Gıda Analizleri-3 GIDA ANALİZLERİ GENEL YÖNTEMLER Nem (Su) ve Toplam Kurumadde Tayini 1 2 Nem (Su) ve Toplam Kurumadde Tayini GIDA = Su + Katı Madde Gıda maddesindeki suyun buharlaştırılarak uzaklaştırılmasından sonra geri kalan katı maddelere Toplam Kurumadde (Toplam Katı Madde) denir Gıdalarda %3-4 den - %95-96 ya kadar su bulunur Meyve-Sebze %75-90 Makarna %9-10 Kurutulmuş meyve %20-25 Ekmek %35-45 Kurutulmuş sebze %10 > Et, balık %50-70 Reçel, Marmelat %20-35 Yumurta %75 Bal %20 Tereyağ %15 Tahıllar, K.baklagiller %10-12 Toplam Kurumadde = Suda Çözünen KM + Suda çözünmeyen KM 3 4 Gıdalardaki Su : Serbest Su (Porlarda ve ara boşluklarda) Adsorbe Edilmiş Su (Bazı makromoleküllerin nişasta, protein, pektin vb. yüzeylerinde adsorbe edilmiş halde) Bağlı Su (Çeşitli bileşiklere bağlanmış halde) Nem (Su) Tayini = Serbest Su (tamamı) + Adsorbe Edilmiş Su (Bağlı suyu kapsamaz) Gıdalardaki nem (Su, Rutubet) Tayini; Ticari açıdan, Gıdanın depolanma stabilitesi - Kimyasal stabilite - Mikrobiyolojik stabilite (a w ) açısından önemlidir. Günümüzde en yaygın olarak uygulanan yöntem gıda örneğinin bir kurutma dolabında (etüv vb.) kurutularak suyunun uzaklaştırılması ve ağırlık kaybının saptanması 5 6 1
Gıdalardaki Nem (Su, Rutubet) Tayini; Örnek alma ve Hazırlama : Analiz öncesinde örnek alma ve hazırlamda kullanılan genel prosedürler uygulanır. Bu aşamada örneğin bulunduğu ortama bağlı olarak oluşabilecek nem kaybı veya kazanımı minimuma indirgenmelidir. Bunun için örneğin mümkün olduğunca hava ile temas etmemesi ve öğütme sırasında sürtünme ile minimum derecede ısınması sağlanmalıdır. Gıda maddesine ait numunenin homojen bir hale getirilebilmesi için; Kuru sebze/k.baklagiller Taze meyve sebze Kuru meyveler makinesi) Sıvı, toz, pulp, macun Öğütme (Değirmen) Parçalama (Blender) Parçalama (Kıyma Direk 7 Gıdalarda Su Tayin Yöntemleri Gıdalarda çok değişik yöntemlerle toplam su veya nem tayini yapılabilmektedir.yöntem seçiminde dikkat edilmesi gereken noktalar: 1. Tayin edilecek suyun formu (serbest veya bağlı su); Örn. Sütte yapılacak su tayini ile süt tozunda kullanılacak metodun farklı olması gerekir. 2. Gıda maddesinin özelliği; sıvı veya katı olması, içerdiği uçucu madde miktarı, lipit bileşenleri (doymuşluk-doymamışlık), ısı stabilitesi vb. 3. Analiz işleminin hızı veya süresi 4. Kullanılacak yöntemin doğruluk ve tekrarlanabilirlik özelliği 5. Maliyet, gerekli ekipman ve deneyim ihtiyacı 8 Kurutma ile Su Tayini Ağırlık farkından hareket edilerek yapılan su tayinlerinde kullanılan en yaygın yöntem, gıdaların çeşitli şekillerde kurutulması suretiyle belirlenen ağırlık farkının hesaplandığı su tayin yöntemleridir. Tanım olarak kurutma, gıda içerisindeki su ve benzeri bileşenlerin gıda maddesinden uzaklaştırılmasıdır. Kurutma, işleminin en fazla kullanılan su tayin yöntemi olmasının nedeni, oldukça basit aletlerle yapılabilmesi, hızlı olması,çok sayıda örneğin aynı anda yapılabilmesi ve hassas sonuçların elde edilebilmesidir. Bu metotta % 0.5 gibi düşük bir hata ile (yani yüksek hassasiyet) tayin yapılabilmesi ve analiz işleminin çok kolay olması gibi nedenlerle kurutma, gıda maddelerinde en çok kullanılan su tayin metodudur. 9 Kurutma Yöntemleri a) Etüvde (kurutma dolabında) kurutma Bu yöntemle çok sayıda değişik gıda maddesinde su tayini yapılır. Örn, et ve et ürünleri ile süt ve süt ürünleri 105 o C, hububat ürünleri ise 130 o C de kurutulur. Kurutulmuş ve desikatörde soğutulmuş ve darası alınmış kurutma kabına hazırlanmış örnekten 3-5 g (±2 mg) tartılır Gerektiğinde kurutma kabına önceden 2-5 g kuruma yardımcı maddesi (deniz kumu, celite-kizelgur, aspest) ilave edilerek cam baget ile karıştırılır (Kabuk oluşumunu önlemek için) 10 Gıda maddesinin türüne ve kurutma sıcaklığına bağlı olarak süre 4-16 saat arasında değişir. Sabit ağırlığa erişip erişilmediğine, kurumanın sonuna doğru 1 saat ara ile yapılan iki tartım arasındaki farkın 5 mg veya altına düşmesiyle karar verilir. Kurutmada sabit ağırlığa erişilince erişilince, kurutma kabının kapağı kapatılır ve bir desikatörde soğumaya terk edilir. Kurutma kabının sıkıca kapanır nitelikte olması işte bu aşamada, kurumuş örneğin çevreden tekrar nem almasını engellemek için gereklidir. Soğuma sonunda kurutma kabı, kapağı kapatılarak en az 2 mg duyarlılıkta tartılır. HESAPLAMA İşlem başlangıcındaki tartımla son tartım arasındaki fark alınan örneğin içerdiği su miktarı dır (g) Su oranı (%)= Su miktarı (g)/ Örnek Miktarı (g) x 100 Sudan geriye kalan ağırlık ise, gıda örneğinin içerdiği toplam kuru madde (TKM) dir TKM (%) = 100 - Su Oranı (%) Eğer su oranı kuru madde bazında hesaplanmak istenirse; Su Oranı (%) Su Oranı (g su/100 g TKM) = 100 - Su Oranı (%) 12 11 2
b) Vakumlu fırında kurutma: Genellikle yüksek ısıda zarar gören reçel, salça gibi bazı gıda maddelerinin kurutulmasında vakum kurutma yöntemi uygulanır. Bu yöntem hem gıdayı yüksek sıcaklığın zararından korur, hem de kurutma işlemini hızlandırır. Bu metotta 70 o C civarında bir sıcaklık ve 25-100 mm Hg vakumda, 6 saat süreyle kurutma işlemi uygulanır. c) Nem (Rutubet ) terazisi yöntemi: IR ışınları üreten bir lamba sistemi ile donatılmış bir dolap içersinde, terazi üzerine konulmuş örnekte meydana gelen ağırlık farkının belirlenmesi ile su tayini gerçekleştirilir. Vakum ya mekanik vakum pompalarıyla yada su trompu ile sağlanır. 13 14 d) Mikrodalga fırında kurutma: Bir fırın ortamında mikrodalgalara maruz bırakılan örnekte meydana gelen kuruma sonucu su tayini yapılır. 4. e) Desikatörde kurutma: Kurutulacak ürünün sıcaklığa çok hassas olduğu durumlarda oda sıcaklığı şartlarında da musluklu bir desikatöre vakum uygulanarak kurutma işlemi yapılabilir. 15 16 f) Liyofilizasyon metodu: Genellikle Freeze-Dryer (donmuş kurutucu) adı verilen aletler bu amaçla kullanılır. Gıda maddesi önce 50 o C veya daha düşük sıcaklıklarda dondurulur ve vakum altında kurutulur. Kurutma işlemi 0.2mmHg ( 30 Pa) basıncı altında yapılır ve bu kurutmada suyun uzaklaşması süblimasyonla olur. Kuruma öncesi ve sonrası tartma işlemleri uygulanarak yine hesaplama yoluyla tayin işlemi gerçekleştirilir. Liyofilizasyon yönteminin avantajları Kurutma sırasında gıda maddesinde nem tayinini olumsuz yönde etkileyen durumlar söz konusu olduğunda uygulanabilir. Örnek miktarı çok az ve bu örnekte başka analizlerde yapılacaksa, liyofilizasyon yöntemi tercih edilir. Çünkü bu metotta su tayini yapıldıktan sonra aynı örnek kullanılarak diğer bazı tayin veya analiz işlemleri de yapılabilir. 17 18 3
Distilasyon ile nem tayini Distilasyon yöntemi çok az miktarda su içeren ve suyun haricinde fazla miktarda uçucu bileşenlere sahip gıdalar için uygun bir su tayin metodudur. Bu yöntemle süt tozu, şeker, baharat gibi gıdalarda su tayini yapılır. Solvent metodu: Damıtma düzeneği kullanılarak balon içinde su ile karışmayan bir solventle gıda maddesi (örnek) birlikte kaynatılır. Daha sonra solvent ve su buharlaşarak aynı yerde toplanır. Eğer kullanılan solvent, sudan hafif ise ayırma hunisine aktarıldığında su dipte toplanır. Su alttan alınarak tartılabilir. Bu amaçla toluen, ksilen, benzen, CCl 4, trikloretilen gibi solventler kullanılır. 19 20 Distilasyon yönteminin avantajları Suyun ayrılması işlemi çok kısa bir sürede gerçekleştirilebilir. Basit ve ucuz bir işlemdir Süreç sırasında gerçekleşen olaylar gözle takip edilebilir Distilasyon metodunun dezavantajları Kaynama noktası çok yüksek olan solventler kullanılırsa gıda maddesi içersinde bazı reaksiyonlar olabilir ve neticede su veya diğer bazı uçucu bileşikler açığa çıkabilir. Kullanılan solventlerle bir kısım suyun emülsiyon oluşturma ihtimali söz konusudur. Suyun bir kısmının geri soğutucuda damlacıklar halinde kalıp hazneye damlamaması sonucu hata meydana gelebilir. 21 Uçucu yağ içeren baharat için kullanılan damıtma yöntemi ile su içeriği tayini her baharat için kullanılmamaktadır. Örneğin kırmızı biber ve bibere renk verici ajan olarak kullanılan capsicum örnekleri damıtma sırasında karamelize olma eğilimindedir. 22 Karl-Fisher Titrasyon Metodu ile Su Tayini Suyun kimyasal reaktivitesine dayanan yöntemdir Karl-Fisher metodu, özellikle su oranı çok az veya orta derecede olan ve vakum fırında dahi kolayca bozulabilen gıdalar için uygundur. Karl-Fisher metodu, genellikle kuru sebze ve meyvelerde, uçucu bileşeni yüksek gıdalar ve şekerleme, çikolata gibi şeker oranı yüksek gıdalar ile sıvı ve katı yağlar gibi su oranı nispeten düşük gıdalarda tercih edilir. Bu metodun prensibi su varlığında iyodun (I), kükürt dioksit (SO 2 ) ile indirgenmesi ve ortamın renginin değişmesi esasına dayanır. Burada I un SO 2 ile indirgenme reaksiyonu şu şekilde gerçekleşir. 2H 2 O + SO 2 + I 2 -------- H 2 SO 4 + 2HI Ayrıca protein ve indirgen şekerce zengin gıdalarda Karl-Fisher yöntemi kullanılır. 23 24 4
Diğer su tayin yöntemteri Bu teknikler gıda analiz laboratuvarlarında yaygın olarak kullanılmamaktadır. IR metodu: Burada IR ışınlarına maruz bırakılan örneklerde mevcut OH gruplarının verdiği absorpsiyon ölçülür. Bu metodun hassasiyeti, 1 ppm civarında olmasına rağmen örnek içerisinde OH grubu içeren bazı gıda bileşenleri veya katkı maddeleri (propilen alkol, glikol, şeker, sorbitol) hataya sebep olmaktadır. IR ışınları metodu kullanılarak bazı tahıllarda su tayinleri yapılabilmektedir. NMR tekniği: Bu yöntemde ise uygun bir radyo frekansına maruz bırakılan manyetik ortamdaki gıda örneğinde bulunan su moleküllerine ait hidrojen çekirdeklerinin radyo dalgaları absorpsiyonuna dayanılarak bir tayin işlemi gerçekleştirilir. Bu yöntemde çok hızlı, hassas ve doğru analiz yapılabildiği gibi analiz edilen örnekte tahrip edilmemiş olur. 25 26 Suda Çözünmeyen Kuru Madde Tayini Bir gıdada bulunan su ve suda çözünür kuru madde dışında kalan unsurlara suda çözünmeyen kurumadde denir Suda çözünmeyen kuru maddeyi saptamak için; çözünen kurumadde yıkanarak gıdadan uzaklaştırılır, geride kalan su da kurutma ile buharlaştırılarak uzaklaştırılır Yöntemin prensibi; suda çözünen maddelerin çözülmesi, süzülmesi, kalıntının kurutulması ve tartılması esasına dayanır Örnek Hazırlama : Gıda maddesindeki, saplar, taşlar, çekirdeğin bulunduğu sert cidarlar ve mümkünse yumuşak çekirdekler ayrılır. Numune iyice karıştırılır Gıda maddesine ait numunenin homojen bir hale getirilebilmesi için blenderden geçirilir Tartı kabına bir süzgeç kağıdı yerleştirilir ve etüvde 103 o C da 30 dakika süreyle kurutulur. Desikatörde soğutulur ve 0,001 g yaklaşımla tartılır 27 28 Mamulün kıvamına ve içindeki tahmin edilen suda çözünmeyen katı madde miktarına bağlı olarak deney numunesinden10-100 g arasında bir kütle 250 ml lik bir beherde tartılır Örneğin;: Domates konsantresi 10 g Reçel, marmelat 25 g Pulplu ürünler 50 g Meyve ve sebze suları 100 g Analiz numunesini içeren behere 100 ml - 150 ml damıtık su ilave edilir ve homojen bir karışım elde edilinceye kadar bir cam bagetle karıştırılır. Şekerlendirilmiş mamuller olması halinde kaynayıncaya kadar ısıtılır. Beher içeriği kantitatif olarak kuru bir süzgeç kağıdı bulunan Buchner hunisinden süzülür. Süzgeç kağıdı içerdiği süzülmüş örnekle birlikte tartım kabına alınır ve 103 o C sabit sıcaklığa ayarlanmış etüvde sabit tartıma gelinceye kadar kurutulur Sıvı mamullerden deney numunesi, hacim olarak alınabilir 29 30 5
Hesaplama: Kurumuş Örnek Ağırlığı (g) Suda Çözünmeyen Kurumadde (%) = 100 Yaş Örnek Ağırlığı (g) Analizleri yapılacak ürünlerin süzülmelerinde zorluk var ise (içinde fazlaca pektin veya protein bulunan) veya seker içeriği yüksek mamuller ile çalışılıyorsa (marmelat, reçel vb.), katı madde santrifüjlenerek ayrılır. Bir başka formülden de söyle yararlanılabilir W = (m 2 - m 1 ) 100 m 0 : Analiz numunesinin kütlesi, g, m 1 : Tartım kabı ile birlikte kurutulmuş süzgeç kağıdının kütlesi, g, m 2 : Tartım kabı ve süzgeç kağıdı ile birlikte kalıntının kurutulduktan sonraki kütlesi, g, m 0 31 Üstte kalan berrak sıvı atılır. Kalıntı, sıcak su ile karıştırılır ve tekrar santrifüjlenir. Bu işlem, yıkama suyunda seker, tuz, asit vb. kalmayıncaya kadar birkaç kez tekrarlanır ve sonra kalıntı, santrifüjden alınarak anlatıldığı şekilde süzgeç kağıdına aktarılır. 32 Suda çözünen kuru madde tayini Suda çözünen kuru madde oranı genellikle refraktometre ile ölçülmektedir. Refraktometrenin ilkesi, optik yoğunluğu, birbirinden farklı ortamlarda, ışığın bir ortamdan diğerine geçerken kırılması olayına dayanmaktadır. Refraktometrelerde çözünmüş herhangi saf bir madde içeren çözeltilerde, ışığın kırılma düzeyi, çözünmüş bu maddenin karakteristik bir özelliği ve onun konsantrasyonunun bir ölçütüdür. Refraktometrede esas olarak kırılma indisi okunur. Değişik şeker çözeltileri veya yağların kırılma indisi refraktometre yardımıyla kolaylıkla saptanabilmektedir. Şeker çözeltilerinde saptanmış olan refraktif indeks değerinin kendi başına pratik bir anlamı yoktur. Ancak okunan değere anlam kazandırabilmek için, ilgili tablolara başvurularak bunun eşdeğeri olan çözünmüş kuru maddenin yüzde oranı bulunur. 33 34 Ancak günümüzde refraktometrelerde refraktif indeks skalası, briks sıkalası veya şeker skalası denilen ikinci bir skala bulunmaktadır. Bu tip refraktometrelere Abbe refraktometresi adı verilir. Buna göre değişik amaçlara uygun farklı tipte refraktometreler bulunmaktadır. Özellikle işletmenin herhangi bir yerinde kullanmak üzere el refraktometresi denilen basit ve küçük refraktometreler vardır. Refraktometre ile tayin Refraktometrelerde okunan yüzde çözünür kuru maddeye briks denir. Refraktometrelerde kuru madde skalası, 20 o C deki sakaroz çözeltilerine göre ayarlanmıştır. Refraktometrenin sıfır ayarı 20 C deki saf su kullanılarak yapılmaktadır. 20 C de saf suyun kırılma indisi 1.333 dür. 35 36 6
Refraktometrenin Kalibre Edilmesi Numunenin suda çözünen katı kısmının değeri normalde 20 o C ± 0,5 o C de belirlenir. Şayet refraktometre sıcaklık ayarının yapılabildiği ilâve bir ekipmana sahipse, ölçüm 20 o C ın dışında bir sıcaklıkta da yapılabilir. Ancak her durumda ölçüm aralığının 10 o C ile 30 o C arasında olması ve cihazın el kitabındaki bilgilere dikkat edilmesi gerekmektedir. Şayet refraktometre sıcaklık ayarının yapılabildiği bir ekipmana sahip olmamasına rağmen, ölçüm 20 o C nin dışında ve 15 o C ile 25 o C arasında bir sıcaklıkta yapılıyorsa elde edilen değerler Sıcaklık Düzeltme Çizelgesi ne göre düzeltilmek zorundadır. Yapılan her ölçme veya kalibrasyondan önce, refraktometrenin prizma kısmının saf su ile temizlenmesi ve süzgeç kağıdı ile suyun uzaklaştırılması gerekmektedir. 37 38 Örneğin Hazırlanması Deney çözeltisi, bulanık olmayan sıvı mamuller, yarı kıvamlı ve kıvamlı, dondurulmuş ve kurutulmuş mamuller için aşağıdaki şekilde hazırlanır: Bulanık Olmayan Sıvı Mamuller: Numune iyice karıştırılır ve doğrudan, tayin işlemi için deney çözeltisi olarak kullanılır. Yarı Kıvamlı Mamuller (Püre vb.): Numune iyice karıştırılır. Dörde katlanmış bir tülbent, içine konulur ve üstten baskı yapılır. Baskı sonucu çıkan sıvının ilk bir kaç damlası atılır ve sonraki sıvılar erlen içerisinde toplanarak deney çözeltisi olarak muhafaza edilir. 39 Kıvamlı Mamuller (Reçel, Jöle vb.): Sabit tartıma getirilerek darası alınmış bir beher içine uygun miktarda (40 grama kadar) numune 0,01 g hassasiyetle deney numunesi olarak tartılır ve üzerine 100 ml-150 ml damıtık su ilave edilir. Kaynayıncaya kadar ısıtılır, bir cam çubukla karıştırılarak 2-3 dakika hafifçe kaynatılır soğutulur ve iyice karıştırılır. 20 dakika bekletildikten sonra, beher ve içindeki seyreltilmiş deney numunesi 0,01 g hassasiyetle tartılır. Beher içindekiler kırmalı süzgeç kağıdı veya Buchner hunisi nden erlen içine süzülür. Süzüntü, deney çözeltisi olarak muhafaza edilir. 40 Kurutulmuş Mamuller: Numunenin bir kısmı küçük parçalara bölünür, gerekirse çekirdek ve çekirdek yuvadan çıkartılır. Dikkatle karıştırılır. Dondurulmuş Mamuller: Mamulün buzları eritildikten sonra gerekirse çekirdek ve çekirdek yuvaları çıkartılır. Buzları eritilmiş olan sıvı kısmı ile birlikte iyice karıştırılır ve bulanık olmayan sıvılar ya da yarı kıvamlı mamullere uygulanan işlemlerden biri uygulanır. Sabit tartıya getirilecek darası alınmış olan bir beher içine 10-20 g numune, 0,01g hassasiyetle deney numunesi olarak tartılır. Deney numunesi miktarının 5 ile 10 katı kadar damıtık su ilave edilir ve kaynayan bir su banyosu üzerinde cam çubukla zaman zaman karıştırılarak 30 dakika tutulur. Gerekirse homojen bir karışım elde edilinceye kadar bu süre uzatılır, sonra soğutulur ve iyice karıştırılır. 20 dakika bekletildikten sonra beher ve içindeki seyreltilmiş deney numunesi 0,01 g hassasiyetle tartılır ve erlen içine süzülür. Süzüntü, deney çözeltisi olarak muhafaza edilir. 41 42 7
Tayin Refraktometrenin prizmaları, su ile sıcaklık ayarlama sistemi yardımıyla istenilen sıcaklığa (15 C-25 C arasında ) getirilir. Tayin işlemi esnasında sıcaklık, sabit sıcaklıktan ±0,5 C den fazla değişiklik göstermemelidir. Deney çözeltisi, ölçüm sıcaklığına getirilir. Refraktometrede, görüntü alanı içindeki yüzeyin karanlık ve aydınlık kısmını ayıran ve kesişme noktasından geçen yatay hat, en net hale getirilir. Kullanılan refraktometreye göre, kırılma indisi veya kütlece yüzde olarak sakaroz miktarı okunur. Refraktometrenin sabit prizmasının üzerine bir miktar deney çözeltisi (2-3 damla) konulur, kapak birkaç defa kapatılıp açılarak hava kabarcığı çıkartıldıktan sonra kapatılır. Derhal hareketli prizma ayarlanır. Görüntü alanı aydınlatılır. 43 44 Hesaplama Tayin, 20 C±0,5 C den farklı sıcaklıkta yapılmışsa; 20 C±5 C için aşağıdaki düzeltmeler yapılır: a) Refraktometrede okunan kırılma indisi için düzeltmelerde aşağıdaki formül kullanılır. n D 20 = nt D+0,00013 (t-20) Burada: n D 20 = 20 C.deki kırılma indisi, n D t = t C deki kırılma indisi, t = Ölçmenin yapıldığı sıcaklık C olarak, b) Kütlece yüzde olarak refraktometrede okunan sakaroz miktarı için düzeltmeler ise Çizelge-1 e göre yapılır. 45 46 Suda çözünen katı kısım, genellikle materyalin 100 g ında sakkarozun gram olarak ifadesidir. Verilen sonuç refraktometrik yönteme göre şekerin yüzdesidir. Bu değer direkt olarak okunur. GIDA ANALİZLERİ SUDA ÇÖZÜNEN KM Turunçgil sularında ve turunçgil suyu konsantrelerinde asit düzeltmesi olarak adlandırılan unsur refraktometre okumasına aşağıda verilen eşitlikte yapılan ilave ile yapılmaktadır. 0,012 + 0,193 x m - 0,0004 x m 2 Burada; m: 100 g numunede bulunan ve susuz sitrik asit cinsinden ifade edilen gram olarak verilen toplam asitliktir. 47 48 8
Glikoz, fruktoz ve bunların karışımı olan invert şekerin kırılma indisi üzerine etkileri farklı olduğundan yüksek konsantrasyonlarda (fazla oranda invert şeker varsa) okunan briks değerlerinde her %1 invert şeker için refraktometrede saptanmış değere %0.022 eklenerek düzeltme yapılır. Kırılma İndisinden Çözünür Katı Madde Miktarının Hesaplanması: Tayinde okunan kırılma indisine tekabül eden sakaroz miktarı kütlece yüzde olarak Çizelge 2 den okunur. Okuma 20 C±0,5 C den farklı sıcaklıkta yapılmışsa 20 C deki kırılma indisi için düzeltme yapılır. Sıvı mamuller veya yarı kıvamlı mamullerde Çizelge 2 den okunan değerler doğrudan çözünür katı madde miktarını verir. 49 50 51 9