Kül nedir? Gıdalardaki mineral maddeler veya yakma sonucu arta kalan inorganik kısma kül denir. Gıda Analizleri-4 2/28/2013

Transkript

1 Kül nedir? Gıdalardaki mineral maddeler veya yakma sonucu arta kalan inorganik kısma kül denir. Gıda Analizleri-4 Kül ve Mineral Madde Tayini Kül, organik bileşiklerin haricindeki gıda bileşenleridir. Gıdalar yüksek sıcaklıklarda bekletilerek organik kısımları uzaklaştırılırsa geriye sadece kül kalır Toplam kül tayininde gıdalar o C de uygun bir süre veya gıdanın rengi beyaz-gri bir renk alıncaya kadar yakılır. 1 2 Gıda maddelerinde yanmadan geriye kalan kısımda; sülfatlar, fosfatlar, oksitler, klorit ve silikatların yanında en fazla K, Na, Ca, Mg gibi elementler bulunur. Ayrıca Fe, Cu, Zn, Mn, Al, As, I ve F gibi iz elementler de gıdalarda yaygın olarak bulunabilen inorganik bileşenlerdir. Yani kül içerisinde mineral maddeler ve bunların tuzları mevcuttur. 3 Gıdalarda bulunan mineral madde oranları Gıdanın adı Mineral madde % Yeşil tuzlu zeytin 23 Tuzlanarak kurutulmuş et 12 Süt tozu 8 Kavurma 5 6 Sucuk 3 5 Kuru fasulye 4 Kuru kayısı 3.5 Sosis Fındık Karaciğer 2 Ispanak 2 Yumurta sarısı 1.7 Yulaf 1.5 Balık 1.3 Et 1 Süt 0.75 Bal 0.5 Un 0.5 Şeker Gıdalarda kül veya mineral tayini yapılmasının nedenleri A) Standartlar ve etikete uygunluğun kontrolü: birçok gıdanın standardında kül miktarı ile ilgili limitler verilmiştir Ayrıca bazı gıdaların içerdiği mineraller ve bunların konsantrasyonunun etiketlerinde belirtilmesi yasal zorunluluktur. B) Mikrobiyal stabilite: Gıdalardaki yüksek mineral konsantrasyonu bazen bazı mikroorganizmaların gelişmesini geciktirici etkide bulunabilir. C) Beslenme: Gıdanın besin değerini tespit etmek ve gerekirse mineral madde takviyesine gitmek, toksik özelliğe sahip mineral kontaminantlarını belirlemek ve tedbir almak 5 D) Suyun sertliğinin belirlenmesi: Sularda mineral madde varlığı ve çeşidi o suyun sertliği ile alakalıdır. Mineral madde içeriği çok yüksek olan suların, çeşitli gıda işleme aşamalarındaki önemi büyüktür. E) İşleme: Mineral madde içeriği gıdanın fizikokimyasal özelliklerini etkilediği için gıdanın işlenmesi sırasında önemlidir ve bazı gıdalarda birtakım fonksiyonlar için temel kriterdir. Örneğin; Maya aktivitesi için ortamdan bazı minerallerin uzaklaştırılması veya ilave edilmesi gerekir. Peynirin sertleşmesi ile ilgili olarak bazı mineral maddelerin ilave edilmesi veya uzaklaştırılması gerekebilir. 6 1

2 Salam ve sosiste emülsiyonu sağlamak için gerekli proteinleri ekstrakte etmek amacıyla tuz ilave edilir. Tuz, NO3, NO2, CaCI2, PO4 gibi bileşiklerin ilavesiyle gıdanın birçok fonksiyonel özelliği değiştirilebilir. Nişasta, jel, meyve suyu yapımında bazı mineraller ortamdan uzaklaştırılarak bu ürünlerin birtakım özellikleri iyileştirilebilir. 7 F) kalite: pekçok gıdanın tadı, görünüşü, tekstür ve stabilitesi gibi pek çok kalite kriteri gıdanın mineral madde kompozisyonuna bağlıdır. Örneğin; Ekmeklik unlarda kül miktarı, önemli bir kalite indeksidir. Kepekte 20 kat fazla mineral olduğu için unda kül miktarının yüksekliği, kabuk oranının yani un randımanının yüksekliğini ve dolayısıyla kullanılan unun ekmeklik kalitesinin düşüklüğünü gösterir. Suda veya asit ile alkalide çözünen kül miktarları, bazı gıdalarda kalite kriteri olarak kullanılır. Örn meyve jölesi ve marmelatlarda kül miktarı ve külün çeşidi, jölede mevcut meyvelerin çeşit ve oranlarının belirlenmesinde bir gösterge olarak kullanılabilmektedir. 8 Toplam kül miktarı meyve sirkesi ile sentetik sirkenin ayırt edilmesinde kullanılmaktadır. Şeker üretiminde kül oranı, rafinasyonun bir ölçüsüdür. Eğer, kül oranı yüksekse üründe renkte ve kristallendirmede problemler oluşur. G) katkı ve kontaminantların tespit edilmesi: gıdalardaki mineral madde miktarları, elde edildiği kaynakta herhangi bir hastalığın veya anormalliğin göstergesi olabilir. Örneğin; Sütte fazla mineral madde bulunması, ekşimeyi gidermek için süte Na 2 CO 3 vb alkalilerin katılıp katılmadığının bir göstergesi olabildiği gibi, süte su katılıp katılmadığı da mineral madde oranının düşüklüğünden anlaşılabilmektedir. Yine süt mineralce zenginse bu mastitis hastalığının belirtisi olabilir Et ürünlerinde, mekaniksel kemiğinden ayrılan etin (MDM) olup olmadığı, Ca ve P tayini yapılarak anlaşılabilir. Birçok gıdada toksik minerallerin (As, Hg, Pb, vb) kontaminasyonunun tespiti ve önlem alınması için mineral tayini yapılır. Merada hayvanların bünyelerine alabilecekleri çeşitli tarımsal ilaçların ve balıkların yakalandıkları suların temiz olup olmadığının kontrolü için mineral madde analizi yapılır. KÜL ANALİZİ Kül analizinin prensibi; kül miktarı deney numunesinin kül fırınında genellikle C yakılmasından sonra tartılmasıyla tespit edilmesi esasına dayanır Cihaz ve Malzemeler; Genel laboratuvar malzemeleri (Maşa vb), Yakma kabı-kroze (Kuartz, porselen, nikel, altın-platin) Su banyosu, Kül fırını, sabit sıcaklığa ayarlanabilen Desikatör, Analitik terazi

3 Yakma kapları: Yakma işleminde çok çeşitli kroze veya yakma kapları kullanılır. Bunlar porselen, çelik, nikel, platin, nikel-krom-demir gibi maddelerden yapılmış olabilir. Bunlardan ucuzluk, yüksek sıcaklıklara dayanıklılık ve kolay temizlenebilme gibi özellikleri nedeniyle porselen kül krozeler en yaygın olanlarıdır. Ancak bunların da kolay kırılabilme ve alkalilere dayanıksız olmaları gibi bazı dezavantajları bulunmaktadır İşlem: Örnek miktarı ve sıcaklık: Kül tayini yapılırken alınacak örnek miktarı ve yakma sıcaklıkları gıdaya göre farklılık gösterir. Örneğin, et ve balık ürünlerinde 2-5 g örnek alınıp 520 o C de, süt ürünlerinde 5-10 ml örnek 500 o C de, tahıllarda ve ürünlerinde ise 3-5 g örnek o C de yakılır. Örnek sıvı, ezme ve toz şeklinde ise doğrudan; parçacıklar halinde ise öğütülüp ya da blender den geçirildikten sonra alınır Meyve ve sebze suyu vb. sıvı numunelerin analizleri hacim esasına göre yapılır ve sonuçlar litre üzerinden verilir. Konsantre ürünlerin analizi de belirli bir nispi yoğunluğa seyreltildikten sonra, hacim üzerinden yapılabilir. Tartılarak alınan numunelerde, analiz için seyreltme faktörü dikkate alınır ve sonuçlar kilogram üzerinden verilir. Fazla viskoz olan ve/veya fazla miktarda partikül ihtiva eden (Mesela; pulp) ürünlerde, normal işlem numunenin tartılarak analiz edilmesidir Kroze yıkanıp kurutulur ve kül tayininin yapılacağı sıcaklıkta 20 dak tutulduktan sonra sıcaklığın etüvde 100 Cye düşürülmesi ve daha sonra desikatörde soğutulup tartılması gerekir. Daha sonra darası alınmış krozelere örnek tartılır. Porselen krozelerde tartım yapıldıktan sonra esas yakma işlemine geçmeden önce, örneğin özelliğine göre bazı ön işlemler yapılması gerekir: Meyve sebze ürünleri, süt ve ürünleri, şarap, sirke gibi sıvı gıdalar akmayacak şekilde koyulaşıncaya kadar kaynar su banyosu üzerinde tutulur ve daha sonra C a ayarlı etüvde kurutulur. Bal, tahıl ve ürünleri üzerine yaklaşık 2 ml %95 lik etil alkol ilave edildikten sonra, örnek kömürleşinceye kadar bir ısıtıcı üzerinde dikkatle yakılır. Çay ve melas örnekleri 100 C ye kadar suları uçurulup soğutulduktan sonra, üzerine birkaç damla birkisel yağ (zeytinyağı) ilave edilerek kabarma duruncaya kadar alev üzerinde yavaş yavaş ısıtılır

4 Ön işlemleri takiben krozeler kül fırınına konulup esas yakma işlemi gerçekleştirilir. Kül fırınında uygun sıcaklıkta ( C) organik bileşikler tamamen uzaklaşıncaya ve kalıntı tamamen beyaz oluncaya kadar yakılır. Kül fırınının sıcaklığı uygun bir ölçüm aleti ile kontrol edilmelidir. Kalıntıyı içeren kroze, desikatörde oda sıcaklığına kadar soğutulur ve hemen tartılır Bazen organik bileşikler tamamen yanmazlar. Bu durumda kül, su ile nemlendirilerek bir baget yardımıyla karıştırılıp yıkanır, buharlaşma ve yakma safhaları tekrarlanır (%3 lük 1-2 damla H 2 O 2 ilave edilir). Eğer gerekirse bu işlem bir kaç kez yapılır. Numunedeki kül miktarı ya yaş ağırlık ya da kuru ağırlık esasına göre belirlenir Yakmada hedef beyaz kül elde etmektedir ve bu ortalama 6-8 saatlik bir yakma ile sağlanabilir Hesaplama m 2 Yaş ağırlıkta kül oranı (%) = 100 m 1 Yaş ağırlıkta kül (%) Kuru ağırlıkta kül oranı (%) = 100 Örneğin toplam KM içeriği (%) Mikrodalga yakma Mikrodalga cihazı ile hem kuru hem de yaş yakma yapılabilir. Mikrodalga yakma klasik yöntemlere göre analiz süresini önemli derecede kısaltmakta ve laboratuvarın iş verimini artırmaktadır. Bu nedenle pek çok analitik ve kalite kontrol laboratuvarında kullanılmaktadır. Burada; m 1 : Tartılan örnek miktarı (g) m 2 : Örnekte yanma sonucu kalan kül miktarı (g) Kül fırınında gerçekleştirilen ve çok uzun zaman alan klasik kül tayinine kıyasla mikrodalga yakma fırını analiz süresini %97 ye kadar kısaltarak işlem süresini birkaç dakikaya indirir. Bu fırınlarda sıcaklık programı, otomatik ısıtma ve soğutma yapılabilir ve sıcaklık 1200 C ye kadar çıkabilir

5 Genel olarak kül tayini esnasında veya yakma sırasında dikkat edilecek hususlar; Su içeren gıdalar önce kurutulur, daha sonra yakılır. Bu amaçla mikrodalga fırınlar kullanılabilir. Yağlı gıdaların çok yüksek sıcaklıklara ulaşmadan önce alev alıp yanması sağlanır. Yakma fırınının sıcaklığı aşamalı olarak artırılır. Yakma işleminde materyal, beyaz-gri bir renk alıncaya kadar devam edilir. Genel olarak kül tayini esnasında veya yakma sırasında dikkat edilecek hususlar; Numunede hala yanmamış kısımlar varsa krozeler dışarı alınarak soğutulur ve üzerlerine bir miktar saf su, alkol, gliserin veya rafine yağ dökülerek alevle yakılır ve tekrar yakma fırınına konulur. Eğer bu durum yine devam ederse birkaç damla H 2 O 2, nitrik asit veya sülfürik asit ilave edilerek yakma işlemine devam edilir. Her gıda için uygun bir sıcaklık ve sürenin seçilmesi gerekir. Çünkü gıdaya uygun olmayan yüksek sıcaklıklar seçilecek olursa alkali kloritler, kükürt ve halojenli bileşikler vs uçarak kaybolabilir yine yüksek sıcaklıklarda bazı elementler uçucu hale gelerek kaybolabilmektedir. Bu nedenle düşük sıcaklıklarda uzun süre yakma işlemi daha avantajlı olabilir. Yüksek sıcaklıklarda mineraller camlaşır ve C u hapseder. Ayrıca bir takım uçucu bileşikler oluşur. Numuneye nitrik asit, H 2 O 2 ve glasiyel asetik asit gibi kimyasal maddeler eklendikten sonra yanma işlemi bitip, örnek tamamen kuruyuncaya kadar sıcaklık fazla yükseltilmez Genel olarak kül tayini esnasında veya yakma sırasında dikkat edilecek hususlar; Baharatlarda kül tayini yapılırken dumanın çıkışı bitinceye, yağlı gıdalarda ise alevle yanma işlemi bitip, örnek tamamen kuruyuncaya kadar sıcaklık fazla yükseltilmez. Proteince zengin gıdalar yavaş, yağca zengin gıdalar ise hızlı yakılmalıdır. Reçel gibi gıdalara 0.2 g kadar saf pamuk karıştırılarak yakma etkinliği artırılabilir. Kül Niteliklerinin Saptanması Külün bazı nitelikleri saptanarak söz konusu gıda hakkında bilgi edinilebilir; Suda Çözünen Kül Asitte Çözünmeyen Kül Tuz Hariç Kül Bazı mineral tayinleri için alkali veya asit ortamda yakma gerekebilir Suda Çözünen Kül Meyvelerden üretilen reçel, marmelat gibi gıdalardaki meyve oranının tahmininde bir indeks olarak kullanılmaktadır Toplam kül analizindeki gibi kül miktarı saptandıktan sonra: Kül kabındaki kül üzerine, 25 ml damıtık su eklenir ve ısıtılarak hafifçe kaynatılır Suda çözünen kül aşağıdaki eşitlikle hesaplanır: Suda çözünen kül (%)= Toplam kül (%) Suda çözünmeyen kül (%) Kaynamış sıvı külsüz filtre kağıdından filtre edilir. Aynı işlem 25 ml su ilave edilerek tekrarlanır En son olarak kül kabı sıcak su ile yıkanarak, bu yıkantı da filtre edilir. Filtre kağıdı, önceden darası alınmış bir kül kabına konduktan sonra 105 o C de etüvde 1 saat kadar kurutulur Kül kabı 550 o C de kül fırınında yakılıp desikatörde soğutulduktan sonra tartılır

6 Asitte Çözünmeyen Kül Gıdanın; kum, toz-toprak gibi silisli unsurlarca ne kadar kirlendiğinin bir ölçütü olarak kullanılmaktadır (Yüzey kirlilik düzeyi, yıkama etkinliği) Toplam kül analizindeki gibi kül miktarı saptandıktan sonra: Kül kabındaki kül üzerine 25 ml, %10 luk HCl asit çözeltisi eklendikten sonra 5 dk kaynatılır Külsüz filtre kağıdından filtre edilir ve filtre kağıdı sıcak su ile yıkanır Asitte çözünmeyen kül aşağıdaki eşitlikle hesaplanır Asitte çözünmeyen kül miktarı (g) Asitte çözünmeyen kül (%) = 100 Örnek Miktarı (g) Filtre kağıdı 105 o C de 1 saat kurutulur ve 550 o C de kül fırınında yakılır Yakma sonunda desikatörde soğutulup tartılır Bu tartımla, kül kabının darası arasındaki fark asitte çözünmeyen maddelerdir Tuz Hariç Kül Tuz eklenmiş gıdalarda genellikle saptanır. Böylelikle gıda maddesinin gerçek kül miktarı belirlenmiş olur. Bunun için toplam kül miktarından potansiyometrik veya titrimetrik yöntemle saptanmış tuz miktarı çıkarılınca geriye kalan kül miktarı, yani tuz hariç kül miktarı saptanır (Salça) 33 Mineral veya element tayini Gıdalarda bulunan ve gıdalarla vücuda alınan en önemli mineral maddeler; Ca, P, Fe, K, Na, Cl, Cu, Co, Mg, I, Zn, Mn, Se ve S gibi elementler ile bunların tuzlarıdır. Bazı gıda maddelerinde spesifik bir kısım minerallerin önemi çok büyüktür. Örneğin; süt ürünleri, tahıl ve kabuklu yemişler kalsiyumca, süt ürünleri, et, balık, yumurta ve baklagiller fosforca et, balık, yumurta ve baklagiller demirce tahıllar, kabuklu yemiş ve sebzeler magnezyumca tuzlanmış gıdalar sodyumca her türlü bitkisel ve hayvansal gıdalar potasyumca zengindir. 34 Ayrıca, gıda üretim şartlarının veya kalitesinin belirlenmesinde bu minerallerden yararlanılabilir. Örneğin, ürünün bu minerallerce fakir olması halinde bunların eklenmesi amacıyla veya kontamine olabilen herhangi bir toksik elementin belirlenerek önlem alınmasında element tayinlerine gerek duyulur. Bu şekilde; Sığır etinde Se, Balıkta Hg Pek çok gıdada Pb kontaminasyonu belirlenebilmektedir. Mineral analizlerinde örnek hazırlama Gıdayı en iyi temsil eden numune alınır. Mineral analizinde en önemli problem örnek hazırlama sırasında oluşabilecek mineral kontaminasyonudur. Öğütme ve karıştırma işlemleri sırasında metal olmayan kaplar tercih edilmelidir. Numune kaplarının bir gece mineral madde içermeyen derişik asit içinde bekletilmesi ve ardından su ile durulanması gereklidir. Örneğin hazırlanmasında ve dilüsyon hazırlamada kullanılan suyun çok saf olması mümkünse ultra saf su olması gerekmektedir

7 Element tayin metotları Gıda örneği kuvvetli asitlerle hidrolize edilir (nitrik, sülfirik ve perklorik) İz elementlerin analiz edilebilmesi için gerekirse bir ön zenginleştirme işlemi yapılmalıdır. Bu amaçla iyon değiştirme kromatografileri kullanılabilir. Gıda analizlerinde kullanılan element tayin metotları Atomik absorpsiyon spektroskopisi: Oldukça hassas bir mineral tayin yöntemi olup alev veya fırın ortamında uyarılmış atomlar tarafından absorbe edilen enerji miktarının ölçülmesi ile bulunur. Mineral tayininde en sağlıklı sonucu atomik absorbsiyon cihazı verir. Bu iş için gıdanın standart çözeltileri hazırlanır ve istenen dalga boyunda ölçümler yapılarak kalibrasyon eğrileri çizilir ve bu şekilde istenen mineralin tayini gerçekleştirilir Emisyon spektroskopisi tekniği: Bir maddenin temel haldeki atomları herhangi bir şekilde uyarıldıklarında uyarılmış enerji düzeyine çıkarlar. Emisyon spektroskopisi, uyarılmış enerji düzeyine çıkan atomların daha düşük enerji düzeylerine geçişlerinde yaydıkları UV ve görünür bölge ışımasının ölçülmesi ilkesine dayanır. Doğada bulunan farklı elementlerin atom numaraları ve elektron sayıları farklı olduğu için enerji seviyeleri ve dolayısıyla yaydıkları ışının dalga boyu da farklıdır. Bu nedenle her bir elementin kendine has dalga boyundaki ışınları ölçülerek tayini yapılır. Tuz Tayini (Mohr Yöntemi - Titrimetrik Yöntem) Tuz Tayini; Gıda maddelerinde; Doğal olarak Sonradan eklenmiş (Salamura vb.) olarak az ya da çok tuz (mutfak tuzu) bulunmaktadır. Gıdalardaki tuz tayinindeki amaç; sonradan eklenmiş tuz miktarının saptanmasıdır. Tuz tayini için çok çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Bu yöntemlerde tuz tayini; Gıdanın yakılması sonucu elde edilen kül üzerinden İndikatör (AgCl 2 ) kullanılarak Mohr Yöntemi (Titrimetrik yöntem) Mohr yöntemi ile tuz tayini Mohr yöntemi gıda maddelerinde yaygın olarak uygulanan titrimetrik tuz tayin yöntemidir. Prensibi; ortamda bulunan Cl - iyonlarını AgNO 3 ile muamele ederek AgCl halinde çöktürmek ve reaksiyona girmeyen AgNO 3 ın, indikatör olarak ilave edilen potasyum kromat (K 2 CrO 4 ) ile kırmızımsı kahve renkli gümüş kromat (Ag 2 CrO 4 ) oluşturması esasına dayanır NaCl + AgNO 3 AgCl + NaNO 3 Beyaz çökelti 2 AgNO 3 + K 2 CrO 4 Ag 2 CrO 4 + 2KNO 3 Kırmızı kahve çökelti

8 İşlem: 3-5 g kadar gıda maddesi alınır. Numune havanda ezilir ve distile su ilavesi ile homojenize edilir Bu karışım 500 ml lik balon jojeye konur. Tuzların erimesi, proteinlerin çökmesi için balon dak kaynar su banyosunda ısıtılır. Soğutularak 500 ml ye tamamlanır. Süzülür Süzüntüden 50 ml alınıp üzerine 1 ml indikatör (%10 potasyum kromat) ilave edilir. 0.1 N AgNO3 ile tuğla kırmızısı renk oluşuncaya kadar titre edilir. Hesaplama: % tuz (NaCl) = A x x 100 x 500 / B x 50 A: sarf edilen 0.1 N AgNO3 miktarı B: Alınan örnek miktarı : 1 ml 0.1 N AgNO 3 çözeltisinin eşdeğeri g NaCl