B‹YOTEKNOLOJ‹K YOLLARLA AROMA MADDEELER‹N‹N ÜRET‹M‹
BIOTECHNOLOGICAL PRODUCTION OF FLAVOUR COMPOUNDS
Murat YILMAZTEK‹N*, Turgut CABARO⁄LU, Hüseyin ERTEN Çukurova Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, G›da Mühendisli¤i Bölümü, Adana
Gelifl Tarihi: 01 Aral›k 2006
ÖZET: Dünya g›da katk› maddeleri pazar›n›n % 25’ini oluflturan aroma maddeleri y›ll›k 7 milyar dolar civar›nda bir pazar pay›na sahiptir. Aroma maddeleri önceden beri bitkilerden elde edilmifl, ancak bitkilerde düflük miktarlarda bulunduklar› için saflaflt›r›lmalar› zor ve pahal› olmufltur. Kimyasal yolla sentezlenen sentetik aroma maddelerinin üretimi ucuzdur, ancak sa¤l›k aç›s›ndan zararl› etkileri ve tüketicilerde do¤al ürünlere olan talebin artmas› nedeniyle tercih edilmemektedirler. Bu nedenle, son dönemlerde alternatif olarak biyoteknolojik yöntemler üzerinde durulmaktad›r. Bu derlemede, aroma maddelerinin üretiminde kullan›lan fermantasyon ve biyodönüflüm yöntemleri ile bu yöntemlerle vanilin, benzaldehit, lakton ve ester aromalar›n›n üretimi ele al›nm›flt›r.
Anahtar kelimeler: Biyoteknoloji, fermantasyon, biyodönüflüm, do¤al aroma maddeleri
ABSTRACT: Flavour compounds represent 25 % of the total additives market on the world and have an annual value of about 7 billion US dollars. For a long time, plants were the sole source of flavour compounds. However, they are often present at low concentrations and thus their isolation is difficult and expensive. Even though, production of synthetic flavours is cheap, they do not prefered because of harmful effects to the health and increasing demand to natural products by consumers. Therefore, in recent years an alternative route is the utilisation of biotechnological processes on the production of flavour compounds. In this review, production of flavour compounds via fermentation and bioconversion techniques and the production of vanillin, benzaldehyde, lactons and esters by these techniques were discussed.
Keywords: Biotechnology, fermentation, bioconversion, natural flavour compounds
G‹R‹fi
Aroma maddeleri özellikle g›da endüstrisinde s›kça kullan›lan katk› maddeleri aras›nda yer almaktad›r. Uzun zamandan beri bitkiler aroma maddelerinin esas kayna¤› olmufllard›r. Ancak aroma maddelerinin bitkilerde düflük miktarlarda bulunmalar› saflaflt›r›lmalar›n› zor ve pahal› hale getirmektedir. Bu nedenle günümüzde kimyasal yolla sentezlenen aroma maddeleri daha çok kullan›lmaktad›r. Bugün piyasada kullan›lan aroma maddelerinin yaklafl›k % 80’den fazlas›n› sentetik aroma maddeleri oluflturmaktad›r. Ancak son zamanlarda kimyasal ürünlerin insan sa¤l›¤›n› ve çevreyi tehdit etmesi ve uluslararas› mevzuatlarda kimyasal yollarla elde edilen ürünlere getirilen k›s›tlamalar nedeniyle tüketiciler do¤al ürünleri tercih etmektedir.
Aroma maddelerinin üretiminde son dönemlerde oldukça ilgi gören yöntemlerden biri de biyoteknolojik uygulamalard›r. Modern biyoteknolojide yaflanan geliflmeler sayesinde aroma maddelerinin mikroorganizmalar, bitki hücre kültürleri ve enzimler yard›m›yla üretilmesi mümkün olmufltur. Biyoteknolojik yolla aroma maddesi üretiminde iki yöntem kullan›lmaktad›r. Birincisi ucuz karbon ve azot kaynaklar› kullan›larak fermantasyon yoluyla üretim, ikincisi ise spesifik ön bilefliklerin mikroorganizmalar veya enzimler vas›tas›yla aroma bilefliklerine biyo dönüflümüdür.
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– *E-posta: myilmaztekin@cu.edu.tr
AROMA MADDELER‹N‹N GRUPLANDIRILMASI
Aroma maddeleri genel olarak do¤al ve yapay aroma maddeleri olarak grupland›r›l›r. Aroma maddelerinin elde edildikleri kaynaklar›n çok farkl› ve çok çeflitli olmas›, uluslararas› mevzuatlarda kesin tan›mlar›n›n yap›lmas›na neden olmufltur. Amerika Birleflik Devletleri’nde aroma maddeleri do¤al ve yapay olmak üzere iki gruba ayr›lm›fl ve do¤al aroma maddeleri; ”esansiyel ya¤lar, ya¤l› reçineler, esanslar, protein hidrolizatlar›, baharat, meyve suyu, sebze veya sebze suyu, yenilebilir maya (ekmek ve bira mayas›), bitki tomurcuk, kabuk, kök ve yapraklar›, et, deniz ürünleri, kümes hayvanlar›, yumurta ve süt ürünlerinin k›zart›lmas›, ›s›t›lmas› ve enzimle muamele edilmesinden sonra elde edilen destilatlar› veya esas ifllevi aroma vermek olan fermantasyon ürünleri» fleklinde tan›mlanm›flt›r. Avrupa Birli¤i Mevzuat›’nda ise do¤al aroma maddeleri, «bitkisel veya hayvansal kaynaklardan uygun fiziksel, enzimatik veya mikrobiyolojik yollarla elde edilen aroma verici madde veya madde kar›fl›mlar›” olarak ifade edilmifltir (1). Her iki tan›mdan da anlafl›ld›¤› gibi aroma maddelerinin do¤al olarak adland›r›labilmesi için elde edildi¤i hammaddenin de (substrat veya ön bileflik) do¤al olmas› gerekmektedir (2). Birçok Avrupa ülkesinde do¤al ve yapay aroma maddelerinin yan›nda do¤ala özdefl aroma maddeleri ayr› bir s›n›f olarak kabul edilmektedir. Kimyasal yollarla sentezlenen bu bileflikler, do¤al formlar›yla ayn› özellikleri gösterirler (1, 3). Türk G›da Kodeksi yönetmeli¤ine göre aroma maddeleri, do¤al aroma maddeleri, do¤ala özdefl aroma maddeleri, yapay aroma maddeleri, aroma kar›fl›mlar›, reaksiyon aromalar› ve tütsü aromalar› olarak s›n›fland›r›l›rlar (2).
B‹YOTEKNOLOJ‹K YOLLARLA DO⁄AL AROMA MADDELER‹ ÜRET‹M YÖNTEMLER‹
‹nsano¤lu yüzy›llardan beri farkl› teknikler kullanarak hofl kokulu ve aromal› g›dalar üretmifl, fakat aroma oluflumunda mikroorganizmalar›n rol oynad›¤›n› ancak geçti¤imiz yüzy›lda mikrobiyoloji ve biyokimyada yaflanan geliflmeler sayesinde ö¤renebilmifltir. Yap›lan araflt›rmalar sonucunda mikroorganizmalar›n, birço¤u önemli aroma bilefli¤i olan ikincil ürünleri üretti¤i belirlenmifltir (4).
Uzun zamandan beri do¤al aroma maddelerinin tek kayna¤› bitkilerin esansiyel ya¤lar›, meyve sular›, sebze ekstraktlar› ve hayvan orijinli ürünler idi (5). Biyoteknolojik yollarla aroma maddesi üretiminde günümüzde mikroorganizmalar, enzimler ve bitki hücre ve doku kültürleri kullan›lmaktad›r. Mikroorganizmalar›n kullan›ld›¤› üretim tekniklerinde temel olarak iki yöntemden yararlan›lmaktad›r. Bunlar; ortamda bulunan fleker, alkol ve amino asit gibi basit besinlerden bafllayarak fermantasyonla aroma maddelerinin üretimi (de novo sentezi) ve ortama ilave edilen ön bilefliklerin (prekursör) biyodönüflümüyle (mikrobiyal biyodönüflüm) aroma maddelerinin üretimidir (3). Fermantasyonda karbon ve azot kaynaklar›na ihtiyaç duyulurken, mikrobiyal biyodönüflümde uygun bir substrat yeterli olmaktad›r. Her iki yöntemin genel özellikleri Çizelge 1’de verilmifltir (6).
Fermantasyonla Üretim
Fermantasyon, ilk zamanlardan beri g›da biliminde sürekli kullan›lan bir yöntemdir. Biyokimyasal yönden fermantasyon, mikroorganizmalar taraf›ndan salg›lanan enzimlerin organik maddelerde oluflturdu¤u parçalanma veya kimyasal de¤ifliklikler olarak tan›mlan›r (7). Biyoteknolojide ise, bir ürünün mikroorganizma
Çizelge 1. Fermantasyon ve mikrobiyal biyodönüflümlerin genel özellikleri (6)
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Özellik Fermantasyon Mikrobiyal biyodönüflüm
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Mikroorganizmalar Ço¤alan hücreler Ço¤alma evresindeki ve durgun evredeki
hücreler
Reaksiyon Karmafl›k reaksiyonlar Basit (tek veya birkaç basamakl›) katalitik reaksiyonlar
Reaksiyon süresi Uzun K›sa
Substrat Ucuz karbon ve azot kaynaklar› Spesifik (bazen pahal›)
Ürün Do¤al Do¤al veya yapay
Ürün miktar› Az Yüksek
Ürünün saflaflt›r›lmas› Zor Kolay
kültürleri vas›tas›yla uygun koflullarda üretilmesidir (8). Bu teknikte ucuz karbon ve azot kaynaklar› kullan›l-makta ve amaçlanan ürün, mikroorganizmalar›n karmafl›k metabolik etkinlikleri sonucu meydana gelmektedir (9).
Bir fermantasyon iflleminde optimum koflullar›n belirlenmesi için mutlaka prosesin kontrol edilmesi gerekmektedir. Proses kontrolünde fermantasyonda etkili olan fiziksel, kimyasal ve biyolojik parametreler biyosensörler veya baz› enstrümental teknikler kullan›larak sürekli ölçülmektedir.
Biyodönüflüm Yoluyla Üretim
Mikroorganizmalar›n bir bilefli¤i yap›sal yönden kendisine benzer baflka bir bilefli¤e dönüfltürmesi olay›na biyodönüflüm denir. Bir baflka deyiflle, mikroorganizmalar veya enzimler taraf›ndan katalizlenen kimyasal dönüflümlerdir. Biyodönüflümde genellikle verim çok yüksektir. Verimi etkileyen faktörler aras›nda mutantlar›n seçimi, pH, s›cakl›k, hücre zar› geçirgenli¤i, ürün inhibisyonu, substratlar›n ortamda çözünürlük derecesi v.b. özellikler say›labilir. Birçok biyodönüflüm olay›nda iki substrat gereklidir. Bunlardan biri mikroorganizmalar›n geliflimi için gereklidir. Di¤eri ise, dönüflüme u¤rayacak substratt›r (10).
B‹YOTEKNOLOJ‹K YOLLARLA ÜRET‹LEN BAZI AROMA MADDELER‹ Vanilin
Vanilin (4-hidroksi-3-metoksibenzaldehit), tüm dünyada özellikle g›da endüstrisinde kullan›lan en önemli aroma bilefliklerinden biridir. Esas olarak tropik vanilya orkidelerinin çekirdeklerinden veya fermente edilmifl kabuklar›ndan ekstrakte edilmektedir (11). Tüm dünyada y›ll›k üretimi yaklafl›k 12.000 tondur. Bu üretimin sadece % 0.5’ini vanilya orkidelerinden elde edilen do¤al vanilin oluflturmakta ve fiyat› 1200-4000 $/kg aras›nda de¤iflmektedir. Di¤er k›sm›n› ise fiyat› 15 $/kg olan ve kimyasal olarak sentezlenen vanilin oluflturmaktad›r (12).
Do¤al vanilin üretiminde alternatif yollardan biri de mikrobiyal biyodönüflüm yoluyla üretimdir. Mikroorganizmalar›n metabolik faaliyetleri için kulland›klar› substratlar aras›nda genellikle öjenol ve ferulik asit gelmektedir. Öjenol karanfil ya¤›n›n aromatik bileflenlerinden biri olup piyasa de¤eri 5 $/kg civar›ndad›r. Ferulik asit ise birçok hububatta hücre duvar› materyalinin bilefleni olarak bulunmaktad›r. Miktar olarak bu¤day kepe¤inde 4-7 g/kg, m›s›r kepe¤inde yaklafl›k 30 g/kg, mercimek endosperminde 12 g/kg ve melasta ise 5-10 g/kg civar›ndad›r. Hücre duvar›nda karbonhidratlarla esterleflmifl bir biçimde bulunmakta ve enzimatik uygulamalarla ayr›labilmektedir (12).
Thibault ve ark. (13) taraf›ndan yap›lan bir araflt›rmada, melas ve bu¤day kepe¤indeki ferulik asit, spesifik ferulik asit esterazlarla takviye edilmifl enzim kar›fl›mlar›yla serbest hale getirilmifl ve Basidiomycetes grubundan olan Pycnoporus cinnabarinus’un farkl› kültürleri kullan›larak ferulik asit vaniline dönüfltürülmüfltür. Yüksek verimlili¤e sahip türleri belirlemek amac›yla genetik yöntemler kullan›lm›fl ve böylece 90-300 mg/l aras›nda de¤iflen verimlerde vanilin üretimi gerçeklefltirilmifltir. Ferulik asitten vanilin üretimini gösteren metabolik yollar fiekil 1’te gösterilmifltir.
fiekil 1. Pycnoporus cinnabarinuskullan›larak ferulik asitten vanilin üretimi (13) C2 OH OCH3 COOH Ferulik asit OH OCH 3 CHO Vanilin OH OCH3 COOH Vanilik asit
Topraktan izole edilen Bacillus subtilis’in bir sufluyla izoöjenolün vaniline dönüflümü üzerine yap›lan bir araflt›rmada ise 0.9 g/l konsantrasyonda vanilin üretildi¤i belirlenmifltir. Ayr›ca literatürde Pseudomonas cinsine ait baz› bakteri türlerinin öjenolü 17 saatlik bir fermantasyon süresi sonunda 440 mg/l vaniline dönüfltürdü¤ü belirtilmektedir (14).
Ucuz ve do¤al tar›msal yan ürünleri de¤erlendirmek amac›yla yap›lan baflka bir çal›flmada ise ferulik asit kayna¤› olarak m›s›r kepe¤i kullan›lm›flt›r. Ferulik asitin verimini artt›rmak ve vanilik asite parçalanmas›n› sa¤lamak amac›yla Aspergillus niger’den faydalan›lm›flt›r. A. niger feruloil esteraz gibi polisakkarit parçalayan enzimleri üretme kabiliyetine sahiptir. Daha sonra elde edilen vanilik asit Pycnoporus cinnabarinus taraf›ndan 767 mg/l’lik bir konsantrasyonda vaniline dönüfltürülmüfltür (15).
Benzaldehit
Vanilinden sonra en önemli aromatik bileflikler aras›nda benzaldehit gelmektedir. ‹lk defa 1863 y›l›nda benzal klorid’in hidrolizi yoluyla sentezlenmifltir. Günümüzde sentetik benzaldehit fenol üretimi s›ras›nda yan ürün olarak elde edilmektedir. Y›ll›k üretimi yaklafl›k 7000 ton civar›nda olup fiyat› 3 $/kg’ d›r. Do¤al benzaldehitin y›ll›k üretimi ise 100 ton civar›ndad›r ve bunun yaklafl›k 80 tonu sinnamaldehitten elde edilmektedir. Ancak kimyasal hidroliz yoluyla üretildi¤i için Avrupa Birli¤i Yasalar›na göre do¤al olarak kabul edilmemektedir. Geri kalan 20 tonluk bölümü ise kay›s›, fleftali, erik çekirdeklerinden ve ac› bademden elde edilmektedir. Baz› çürükçül küfler fermantasyon ve biyodönüflüm yoluyla benzaldehit üretebilmektedirler (5).
Pseudomonas putida’n›n bir suflunun benzaldehidi mandelik asitten üretebildi¤i belirlenmifltir. Fakat bu biyokimyasal yolda pH’n›n 5.4’e düflmesi, benzaldehit dehidrogenaz izoenzimlerinin k›smi inaktivasyonuna neden olmufl ve bunun aldehit birikimine yol açt›¤› saptanm›flt›r. Ancak, pH düflüflüyle birlikte dehidrogenaz aktivitesinde meydana gelen düflüflün genel bir durum oldu¤u, sadece benzaldehit dehidrogenazlara mahsus olmad›¤› ve bütün dehidrogenazlar› etkiledi¤i belirlenmifltir. Çal›flmada elde edilen sonuçlara göre % 85 verimle benzaldehit üretimi gerçekleflmifltir.Pseudomonas putida taraf›ndan yürütülen mandelik asit metabolizmas› fiekil 2’te verilmifltir (16).
Yap›lan baflka bir çal›flmada ise, çürükçül küflerin bir üyesi olan Pycnoporus cinnabarinus’ un L-fenilalanin’den 100 mg/l benzaldehit üretebildi¤i bildirilmifltir. Kültür ortam›na ürün ekstraksiyonu amac›yla stiren divinilbenzen kopolimer türü bir reçine ilave edildi¤inde benzaldehit üretiminde sekiz kat art›fl (790 mg/l) meydana gelmifl ve yüksek aroma potansiyeline sahip sinnamik asit türevlerinin üretildi¤i saptanm›flt›r (17).
Laktonlar
Laktonlar özellikle g›dalarda ve içeceklerde s›kl›kla kullan›lan aroma maddeleri aras›nda gelmektedir. γ- ve δ-lak-tonlar (4- ve 5-dekanolidler) meyvelerde ve baz› fermente g›dalarda do¤al olarak bulunan önemli lakδ-lak-tonlar aras›nda olup hofl kokulu bilefliklerdir (Çizelge 2). Baz› küf ve maya türlerinin bu bileflikleri fermantasyon yoluyla ürettikleri belirlenmifltir. Aroma biyoteknolojisinde üretilen önemli laktonlardan biri olan γ-dekalakton, uzun zincirli hidroksi ya¤ asitlerinin baz› mayalar taraf›ndan dönüflümüyle elde edilmektedir (18).
fiekil 2. Pseudomonas putidataraf›ndan yürütülen mandelik asitten benzaldehit üretimi (16)
H H O HO COOH COOH OH COOH CHO COOH Mandelat rasemaz Mandelat Dehidrogenaz Benzoil Format Dekarboksilaz Benzaldehit Dehidrogenaz Izoenzimleri D-Mandelik asit L-Mandelik asit Benzoil formik asit
Benzaldehit Benzoik asit Mandelat
Yarrowia lipolytica, risinoleik asit ve metil esterlerinin dönüflümünü sa¤layarak γ-dekalakton’u üreten maya türlerinden biridir. 75 saat içinde 9.5 g/l ve 12 g/l konsantrasyonlarda γ-dekalakton üretti¤i saptanm›flt›r. Ayn› zamanda bu maya türünün γ-dodekalakton, γ-nonalakton, δ-lakton ve doymam›fl laktonlar› üretti¤i yap›lan farkl› çal›flmalarda belirlenmifltir (18, 19).
Sporidiobolus cinsinin γ-dekalakton’ u risinoleik asit ve türevlerinden biyodönüflüm yoluyla üretmesi birçok araflt›rmaya konu olmufl ve yap›lan tüm çal›flmalarda bu mikroorganizma cinsinin γ-dekalakton’u yüksek konsantrasyonlarda üretti¤i belirtilmifltir. Ancak, üretilen laktonlar›n ortamdaki mikroorganizma floras› üzerindeki toksik etkilerinin yerinde ekstraksiyon tekni¤iyle azalt›labilece¤i belirtilmifltir (20, 21, 22).
Laktonlar aras›nda öneme sahip di¤er bir bileflik de hindistan cevizinin esas bilefleni olan 6-pentil- α-piron’dur (19). Trichoderma cinsine ait türlerin fermantasyon yoluyla 6-pentil- α-piron’u yüksek verimde üretme yetene¤ine sahip olduklar› belirlenmifltir. Yüzey kültür ve derin kültür fermantasyon yöntemlerinin kullan›ld›¤› bir çal›flmada, kullan›lan farkl› türler aras›ndaTrichoderma harzanium türünün en yüksek konsantrasyonda 6-pentil- α-piron üretti¤i belirlenmifltir. Aroma maddelerinin geri kazan›m› için ek olarak herhangi bir ifllemin yap›lmad›¤› denemelerde, 167-455 mg/l aras›nda 6-pentil- α-piron üretildi¤i tespit edilmifltir (23).
Esterler
Aroma maddeleri aras›nda ayr› bir öneme sahip olan di¤er bir grup da esterlerdir. Uzun zincirli asitlerle alkoller aras›nda meydana gelen reaksiyonlar sonucu oluflan esterler g›da, deterjan, kozmetik ve farmakoloji endüstrilerinde katk› maddesi olarak kullan›lmakta, k›sa zincirli asitlerle alkollerin ürünleri ise önemli aroma maddelerini oluflturmaktad›r. Birçok alkol asetatlar› ticari olarak önemli bileflikler olup bunlardan etil asetat, izobütil asetat ve izoamil asetat aroma sanayiinde kullan›lmaktad›r. Özellikle izoamil asetat keskin muz aromas› verdi¤i için g›da sanayiinde tüketimi oldukça fazlad›r ve y›ll›k üretimi 74 ton civar›ndad›r (24). Esterlerin do¤al formlar› oldukça pahal› ve zor temin edilebilmektedir. Kimyasal olarak sentezlenenler ise ucuz ama do¤al olmad›klar› için tercih edilmemektedir. Yap›lan araflt›rmalar sonucu aroma esterlerinin lipazlarla üretiminin mümkün olabilece¤i belirtilmifltir. Genellikle farkl› kaynaklardan elde edilen serbest ve immobilize lipazlarla organik çözücülerde üretimleri üzerine çal›flmalar yap›lm›flt›r. Mucor miehei’den elde edilen serbest lipazlar kullanarak n-heptan içerisinde esterifikasyonla 37°C’de 24 saat içerisinde 26 g/l izoamil asetat elde edilmifltir (24).
Yüksek alkollerden biri olan amil alkol dam›t›k içki endüstrisi at›klar›ndand›r. Esterlerin mayalar taraf›ndan üretimi, alkollerin asetil koenzim A ile esterifikasyonuyla gerçekleflmektedir (25). Willopsis saturnus var. mrakii özellikle muz aromas›n›n karakteristik bilefleni olan 3-metilbütilasetat’› ve baz› uçucu asetatlar› yüksek alkollerden üretebilmektedir. Valin, lösin ve izolösin amino asitleri bu asetatlar›n do¤al ön bileflikleri olup mayalar taraf›ndan izobütanol, 3-metilbütanol ve 2-metilbütanol gibi yüksek alkollere metabolize edilmekte ve alkolasetiltransferazlarla izobütilasetat, 3-metilbütülasetat ve 2-metilbütilasetat üretilmektedir (26). Fermantasyon ortam›na substrat olarak ilave edilen yüksek alkollerin Willopsis saturnus var. mrakii taraf›ndan asetatlara dönüfltürüldü¤ü ve 3-metilbütanol’ün en h›zl› ve en yüksek verimle esterlefltirildi¤i belirlenmifltir (27). Çizelge 3’de ortama ilave edilen yüksek alkollerin biyodönüflüm verimleri verilmifltir.
Çizelge 2. Baz› önemli laktonlar ve koku karakteristikleri (18)
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Ad› Koku Karakteristi¤i
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– -dodekalakton fieftali, tereya¤›ms›, ya¤›ms›
-dekalakton fieftali, ya¤›ms›, meyvemsi
-nonalakton Hindistan cevizi, ya¤›ms›, meyvemsi, anason -dekalakton fieftali, ya¤›ms›, kremsi
dek-3-en-4-olid Meyvemsi, ya¤›ms› dek-2-en-4-olid Mantar
ENDÜSTR‹YEL UYGULAMALAR
Yukar›da de¤inilen aroma maddelerinden baz›lar› biyoteknolojik yöntemlerle endüstriyel ölçekte üretilmektedir. Üretimi gerçeklefltiren firmalar genellikle fermantasyon tekniklerini kullanmaktad›rlar. Bir Alman firmas› olan BASF’a ba¤l› Fritzsche, Dodge ve Olcott flirketi fleftali aromas›n›n bilefleni olan 4-dekalakton’u mikrobiyal yolla üretmektedir. ‹fllem, risinoleik asit olarak ta bilinen hint ya¤›n›n Yarrowia lypolitica taraf›ndan β-oksidasyon yoluyla dönüflümünü içermektedir. Üretimde 6 g/l’lik bir verime ulafl›lm›flt›r. ‹ngilterede ise Unilever firmas› taraf›ndan ekmek mayas› kullan›larak margarinlere tereya¤› aromas› vermek amac›yla kullan›lan (R)-δ-dodekanolid üretilmektedir. 300 hektolitrelik bir fermentörde gerçeklefltirilen ifllemde substrat olarak 5-ketododekanoik asit kullan›lmaktad›r. Bir Amerikan firmas› olan Hercules ise bütirik asit ve etil bütirat üretmektedir. Clostridium acetobutylicum glukozu anaerobik koflullarda bütirik asit’e dönüfltürmekte ve bu ürünün fermantasyon ortam›ndaki konsantrasyonu % 12’ye kadar ç›kmaktad›r. Elde edilen bütirik asit g›dalara do¤al peynir aromas› vermek amac›yla kullan›lmaktad›r. Meyve aromas›na sahip etil bütirat ise etanolle esterifikasyon yoluyla elde edilmektedir. Bu yöntemle üretilen etil bütirat’›n fiyat› 180 $/kg’d›r. Meyve sular›ndan konsantre edilen etil bütirat’›n fiyat› 5000 $/kg iken, sentetik olarak üretilen etil bütirat’ ›n fiyat› ise 4 $/kg’d›r (3). SONUÇ
G›da katk› maddeleri aras›nda önemli bir paya sahip olan aroma maddeleri uzun zamandan beri g›dalarda kullan›lmaktad›r. Tüketicilerin son zamanlarda do¤al ürünlere olan ilgisi ve yasal k›s›tlamalar do¤al aroma maddelerinin üretilmesine ve yeni biyoteknolojik yöntemlerin gelifltirilmesine neden olmufltur. Bu yöntemlerin aroma maddelerinin üretiminde kullan›lmas›, bitkilerden ve hayvanlardan elde edilen aroma maddelerine nazaran daha ucuzdur. Biyoteknolojide yaflanan h›zl› ve yeni geliflmelerle aroma maddelerinin üretiminde kullan›lan biyokatalistlerin veriminin artt›r›lmas› yap›lacak olan araflt›rmalarla mümkün olacakt›r. Endüstriyel ölçekli üretime geçifl için basamak teflkil edecek bu araflt›rmalar›n sürdürülmesi hem ekonomik, hem de do¤al ürünlerin elde edilmesi aç›s›ndan oldukça önemlidir.
KAYNAKLAR
1. Vandamme E. J. Soetaert W. 2002. Bioflavours and fragrances via fermentation and biocatalysis. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 77: 1323-1332.
2. Anonim. 1997. Türk G›da Kodeksi Yönetmeli¤i. Dünya Yay›nc›l›k, ‹stanbul. (16 Kas›m 1997).
3. Janssens L. de Pooter H. L. Schamp N. M. Vandamme, E. J. 1992. Production of flavours by microorganisms. Process Biochemistry, 27: 195-215.
4. Vanderhaegen B. Neven H. Coghe S. Verstrepen K. J. Derdelinckx G. Verachtert H. 2003. Bioflavouring and beer refermentation. Applied Microbiology and Biotechnology, 62: 140-150.
5. Lomascolo A. Stentelaire C. Asther M. Lessage-Meessen L. 1999a. Basidiomycetesas new biotechnological tools to generate natural aromatic flavours for the food industry. Tibtech., 17: 282-289.
6. Winterhalter P. Schreier P. 1993. Biotechnology: Challenge for the Flavor Industry. Flavor Science. American Chemical Society, 225-258.
7. Canbafl A. 1988. G›da Bilimi ve Teknolojisi. Çukurova Üniversitesi Ziraat Fakültesi ders kitab›, No:78, Çukurova Üniversitesi Ziraat Fakültesi Ofset ve Teksir Atölyesi, 199 s, Adana.
8. Stanbury P. F. Whitaker A. Hall S. J. 1995. Principles of Fermentation Technology. 2.nd ed., 357 s, Pergamon, U. K. 9. Koruko¤lu M. 1998. Do¤al aroma maddeleri üretiminde mikroorganizmalar. G›da, 23 (1) 48-50.
Çizelge 3. Yüksek alkollerin asetatlara biyodönüflüm verimleri (27)
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Ön bileflik Ester Biyodönüflüm verimi –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2-metilbütanol 2-metilbütil asetat % 63 3-metilbütanol 3-metilbütil asetat % 91 ‹zobütanol ‹zobütil asetat % 15
10. Pekin B. 1993. Biyokimya Mühendisli¤i (Biyoteknoloji). Ege Üniversitesi Kimya Fakültesi yay›nlar›, No: 3, Mas Ambalaj, 409 s, ‹zmir.
11. Walton N. J. Mayer M. J. Narbad A. 2003. Vanillin. Phytochemistry, 63 (5): 505-515.
12. Walton N. J. Narbad A. Faulds C. B. Williamson A. 2000. Novel approaches to the biosynthesis of vanillin. Current Opinion in Biotechnology, 11: 490-496.
13. Thibault J. F. Asther M. Ceccaldi B. C. Couteau D. Delattre M. Duarte J. C. Faulds, C. Heldt-Hansen H. P. Kroon P. Lesage-Meessen L. Micard V. M. G. C. Renard C. Tuohy M. Van Hulle S. Williamson G. 1998. Fungal Bioconversion of Agricultural By-Products to Vanillin. Lebensm.-Wiss. und Technol., 31: 530-536.
14. Shimoni E. Ravid U. Shoham Y. 2000. Isolation of a Bacillussp. Capable of transforming isoeugenol to vanillin. Journal of Biotechnology, 78: 1-9.
15. Lesage-Meessen L. Lomascolo A. Bonnin E. Thibault J. F. Buleon A. Roller M. Asther M. Record E. Ceccaldi B. C. Asther M. 2002. A Biotechnological Process Involving Filamentous Fungi to Produce Natural Crystalline Vanillin from Maize Bran. Applied Biochemistry and Biotechnology, 141-153.
16. Simmonds J. Robinson G. K. 1997. Novel biotransformations to produce aromatic and heterocyclic aldehydes. Enzyme and Microbial Technology, 21: 367-374.
17. Lomascolo A. Lesage-Meessen L. Labat M. Navarro D. Delattre M. Asther M. 1999b. Enhenced benzaldehyde formation by monokaryotic strain of Pycnoporus cinnabarinususing a selective solid adsorbent in the culture medium. Can. J. Microbiol., 45: 653-657.
18. Waché Y. Aguedo M. Nicaud J.-M. Belin J.-M. 2003. Catabolism of hydroxyacids and biotechnological production of lactones by Yarrowia lipolytica. Appl. Microbiol. Biotechnol., 61: 393-404.
19. Longo M.A. Sanromàn M.A. 2006. Production of Food Aroma Compounds: Microbial and Enzymatic Methodologies. Food Technol. Biotechnol., 44(3): 335-353.
20. Dufossé L. Souchon I. Feron G. Latrasse A. Spinnler H. E. 1999. In Situ Detoxification of the Fermantation Medium during γ-Decalactone Production with the Yeast Sporidiobolus salmonicolor. Biotechnol. Prog., 15: 135-139.
21. Dufossé L. Feron G. Mauvais G. Bonnarme P. Durand A. Spinnler H. E. 1998. Production of γ-Decalactone and 4-Hydroxy-Decanoic Acid in the GenusSporidiobolus. Journal of Fermentation and Bioengineering, 86 (2): 169-173. 22. Feron G. Dufossé L. Pierard E. Bonnarme P. Le Quere J.-L. Spinnler H. E. 1996. Production, Identification, and Toxicity
of γ-Decalactone and 4-Hydroxydecanoic Acid from Sporidiobolus spp. Applied and Environmental Microbiology, 62 (8): 2826-2831.
23. Kalyani A. Prapulla S. G. Karanth N. G. 2000. Study on the production of 6-pentyl-α-pyrone using two methods of fermentation. Appl. Microbiol. Biotechnol., 53: 610-612.
24. Güvenç A. Kapucu N. Mehmeto¤lu Ü. 2002. The production of isoamyl acetate using immobilized lipases in a solvent-free system. Process Biochemistry, 38: 379-386.
25. Quilter M. G. Hurley J. C. Lynch F. J. Murphy M. G. 2003. The production of Isoamyl Acetate from Amyl Alcohol by Saccharomyces cerevisiae. J. Inst. Brew., 109 (1): 34-40.
26. Janssens L. de Poorter H. L. Vadamme E. J. Schamp N. M. 1987. Production of flavours by the yeast Hansenula mrakii. Med. Fac. Landbouwwet., Rijksuniv. Gent,54 (4): 1907-1913.
27. Janssens L. de Poorter H. L. de Mey L. Vadamme E. J. Schamp N. M. 1989. Fusel oil as a precursor for the microbial production of fruity flavours. Med. Fac. Landbouwwet., Rijksuniv. Gent,54 (4a): 1387-1391.
