Enzimlerin ve Mikroorganizmaların Gıda Muhafazasında Kullanılması

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
Mayalar üzerine etkili
Küfler üzerine etkili
Kulannıldıkları Gıdalar
Meyve ürünleri, meyve suları
Hazır salatalar, minimum işlenmiş meyve ve sebzeler
Gazlı alkolsüz içecekler
Fırınclılık Ürünleri
Et Ürünleri
Süt ürünleri
Lisozimler
Bakteriler üzerine etkili




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(14) 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(13)
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(13) glikozidik
bağları hidrolize ederler. Küflerde
hücre duvarının parçalanmasında
β(13) 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.