Antifriz Proteinler ve Dondurulmuş Unlu Mamullerde Kullanımı
Gıda Bilimi ve Gastronomi-I, Dr. Öğr. Üyesi Fatma Hayıt, Editör, İksad Yayınevi, Ankara, ss.75-113, 2023
- Yayın Türü: Kitapta Bölüm / Mesleki Kitap
- Basım Tarihi: 2023
- Yayınevi: İksad Yayınevi
- Basıldığı Şehir: Ankara
- Sayfa Sayıları: ss.75-113
- Editörler: Dr. Öğr. Üyesi Fatma Hayıt, Editör
- Süleyman Demirel Üniversitesi Adresli: Evet
Özet
Gıdaların muhafazasında kurutma ve soğutma gibi yaygın kullanılan
uygulamalardan birisi olan dondurarak muhafaza teknolojisi etkili bir gıda
koruma yöntemi olarak yaklaşık 150 yıllık bir geçmişe sahiptir. Ancak
geleneksel dondurma teknolojileri, dondurulmuş ürünlerde su kaybı, büzülme,
doku bozulması, renk değişiklikleri, besin kaybı gibi kalite kusurlarına neden
olabilmektedir. Genel olarak dondurulmuş gıdaların kalitesi, dondurma
sırasında oluşan buz kristallerinin boyutuna ve dağılımına bağlıdır (Tian vd.,
2020; Hu vd., 2022). Eğer dondurma işlemi uygun koşullar altında yapılmazsa
buz kristalleri hızla çoğalabilir (çekirdeklenme) veya büyüyebilir (yeniden
kristalleşme) (Chen vd., 2021). Büyük yapıda buz kristallerinin meydana
gelmesi gıdanın yapısında lipid oksidasyonunu, protein denatürasyonunu ve
enzim aktivasyonununun başlamasına yol açar (Nian vd., 2020). Aynı zamanda
hücre duvarında yapısal hasara neden olur (Dalvi-İsfahan vd., 2019).
Dondurulmuş unlu mamullerde buz kristallerinin sayısı ve boyutuyla
orantılı olarak gluten yapısında hasar oluşur ve bu hasar çözülme sırasında
ürünlerin duyusal, fiziksel, tekstürel ve besinsel özelliklerini olumsuz yönde
etkiler (Zhang vd., 2020). Bu nedenle, dondurma işleminin verimliliğinin ve
dondurulmuş gıdaların niteliklerinin iyileştirilmesine yönelik araştırmalar
giderek daha fazla ilgi çekmeye başlamıştır. Yüksek basınçlı işleme,
mikrodalga, ultrason destekli dondurma, canlı hücre sistemli dondurma
teknolojileri, darbeli elektrik alan, darbeli ışık, ultraviyole radyasyon,
iyonlaştırıcı radyasyon, termal olmayan (soğuk) plazma, ozon uygulaması,
ozmotik dehidrasyon gibi uygulamalar yenı̇ sı̇nerjı̇k dondurma yöntem ve
teknolojı̇lerine örnek olarak verilebilir (Chacha vd., 2021; Hu vd., 2022).
Dondurma teknolojisindeki ortaya çıkan bu yenilikçi yaklaşımlar -bazı
dezavantajları olmakla birlikte- tüketicilerin ve pazarın beklentilerini
karşılayacak yüksek kalitede dondurulmuş ürünler üretilmesine imkân
sağlamaktadır. Bu yaklaşımlar arasında yer alan çözümlerden bir tanesi de
antifiriz protein (AFP)’lerdir (Zhang vd., 2007; Qiu vd., 2013).
Dondurularak üretilmiş ürünlerde, dondurulma işlemi esnasında gıdanın
yapısında oluşabilecek zararlar AFP kullanılmasıyla en az seviyeye
düşürülebilir. AFP’ler gıda katkı maddesi olarak doğal, güvenli ve etkili bir
alternatiftirler (Kashyap vd., 2020). Gıdalarda soğutma sırasında, muhafaza
amaçlı kullanımda, ürünün dondurulması, saklanması, taşınması ve çözündürülmesinde oldukça önemli bir yere sahip yapılardır (Tejo vd., 2020).
Yeniden kristallenmeyi geciktirerek (özellikle çiğ ürünlerde daha belirgin)
doku ve uçucu bileşenlerin kaybını önlemeye yardımcı olurlar (Kashyap vd.,
2020). Aynı zamanda protein denatürasyonunu, hücre hasarını, su tutma
kapasitesini azaltır veya önlerler (Cai vd., 2020). Bunların yanı sıra AFP’ler
gıdanın organoleptik özelliklerini korurlar, soğutulmuş ve dondurulmuş
ürünlerin raf ömrünün uzatılmasına katkı sağlarlar (Xiang vd., 2020). AFP’ler
gıdalarda depolama süresince büyük kristallerin meydana gelmesine engel
oldukları için bu özellikle dondurulmuş hamur, dondurulmuş süt ürünleri ya da
dondurma, balık, et gibi gıdalar üzerine çalışmalar yapılmıştır (Üstün ve
Turhan, 2015).
AFP’lerin ete uygulanmasına ilişkin bildirilen ilk çalışma Dissostichus
mawsoniden elde edilen AFGP’lerin dondurulmuş sığır etine ilave edilmesidir.
Çalışmanın sonucunda sığır etindeki buz kristal boyutunun önemli ölçüde
azaldığı bildirilmiştir (Payne vd., 1994). Kuzular için de aynı antifriz kaynağı
ve oranı kullanıldığında çözülme sırasında kristal boyutu ve damlama kaybının
azaldığı tespit edilmiştir (Payne ve Young, 1995). Balıklarda kullanımla ilgili
olarak Clupea harengus’dan elde edilen AFP’lerin çipuradaki miyofibriler
proteinlerin viskoelastisitesini ve yapısal kararlılığını iyileştirdiği, mekanik
hasarı, yeniden kristallenmeyi ve oksidasyonu önlediği tespit edilmiştir (Cai
vd., 2020). Kışlık buğday çimi ekstraktından elde edilen buz yapılandırıcı
proteinlerin dondurmada buzun yeniden kristalleşme oranını azalttığı (Regand
ve Goff 2006), farklı kaynaklardan elde edilen (balık, kış çavdarı ve E. coli)
AFP’lerin dondurmanın daha yumuşak yapıda olmasını sağladığı ve
dondurmada oluşan buz agregatlarının büyüklüğünü azalttığı da bildirilmiştir
(Kaleda vd., 2018).
AFP’ler ilk defa Antarktika’da yaşayan bir balık türü olan
Notothenioid’lerde bulunmuştur. Günümüzde bu proteinler gıda, tıp ve endüstri
dallarında kullanılmaya başlanmış ve her geçen gün önemi daha da artmıştır
(Crevel vd., 2002).
Antifriz moleküllerinin yapıları glikopeptid yapılardır. Bileşiklerin
molekül ağırlıklarının artışıyla doğru orantılı olarak, gösterdikleri antifriz
etkileri de artar (Sidell, 2000). Yapılarında bulunan polipeptid grubu bileşikler
sıfır derecenin altındaki ortamlarda canlı kalmalarını ve osmotik plazma
basıncında artışa neden olmaksızın deniz suyunun donma noktasının altındaki sıcaklık değerlerinde balık kanının sıcaklığını muhafaza ederek canlılıklarını
sürdürmelerine imkân verirler (Lioua vd., 2000).
Günümüze kadar yapılan araştırmalarda; buğday kepeğinden (Zhao vd.,
2022), tatlı su balığı olan Ctenopharyngodon idella’nın pullarından (Dang vd.,
2022), sazan balığından (Du vd., 2021), Morina balığından (Li vd., 2021), sığır
kemiği kolajen hidrolizatlarından (Cao vd., 2020), Tenebrio molitordan (Song
vd., 2019), Pseudomonas, Plantibacter ve Sphingomonas’tan (Munoz vd.,
2017), Epinephelus coioides’tan (Liu vd., 2018), Hypophthalmichthys
molitrix‘in kaslarından (Cui vd., 2021), yulaftan (Zhang vd., 2020), arpadan
(Ding vd., 2020), soğuğa dayanıklı buğdaydan (Wang vd., 2021a), çiçekli bir
bitki türü olan Drimys angustifolia’tan (Provesi vd., 2019), havuçtan (Liu vd.,
2018), arpadan (Zhang vd., 2020) domuz derisi kolajeninden (Chen vd., 2017)
ve Hypophthalmichthys molitrix’ten (Wang vd., 2021b) AFP elde edilmiştir.
Bitkilerden elde edilen AFP böceklerde ve balıklarda bulunanlarla
kıyaslandığında daha zayıf termal histerizis aktivitesine sahiptir. Bu
proteinlerin asıl işlevi buz oluşumunu önlemekten ziyade buzun yeniden
kristalleşmesini önlemektir. Aynı zamanda patogenez ilişkili proteinler
olmalarından dolayı balık ve böceklerdeki AFP’den ayrılırlar. Bu tip AFP’ler
antifungal aktiviteye de sahiptirler ve bitkiyi psikrofilik patojenlere karşı
korurlar (Griffith ve Yaish, 2004).
Bu bölümde sıfır derecenin altındaki sıcaklıklarda organizmayı çevre
koşullarına karşı koruma ve buz kristal yapılarının büyüklüğünü ve şeklini
yeniden düzenleme gibi özel kabiliyeti olan ve bu yeteneklerinden dolayı
soğukta depolama esnasında gıdalarda oluşan mekaniksel, duyusal ve yapısal
zararları engellediği aynı zamanda ürünün raf ömrünü uzattığı bilinen
AFP’lerin yapısı ve sınıflandırılması, özellikleri, buz kristallerine bağlanma
mekanizmaları ve dondurulmuş tahıl ürünlerinde kullanımları hakkında bilgi
verilmiştir.