ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ AYRAN KALİTESİNDE ETKİLİ BAZI PARAMETRELER ÜZERİNE ARAŞTIRMALAR Balkır TAMUÇAY ÖZÜNLÜ SÜT TEKNOLOJİSİ ANABİLİM DALI ANKARA 2005 her hakkı saklıdır
Prof.Dr. Celalettin KOÇAK danışmanlığında Balkır TAMUÇAY-ÖZÜNLÜ tarafından hazırlanan bu çalışma 08/04/2005 tarihinde aşağıdaki jüri tarafından Süt Teknolojisi Anabilim Dalı nda Doktora tezi olarak kabul edilmiştir. Başkan: Prof.Dr. Metin ATAMER İmza: Üye: Prof.Dr. Celalettin KOÇAK İmza: Üye: Prof.Dr. Atilla YETİŞMEYEN İmza: Üye: Prof.Dr. Özer KINIK İmza: Üye: Doç.Dr.H.Barbaros ÖZER İmza: Yukarıdaki sonucu onaylarım Prof.Dr. Ülkü MEHMETOĞLU Enstitü Müdürü
ÖZET Doktora Tezi AYRAN KALİTESİNDE ETKİLİ BAZI PARAMETRELER ÜZERİNE ARAŞTIRMALAR Balkır TAMUÇAY ÖZÜNLÜ Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Süt Teknolojisi Anabilim Dalı Danışman: Prof.Dr. Celalettin KOÇAK Üç aşamalı olarak planlanan bu çalışmada, sırasıyla sütün farklı normlarda ısıl işleme tabi tutulmasının, farklı inkübasyon çıkış ph larının ve sütlerin farklı basınçlarda homojenizasyonun Ayranların fiziksel, kimyasal, mikrobiyolojik ve duyusal özellikleri üzerine olan etkileri depolama süresi boyunca (4-5 C de 14 gün) saptanmıştır. Bu amaçla toplam kurumaddesi % 8 ve yağ oranı % 1,5 a standardize edilen sütlere, ilk aşamada 75, 85 ve 95 C de 5 er dk ısıl işlem uygulanarak Ayran üretilmiştir. İkinci aşamada, birinci aşama sonuçlarının ışığı altında, süte uygulanan ısıl işlem parametreleri sabit tutulmuş (95 C de 5 dk), ancak işlenecek sütün inkübasyonuna farklı ph larda (4,0; 4,3 ve 4,6 ph) son verilerek üretim gerçekleştirilmiştir. Son aşamada ise farklı basınçlarda (150, 200 ve 250 kg/cm 2 ) homojenize edilen sütlerin, ikinci aşama sonuçları göz önüne alınarak, ısıl işlem uygulanması (95 C de 5dk) ve inkübasyon çıkış ph sı (4.0) sabit tutularak Ayran üretimi gerçekleştirilmiştir. Her üç aşamada da Ayran stabilite parametresi olarak serum ayrılması ve viskozite değerleri dikkate alınmıştır. Ayran örneklerinde ayrıca, ph değerleri, titrasyon asitliği, laktik asit, asetaldehit içerikleri belirlenmiş, yoğurt bakterilerinin canlılığı saptanmış ve hedonik skala kullanılarak kıvam, tat-aroma ve genel kabullenme açısından duyusal farklılıklar test edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, uygulanan farklı ısıl işlem normlarının Ayran nın stabilitesi üzerine önemli bir etkisinin olduğunu (p<0,05); ısıl işlem derecesi arttıkça, serum ayrılmasının azaldığı asetaldehit ve viskozitenin arttığını göstermiştir. Ancak, bu uygulamanın Ayranların kimyasal, mikrobiyolojik ve duyusal özellikleri üzerinde önemli bir etkisi gözlenmemiştir (p>0,05). Farklı inkübasyon çıkış ph larının ise, Ayran örneklerinin ph, titrasyon asitliği, laktik asit, asetaldehit, serum ayrılması ve viskozite değerleri üzerine etkisi önemli bulunmuştur (p<0,05). Asitlik artıkça serum ayrılmasının azaldığı, viskozitenin arttığı gözlenmiştir. ph, titrasyon asitliği, laktik asit içeriklerinde gözlenen farklılıkların istatistik açıdan önemli çıkması (p<0,01) denemenin asitlik faktörü üzerine kurulmasından kaynaklanmaktadır. Bu aşamada, inkübasyon çıkış ph sının artmasıyla Lb.bulgaricus içeriğinin önemli derecede yükseldiği (p<0,05); ancak, Str.thermophilus sayısının ise değişmeden kaldığı gözlenmiştir (p>0,05). Örneklerin farklı asitliklere sahip olması, duyusal nitelikler üzerinde önemli bir farklılık yaratmamıştır (p>0.05) Çalışmanın son aşamasında Ayran ların diğer özelliklerinin yanında stabilite parametreleri olan serum ayrılması ve viskozite değerlerine bakıldığında, homojenizasyon basıncının artmasıyla serum ayrılmasının azaldığı, viskozitenin arttığı görülmüştür (p<0,01). Ancak, uygulanan farklı homojenizasyon basınçlarının Ayran örneklerinin diğer kimyasal, mikrobiyolojik ve duyusal nitelikleri üzerine etkisinin önemli olmadığı saptanmıştır (p>0,05). 2005, 109 sayfa ANAHTAR KELİMELER: Fermente süt ürünleri, Ayran, Isıl işlem, Asitlik (ph), Homojenizasyon i
ABSTRACT Ph.D. Thesis STUDIES ON SOME PARAMETERS AFFECTING THE QUALITY OF AYRAN (DRINKING YOGHURT) Balkır TAMUÇAY ÖZÜNLÜ Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Dairy Technology Department Supervisor: Prof.Dr. Celalettin KOÇAK In the three steps research, the effects of different heat treatments, incubation end phs and homogenization pressures of milk on the physical, chemical, microbiological and sensory properties of Ayran were investigated during 14 days of storage at 4-5 C. Throughout the experiment, milk used for Ayran production was standardized to ca. 8% total solids and 1,5% fat. In the first step, milk was heat treated at 75, 85 and 95 C for 5 min prior to Ayran production. In the second step, based on the results of first step, milk was heat treated at 95 C for 5 min but incubation was terminated at different phs (4,0; 4,3 and 4,6). In the final step, milk was homogenized at different pressures (150, 200 and 250 kg/cm 2 ) but the heat treatment (at 95 C for 5 min) and incubation end ph (4,0) were kept constant before Ayran production was carried out. In the experiment, whey separation and viscosity were taken as stability parameters. Ayran samples were analyzed for ph, titratable acidity, lactic acid and acetaldehyde contents. In addition, the number of yoghurt bacteria were counted and sensory properties (body, texture and overall) were determined using a hedonic scale. Results showed that different heat treatments had an significant effect on Ayran stability (p<0,05). Whey separation decreased, acetaldehyd increased and Ayran samples became more viscous as the severity of heat treatment increased. This treatments, on the other hand, did not changed the chemical, microbiological and sensory properties of Ayran samples considerably (p>0,05). Surely, the differences in the incubation end phs resulted in significant variations in the ph, tit acidity, lactic acid and acetaldehyd contents of Ayran samples (p<0,05). It was also observed that increased acidity was correlated negatively with the whey separation but positively with the viscosity (p<0,05). In addition, increased acidity had a favourable effect on the survival of Lb.bulgaricus significantly (p<0,05) whereas the number Str.thermophilus remained unchanged (p>0,05). At this stage, sensory properties did not appear to be influenced by the differences in the acidity of Ayran samples (p>0.05). Finally, with the increased homogenization pressure, whey separation tended to decrease while viscosity was increasing(p<0,01). However, no significant effect of different homogenization pressures on the other chemical, microbiological and sensory properties of Ayran samples were found (p>0,05). 2005, 109 pages KEY WORDS: Fermented milk products, Drinking yoghurt, Ayran, Heat treatment, Acidity (ph), Homogenization ii
TEŞEKKÜR Bu araştırma ile geleneksel bir ürünümüz olan Ayranın, bazı özelliklerinin iyileştirilmesiyle tüketiciye standart ve yüksek kaliteli bir ürünün sunulması hedeflenmiştir. Bu amaçla üretim sırasında farklı ısıl işlem dereceleri, farklı inkübasyon çıkış ph ları ve farklı homojenizasyon basınçları uygulanarak, söz konusu değişikliklerin üründe yarattığı etkilerinin belirlenmesi planlanmıştır Bana araştırma olanağı sağlayan, çalışmamın her safhasında bilgi ve tecrübelerinden yararlandığım ve önerileri ile beni yönlendiren danışman hocam Sayın Prof. Dr. Celalettin KOÇAK a (Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi), tez izleme komitesinde yer alan çok değerli hocalarım Sayın Prof. Dr. Metin ATAMER e (Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi), Doç. Dr. H.Barbaros ÖZER e (Harran Üniversitesi Ziraat Fakültesi), tez jürisinde yer alan Prof. Dr. Atilla YETİŞMEYEN e (Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi), Prof. Dr. Özer KINIK a (Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi) yakın ilgi ve katkılarını gördüğüm Sayın Prof. Dr. Oktay GÜRKAN a (Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi) ve araştırma görevlisi arkadaşlarıma, yazım aşamasındaki teknik desteğinden dolayı DOW AGROSCIENCE firmasına, ayrıca çalışmam boyunca gerek manevi destekleriyle gerekse gösterdikleri ilgi ve anlayışla her zaman yanımda yer alan sevgili annem, babam, kardeşim Meral-Ahmet-Balkar TAMUÇAY a, sevgili eşim Mustafa ÖZÜNLÜ ye ve tezimin son dönemlerinde varlığıyla beni çok mutlu eden ve motivasyonumu arttıran biricik oğlum Mert ÖZÜNLÜ ye teşekkürlerimi sunarım. Balkır TAMUÇAY ÖZÜNLÜ Ankara, Mart 2005 iii
İÇİNDEKİLER ÖZET... i ABSTRACT... ii TEŞEKKÜR... iii SİMGELER DİZİNİ... viii ÇİZELGELER DİZİNİ... x ŞEKİLLER DİZİNİ... xv 1. GİRİŞ... 1 2. KAYNAK ÖZETLERİ... 5 2.1. Ayran Oluşum Parametreleri... 5 2.2. Fermente Ürünlerin Kalitesi Üzerine Isıl İşlemin Etkisi... 7 2.3. Fermente Ürünlerin Kalitesi Üzerine Asitlik Gelişiminin Etkisi... 11 2.4. Fermente Ürünlerin Kalitesi Üzerine Homojenizasyonun Etkisi... 13 2.5. Ayran ve Benzeri Ürünler ile İlgili Yapılan Bazı Çalışmalar... 16 3. MATERYAL VE YÖNTEM... 21 3.1. Materyal... 21 3.2. Yöntem... 21 3.2.1. Kültürün hazırlanması... 21 3.2.2. Farklı ısıl işlem normlarının uygulanmasıyla Ayran üretimi... 22 3.2.3. Farklı inkübasyon çıkış ph larının uygulanmasıyla Ayran üretimi... 22 3.2.4. Farklı basınçlarda homojenize edilen sütlerden Ayran üretimi... 25 iv
3.2.5. Uygulanan analizler... 27 3.2.5.1. Ayrana işlenen süte uygulanan analizler... 27 3.2.5.2. Ayranlara uygulanan analizler... 27 4. ARAŞTIRMA BULGULARI ve TARTIŞMA... 30 4.1. Ayranın Bazı Kalite Kriterleri Üzerine Farklı Isıl İşlem Normlarının Etkilerine İlişkin Araştırma Sonuçları... 30 4.1.1. Araştırmada kullanılan çiğ ve Ayrana işlenen standardize sütün bazı nitelikleri... 30 4.1.2. Ayran örneklerinin genel nitelikleri... 30 4.1.3. Ayran örneklerinin ph ve titrasyon asitliği değerlerinde görülen değişimler... 31 4.1.4. Ayran örneklerinin laktik asit değerlerinde görülen değişimler... 34 4.1.5. Ayran örneklerinin asetaldehit değerlerinde görülen değişimler... 36 4.1.6. Ayran örneklerinin serum ayrılması ve viskozite değerlerinde görülen değişimler... 40 4.1.7. Ayran örneklerinin mikrobiyolojik niteliklerinde görülen değişimler... 44 4.1.8. Ayran örneklerinin duyusal niteliklerinde görülen değişimler... 48 4.2.Ayranın Bazı Kalite Kriterleri Üzerine Farklı İnkübasyon Çıkış ph larının Etkilerine İlişkin Araştırma Sonuçları... 52 4.2.1. Araştırmada kullanılan çiğ ve Ayrana işlenen standardize sütün bazı nitelikleri... 52 4.2.2. Ayran örneklerinin genel nitelikleri... 52 v
4.2.3. Ayran örneklerinin ph ve titrasyon asitliği değerlerinde görülen değişimler... 53 4.2.4. Ayran örneklerinin laktik asit değerlerinde görülen değişimler... 56 4.2.5. Ayran örneklerinin asetaldehit değerlerinde görülen değişimler... 57 4.2.6. Ayran örneklerinin serum ayrılması ve viskozite değerlerinde görülen değişimler... 60 4.2.7. Ayran örneklerinin mikrobiyolojik niteliklerinde görülen değişimler... 63 4.2.8. Ayran örneklerinin duyusal niteliklerinde görülen değişimler... 67 4.3. Ayranın Bazı Kalite Kriterleri Üzerine Farklı Homojenizasyon Basınçlarının Etkilerine İlişkin Araştırma Sonuçları... 70 4.3.1. Araştırmada kullanılan çiğ ve Ayrana işlenen standardize sütün bazı nitelikleri... 70 4.3.2. Ayran örneklerinin genel nitelikleri... 70 4.3.3. Ayran örneklerinin ph ve titrasyon asitliği değerlerinde görülen değişimler... 71 4.3.4. Ayran örneklerinin laktik asit değerlerinde görülen değişimler... 74 4.3.5. Ayran örneklerinin asetaldehit değerlerinde görülen değişimler... 75 4.3.6. Ayran örneklerinin serum ayrılması ve viskozite değerlerinde görülen değişimler... 77 vi
4.3.7. Ayran örneklerinin mikrobiyolojik niteliklerinde görülen değişimler... 81 4.3.8. Ayran örneklerinin duyusal niteliklerinde görülen değişimler... 84 5. SONUÇ... 87 5.1. Farklı Isıl İşlem Normları Uygulanarak Üretilen Ayranlarla İlgili Sonuçlar... 87 5.2. İnkübasyondan Farklı ph larda Çıkarılarak Üretilen Ayranlarla İlgili Sonuçlar... 89 5.3. Farklı Homojenizasyon Basınçları Uygulanarak Üretilen Ayranlarla İlgili Sonuçlar... 92 KAYNAKLAR... 96 EK-1... 109 ÖZGEÇMİŞ... 110 vii
SİMGELER DİZİNİ α-la β-lg 2-ME Atm Bar cm 2 CMC cp dk DVS g GDL H HTST kg LA Lb.bulgaricus LBG LDH mg ml MPa N NEM nm Pa α-laktalbumin β-laktoglobulin 2-merkapoetanol atmosfer basıncı (1atm=1,033kg/cm 2 =1,013ba=1013mbar) basınç ölçüsü birimi (1 Bar=10 5 Pa) santimetrekare karboksimetilselüloz centi Poise dakika direct vat set gram glucono-delta-lacton hidrojen high temperature short time (Yüksek sıcaklık-kısa süre) kilogram laktik asit Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus locust bean gum laktat dehidrogenaz miligram mililitre Mega Paskal normalite N-etilmaleimide nanometre Pascal, Gerilme ve basınç ölçüsü birimi viii
ppm milyonda bir kısım s saniye sa saat SH sülfidril grubu SH Soxhelet Henkel (Titrasyon asitliği ölçütü) Str.thermophilus Streptecoccus thermophilus TS Türk standartları UF ultraflitrasyon UHT ultra high temperature (Çok yüksek sıcaklık) ix
ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 2.1. Yoğurt sütüne uygulanan ısıl işlem normlarının serum proteinleri denatürasyon oranına etkisi... 9 Çizelge 2.2. Homojenizasyon basıncına bağlı olarak viskozitedeki değişimler... 15 Çizelge 2.3. Farklı oranlarda su ve tuz ilave edilerek üretilen Ayran örneklerindeki serum ayrılması değerlerindeki değişim... 17 Çizelge 4.1. Araştırmada kullanılan çiğ ve Ayrana işlenen standardize sütün bazı nitelikleri... 30 Çizelge 4.2. Süte farklı ısıl işlem normları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin kurumadde, yağ ve tuz içeriklerindeki değişimler... 31 Çizelge 4.3. Süte farklı ısıl işlem normları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin ph değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 31 Çizelge 4.4. Süte farklı ısıl işlem normları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin titrasyon asitliği değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 32 Çizelge 4.5. Süte farklı ısıl işlem normları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin laktik asit değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 35 Çizelge 4.6. Süte farklı ısıl işlem normları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin asetaldehit değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 37 x
Çizelge 4.7. Süte farklı ısıl işlem normları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin serum ayrılması değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 40 Çizelge 4.8. Süte farklı ısıl işlem normları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin viskozite değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 42 Çizelge 4.9. Süte farklı ısıl işlem normları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin yoğurt bakterileri içeriğinde (Str.thermophilus ve Lb bulgaricus) depolama süresince görülen değişimler... 45 Çizelge 4.10. Süte farklı ısıl işlem normları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin Lb.bulgaricus/ Str.thermophilus oranında depolama süresince görülen değişimler... 46 Çizelge 4.11. Süte farklı ısıl işlem normları uygulanarak üretilen Ayran örneklerin duyusal açıdan değerlendirilmesine ilişkin depolama süresince görülen değişimler... 49 Çizelge 4.12. Araştırmada kullanılan çiğ ve Ayrana işlenen standardize sütün bazı nitelikleri... 52 Çizelge 4.13. Farklı ph larda inkübasyondan çıkarılarak üretilen Ayran örneklerinin kurumadde, yağ ve tuz içerikleri... 53 Çizelge 4.14. Farklı ph larda inkübasyondan çıkarılarak üretilen Ayran örneklerinin ph değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 53 Çizelge 4.15. Farklı ph larda inkübasyondan çıkarılarak üretilen Ayran örneklerinin titrasyon asitliği değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 54 xi
Çizelge 4.16 Farklı ph larda inkübasyondan çıkarılarak üretilen Ayran örneklerinin laktik asit değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 56 Çizelge 4.17. Farklı ph larda inkübasyondan çıkarılarak üretilen Ayran örneklerinin asetaldehit değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 58 Çizelge 4.18. Farklı ph larda inkübasyondan çıkarılarak üretilen Ayran örneklerinin serum ayrılması değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 60 Çizelge 4.19. Farklı ph larda inkübasyondan çıkarılarak üretilen Ayran örneklerinin viskozite değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 62 Çizelge 4.20.Farklı ph larda inkübasyondan çıkarılarak üretilen Ayran örneklerinin yoğurt bakterileri içeriğinde (Str.thermophilus ve Lb.bulgaricus) depolama süresince görülen değişimler... 64 Çizelge 4.21. Farklı ph larda inkübasyondan çıkarılarak üretilen Ayran örneklerinin Lb.bulgaricus / Str.thermophilus oranında depolama süresince görülen değişimler... 64 Çizelge 4.22. Farklı ph larda inkübasyondan çıkarılarak üretilen Ayran örneklerin duyusal açıdan değerlendirilmesine ilişkin depolama süresince görülen değişimler... 68 Çizelge 4.23. Araştırmada kullanılan çiğ ve Ayrana işlenen standardize sütün bazı nitelikleri... 70 Çizelge 4.24. Farklı homojenizasyon basınçları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin kurumadde, yağ ve tuz içerikleri... 71 xii
Çizelge 4.25. Farklı homojenizasyon basınçları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin ph değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 71 Çizelge 4.26. Farklı homojenizasyon basınçları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin titrasyon asitliği değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 72 Çizelge 4.27. Farklı homojenizasyon basınçları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin laktik asit değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 74 Çizelge 4.28. Farklı homojenizasyon basınçları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin asetaldehit değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 76 Çizelge 4.29. Farklı homojenizasyon basınçları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin serum ayrılması değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 78 Çizelge 4.30. Farklı homojenizasyon basınçları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin viskozite değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 80 Çizelge 4.31.Farklı homojenizasyon basınçları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin yoğurt bakterileri içeriğinde (Str.thermophilus ve Lb.bulgaricus) depolama süresince görülen değişimler... 82 Çizelge 4.32. Farklı homojenizasyon basınçları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin Lb.bulgaricus / Str.thermophilus oranında depolama süresince görülen değişimler... 82 xiii
Çizelge 4.33. Farklı homojenizasyon basınçları uygulanarak üretilen Ayran örneklerin duyusal açıdan değerlendirilmesine ilişkin depolama süresince görülen değişimler... 85 xiv
ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 3.1. Farklı ısıl işlem normları kullanarak Ayran üretimi... 23 Şekil 3.2. Farklı inkübasyon çıkış ph ları kullanarak Ayran üretimi... 24 Şekil 3.3. Farklı homojenizasyon basınçları kullanarak Ayran üretimi... 26 Şekil 4.1. Süte farklı ısıl işlem normları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin ph değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 33 Şekil 4.2. Süte farklı Isıl işlem normları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin titrasyon asitliği değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 33 Şekil 4.3. Süte farklı Isıl işlem normları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin laktik asit değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 36 Şekil 4.4. Süte farklı ısıl işlem normları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin asetaldehit değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 38 Şekil 4.5. Süte farklı ısıl işlem normları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin serum ayrılması değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 42 Şekil 4.6. Süte farklı ısıl işlem normları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin viskozite değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 44 Şekil 4.7. Süte farklı ısıl işlem normları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin Str.thermophilus içeriğinde depolama süresince görülen değişimler... 47 xv
Şekil 4.8. Süte farklı ısıl işlem normları uygulanarak üreilen Ayran örneklerinin Lb.bulgaricus içeriğinde depolama süresince görülen değişimler... 47 Şekil 4.9. Süte farklı ısıl işlem normları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin duyusal niteliklerinde depolama süresince görülen değişimler... 50 Şekil 4.10. Farklı ph'larda inkübasyondan çıkarılarak üretilen Ayran örneklerinin ph değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 55 Şekil 4.11. Farklı ph'larda inkübasyondan çıkarılarak üretilen Ayran örneklerinin titrasyon asitliği değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 55 Şekil 4.12. Farklı ph'larda inkübasyondan çıkarılarak üretilen Ayran örneklerinin laktik asit değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 57 Şekil 4.13. Farklı ph'larda inkübasyondan çıkarılarak üretilen Ayran asetaldehit değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 59 Şekil 4.14. Farklı ph'larda inkübasyondan çıkarılarak üretilen Ayran örneklerinin serum ayrılması değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 61 Şekil 4.15. Farklı ph'larda inkübasyondan çıkarılarak üretilen Ayran örneklerinin viskozite değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 63 Şekil 4.16. Farklı ph'larda inkübasyondan çıkarılarak üretilen Ayran örneklerinin Str.thermophilus içeriğinde depolama süresince görülen değişimler... 66 xvi
Şekil 4.17. Farklı ph'larda inkübasyondan çıkarılarak üretilen Ayran örneklerinin Lb.bulgaricus içeriğinde depolama süresince görülen değişimler... 66 Şekil 4.18. Farklı ph'larda inkübasyondan çıkarılarak üretilen Ayran örneklerinin duyusal niteliklerinde depolama süresince görülen değişimler... 69 Şekil 4.19. Farklı homojenizasyon basınçları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin ph değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 73 Şekil 4.20. Farklı homojenizasyon basınçları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin titrasyon asitliği değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 73 Şekil 4.21. Farklı homojenizasyon basınçları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin laktik asit değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 75 Şekil 4.22. Farklı homojenizasyon basınçları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin asetaldehit değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 77 Şekil 4.23. Farklı homojenizasyon basınçları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin serum ayrılması değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 79 Şekil 4.24. Farklı homojenizasyon basınçları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin viskozite değerlerinde depolama süresince görülen değişimler... 81 Şekil 4.25. Farklı homojenizasyon basınçları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin Str.thermophilus içeriğinde depolama süresince görülen değişimler... 83 xvii
Şekil 4.26. Farklı homojenizasyon basınçları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin L. Lb.bulgaricus içeriğinde depolama süresince görülen değişimler... 83 Şekil 4.27. Farklı homojenizasyon basınçları uygulanarak üretilen Ayran örneklerinin duyusal niteliklerinde depolama süresince görülen değişimler... 86 xviii
1. GİRİŞ Fermente süt ürünlerinin insan sağlığındaki pozitif etkileri uzun yıllardan beri bilinmektedir (Lucey 2001). Söz konusu ürünlerin başında gelen yoğurdun ülkemizde en önemli tüketim şekillerinden biri Ayrandır. Tan ve Ertürk (2001) in verilerine dayanılarak yapılan hesaplamalara göre Türkiye de üretilen yaklaşık 10 milyon ton sütün % 23 ü yoğurt ve Ayran üretiminde kullanılmaktadır. Kesin bir bilgi olmamakla beraber, yoğurt ve Ayran üretimi için ayrılan süt miktarlarının % 20-30 nun Ayrana işlendiği tahmin edilmektedir. Ayran yoğurdun sulandırılmasıyla veya sulandırılan sütün yoğurda işlenmesi ve su oranı yüksek yoğurda tuz ilave edildikten sonra homojen hale gelinceye kadar karıştırılmasıyla yapılan fermente bir süt ürünüdür (Anonymous 1986, Köksoy ve Kılıç 2004). Ayran Türk Gıda Kodeksi Fermente Sütler Tebliği nde ise, yoğurda su katılarak veya kurumaddesi ayarlanan süte yoğurt kültürü ilave edilerek, içilebilir kıvamda hazırlanan fermente ürün olarak tanımlanmaktadır (Anonymous 2001). Dolayısıyla Ayran yoğurdun tüm besleyici unsurlarını, katılan su miktarına bağlı olarak değişik oranlarda ihtiva etmektedir. Ancak aroması tuz içermesinden dolayı biraz farklıdır. Ayranın besleyici değerinin, özellikle yaz aylarında tüketimi artan diğer içecekler yanında daha fazla olması nedeniyle, gençlerin kola vb. içecekler yerine daha değerli olan bu ürünü tüketmeleri tavsiye edilmektedir. Sindiriminin kolaylığı ve ferahlatıcı etkisi açısından gerek şehirlerde, gerekse kırsal kesimlerde oldukça fazla miktarda tüketilen Ayranın üretimi özellikle yaz aylarında artmaktadır (Gülmez vd 2003, Köksoy ve Kılıç 2003). Ayranlarda çeşitli sebeplerden dolayı pıhtılı yapı, asidik tat ve serum ayrılması gibi bozukluklar sıklıkla görülmektedir (Ergüllü ve Demiryol 1983). Özellikle de yaz aylarında asitlik artışı ve serum ayrılması Ayranların satışının azalmasına neden olmaktadır (Demir 1983). Geleneksel bir içeceğimiz olan Ayranın diğer içeceklerle rekabet edebilmesi için öncelikle üründe standart bir kalite düzeyi sağlanarak, piyasada tüketici açısından kabul edilebilirliğinin artırılması gerekmektedir. Bu da ancak tüketici açısından ürün performansını olumsuz yönde etkileyen sorunların önlenmesi ve Ayrana stabil bir yapı kazandırılmasıyla gerçekleştirilebilir. Yapılan araştırmalar piyasada tüketime sunulan Ayranların endüstriyel açıdan standart bir yöntem ile üretilmediklerini, bileşim açısından da 1
değişiklikler gösterdiklerini ortaya koymuştur (Yaygın 1979, Şimşek 1995, Gülmez vd 2003). Bugüne kadar Ayran üzerinde yapılan çalışmalarda, piyasada satılan Ayranların bazı özellikleri (Yaygın 1979, Duru ve Özgüneş 1982, Demir 1983, Gülmez vd 2003), Ayran üretiminde stabilizatör kullanımının etkileri (Gülümser 1986, Şimşek 1995, Köksoy ve Kılıç 2004), dayanıklı Ayran üretimi (Güventürk 1989, Atamer vd 1999), bazı kimyasal koruyucu katkı maddelerinin Ayranın dayanımı üzerine etkisi (Oysun 1987, Gönç vd 1989), değişik kaynaklı yoğurtlardan üretilen (Yaygın ve Gahun 1983) ve yoğurtların farklı oranlarda sulandırılmasıyla elde edilen Ayranların (Ergüllü ve Demiryol 1983, Köksoy ve Kılıç 2003) özellikleri incelenmiştir. Bu çalışmaların çoğunda serum ayrılmasının Ayranların kalite özelliklerini etkileyen faktörler arasında en önemlilerinden biri olduğu belirtilmiştir (Ergüllü ve Demiryol 1983, Yaygın ve Gahun 1983, Şimşek 1995, Atamer vd 1999). Ayran gibi içilebilecek nitelikteki fermente süt ürünlerinin kalitesine etkili parametrelerin başında viskozite ve serum ayrılması gelmektedir. Genellikle sinerez ile aynı anlamda kullanılan serum ayrılması, yoğurt benzeri asit jellerinin yüzeyinde kendiliğinden meydana gelen bir kusurdur (Lucey 2001). Söz konusu parametre ısı uygulaması ve asitlik gelişimi ile kolloidal stabilitesi bozulmuş olan süt proteinlerinin, özgül ağırlık farkı ve yerçekimi kuvvetinin etkisiyle, içinde bulundukları serumun tabanına doğru batmaları olarak tanımlanmaktadır (Anonymous tarihsiz, Bodyfelt vd 1988, Şimşek 1995, Atamer vd 1999). Viskozite ise kısaca bir sıvının iç sürtünmesidir (Renner 1991). Lucey (2001) in asit jelinde meydana gelen serum ayrılmasının nedenleri hakkında az şey bilindiğini belirtmesine karşın, birçok araştırmacı serum ayrılması ve viskozite üzerine toplam kurumadde içeriği, protein içeriği (kazein ve serum proteinleri arasındaki oran), yağ içeriği, ısıl işlem ve serum proteinlerinin denatürasyonu, homojenizasyon, asitlik, ürünün depolama sıcaklığı, sütün tuz dengesi, starter kültürün aktivitesi gibi faktörlerin etkili olduğunu bildirmektedirler (Rasic ve Kurmann 1978, Yaygın ve Gahun 1983, Gönç vd 1989, Renner 1991). Stabilizatör ilavesiyle serum ayrılmasının azaltılması ve ürünün kıvamının artırılması mümkündür (Gülümser 1986, Güventürk 1989, Şimşek 1995, Atamer vd 1999, Lucey 2001, Tikhomirova ve Morozova 2003, Köksoy ve Kılıç 2004). Ancak herhangi bir katkı maddesi kullanmaksızın süt bileşenlerinden, özellikle de süt proteinlerinin fonksiyonel özelliklerinden ve teknolojik işlemlerden yararlanılarak Ayranlara stabilite kazandırılması 2
sonucunda tüketicilere daha doğal bir ürün sunulması, üzerinde durulması gereken önemli bir konudur. Bu amaçla, araştırmamız kapsamında ısıl işlem normları, inkübasyon çıkış ph ları (asitlik) ve homojenizasyon basınçları gibi parametrelerin serum ayrılmasının giderilmesinde ya da azaltılmasında, aynı zamanda da viskozitenin iyileştirilmesinde önemli fonksiyonları olabileceği düşüncesiyle incelemeye alınmıştır. Isıl işlemin ve asitlik gelişiminin proteinler üzerinde yaptığı değişime bağlı olarak serum ayrılması ve viskozite de etkilenmektedir (Özer ve Atamer 1994). Serum proteinlerinin teknolojik açıdan en önemli özelliği ısıyla denatüre olmalarıdır. Denatürasyon sonucunda serum proteinleri ve kazein arasında bir interaksiyon meydana gelmekte ve kazeinlerin hidrofilik özellikleri artarak stabil bir yoğurt pıhtısının oluşumuna yardımcı olmaktadır (Tamime ve Deeth 1980). Asitliğin gelişmesine paralel kazein miselleri elektriksel yüklerini yitirmekte ve asitliğin belirli bir düzeye düşmesiyle miseller bir araya gelerek koagülasyon başlamaktadır. Asitlik gelişimi ile proteinlerin su tutma kapasiteleri arasındaki ilişki, yoğurt pıhtısının reolojik özelliklerini etkilemektedir (Atamer ve Sezgin 1987). Bu nedenle serum ayrılmasında asitlik de önemli bir parametre olarak değerlendirilmektedir. Oluşan yoğurt pıhtısı Ayran üretiminde uygulanan mekanik etki sonucunda bozulmakta ve bundan olumsuz yönde etkilenen kolloidal yapı da serum ayrılmasına neden olmaktadır (Anonymous tarihsiz). Homojenizasyon, süt teknolojisi alanında kaliteyi etkileyen önemli bir işlemdir. Yağ globüllerinin ürün içerisinde homojen bir biçimde dağılmasını sağlayan bu işlemle ürünlerin kalite özellikleri iyi yönde gelişmektedir. Yoğurt üretiminde, homojenizasyon işlemi görünüm ve aroma açısından kaliteyi artırmakta, aynı zamanda ürünün viskozitesinin yükseltilmesi ve pıhtının su bağlama kapasitesinin artırılmasında da etkili olduğundan, serum ayrılmasının azaltılmasını da sağlamaktadır (Gönç 1990, Yıldırım vd 1994, Tunçtürk vd 2000). Özetle bu çalışmanın amaçlarını şu şekilde sıralamak mümkündür: Farklı ısıl işlem normları uygulanarak serum proteinlerinin bazı özelliklerinin değişiminin sağlanması sonucunda Ayran kalitesinin iyileştirilmesi, 3
İnkübasyon çıkış ph larında değişiklik yaparak proteinlerin su tutma kapasitelerinde artış sağlamak suretiyle Ayran kalitesini etkileyen bazı sorunların çözümlenmesi, Farklı homojenizasyon basınçları uygulayarak yağ globüllerinin yüzey alanlarını artırmak, böylece daha fazla kazein miselinin kolloidal fazda tutulmasını sağlayarak Ayran kalitesindeki bazı değişimlerin incelenmesi ve Bu çalışmalar sonucunda da standart ve stabil bir Ayran üretimi için en uygun ısıl işlem, inkübasyon çıkış ph sı ve homojenizasyon basıncının ortaya çıkarılması amaçlanmıştır. Tüketiciye standart ve yüksek kaliteli bir ürün sunabilmek için Ayranlarda serum ayrılmasının azaltılması ile viskozitenin iyileştirilmesi ve özellikle bunun herhangi bir katkı maddesi kullanmaksızın çözülmesi büyük önem arz etmektedir. 4
2. KAYNAK ÖZETLERİ 2.1. Ayran Oluşum Parametreleri Ayran yoğurda belli oranlarda su katılması veya sütün sulandırılmasıyla üretilen fermente bir süt ürünüdür. Bilindiği gibi yoğurdun ve Ayranın kendine özgü karakteristik yapısının oluşmasında etkili olan en önemli unsur proteinlerdir. Süt proteinleri çok karmaşık yapıda olup 30 dan fazla fraksiyondan oluşmakla birlikte kazein ve serum proteinleri olmak üzere iki ana başlıkta sınıflandırılmaktadır (Metin 1996). Kazeini tanımlamak zor olmakla birlikte bunların belirlenmesindeki esas ilke asit etkisi ile 4,6 ph da çok az çözünürlük özelliği gösterip pıhtılaşmalarıdır. Çöktürme yöntemiyle (enzim ve asit etkisi ile) sütten kazeinin ayrılması sonucunda çözeltide kalan proteinlere de serum proteinleri denilmektedir (Swaisgood 1986). Serum proteinleri ısıya karşı duyarlı olup, ısıyla denatüre edilmedikleri sürece izoelektrik noktasında pıhtılaşmazlar (Tamime ve Deeth 1980). Serum proteinlerinin sekonder ve tersiyer yapılarının α-heliks ve β-plakalı yaprak yapılarını stabilize eden H bağları ısı ile kolaylıkla parçalanmaktadır. Sonuçta sekonder ve tersiyer yapılar bozulmakta, bu da serum proteinlerinin ısı ile denatürasyonu olarak bilinmektedir. Böylece serum proteinlerinin doğal yapısında yer alan yan zincir grupları açığa çıkmakta, özellikle de sistein rezidülerinin thiol (-SH) gruplarının reaktivitesi artmaktadır. Bununla birlikte disülfitlerin (S-S) oksidasyonu gerçekleşmekte ve disülfitlerde ara değişim reaksiyonları görülmektedir (Özer ve Atamer 1994). Bunun sonucunda da disülfit bağının konumu değişmekte ve ısı denatürasyonu geri dönüşümsüz olmaktadır. Nitekim 60-65 C ye kadar olan sıcaklıklarda söz konusu değişimler meydana gelmediğinden, serum proteinlerinde oluşan denatürasyonlar tersinir özellik göstermekte bu nedenle de yoğurt-ayran gibi ürünlerin yapımında sütlere daha yüksek ısıl işlem uygulanmaktadır (Euber ve Brunner 1982, Witt ve Klaranbeek 1983, Lucey vd 1998). Lucey vd (1998) in yaptıkları bir çalışmada, ısıl işlem derecesinin 80 C ye yükseltilmesi ile serum proteinlerinin % 90 oranında denatüre oldukları ve adı geçen proteinlerin büyük bir kısmının kazeinle interaksiyona girdiği tespit edilmiştir. 5
Üretim sırasında süte ilave edilen yoğurt bakterilerinin gelişimi sonucunda ortamın asitliğinin artması, kazein misellerinin kolloidal stabilitesini kaybetmesine neden olmaktadır. Bu aşamada kazeine trikalsiyum fosfat olarak bağlı olan fosfor ve kalsiyumun büyük bir kısmı kazeinat partiküllerinden uzaklaşmaktadır. ph 5,2 5,3 de kazeinat partikülleri destabilize olmakta ve bu noktada pıhtılaşma başlamaktadır. Pıhtılaşma izoelektrik nokta olan 4,6-4,7 ph da tamamlanmakta ve bu ph da kazeinler tuz köprüleri ile bağlanamamaktadırlar. Bu arada miselden ayrılan kalsiyum (Ca), laktik asitle birleşerek Ca-laktat haline gelmektedir (Metin 1996, Tamime ve Robinson 1999). Fermente süt ürünlerinin üretimi sırasında jel oluşumuna, kazein kompleksinin asit etkisi ile destabilizasyonu, serum proteinlerinin 80 C nin üzerinde uygulanan ısıl işlemle denatürasyonu ve sonuçta bu iki proteinin fraksiyonları arasında meydana gelen interaksiyonlar neden olmaktadır. Isıl işlem ve asitlik gelişiminin etkisiyle proteinlerdeki bu değişimler sonucunda ortaya çıkan spesifik interaksiyonlardan en önemlisi κ-kazein ile β- laktoglobulin (β-lg) interaksiyonudur. Bundan dolayı Ayran koagüle proteinler, denatüre serum proteinleri ve kazeinden oluşan bir Copresipitate dir denilebilir. Proteinlerin pıhtılaşmasıyla meydana gelen ağ yapısının (network) içine yağ globülleri ve çözünmüş bileşikler girmekte ve böylece pıhtının stabilitesi artmaktadır (Tamime ve Robinson 1999). Ancak söz konusu pıhtı Ayran üretiminde uygulanan mekanik etki sonucunda bozulmakta ve kolloidal niteliğini kaybeden proteinler serum ayrılmasına neden olmaktadır (Anonymous tarihsiz). Bu nedenle süt proteinlerinin yukarıda bahsedilen bu özellikleri asit jeli olarak nitelendirilen yoğurt ve Ayran benzeri fermente süt ürünlerinin üretiminde büyük önem taşımaktadır (Lucey vd 1998). Proteinlerin su tutma kapasiteleri üzerine birçok teori bulunmasına karşın, su tutma terimini tam olarak açıklamak mümkün değildir. Bu nedenle ölçme teknikleri ve çevresel koşullar dikkate alınarak bağlı, serbest ve yapısal su terimleri kullanılmaktadır. Gıdalarda bulunan proteinlerin önemli fonksiyonel özelliklerinin çoğu, proteinlerin su bağlama kapasiteleri ile ilişkilidir (Kneifel ve Seiler 1993) Birçok araştırmacı β LG gibi globüler proteinlerin hidrasyon derecesinin denatürasyon, agregasyon ve diğer proteinlerle interaksiyona bağlı olduğunu (De Witt 1984, Kinsella 1984); denatürasyona uğrayan β LG nin diğer proteinlerle interaksiyona girmesinin sonucu olarak su tutma 6
kapasitesinin arttığını bildirmektedir (Kneifel vd 1990, Kneifel ve Seiler 1993). Yoğurt jelinin oluşumunda önemli rol oynayan κ-kazein ile β-lg interaksiyonunun dışında diğer protein fraksiyonları arasında da interaksiyonlar meydana gelmektedir. Bunlar β-lg ile α-la, β-lg ile α- kazein, α-la ile κ-kazein, serum albumin ile κ-kazein ve immunoglobulinler ile κ-kazein arasında meydana gelmektedir (Walstra ve Jennes 1984, Özer ve Atamer 1994, Çağlar vd 1996). β-kazein ise β-lg ile interaksiyona girebilme yeteneğinde değildir (Sawyer 1969). Ayran ve benzeri fermente süt ürünlerinde jel oluşumu için ısıl işlem ve asitlik kombinasyonu zorunludur. Bu iki parametreden birinin ya da her ikisinin yeterli etkiyi yaratmaması sonucu özgün yapının oluşumu engellenmektedir. 2.2. Fermente Ürünlerin Kalitesi Üzerine Isıl İşlemin Etkisi Süte uygulanan ısıl işlem sırasında pek çok reaksiyon meydana gelmekte ve her bir reaksiyonun oluşumu ısıl işlem koşulları kadar sütün bileşimi, kurumadde konsantrasyonu ve ph gibi faktörlere de bağlı olmaktadır. Buradaki en önemli olay, serum proteinlerinin, α-la ve β-lg, denatürasyonu ve sonuçta β-lg ile κ-kazein arasında meydana gelen interaksiyondur. Böylece süt ürünlerine kendine özgü fonksiyonel özellik kazandırılabilmektedir (Fox 1981, Hill 1989, Singh 1995, Lucey vd 1998). Diğer bir ifadeyle Ayran benzeri fermente süt ürünlerinin üretiminde ve anılan ürünlere özgü yapının kazandırılmasında ısıl işlem önemli rol oynamaktadır. Birçok araştırmacı uygulanan ısıl işlemin şiddetine göre serum proteinlerinden özellikle β-lg ve α-la nin denatürasyona uğradığını (Elfagm ve Wheelock 1977, Ramos 1978); kazeinin yapısında, kovalent bağ formasyonu ve hidrasyon kapasitesinde değişimler meydana geldiğini ve viskozite gibi özelliklerin ısıl işlemden etkilendiğini ifade etmişlerdir (Singh ve Fox 1989). Serum proteinlerinin ısıl işlemle denatürasyonu üzerine bir çok çalışma bulunmaktadır (Lyster 1970, Hillier ve Lyster 1979, Hillier vd 1979, Lucey vd 1998, Oldfield vd 1998). Bu araştırmaların bazılarında β-lg nin varyantlarının denatürasyonu arasında farklılıklar olduğu tespit edilmiştir. Bazı araştırmacılar tüm sıcaklıklarda β-lg B nin A varyantına göre daha 7
hızlı denatüre olduğunu belirtirken (Manji ve Kakuda 1986, Dannenberg ve Kessler 1988, Oldfield vd 1998), bazıları A varyantının düşük sıcaklıklara (<100 C), B varyantının da yüksek sıcaklıklara daha dayanıklı olduğunu bildirmişlerdir (Hillier ve Lyster 1979, Hillier vd 1979, Anema ve Mckenna 1996). Bikker vd (2000), yaptıkları bir çalışmada ultrafiltrasyon ve mikrofiltrasyon tekniklerini kullanarak serum proteinlerinden arındırılmış yağsız sütün içerisine tekrar α-la ve β-lg A, B ve C varyantlarını ilave ederek örnek hazırlamışlardır. Anılan süt örneklerine 75 C den 100 C ye değişen oranlarda ısıl işlem uygulamışlar ve elektroforez tekniği ile denatürasyon oranını tespit etmişlerdir. Tüm sıcaklıklarda β-lg nin denatürasyon oranının, B varyantında en hızlı, A varyantında orta düzeyde olduğu bulunurken C varyantı ısıl işleme en dayanıklı değişken olarak gözlenmiştir. β-lg in genetik varyantları kullanılarak hazırlanan jelin fizikokimyasal özelliklerinin incelendiği bir çalışmada, 90 C de 30 dk ısıl işlemle 0,2 M Tris-HCl buffer (ph 7.0) da % 7,5 β-lg ile hazırlanan jelin jelasyon ve reolojik özellikleri, sinerezis ve su tutma kapasitesi belirlenmiştir. Bu amaçla seçilen 3 β-lg varyant kombinasyonundan (AA, AB, BB), AA β- LG fenotipinden elde edilen jelin en güçlü, en elastik yapıya ve en yüksek su tutma kapasitesine sahip olduğu bulunmuştur. Meydana gelen bu farklılıkların β-lg nin yapısındaki değişimlerden (genetik varyantlardaki iki amino asidin farklılığından dolayı) kaynaklandığı açıklanmıştır (Gao vd 2002). Ayranın kendine özgü yapısının kazandırılmasında ısıl işlemin, proteinler üzerine etkisinin önemli olduğu daha önce de belirtilmişti. Yine bir önceki bölümde serum proteinlerinin ısıyla denatürasyonu sonucunda serum proteinleri ve kazein arasında bir interaksiyon meydana geldiğine ve sonuçta kazeinlerin hidrofilik özelliklerinin arttığına da değinilmişti (Grigorov 1966 a,b, Tamime ve Deeth 1980). Bu özelliğin 85 C ye kadar arttığının, 85 C nin üzerindeki sıcaklıklarda ise azaldığının belirtilmesiyle birlikte (Prodanski 1967), bazı araştırmacılar 95 C ye kadar denatürasyon oranının arttığını, sterilizasyon normlarında ise azaldığını tespit etmişlerdir. Çizelge 2.1. de yapılan bazı çalışmalarda süte uygulanan ısıl işlem derecesi ve süresine bağlı olarak serum proteinlerinin denatürasyonunda meydana gelen değişimler görülmektedir (Rasic ve Kurmann 1978, Puhan 1988). 8
Çizelge 2.1. Yoğurt sütüne uygulanan ısıl işlem normlarının serum proteinleri denatürasyon oranına etkisi (Rasic ve Kurmann 1978, Puhan 1988) Isıl işlem sıcaklığı Isıl işlem süresi Serum Protein Denatürasyon oranı (Yaklaşık), % 75-80 C 30 dk 75-80 85 C 5 dk 75 85 C 15 dk 80-85 85 C 20-30 dk 85-90 85-90 C 30 dk 85 90 C 2-3 dk 70-75 90-95 C 2 dk 70-75 90 C 5-15 dk 85-90 90-95 C 10 dk 85-95 93-95 C 15 dk 90-95 95 C 10 dk 90-95 130 C 15-45 sn 70-80 140-150 C 2-4 sn 75 β-lg ile κ-kazein arasındaki interaksiyon oranı uygulanan ısıl işlem derecesine ve zamanına bağlı olarak değişim göstermektedir (Singh 1995). Denatüre serum proteinlerinin asit jelinin oluşumunda etkili olduğu bilinmesine rağmen, asit jelinin reolojik özelliklerini etkileyen mekanizmaları bilinmemektedir (Lucey vd 1998). Asit jelinin özellikleri üzerine ısıl işlem, β-lg ile κ-kazein arasındaki interaksiyon oranı, ph, protein konsantrasyonu ve tuzların varlığı etkili olmaktadır (Singh 1995). Kneifel vd (1990) sodyum kazeinat üretimi üzerine yaptıkları bir çalışmada sütün ön ısıtma işlemine tabi tutulmasıyla, ürünlerin su tutma kapasitesinin sağlanabildiğini göstermişlerdir. Burada sütün 120 C ye ısıtılmasıyla kazeinat tarafından tutulan suyun, ısıl işleme tabi tutulmadan üretilen kazeinattan 5 kat fazla olduğu bulunmuştur. Serum proteinleri ve kazein arasındaki interaksiyon üzerine ısıl işlemin etkisinin incelendiği bir çalışmada sıcaklığın 80 C ye çıkmasıyla serum proteinlerinin % 90 oranında denatüre olduğu tespit edilmiştir. İlaveten denatüre serum proteinlerinin çoğunun kazein miselleri ile interaksiyona 9
girdiği de belirlenmiştir. Isıl işlem uygulanmamış sütlerin ya da serum proteinleri içermeyen ve ısıl işlem uygulanan sütlerin düşük bir jelleşme kapasitelerine sahip oldukları, 80 C de 30 dk. ısıl işlem uygulanan sütlerde (serum proteini içeren) ise jelleşme zamanının kısaldığı tespit edilmiştir. Diğer bir ifadeyle asit jelinin oluşumunda serum proteinlerinin belli oranlarda denatürasyonu önemli olmaktadır (Lucey vd 1998). Isıl işlemin serum proteinleri denatürasyonuna etkisinin araştırıldığı bir çalışmada, üç kat konsantre edilen sütlere 72 C, 89 C, 106 C, 123 C ve 140 C lerde ısıl işlem uygulanmış ve uygulanan sıcaklığın artmasıyla serum proteinlerinin denatürasyonunun da arttığı gözlenmiştir (McMahon vd 1993). Malcata ve Pintano (1994) ün gerçekleştirdiği diğer bir araştırmada ise koyun ve keçi sütlerine 85 C ve 95 C de ısıl işlem uygulanması sonucunda, β-lg nin ısıl işlemden önemli derecede etkilendiği, α-la in ise aynı derecede etkilenmediği saptanmıştır. Yağsız inek, koyun ve keçi sütlerine 70 C, 80 C ve 90 C de 15 sn ile 30 dk. arasında değişen sürelerde ısıl işlem uygulanan ve serum proteinlerinin denatürasyon oranının saptandığı araştırmada süt türleri arasında farklılıklar tespit edilmiştir. 70 C de 15 sn ve 30 dk. ısı uygulanan inek ve koyun sütü proteinlerinin denatürasyon oranının keçi sütüne göre daha yüksek olduğu bulunmuştur (Law 1995). Isıl işlem derecesi ve süresinin yoğurdun reolojik ve organoleptik özelliklerine etkisini inceleyen Kaytanlı (1993), standardize ve homojenize ettiği süte 80 ile 90 C de 10,20 ve 30 dk lık ısıl işlem uygulamıştır. Daha sonra bu sütlerden yoğurt üretmiş ve ürünün bazı özelliklerini (konsistens, viskozite, sinerezis, su tutma kapasitesi ve duyusal nitelikler) incelemiştir. Sütün 80 C de 20 dk ısıl işleme tabi tutulmasıyla üretilen yoğurtlar en yüksek viskozite değerini vermiştir. Aynı zamanda serum ayrılmasının azaldığı ve su tutma kapasitesinin arttığı saptanmıştır. Isı ile teşvik edilen serum proteinleri, κ-kazein interaksiyonunun meydana gelmesinde tiol/disülfit ara değişim reaksiyonlarının (kovalent reaksiyonlar) oldukça önemli olduğunun belirtilmesine ilaveten (Doi vd 1983, Hill 1989), kovalent olmayan bağların da (hidrofobik, iyonik ve elektrostatik) serum proteinleri ile kazein arasındaki interaksiyonda önemli etkiye sahip olduğu vurgulanmaktadır (Watanable ve Klostermayer 1976, Özer 1999) N-etilmaleimide (NEM) gibi sülfidril gruplarını bağlayan bir maddenin kullanılması serum proteinleri ile κ-kazein arasındaki disülfit bağlarının 10
oluşumunu engellemektedir (Sawyer vd 1963, Sawyer 1969). Bu madde ısı uygulanan sütlerdeki misel uzantılarının hareketliliğini (voluminosity) yavaşlatmakta (Davies vd 1978), kazein miselleri ile serum proteinlerinin birleşmesi kısıtlanmakta ve dolayısıyla jelleşme oranı azalmaktadır (Lucey vd 1998). Tiol/disülfit ara değişim reaksiyonlarının konsantre yoğurt jelinin fiziksel özellikleri üzerine etkisini incelemek amacıyla yapılan bir çalışmada, süte değişen oranlarda tiol gruplarını bağlayan (NEM) ve tiol/disülfit reaksiyonlarını teşvik eden (2-merkapoetanol, 2-ME) maddeler katılmıştır. Maddelerin ilavesinin ardından 1 saat oda sıcaklığında reaksiyonun tamamlanması için bekletilen sütlerden daha sonra yoğurt üretilmiştir. Poliakrilamid jel elektroforezi ile yapılan çalışmalar sonucunda 2-ME konsantrasyonunun artmasıyla kazeinin tamamen serum proteinleri ile interaksiyona girdiği, ayrıca örnekler arasında reolojik olarak belirgin bir farklılığın olmasına karşın, protein kompozisyonunda benzerliklerin varlığı tespit edilmiştir. Süte katılan tiol gruplarını bağlayan maddenin (NEM) konsantrasyonunun artmasıyla ise protein interaksiyonlarının engellendiği belirlenmiştir (Özer 2001). 2.3. Fermente Ürünlerin Kalitesi Üzerine Asitlik Gelişiminin Etkisi İnkübasyon, fermente süt ürünlerinin üretiminde ürünün kendine has organoleptik, kimyasal ve fiziksel özelliklerinin kazandırılmasında önemli bir işlem aşamasıdır (Rasic ve Kurmann 1978). İnkübasyon işlemi sırasında ortama ilave edilen yoğurt bakterileri (Lb.delbrueckii subsp. bulgaricus ve Str.thermophilus) ürettikleri enzimler vasıtasıyla süt bileşenlerinden laktoz, protein ve süt yağını parçalarlar. Bunun sonucunda ürün için karakteristik özellikler taşıyan yeni maddeler meydana gelmektedir (Yetişmeyen 1995, Yaygın 1999). Özellikle fermente süt ürünlerinin kendine özgü yapısının oluşmasında laktik asit fermantasyonu önem taşımaktadır. Laktoz, laktik asit bakterileri tarafından direkt kullanılamamaktadır. Fermantasyonun ilk aşamasında laktoz, β-galaktozidaz enziminin etkisiyle glikoz ve galaktoza parçalanmaktadır. Glikoz ve galaktoz da çeşitli bakteriyel enzimlerin etkisinin olduğu bir dizi reaksiyon sonucunda laktik aside dönüşmektedir (Rasic ve Kurmann 1978). Fermente süt ürünlerinin fiziksel özellikleri üzerine daha öncede belirtilen faktörler yanında, ilave edilen starterin özellikleri ve inkübasyon süresince meydana gelen laktoz fermantasyonu sırasındaki oluşumlar sonucunda ürünün asitliğinin artması da önem taşımaktadır (Sodini vd 2004). 11
Bakteriyel gelişim ile meydana gelen asitlik artışının başlaması sonucu kazeine trikalsiyum fosfat halinde bağlı bulunan kalsiyum ve fosfor, miselden ayrılır ve çözünür forma geçer (Rasic ve Kurmann 1978). Asitlik gelişimi sırasında 6,6-5,3 ph aralığında kazein misellerinin büyüklüğünde pek fazla bir değişim olmazken, 5,3-4,6 ph veya daha düşük ph larda kazeinin destabilizasyonunun ve partiküllerin agregasyonunun bir sonucu olarak misellerin boyutu büyümektedir. Daha önceden de belirtildiği gibi burada üretim sırasında uygulanan ısıl işlemin sonucunda denatüre olan serum proteinleri ile κ-kazein arasındaki interaksiyonun da önemi unutulmamalıdır (Rasic ve Kurmann 1978, Yetişmeyen 1995, Lucey vd 1998). Ürünün asitlik düzeyi, ürünün yapısında ve serum ayrılmasında etkili bir faktördür. Düşük asitlikte (>4,6 ph) proteinlerin su tutma kapasiteleri yetersiz iken, yüksek asitlikte (<4,0 ph) söz konusu özellikte azalış görülmektedir. 4,0-4,6 ph da ise proteinlerin su tutma kapasiteleri artmakta ve dolayısıyla viskozite iyileşmekte ve serum ayrılması azalmaktadır (Rasic ve Kurmann 1978, Atamer vd 1986). Atamer ve Sezgin (1987), inkübasyon sonu asitliğinin yoğurt kalitesi üzerine etkisini araştırdıkları çalışmalarında, farklı inkübasyon sonu ph larına sahip (5,0 ph; 4,7 ph; 4,3 ph ve 4,0 ph) yoğurtların bazı özelliklerini incelemişlerdir. Asitliğin pıhtı stabilitesi üzerine etkisinin belirli ph değerleri arasında olumlu yönde olduğunu öne süren araştırmacılar, yoğurtların asitliklerinin artmasıyla pıhtı sıkılığının arttığını ve serum ayrılmasının azaldığını tespit etmişlerdir. Sonuç olarak en az serum ayrılması 4,0 ph da inkübasyondan çıkarılan yoğurtlarda elde edilmiştir. Yerli ve yabancı starter kullanılarak üretilen yoğurtların kaliteleri üzerine yapılan diğer bir araştırmada, kültür çeşidi ve aktivitesinin asitlik gelişimi üzerine etkisi önemli bulunmuştur (p<0,05). Ancak depolamanın 1. gününde ph ları 4,05-4,50 arasında değişim gösteren yoğurtların serum ayrılması ve viskozite değerlerinde önemli bir farklılık kaydedilmemiştir (p>0,05). Ayrıca depolama süresince asitliğin arttığı, serum ayrılmasının azaldığı ve viskozitenin iyileştiği tespit edilmiştir (Sezgin vd 1988). Atamer vd (1993), depolama süresindeki asitlik gelişiminin yoğurtların tat ve aroma değişimi üzerine etkisini incelemişlerdir. Araştırmacılar, set tipi yoğurtların titrasyon asitliği sınır değerinin laktik asit cinsinden % 1,6 LA 12
olmasına karşın, % 1,306 LA içeren örneklerin tat ve aromalarının, panelistlerce beğenilmediğini tespit etmişlerdir. Akalın vd (1998) tarafından yapılan benzer bir çalışmada da asitliğin artmasına paralel olarak duyusal puanların azaldığı saptanmıştır. Diğer bir ifadeyle fermente süt ürünleri üretiminde stabilite açısından önemli olan asitlik gelişiminin, tüketici beğenisi açısından da belli bir düzeyde tutulması önem taşımaktadır. Schkoda vd (1999), çalışmalarında asit jelinin reolojik özellikleri ve meydana gelen sinerezis üzerine minerallerin ve ph nın etkisini incelemişlerdir. Bu amaçla çeşitli tuz konsantrasyonlarından yararlanan araştırmacılar, tuzun kazein agregasyonu üzerine etkileri yanında, rennet aktivitesi ve ph nın jel özelliklerine etkisini de araştırmışlardır. Sonuçta kazein jelinin viskozitesinin ve su tutma kapasitesinin 4,6 ph ya göre 3,5 ph da daha iyi olduğunu bulmuşlardır. 2.4. Fermente Ürünlerin Kalitesi Üzerine Homojenizasyonun Etkisi Mekanik bir kuvvet etkisi ile yağ globüllerinin birbirleriyle birleşemeyecek şekilde parçalanması prensibine dayanan homojenizasyon işlemi ile ürünün bir çok özelliğinin (tat-aroma, görünüş, testür ve yapı gibi) etkilendiği bildirilmektedir (Gönç 1990, Yıldırım vd. 1994, Tamime ve Robinson 1999, Yaygın 1999, Tunçtürk vd 2000). Yağ globüllerinin parçalanması sırasında globüllerin çevresini saran fosfolipit-protein kompleksinden oluşan membran zarar gördüğünden membranın fiziksel ve kimyasal özelliklerinde bir takım değişimler olmaktadır (Yaygın 1999, Tunçtürk vd 2000). Parçalanan yağ globüllerinin dış yüzeyinde, başta κ-kazein olmak üzere kazeinler ve serum proteinlerinden oluşan yeni ve daha kalın bir tabaka meydana gelmekte ve yağ globüllerinin yapısı ve özellikleri değişmektedir (Dalgleish ve Sharma 1992). Ancak burada serum proteinlerinin yağ globüllerine daha fazla adsorbe olabilmesi için denatüre formda olması gerektiği, dolayısıyla homojenizasyon işleminin yanında uygulanan ısıl işlemin de önem taşıdığı belirtilmektedir (Dalgleish ve Bank 1991). Böylece emülsiyon haldeki maddenin toplam hacmi artmakta ve bu durum viskozitenin iyileşmesine neden olmaktadır (Gönç 1990, Yaygın 1999). Homojenizasyon işleminin uygulanmasıyla elde edilen üründe, kaymak tabakasının oluşumu engellenmekte, viskozite ve konsistens iyileşmekte, su tutma kapasitesi artmakta, serum ayrılması azalmakta, tat ve aroma homojen hale gelmekte, kısacası ürünün kalite özellikleri iyileşmektedir 13