GIDA MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ GIDALARDA BOZULMA

GIDALARDA BOZULMA Tüm gıdalar depolama süreci içerisinde çeşitli düzeylerde bozulmalara uğrarlar Bozulma olayı neticesinde duyusal kayıplar besinsel kayıplar gıda güvenliği soruları ortaya çıkabilir

GIDALARDA BOZULMA TİPLERİ Mikrobiyolojik olmayan bozulmalar 1.1. Enzimatik bozulmalar 1.2. Enzimatik olmayan bozulmalar Mikrobiyolojik bozulmalar Diğerleri (Böcek, parazit ve diğer kemirgenler)

1.MİKROBİYOLOJİK OLMAYAN BOZULMALAR 1.1. Enzimatik Bozulmalar (ESMERLEŞMELER): Enzimatik esmerleşme, pembe mavimsi-siyaha kadar olan farklı tondaki renk değişmelerine denmektedir. Bu duruma meyve öz suyundaki bazı maddelerin (fenolik bileşenler) hava oksijeninin etkisiyle oksidasyonunun bir sonucudur. Bu oksidasyon bazı enzimler tarafından katalize edilmektedir. Bu esmerleşme reaksiyonlarında enzimler (Polifenol Oksidaz, PPO) rol oynadığına göre, enzim aktivitesine etki eden her faktör enzimatik esmerleşme üzerine de belli bir etki göstermektedir.

1.MİKROBİYOLOJİK OLMAYAN BOZULMALAR Enzimatik esmerleşme, meyvelerde (kayısılar, armutlar, muzlar, üzümler), sebzelerde (patatesler, mantarlar, kıvırcık salata) ve ayrıca deniz ürünlerinde (karidesler, dikenli ıstakozlar ve yengeçler) görülebilir. Enzimatik esmerleşme, özellikle hasat sonrası taze meyvelerin depolanmasında, meyve sularında ve bazı kabuklu deniz hayvanlarında kaliteye zarar verir. Diğer bir yandan enzimatik esmerleşme, çayın, kahvenin ve çikolatanın kokusu ve tadı için zorunludur.

Enzimatik Bozulmalara Etki Eden Faktörler Sıcaklığın Etkisi: Bütün enzimler sıcağa karşı çok duyarlıdır. Enzimler genellikle (70-80°C) 75°C’nin üzerinde sıcaklıklarda kısa sürede inaktif hale gelirler. Enzimlerin inaktif olduğu sıcaklık derecesi her enzim için farklıdır. Inaktivasyon sıcaklığı üzerine gıdanın pH derecesi de oldukça etkilidir. Asidik ortamdaki enzimlerin inaktivasyon dereceleri düşük asit ortamındaki enzimlerinkinden daha yüksektir.

Enzimatik Bozulmalara Etki Eden Faktörler pH Değerinin Etkisi: Meyve ve sebzelerin işlenmeleri sırasında ortaya çıkan enzimatik esmerleşmeler ortamın pH dereleri ile de yakından ilgilidir. Enzimler genellikle pH 5-7 arasında optimum faaliyet göstermelerine rağmen pH derecesi 4,5’in altında fazlaca etkili olamazlar. pH değerini düşürebilmek için için meyve ve sebzelerin işlenmeleri sırasında enzimatik esmerleşmenin önlenebilmesi için bazen haşlama veya yıkama suyuna % 0,1 düzeyinde sitrik asit katılmalıdır.

1.2. Enzimatik Olmayan Bozulmalar Enzimatik olmayan renk bozulmaları, ısı, ışık, metaller ve oksijen gibi faktörlerin etkisiyle oluşmaktadır. Bu bozulmalar reçel ve marmelat gibi işleme sırasında ısının etkisiyle ortaya çıkar. Dondurulmuş ürünlerde bile depolama sırasında bu gibi bozulmalar görülebilir. Başlıca iki tip enzimatik olmayan esmerleşme (non- enzymatic browning) reaksiyonu tanımlanmaktadır. Maillard reaksiyonu Karamelizasyon

1.2. Enzimatik Olmayan Bozulmalar Enzimatik olmayan renk bozulmalarının (renk esmerleşmesinin) en önemlisi ısı etkisiyle olan Maillard reaksiyonudur ve en yaygın açıklamaya göre bu reaksiyon; indirgen sekerlerin karbonil grubu ile amino asitlerin amino grubu arasında gerçekleşen tepkimelerin bütününü ifade eder.

2. MİKROBİYOLOJİK BOZULMALAR (Bakteri, küf ve mayalara bağlı olan) Mikrobiyal bozulma, gıdada mikroorganizmaların çoğalması ve bu mikroorganizmalar tarafından salgılanan enzimlerin faaliyeti sonucunda meydana gelir. Bu enzimlerin aktivitesi ile gıdanın duyusal özelliklerinde hoşa gitmeyen değişimler oluşur. Gıdada mikrobiyal bozulma olabilmesi için öncelikle gıdanın bozulma etmeni mikroorganizmalarla bulaşması gerekir. Bozulma etmeni mikroorganizmalar ya gıdanın mikroflorasında doğal olarak bulunurlar ya da işleme, hazırlama, paketleme, depolama vs. sırasında bulaşırlar.

Mikroorganizmalar Mikroorganizmalar; çoğunlukla tek hücreli ve basit yapılı canlılar olup, ancak mikroskop yardımı ile görülebilirler. Gıdalarda oluşan bozulmaların kökeni genellikle mikrobiyolojiktir. Birçok gıda; mikroorganizma gelişimi için çok elverişli ortamlardır. Etin değişik bakteriler yardımı ile kokuşması, ekmeğin küflenmesi, meyve sularının fermente olması, sütün ekşimesi v.s. hep mikroorganizmaların neden olduğu bozulmalardır.

BAŞLICA MİKROORGANİZMALAR Bakteriler: Her türlü meyve ve sebzeyi bozabilirler. Bakteri çeşidine bağlı olarak bozulan ürün ekşimiş, kokmuş ve rengi değişmiş olabilir. Bakteriler tarafından bozulmuş ürünlerin bazıları sağlık için de zararlıdır. Küfler: Küfler meyve ve sebzeler üzerinde çoğalarak, onların değişik şekillerde bozulmalarına neden olurlar. Bazı küfler ‘’MİKOTOKSİN’’ denen maddeleri salgılarlar. Bu maddeler kanserojenik olduklarından, küflenmiş bazı gıdaların tüketilmesi sağlık açısından oldukça sakıncalıdır. Mayalar: Mayalar özellikle asitli ve şekerli ortamı tercih ederler. Bu nedenle meyve ve ürünleri çoğunlukla mayalar tarafından bozulurlar. Mayaların bozduğu meyveler, sağlığa zararlı olmasa bile, lezzeti bozulduğundan tüketilemezler.

Bakteriler Bakteriler bölünerek çoğalırlar. Hücreleri yuvarlak, çubukçuk, virgül veya spiral şeklinde olabilir. Bazı bakteri türlerinde hücreler birbiri ile birleşerek zincirler oluşturur. Bakteriler hücre bölünmesi yoluyla çoğalırlar 1 bakteri ---- 2 bakteri ---- 4 bakteri ...... eksponensiyel olarak üreme devam eder Bazı bakterilerin generasyon süresi 20 dakikaya inebildiği gibi uygun olmayan koşullarda bu süre 10 saate kadar çıkabilmektedir. Bakterilerde üreme 2’ye bölünerek olmaktadır. Bakterilerin üreme devreleri aşağıda verilmiştir.

Bakteriyel gelişim evreleri Latent Devre (Lag phase): Mikroorganizmaların sayılarının değişmediği devredir. Logaritmik Devre (exponential phase): Latent devreden sonra bakterilerin bölünerek sayılarının artmasıyla başlar. Durma Devresi  (Stationary phase) : Logaritmik devrenin sonlarında bakterilerin üremesini engelleyen faktörlerin varlığı durma devresinin başlamasına neden olur. Ölme Devresi (Death phase) : Canlı bakterilerin sayısının azaldığı aşamadır. Mevcut bakterilerin tümünün ölmesi için uzun süreye gerek vardır.

Bakteriler Tek hücreli organizmalardır 1-2 μm boyundadırlar Şekilleri: kok “cocci” çubuk “bacilli” spiral “spirella” ve virgül “vibrios” şeklinde olabilir

Küfler Küfler; bakterilerden daha büyük hücreli olan mikroorganizmalardır. Küfler; doğada çok yaygın olan, hemen her türlü gıda maddesi üzerinde üreyebilen mikroorganizmalardır. Fakat optimum gelişme ortamları 25 - 35 °C sıcaklıktaki, rutubetli ve hava akımının bulunmadığı yerlerdir. Bazı küfler, bazı hallerde gıdalara özel bir çeşni verdiklerinden gıdalar üzerinde üretilirse de (kaşar peynirinde olduğu gibi) genellikle küflü gıdaların tüketilmeleri doğru değildir. Çünkü küfler gıda üzerinde ürediği takdirde hoşa gitmeyen tat ve koku yanında bazıları da “Mikotoksin“ denen zehirli maddeler üretirler. Örneğin Aspergillus flavus’ un meydana getirdiği “ Aflatoksin “ bunlardan sadece bir tanesidir.

Mayalar Mayalar bakterilerden biraz daha büyüktür (20 μm). Pek çoğu küre yada elipsoidal şekildedir Maya, tomurcuklanma yolu ile çoğalabilen ve şekerli çözeltileri alkol ve CO2 e dönüştürebilen, ayrıca kimi zamanlarda misel de oluşturabilen tek hücreli mikroorganizmalardır. Mayalar, şekerli ve asit gıdaları tercih ederler. Fakat ortamda fazla miktarda alkol birikmesi meydana gelirse maya faaliyeti durur. Mayaların çalışabilmeleri için şekere gereksinimleri olmasına karşın “Osmofil” mayalar hariç diğerleri yüksek şeker konsantrasyonlarında çalışamazlar.

Gıdalarda Bozulma Etmeni Mikroorganizmaların Üremesi Üzerine Etkili Faktörler Yapısal Faktörler: pH Su aktivitesi (aw) Oksijen varlığı/yokluğu Antimikrobiyal maddeler Gıdanın bileşimi Dış Faktörler: Bağıl nem Depolama sıcaklığı Depolama koşulları (atmosfer bileşimi, ışık ve süre)

Yapısal Faktörler: 1.pH Mikroorganizmaların gelişimini ve aktivitesini belirleyen önemli faktörlerden biri pH' dır. Bazı mikroorganizmalar pH=4,0' ün altında gelişmekle birlikte büyük bir kısmı en iyi pH=7,0 (6,6-7,5) civarında gelişmektedir. Patojen bakteriler başta olmak üzere bakteriler, pH bakımından küf ve mayalara göre daha seçicidirler. Mikroorganizmaların minimum ve maksimum pH değerleri ile ilgili olarak belirtilen rakamlar aşağıdaki Tablo’da verilmiştir. Bu değerler diğer gelişme parametrelerine bağlı olarak değişebildiğinden kesin sınırlar şeklinde algılanmamalıdır. Bazı mikroorganizmaların gelişebildikleri pH değerleri

Yapısal Faktörler 2.Su aktivitesi P: Gıdadaki suyun buhar basıncı Su aktivitesi (As =aw =Sa ) = (P/P0) = (bağıl nem/100) Bu formülde ; P: Gıdadaki suyun buhar basıncı P0 : Aynı sıcaklıktaki saf suyun buhar basıncı Bağıl nem: Gıdaların atmosferden aldığı veya verdiği suyun nispi nem dengesi Gıda maddesindeki suyun buhar basıncının (P) değişmesine neden olan her faktör su aktivitesinin de değişmesine neden olmaktadır. Örneğin kuru maddenin artışı su aktivitesinin azalmasına neden olmaktadır.

Su aktivitesi Bazı mikroorganizmalar için spesifik su aktivitesi değerleri aşağıdaki tabloda verilmiştir. Genelde bakteriler küflerden, gram negatifler de gram pozitiflerden daha yüksek su aktivitesine gereksinim duyarlar. Tablodan da anlaşılacağı gibi pek çok bozulma yapan bakteri 0,91' in altındaki su aktivitesinde gelişemezken bozulma yapan küfler 0,80 su aktivitesinde gelişebilmektedir. Gıda zehirlenmesine neden olan bakterilerden Staphylococcus aureus 'un gelişmesi için gereken minimum su aktivitesi düzeyi 0,86 iken Clostridium botulinum 0,94' ün altında gelişemez.

Yapısal Faktörler 3.Oksijen Varlığı Gelişmeleri için oksijene ihtiyaç duyan mikroorganizmalara aerobik mikroorganizmalar denir Bazı mikroorganizmalar ortamda oksijen olmadığı durumlarda gelişir ... Anaerobik Hem oksijen varlığında hemde yokluğunda gelişebilen mikroorganizmalar ise fakültatif anaerobik’dir (oksijen varlığında daha iyi yaşarlar)

4. Antimikrobiyal (doğal) maddeler Yapısal Faktörler 4. Antimikrobiyal (doğal) maddeler Bazı proteinler (Laktoferrin, İmmunoglobulinler vb) Laktik asit bakterileri Bazı enzimler (Laktoperoksidaz ve lizozim) Flavonoidler, fenolik yapılar Organik asitler (Asetik, Benzoik, Sorbik ve Propiyonik asit ve tuzları)

Yapısal Faktörler 4. Gıdanın bileşimi Gıda bileşenlerinin mikroorganizmalar tarafından parçalanması veya başka bileşiklere dönüştürülmesi ile gıda kalitesinde farklı şekillerde olumsuz değişiklikler meydana gelir. Selüloz, pektin veya kollajen gibi yapısal bileşenler mikroorganizmalar tarafından daha küçük moleküllü bileşenlere parçalanır. Bunun sonucunda, örneğin meyve ve sebzelerde yumuşama meydana gelir.

Yapısal Faktörler 4. Gıdanın bileşimi

Dış Faktörler 1. Bağıl nem Genel olarak gıdalar, farklı nem içeriğine sahip ortamlarda saklandığında kendi su aktivitelerine bağlı olarak nem çekerler veya su kaybederler. Su aktivitesi (aw) çevrenin neminden düşükse ürün nem çeker, tersi söz konusu olduğunda ise su kaybeder. Belli bir sıcaklıkta %80 bağıl nem içeren atmosferde tutulan gıda maddesinin nemi %20' ye ulaşarak dengeye erişir. Gıdanın nemi %20' den düşük ise (kurutulmuşsa) nem çekerek %20'ye ulaşır, nemi %20'den yüksek ise kendini çevreleyen havaya nem vererek nemi %20'ye düşer. Buna göre, gıdanın %80 bağıl nemli ortamda daima %20 su içerdiği denge neminin %20 olduğu anlaşılmaktadır. Bir gıda maddesi %80 bağıl nemli atmosferde %20 su içerdiğinde dengede kalıyorsa aw = 0,80' dir, yani havanın denge neminin 100'e oranıdır. Gıdanın %15 su içermesi durumunda aw= 0,64 olmaktadır. Saf suyun su aktivitesi 1,0 olduğuna göre gıda maddelerindeki su miktarı arttıkça su aktivite değeri yükselerek 1,0'e yaklaşır.

Dış Faktörler 2. Depolama Sıcaklığı Psikrotrof Mezofilik Termofilik Bakteriler, mayalar ve küfler daha çok ılık ve nemli ortamları severler Buzdolabı sıcaklığında gelişebilenler ..... Psikrotrof Optimum gelişme sıcaklığı 30-40oC olan m.o.lar ....Mezofilik Yüksek sıcaklıklarda (45-65oC) gelişebilenler..... Termofilik

Dış Faktörler 3. Depolama koşulları: Atmosfer bileşimi Oksijen, gıdalarda bulunan çeşitli bileşenleri oksitleyerek (oksidasyon) bozulmalara sebep olur. A ve C vitaminleri, çeşitli renk ve aroma maddeleri oksijene karşı duyarlıdır. Ayrıca oksijen mikroorganizma faaliyeti üzerinde etkili olan önemli bir parametredir. Özellikle küfler aerobik olmaları nedeniyle oksijenli ortamlarda çok hızlı gelişirler.

Dış Faktörler 3. Depolama koşulları: Atmosfer bileşimi Gıdalardan oksijenden kaynaklanan bozulmaların önlenmesinde ya ortamdaki oksijen vakum vb. yöntemlerle uzaklaştırılır (deaerasyon) veya ortama azot, karbondioksit gibi inert gazlar ilave edilir (modifiye atmosfer paketleme)

Dış Faktörler 3. Depolama koşulları: Işık Gıdalarda bulunan bazı pigmentler ve vitaminler ışığa duyarlıdır. Örneğin riboflavin, A ve C vitaminleri ışığa maruz kaldıklarında bozunurlar. Güneş ışığına maruz kalan sütte bulunan bileşenler etkilenir ve tadı bozulur. Işığa karşı duyarlı gıdalar ışık geçirmeyen ambalajlar ile korunmalıdır.

Dış Faktörler 3. Depolama koşulları: Depolama Süresi Bitkisel ürünlerin hasattan ve hayvansal ürünlerin kesimden sonra kaliteleri belirli bir zaman için en yüksektir daha sonra ürün uygun işlemden geçirilip ambalajlanmazsa kalite düşmeye başlar. Bazı ürünlerin (örneğin şarap, peynir vb. fermente gıdalar) ise olgunlaşmaları için belirli süreye ihtiyaç duyarlar. Mikroorganizma faaliyetleri, böcek zararları, enzimatik ve enzimatik olmayan değişimler, nem, ışık ve oksijenin etkisi zamanla artar, bunların sonucu gıda bozulmaya başlar. Süre kalite

3. Diğer bozulma çeşitleri (Böcekler, parazitler ve diğer kemirgenler-Makroorganizmalar): Gıdalarda böcekler, parazitler gibi makroorganizmalar ile farelerin yapmış oldukları zararlar da oldukça önemlidir. Böcekler, özellikle depolanmış hububat ile meyve ve sebzelerde bozulmalara neden olmaktadırlar. Böceklerin yapmış oldukları zararlar sadece kendi yemeleri sonucu değil, aynı zamanda mikroorganizmaların bulaşıp çoğalmalarına da yardımcı olmaları sonucudur. Trişin, anisakis, Entomoeba histolytica gibi parazitler özellikle çeşitli et ve balıkların çiğ olarak tüketilmeleri durumunda sorun yaratırlar. Donmuş depolama ile parazitler kontrol altına alınabilir Kontamine olmuş su ve zayıf hijyen koşulları da parazitlerin yayılmasında etkilidir. Kemirgenler gıdayı yiyerek zarar vermeleri yanında dışkıları yoluyla kontaminasyona da yol açarlar. Salmonellosis, veba ve tifo gibi bazı hastalıklar farelerden bulaşabilir.