Prof.Dr. Semih Ötleş

Prof.Dr. Semih Ötleş

Gıda Kimyası

Hidrokolloidler ve gıda interaksiyonları I*

Son yıllarda tarım, biyoteknoloji, kozmetik, farmakoloji, seramik, tekstil, patlayıcılar vs. bir çok alanda hidrokolloidlerden faydalanılmaktadır.


Aslıhan Tüğen
Prof. Dr. Semih Ötleş
Ege Üniversitesi, Gıda Mühendisliği Bölümü

Özet

Tüketiciler için geniş bir ürün seçimi imkanı sağlayabilmek için bir çok gıda algoritması içerisine değişik katkı maddeleri ilave edilmektedir. Son yıllarda tarım, biyoteknoloji, kozmetik, farmakoloji, seramik, tekstil, patlayıcılar vs. bir çok alanda hidrokolloidlerden faydalanılmaktadır. Gıda hidrokolloidleri veya gıda gamları birçok nedenden dolayı gıdaların içeriğine katılmakta, çoğunlukla kıvam ayarlamada, kararlılığı iyileştirmede, yiyeceklerin kalorilerini ve yağ oranlarını düşürmede, viskoziteyi artırmada kullanılmaktadır. Örneğin, yoğurt yapımında kullanılan hidrokolloidler kararlı bir renk ve su aktivitesi oluşturmada, depolama esnasında sinerezisi (sıvı kısmın açığa çıkması) önlemede büyük rol oynamaktadırlar. Gıda sanayiinde hidrokolloidlerin kullanımının en önemli rolü reolojik davranışları değiştirmeleridir. Hidrokolloidler gıda ürünlerinin kıvamlarını arttırmak için kullanılır. Son yıllarda hidrokolloidler ketçaplarda, şuruplarda, dondurmada, hazır gıdalarda, içeceklerde, meyveli yoğurt ve şekerlemelerde, kremalarda, kristal şekerlerlerde kullanılmışlardır. Hidrokolloidler; modern gıdaların fonksiyonları ve yapısı üzerinde, özellikle de karmaşık gıda dizinlerinde, diğer mevcut bileşenler ile interaksiyonlarına bağlı olarak büyük etkilere sahiptir.

Abstract

A lot of food algorihtms are added with different additive agents in order to provide large product options for consumers. In recent years, hydrocolloids have been used in many fields; agriculture, biotechnology, cosmetics, pharmacology, ceramics, textile, explosives. Food hydrocolloids or good gums are added into foods for a lot of reasons and mostly used for regulating the consistence, improving the stability, reducing the calory and fat rate of the foods and increasing the viscosity. For example; hydrocolloids used for preparing yogurt play a significant role in formation a stable colour and water activity and preventing syneresis during storage time. The most important role of using hydrocolloids in food industry is changing the rheological behaviors. Hydrocolloids are used to increase the stability of food products. In recent years, hydrocolloids have been used in ketchup, syrup, ice cream, prepared foods, beverages, fruity yogurt, candy, cream, crystal sugar (sucrose). Hydrocolloids have significant effects on structures and functions of modern foods, especially complex food chains, depending on their interactions with other present compounds.


Giriş

Hidrokolloid sözcüğü Yunanca kökenli bir terim olup hidro “su”, kola “yapıştırıcı, tutucu, zamk” anlamına gelmektedir. Yani suya yapışan, suyu tutan zamk anlamına gelmektedir. Hidrokolloidler suya ilgisi olan yani yüksek miktarda su bağlayabilen, eklendikleri sulu sistemlerin akış/şekil değiştirme vb. özelliklerini değiştiren yüksek molekül ağırlıklı, suda çözünebilen tutkalsı maddelerdir. Kimyasal açıdan bakarsak hidrofilik (polar, su molekülleri ile arasında hidrojen bağı kurarak askıda kalabilen, çökmeyen, çözünen) makromoleküler maddelerdir. Bunlardan bazıları suda çözülebilir kolloidal çözelti iken bazıları ise su içerisinde yükselebilen ve moleküllerin birbirinden ayrılma kuvvetleri ile su içerisinde dağılabilen maddelerdir. Hidrokolloidler sonuç olarak viskozitesi yüksek çözeltiler, jelimsi maddeler, sulu jeller meydana getirir. Heterojenliğe yakın olan grubu polisakkaritler ve proteinlerdir.

Hidrokolloid-gıda interaksiyonları üç ana kategoride incelenmektedir:
- Hidrokolloid-iyon,
- Hidrokolloid-küçük molekül etkileşimi,
-Hidrokolloid-hidrokolloid etkileşimi.
İnteraksiyonların besin yapısı, stabilitesi, gıdaların fonksiyonel özellikleri, saflaştırma, jelleşme, emülsiyonlaştırma ve kapsülleme vb. gıda teknolojilerinde kullanımı geniş bir spektrum göstermektedir (Phillips ve ark., 2016).

Tanımlamalar

Hidrofilik: Kelime olarak eski Yunanca’da suyu seven/çeken anlamındadır. Polardır; çünkü bu tür moleküller su ile hidrojen bağı oluşturarak su içerisinde çözünürler. Hidrofilik moleküller su ve diğer hidrofilik moleküller ile interaksiyona girerler.

Hidrofobik: Kelime olarak eski Yunancada sudan korkan/kaçan anlamındadır. Apolardır; çünkü bu tür moleküller su ile hidrojen bağı oluşturamayacakları için suda çözünmezler. Hidrofobik moleküller diğer hidrofobik moleküller ile interaksiyon yaparlar/içinde çözünürler. Örneğin bu moleküller su içerisinde çözünmez iken yağ içerisinde çözünebilirler (Lipofilik).

Amfifilik (amfipatik): Bir ucu hidrofilik, öbür ucu hidrofobik moleküllere amfifilik denir. Sabun ve deterjanlar amfifilik olmalarından dolayı hem suda hem yağda çözünebilirler, bu sayede yağlı bir yüzeyin temizlenmesini sağlarlar.

Kolloid: Gerçek çözelti(homojen karışımlar) ile heterojen karışımlar arasında yer alan ara karışımların adıdır. Diğer bir tanımla da; bir maddenin kendisi için çözücü olmayan bir ortamda 10-6 -10-9  m boyutlarında dağılmasıyla oluşan çözeltiye kolloidal çözelti denir.

Kolloidal çözeltiler, dağılma fazı ve dağılan faz olmak üzere iki fazdan oluşur. Dağılma fazı homojen bir ortamdır. Bu ortam katı, sıvı veya gaz halde olabilir. Dağılan fazı oluşturan tanecikler ise çok sayıda atom veya atom gruplarından oluşmuş olup bu tanecikler ışık mikroskobunda görülmez, ancak elektron mikroskobunda görülebilir. Kolloidal çözeltileri diğer çözeltilerden ayıran başlıca özellik bu taneciklerin büyüklüğüdür. Taneciklerin büyüklüğü 10-6 m'den büyük ise çözelti, süspansiyon adını alır. Taneciklerin büyüklüğü 10-9 cm'den küçük ise çözelti, gerçek çözeltidir. Bu büyüklüklerin arasında olursa kolloidal çözeltidir.

Kolloidler, ilgili fazlara bağlı olarak üç genel ad altında toplanabilir. Soller, aeorosoller ve emülsiyonlar. Soller, bir sıvıda bir katının ya da bir katıda bir başka katının dağılmasıyla oluşan kolloidlerdir. Su içinde dağılmış altın kümeleri, suda dağılmış kil solleri, kolloidal silika( kum) sol örnekleridir. Aeorosol, bir gaz ortamında sıvının ya da katının dağılmasıyla oluşmuş kolloidlerdir. Duman, sis, pus, kirli hava , birçok sprey aeorosol örneğidir.

Emülsiyon: Türkçe adıyla “Sıvı asıltı” olarak tabir edilir. Birbiriyle karışmayan iki sıvının birbiri içinde dağılmasından oluşmuş, homojen görünüşlü heterojen sistemlerdir yani kolloidal bir yapıdır. Emülsiyon terimi hem dağılmış fazın hem de dağınılan fazın sıvı olması durumu için kullanılır. Gündelik yaşamdaki emülsiyonların çoğu yağ/su emülsiyonlarıdır. Emülsiyonlar kararlı değildir ve kendiliğinden oluşmazlar. Emülsiyon oluşumu için karıştırma, homojenizasyon veya spreyleme gibi bir işlemle karışıma enerji vermek gerekir. Zaman içinde, emülsiyonu oluşturan fazların kararlı hallerine geri dönme eğilimi vardır. Su-zeytinyağ karışımı sürekli karıştırılmazsa kısa sürede ayrışır. Emülsiyonlarda olabilen bir diğer süreç kremleşme, yani bir fazın öbüründen daha batmaz olması veya santrifügasyon sonucu emülsiyonun üzerine çıkmasıdır.

Emülsiyon instabilitelerinin üç tipi vardır: flokülasyon olunca tanecikler öbekler oluşturur; kremleşme olunca tanecikler yüzeyde (veya dipte, iki fazın göreceli yoğunluklarına bağlı olarak) toplanır; ayrışma ve birleşme durumunda tanecikler birleşip bir sıvı tabaka oluştururlar. Emülsiyonları kararlı hale getirmek için kinetik olarak kararlı hale getirmek gerekir. Emülsiyonların sürekli tek fazda olmasını yani kararlı olmalarını sağlamak için emülgatörler kullanılır.

Emülgatör: Sıvı haldeki bir fazın diğer bir sıvı haldeki bir faz içerisine küçük zerreler halinde dağılmasına olanak veren maddelerdir. Gıda terminolojisinde genelde yağ ve su gibi karışmayan iki fazın katmanlara ayrılmasını önlemek amaçlı yani birbiri içinde homojen bir görünüm (tek faz) alması için dışardan ilave edilen maddelere emülgatör denir. Bir emülgatör (emülsifikatör, emulsifiyer veya emuljen olarak da bilinir) bir emülsiyonu kararlı kılan, genelde sürfaktan özellikli bir maddedir.

Emülgatörler hem hidrofilik hem de hidrofobik kısımları içeren moleküller olarak tanımlanabilirler; yani amfifilik maddelerdir. Dolayısıyla hidrofilik olan kısmı ile suya, hidrofobik olan kısmı ile de yağa tutunurlar ve böylelikle su içerisinde yağın (süt) ya da yağ içerisinde suyun (margarin ve tereyağı) askıda kalmasını, dağılmasını bir başka ifade ile homojenize olmasını sağlarlar.

Polisakkarit: Yüzlerce veya yüzbinlerce şeker birimlerinden oluşan makromoleküler bir karbonhidrattır (Ötleş ve ark., 2015).

Hidrokolloidler gerçek birer emülgatör müdür?

Hidrokolloidler gerçek birer emülgatör değillerdir; çünkü çoğunlukla moleküler yapı içerisinde lipofilik ve hidrofilik grupların karakteristik bağlayıcılığına sahip değildirler. Molekülleri oldukça büyük ve karmaşık yapıdadır. Bu yüzden yeterince küçük damlacık çaplı uzun süre kararlı emülsiyon oluşturacak yağ-su karışımlarının homojen hale getirilmesi sırasında oluşturulan arayüzleri kaplayacak yeterlikte esnekliğe sahip değildir. Bununla birlikte bu kıvamlaştırıcılar, hidrokolloidler, su yüzeyinin viskozitesini artırmak suretiyle ya da bir sıvının yüzey gerilmesini azaltan maddelerle interaksiyonu ile emülsiyonları kararlı hale getirebilir. Arap zamkı ya da metilselüloz (MC) gibi iyonik olmayan ürünler, hidroksipropilselüloz (HPMC) ve ya propilen glikol aljinat (PGA) gibi hidrokolloidler yüzey gerilimini azaltır ve böylelikle sınırlı da olsa emülgatör özellikler sergilerler (Wuestenberg, 2014).

Hidrokolloidlerin sınıflandırılması

Gıda Hidrokolloidlerin Sınıflandırılmasında iki yöntem kullanılmaktadır. Gıda hidrokolloidlerin tedarik biçimi ve yapısal durumuna göre sınıflandırılması Tablo 1’de gösterilmektedir.


Hidrokolloidler lineer ya da dallanmış moleküllere sahip olabilirler. Şekil 1’de de lineer ve dallı hidrokolloidler karşılaştırılmaktadır (Hoefler, 2004).


Hidrokolloid yapıların etkileri

Zincir uzunluğu veya polimerizasyon derecesi bir gamın viskozitesini ve hidrasyon oranını etkiler. Uzun moleküller daha yüksek viskozite demektir ve hidrat oluşturması kısa olandan daha uzun sürer. Oldukça fazla dallanmış bir molekül aynı ağırlıktaki düz, uzun olanından daha az yer kaplar, dolayısıyla daha az viskoziteye sahiptir. Daha uzun hidrokolloidlerin hareketi için çözelti içerisinde daha büyük bir hacimde süpürme işlemi yapması gerekir, bu da komşu moleküller ile daha fazla çarpışmasını ve neticede viskozitenin artışını getirir.
Şekil 2’de Lineer hidrokolloid molekül (solda) ve dallanmış molekül (sağda) yer almaktadır.


Lineer hidrokolloid molekül (solda) ve dallanmış molekül (sağda)’ün her ikisi de aynı moleküler ağırlığa sahiptir. Fakat lineer molekül çözelti içerisinde hareket ederken daha büyük bir hacmi süpürmektedir (Hoefler, 2004).

Hidrokolloidlerin gıda sektöründe kullanımı

Hidrokolloidler gıda endüstrisinde en çok kullanılan katkı maddelerindendir. Yoğunlaştırıcı/kıvam artırıcı, jelleştirme ajanı, emülsiyonlaştırıcı, stabilizatör, yağ ikame maddesi, temizleme ajanı, yumuşaklaştırıcı kimyasal, bulanıklaştırma ajanı, köpürtme ajanı olarak kullanılmalarına ek olarak; yenilebilir film ve kaplamalarda, kötü tat ve kokuları maskelemede enkapsülasyon maddesi olarak, kristalleşmeyi önleyici olarak da uygulamaları vardır. Bunların yanında hidrokolloidlerin kullanımı sağlık alanlarında da giderek artış göstermektedir. Örneğin, düşük kalorili diyet lifleri sağlaması bunlar arasında gösterilebilir. Hidrokolloidler endüstride gıda katkısı ve sağlık düzenleyici olarak geniş bir sahada uygulama alanı bulmaktadır.

*Makalenin ikinci bölümü ve kaynakça Temmuz 2017 sayımızda yayınlanacaktır.

Haziran 2017 sayısının 84.sayfasında yayımlanmıştır.

Yazarın diğer yazıları