Enzimlerin ve Mikroorganizmaların Gıda Muhafazasında Kullanılması

Gıdaların fiziksel, kimyasal ve mikrobiyolojik özelliklerinin geliştirilmesi ve muhafaza sürelerinin uzatılması için çeşitli metotlar kullanılmaktadır. ¡ Ancak bu metotlarda kullanılan katkıların bazılarının sağlıksız oluşu ve kullanım oranına bağlı olarak insan sağlığı üzerinde olumsuz etki yapabilmeleri nedeniyle, doğal ve güvenilir katkıların elde edilmesi ve kullanımını oldukça önemli hale getirmiştir.

Tüketici ve halk sağlığını ciddi şekilde tehdit eden önemli gıda patojenlerini elimine etmek için, günümüzde çeşitli enzim ve mikroorganizmaların ürettiği antimikrobiyal maddeler kullanılmaktadır. ¡ Gıdalara nitrat, nitrit, sorbat gibi antimikrobiyal maddelerin izin verilen dozların üzerinde katılmasının, insan sağlığı üzerinde oluşturduğu olumsuz etkiler, bu gibi maddelerin gıdalarda serbestçe kullanılmalarını engellemektedir. ¡ Bu nedenle, Birleşmiş Milletler Gıda ve İlaç İdaresi tarafından “GRAS” statüsünde kabul edilen ve yapılan araştırmalar sonucunda insanlar için tamamen güvenli olduğu tespit edilen enzim ve mikroorganizmalar gıdalarda kullanımını yaygın hale getirmektedir. Gıdalarda antimikrobiyal aktivitelerinin yanı sıra, doğal olmaları, renksiz, tatsız ve kokusuz olmaları da ürün özellikleri açısından oldukça önemlidir. ¡ Enzimlerin Peptid veya protein yapılarında olmaları ise pankreas kaynaklı proteolitik enzimlerden, mide salgılarından etkilenebildiklerini ve insan vücudunda sindirilebileceklerini göstermektedir.

Mikroorganizma ve enzimlerin gıda muhafazasında kullanılması gıdanın beslenme değerine zarar vermeden, raf ömrünü arttıran kimyasal kalıntı problemi olmadan gıdayı koruyan doğal yöntemlerdir. ¡ Enzim ve mikroorganizmalar gıda muhafaza amacıyla kullanıldığında üründe tat ve aroma değişikliği beklenmez. Bu metot ile ısıl işlem yoğunluğunu da azaltarak ürünleri daha güvenli şekilde tüketime hazır hale getirilebilir.

Genel olarak “biyokonservasyon” olarak adlandırılan bu uygulamada enzim ve laktik asit bakterilerinin (LAB) metabolitlerinden yararlanılmaktadır.

1. Enzimlerin kullanımı ¡ Bilindiği gibi, biyolojik sistemler kendilerini çok yüksek düzeyde korumaktadırlar. Bu nedenle gıdaların muhafazasında da canlıların korunma sistemlerinden yararlanılmaya çalışılmaktadır ve bu çerçevede enzimlerin antioksidan ve koruyucu olarak kullanılması dikkati çekmektedir. ¡ Gıda muhafazasında enzimler şu amaçlarla kullanılmaktadır: A-gıdalarda bozulma nedeni gibi sorun yaratan mikroorganizmaların, enzimlerin etkileri sonucu oluşan bir metabolit ile inhibisyonu amacıyla (mikroorganizmalar tarafından üretilen antimikrobiyal etkili metabolitlerin oluşumunu sağlamak) amacıyla kullanılmaktadır.

Ayrıca; B- litik enzimlerden, C-Gıdalarda bozulma nedeni olabilen bazı anahtar enzimlerin, Proteaz gibi killer enzimleri veya anti-enzim enzimleriyle inaktivasyonundan da yararlanılmaktadır. Gıda endüstrisinde kullanılan enzimlerin üretiminde çoğunlukla mikroorganizmalardan yararlanılmaktadır.

B.Litik enzimler ¡ Litik enzimler mikroorganizmaların hücre duvarlarının geçirgenliklerini bozarlar veya fiziksel olarak parçalarlar. ¡ Farklı mikroorganizmalar üzerine etkili farklı enzimler bulunmaktadır. Şekilde litik enzimlerin gıda endüstrisinde kullanımları şematik olarak gösterilmektedir.

Litik Enzimler Glukanazlar Kitinazlar Lisozimler Mayalar üzerine etkili Küfler üzerine etkili Bakteriler üzerine etkili Kulannıldıkları Gıdalar Meyve ürünleri, meyve suları Hazır salatalar, minimum işlenmiş meyve ve sebzeler Gazlı alkolsüz içecekler Fırınclılık Ürünleri Et Ürünleri Süt ürünleri

Lizozim enzimleri: ¡ Bakteri hücre duvarında yer alan mureini parçalayan enzimlere lisozim enzimleri adı verilir. Ticarette tavuk yumurtasının beyazından elde edilir. Bu enzime bazı kaynaklarda N-asetil muromidaz, mukopeptid glukohidraz adları da verilmektedir. ¡ Lisozim enzimleri, bakteri hücre duvarındaki komponentlerden N-asetil muramik asit ve N-asetil glukozamin arasındaki β(1à4) bağlarını parçalayarak bakteri hücresini lize ederler. ¡ Gram (+) bakterilerde hücre duvarında peptidoglikanlar Gram(-) bakterilere göre göre daha fazla açık olduğu için daha kolay bağlanır. Bu nedenle Gram (+) bakterilerde daha çok etkilidir.

Yumurta, sütte, gözyaşında bol bulunan bir enzimdir. ¡ Clostridium, Bacillus ve Monococcus türlerinde ve Listeria monocytogenese de etkilidir. ¡ Yapılan deneylerde lizozim enzimi biyokoruyucu olarak kullanıldığında ısıya dirençli Bacillus sporlarının ısıl dirençlerinde azalma olduğu gözlenmiştir .EDTA ile birlikte kullanıldığında da etkisi artar. ¡ Yumurtanın doğal bir bileşeni olduğu için toksikolojik açıdan bir tehlikesi yoktur. ¡ Doğal bir antimikrobiyal olduğu için Japonya’da birçok gıdada ve Avrupa’da bazı peynirlerde gaz oluşumunu engellemek için kullanılmasına izin verilmiştir.

Kitinaz enzimleri: ¡ Küflerin hücre duvarlarında bulunan en zengin bileşenler kitin ve glukandır. Mayaların hücre duvarlarında ise β(1à3) glukan ve manan yaygındır. ¡ Bu nedenle küf ve maya hücrelerinin lize edilmelerinde kitinaz ve glukanaz enzimleri rol alırlar. Hatta çoğu zaman daha fazla bir antimikrobiyal etki için bu iki enzim birlikte kullanılır. Bitkisel ve mikrobiyal kaynaklı çok sayıda kitinaz enzimi bulunmaktadır. Bazı kitinazlar aynı zamanda bakteriyolitik etkiye de sahiptir

β –glukanazlar: ¡ β -glukanazlar β(1à3) glikozidik bağları hidrolize ederler. Küflerde hücre duvarının parçalanmasında β(1à3) glukanazlar, kitinazla birlikte önemli sinerjetik etkiye sahiptir. ¡ Ancak, β-glukanaz bitkisel ürünlerde bulunan β-glukanı da parçaladığından bitkisel gıdalarda kullanılmaz.

C. Anahtar enzimlerin killer enzimleri veya anti-enzim enzimleri ¡ Killer enzimleri veya anti-enzim enzimleri esas olarak iki ana gruba ayrılırlar. Bunlar, proteazlar ve –SH enzimleri (sülfidriloksidazlar) dır. ¡ Proteazlar meyve ve sebzelerin enzimatik esmeşmelerinin önlenmesi amacıyla (PPO enziminin inaktivasyonunda) kullanılabilir. ¡ Ayrıca meyvelerin ve sebzelerin pektolitik enzim sentezleyen mikroorganizmaların etkisiyle bozulup yumuşatılmasının önlenmesinde poligalakturonaz enzimlerinin killer enzimleri kullanılmaktadır.

Enzimlerin Gıda Katkı Maddeleri Olarak Kullanılmasının Avantajları 1.Doğal kaynaklı oldukları için tercih edilirler ve toksik değildirler. Son üründe çoğu durumda, olduğu gibi kalabilmekte, başka ürünlere dönüşmemektedir. 2.Diğer katalizörlerden daha fazla spesifik özellik gösterirler. Aktiviteleri kolaylıkla standardize edilebilir. İstenmeyen reaksiyonlara yol açmazlar. 3.Reaksiyonun şekli ve hızı, ayarlanabilen sıcaklık, pH ve reaksiyon süresi yoluyla kolaylıkla kontrol edilebilir. 4.Gerektiği zaman, bazı reaksiyonlarda enzimin etkisi hemen durdurulabilir. Yani enzim inaktif hale getirilebilir. ( Sıcaklığı çok yükselterek veya düşürülerek ) 5.Çok az miktarda kullanım, istenen şekilde etkili olabilmektedir. 6.Gıda maddeleri ve çevre şartları açısından ek bir ayarlama gerektirmezler; oda sıcaklığında, nötral pH civarında çalışabilirler.

2.Mikroorganizmaların Gıda Muhafazasında Kullanımı ¡ Bakteriler, potansiyel bozucu ve patojen mikroorganizmaları inhibe edebilecek birçok inhibitör madde üretirler. ¡ Bunlar organik asitler, hidrojen peroksit, diasetil gibi fermentasyon ürünleri veya bakteriosinler ve reuterrin gibi antagonistik maddelerdir.

Mikroorganizmaların Antagonistik Aktivite Mekanizmaları ¡ Antagonizma bir mikroorganizma tarafından ortamdaki diğer mikroorganizmaların inhibisyonu anlamındadır. Bazı laktik asit bakterileri, sağlık açısından zararlı olmayan ve belli ölçüde güvenilir antimikrobiyel etkili maddeler sentezleyip bu metabolitleri bulundukları ortama verebildiklerinden “koruyucu kültür”olarak kullanılabilmektediler. ¡ Koruyucu kültürler veya starter kültürler tarafından üretilen bu metabolitler arasında antimikrobiyel etkili primer metabolitler olan “bakteriosinler” önemli bir yer tutmaktadır.

Bakteriosinler ¡ Bakteriosinler, bakteriler tarafından üretilen özel proteinlerdir.Bakterilerin suşlarının sentezlediği birçok bakteriosini üretme yeteneği plazmidlerde kodlanmıştır. ¡ Plazmidler, Bakteri hücresindeki sitoplazma içinde bulunurlar ve bakteri DNA’sına oranla çok daha küçük değişen sayılarda kromozom dışı DNA molekülleridir. Plazmidler halkasal veya doğrusal formlu olabilirler ¡ Ancak plazmidler hücrenin üremesi ve gelişmesi için yaşamsal önemleri olan moleküllerin kodlandığı yapılar değildir. Plazmidler az sayıda, bir veya birkaç gen taşırlar.

Bakteriosinlerden son yıllarda gıdaların muhafazası amacıyla da yararlanılmaktadır. Bazan “biyokonservasyon” olarak bilinen bu uygulamada oluşan metabolitler, fermente ürünlerden farklı olarak gıdanın kendine özgü tat-koku gibi duyusal özelliklerini değiştirmezler. Ayrıca mide-barsak sisteminde proteaz enzimleri tarafından kısa süre içinde parçalabilirler.

Bakteriosinler,belli bazı Gram(+) ve az sayıda Gram (-) bakteriler tarafından oluşturulur. Gram (+) bakteriler tarafından oluşturulan bakteriosinlerin daha geniş bir etki spektrumu olmakla beraber Gram (-) bakteriler üzerinde önemli inhibisyon etkileri yoktur. ¡ Bu nedenle bakteriosin oluşturan koruyucu kültürler veya doğrudan saf haldeki bakteriosinler genellikle Gram (+) bakterilerin inhibisyonu amacıyla kullanılır. ¡ Örneğin peynirlerde Listeria monocytogenes ve Staphylococcus aureus’un gelişimi bakteriosinlerle inhibe edilebilmektedir.

Bazı laktik asit bakterileri de bakteriosin niteliğinde olmayan antimikrobiyel nitelikli bazı maddeler sentezliyebilmektedirler. Örneğin, Propionibacterium shermanii tarafından oluşturulan propiyonik asit ekmeklerde küflenmeye karşı kullanılmaktadır.

Bakteriyosinler duyarlı mikroorganizmalar üzerinde farklı etki mekanizmalarına sahiptirler. ¡ Hücrenin stoplazmik zarına bağlanarak, hücre içerisine girip, zarda gözenekler oluştururlar. Böylece düşük molekül ağırlığına sahip hücre bileşenlerinin hücre dışına sızmasına yol açarlar. ¡ Bununla birlikte, iyonların, özellikle de ATP kaybı ve hücre içi pH dengesinin korunmasında etkili olan K+ iyonunun hücre dışına sızması, hücrede enerji tüketimine neden olmaktadır.

Hücrede meydana gelen bu değişimler, DNA ve RNA gibi hücre için hayati önemi olan makro moleküllerin degredasyonuna, bu moleküllerle birlikte protein ve peptidoglikan gibi biyolojik proseslerin inhibisyonuna yol açmaktadır. ¡ Gıdalarda bakteriyosinlerden farklı şekillerde yararlanılmaktadır. ¡ Bu amaçlarla koruyucu kültür olarak daha çok laktik asit bakterileri, bakteriyosin olarak ise, yasal kullanımına izin verilen nisin kullanılmaktadır.

Nisin Nisin ilk olarak Rogers tarafından 1928 yılında birkaç Streptococcus türünün diğer laktik asit bakterilerini inhibe eden metabolitler ürettiğini saptamıştır. 1944 yılında bu madde için nisin ismi kullanılmış ve 1950’li yıllarda üretimine ticari olarak başlanmıştır. Nisin (E234) ilk olarak günümüzden 30 yıl önce İngiltere’de gıda katkı maddesi olarak kabul edilmiş ve daha sonra Avrupa’da 50 ülkede, Amerika’da ve Çin’de kullanılmaya başlanmıştır. Nisin, hücre membranını etkiliyerek iyonlar için geçirgen bir özellik almasına yol açar.

Nisinin Kullanımı ¡ Nisinin etki spektrumu diğer birçok bakteriyosine kıyasla daha geniş olup, asidik gıdalarda ve Gram (+) mikroorganizmalar üzerinde oldukça aktiftir. ¡ Nisinin Gram (-) bakteriler üzerindeki yetersiz antimikrobiyal etkisi Gram(-) bakterilerin hücre duvarları nisinin hücre içine geçmesini engellemesinden kaynaklanmaktadır. Çünkü nisin hücre membranını etkileyerek onun yarı geçirgen özelliğinin bozulmasına neden olmaktadır. ¡ Nisin koruyucu kültürler tarafından sentezlenerek gıda muhafazasında kullanıldığı gibi, Lactococcus lactis ssp. lactis tarafından üretilir ve saf olarak da elde olunarak koruyucu olarak da gıdalara katılabilir.

Nisinin Kullanım Sınırlamaları ¡ A. Bozulma etmeni olan Gram (-) bakterilere, küf ve mayalara karşı etkili değildir. ¡ B. Bozulma etmeni olan Gram (+) bakterilerin hepsine karşı etkili değildir. ¡ C. Bakteriosinlere karşı hassas Gram (+) suşların içinde bile bakteriosin varlığında çoğalabilen, hassas olmayan hücreler bulunabilir. Bu hücreler özellikle uzun raf ömürlü gıdalarda sorun olabilmektedir.

Bakteriosinler doğrudan gıda maddesine katılabildikleri gibi, bakteriyosin sentezleyen koruyucu kültürlerin gıdaya inokulasyonuyla veya gıdanın koruyucu ambalaj materyali ile birlikte de kullanılabilirler. ¡ Bakteroisinler süt endüstrisinde, peynir fermentasyonlarında Clostridium sporlarına ve Listeria monocytogenes’e karşı, ¡ Konseve endüstrisinde domates konserveleri gibi ısıya duyarlı düşük pH değerindeki gıdalarda sporlu bakterilere karşı,

Nisin et ve et ürünlerinde birçok mikroorganizma üzerinde etkilidir. Bununla birlikte, en önemli özelliklerinden birisi, hastalık ve ölümlere yol açabilen Listeria monocytogenes ‘i inhibe edebilmesidir. ¡ Yine nisin, et ve et ürünlerinde oldukça tehlikeli bir patojen olan Clostridium botulinum üzerinde de etkilidir. ¡ Nisin,et ürünlerinde antimikrobiyal olarak nitrit için belli düzeylerde alternatif oluşturabilmektedir.

Nisinin gıdaların korunmasında uygulanan kullanım şekillerinden birisi de gıda yüzeyine uygulanan filmlerde kullanımıdır. Bu tür antimikrobiyal biyofilmler, temas ettikleri gıda yüzeyinde mikrobiyal gelişimi etkileyebilmektedir. Nisin, kullanıldığı biyofilmlerden gıda yüzeyine belli oranlarda geçerek, yüzeyde mikrobiyal gelişimi engelleyebilmektedir. ¡ Nisin diğer gıda muhafaza yöntemleri ile birlikte veya diğer bakterilerle birlikte de kullanılabilir. Bu durumda etkisi artar.

Ayrıca mikroorganizmalar arası antagonistik ilişkilerden de yararlanılmaktadır. ¡ Örneğin; asit oluşturan bakterilerin diğer bakteriler (patojenler ve bozulmaya neden olan mikroorganizmalar) üzerindeki antimikrobiyal etkisinden yararlanarak gıdaların muhafazası mümkündür. ¡ Bu antimikrobiyal etki, laktik asit bakterilerinin ürettikleri organik asitler, bakteriyosin, diasetil ve hidrojen peroksitten kaynaklanmaktadır. ¡ Su ürünlerinden yapılan çeşitli soslar ve marinatlar bu gruba örnek verilebilir.

Natamisinin kimyasal formülü C33H47NO13’dür. Natamisin renksiz, kokusuz ve tatsızdır. ¡ ¡ Uzun yıllardır toz formu kullanılan natamisinin 2008’de sıvı formu da üretilmiştir. ¡ ¡ Natamisin, hücre zarında steroller ile, özellikle ergosterol ile birleşerek, hücrenin geçirgenlik mekanizmasını tahrip eder. Bu durumda hücreden katyon sızıntısı nedeniyle, hücre içindeki pH da hızlı bir düşme oluşur.

1 ton ürüne eklenecek 10-20 gr toz natamisin ya da 5 – 10 gr sıvı natamisin ürün içindeki tüm maya ve küflere karşı etkili olacaktır. ¡ ¡ Natamisinin sudaki çözünürlüğü son derece düşüktür (20°C’de 50 mg/kg). Ayrıca yağlarda çözünürlüğü yoktur. Küf ve mayaların öncelikle gıdaların yüzeylerinde üremeye başladıkları düşünülürse, natamisin’in çözünürlüğünün düşük olması nedeniyle gıdaların içine nüfuz etmeyip, yüzeyinde kalması, koruma açısından önemli bir avantaj oluşturmaktadır.

Natamisin’in bugün Dünya Sağlık Örgütü tarafından izin verilen günlük kullanım oranı 0.3 mg / kg vücut ağırlığıdır. (70 kg’lık bir yetişkin için 21 gr, bu oran da 1 – 1.5 tonluk bitmiş ürünün tüketiminde ancak alınabilir.) ¡ Türk Gıda Kodeksi Renklendiriciler Ve Tatlandırıcılar Dışındaki Gıda Katkı Maddeleri Tebliği’ne göre (Ek 3 Bölüm C) natamisin; sert, yarı sert ve yarı yumuşak peynirlerin ve kurutulmuş, kürlenmiş sosislerin yüzey uygulamalarında 1 dm2 lik yüzeyde en çok 1 mg bulunabilir ancak 5 mm’lik derinlikte bulunmayacak şekilde kullanılabilir.

Natamisin, sorbik asitten daha düşük konsantrasyon seviyelerinde maya ve küflerin gelişimini önlemektedir. ¡ Gıdalarda kullanım genellikle sprey yöntemi ile yüzeye uygulanması veya salamura suyuna ilave edilmesi şeklindedir. ABD’de et ürünlerinde kullanımı henüz onaylanmamış olmakla birlikte süt ürünlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Natamisin birçok gıdanın bulunduğu pH aralığında stabildir. ¡ Yapılan deneylerde peynirlerin olgunlaşma süresince etkili olduğu gözlenmiştir. Yüzey küflenmesine karşı kullanılmaktadır. ¡ Tereyağının korunmasında ambalaja düşük konsantrasyonlarda uygulanır. ¡ Fermente ürünlerde özellikle küfleri inhibe ederek diğer mikroorganizmaların gelişimine izin verdiği için önemlidir. ¡ Çilek ve benzeri meyvelerde belli bir güne kadar küflenmeyi önlemiştir. ¡ Portakal sularında maya bozulmasına karşı etkili olduğu gözlenmiştir.

Sonuç olarak, tüketici ve halk sağlığını ciddi şekilde tehdit eden önemli gıda patojenlerini elimine etmek için, günümüzde çeşitli enzim ve mikroorganizmaların ürettiği antimikrobiyal maddeler kullanılmaktadır. ¡ Gıdalara nitrat, nitrit, sorbat gibi antimikrobiyal maddelerin izin verilen dozların üzerinde katılmasının, insan sağlığı üzerinde oluşturduğu olumsuz etkiler, bu gibi maddelerin gıdalarda serbestçe kullanılmalarını engellemektedir. ¡ Bu nedenle, Birleşmiş Milletler Gıda ve İlaç İdaresi tarafından “GRAS” statüsünde kabul edilen ve yapılan araştırmalar sonucunda insanlar için tamamen güvenli olduğu tespit edilen enzim ve mikroorganizmalar gıdalarda kullanımını yaygın hale getirmektedir. Gıdalarda antimikrobiyal aktivitelerinin yanı sıra, doğal olmaları, renksiz, tatsız ve kokusuz olmaları da ürün özellikleri açısından oldukça önemlidir. ¡ Peptid veya protein yapılarında olmaları ise pankreas kaynaklı proteolitik enzimlerden, mide salgılarından etkilenebildiklerini ve insan vücudunda sindirilebileceklerini göstermektedir.

…