Koagülasyon denatüre proteinlerin rasgele kümeleşmesi olarak tanımlanmaktadır. Bu nedenle koagülasyonu anlayabilmek için öncelikle denaturasyon tanımlanmalıdır.
Proteinlerin sekonder ve tersiyer yapısını oluşturan bağlar bazı koşullarda parçalanarak üç boyutlu yapının bozulmasına neden olur. Denatürasyon sırasında kovalent bağlar korunur. Ancak disülfit bağları kırılarak çok sayıda sülfidril grubu açığa çıkarır. Yani molekül yumak şeklini koruyamayıp açılmaya, düz şekil alamaya başlar. Bu durum ise denatürasyon olarak tanımlanır. Proteinlerin denatürasyonunu tetikleyen etmenler ısıl işlemler, radyasyon, çeşitli kimyasallar, asidik, bazik çözeltiler, konsantre tuz çözeltileridir.
Denatüre proteinler bazı fiziksel ve kimyasal özelliklerini kaybederler. Ancak peptid bağlarına hala sahip olup besin değerini kaybetmez. Denatürasyon olayı proteinlere has ve proteinlere farklı derecelerde etkili olan bir olaydır. Disülfit bağlarının kırıldığı ve konformasyon değişikliklerinin olduğu denatürasyonlar tersinmezdir. Proteinler kuru ortamlarda ısıl denatürasyona daha dirençlidir. Ortamda suyun bulunması denatürasyonu kolaylaştırır ve sıcaklıktaki her 10 °C’lik artış denatürasyon hızını iki katına çıkarır. Bazı proteinler soğuk uygulamalarında aktivitelerini kaybeder.
Denaturasyon yumurta proteinlerinde bir çok nedenle meydana gelmektedir; asit, tuzlar, sıcaklık, mekanik etkiler, ve radyasyon. Mekanik etki yada yumurtanın beyazının çırpılması, yüzeydeki ptoteinlerin film formlarına eğilimi gibidir, yumurta proteinlerinin kısmen denaturasynuna neden olur. Şeker bu denaturasyonu engelleme eğilimindedir.
Koagülasyonla birlikte aşağıda açıklanan diğer terimlerde birbirileri yerine sıkça kullanılmaktadır.
Agregasyon: Protein- protein interaksiyonlarını yüksek moleküler ağırlıklı kompleks formları ile birlikte ilgilendiren genel bir terimdir. Kümeleşme genel olarak çekici ve itici güçler arasında bir denge tarafından yönetilir. Çekici güçler hidrojen bağlarını, disülfit linkage gibi kovelant bağlarını ve hidrofobik birleşimleri içerir iken itici güçler kolombik güçleri içerebilir.
Jelleşme: Protein kümeleşmesidir ve bu proteinler denatüre olabilir yada olamayabilir, sonuç üç boyutlu ağ oluşumudur. Polimer- polimer ve polimer- solvent interaksiyonları çekici ve itici güçlerin yanı sıra bir dengedir. Jel bulanık yada yarısaydam olabilir, sonraki durum içinde, jel ısıl dönüşebilir.
Koagülasyon: Denatüre proteinlerin rastgele kümleşmesidir içinde polimer-polimer interaksiyonları polimer solvent interaksiyonları üzerinden desteklenmektedir. Pıhtı sıklıkla bulanıktır ve pıhtı oluşumu genellikle sıcaklıkla dönüşümsüzdür. Bir pıhtı solüsyonun dışına yerleşebilir.
Proteinlerin çözünemez duruma gelmesine neden olan değişiklikler koagülasyon olarak adlandırılır. Denatürasyonla parçalanan peptid zincirleri arasındaki –H bağları ve –SS- bağlarının –SH gruplarına dönüşmesi ile ileri aşamalara gelmiş ise proteinin yapı ve özelliklerinin değişmesi geri çevrilemez durumdadır. Protein yapıları iyice açılır, yan zincirler bir araya toplanır ve büyüyen protein çöker. Örneğin, yumurta veya hamur pişirilince koagülasyon olayı gerçekleşir ve bu olay geri dönüşümsüzdür.
Koagülasyon sıvının(sol) halinin katı yada yarı katı forma(jel) dönüşmesini tanımlamada kullanılan terimdir. Birçok Gıdanın başarılı bir şekilde pişirilmesi proteinlerin koagülasyonuna bağlıdır, özellikle yumurta proteinlerinin ısı ile geri dönüşümsüz koagülasyonu önemlidir. Hem yumurta beyazı hem de sarısı koagülasyon yeteneklerinden dolayı değerlendirilmektedir ve gıda maddelerini birbirilerine bağlamaktadırlar.
KOAGÜLASYON MEKANİZMASI
Koagülasyon yumurta protein moleküllerinin yapılarının değişimini içermektedir ve buna sıcaklık, mekanik etki, tuz, asit, alkaliler ve benzer alandaki diğer araçlar neden olmaktadır. Bir araya gelen moleküller içinde, polimer-polimer etkileşimleri polimer-solvent etkileşimlerinin üzerinden desteklenmektedir. Pıhtı sıklıkla düzensizdir ve pıhtı oluşumu genellikle sıcaklıkla dönüşümsüzdür.
Ürenin ovalbumin üzerine etkisini araştırılmış ve bulunmuştur, ilk olarak, kümeleşmeyi takiben çözülmeyen bir molekül oluşur ve kümeleşme sırasında yada sonrasında ikincil bir çözülmeme olabilir.
İntermoleküler hidrofobik bağların, hidrojen bağları, ve disülfüt bağları oluşumu proteinlerin çözünmemesine neden olmaktadır. Çözülen moleküllerin büyüklüğü özel proteinlerle ve sistemlerin çeşitli durumları ile ilişkilidir: Sistemde çözülen moleküllerin yüksek konsantrasyonların ve çözülme oranının hızı sonucu çok zayıf jel bağları oluşmaktadır. Proteinlerin sol durumunda tutumunda güçlü bir elektrostatik güç rol oynamaktadır. İtici güç en az yapıldığında nötral tuz varlığında, polipeptid zincirleri birleşmeye yönelirler ve bir jel ağı oluşur. Çok sayıda bağımsız zincir oluşumundan önce jelleşme oluşumu mümkündür. Bunlar meydana geldiğinde, kaba bir ağla sonuçlanır. Aksine, pH 3 te 7 M üre konsantrasyonda albümin polipeptid zincirleri hızlıca çözülür fakat ardından kümeleşme ortaya çıkar.
İlk ısıtmaya başlandığı zaman koagülayonunun disülfit kıvrımlarının oluşumunu içermektedir ve hidrofobik grupları ortaya çıkmaktadır. Daha ileri ısıl işlem boyunca, yumurta albümini intermoleküler sülfüdril-disülfit değişimleri ve protein ağları oluşumu ile polimerize edilmektedir. Isıl koagülasyonun protein molekülleri arasında dengeli bir elektrostatik çekim gerektirmekte ve jel oluşumu boyunca hidrofobik etkileşimler bulunmaktadır.
İki aşamalı mekanizma ilk ortaya çıkarıldığı zaman denaturasyon ve birleşme arasındaki ilişkini önemini kuramsal olarak düşünülmüştür. Bağlar arasındaki çekici kuvvetler zayıf olursa denaturasyon bağ birleşmelerine oranla hızlıca ilerlemelidir. Bu ortada bulunan bağımsız denatüre proteinlerin birikmesi ile sonuçlanır. Bu koşullar altında iyi bir jel ağı oluşmalıdır. Birçok bağımsız bağın kümeleşmeden önceki jelleşmeye yöneldiğinde, çekici kuvvetler arasında bir artış olduğu zaman bir kaba ışık geçirmez jel oluşturulmalıdır. Sadece bir çökelti formu ile çekici kuvvetler daha fazla artırılır, ya İki aşama için ya da üç basamaklı mekanizma için, denaturasyon ve kümeleşme arsındaki ilişki ağ şeklini oluşumunu etkilemektedir.
KOAGÜLE OLABİLEN BİLEŞLENLER
Önceki araştırmacılar yumurta beyazının tekbir protein olduğuna inanmışlardır. Bununla birlikte faklı özellikleri ile protein kısımları albümin çözünebilirliği üzerine araştırmaların bir sonucu olarak bulunmuştur. Bu kısımların, sırası ile, bir protein daha fazlasını içerdiği bulunmuştur. Yumurta beyazı proteinleri; ovalbumin %54, conalbumin %13, ovomucoid %11, lisozim %3.5, flavoprotein-apoprotein %0.8, proteinaz inhibitörü %0.1, avidin %0.005 ve tanımlanamayan proteinler %8, olarak belirtilmiştir. Bunlardan ovomukoid ve ovomusin ısı ile koagüle olmayanlardır. Demir yada alüminyum gibi metal iyonlarıyla kompleks oluşturulmazsa konalbumin özellikle ısıya duyarlıdır. Konalbuminin yanında ovalbumin ısıl denaturasyona uğrama eğilimindendir. Konalbumin, globülin, ovalbumin ve lisozimin denaturasyon sıcaklıkları 57.3°C, 72°C, 71.5°C, ve 81.5°C tir.
Başka bir deyişle, yoğun beyazda yüksek ovomucin konsantrasyonları bakımından yumurta beyazının ince ve kalın tabakaları arasında göze çarpan farklılıklar bulunmamıştır. Mucin içeriği ince ve kalın beyaz tabakaları koagülasyon özellikleri arasındaki farklılıklar için sorumlu olan major faktördür. Şalazalar mucin içeriğinde yüksek oranda bulunurlar ve onların koagülasyona direnci kolayca gözlemlenmektedir.
Yumurta beyazı aksine yumurta sarısı protein olmayan bileşenleri önemli oranda içerir. Sarının katı bileşenleri; proteinler (livetinler) 4-10, fosfoprotein 4-15, lipoproteinler 16-18, lipidler 46, karbonhidratlar 2, mineraller 2, ve bazı vitaminler dir. Ancak sarının birçok proteini ısıl koagülasyona konudur. Düşük yoğunluklu lipoprotein(ldl), tavuk yumurta sarısında majör proteindir, her pH 4-9 aralığında jel formları stabildir. Bu koşullar altında LDL jelleri ovalbumin jellerinden daha stabildir.
KOAGÜLASYON ÖLÇÜMÜ
Yumurta beyazı koagülasyonu özellikleri için 3 test Barmore tarafından bulunmuştur. Bunlardan ilki standart boyut ve şekillerinin ayrılmış koagülasyon örneklerinin çekilen stres gereksiniminin ölçümüne bağlıdır. İkinci test pıhtı içindeki bir standart, sert yumağın derinlik penetrasyonu olarak tanımlanmaktadır. Barnorenin 3. Tesit ise penetrasyon olayında gereken güç ölçümüdür. Bu aletin prensibi baldwin tarfından kullnalan kaogüle olmuş yumurta beyazının sertliğini ölçmede kullanılan blloom jelmetreye benzemektedir. Testler albümin koagülasyonu uygulamasında güç içindeki davranıştan farklıdır. Pıhtının kesilmiş bir kenarının direnci kesmik gerilim metre ile ölçülebilmektedir.
Bir jelin gereken kaba taşınmasından sonra çökmeye eğiliminin tanımı, koagüle olan albümin ya da koagülasyonun majör kalite faktörü olduğu pişirilmiş krema gibi diğer ürünleri karşılaştırmaya uygundur. Yumurta beyazı eğilimini akışa azalımı jelleşme çizgisi olarak belirtilmiştir. Moleküler konfügrasyondaki akış özellikleri ile birleştirilen değişimler aynı zamanda çözünürlükle de bağlantılılaştırılmıştır.
Çözünmedeki değişimler belirli koşullar altında oluşum oranları ve çökelme miktarlarının, pıhtının, ya da çökelmenin ölçümlerinden belirlenibilir. Çöken proteinlerin nitrojen içeriği tanımlanmıştır., Protein karışımı amaonyum sülfatla titrasyonu sekonder proteinlerin çözünürlüklerinin karşılaştırılmasında bir metod olarak kullanılmıştır. Aynı zamanda tuzun dışında, dışarı tuzlama proteinlerin karakteristik bilgileri ile çözünebilirliği testinin gerekliliğini önerilmiştir.
KOAGÜLASYONU ETKİLEYEN FAKTÖRLER
Koagülasyonu etkileyen temel faktörlerin kısa bir özeti tablo 1. de verilmiştir.
-
Sıcaklık
-
Tuz
-
Dilüsyon
-
Şeker
-
Asit ve alkali
Tablo 1. Koagülasyonu etkileyen faktörler
Faktör |
Etki |
Sıcaklık |
Koagülasyon hızı sıcaklıktan etkilenir.yumurta beyazı 62°C de koagüle olamaya başlar sarısı ise 65°C de koagüle olamaya başlar. Koagülasyon üstünde ısıtma süresinin uzatılması ile olmaktadır. Yüksek sıcaklık optimum ve overkoagülasyon da farklı sıcaklık aralığında azalmaktadır. Yumurta beyazı jeli sertliği ısıtma süresinin 7 dakikadan 60 dakikaya ve sıcaklığın 77°C den 90°C ya artırıldığında artmaktadır. 10 ve 30 dakikalık ısıtmada deney şişesinde pişirilmiş yumurta sarısının katılığı sıcaklık 75°C de 90°C ye artırıldığında artmaktadır. Yumurta sarısının düşük yoğunluklu lipoprotein sıcaklık 65°C olduğunda sertleşmeye başlamaktadır ve sertlik sıcaklık 85°C artırıldığında artmaktadır. Yumurta tofusu dayanıklılığı yumurta protein konsantrasyonu, ısıtma sıcaklığı ve süresinin artması ile birlikte artmaktadır. |
Dilüsyon |
Koagülasyon için sıcaklık yükselmesi ne gereksinim duyulur. Pıhtının sertliğini azaltır. |
Tuzlar |
Tuz ilavesi koagülasyonu ilerletir. CuSO4 ve AlCl3 sertliği azaltır. Bazı tuzlar yumurta albüminin su tutma miktarını azaltır. Çok düşük konsantrasyonlarda tuzlar protein çözünürlüğüne önceki ısıtmadan yardım eder, daha fazla ilave edilen tuzlar kümeleşmeyi ilerletirler. Pıhtı oluşumu için kritik pH değişir daha alkalin pH da tuz konsantrasyıonlarının artması gibi. |
Asit |
İlk koagülasyonun sıcaklığını düşürür. Yumurta beyazı jelinin katılık ve koheisvliği pH 6 da minimaldir ve Ph 5 e azaldığında azaltılır. |
Şeker |
Koagülasyon sıcalığını yükseltir. |
Alkali |
Yarısaydam jeli pH 11.9 un üstünde olmasına neden olur. Ovalbumin ve konalbumin ayrı olarak jelleştirilirler. Ördek yumurtasının albumin bileşenleri yüksek molekül ağırlıklı bileşiklerden oluşur ki bunlar pH 13 de ayrılırlar. |