`Jelatin ve Kolajen Hakkında Neler Bilmeliyiz; Jelatin Nasıl Üretiliyor ?`

Hayvan dokularından jelatin elde edilmesi tarihi eski çağlara kadar uzanmaktadır. Başlangıçta jelatin, gam üretmede kullanılmaktaydı. Kayıtlara göre, 16. yüzyılda İngiltere'de özel tören yemeklerinde kullanılagelen jelatin, sanayileşerek gıda sektöründe geniş kullanım alanı bulmuştur. Jelatin; jelleştirici madde, koyulaştırıcı, su tutucu madde, emülgatör, köpürtücü madde ve film oluşturucu madde olarak kullanılmaktadır. Gıda katkı maddesi olarak da tüketimi ve kullanımı GRAS (Generally Recognized as Safe - Genellikle Güvenli Kabul Edilir) ve sınırsız olup özellikle sporcu beslenmesi ve obezite ve diyabet hastalarına spesifik gıdalarda ve özel gıdalarda yer almaktadır. Jelatin, kıvam arttırıcı olarak yaygın olarak kullanılan bir gıda katkı maddesidir. Jelatinin oluşturduğu şeffaf, renksiz, kokusuz ve ağızda eriyen jel yapısı, diğer kıvam arttırıcılarla elde edilemez. Karbonhidrat bazlı kıvam arttırıcılara kıyasla jelatinin birçok avantajı vardır ve bu da onu daha popüler hale getirmektedir. Jelatinin sindirimi iyi düzeyde olup metabolizma sürecinde tamamen parçalanabilmektedir. İlaç endüstrisinde jelatin, serumlar, kapsüller ve vitaminler için kaplama malzemesi olarak ve kozmetik endüstrisinde de ingrediyen olarak kullanılmaktadır. Jelatinin iskelet ve omurga sistemleri üzerinde rejeneratif bir etkisi olduğu rapor edilmiştir. Jelatinin üretimi kolaydır, hammadde tedariği istikrarlıdır ve sığır jelatini kullanımı söz konusudur. Üretim alternatifi olarak domuz derisi ve kemikleri de kullanılmaktadır, Müslüman ve Yahudi tüketiciler domuz jelatini içeren ürünleri kullanmamaktadır. ---Jelatinin Yapısı ve Kolajen Jelatinin kaynağı olan kolajen, lifli ve α-sarmal bir yapıya sahip, suda çözünmeyen bir hayvansal proteindir. Hayvan dokularının (örneğin deri, kemikler, tendonlar, kıkırdak ve dişler) önemli bir bileşenidir ve toplam insan proteininin yaklaşık üçte birini oluşturur. Kolajen %35 glisin, %12 prolin, %11 alanin ve %9 hidroksiprolin içerir. Kolajen ile diğer proteinler arasındaki en önemli fark, yüksek prolin ve hidroksiprolin içeriğinde oluşudur; bu iki amino asit diğer proteinlerde çok düşük miktarlarda bulunmaktadır. ---Kolajenin, Tropokollajenin Yapı ve Özellikleri Kolajenin önem arzeden aminoasitleri ihtiva eden eşsiz amino asit bileşimi ve dizilimi, sarmal yapısını belirler. Kolajenin amino asit dizilimi tipik olarak "glisin-X-prolin" veya "glisin-X-hidroksiprolin" şeklinde tekrarlayan tripeptit birimleri içerir. Ortadaki X herhangi bir amino asit olabilir. Bu dizilimde, glisin α zincirleri arasındaki bağlanma bölgesinde; prolin ise kolajen sarmalının keskin kıvrımında yer almaktadır. Kolajenin amino asit dizilimi, üç polipeptit zincirinin sıkıca bağlanmasına olanak tanır ve ortaya çıkan üçlü sarmal yapı, kolajene yüksek çekme dayanımı ve çekme mukavemeti kazandırır. Kolajenin üçüncül (tersiyer) yapısından sorumlu olan monomeri “tropokollajen”, yaklaşık 3000 Å uzunluğunda, 15 Å çapında fibriler yapıdaki en uzun protein olmaktadır. Tropokollajen, aynı uzunlukta α-1 olarak gösterilen birbirinin aynı iki zincir ve α-2 olarak gösterilen üçüncü bir zincirin bir araya gelerek sol-el heliksi şeklinde birbiri etrafında sarılarak ortak üçlü sarmal yapı oluşturmasıyla ortaya çıkan ve molekül ağırlığı yaklaşık 300.000 dalton olan makromoleküldür. Her bir zincirde yaklaşık 1.000 aminoasit bulunmaktadır. Tropokollajen, kendisini oluşturan zincirlerin aksine sağ-el dönüşlüdür. Zincirler arasındaki hidrojen bağları yardımıyla ilgili üç zincir bir arada tutulmaktadır. Hidrojen bağlarının vericisi, her bir polipeptit zincirindeki glisin amino asitlerinin peptit azotudur (-NH) ve hidrojen bağlarının alıcısı, başka bir zincirdeki karbonil oksijenidir (-C=O). Öte yandan, zincirdeki lizin amino asitleri, enzimatik reaksiyonların etkisi altında zincirler arası çapraz bağlar oluşturur. Çapraz bağlanma hem üçlü sarmal yapının içinde hem de üçlü sarmal birimler arasında meydana gelir. Çapraz bağ sayısı ne kadar fazla olursa, protein lifi yapısı o kadar sert olur; çapraz bağ sayısı ne kadar az olursa, lif yapısı o kadar esnek olmaktadır. Kollajen moleküllerinin (tropokollajen) çeşitli şekillerde birleşmesiyle üst moleküler yapılar olan “kollajen fibrilleri” oluşmaktadır. Tropokollajenin suda 40°C veya daha yüksek sıcaklıklara ısıtılması, proteinin fiziksel özelliklerinde değişikliklere neden olur. Çözeltinin viskozitesi azalır ve lif yapısı bozulur. Sıcaklık yükseldikçe, üçlü sarmal yapı parçalanarak α zincirlerinden (moleküler ağırlığı yaklaşık 100.000), β zincirlerinden (iki α zincirinin kovalent olarak bağlanması) ve γ zincirlerinden (üç α zincirinin bağlanması) oluşan heterojen bir yapı, yani jelatin oluşturur. Bu yapının amino asit bileşimi, jelatin ekstraksiyon işlemine ve kolajen kaynağına bağlıdır. Kolajenin ana stabilizasyon yapısı, sayısı yaşla birlikte artan moleküller arası bağlardan oluşur. Hayvanlar yaşlandıkça, bu çapraz bağlar daha gelişmiş reaksiyonlara girerek iki değerlikli bağlar yerine üç değerlikli bağlar oluşturur. Bu üç değerlikli bağlar, iki yerine üç kolajen molekülünü birbirine bağlayarak çekme dayanımını artırır. Bu çapraz bağlar nedeniyle, çözünebilir jelatin elde etmek için daha yoğun bir işlem gereklidir. Jelatinin iyonik yükü ve moleküler boyutu, kaynağı olan kolajenin karakteristik yapısına bağlıdır. Jelatinin amino asit bileşimi esas olarak glisin, prolin, alanin ve hidroksiprolindir. Prolin, hidroksiprolin ve alanin, "glisin-prolin-R" tripeptidinden oluşan jelatin amino asit zincirinin polar olmayan bölgelerinde yer alır. Bu dizide, R tipik olarak hidroksiprolin de dahil olmak üzere polar olmayan amino asitlerden oluşur. Bu polar olmayan bölgeler, prolin ve hidroksiprolin içeren nispeten daha az miktarda bulunan polar bölgelerle birlikte zincir boyunca dağılmıştır. Isıl dayanım direncine bakılacak olursa, prolin miktarı önemli olmakla beraber ondan daha belirleyici olan unsurun üçüncü pozisyonda bulunan hidroksiprolin olduğu belirtilmektedir Bu bağlamda hidroksiprolinin önemli özelliği, hidrojen bağları oluşturabilme yeteneğidir. Prolin ve hidroksiprolin içeriği, kolajenin termal stabilitesini büyük ölçüde belirlediğinden, bu aminoasitlerin içerikleri ve dağılımları, jelatinin jel özelliklerini belirleyen en önemli faktörler olarak kabul edilmektedir. ---Jelatin Üretim Metolojisi Jelatin üretimi yıkama, ön işlem, ekstraksiyon, filtrasyon, konsantrasyon/buharlaştırma, sterilizasyon ve kurutma gibi aşamaları içermektedir. Bununla birlikte, ön işlem ve ekstraksiyon, jelatin kalitesini ve verimini belirleyen en kritik aşamalar olarak kabul edilir. Yıkama aşamasında, sığır veya domuz derileri suyla yıkanır. Kemikler ezildikten sonra, kalsiyum karbonat vb. mineralleri uzaklaştırmak için en az iki gün süresince %4-7'lik hidroklorik asit (HCl) çözeltisinde bekletilmekte ve böylece "kemik tutkalı" olarak bilinen süngerimsi bir kemik malzemesi elde edilmektedir. İkinci aşama olan ön işlem (asidik veya alkali işlem), son ürün için istenen jelatin kalitesine, hammaddelere, hammaddelerdeki çapraz bağlanma derecesine ve hayvanların yaşına bağlı değişimli olarak uygulanmaktadır. Bu aşamada, hayvanların yaşı, nihai jelatin kalitesini ve verimini etkileyen belirleyici faktördür. Düşük çapraz bağlanmaya sahip genç hayvanlardan elde edilen kolajenin kısa süreli, hafif, seyreltik asit işlemi, A tipi jelatin verimi sağlar. Bunun aksine, yüksek çapraz bağlama verimine sahip yaşlı hayvanlardan elde edilen kolajenin daha konsantre bir alkali çözelti kullanılarak işlenmesi, B tipi jelatin üretmektedir. Üçüncü aşama olan ekstraksiyon, asidik veya nötr koşullar altında gerçekleştirilir. Alkali ön işlemden geçirilmiş ham maddeler tipik olarak nötr veya hafif asidik bir ortamda (pH 5,0-6,5) ekstrakte edilir. Endüstriyel olarak, başlangıç ekstraksiyon sıcaklığı 50°C'den başlar ve 100°C'ye ulaşana kadar her seferinde 10°C artırılır. Her aşama ortalama 4-7 saat sürer. Başlangıç sıcaklığı, kolajenin denatürasyon sıcaklığından daha yüksektir. Bu sıcaklıkta hidrojen bağları kırılır ve kolajen çözünebilir jelatine dönüşür. Başlangıçta elde edilen jelatin, yüksek sıcaklıklarda hidrojen bağlarının kırılması sonucu oluşan dış erime nedeniyle oluşur; sonraki kısımlar ise daha yüksek sıcaklıklar ve ortam pH'ı nedeniyle üretilir. Her ekstraksiyon aşamasından sonra, elde edilen jelin jel gücü azalır ve rengi koyulaşır. Asit ön işlemden geçirilmiş domuz derisi gibi malzemeler için ekstraksiyon, pH'ı 4-5 olan asidik bir çözeltide gerçekleştirilir. Sığır derisi ve kemik parçaları gibi malzemeler için işlem, pH değeri 2,0-3,5 arasında olan asidik bir çözeltide yapılmalıdır. ---Jelatinin Gıda Sektörü Uygulamaları ve Diğer Jelatin Etkili Uygulamalar Jelatin, çeşitli endüstrilerde geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir. Majör olarak gıda endüstrisinde kullanım alanı söz konusudur. Jelatin, jöle, marshmallow, şekerleme ve tatlıların yapımında kullanılır ve onlara jel benzeri bir kıvam verir.Dondurma ve bazı yoğurt türlerinde koyulaştırıcı olarak kullanılır. Soslar ve çorbalar da kısmen veya tamamen jelatinle koyulaştırılır. Mikrobiyal kültürler için agar ile birlikte kullanılmaktadır. Gıda takviyeleri ve vitaminler için ingrediyen olarak yer alır ve kapsül üretiminde kullanılmaktadır. Jelatin, farmasötik ingrediyen olarak ilaç kapsüllerinin üretiminde de yaygın olarak kullanılmaktadır. İlgili kapsüller, ilaçların yutulmasını kolaylaştırır ve kontrollü ilaç salınımına olanak tanımaktadır.. Bazı ilaç tabletlerinin tadını maskelemek ve yutulmasını kolaylaştırmak için de kaplama ingrediyeni olarak kullanılır. Farmasötik kapsüllerin imalatında petrokimya türevli ürünlere nazaran jelatin daha güvenlidir Jelatin kozmetik endüstrisinde de saç bakım ve cilt bakım ürünlerinde kullanım alanı bulmaktadır. Jelatin, cildi sıkılaştırmaya ve nemi korumaya yardımcı olmak için bazı yüz maskesi ve krem formülasyonlarında, saç güçlendirici ve koruyucu formülasyonlarda kullanılmaktadır. Jelatin, fotoğrafçılık sektöründe, ışığa duyarlı bir yüzey oluşturmak için film katmanlarını kaplamak amacıyla kullanılmaktadır. Tekstil üretiminde, jelatin kumaş yüzeylerini kaplama ve sertleştirme ajanı olarak kullanılmaktadır. Jelatin, arıca bazı yapı malzemeleri için yapıştırıcı ve kaplama malzemesi olarak da kullanılabilmekte dir. Prof.Dr.Özlem TOKUŞOĞLU

Bu haber, Yekpare Haber Merkezi sitesi, Ankara Şehir Gazetesi sitesi tarafından eklenmiştir.