Kazeinler

Sütün sıvı yapısı ve çeşitli bileşenler arasındaki fiziko-kimyasal farklılıklar nedeniyle, süt endüstrisi bu bileşenleri aktif olarak farklı şekillerde fraksiyonlara ayırır. Sütte bulunan proteinler genel olarak kazein ve peynir altı suyu proteinleri olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır. Kazein ve peynir altı suyu proteinleri arasındaki çözünürlük farklılıkları ve kalsiyum fosfatın doğal pH'a bağlı çözünürlük özellikleri, kazeinin ayrılmasını ve birçok kazein bazlı bileşenin üretimini kolaylaştırmaktadır (Southward, 2003a; O’Kennedy, 2009).

Kazein, sütte hem kantitatif hem de besinsel olarak en önemli protein bileşenidir ve sütün toplam azotunun yaklaşık %80'ini oluşturmaktadır. Kağıt, tekstil, boya, deri, elyaf ve diğer endüstrilerde kullanılmaktadır. Yenilebilir kazein ve kazeinatlar da birçok gıdada uzun zamandır kullanılan süt yan ürünleridir. Kazein, sistein hariç, çok zengin bir esansiyel amino asit kaynağıdır. Kovalent olmayan etkileşimlerle bir arada tutulan üç farklı −αs1, −αs2 ve –β kazein polipeptit zincirinden, proteolitik olarak elde edilen κ-

kazeinden ve birkaç minör protein ve peptitten oluşmaktadır. Bir fosfoprotein olan kazein, serin ester bağıyla kazeine kovalent olarak bağlı %0.7−0.9 oranında fosfor içerir. Sütte, kalsiyum, inorganik fosfat ve sitrat ile kombinasyon halinde bulunmaktadır. Kazein molekülünün yapısı Şekil 2.8’de verilmiştir. Kazein fraksiyonları, çapı 20−300 nm arasında değişen iki değerlikli katyonlar (kalsiyum ve daha az miktarda magnezyum) içeren misel kümelerinden oluşmaktadır. Bu yapı, hidrofobik fraksiyonların kolloidal bir halde oldukça kararlı bir şekilde dağılmasına izin vermektedir (Southward, 2003a; O’Regan ve ark., 2009; Sarode ve ark., 2016).

Bir protein olarak kazein, süt sisteminin pH'sına bağlı olarak her biri pozitif veya negatif bir yüke sahip olabilen yüzlerce ayrı amino asitten oluşmaktadır. Sütün pH değeri yaklaşık 6.6'dır, burada kazein miselleri net bir negatif yüke sahiptir ve oldukça stabildir. Ancak bazı pH değerlerinde, kazein üzerindeki tüm pozitif ve negatif yükler dengede kalarak, protein üzerindeki net yük sıfır olmaktadır. Kazein için 4.6 olan bu pH değeri, izoelektrik nokta (İEN) olarak adlandırılmaktadır. İEN, proteinin en az çözünür olduğu pH'dır (Sarode ve ark., 2016). Kazeinler, çiğ sütün pH 4.6'ya asitlendirildiğinde çöken proteindir, peynir altı suyu proteinleri ise çözelti içinde kalmaktadır.

Şekil 2.9. Bir kazein miseli (Anonim, 2020d).

2.6.2.1. Asit kazein

Sütün pH'sının 6.6−6.7'den (doğal pH) 4.6'ya düşmesi, kazeinlerin makroskopik ölçekte topaklanmasına neden olmaktadır. Sütteki kazein bileşeninin pH ile ilgili bu davranışı, kazeinin yoğunlaşarak toplanmasına ve sütteki diğer bileşenlerin (laktoz, peynir altı suyu proteinleri ve çözünür mineraller) ayrılarak uzaklaştırılmasına olanak sağlamaktadır (O’Kennedy, 2011). Asit kazein üretiminde, çoğunlukla hidroklorik asit veya sülfürik asit gibi mineral asitler kullanılarak sütün, ~4.2−4.6 pH'ya ulaşılana kadar asitlendirilmesiyle kazeinin çökmesi sağlanmaktadır. Mineral asitlerin dışında laktik asit bakterileri kullanılarak gerçekleştirilen mikrobiyal asitlendirme de yaygın olarak tercih edilen yöntemler arasındadır (Huppertz ve ark., 2018). Bu pH'da yağsız sütün diğer tüm bileşenleri (laktoz, peynir altı suyu proteinleri ve kolloidal kalsiyum fosfat dâhil mineraller) çözünebilir olduğundan, yüksek kazein içerikli tozlar üretmek için etkili bir yöntemdir (O’Kennedy, 2011). Ancak tüm bu işlemler esnasında peynir altı suyu proteinlerinin minimal denatürasyonuna neden olabilecek başlangıçtaki sıcaklık işlemi önemlidir. Isı ile denatüre olan peynir altı suyu proteinleri, kazeinden ayrı olarak veya kazein ile birlikte bu asidik pH’da pıhtılaşabilmektedir. Bu nedenle 72°C’de 15 saniye uygulanacak bir pastörizasyon önerilmiştir (O’Kennedy, 2009). Gerekli pH değerine ulaşıldıktan sonra, laktoz, peynir altı suyu proteinleri ve mineralleri içeren peynir altı suyunun ayrılmasını sağlamak için önce ısıl işlem uygulanmakta ve sonrasında kazeinin saflığını arttırmak için su ile yıkanmaktadır. Elde edilen asit kazein pıhtısı daha sonra kurutulmakta ve öğütülerek toz haline getirilmektedir. Asit kazein tozu suda çözünmez

özelliktedir ve çözünür olması için genellikle nötralizasyon işlemi gerektirir (Southward, 2003a; Huppertz ve ark., 2018).

Alternatif olarak, yıkanmış asit kazein peyniri kazeinat üretimi için kullanılmaktadır. Kazeinat üretiminde, yaş asit kazein pıhtısı öğütülürek, sodyum, potasyum, kalsiyum veya magnezyum hidroksit gibi bir alkali ile pH~7.0'ye nötrleştirilmesinin ardından spreyle veya silindir (vals) ile kurutma yapılmaktadır. Kazeinatlar tipik olarak suda yüksek çözünürlüğe sahiptir (Huppertz ve ark., 2018).

2.6.2.2. Rennet kazein

Rennet kazein üretimi peynir üretiminin ön basamağıdır. Proteolitik bir enzim olan rennet enzimi (kimozin olarak da adlandırılmaktadır) etkisiyle, kazein miselinden κ- kazeinin bir kısmı ayrılmakta ve para-κ-kazein ve glikomakropeptit oluşmaktadır. Bunun sonucunda, miseller artık kalsiyum iyonlarının varlığında stabilitesini kaybetmekte ve koagüle olarak üç boyutlu bir jel veya teleme oluşmaktadır. Kazeinin enzimatik pıhtılaşması durumunda, sütün pH'ı değişmez (Southward, 2003a; O’Kennedy, 2011; Sarode ve ark., 2016). Asit kazein üretiminde olduğu gibi, oluşan kazein telemesine uygulanan ısıl işlemin ardından peynir altı suyu proteini, laktoz ve çözünür tuzları uzaklaştırmak için yıkanmakta ve daha sonra kurutulmaktadır. Hem rennet hem de asit kazein üretiminde aynı temel ayırma teknolojileri kullanılmaktadır. Her iki yöntemde de, pıhtılaşan kazeinin çözünebilir serum fazından ayrılması ile protein oranı yüksek kazein eldesi mümkün olmaktadır (Southward, 2003a; O’Kennedy, 2009; Huppertz ve ark., 2018).

Asit ve rennet kazein arasındaki en büyük farklar aşağıdaki gibi sıralanabilir (O’Kennedy, 2009, 2011; Huppertz ve ark., 2018):

(i) Asit kazeinde κ-kazein bozulmamış halde bulunurken, rennet kazein kümelenmiş para-κ-kazein miselleri içerir ve bu özelliği nedeniyle suda çözünmez.

(ii) Rennet kazein, üretiminde kolladidal misel kalsiyum fosfatın üründe tutulması nedeniyle daha yüksek mineral içeriğine sahiptir.

(iii) Asit kazein pH ayarlamasıyla suda çözünürken, rennet kazein ise sitrat veya fosfat tuzları gibi kalsiyum şelatlama ajanı ilave edilmesiyle çözünmektedir.

Çizelge 2.2. Kazein ürünlerinin bileşimi (Southward, 2003a)

Bileşen (%) Asit Kazein Rennet Kazein

Nem 11.5 11.5

Yağ 1.1 0.4

Protein (Azot × 6.38) 86.2 81.3

Kül 1.8 8.2

Laktoz 0.1 0.1