Kimyasallarla Muhafaza
Gıdalarda bozulmalara neden olan mikroorganizmaların çoğalmasını, gelişmesini ve faaliyetini önleyen veya onların ölümlerine yol açan birçok kimyasal bileşik vardır. Bu maddelerden insan sağlığına zararlı olmayanların belli düzeylerde ilavesiyle gıdaların, mikrobiyolojik yolla bozulmasının önlenmesi yöntemine, “kimyasallarla” veya “koruyucu maddelerle” muhafaza denir.
Geniş anlamıyla koruyucu maddeler; mikrobiyolojik bozulmaları önlemek için gıdalara ilave edilen her türlü bileşikler olup; tuz, şeker ve sirke gibi maddeler dahi bu anlamda koruyucu maddeler grubuna girmektedir.
Halbuki adı geçen bu maddeler, bizzat gıda öğeleridir ve kullanılma miktarları sınırlı değildir.
Buna karşın dar anlamda koruyucu maddeler; gıda öğesi olmayan yani, genellikle gıdaya yabancı olan bazı kimyasal bileşikler olup bunların kullanılma miktarları daima sınırlıdır ve bu sınır %0.5 den daha düşüktür. Koruyucu maddeler denince genellikle, tanımlanan bu dar anlamdaki maddeler anlaşılır.
Bu kimyasal maddenin koruyucu olarak kullanılabilmesinin ilk koşulu, insan sağlığına herhangi bir şekilde zararlı olmamasıdır. Bir bileşiğin insan sağlığına etkisi şu kriterlerle belirlenmektedir:
Akut toksik etki : LD50 (Lethal Dosis) deney hayvanlarının % 50’sini öldüren doz, kaba bir toksik etki ölçüsü
Subkronik toksik etki : 90 gün süreli tüketim sonucundaki etki
Kronik toksik etki : Uzun süreli tüketim sonucundaki etki
Kanserogenik etki : Uzun süreli tüketim sonucunda tümör oluşumu
Mutagenik etki : Kromozomların değişimi sonucunda oluşan doğrudan veya dolaylı etki
Teratojenik etki : Embriyo veya cenin üzerindeki etki
Biyokimyasal etki : Vücutta resorbsiyon, akümülasyon veya
dışarı atılma gibi özellikler.
Bu kriterlere ek olarak ayrıca, koruyucu maddenin kullanıldığı konsantrasyonda tedavi edici farmakolojik etkisi de bulunmamalıdır. Aksi halde birçok patojen mikroorganizma, kullanılan maddeye karşı direnç kazanabilmekte ve bunun sonucunda daha farklı sorunlar oluşturmaktadır.
Mikroorganizmaların antimikrobiyal maddelere karşı dirençleri birbirlerinden farklı olduğu gibi, mikrobiyal formların da dirençleri farklılık gösterir. Örneğin bakteri sporları antimikrobiyal maddelere karşı vejetatif hücrelerden daha fazla direnç gösterirler. Aynı durum fungal sporlar ve vejetatif hücreler için de geçerlidir .
Diğer taraftan koruyucu maddelerin bazı kişilerde alerjik reaksiyonlara neden olduğu da göz ardı edilmemelidir. Örneğin benzoik asit ve sülfitler gibi yaygın olarak kullanılan koruyucu maddeler bazı kişilerde alerjik reaksiyonlara yol açabilmektedir
Gıda ve Tarım Örgütü (Food and Agriculture Organization: FAO) ve Dünya Sağlık Örgütü (World Health Organization: WHO) uzmanlarından oluşan karma bir komite, koruyucu maddelerin hayvan denemelerinde “herhangi bir etkisinin izlenmediği düzey” NOEL (No Observed Effect Level) olarak isimlendirilmekte ve bu miktarın %1’i “günlük alınabilecek doz” (acceptable daily intake: ADI) olarak kabul edilmektedir. Ancak koruyucu maddeler vücuda çoğunlukla bu miktarın çok altındaki düzeylerde alınmaktadır.
Gıdalarda koruyucu maddenin günlük alınabilecek dozunun hesaplanması aşamaları Koruyucu madde
Toksik, kanserojenik, mutajenik ve teratojenik etkilerin belirlenmesi,
No observed effect level (NOEL) belirlenmesi,
Güvenlik faktörünün (NOEL/100) dikkate alınarak,
Acceptable daily intake (ADI) miktarının hesaplanması
Koruyucu Maddelerin Etki Mekanizmaları
Koruyucu maddeler, küfleri, bakterileri ve mayaları ya öldürmekte veya bunların faaliyetlerini engellemektedir. Herhangi bir koruyucu madde bu mikroorganizmalardan birine, ikisine veya sınırlı olarak hepsine aynı düzeyde etkili olabilir.
Küfler üzerine yapılan öldürücü etkiye “fungusit etki”, bakteriler üzerine yapılan öldürücü etkiye ise “bakterisit etki” denilmektedir. Eğer bu etki sadece faaliyeti engelleme düzeyinde ise sıra ile, “fungustatik” ve “bakteriostatik” etki denilmektedir.
Ancak bir kimyasal maddenin etkisini “öldürücü” veya “engelleyici” olarak ayırmak olanaksızdır. Çünkü bir maddenin mikroorganizmalar üzerindeki öldürücü veya engelleyici etkisi, onun konsantrasyonu ile ilgili bir husustur. Nitekim bir fungustatik etkili madde (fungisitaz) veya bir bakteriostatik etkili madde (bakteriotaz) daha yüksek konsantrasyonlarda fungusit veya bakterisit etki gösterebilmektedir.
Ortama ilave edilen koruyucu maddeler, mikroorganizmaların zaman içinde yani birkaç gün veya birkaç hafta içinde, ölmelerini sağlar. İlave edilen koruyucu madde miktarı arttıkça mikroorganizmaların gelişmeleri o oranda yavaşlar ve ölmeleri o oranda hızlanır. Ancak koruyucu maddenin kullanılacak konsantrasyonu, ortamdaki mikroorganizma sayısına genellikle bağlı değildir. Bununla birlikte mikroorganizma yükü çok artmış ve böylece bozulmaya yüz tutmuş bir ürünün koruyucu maddeler ilavesiyle bozulmasının durdurulması olanaksızdır
Koruyucu maddelerin mikroorganizmalar üzerindeki etkileri birçok farklı etkinin toplamı şeklindedir ve fiziksel, fizikokimyasal mekanizmaların yanında biyokimyasal reaksiyonlar da bu konuda rol oynamaktadır.
Antimikrobiyal maddenin kimyasal etkisi, yani gıdanın bileşenleri ve gıda katkıları ile reaksiyona girmesi antimikrobiyal aktivitesinde azalmaya neden olmaktadır. Ayrıca bu kimyasal reaksiyonlar sonucunda gıdada istenmeyen bazı değişimler de oluşabilmektedir. Temel gıda bileşenlerinin dışında gıdanın yapısında doğal olarak oluşan bazı bileşikler de antimikrobiyal etkiye sahip olabildikleri gibi, gıdada kullanılan antimikrobiyal madde üzerinde sinerjistik veya antogonistik etki gösterebilmektedirler
Koruyucu maddeler mikroorganizmalar üzerine, genellikle hücre duvarı veya membranın yapısını bozarak veya hücrenin metabolizma faaliyetlerinde rol oynayan önemli enzimlerin örneğin, protein veya nükleik asit sentezini sağlayan enzimlerin aktivitelerini önleyerek etki etmektedir. Ancak, bu etki mekanizması bakteri, küf ve maya hücrelerinde aynı şekilde değildir. Koruyucu maddelerin etkileri ortamdaki konsantrasyonları ile ilgili olduğundan, yeterli bir etki, ancak uygun konsantrasyonda kullanılmaları halinde elde olunur.
Kimyasal koruyucular mikroorganizmaları birçok mekanizma ile etkilemektedir. Bunlar; proteinlerin denatürasyonu, enzimlerin inhibisyonu, DNA’nın hücre çeperinin ya da sitoplazmik membranın tahrip edilmesi veya değiştirilmesi, hücre duvarı sentezinin baskılanması ya da esansiyel metabolitlere rekabet şeklinde olabilmektedir. Bu mekanizmalar aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilir.
a) Genetik sistemin etkilenmesi
b) Hücre çeperi ve membrana etkisi
c) Enzimlerin inhibisyonu
d) Esansiyel besleyici ögelere bağlanma
Koruyucu maddenin mikroorganizmanın yaşamı için esansiyel olan bileşiklere bağlanması mikroorganizmanın bu bileşeni kullanmasına engel olduğundan onun yaşamsal faaliyetini de önlemektedir.
Koruyucu maddelerin etki spektrumları da birbirinden farklı olur. Bu maddeler genel olarak küf ve mayalar üzerinde bakterilerden daha fazla etkilidir
.Mikroorganizmaların bazı maddelere karşı zamanla, gerek adaptasyon gerekse mutasyon yoluyla direnç kazandıkları bilinmektedir. Bakterilerin antibiyotiklere karşı mutasyona dayalı olarak kazandıkları direncin daha sonraki generasyonlara taşıdığı saptanmıştır. Ancak kükürt mayaları dışında mikroorganizmaların halen kullanılmaları serbest olan koruyucu maddelere karşı belirli bir direnç kazanmadıkları kabul edilmektedir.
Koruyucu maddelerin etki spektrumlarına ait veriler sadece bunların yalnız olarak kullanılması durumunda geçerlidir. Bazı koruyucuların birlikte kullanılmalarıyla hem bunların etki spektrumları ve hem de etki düzeyleri genişleyebilmektedir. Örneğin, sorbik asit ile benzoik asitin beraberce kullanılmasıyla, bazı bakterilerin gelişmeleri bu maddelerin ayrı ayrı kullanılmalarından daha fazla önlenebilmektedir. Koruyucu maddelerin beraberce kullanılmalarında (kombinasyonunda), etkinin azalması (antagonizm), etkinin birleşmesi (adisyon) ve etkinin artması (sinerjizm) gibi üç farklı olgu belirmektedir.
Eğer koruyucu maddeler, beraber kullanılmakla etkileri azalıyor ve bu yüzden daha fazla miktarda kullanılmaları gerekiyorsa buna antagonizm denir. Bunun tam aksine, beraber kullanılmaları halinde etkileri şiddetleniyor ve bu nedenle çok düşük konsantrasyonlarda dahi tam bir etki sağlanabiliyorsa buna sinerjizm denmektedir. Beraber kullanılan maddeler birbirlerini olumlu veya olumsuz etkilemiyorlar ve fakat sadece her birinin etkisi diğerinin etkisi üzerine ekleniyorsa bu duruma adisyon denir. Bu açıklamalara göre sinerjetik etkili maddelerin, kombinasyonlarda öncelikle kullanılabileceği anlaşılmaktadır.
1+1=2 (adisyon etkisi)
1+1=1 (antogonizm)
1+1=5 (Sinerjizim)
Bunun gibi bazı fiziksel yöntemlerle koruyucu maddelerin beraberce uygulanması, bunların mikroorganizmalar üzerine etkilerini artırmaktadır. Örneğin koruyucu madde ilave edilmiş gıdaların pastörizasyonu veya sterilizasyonu daha kolay gerçekleşmektedir. Koruyucu maddelerin ısıl işlemler, dondurma, ışınlama ve kurutma gibi fiziksel muhafaza yöntemleriyle kombine olarak kullanılmasıyla bu yöntemlerin gıdalarda neden oldukları olumsuz bazı etkiler de engellenmiş olmaktadır. Diğer taraftan fiziksel yöntemlerin uygulanmasında gereksinim duyulan enerjiden de tasarruf edilebilmektedir.
Kimyasal ve fiziksel muhafaza yöntemlerinin veya diğer birçok muhafaza yönteminin kombinasyonu şeklindeki uygulamalar “kümülatif etki kavramı” veya “kombine etki kavramı” ile açıklanmaktadır. Böylece gıdanın mikrobiyolojik stabilitesi için önemli olan sıcaklık, su aktivitesi, pH, redoks potansiyeli gibi faktörlerin interaksiyonundan yararlanılarak gıdaların muhafazası gerçekleştirilmektedir.
Uygun Koruyucu Maddelerin Seçimi
Gıdaların kimyasallarla muhafazası amacıyla kullanılacak koruyucu maddelerin seçiminde şu noktaların göz önünde tutulması gerekmektedir
Fizyolojik açıdan olumsuz bir etkisi olmamalıdır.
Etki spektrumu mümkün olduğunca geniş olmalıdır
Gıda maddesindeki koşullarda örneğin, pH, aw değerlerinde etki gösterebilmelidir.
Toksin oluşturan mikroorganizmaların inhibisyonunda etkili olabildiği gibi toksin oluşumunu da engelliyebilmelidir.
Koruyucu maddelere karşı mikroorganizmalar direnç göstermemelidir.
Belli bir gıdada faaliyet göstermesi istenilen mikroorganizmalara etkili olmamalıdır. (Örneğin şarabın fermentasyonunda rol alan mayalar veya peynirlerin olgunlaşmasında etkili olan bakteriler gibi)
Gıdalarda uzun süre stabilitelerini korumalı, en azından o gıda için verilen raf ömrü süresince stabil kalmalıdır. Ancak bu özellik koruyucu maddelerin kombine olarak kullanılması halinde önem taşımayabilir.
Gıdanın bileşenleri ile reaksiyona girmemeli veya bu reaksiyonlar sonucunda antimikrobiyel etkisi kaybolmamalıdır.
Ambalaj materyali ile reaksiyona girmemeli ve adsorbe edilmemelidir.
Gıdanın duyusal özelliklerini olumsuz etkilememelidir.
Saf halde de toksik olmamalı ve kullanımı kolay olmalıdır. Örneğin su içeren gıdalarda suda kolay çözünen koruyucu maddeler tercih edilmelidir.
Mümkün olduğunca ucuz olmalıdır.
Koruyucu Maddelerin Kullanımını Etkileyen Faktörler
Koruyucu maddelerin antimikrobiyel etkileri bazı substrat faktörleri ve/veya gıdaların bileşenlerinin etkileşimi ile farklılık gösterebilmektedir. Bu nedenle birçok koruyucu maddenin farklı gıdalardaki antimikrobiyel etkisi deneysel olarak besiyerlerinde saptanan etkilerinden farklı olabilmektedir.
pH-değerinin etkisi
Sulu sistemlerde dissosiye olabilen koruyucu maddelerin antimikrobiyal etkileri, ya çözeltideki serbest hidronyum iyonları veya dissosiye olmayan asit formu ile gerçekleşmektedir. Örneğin asetik asit serbest hidronyum iyonlarıyla antimikrobiyel etki gösterebilmektedir. Asetik asit, bulunduğu gıdada ortamın pH değerini düşürerek mikroorganizmalar ve özellikle bakteriler üzerinde etkili olabilmektedir.
Su aktivitesinin etkisi
Genel olarak gıdanın su aktivitesinin azalmasına paralel olarak koruyucu maddelerin etkileri artar. Diğer taraftan mikroorganizmaların toksin oluşturmaları da ortamın su aktivitesi ile yakından ilişkilidir, ancak su aktivitesi bu konuda etkili tek faktör değildir.
.2. Dağılım katsayısının etkisi 1. sıvıdaki konsantrasyon Dağılım Katsayısı = _________________________ = Sabit (Sabit sıcaklıkta) 2. sıvıdaki konsantrasyon
Dağılım katsayısı, bir maddenin yağ ve su fazlarında çözünme oranları olarak tanımlanmaktadır. Bu özellik pratikte yağ içeren gıdalarda örneğin emülsiyonlarda önem taşımaktadır. Böyle sistemlerde, mikroorganizmalar sulu fazda üreyebilmektedirler. Bu nedenle yağ fazında bulunan koruyucumadde miktarı yararlanılmayan kısım olarak görülmekte ve dağılım katsayısı küçük olan kimyasallar amaca uygun olarak nitelendirilmektedir. Koruyucu maddelerin dağılım katsayıları farklı yağ çeşitlerine göre de farklılık gösterir. Ortamın pH değerinin yükselmesi dağılım katsayısını azaltıcı bir etki yapar. Çünkü koruyucu maddelerin ancak dissosiye olmamış kısımları yağ fazında çözünmektedir .
Gıda bileşenlerinin etkisi
Gıda bileşenlerinin gıdaların muhafazasında değişik etkileri ve etkileşimleri söz konusudur. Örneğin alkol koruyucu olarak doğrudan etkili olduğu halde yemek tuzu ve şeker ortamın su aktivitesini düşürerek koruyucu maddelerin etkilerini artırmakta veya düşük su aktivitesi nedeniyle mikroorganizmaların üremelerini engellemektedirler. Ayrıca yemek tuzunun enzimler üzerinde olumsuz etkisi de bulunduğundan koruyucu maddeler etkilerini artırabilmektedir.
Bileşik oluşturarak etkili olan koruyucu maddeler, gıdanın bazı bileşenleriyle reaksiyona girebilirler. Bu durumda kendilerinden beklenen etkileri azalabilir. Örneğin kükürtdioksit ortamda bulunan aldehitlerle birleşebilir ve etkisi azalabilir
Fizikokimyasal faktörlerin etkisi
Ortamın redoks potansiyeli, oksijen kısmi basıncı gibi bazı fizikokimyasal substrat faktörleri de mikroorganizmaların üreme ve gelişmelerini etkiliyebilmektedir. Örneğin sülfüroz asit ortamın redoks potansiyelini düşürmek suretiyle de antimikrobiyel etki göstermektedir. Yine aynı şekilde karbondioksit ve azot gazı gibi gazlar ortamın oksijen kısmı basınçlarını etkiledikleri için gıdaların muhafazasında geniş ölçüde yararlanılmaktadır.
08. Antimikrobiyel Maddeler
|
|