Foodelphi.com Science of Food Engineering
GAMLAR
Gıda endüstrisinde gamlar; jelleştirici, kıvam attırıcı, stabilize edici ve süspansiyon oluşturucu ajanlar olarak geniş bir şekilde kullanılmaktadırlar. Bu yaygın kullanımın önemli nedenleri arasında; gamların kaliteyi iyileştirmeleri ve geliştirilen yeni teknolojilerin kullanılmasına ve bu teknolojilerdeki üretim işlem ekipmanlarının uygulanmasına izin vermeleri gibi fonksiyonları sayılabilmektedir.
Bütün bu kullanımlarda gamların fiziksel özellikleri esas alınmaktadır. Gamların en önemli özellikleri arasında, sulu çözeltileri ve süspansiyonları jelleştirme ve/veya kıvam artırma kapasiteleri veya daha açık bir ifade ile suyu kontrol edebilmeleri yer almaktadır. Gıdanın dokusunu ve benzer özelliklerini etkileyen hidrofilik karakterleri nedeniyle gamlar, gıda sanayiinde değişik alanlarda kullanılmaktadırlar.
Suda çözünebilir gamlann binlerce yıl öncesinden kullanıldığı, İsrail halkının Mısır’dan göçü sırasında cennet-helvası denilen ve akasya gibi ağaçlardan sızan koyu ve tatlımsı bir madde ile beslendikleri belirtilmektedir. Mısırlıların, mumyaların kaplamasında arabik ‘denilen zamkımsı bir maddeyi kullanmaları ile ilgili bazı bilgiler de bulunmaktadır. Agar “ve diğer deniz yosunlarının da gıdalarda ve tıpta çok eski zamanlardan beri kullanıldığı bilinmektedir.
Polisakkaritler, suda çözünerek veya suda şişerek; kolloidal, yüksek oranda viskoz çözeltiler ve plastik veya psödoplastik tipte akış özellikleri gösteren dispersiyonlar oluşturmaktadırlar.
Kıvam arttırma, su tutma ve bağlama, süspansiyonların ve emülsiyonların stabilizasyonu ve jelleştirme gibi fonksiyonel özellikler, polisakkaritlerin bu tip davranışı üzerine dayandırılmaktadır. Bu nedenle, polisakkaritler sıklıkla jelleştirici veya kıvam artırıcı ajanlar, stabilizörler, su bağlayıcılar ve doldurucular olarak adlandırılmaktadırlar. Daha geniş kapsamla bir isim olarak ise “gamlar” terimi kullanılmaktadır.
Gam terimi, ilk olarak yapışkan, zamkımsı, bitkilerden sızan doğal maddeler için kullanılmıştır. Günümüzde ise gam terimi; suda çözünebilir, jelleştirici ve kıvam artırıcı ajanlar için kullanılmaktadır. Gamın teknik olarak kabul edilen doğru tanımı ise; kıvam artırıcı ve/veya jelleştirici bir etki vermek için suda dağılabilen (dispersiyon) veya çözünebilen polimerik madde olarak açıklanmaktadır.
Bu tip maddeler kolloidal yapıda ve hidrofilik kolloid özellikte olduklarından ‘hidrokolloidler’ olarak da isimlendirilmektedirler. Hidrokolloid teriminde ise ön ad olan ‘hidro-‘ Yunanca su anlamında olup kolloid deyimi ise Fransızca ‘col’ (tutkal) ve ‘oid’ (benzer) sözcüklerinden türetilmiştir.
Gamların pekçoğu, molekül içinde birleşmiş olarak kalsiyum, potasyum, magnesyum ve bazen diğer metalik katyonları bulunduran iyonik veya nötral kompleks ve dallanmış heteropolisakkaritlerin çok heterojen bir grubunu oluşturmaktadır. Düzgün, tekdüze bir yapıyı veya dokuyu oluşturmak, stabilize etmek ve emülsifikasyonu düzeltmek, kıvam artırmak ve daha birçok amaçlar için gıda formulasyonlarında kullanımı giderek artmaktadır.
Gamların önemli fonksiyonları;
• Suyu tutmak
• Nem buharlaşması oranlarını azaltmak
• Donma derecesini değiştirmek
• Buz-kristal oluşumunun modifikasyonu
• Reolojik özellikleri veya viskoziteyi düzenlemek olarak sıralanabilmektedir.
Uluslararası Gıda Kodeks Komisyonu (CAC) tarafından yapılan gıda katkı maddeleri sınıflandırmasında gamlar adı altında bir sınıf, oluşturulmamıştır. Ancak, söz konusu maddeler, yukarıda belirtilen fonksiyonları doğrultusunda “jelleştirme ajanları” ve “kaiınlaştırıcılar” olmak üzere oluşturulan iki sınıf altında toplanmaktadırlar.
Söz konusu komisyon; jelleştirme ajanlarını, “gıdaya jel oluşumu ile doku kazandıran maddeler”; kalınlaştırıcılan ise “gıdanın viskozitesini arttıran maddeler” olarak tanımlanmaktadır. Ayrıca aynı komisyon, kalınlaştırıcılar sınıfı altında “kalınlaştırma ajanı”, “doku verici” ve “yapıyı düzeltici” olmak üzere üç alt-sımf oluşturmuştur
Jelleştirme
Bağlı su teoremi: Su molekülleri arasındaki hidrojen bağından dolayı sıvı suda moleküller arası kuvvetler bulunmaktadır. Bu ise, hidrojen bağının bulunduğu
yönden kaynaklanan ve açık bir yapıya sahip geçici moleküler yığılmalara neden olmaktadır. Herbir su molekülünün 0°C’de ortalama diğer 3.4 su moleküllerine hidrojen bağı-ile bağlandığı belirtilmektedir.” Polar olmayan gruplara sahip makromoleküller sulu bir sistemde dağıldığı zaman, makromoleküler yüzeyde polar olmayan grupların etrafında buz-benzeri bir yapı
oluşmaktadır. Bu işlemin tersi ise, hidrofobik bağlanma olmaktadır. Sözkonusu buz-benzeri yapıda bulunan su, serbest sudan farklı davranışlar sergilemekte ve bağlı su olarak adlandırılmaktadır.
Kolloidal sistemlerin stabilitesi, kolloidal partiküller veya makromoleküller arasındaki potansiyel engelin şiddetine bağlı olmaktadır. Bu engel, elektriksel veya mekanik olabilmekte ve engelin şiddeti ise dağıtıcı ortamın içeriğinin ve makromolekülün yapısının bir fonksiyonu şeklinde düşünülmektedir. Polisakkaritler, temel olarak hegsoz ve pentozlardan oluşan glikozu birimlerini içeren zincirler olmalarından dolayı suda çözünebilmektedirler. Zincirdeki herbir glikozu biriminde hidrojen bağı oluşturabilecek birçok nokta bulunmaktadır.
Jelleşme:
Jelleşme, koagülasyonun özel bir tipi olmakta ve genellikle gelişigüzel zincirlerin veya çubukların formunda olan yüksek oranda asimetrik makromolekülleri içermektedir. Jel, genellikle oluştuğu kabın şeklini alan, ancak bulunduğu kaptan uzaklaştırıldığında şeklini koruyan veya koruyamayan yapışkan ve elastik bir kolloid olarak düşünülmektedir.
5.2. Gamların Sınıflandırılması
Gamlar; yapıları, orijinleri, izolasyon metodlan, fonksiyonları ve yükleri gibi birçok açıdan değişik smıflandırılabilmektedirler.
Yapı Karakteristikleri
Lineer Çift polimerleşmiş şeker ünitesi genellikle ikiden fazla değildir, yüksek viskoziteye sahiptir, stabil olmayan çözeltiler oluşturur, çözünmesi zordur, çözünme olduktan sonra çökme (jelleşme) riski vardır
Tek dallı Şeker üniteleri C-1 veya C-4’den farklı karbon grupları ile birleşmişlerdir.
Yer değiştirmiş lineer Uzun zincirde yalnızca bir şeker ünitesinden oluşan çok sayıda kısa dallar bulunmaktadır
Dal üzerinde dallı Yan zincirler üzerinde yan zincirler bulunmaktadır, lineer yapıdan daha stabil, ancak viskozitesi daha düşüktür, tipik olarak, polisakkarit iki veya daha fazla şeker tipinden oluşmaktadır, mükemmel bir yapışkanlık özelliğine sahiptir.
Bir diğer sınıflandırma;
• Doğal gamlar: Doğada bulunurlar.
• Modifıye edilmiş veya yarı-yapay gamlar: Nişasta, selüloz gibi doğal maddelerin kimyasal türevleri ve doğal maddelerden mikrobiyal fermantasyon ile türevlendirilirler.
• Yapay gamlar: Doğada benzer yapılan bulunmayıp
tamamen kimyasal maddelerden sentezlenmiş maddelerdir.
Bu gruplar esas’almarak’yapılân bir sınıflandırma Çizelge 5.2’de verilmektedir.
Çizelge 5.2. Gamların smflandırılması
(Klose ve Glicksman, 1972)
Doğal Gamlar
Modifıye Gamlar (Yan-Sentetik)
Ağaç Sızıntıları ve Ekstraktları
Selüloz Türevleri
Gam arabik
Karboksimetil selüloz
Tragakant gamı
Metil selüloz
Karaya gamı
Hidroksipropilmetil selüloz
Çekirdek veya Kökler
Hidroksipropil selüloz
Keçiboynuzu gamı
Metil etil selüloz
Guar gam
Mikrokristal selüloz
Denizyosunu Ekstraktları
Nişasta Türevleri ‘■
Ağar
Modifıye nişastalar
Aljinatlar
Mikrobiyal Fermantasyon Gamları
Karragenan
Ksantan Gam
Gellan gam
Dekstran
Yapay gamların gıdalarda kullanımına izin verilmemeleri nedeniyle Çizelge 5.2’de yalnızca doğal ve modifıye gamlar belirtilmiştir.
. Doğal gamlar
Doğal gamlar kimyasal yapıları açısından;
Anyonik deniz yosunu polisakkaritleri,
Anyonik sızıntı polisakkaritleri ve
İyonik olmayan çekirdek polisakkaritleri olmak üzere üç gruba ayrılmaktadır.
5.2.1.1. Anyonik deniz yosunu polisakkaritleri
Deniz yosunlan; kırmızı, kahverengi, yeşil ve mavi-yeşil olmak üzere dört ana grup içerisinde sınıflandırılmaktadır. Grup içerisindeki kırmızı ve kahverengi deniz yosunlan, ticari açıdan kullanım önemliliği taşımaktadır.
Agar: Agar-agar veya geloz olarak da adlandırılan ağar; Rhodophyceae sınıfının (kırmızı deniz yosunlan) çeşitli deniz alglerinden (agarofıtler) ekstrakte edilen konveks yapıda suda çözünebilir bir polisakkarittir
Kayalık yüzeylerde gelişen ve 100 cm’den 2 m’ye kadar bir uzunluğa ulaşabilen agarofitler; tipik olarak kırmızı renkte, lifımsi ve çalı görünümündedirler.Ticari ağarın en önemli kaynaklarını Gelidiıım ve Gracilaria cinslerindeki algler oluşturmaktadır. Gelidium cinsinden elde edilen ağarların, sert ve kırılgan ağar jelleri oluşturmaları nedeniyle bakteriyolojik ağarların üretiminde kullanılmalarının, Gracilaria cinsinden elde edilen ağarların ise yumuşak ve elastik jel oluşturmaları nedeniyle gıdalarda kullanılmalarının tercih edildiği belirtilmektedir. Agarofitlerin, doğu ülkeleri mutfağında yüzyıllardan beri meyve jölelerinin hazırlanmasında kullanıldıkları bilinmektedir.
Agarm; ekstrakte edilen, saflaştırılan ve kurutulan ilk deniz yosunu olduğu da belirtilmektedir.
Agarm deniz yosunlarından ekstraksiyonunda; öncelikle fabrikaya gelen yosunlardan yabancı madde, tuz ve diğer safsızlıkların uzaklaştırılması amacıyla yosunlar püskürtmeli bir sistemle yıkanırlar. Hidrokolloidlerin ekstraksiyonu ise, 100°C sıcaklığın üzerinde buhar ceketli ekstraktörler ile gerçekleştirilmektedir. Elde edilen ekstraksiyon çözeltisi, saflaştırılmak amacıyla daha sonra döner filtre ve aktif kömürden geçirilmektedir. Geriye kalan yosunlar ise gübre olarak kullanılmaktadır. Saflaştırılan ekstrakt, jelleştirilmekte, ve elde edilen jel,
küçük parçalara bölünerek dondurulmaktadır. Ekstraktm ileri derecede saflaştırılması ve konsantre edilmesi için, dondurulan ekstrakt çözündürülmekte ve kurutulmaktadır.
Ağar, değişik kırmızı deniz yosunlarındaki hücre duvarlarının yapısal polisakkariti olup, bu polisakkaritin agaroz ve agaropektin olmak üzere iki fraksiyonu bulunmaktadır. Agaroz fraksiyonunun nötral, agaropektin fraksiyonunun ise yüklü bir fraksiyon olduğu belirtilmektedir. Agaropektin fraksiyonunun j elleşme özelliklerinin bulunmadığı veya çok az jelleştirici özelliklere sahip olduğu ifade edilmektedir. Agaroz ve agaropektin fraksiyonlarının bulunma miktarlarının deniz yosunu kaynaklarına ve uygulanan ekstraksiyon koşullarına bağlı olduğu bildirilmektedir.
Beyaz ile açık sarı arasında bir renge sahip olan ticari ağar, kokusuz veya hafif
kendine özgü kokuya sahip olup yapışkan bir ağız hissi oluşturmaktadır. Hidrofilik bir kolloid olan ağar, 25 °C deki suda çözünemezken, sıcak suda yavaş bir şekilde çözünmekte, kaynayan suda ise hemen çözünebilir duruma geçmektedir. Düşük konsantrasyonlardaki (%0-5 arası) ağarın kaynayan suda çözünmesi normal bir karıştırma ile kolay bir şekilde gerçekleşirken, yüksek konsantrasyonlardaki (%8-14 arası) agarm çözünmesi ise piston karıştırıcı gibi özel karıştırma ekipmanlarının kullanılmasını gerektirmektedir. Yüksek sıcaklıklarda (95-100°C) oluşturulmuş ağar çözeltilerinin düşük bir viskoziteye sahip oldukları ve sıcaklık düşmeleri ile birlikte viskozitede ani bir artış görüldüğü belirtilmektedir.
Jelleşme sıcaklığının altında (yaklaşık 40-45°C) ise, yıskozitede bir değişim olmamaktadır. Agarm en çok arzu edilen özelliği, %0.04 gibi düşük konsantrasyonlarda bile jel oluşturabilme yeteneğidir. Ağar jellerinin kuvvetli, elastik, şeffaf ve ısısal geridönüşümlü olması; ağarın geniş ve çok çeşitli uygulamalarda kullanımlarını gündeme getirmektedir. Agaroz fraksiyonu miktarının artması ile ağar jellerinin kuvvetinin arttığı, %10’dan küçük agaroz içeriğinde ise jel oluşumunun gözlenmediği belirtilmektedir. Ağar, ayrıca
keçiboynuzu gamı ile etkileşim yaparak daha kuvvetli bir jel oluşturmakta ve diğer birçok bitkisel gamlar ile uyumlu olabilmektedir. Jel oluşturmak için genel
olarak %l-2 arasındaki konsantrasyonları kullanılmaktadır. Bu konsantrasyonlarda oluşturulan ağar jellerinin kuvvetli, esnek, elastik, kısmen şeffaf ve ısısal olarak geri dönüşümlü oldukları belirtilmektedir.
Aljinatlar:
Phaephyceae (kahverengi deniz yosunu) sınıfının çeşitli gruplarından ekstrakte edilen ve asidik hidrofilik bir polisakkarit olan aljinik asit; kahverengi deniz yosunlarının hücre duvarlarında kalsiyum, magnezyum, potasyum ve sodyumun çözünmeyen tuzları şeklinde bulunmaktadırlar.
Bütün bu tuzlar, aljinatlar veya aljinler adı altında toplanmaktadırlar. Aljinat, ilk kez İngiltere’de 1880 yılında keşfedildikten sonra, aljinik asidin ilk izolasyonu 1896 yılında gerçekleştirilmiştir. Aljinatın ticari üretimi ‘Kelko, Şirketi tarafından 1929 yılında başlatılmış ve bu madde daha sonra’dondurma stabilizörü olarak tanınmıştır. Aljinat üretiminde; işlenmeye gelen deniz yosunlan, yabancı madde, tuz ve diğer safsızlıkların uzaklaştırılması için ilk olarak püskürtmeli yıkayıcılar ile yıkanmakta ve daha sonra pH 10’da 24 saat süre ile %10’luk sıcak sodyum karbonat çözeltisi ile muamele edilmektedir. Bu aşamada kıvamlı kütle haline gelen deniz yosunlan emiilsifiye edilmekte, durultulmakta ve filtre edilmektedir. Elde edilen filtrata, %10’luk kalsiyum klorür katılarak aljinik asit, çözünmeyen kalsiyum tuzları ile çöktürülmektedir. Son ürünün kalsiyum aljinat olmasj
istenildiği durumlarda, 6u çökelek temizlenerek kurutulmakta ve öğütülerek paketlenmektedir. Aljinik asidin üretiminde; kalsiyum aljinat çökeleği, seyreltik sodyum .hipoklorit ve daha sonra ise %5’lik hidroklorik asit çözeltisi ile muamele edilmektedir. Sodyum aljinat üretiminde ise; elde edilen aljinik asit, sodyum karbonat çözeltisinin ilavesi ile sodyum aljinata dönüştürülmektedir. Aljinik asidin basınç altında propilen oksit ile reaksiyonu sonucunda ise, propilen glikol aljinat elde edilebilmektedir.
Ticari olarak filamanyapıda, granül veya toz halde bulunabilen aljinik asit ve aljin, renksiz veya hafif sarı reiste, kendine özgü hafif tat ve kokulan bulunan maddelerdir. Aljinatların partikül büyüklükleri, kullanım tiplerini belirlemektedir. Çok hızlı bir hidratlanma istendiğinde, küçük partiküle sahip aljinatlar kullanılmaktadır. Dondurularak depolanan aljinler, stabilitelerini yaklaşık olarak bir yıl koruyabilmelerine karşın, 25°C’nin üzerindeki sıcaklıklarda bu dayanıklılık azalmakta ve suda daha az çözünür bir hal almaktadır. Bu nedenle aljinik asit ve alj inlerin soğuk ve kuru bir ortamda depolanmaları gerekmektedir. Aljinik asit ve kalsiyum tuzlarının oda sıcaklığında ve nötral pH’da çok sınırlı çözünürlükleri bulunmaktadır. Buna karşın, aljinik asidin amonyum, sodyum ve potasyum tuzlan ve propilen glikol esterleri, içerdikleri yüksek miktardaki karboksilat anyonlarından dolayı sıcak veya soğuk suda kolaylıkla çözünebilmektedirler. Nemlendirildiğinde, seyreltik alkalide de kolaylıkla çözünebilen aljinik asidin kuru formda kullanıldığı zaman çözünürlüğü azalmaktadır.
Aljin çözeltilerinin viskozitesi; sıcaklık, konsantrasyon, pH, molekül ağırlığı ve çok değerlikli katyonların varlığı gibi çeşitli faktörlere bağlı olarak değişmektedir Çözelti viskozitesi, sıcaklık yükselmesi ile azalmakta ve bu azalmanın %2.5/°C olduğu belirtilmektedir.. Çok değerlikli metal iyonlarının varlığında, çözelti viskozitesinde bir artış gözlenmekte ve bu iyonların yeterli miktarda bulunması durumunda jelleşme olayının oluştuğu belirtilmektedir.
…