jelatİn üretimi, özellikleri ve kullanımI *

Prof. Dr. Hasan Yetim

Erciyes Universitesi, Mühendislik Fakültesi, Gıda Mühendisliği Bölümü, Kayseri

hyetim@erciyes.edu.tr

 

Özet

Kollajenin jelatine dönüşümünün incelendiği bu çalışmada, jelatinin fizikokimyasal yapısı, mevcut kullanımı ve geleceği kısaca değerlendirilmiştir. Jelatin, sığır, koyun, keçi ve domuz gibi hayvanların bağ dokuları ve kemiklerinden ekstrakte edilen kolajenin, kısmi hidrolizi ile üretilen, yapısal olarak geri dönüşümsüz saf bir proteindir. Üretim öncesi kollajen olmayan materyallerden temizlenen deri ve kemikler, asit veya alkali muamelesi sonrası sulu ortamda ısıl işleme tabi tutulur ve bulunduğu ortamdan ekstrakte edilerek saflaştırılır. Hayvan vücudunda bulunan proteinlerin yaklaşık % 60’ı kollajendir ve üretilen jelatinin, genel olarak bileşimi çok büyük bir değişime uğramamaktadır. Üretim sürecinde, polipeptit uzunluğu kısalmakla beraber amino asit dizeleri büyük oranda korunmaktadır. Jelatin, sahip olduğu teknolojik özellikleri nedeniyle, gıda, kozmetik, fotoğrafcılık, tıp ve eczacılık alanında çok geniş bir kullanım alanı bulmuştur. Son zamanlarda, kollajen veya jelatinden, enzimatik hidroliz yoluyla antimikrobiyel, antioksidant ve antihipertansif bazı biyoaktif peptidlerin üretimi konusunda da çalışmalar yapılmaktadır. Bugün Dünyada yaklaşık 300 bin ton civarında jelatin üretildiği ve 2015 yılına kadar da bu rakamın 360 000 tona çıkacağı beklenmektedir. Ülkemizde ise yılda 5000 ton civarında jelatin kullanılmakta, bunun da tamamı ithal edilmektedir. Doğal bir protein olması ve teknolojik olarak önemli özelliklere sahip olması, jelatinin önümüzdeki yıllarda da üretim ve tüketiminin artarak devam edeceğinin bir göstergesi sayılmaktadır. Ancak özel tercih ve hassasiyetleri olan tüketiciler için jelatin üretiminin kontrollü şartlarda yapılması ve kaynağının titizlikle takip edilmesi çok büyük önem taşımaktadır.

Anahtar Kelimeler: Kollajen, jelatin, üretim aşamaları, kullanım alanları.

 

Abstract

In the present study, conversion of collagen into the gelatin and its physicochemical structure, present use and future were discussed. Gelatin is a structurally irreversible form of a protein derived from the collagen of the skin, bone and connective tissue of various domestic animals including hog, cattle, sheep, poultry and fish. In the production process, all the impurities are removed from the collagenous raw material with an acid or alkaline treatment and then subject to heat in aqueous environment prior to extraction and purification. Collagen accounts for the approximately 60%of all proteins present in the animal, and the molecular structure of gelatin would unlikely undergo to dramatic changes during the production. Although the length of polypeptide chains is altered during the process, the amino acid sequences are substantially remained same. Gelatin finds very broad use in the industry due to its technological properties in the areas of processed food, pharmacology, cosmetic and photography. Recently, some studies have also been conducted for the production of certain bioactive peptides having antimicrobial, antioxidant and antihypertensive properties by the enzymatic hydrolysis of collagen or gelatin. Current annual gelatin production in the world is about 300 000 tonnes while the figure is expected to reach 360 000 tonnes by the 2015. In this country, the annual demand for gelatin is about 5 000 tonnes and most of it is imported. It could be anticipated that the production and consumption of gelatin will increasingly continue in the future since it is a natural protein and possesses so many technological properties. In conclusion, it should be emphasized that the production of gelatin under strictly controlled conditions and tracing its source are critically important issues for the consumers who have special sensitivity and preferences.

Keywords: Collagen, gelatin, production steps, areas of use.

 

 

GİRİŞ

Halen gıda olarak tüketilen ve endüstriyel hammadde olarak kullanılan jelatinin, çok uzun ve başarılarla dolu bir tarihi vardır. Hayvansal dokularda bulunan kollajenin kontrollü şartlarda hidrolizi ile üretilen jelatin, eski çağlarda “biyolojik bir yapışkan” olarak kullanılırdı, ancak zaman ilerledikçe, endüstriyel ölçekte üretilmeye ve çok çeşitli alanlarda da kullanılmaya başlandı. Örneğin, 8000 yıl önce, Ortadoğu’da mağara adamları, hayvansal dokulardan zamk (yapıştırıcı) ürettiler. Bundan 3000 yıl sonra antik mısırlılar, kollajenden ürettikleri bir çeşit yapıştırıcıyı, mobilya tarzı eşya üretiminde kullandılar. Çok sonraları, İngiltere kralı VIII. Henry’nin (1491-1547) maiyetinde düzenlenen ziyafetlerde, jelatinden üretilen bazı yemekler menüde yerini almış ancak jelatinin, bir gıda maddesi olarak değeri, ilk kez Napolyon döneminde anlaşılmıştır. İngilizler tarafından kuşatılan Fransızlar, et bulmakta çok sıkıntı çektikleri bir dönemde jelatini bir protein kaynağı olarak kullanmak zorunda kalmışlardır. Yine jelatinin sağlık sektöründe kullanımı, ortaçağ dönemine kadar uzanmaktadır. Günümüzde de kullanımı gittikçe yaygınlaşan jelatinin, gıda endüstrisi yanında, modern ilaç ve fotoğraf endüstrisi için de vazgeçilmez bir konuma geldiği bildirilmektedir (1).

 

Dünyada ve Türkiyede jelatin üretimi ve tüketimi

İlk çağlardan beri üretilen ve kullanım alanı gittikce artan jelatin, Türkiye dahil pek çok ülkede doğal bir gıda olarak kabul edilmekte dolayısıyla tüketimi de sınırlandırılmamaktadır. Son yıllarda Dünya da yaklaşık 300 bin ton civarında jelatin üretildiği ve bunun da yaklaşık % 65’inin Avrupaya ait olduğu bildirilmektedir. Yapılan tahminlerde 2015 yılına kadar bu rakamın 360 bin ton olması beklenmektedir. Ülkemizde ise yılda 5000 ton civarında jelatin kullanılmakta ve bunun da tamamı ithal edilmektedir. Ithal edilen jelatinin bir kısmı, jelatin üretim kapasitesi 3000 ton/yıl olan Pakistan dan gelmekte ancak bu ülkeden Türkiye’ye satılan miktar, 700 - 800 ton/yıl’ı geçmemektedir. Halbuki İstanbulda bir büyük şekerleme firması yılda 1000 ton jelatin kullanmakta ve yine Karaman’daki bisküvi sektörünün günde 1 ton jelatin kullandığı bildirilmektedir. Türkiye’de 2008 yılında Uşak’ta Türkjel adında bir jelatin fabrikası kurulmuş ancak henüz daha üretime başlayamamıştır. Ülkemizde başarılı bir teşebbüs olarak Balıkesir Gönen de kurulan Seljel firmasının 2010 yılında sığır derisinden jelatin üretimine başladığı ve yaklaşık 2000 ton/yıl kapasite ile çalıştığı anlaşılmaktadır. Endüstriyel olarak üstün özellikleri ve çok geniş bir kullanım alanı bulunan jelatinin Dünyada ve ülkemizde ihtiyacının daha da artarak devam edeceği öngörülmektedir.

 

Kollajen

Kollajen, insan ve hayvan organizmalarında en çok bulunan proteinlerinden biridir ve toplam proteinlere oranı yaklaşık % 60’dır. Globüler proteinlerin aksine, doğrusal fiber benzeri bir yapıya sahip olan kollajen moleküllerinin en belirgin özelliği, üç polipeptid alt biriminden oluşan büklümlenmiş kangal şeklindeki üçlü sarmal yapılarıdır. Kollajen proteinin yapı taşları sayılan ve polipeptid alt birimlerden oluşan α-zincirler, bir ortak eksen etrafında dönerek 3000 Ao uzunluğunda ve 15 Ao çapında katı bir çubuk benzeri moleküller oluştururular. Bu zincirler, mikro fibrilleri, mikro fibriller makro fibrilleri ve daha sonra da makro fibriller bir araya gelerek kollajen fiberlerini meydana getirirler (Şekil 1). Kollajen tek bir çeşit protein değildir, bugüne kadar, 27 farklı tipte kollajen tespit edilmiştir. Bunlardan en yaygını olan Tip I kollajendir ve daha çok deri, kemik ve tendon gibi bağ dokularında bulunur. Tip II kollajen, özellikle kıkırdak dokuda bulunmaktadır. Tip III kollajen ise yaşa bağlı olarak büyük değişiklik gösteren bir proteindir. Diğer kollajen tipleri ise çok küçük miktarlarda bulunur ve genellikle organdan organa farklılık gösterirler (1,2).

Diğer proteinler gibi, kollajen de primer, sekonder ve tersiyer yapılara sahiptir. Kollajen proteinin yapı taşı olarak bilinen tropokollajen birimleri 3 farklı primer polipeptit zincirinin bir araya gelmesiyle oluşmuştur. Örneğin, jelatin üretiminde kullanılan Tip I kollajende, 1014 adet aminoasidin bir araya gelmesiyle meydana gelmiş 3 polipeptit yer almaktadır ve herbir polipeptit zincirinin molekül ağırlığı yaklaşık olarak 100 000 g/mol’dür. Polipeptit zincirlerindeki glisin (Gly), tek başına aminoasit kompozisyonunun % 33’ünü, prolin ve hidroksiprolin ise % 22’sini meydana getirmektedir. Bu nedenle alfa (α) zincir olarak da adlandırılan bu yapı, Gly-X-Y diziliminin 334 kere tekrarlanması ile meydana gelmiştir, burada X ve Y çoğu kez prolin ve hidroxiprolin olmakla birlikte başka herhangi bir amino asit de olabilir. Ancak sadece N- ve C- terminal uçlarında bu genel yapıya uymayan ve 15-26 adet aminoasitten meydana gelmiş kısa zincirler de bulunmaktadır. Glisin, prolin ve hidroksiprolin ile diğer amino asitler arasında oluşan H bağları, kollajen moleküllerinin kendine has sağlamlıkta bir yapı kazanmasını sağlamaktadırlar. İşte bu aminoasitler, polipeptid zincirinin rotasyonunu sınırlayarak üçlü sarmal yapının kararlı hale gelmesini sağlarlar. Tip I kollajendeki ikisi birbirine özdeş üç α-zincirden oluşan sarmal yapı, tropokollajen olarak adlandırılır ve kollajen proteinin yapıtaşını oluşturmaktadır. Hayvanın yaşına ve bulunduğu dokuya bağlı olarak bu α-zincirler ve tropokollajen molekülleri arasında (molekül içi ve moleküller arası) lisin ve hidroksilisin çapraz bağları oluşmakta, bu oluşumlar hep beraber kollajen fibrili adı verilen dayanıklı yapıyı meydana getirmektedir. Kollajen, bu sağlam ve kararlı yapısını, fibriller arasındaki bu çapraz bağlara borçludur ki; bu çapraz bağ yapıları da kovalent bağlar şeklindedir. Birçok kollajen fibrili yine bu çapraz bağlar sayesinde bir araya gelerek, deri, kemik, tendon gibi dokuların temel yapısını oluşturmaktadır (1).

 

Şekil 1. Kollajen proteinin moleküler organizasyonu

Jelatin

Jelatin, sığır ve domuz gibi hayvanların bağ dokularından ekstrakte edilen kollajenin kontrollü şartlarda kısmi hidrolizi ile üretilen bir proteindir. Bu işlemle moleküller arasındaki H bağları ve diğer çapraz bağlar zayıfladığı gibi bazı amino asitler arasındaki kovalent bağlar da kopar ve daha küçük moleküllü yapılar ortaya çıkar (4). Böylece, ortalama 300 - 350 kDa olan kollojen molekülünün ağırlığı, jelatinde 10 - 65 kDa’a kadar düşmektedir. Jelatinin protein içeriği % 85 - 92 arasında değişir ve jelatini oluşturan diğer

maddeler ise mineral tuzlar ve kurutma işlemi sonrasında bile mevcudiyetini sürdüren sudur. Jelatin, kollajen gibi sıradan bir molekülün nasıl çok fonksiyonlu bir yapıya dönüşebileceğine dair gösterilebilecek en güzel örneklerden biridir. Jelatinin kalitesi, üretimde kullanılan hammaddenin kalitesi ve üretim tekniği ile yakından ilgilidir. Amino asit içeriği bakımından, A tipi jelatin ile kollajen hemen hemen birbirinin aynıdır. B tipi jelatinde ise glutamin ve asparajin amino asitlerinin neredeyse tamamı glutamik asit ve aspartik asite dönüşmüştür. Yine kollajen ve dolayısıyla jelatin içerisinde, triptofan hiç yoktur ve metiyonin, sistin ve tirosin amino asitlerinin oranı ise yok denecek kadar azdır. Jelatin, bu yönü ile iyi bir besleyici özelliğe sahip değildir ancak su tutucu, kıvam artırıcı, jelleştirici, yapıştırıcı, taşıyıcı gibi özellikleri nedeniyle bir çok alanda tercih edilen bir hidrokolloiddir (3).

 

JELATİN ÜRETİM AŞAMALARI VE MEYDANA GELEN DEĞİŞİMLER

Jelatin üretiminde, hayvansal dokular, asit ya da alkali çözeltilerle muamele edildiği için, kollajenin yapısındaki H bağları ve çapraz bağlar kısmen yıkıma uğramakta ve moleküller de parçalanabilmektedir. Diğer bir anlatımla, uzun amino asit zincirleri parçalanarak daha kısalaşırken aralarındaki bağlar da zayıflamakta ve su molekülleri kolayca fibrillerin arasına girebilmektedir (Şekil 2). Böylece, ılık suda bile çözünebilen yeni bir yapı meydana gelmekte, ortaya çıkan bu çözünür yapıya da jelatin adı verilmektedir. Enzimler de bazen bu kimyasal maddelerle birlikte veya bu maddelere alternatif olarak kullanılabilmektedirler. Ancak burada yalnızca bazı özel enzimler kullanılmaktadır; çünkü proteini hidrolize edebilen birçok enzim, kollajeni parçalayamamaktadır. Sadece spesifitesi çok yüksek kollajenaz

Şekil 2. Kollajen ve jelatinin şematik görünümü (4).

enzimleri, doğal kollajeni parçalayabilir. Bu şekilde kimyasal veya biyokimyasal denatürasyon (hidroliz) metotları kullanılarak kollajenin muamele edilmesi işlemine, jelatin endüstrisinde “kondisyonlama” adı verilmektedir (1). Bu yöntemle elde edilen ürünlere de jelatin hidrolizatları denilmektedir ve gıda endüstrisinin bir çok alanında bu tür ürünlerden de faydalanılmaktadır (Şekil 2).

1. Ön muamele (asit veya alkali uygulama): Deri, kemik gibi kollajence zengin hammaddeler, asit veya baz ile muamele (Şekil 3) edildiğinde, kollajenin yapısında bulunan kovalent olmayan bağlar parçalanır ve proteinler hidrolize olur. Bu da kollajen molekülünün yeterli düzeyde su alarak şişmesine ve böylelikle çözünürlüğünün artmasına yol açmaktadır (5,6).

Şekil 2. Kollajende bulunan α-zincirler ve çapraz bağlar.

Asitle ön muamele işlemi, daha çok kemiklerden üretilecek jelatinlerde kullanılır ve bu ürüne Tip A jelatin denir. Asitle jelatin üretiminde, yıkanarak temizlenen ve yağlarından ayrılan ham madde, bir mineral asit (pH~ 1,5-3,0) çözeltisine (H2SO4, HCl vb) daldırılarak 10 ila 72 saat (genel de bu süre 24-48 saat civarında) arasında bekletilir. Bu bekletme süresi, işlem gören hammaddenin kalınlığına ve boyutuna bağlı olarak değişir (7). Bu süre içerisinde ham materyal, başlangıçtaki hacminin 2-3 katı kadar şişer (8) ve kollajen proteini çözünür. Daha sonra, asit çözeltisi ortamdan uzaklaştırılır ve ekstraksiyon için arzu edilen pH seviyesine (4-5) kadar bir alkali ile nötralizasyon yapılır (7). Böylece, seçilen isoelektik nokta sayesinde kollajen yapısında olmayan diğer safsızlıklar ve çözünür hale gelmiş tuzlar su ile kolayca yıkanarak kollajenden ayrılır (3).

Alkali ile ön muamele işlemi sonucunda ise, Tip B türünde jelatin elde edilir ve ticari olarak üretilen jelatinin büyük bir bölümü bu yolla üretilmektedir. Bu işlemde farklı tipte alkali ajanları kullanılabilir, ancak kireçle hazırlanan kalsiyum hidroksit [Ca(OH)2, pH 12,0] çözeltisi kullanılan en yaygın alkali çözeltisidir. Önceden yıkanmış, bağ doku harici dokulardan (et, yağ, kan, kıl vb) temizlenmiş hammadde, doku ağırlığının yaklaşık % 10 oranında kireç ile hazırlanan Ca(OH)2 çözeltisi ile dolu tekne veya fıçılara konularak uzun bir süre bekletilir. Bu işlem sırasında sıcaklık 24 ºC’nin altında tutulur ve belirli aralıklarla hammadde uygun bir alet yardımıyla karıştırılır. Bu bekletme süresi, Ca(OH)2 konsantrasyonu, sıcaklık ve işlem gören hammaddenin özelliğine/boyutlarına bağlı olarak değişebilir. Dolayısıyla, en az 10 gün ve en fazla 6 ay olmakla birlikte bu süre, genellikle 2-3 aydır. Alkali çözelti içerisinde bekletme esnasında kollajen fibrilleri şişer, aralarındaki çapraz bağlar zayıflar ve moleküllerde kısmi bir depolimerizasyon (parçalanma) meydana gelir. Yine kollajen harici diğer protein vb safsızlıklar ise suda daha çözünür hale gelir ve yıkama suyu ile kolaylıkla uzaklaştırılabilirler (3). Bu süre sonunda, ham madde tekneden çıkarılır; musluk suyu altında yıkanarak üzerindeki kireç kalıntıları ve diğer safsızlıklar uzaklaştırılır. Daha sonra alkalik hammadde, seyreltik bir asit çözeltisi (örneğin HCl) ile ekstraksiyon için gerekli asitlik (pH 6-7,5) seviyesine ulaşana kadar nötralize edilir (7). Alkali ile muamele işlemi sonucunda, iyonlaşmamış durumdaki glutamin ve asparajin rezidüleri, asidik formlarına dönüşür; bu reaksiyondan amonyak açığa çıkar ve elde edilen jelatin asidik özellikte olur (Tablo 1). Böylelikle B tipi jelatinin izoelektrik noktası 4,8-5,5 arasında iken A tipi jelatininki 8,5 – 9,4 arasındadır. İzoelektrik nokta, proteinlerin yük olarak nötral (+ ve – yüklerin eşit) olduğu pH’dır.

2. Ekstraksiyon işlemi: Yukarıda anlatıldığı gibi asit veya alkali ile ön işleme tabi tutulmuş hammadde, ekstraksiyon kazanlarına konulur ve üzeri sıcak su ile örtülür. Sıcak su ile muamele işlemi, ard arda birkaç aşamada (genelde 5-10 kez) uygulanır; ancak her aşamada su sıcaklığı bir önceki aşamadakinden daha yüksek tutulur. Yani başlangıçtaki su sıcaklığı 55 ºC iken, en son aşama kazanındaki su sıcaklığı yaklaşık 100ºC’dir (7). Her bir aşamadaki ekstraksiyon süresi ise 4 ile 8 saat arasında değişmektedir (8). Her bir ekstraksiyon aşamasından sonra, jelatin daha ileri derecede parçalanır ve rengi daha koyu olur. Bu aşamada, elde edilen jeatinin kalitesi, sıcaklık ile ters orantılıdır, bu nedenle her sıcaklık aşamasında elde edilen partinin kalitesi ayrıdır. Sıcaklık artırılmaz ise de ekstraksiyon olmaz veya verim düşer. Ekstraksiyon sonrası jelatinin kül içeriği, % 2-3 arasında değişmektedir, ancak arzu edilirse kül içeriği, ion-değiştiricilerle azaltılabilir.

Kollajenin jelatine dönüşümü: Kollajenin jelatine nasıl dönüştüğünü anlamak için şu soru sorulabilir; Bütün bu işlemler sonucunda, kollajen molekülü nasıl bir değişim geçiriyor? Bunun için, önce kollajen molekülünü oluşturan çapraz bağların hangi etkiler sonucunda ve nasıl parçalandığını anlamak gerekir; asit veya alkali ile ön muamele ve ekstraksiyon aşamasında uygulanan ısıl işlemlerle, molekül içi ve moleküller arası H ve kovalent bağlar zayıflamakta veya yıkıma uğramakta ve böylece kollajenin üçlü sarmal yapısı bozulmaktadır. Yine yer yer amino asitler arasında kopmalar meydana gelmekte ve böylece bu sarmal yapı, çubuk şeklinden yumak şeklinde bir yapıya dönüşmektedir. İşte bu yapı, çözünür özellikteki jelatinin ilk yapısıdır (6,9,10).

Peki kollajen molekülündeki hangi bağlar yıkıma uğramaktadır? Bu sorunun yanıtını vermek için de, stabil bir kolajen molekülü oluşumu için önce hangi bağların oluşması gerektiğine burada kısaca değinmek gerekir. Daha önce de ifade edildiği gibi kollajen molekülü, belirli sayıda moleküler arası ve molekül içi çapraz bağlardan oluşmaktadır. Ancak kollajen dokusuna asıl stabil yapısını kazandıran bağlar, moleküller arası bağlardır ve bu bağların sayısı, kollajen matüre oldukça (hayvanın yaşı arttıkça) artmaktadır. Bu bağlantıların oluşması için, lisin ve OH-lisin’in amino grubu ile bir aldehit grubu arasında bir kondensasyon (kümelenme) reaksiyonunun gerçekleşmesi gerekir (11,12). Bu aldehit grubu, bir lisin ya da OH-lisin aminoasidinin enzimatik yolla oksidasyonu sonucu meydana gelir. Eğer bu aldehit grubu, lisinden oluşmuşsa, o zaman ısıya dayanıksız “aldimin” çapraz bağları oluşur, yok eğer OH-lisinden oluşmuşsa, o zaman da “Amadori regülasyon” tepkimesi ile ısıya dayanıklı “keto-imin” çapraz bağları oluşur (Şekil 3).

Şekil 3. Kollajen molekülünde bulunan indirgenebilir “aldimine ve keto-imine” çapraz bağlarının oluşumu.

Kollajen molekülünde matürasyon derecesi arttıkça (yani canlı yaşlandıkça), söz konusu çapraz bağlarda ileri derecedeki reaksiyonlar meydana gelir ve netice olarak “iki değerlikli bağlantılar” yerine, daha dayanıklı olan “üç değerlikli bağlantılar” oluşur (Şekil 4). Bu bağlantılar, üç adet kollajen molekülünü birbirine bağlar (bir arada tutar) ve kolajen molekülünün yaşlanma sürecinde gerilim kuvvetini arttırır. İşte, kollajenin kimyasal madde (asit ya da baz) ile ön muamele ve ekstraksiyon işlemleri sırasında yıkıma uğratılması gereken bağlar bu bağlardır. Asit veya baz uygulaması ve ısıl işlemle ekstraksiyon aşamalarında kollajenden, farklı kompozisyonlara ve moleküler ağırlıklarına (Mw) sahip farklı polipeptid zincirleri meydana gelmektedir. Bunlar, serbest haldeki α, β ve γ polipeptid zincirleridir. β, iki α zincirinin birbirine kovalent bağla bağlanmasıyla; γ ise üç α zincirinin birbirine bağlanmasıyla oluşmaktadır. Yine serbest haldeki bu zincirler, molekül ağırlığı daha küçük alt birimlere de parçalanabilmektedirler (7). Ekstraksiyon işlemi sonucu oluşan bu polipeptid zincirlerinin aminoasit kompozisyonları da çok farklı olabilir. Glisin aminoasidinin miktarı diğer tüm aminoasit rezüdilerinin neredeyse 1/3’ü, prolin ve OH-prolinin miktarı ise 1/5’i kadardır (Tablo 1). Yine ekstraksiyon işlemi sonucunda, sülfür içeren aminoasitlerin miktarı ise yok denecek kadar azdır ve zincirler arasındaki çapraz bağlarda bile bu aminoasitler bulunmamaktadır (8).

A tipi jelatinlerde isoelektrik nokta 9,0 civarında, molekül ağırlığı ise 70 – 90 kDa aralığındadır. Bu yöntemle üretilen jelatinde protein hidrolizasyonu daha düşük orandadır ve ürünün jel kuvveti daha yüksektir. Alkali uygulaması ile elde edilen B tipi jelatinlerin izoelektrik noktası 4,8-5,5, molekül ağırlığı ise 10 ile 65 kDa arasında değişmektedir (3).

3. Filtreleme (süzme): Sıvı ekstrakt çeşitli özellikteki süzgeçlerden geçirilirek içerisindeki çökeltiler, topaklanma ürünleri ve diğer safsızlıklar ayrıldığı gibi bu yolla molekül ağırlığına ve rengine göre bir sınıflandırma da yapılabilir. Eğer arzu edilirse, kaliteyi daha da artırmak için, konsantre jelatin solüsyonu da süzülebilir ve tekrar ağartılabilir (8).

4. Evaporasyon (kurutma) işlemi: Yukarıda bahsedilen işlemler sonucu elde edilen sıvı jelatin ekstraktı, evaporasyon işlemi ile suyu uçurularak, belirli bir viskoziteye ulaşıncaya kadar konsantre edilir. Nem miktarı, yüksek kalitedeki (yüksek molekül ağırlığına sahip) jelatinlerde % 20-25 civarında, düşük kaliteli (düşük molekül ağırlığına sahip) jelatinlerde ise % 40 civarındadır (7). Çünkü suyun mevcudiyetinde termal hidrolizasyon her zaman mümkündür. Koyulaşmış jelatine tamamen kurumadan önce gerekli hallerde bazı kimyasal koruyucular da ilave edilebilmektedir (3).

5. Sterilizasyon: Kurutulmamış viskoz yapıdaki jelatin hâlâ bozulabilir bir formdadır. Jelatinde sterilizasyon, hem dolaylı hem de doğrudan olmak üzere iki aşamada yapılır. Dolaylı olarak yapılan sterilizasyon işleminde plakalı ısı değiştiriciler kullanılmakta; doğrudan yapılan sterilizasyon işleminde ise doğrudan buhar sterilizasyonu tekniği kullanılmaktadır (7). Sterilizasyon işlemini takiben, soğutma işlemi uygulanarak konsantre jelatin solüsyonu, tamamen jel haline getirilir. Toz jelatin üretimi için, jelatin jelleri şerit şeklinde ekstrüde edilir ve kurutulur (7).

6. Kurutma: Çeşitli yöntemlerle koyulaştırılmış ve jel haline getirilmiş jelatin, ekstruderler veya fırınlarda daha da ileri derecede kurutularak, yaprak, granül veya toz haline getirilir. Kurutma işlemi, filtrelenmiş, nemi giderilmiş ve mikrobiyal açıdan temiz kuru hava kullanılarak gerçekleştirilir. Kurutmada kullanılacak havanın başlangıç sıcaklığı 30 ºC’dir. Hava sıcaklığı, jelatin şeritlerinin kuruluk derecesine göre ayarlanır. Bu işlem için kurutulmuş jelatin şeritleri ezilir ve öğütülerek her birinin çapı, 0,1 ile 10 mm arasında değişen granül taneleri haline getirilir. Ticari olarak üretilip piyasaya sürülen jelatinlerin nem içeriği, % 8 ile 12 arasındadır (7).

 

Şekil 4. “İki değerlikli” aldimine ve keto-imine çapraz bağlarından oluşmuş “üç değerlikli” mature çapraz bağlar.

 

 

 

Tablo 1. Kollajen ve farklı jelatin tiplerinin amino asit kompozisyonları (oransal olarak 1000 de x)

Amino asit

kompozisyonu

Tip I

kolajen

(sığır)

Tip A

jelatin

[a]

Tip B

jelatin

[b]

Alanin

    114

112

117

Arjinin

      51

 49

 48

Asparajin

      16

 16

Aspartik asit

      29

 29

 46

Glutamin

      48

 48

Glutamik asit

      25

 25

 72

Glisin

    332

330

335

Histidin

        4

  4

  4

4-Hidroksiprolin

    104

 91

 93

ε-Hidroksilisin

        5

  6

  4

Izolösin

      11

 10

 11

Lösin

      24

 24

 24

Lisin

      28

 27

 28

Metiyonin

        6

  4

  4

Fenilalanin

      13

 14

14

Prolin

    115

132

    124

Serin

      35

  35

 33

Tireonin

      17

 18

 18

Tirozin

        4

  3

   1

Valin

      22

 26

  22

[a] Tip A jelatin: asitle muamele edilmiş domuz derisi jelatini; [b] Tip B jelatin: alkali ile muamele edilmiş kemik jelatini.

 

 

JELATİN TÜREVLERİ ve ÇEŞİTLERİ

Jelatinden çeşitli tipte ve farklı amaçlara yönelik olarak bir takım jelatin türevleri veya alt ürünleri üretilmektedir. Bu alt ürünler ve özellikleri aşağıda kısaca özetlenmiştir (7).

1. Instant (suda çözünür) özellikteki jelatinler: Bu tip jelatinlerin amorf yapıda olmaları, çok hızlı bir şekilde şişmelerini sağlar. Üç boyutlu moleküler ağ yapıları zayıftır, bu yüzden de sınırsız şişme kabiliyetine sahiptirler. Böylelikle ortamda bulunan suyu, jelimsi yapısına hemen absorblayabilirler. Bu tip jelatinler, toz konsantre tatlılarda, kullanıma hazır kek misklerinde ve toz krem şantilerde yaygın bir kullanım alanına sahiptir.

2. Jelatin hidrolizatları: Jelatin hidrolizatları; jelatinin kimyasal, termal veya biyokimyasal degradasyon işlemlerine ya da bunların bir kombinasyonuna tabi tutulduktan sonra sterilizasyon, konsantrasyon ve püskürterek kurutma işlemlerine maruz bırakılmasıyla elde edilen ürünlerdir. Bu amaçla kullanılan bazı ticari proteazlar; tripsin, kimotripsin, pepsin, kollajenaz, bromelin ve papaindir. Burada kullanılan enzime göre ürün özellikleri de farklı olmaktadır. Diğer protein hidrolizatlarının aksine, jelatin hidrolizatları, acımsı bir tada sahip değildir ve bu nedenle çok çeşitli ürünlerde rahatlıkla kullanılabilmektedir. Bu ürünler; hazır çaylar, meşrubatlar, düşük yağ içeriğine sahip sürülebilir özellikteki gıdalar, yağ oranı düşük peynirler, konserve et ürünleri, lokum benzeri şekerlemeler, tahıl barları ve pastillerdir.

3. Kimyasal olarak modifiye edilmiş jelatinler: Jelatin, amino-karboksil ve hidroksil yan gruplara sahip bir dizi aminoasit içerir. Bu gruplar, birçok tek ve çift fonksiyonlu reajentlerle reaksiyona girebilirler, böylece jelatin ve türevlerinin kimyasal ve fiziksel özellikleri değiştirilebilir. Organik veya inorganik çarpraz bağlayıcılarla daha sağlam ve ısıya dayanıklı jelatinler elde edilebilmekte ve daha ziyade fotoğraf ve kozmetik endüstrisinde kullanılmaktadır. Bu tip jelatinlerin, gıda ve tıp endüstrisindeki kullanımları ise kanunen sınırlıdır. Bazı çarpraz bağlayıcılardan metalik olanlar; Al3+, Cr3+, Fe3+, Ce3+, La3+, Zr4+ vb, organik olanlar ise; aldehitler, ketonlar (formaldehit, glioksalat), epoksitler, izosiyanatlar, karbodiimidler vb.

 

JELATİNLERİN FONKSİYONEL ÖZELLİKLERİ ve KULLANIMI

Jelatin, çok fonksiyonlu bir hidrokolloiddir; bu sebeple gıda, eczacılık, kozmetik, tıp ve fotoğraf ürünlerinde yaygın bir kullanım alanına sahiptir. Jelatinlerin bu ürünlerde gösterdikleri fonksiyonlar ise şunlardır: Isıl tersinir jel oluşumu, tekstüre etme, kalınlaştırma, yüksek su bağlama, emülsiyon oluşumu ve stabilizasyonu, köpük oluşumu ve stabilizasyonu, koruyucu kolloidal özellik, yapışma/kohezyon, film oluşumu ve mikroenkapsülasyon (1,6,7).

 

Jelatinlerin Biyoaktif Özellikleri

Bilindiği üzere, biyolojik aktivite gösteren peptidler (BAP), insan beslenmesi ve eczacılık uygulamalarında kullanılabildiklerinden dolayı insan sağlığı üzerinde de önemli etki gösterirler. Şişme ve çözünme gibi temel hidrasyon fonksiyonları olan jelatin, aynı zamanda biyolojik olarak aktif özellikteki peptidlerin de kaynağıdır. Bu tip peptidler, genelde jelatinden enzimatik proteoliz ile elde edilir. Bu amaçla kullanılan ticari proteazlar; tripsin, kimotripsin, pepsin, alkalaz, properaz E, pronaz, kollajenaz, bromelin ve papaindir (13,14,15,16). Ayrıca balık iç organlarından elde edilen enzimatik ekstraktlarından üretilen proteaz ile mikrobiyal kaynaklı bir enzim olan alkalaz da biyolojik olarak aktif peptidlerin üretiminde kullanılabilir (6). Jelatinden üretilen peptidlerin antioksidant ve antihipertansif (kan basıncını düşüren)/ACE (anjiotensin dönüştürücü enzim) inhibitör aktiviteleri vardır (17). Ayrıca bu peptidler, antimikrobiyel aktivite, mineral bağlama kapasitesi ve lipid seviyesini düşürücü etki, bağışıklık sistemini düzenleyici aktiviteye ve ayrıca kemik, deri ve mafsallar üzerinde faydalı etkilere sahiptirler (18,19,20,21,22,23).

 

Jelatinin Endüstriyel Kullanımı

Çok yönlü bir hidrokolloid olan jelatin; farklı endüstrilerde yaygın bir kullanım alanına sahiptir. Jelatinlerin kullanıldıkları alanlar ve üretilen ürünlerde gösterdikleri fonksiyonlar ile bu ürünlere katılım amaçları aşağıda çok kısa olarak verilmiştir (1,7,8):

1. Fotoğraf endüstrisi: Fotoğrafçılıkta kullanılan modern gümüş bromür materyalleri, jelatin içeren emülsiyonlardan üretilir. Bu emülsiyonlarda jelatin, film tabakasına destek materyali görevi görür. Yaklaşık yüzyıl önce, fotoğrafçılık endüstrisinde kullanılmaya başlayan jelatin, son zamanlarda da X ışını filmlerinin üretimi için talep edilmektedir.

2. Kozmetik endüstrisi: İnsanoğlunun güzel ve kırışmamış bir deriye sahip olma arzusu, kozmetik endüstrisinde kollajen ve jelatin kullanımında bir çığır açmıştır. Sığır, domuz ve balık kökenli kollajen ve jelatinler, saç ve deri bakım ürünlerinde kullanılan ve önemli fonksiyonlar icra eden ürünlerdir. Örneğin, jelatin hidrolizatları, su bağlama kapasitesini artırmak, trans-epidermal su kaybını azaltmak ve deriyi iyileştirmek amacıyla deri bakım setlerine ilave edilmektedir.

3. Gıda endüstrisi: Jelatin, sahip olduğu eşsiz fonksiyonel özellikleri nedeniyle çok amaçlı bir gıda katkı maddesi olarak en yaygın kullanıldığı alanlardan birisi gıda endüstrisidir. Tablo 2’de jelatinin kullanıldığı başlıca gıda grupları ve bu gıdalarda icra ettiği fonksiyonlar kısaca özetlenmiştir. Yine jelatin hidrolizatları, gıdalara eklenme yanında bira, şarap ve meyve sularının berraklaştırılmasında kullanılır. Şekerleme endüstrisinde jelatin, ısıl tersinir jel oluşturma özelliği, köpük oluşturma ve stabilizasyonu, bağlama, emülsifikasyon ve kontrollü şeker kristalizasyonu gibi fonksiyonları icra ettiği için özellikle bu alanda çok fazla kullanılmaktadır (1,7).

4. Tıp ve eczacılık endüstrisi: Jelatin, acil veya tıp da kullanılan serumlarda (plazma ikamesi olarak), kapsüllerde, vitamin kaplama materyallerinde, pastillerde, tabletlerde, damlaların üretiminde, macun kaplamalarında, sünger üretiminde ve yeni geliştirilen aşıların formülasyonlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

5. Beslenme ve sağlık endüstrisi: Jelatin, kolesterol, şeker ve yağ içermeyen bir protein kaynağıdır. Kollajenin aksine sindirimi kolaydır ve insan metabolizmasında tamamen yıkıma uğratılır. Uzmanlara göre jelatin, iskelet ve omurilik sistemi ile özellikle kemiklerin, kıkırdakların, tendon ve

ligamentler üzerinde rejeneratif etkide bulunmaktadır. Yine, jelatinin, saçları kuvvetlendirdiği, bağ ve destek dokularını da güçlendirerek deriyi sıkılaştırdığı, saçlara parlak bir görünüm ve tırnaklara dayanıklılık kazandırdığı ileri sürülmektedir.

 

SONUÇ

Jelatin, sığır, koyun ve domuz gibi hayvanların bağ dokuları ve kemiklerinden ekstrakte edilen kollajenin, kısmi hidrolizi ile üretilen saf ve doğal bir proteindir. Üretim öncesi kollajen olmayan dokulardan temizlenen deri ve kemikler, asit veya alkali muamelesi sonrası sulu ortamda ısıl işleme tabi tutulur ve bulunduğu ortamdan ekstrakte edilerek saflaştırılır. İnsan ve hayvan vücudunda çok yaygın olarak bulunan doğal bir bağ doku proteini olan kollajenden üretilen jelatin, yapı ve bileşim olarak çok büyük değişime uğramamaktadır. Kollajenin jelatine dönüşümünde gerçek anlamda bir değişim değil, yalnızca bazı fiziksel ve kimyasal özelliklerde farklılaşma meydana gelir. Emsali ürünlere kıyasla sahip olduğu teknolojik özellikleri nedeniyle, jelatin; gıda, kozmetik, fotoğrafcılık, tıp ve eczacılık alanında çok geniş bir kullanım alanı bulmuştur. Kullanım alanı genişledikçe üretimide hızla artan jelatinin, 2015 yılına kadar üretim miktarının 360 bin tona kadar çıkacağı tahmin edilmektedir. Ülkemizde ise yılda 5000 ton civarında jelatin kullanılmakta, bunun da tamamı ithal edilmektedir. Doğal bir protein olması ve sahip olduğu emsalsiz teknolojik özellikler, jelatin üretim ve tüketiminin önümüzdeki yıllarda da artacağını göstermektedir. Ancak özel tercih ve hassasiyetleri olan tüketiciler için jelatin üretiminin kontrollü şartlarda yapılması ve kaynağının mutlaka sertifikalı olması büyük önem taşımaktadır.

 

REFERANSLAR

 

 1. Schrieber, R., ve Gareis, H. ( 2007). Gelatine Handbook. Theory and Industrial Practice, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 335 p.

 2. Aberle, E.D., Forrest, J.C., Gerrard, D.E., Edward, V.M., Hedrick, H.B., Judge, M.D and Merkel, R.A. (2001). Principles of Meat Science, Kendall/Hunt Pub. Co. Iowa, US.

 3. Ockerman, H.W. ve Hansen, C.L. 1988. Animal By-Product Processing. Ellis Horwood Ltd., Chichester England, 366 p.

 4. Boran, G. (2011). Bir gıda katkısı olarak jelatin: yapısı, özelliklerı, üretimi, kullanımı ve kalitesi. Gıda, 36 (2), 97-104.

 5. Stainsby, G. (1987). Gelatin gels. In A. M. Pearson, T. R. Dutson, & A. J. Bailey (Eds.), Advances in meat research, collagen as a food, Vol. 4 (pp. 209-222). New York: Van Nostrand Reinhold Company Inc.

 6. Gómez-Guillén, M. C., Giménez, B., López-Caballero, M.E., ve Montero, M.P. (2011). Functional and bioactive properties of collagen and gelatin from alternative sources: A review. Food Hydrocolloids, 25, 1813-1827.

 7. Haug, I.J. ve Draget, K.I. (2009). Handbook of hydrocolloids (Second edition) Edited by G O Phillips and P A Williams, Glyndwr University, UK. Woodhead Publishing Series in Food Science, Technology and Nutrition No. 173, 948 pages.

 8. Ledward, D.A. (2000). Handbook of hydrocolloids, Edited by G O Philips and P A Williams. UK. Woodhead Publishing in Food Science and Technology, 450 pages.

 9. Djabourov, M., Lechaire, J., ve Gaill, F. (1993). Structure and rheology of gelatin and collagen gels. Biorheology, 30 (3-4), 191-205.

10. Gómez-Guillén, M. C., Turnay, J., Fernández-Díaz, M. D., Ulmo, N., Lizarbe, M. A., ve Montero, P. (2002). Structural and physical properties of gelatin extracted from different marine species: a comparative study. Food Hydrocolloids, 16 (1), 25-34.

11. Bailey, A. J. (1987). The biological diversity of collagen: A family of molecules’ in Adv. Meat Res. 4, 1-17.

12. Bailey, A.J. and Light, N.D., (1989). Genes, Biosythesis and Degradation of Collagen in Connective Tissue in Meat and Meat Products. Elsevier Applied Science, London, UK.

13. Kim, S., Kim, Y., Byun, H., Nam, K., Joo, D., ve Shahidi, F. (2001). Isolation and characterization of antioxidative peptides from gelatin hydrolysate of Alaska pollack skin. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 49 (4), 1984-1989.

14. Lin, L., ve Li, B. (2006). Radical scavenging properties of protein hydrolysates from Jumbo flying squid (Dosidicus eschrichitii Steenstrup) skin gelatin. Journal of the Science of Food and Agriculture, 86 (14), 2290-2295.

15. Mendis, E., Rajapakse, N., Byun, H., ve Kim, S. (2005). Investigation of jumbo squid (Dosidicus gigas) skin gelatin peptides for their in vitro antioxidant effects. Life Sciences, 77 (17), 2166-2178.

16. Yang, J., Ho, H., Chu, Y., ve Chow, C. (2008). Characteristic and antioxidant activity of retorted gelatin hydrolysates from cobia (Rachycentron canadum) skin. Food Chemistry, 110 (1), 128-136.

17. Kim, S., E., ve Mendis, E. (2006). Bioactive compounds from marine processing byproducts-a review. Food Research International, 39, 383-393.

18. Gómez-Guillén, M. C., López-Caballero, M. E., López de Lacey, A., Alemán, A., Giménez, B., & Montero, P. (2010). Antioxidant and antimicrobial peptide fractions from squid and tuna skin gelatin. In: E. Le Bihan, & N. Koueta (Eds.), Sea by-products as a real material: New ways of application (pp. 89-115). Kerala, India: Transworld Research Network Signpost, Chapter 7.

19. Hou, H., Li, B., Zhao, X., Zhuang, Y., Ren, G., Yan, M., ve ark. (2009). The effect of pacific cod (Gadus macrocephalus) skin gelatin polypeptides on UV radiation induced skin photoaging in ICR mice. Food Chemistry, 115 (3), 945-950.

20. Jung, W. K., Karawita, R., Heo, S. J., Lee, B. J., Kim, S. K., ve Jeon, Y. J. (2006). Recovery of a novel Ca-binding peptide from Alaska pollack (Theragra chalcogramma) backbone by pepsinolytic hydrolysis. Process Biochemistry, 41, 2097-2100.

21. Jung,W. K., Park, P. J., Byun, H. G., Moon, S. H., ve Kim, S. K. (2005). Preparation of hoki (Johnius belengerii) boneoligophosphopeptide with a high affinity to calcium by carnivorous instestine crude proteinase. Food Chemistry, 91, 333-340.

22. Moskowitz, R. W. (2000). Role of collagen hydrolysate in bone and joint disease. Seminars in Arthritis and Rheumat., 30 (2), 87-89.

23. Zhang, Y., Kouguchi, T., Shimizu, K., Sato, M., Takahata, Y., ve Morimatsu, F. (2010). Chicken collagen hydrolysate reduces proinflammatory cytokine production in C57BL/6.KOR-ApoEshl Mice. Journal of Nutritional Science and Vitaminology, 56, 208-210.

 

 

 

*: 1. Ulusal Helal ve Sağlıklı Gıda Kongresinde sunulmuştur (19-20 Kasım 2011, Ankara).