Çiğ sütün laktoperoksidaz sisteminin aktivasyonu ile muhafazası

Hammadde kalitesinin korunmasındaki en uygun yöntem, sağımdan hemen sonra sütün soğutulması ve işletmelere ulaşıncaya kadar soğuk zincirin korunmasıdır. Bizim gibi gelişmekte olan ülkelerde soğutma sistemlerinin her yerde kurulması, ekonomik ve teknik nedenlerden ötürü pek mümkün olmamaktadır.

Yrd.Doç.Dr. Seval Sevgi KIRDAR (Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Burdur Meslek Yüksek Okulu, Gıda İşleme Bölümü Süt ve Ürünleri Teknolojisi Programı Burdur)

GİRİŞ

Hammadde kalitesinin korunmasındaki en uygun yöntem, sağımdan hemen sonra sütün soğutulması ve işletmelere ulaşıncaya kadar soğuk zincirin korunmasıdır. Bizim gibi gelişmekte olan ülkelerde soğutma sistemlerinin her yerde kurulması, ekonomik ve teknik nedenlerden ötürü pek mümkün olmamaktadır. Bunun sonucunda da istenmeyen bir uygulama olmasına karşın mikroorganizma, dolayısıyla asitlik gelişiminin önlenmesinde ya da mevcut asitliğinin kısmen giderilmesinde süte birtakım kimyasal madde ilavesi oldukça yaygın biçimde uygulanmaktadır. Bu amaçla en fazla kullanılan kimyasal maddeler, karbonat, çamaşır sodası, antibiyotikler, benzoik asit ve tuzları, sorbik asit ve tuzları, nitrat, nitrit, formaldehit ve hidrojen peroksittir (Kırdar 2003).

Ülkemizde teknolojik açıdan temel sorun, hammadde kalitesinin yetersizliğine bağlı olarak üretilen ürünlerin kalite özelliklerinin tamamen tesadüfi olmasıdır. LP sistemi aktivasyonu ile hammadde kalitesi korunurken ürünlerde standartlaşma sağlanabilmektedir. Çiğ sütün korunmasında LP sisteminin, ülkemizde yaygın olarak kullanılan diğer kimyasallardan (CaCO3, H2O2, NaOH, formaldehit vb.) farkı, süt bileşenlerine fazla zarar vermemesidir.

Sütün sağımdan sonra hızlı bir şekilde soğutulması ve işletmeye ulaşıncaya kadar soğuk zincirin devamının sağlanması kalitesinin korunmasında en iyi yöntemdir. Sağımdan sonra sütün sıcaklığı 33-35°C civarındadır. Bu sıcaklıktaki süt mezofil bakterilerin çoğalması için ideal bir ortamdır. Sütün günlük olarak toplanması durumunda 15°C’ın altına soğutma yeterli iken iki ya da üç günde bir toplanması durumunda 4°C’a kadar sıcaklığın düşürülmesi gerekmektedir (Uraz 1986).

Gelişmekte olan ülkelerde soğutma ekonomik ve teknik nedenlerle tam olarak gerçekleştirilememektedir. Bunun neticesinde, asitlik gelişimini engellemek ya da mevcut asitliği giderebilmek amacıyla süte kimyasal madde ilavesi kullanımı oldukça yaygındır. Özellikle sıcak yaz aylarında en sık kullanılan kimyasal maddeler karbonat, çamaşır sodası, antibiyotik, benzoik asit ve tuzları, sorbik asit ve tuzları, nitrat, nitrit, formaldehit ve hidrojen peroksittir (Atamer vd 1997).

Sütün doğal niteliğini koruyabilmenin başlıca yolu, bakteri faaliyetini engellemektedir. Bunun için sağımdan hemen sonra sütün soğutulması ve böylece bakteri üremesinin yoğun olduğu sıcaklıktan uzaklaştırılması gerekir. Birleşmiş Milletler Gıda ve Tarım Teşkilatı (FAO) soğutma imkanının bulunmadığı bölgelerde kimyasal koruyucu olarak süte yalnızca hidrojen peroksit katılmasına (300–800 ppm) izin vermiştir. Bununla birlikte kalıntı hidrojen peroksitin katalaz enzimi ile parçalanmasının gerekli olduğunu da belirtmiştir (Anonymous 1987).

Son dönemlerde, çiğ sütlerin korunmasında doğal antibakteriyel sistemin aktivasyonu giderek benimsenmektedir. Anılan sistem laktoperoksidaz/tiyosiyanat/ hidrojen peroksit (LP) sistemi olarak tanımlanmaktadır. LP sistemi, öncelikle çiğ sütteki psikrotrof bakteri gelişiminin kontrol altına alınması amacıyla denenmiştir (Björck 1978). Daha sonra tropik ve subtropik iklim koşullarına sahip bölgelerde de koruyucu amaçla kullanılabileceği açıklanmıştır (Björck et al. 1979). Bu sistemin özellikle çiğ sütlerin toplanması ve işleme merkezlerine ulaştırılması sırasında yeterli soğutma olanağı bulunmayan gelişmekte olan ülkelerde kullanılması önerilmektedir (Björck 1993).

Sistemin bileşenleri

LP sisteminin aktivitesi üç bileşenin ortamda bulunmasına bağlıdır. Bu bileşenler, laktoperoksidaz, tiyosiyanat (SCN^–) ve hidrojen peroksit (H₂O₂) tir (Wit and Hooydonk 1996).

Sütteki LP sisteminin aktivasyonu için süte eşdeğer miktarda tiyosiyanat (SCN^–) ve hidrojen peroksit (H₂O₂) katılmaktadır. LP sisteminin antibakteriyel aktivitesi laktoperoksidazın katalizörlüğünde tiyosiyanatın oksidasyonu sonucu oluşan kısa ömürlü oksidasyon ürünlerinden (HOSCN, OSCN^–) kaynaklanmaktadır (Lumikardi et al. 1993).

Laktoperoksidaz

Laktoperoksidaz, süt dışında insan tükrüğü ve salgı bezlerinde bulunmaktadır (Wolfson and Sumner 1993). İnek sütünde ortalama olarak 30 mg/ml düzeyindedir (Anonymous 1988). Bu miktar LP sisteminin aktivasyonu için ihtiyaç duyulan miktardan (0.5- 1.0 mg/ml) çok fazladır (Sarkar and Misra 1994). Hayvanın cinsi, laktasyon dönemi, beslenme ve mevsimsel değişmeler sütte bulunan laktoperoksidaz enziminin miktarını etkileyen faktörlerdir (Sarkar and Misra 1994,  Wit and Hooydonk 1996).

Tiyosiyanat

Sistemin ikinci bileşeni olan tiyosiyanat anyonu hayvansal doku ve salgılarda bulunmaktadır. Örneğin insan tükrüğü 50-300 ppm  ve mide özsuyu 40-50 ppm  SCN^– içermektedir(Björck et al. 1979). Sütün tiyosiyanat içeriği hayvanın türü, ırkı ve laktasyon dönemine (Zapico et al. 1991) ve beslenmeye (Reiter and Harnulv 1984) bağlıdır. İnek sütünde tiyosiyanat konsantrasyonu 1-15 ppm olarak tespit edilmiştir (Wolfson and Sumner 1993, Sarkar and Misra 1994, Wit and Hooydonk 1996). Buna karşın farklı değerlerde verilmektedir. Tiyosiyanat miktarının düşük olması nedeniyle sistemin aktivasyonu için süte tiyosiyanat ilavesi zorunludur. LP sisteminin etkinliğini tiyosiyanat konsantrasyonu, ortam pH’sı, sıcaklık, inkübasyon süresi, mikroorganizma yükü ve türü, indirgen bileşikler ve benzeri faktörler etkilemektedir (Wolfson and Sumner 1993).

Hidrojen Peroksit

Üçüncü bileşen hidrojen peroksittir. Sütte endojen olarak H₂O₂ oluşturulabilir. Süt ve ürünlerinde H₂O₂ oluşumunda kontaminant mikroorganizmalar ve starter kültürler rol oynamaktadır. Laktobasil ve Streptokoklar gibi katalaz (-) organizmalar aerobik koşullarda hidrojen peroksit üretebilmektedirler (Wit and Hooydonk 1996). Laktobasillerin varlığında H₂O₂ konsantrasyonu 3-55 ppm arasında değişmektedir (Reiter and Harnulv 1984).

Antibakteriyel etki mekanizması

Anılan sistemin sütteki antibakteriyel etkisi H₂O₂ varlığında laktoperoksidaz enziminin katalize ettiği reaksiyonla SCN^– iyonlarının oksidasyonuna dayanmaktadır (Wolfson and Sumner 1993). Bu oksidasyon reaksiyonu sırasında oluşan kısa ömürlü ara bileşenler bakteriler üzerinde türe bağlı olarak ya bakterisit ya da bakteriyostatik etkiye sahiptir (Pruitt et al. 1982). Tiyosiyanatın oksidasyonu sırasında oluşan başlıca aktif ara ürünün hipotiyosiyanat (OSCN^–) olduğu kabul edilmektedir (Aune and Thomas 1978).

Laktoperoksidaz ile tiyosiyanatın oksidasyonu iki şekilde olur. Bunlardan birincisinde SCN^–’nin oksidasyonu sonucu tiyosiyonojen ((SCN)₂) oluşmakta, bu da hızla parçalanarak hipotiyosiyanöz asit (HOSCN) oluşturmaktadır. HOSCN ise normal süt pH’sında (6.6-6.8) OSCN^– iyonlarına parçalanmaktadır (Wolfson and Sumner 1993, Basaga and Dik 1994).İkinci yolda ise SCN^– direkt OSCN^– okside olmaktadır. Hidrojen peroksitin tiyosiyanat iyonunun ekimolar konsantrasyonundan daha yüksek seviyede bulunması halinde ise siyonosülfüroz asit (HO₂SCN) ve siyonosülfirik asit (HO₃SCN) gibi çok kısa ömürlü oksidasyon ürünleri de meydana gelmektedir (Reiter and Harnulv 1984).

Tiyosiyanatın oksidasyon ürünleri olan tiyosiyonojen ve hipotiyosiyanat bakteri metabolizmasında hayati öneme sahip olan enzimlerdeki serbest sülfidril (-SH)  gruplarını okside edebilme yeteneğindedir. Bu oksidasyon reaksiyonu LP sisteminin antibakteriyel etkisinde anahtar rolü oynamaktadır ( Dionysious et al. 1992).

LP sistemi bakteriler üzerinde hem bakterisit (öldürücü) hem de bakteriyostatik (mikrobiyel faaliyeti ve çoğalmayı engelleyici) olmak üzere 2 etkiye sahiptir. Gram (-) bakteriler hem bakterisit hem bakteriyostatik (Björck et al. 1975), Gram (+) bakteriler ise bakteriyostatik bir etkiye maruz kalmaktadır (Anonymous 1987).

Çizelge 2.’de görüleceği gibi laktoperoksidaz sistemi geniş bir mikroorganizma grubunu etkilemektedir (Kırdar 2002). Bazı istisnalar dışında Streptococlar ve Lactobaciller gibi  Gram (+) bakterilere karşı etki bakteriyostatik iken, Pseudomonas, E.coli ve Salmonella’nın enteropatojenik türleri gibi ürünlerde bozulmaya sebep olan Gram (-)’lere karşı bakterisittir (Wolfson and Sumner 1993).

Çizelge 2. LP sisteminin antibakteriyel etki gösterdiği mikroorganizmalar ve etki şekli

Sistemin Gram (+) ve Gram (-) bakterilere karşı etkisinin bu farklılığı, bakteri hücre duvarı/membranının yapı ve bileşimindeki farklılıktan kaynaklanmaktadır. Yani, Gram (+)  bakterilerdeki hücre duvarı,  Gram (-) bakterilerdeki hücre membranına göre LP sisteminin ürünlerinin etkisine karşı daha dayanıklıdır (Anonymous 1987).

Laktoperoksidaz sisteminin aktivasyonu ile çiğ sütün muhafazası

LP sistemi aktivasyonu, soğukta uzun süre bekletilen çiğ sütte gelişen ve ürünlerde bozulmaya neden olan psikrofilik bakterilerin gelişimini kontrol altında tutmak amacıyla da kullanılmaktadır. Bu bekletme sürecinde (5°C 5 gün, 37°C 7-8 gün) sütte psikrofilik bakteri gelişimi önlenirken, bakteriyel florada önemli ölçüde azalma olduğu, sütün özelliklerinde herhangi bir değişimin olmadığı belirtilmektedir (Björck 1978).

Araştırmacılar, düşük sıcaklık derecelerinde depolama ve yüksek konsantrasyonda SCN:H₂O₂ ilavesi ile bakteriyel gelişmenin daha uzun süreli önlenebildiğini öne sürmüşler ve özellikle gelişmekte olan ülkeler için önemli olan bu husus üzerinde çalışmalarını artırmışlardır. Konu ile ilgili yapılan çalışmalarda, sütün çeşidi, başlangıç kalitesi, SCN^– içeriği, bekletme sıcaklığı ve süresi gibi farklı SCN:H₂O₂ seviyeleri önerilmektedir (Çizelge 3) (Kırdar 2002) .

LP sisteminin aktivasyonu ile sütteki toplam, koliform ve psikrotrof bakterilerin faaliyeti bir süre engellenmekle birlikte, sistemin bu etkisi sütün ilk mikroorganizma içeriğine, muhafaza sıcaklığına ve ortamdaki SCN^– konsantrasyonuna bağlı olarak değişim göstermektedir (Kırdar 2002).

Sistemin antibakteriyel etkisi ilave edilen SCN:H₂O₂ miktarı arttıkça artmakta, ortam sıcaklığı yükseldikçe laktoperoksidaz sisteminin etki süresi de kısalmaktadır LP sisteminin aktivitesi üzerine sütün başlangıç mikroorganizma içeriği de etkilidir (Björck vd., 1979). Süte uygulanan normal pastörizasyon, LP sisteminin etkisini ortadan kaldırmaktadır (Björck et al. 1979). Bakterilerle reaksiyona girmeyen OSCN^– kendiliğinden SCN^–’ye indirgenmekte olup, ısıya karşı dayanıklı değildir. Ortam sıcaklığına bağlı olmaksızın yeterli SCN^– konsantrasyonu ve laktoperoksidaz enziminin bulunması durumunda, sistemin aktivasyonu için süte katılan H₂O₂’nin tamamı, oksidasyon reaksiyonu sırasında parçalanmaktadır (Anonymous 1988).

SONUÇ

Sistemin sütteki etkisi doğrudan bakterilere yönelik olmaktadır. Bu durum diğer kimyasal koruyucuların kullanımına göre avantajlı sayılmaktadır. Çünkü bu sütlerden üretilen ürünlerde kalıntı SCN^–  miktarı, insan vücut salgılarındaki SCN^– miktarından düşük olması nedeniyle, sağlık açısından tehlike yaratmamaktadır. Kalıntı SCN^– içeriğini belirleme yoluyla aşırı kullanımının kontrol edilmesi, uygulamanın kolay ve ekonomik olması da LP sistemiaktivasyonunun diğer avantajlı ynlerini oluşturmaktadır. LP sistemiyle aktive edilmiş sütlerden üretilen ürünlerde bulunan kalıntı SCN^– miktarı, insan vücut salgılarındaki SCN^– miktarından düşük olması nedeniyle, sağlık açısından herhangi bir olumsuz etki yaratmamaktadır. LP sistemi aktivasyonu ile hammadde kalitesi korunurken ürünlerde standartlaşma sağlanabilmektedir.

Çizelge 3. Çiğ  sütün   LP  sistemi  aktivasyonu  ile  korunması  amacıyla  farklı çalışmalarda önerilen SCN:H₂O₂ seviyeleri

*süt türü belirtilmemiştir.

KAYNAKLAR

Anonymous, 1987. Preservation of milk by chemical means. IDF Bulletin  No: 221, 57- 61s.

Anonymous, 1988. A code of practise for  preservation of raw milk by the lactoperoxidase system. IDF Bulletin No: 234, 15s.

Atamer, M., Yamaner, N., Odabaşı, S., Tamuçay, B. And Çimer A. 1997. Laktoperoksidaz/tiyosiyanat/hidrojen peroksit (LP) sisteminin aktivasyonuyla korunmuş sütler ile bunlardan üretilen teleme ve kaşar peynirlerinin mikrobiyolojik özellikleri. Gıda Dergisi,  22(5);  317-325.

Aune, T. M. and Thomas, E. L. 1977. Accumulation of hypothiocyanate ion during peroxidase-catalyzed oxidation of thiocyanate ion. European Journal Biochemistry , 80; 209-214.

Basaga, H. and Dik, T. 1994. Effect of the lactoperoxidase system on the activity of starter cultures for yoghurt production. Milchwissenchaft, 49(3); 144-146.

Björck, L.,  Rosen, C. G., Marshall, V. and Reiter, B. 1975. Antibacterial activity of the lactoperoxidase system in milk against Pseudomonas and other gram-negative bacteria. Applied Microbiology , 30(2); 199- 204.

Björck, L. 1978. Antibacterial effect of the lactoperoxidase system on psychrotrophic bacteria in milk . Journal of Dairy Research, 45; 109-118.

Björck, L., Claesson, O. and Schulthess, W. 1979. The lactoperoxidase/thiocyanate/ hydrogen peroxide system as a temporary presevative for raw milk in developing countries. Milchwissenchaft, 34 (12); 726-729.

Bjorck, L. 1987. Preservation of milk by chemical means. In “Dairy development in East Africa” Bulletin of the International Dairy Federation No: 221. Brussels, 57- 61s.

Bjorck, L. 1993. Preservation of raw milk by the lactoperoxidase system. Legal situation. Indigeneous antimicrobial agents of milk. Recent developments. İnternational Dairy Federation, 211-213s, Brussels.

Dionysius, D. A., Grieve, P. A. and Vos, A. C. 1992. Studies on the lactoperoxidase system: reaction kinetics and antibacterial activity using two methods for hydrogen peroxide generation. Journal of Applied Bacteriology, 72; 146- 153.

Kırdar, S.S., 2002. Laktoperoksidaz/Tiyosiyanat/Hidrojen peroksit (LP) Sistemi Aktivasyonu ile Korunmuş İnek Sütünden Üretilen Tulum Peynirlerinin Bazı Nitelikleri Üzerinde Araştırmalar. Ankara Üni. Fen Bilimleri Ens. Süt Teknolojisi Ana Bilim dalı, Doktora tezi, 98s. Ankara.

Kırdar S.S., Atamer, M., 2003. Laktoperoksidaz/Tiyosiyanat/Hidrojen Peroksit(LP) Sistemi   Aktivasyonu ile Korunmuş İnek sütünden Üretilen Tulum peynirlerinin Bazı NitelikleriÜzerine Araştırmalar.SEYES- Süt Endüstrisinde Yeni Eğilimler Sempozyumu,22-23 Mayıs 2003, İzmir, 69-74.

Lumikardi, M. L., Tenovuo, M. and  Mikola, H. 1993. Effects of a lactoperoxidase system-containing toothpase on levels of hypothiocyanate and bacteria in saliva. Carrier Research, 27; 285-291.

Metwally, M. M. K. and  Moore, J. S. 1991. The reaction between lactoperoxidase system intermediates and the major components of milk. Egyptian Journal Dairy Science, 19; 195-201.

Popper, L. and Knorr, D. 1997. İnactivation of yeast and filamentous fungi by the lactoperoxidase-hydrogen peroxide- thiocyanate system. Nahrung, 41(1); 29 – 33.

Pruitt, K. M., Tenovuo, J., Andrews, R. W., Mckane, T. 1982. Lactoperoxidase-catalyzed oxidation of thiocyanate: Polarographic study of the oxidation products. Biochemistry, 21; 562-567 .

Reiter, B. and Harnulv, G. 1984. Lactoperoxidase antibacterial system: natural occurence, biological functions and practical applications. Journal of Food Protection , 47(9); 724 -732.

Sarkar, S. and Misra, A. K. 1994a. Preservation of raw milk by LP- system . Indian Journal Dairy Science, 47(2); 129-132

Uraz, T. 1986. Süt Endüstrisi İşletmeciliği. A.Ü.Z.F. Yayınları No: 988. 92s, Ankara.

Wit, J. N. and Von Hooydonk, A. C. M. 1996.  Structure, functions and applications of lactoperoxidase in natural antimicrobial systems. Netherland Milk and Dairy Journal, 50; 227-244.

Wolfson, L. M. and Sumner, S. S. 1993. Antibacterial activity of the lactoperoxidase system. A review. Journal of Food Protection, 56(10); 887-992.

Zapico, P., Gaya, P., Nunez, M. and Medina, M. 1991. Influence of breed, animal and days of lactation on lactoperoxidase system components in goat milk. Journal Dairy Science, 74; 783-787.