farklılık göstermektedir.denatürasyon durumunda, protein molekülünün bazı fizikokimyasal özelliklerinde değişmeler gözlenir. Denatürasyona uğrayan globuler proteinlerin çözünürlüklerinde önemli bir azalma oluşur ve hatta çökelmeler meydana gelebilir. Ancak proteinlerin çökmesi herzaman bir denatürasyon değildir. Proteinlerin denatürasyonunu tetikleyen etmenler ısıl işlemler, radyasyon, disülfit bağlarını etkileyen indirgenme ve yükseltgenme tepkimeleri, çeşitli kimyasallar, asidik ve bazik çözeltiler, hızlı çalkalama, geniş yüzey alanları oluşturma, alkol, guanidin, üre, bazı deterjanlar ve konsantre tuz çözeltileridir. Protein denatürasyonu sonucunda: Proteazların protein yapısı üzerine etkisi azalır, viskozite artar, çözünürlük azalır, enzimler ve toksinler aktivitelerini kaybederler, su bağlama kapasitesi azalır, rotasyon ve difüzyon stabilitesi değişir ve protein 15

8 Teknolojik Araştırmalar : GTED 2008 (2) 9-18 kristalizasyonu önlenir. Disülfit bağlarının kırıldığı ve konformasyon değişikliklerinin olduğu denatürasyonlar tersinmezdir. Etin pişirilmesi sonucu denatüre olan proteinler tekrar eski şekillerine dönemezler. Proteinler kuru ortamlarda ısıl denatürasyona daha dirençlidirler. Ortamda suyun bulunması denatürasyonu kolaylaştırır ve sıcaklıktaki her 10 C lik artış denatürasyon hızını iki katına çıkarır. Bazı proteinler soğuk uygulamalarında aktivitelerini kaybederler. Dondurulduklarında agregasyona ya da presipitasyona uğrayan proteinler çözünürlüklerini kaybederler ancak bu geri dönüşümlü bir durumdur. Lipazlar ve oksidazlar yalnız ısıl işlemlere değil aynı zamanda soğuk uygulamalarına karşı da dayanıklıdırlar. Parçalama, yoğurma, çırpma gibi mekanik işlemlerde proteinler hava-sıvı yüzeyi arasına hapsolurlar ve buradaki enerji kitle fazın enerjisinden fazla olması proteinlerde yapısal değişime neden olur. Esnek olan proteinler diğerlerine göre daha kolay denatüre olurlar. Bazı proteinler 50 kpa nın üzerindeki basınç uygulamalarında denatüre olurlar. Aromatik grup içeren proteinler ultraviyole ışınların bu grup tarafından absorbe edilmesi nedeniyle denatüre olabilirler. Absorbe olan UV ışınları disülfit bağlarının kırılmasına neden olurken yapısal değişiklikler de meydana gelir [15,29,30]. 4. SO UÇ Protein molekülleri biyokimyasal aktivitelerini belirgin kimyasal ortamlarda, belli ph ve sıcaklık sınırları içerisinde gösterir. Proteinler yüzey aktif bileşiklerdir. Proteinler disper sistemlerde iki yüzey arasında yüksek visko elastik özellik gösteren bir film oluştururlar. Bu film gıdalara mekanik direnç kazandırır. Bu nedenle proteinlerle stabilize edilmiş köpük ve emülsiyonlar başka ajanların kullanıldığı sistemlere göre daha stabildir. Miyofibriler proteinler ile sarkoplazmik proteinler karşılaştırıldığında, miyofibriler proteinlerin su bağlama kapasitesi, çözelti viskozitesi, emülsiyon kapasitesi ve jelleşme kapasitesi sarkoplazmik proteinlere göre çok daha yüksektir [31]. Et proteinlerinin gıda sistemi içerisindeki fonksiyonel özelliklerini tahmin etmek için, et proteinlerinin ve özellikle miyofibriler proteinlerin moleküler özelliklerini ve bu özelliklerin çevresel ve işleme şartları tarafından nasıl etkilendiğini bilmek gerekmektedir. Özellikle son yıllarda yapılan çalışmalar, işletme şartlarında detaylı labaratuar testlerine ihtiyaç olmadan, proteinlerin fonksiyonel özelliklerini önceden tahmin etme ve bu tahminlere bağlı olarak çeşitli özellikleri istenilen yönde değiştirme amacına yöneliktir. 5. KAY AKLAR 1. Smith, D.M Meat Proteins: Functional Properties in Comminuted Meat Products. Food Technology. 42, 4, Sams, E.R Poultry Meat Processing. CRC Press. NY. USA. pp Sikorski, Z.E Chemical and Functional Properties of Food Proteins.CRC Press. p490, New York. 4. Damodaran, S., Paraf, A Food Proteins and Their Applications. Marcel Dekker, Inc. Newyork- Basel.681p. 5. Kinsella, J.E Protein Structure and Fonctional Properties. In Food Proteins Deterioration, Mechanism and Functionality, J.P. Cherry [Ed.], ACS Symposium Series, 206, Nakai, S Structure-Function Relationship of Food Proteins with an Emphasis on the Importance of Protein Hydrophobicity. J. Agri. Food Chemistry. 31,

9 GENÇCELEP, H. Teknolojik Araştırmalar: GTED 2008 (2) Zorba, Ö Taze ve Dondurulmuş Sığır Et Protein Fraksiyonlarının Çeşitli Emülsiyon Özellikleri, Protein Çözünürlüğü ve Elektroforetik Özellikleri Üzerinde Isıl Đşlem Sıcaklığı Etkisinin Araştırılması. Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. Doktora Tezi. Erzurum. 8. Gillespie, E.L The Science of Meat and Meat Products. Reinhold Publishing Corporation, N.Y.pp Taylor, S.L. ve Schweigert, B.S Food Science and Technology. Academic Press. London, pp Toldra, F Muscle Food: Water, Structure and Functionality. Food Science Technology International. 9 [3], Gökalp, H.Y Et ve Su Ürünleri Đşleme Teknolojisi Ders Notu. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi. Gıda Bilimi ve Teknolojisi Bölümü, Erzurum. 12. Aktaş, N. ve Gökalp, H.Y Protein-Su Đnteraksiyonları. Gıda, 27, [5], Price, J.F. ve Schweeigert, B.S The science of Meat and Meat Products II. Edition S Michigan State Univ. and Unv. of California, Davis. Michigan. 14. Durmuş, E.F. ve Evranuz, Ö Proteinlerin Gıda Teknolojisi Alanında Önemi. Dünya Gıda, 2, Ockerman, H.W Chemistry of Meat Tissue.10th. Edition. Ohio State University. pp Lawrie, R.A Lawrie s Meat Science. 6th ed. Woodhead Publishing, pp, Gökalp, H.Y., Kaya, M. ve Zorba, Ö Et Ürünleri Đşleme Mühendisliği. Atatürk Üniversitesi Yayın No: 786. Ziraat Fakültesi Yayın No: 320. p. 564.Erzurum. 18. Hamm, R Functional Properties of the Myofibrillar System end Measurement. In Muscle as Food, ed. E.J. Bechtel, p 135. Academic Press, New York. 19. Wilding, P., Hedges, N.ve Lillford P.J Salt-induced Swelling of Meat. The Effect of Storage Time, ph, Ion Type and Concentration. Meat Science.18: Nakayama, T., Niwa, E. ve Hamada, I New Type of Miyosin Jel Induced by Salts. Agric. Biol. Chem. 47, [2], Fretheim, K., Egelendsdal, B., Harbitz, O. ve Samejima, K Slow Lowering of ph Induced Jel Formation of Miyosin. Food Chemistry.18, Burge, D.L. ve Acton, J.C Rheological Properties of Communuted Meat Batters and The Relationship to Constituent Interactions. J. Food Technology. 19,

10 Teknolojik Araştırmalar : GTED 2008 (2) McClements, D.J Food Emulsions.CRC Press.NY.USA.pp Lullien-Pellerin, V. ve Balny, C High-Pressure as a Tool to Study Some Proteins Properties; Conformational Modification, Activity and Oligomeric Dissociation. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 3: Schmidt, D.M Functional and Biochemical Changes in Deboned Turkey Due to Frozen Storage and Lipid Oxidation. J. Food Science. 52, Sadoswka, M., Sikorski, Z.E. ve Dobosz, M The Influence of Collogen on the Rheological Properties of Meat Homogenates. Lebens.- Wiss. U.-Technol., 13, Swift, C.E., Townsend, W.E. ve Witnauer, L.P Comminuted meat emulsions: relation of the melting characteristics of fat to emulsion stability. Food Technol. 22: Friberg, S Food Emulsions. S The Swedish Institute for Surface Chemistry Stockholm, Sweden. 29. Saldamlı, Đ Gıda Kimyası. [Bölüm 4. Aminoasitler, Peptidler ve Proteinler. Saldamlı, Temiz]. Hacettepe Üniversitesi Yayınları. Ankara. s Gökalp, H.Y., Nas, S. ve Certel, M Biyokimya-I [Temel Yapılar ve Kavramlar]. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Ders Kitapları Yayın No:001.s 410 Denizli. 31. Öztan, A Et Bilimi ve Teknolojisi. TMMOB Gıda Mühendisleri Odası Yayınları, Kitaplar Serisi Yayın No: 1, Ankara. 18