Tanım olarak gıdalarda su aktivitesi, gıdanın içerisinde bulunan suyun buhar basıncının, aynı sıcaklıktaki saf suyun buhar basıncına oranıdır ve simgesi aw’dir.
Teorik olarak su aktivitesi değeri 0 ile 1 arasındadır, ancak gıdalarda su aktivitesi 0,1 ile 0,99 değerleri arasında değişir. Oran ifade ettiği için, su aktivitesinin bir birimi yoktur.
aw= P/P0
P: Gıdanın içindeki suyun buhar basıncı,
P0: Saf suyun buhar basıncı
Bir gıdanın su aktivitesi “su aktivitesi ölçüm cihazı” adı verilen cihazla enstrümantal olarak belirlenmektedir. Su aktivitesi analizinde bir miktar gıda cihazın örnek kabına yerleştirilir ve değişen sürelerde gıdanın denge buhar basıncına erişmesi sonucunda su aktivitesi tespit edilir.
Her gıda az veya çok miktarda su içerir. Kuru gıda olarak tanımladığımız kurutulmuş meyveler ve tahıllar, hiç beklenmeyecek şekilde %10-15 gibi değişen oranlarda görece fazla miktarda su içermektedir. Kurutularak toz haline getirilen süt tozları %1-4 arasında su içermektedir. Düpedüz katı bir yapı gösteren salatalık ve domates gibi meyveler ise % 95-96 oranında su içermektedir. (Gıdalarda bulunan su ile ilgili detaylı bilgi için bkz. Gıdalarda Bulunan Su; Formları, Karakteristikleri ve Önemi)
Aynı su oranına sahip iki farklı gıdanın su aktivitesi, yapılarının farklı oluşu nedeniyle birbirlerinden farklı olabilmektedir. Örneğin, içerisinde %10-13 oranında su bulunan tahılların su aktivitesi 0,65-0,75 arasındayken, %15-20 oranında su içeren kuru meyvelerin su aktivitesi 0,60-0,65 değerleri arasındadır. Dolayısıyla, gıdanın içerdiği su oranı ile birlikte, sahip olduğu suyun aktifliğinin de bilinmesi oldukça önemlidir.
Aşağıdaki tabloda bazı gıdaların su aktivite değerleri yer almaktadır;
| Gıda | Su aktivitesi (aw) |
|---|---|
| Saf su | 1,00 |
| Süt, taze et, taze sebze ve meyveler, yoğurt, peynir, tereyağı, ekmek, %8’e kadar tuz içeren veya %40’a kadar toz şeker (sakkaroz) içeren gıdalar | 0,99-0,95 |
| Olgunlaştırılmış peynirler, jambon, %55’e kadar toz şeker içeren veya %12’ye kadar tuz içeren gıdalar, kekler, domates salçası, mayonez | 0,95-0,91 |
| Salam, sucuk, sosis, kurutulmuş sığır eti, pastırma, margarin, %65’e kadar toz şeker içeren veya %15’e kadar tuz içeren gıdalar | 0,91-0,87 |
| Pekmez, un, baklagiller, pirinç, konsantre meyve suları, %15-17 su içeren gıdalar | 0,87-0,80 |
| Reçel, marmelat, bazı kurutulmuş meyveler, yaklaşık %26’ya kadar tuz içeren gıdalar | 0,80-0,75 |
| Kabuklu yemişler, çikolata, marshmallow, jöle, %10-13 su içeren hububat | 0,75-0,65 |
| Bal, kurutulmuş meyvelerin çoğu, karamela, | 0,65-0,60 |
| Makarna, şehriye, baharatlar | 0,60-0,50 |
| Yumurta tozu | 0,40 |
| Bisküvi, peksimet, kızarmış ekmek | 0,30 |
| Süt tozu, krakerler, mısır cipsleri | 0,20 |
Su Aktivitesinin Önemi
Gıdalarda su aktivitesi iki açıdan önemlidir. İlki, su aktivitesinin mikroorganizma gelişimi üzerinde oldukça etkili olmasıdır. Mikroorganizmalar gıdaların içerisinde gelişebilmeleri için belli bir su aktivite değerine ihtiyaç duyarlar.
İkincisi ise, gerek enzimatik olsun gerekse de enzimatik olmasın, şu an bilinen haliyle bazı kimyasal reaksiyonlar için su aktivitesi değeri, reaksiyonun hızlanmasında veya yavaşlamasında oldukça etki sahibidir.
Yani gıdalarda su aktivitesi, gıdalarda mikrobiyolojik ve kimyasal olmak üzere iki farklı açıdan etkili ve önemlidir.
1. Mikrobiyolojik açıdan su aktivitesinin önemi
Her canlı gibi mikroorganizmalar da gelişmek ve üremek için suya ihtiyaç duyarlar. Mikroorganizmaların gıdalarda gelişimi ve üremesi ise gerek gıdanın bozulması açısından gerekse de insan sağlığı açısından oldukça risklidir.
Fermente gıdalarda bu durum farklıdır; yoğurt örneğinde olduğu gibi fermente gıdalarda fermantasyonu gerçekleştiren “iyi bakterilerin” gelişmeleri ve üremeleri bilakis teşvik edilir.
Bir gıdanın içerisindeki su, mikroorganizmaların gelişimi için ne kadar elverişliyse risk o derece artmaktadır. Burada suyun elverişliliğinden kasıt, mikroorganizmanın o suyu kullanabilmesidir. Mikroorganizmanın suyu kullanabilmesi için o suyun saf su niteliğinde olması gerekir.
Kurutma, dondurma, tuzlama ve şekerleme (reçel gibi) gibi işlemler, mikroorganizmalar için “elverişli” olan suyun gıdadan uzaklaştırılması veya azaltılması için insanoğlunun gıdaların muhafazasında çok uzun zamandan beri uyguladığı işlemlerdendir.
Kurutma işleminde su buharlaşır ve gıdadan ayrılır. Tuzlama ve şekerlemede ise var olan su, bir çözücü görevi görür ve saf su olmaktan çıkıp bir çözelti halini alır. Nihayetinde, mikroorganizmaların gelişimi baskılanır veya tamamen durdurulur.
Burada dikkat çekici olan, tuzlama veya şekerlemede gıdanın içerisindeki su miktarı değişmemektedir. Ancak içerisinde madde (tuz veya şeker) çözündüğü için önemli bir miktarı artık mikroorganizmalar için kullanılabilir olmaktan çıkmaktadır.
Reçellerde çok sık rastlanan bir durum su aktivitesinin önemini anlatmak açısından güzel bir örnek olarak verilebilir. Reçel, yüksek miktarda şeker ihtiva eder ve dolayısıyla su aktivitesi çoğunlukla mikroorganizmaların gelişemeyeceği kadar düşüktür. Ancak, reçelin üzerine bir damla su damladığında veya üzerinde su yoğunlaştığında reçelin o kısmında derhal küf gelişimi meydana gelir. Bu durum, su aktifliğinin ne derece önemli olduğunun görülmesi açısından oldukça önemlidir.
Mikroorganizmaların gelişimleri ve çoğalmaları için ihtiyaç duydukları minimum elverişli su miktarı tür ve hatta suş bazında birbirinden farklılık gösterebilmektedir.
Bazı mikroorganizmaların gelişimleri için gerekli olan minimum su aktivitesi değerleri tabloda verilmiştir;
| Mikroorganizma | Minimum aw |
|---|---|
| Zararlı bakterilerin çoğu | 0,91 |
| Zararlı mayaların çoğu | 0,88 |
| Zararlı küflerin çoğu | 0,80 |
| Halofilik bakteriler (Tuzu seven) | 0,75 |
| Kserofilik küfler (Kuruluğu seven) | 0,62 |
| Ozmofilik mayalar (Basıncı seven) | 0,61 |
| Bazı bakteri türleri | |
| Clostridium botulinum tip E | 0,97 |
| Clostridium botulinum tip A ve B | 0,94 |
| Clostridium perfringens | 0,95 |
| Pseudomonas spp. | 0,96 |
| Pseudomonas fluorescens | 0,97 |
| Pseudomonas fragi | 0,91 |
| Acinetobacter spp. | 0,96 |
| Escherichia coli | 0,95 |
| Bacillus subtilis | 0,95 |
| Bacillus cereus | 0,95 |
| Bacillus stearothermophilus | 0,93 |
| Salmonella spp. | 0,92-0,95 |
| Lactobacillus viridescens | 0,94 |
| Listeria monocytogenes | 0,92 |
| Staphylococcus aureus | 0,86 |
| Enterobacter aerogenes | 0,95 |
| Pediococcus cerevisiae | 0,94 |
| Vibrio parahaemolyticus | 0,94 |
| Bazı küf türleri | |
| Rhizopus stolonifer | 0,93 |
| Rhizopus nigricans | 0,93 |
| Botrytis cinerea | 0,93 |
| Aspergillus citri | 0,84 |
| Aspergillus flavus | 0,78 |
| Aspergillus niger | 0,78 |
| Aspergillus versicolor | 0,78 |
| Aspergillus ochraceus | 0,77 |
| Aspergillus glaucus | 0,70 |
| Penicillium expansum | 0,83 |
| Penicillium islandicum | 0,83 |
| Penicillium patulum | 0,81 |
| Penicillium citrinum | 0,80 |
| Penicillium chrysogenum | 0,79 |
| Bazı maya türleri | |
| Candida utilis | 0,94 |
| Saccharomyces cerevisiae | 0,90 |
| Saccharomyces baiht | 0,80 |
| Debaryomyces hansenii | 0,83 |
| Xeromyces bisporus | 0,61 |
| Zygosaccharomyces rouxii | 0,62 |
Tablodaki veriler laboratuvar deneyleri sonucunda elde edilmiş verilerdir. Ancak, mikroorganizmaların gıda gibi doğal ortamlardaki davranışları ve gereksinimleri deney ortamındakilerden farklılık göstermektedir.
Genel olarak, mikroorganizmalar gıda ortamında gelişim için, deney ortamındakinden daha yüksek aw değerine ihtiyaç duyarlar. Örneğin, Staphylococcus aureus deney ortamında 0,86 su aktivitesinde gelişebilirken, aynı bakteri 0,89 su aktivitesine sahip karideste gelişememektedir.
Mikroorganizmalar, doğal ortamlarda deney ortamındakinden farklı davranma durumunu, birbirleri arasındaki gen transferinde de göstermektedir. Deney ortamında gen transferine yatkın olan türlerin, gıda matrisinde gen transferinden kaçındıkları birçok kez gözlemlenmiştir.
İnsanlar evde, işte ya da farklı sosyal ortamlarda nasıl farklı davranış kalıpları sergileyebiliyorsa, mikroorganizmalar da bulundukları çevresel koşullara bağlı olarak farklı tepkiler ve özellikler gösterebilmektedir.
Kuvvetle muhtemel ki, su aktivitesiyle birlikte diğer birçok faktörün mikroorganizmaların gelişimi üzerinde eş zamanlı etkili olması bu sonucu doğurmaktadır.
Genel olarak, ortamın sıcaklığı ve asitlik derecesi mikroorganizma için uygun olmaktan ne kadar uzaksa, gelişim için gerekli olan su aktivitesi değeri de o derece artmaktadır. Örneğin, Clostridium botulinum tip A’nın optimum gelişim şartları olan 37oC sıcaklık ve 7,0 pH’de ihtiyaç duyduğu minimum su aktivitesi 0,94 iken, aynı sıcaklıkta pH 5,3’e düşürüldüğünde ihtiyaç duyduğu minimum su aktivitesi 0,99’a yükselmektedir.
Diğer taraftan, toksin üreten bazı mikroorganizmaların toksin üretebilmeleri için gereken minimum su aktivitesi değeri, gelişimleri için gereken su aktivitesi değerinden daha yüksektir. Bu mikroorganizmalara Staphylococcus aureus, Penicillium patulum, Aspergillus flavus ve Aspergillus clavatus örnek olarak verilebilir.
Su aktivitesinin mikroorganizmalar üzerindeki etkisi üzerine türler bazında değerlendirme yapıldığında şunlar söylenebilir;
Genel itibarıyla su aktivitesi 0,90’ın altında bakteri kaynaklı gıda bozulması pek gözlenmez. 0,90’ın altında su aktivitesine sahip gıdalarda bakteriler uzun süre canlılığını koruyabilir, ancak gelişip üreyerek gıdanın bozulmasına neden olabilecek seviyelere ulaşmaları pek muhtemel değildir.
Su aktivitesi 0,90-0,80 değerleri arasında olan gıdalarda bozulmalar genellikle maya ve küfler tarafından meydana gelmektedir. 0,60 aw değerine kadar kserofilik, halofilik ve ozmofilik mikroorganizmalar bozulma riski teşkil edebilmektedir.
Genel itibarıyla 0,60 aw’nin altında su aktivitesine sahip gıdalar, mikroorganizmaların gelişemeyeceği ve dolayısıyla mikrobiyal bozulmanın pek muhtemel olmadığı gıdalardır.
Ancak yinelemekte fayda vardır ki, düşük su aktivitesine sahip gıdalarda mikroorganizmalar gelişip çoğalamaz; ancak hayatta kalabilirler.
Bunun en bilinen örneği gıdaların dondurulması işleminde görülmektedir. Bir gıda dondurularak su aktivitesi 0,1-0,25 değerleri arasına düşürülebilir. Bu su aktivite değerlerinde mikroorganizmalar gelişip çoğalamazlar. Bundan dolayı, dondurulan gıdalar uzun süre muhafaza edilebilir [1].
Ancak, dondurulan gıdanın içerisindeki mikroorganizmalar gelişip çoğalamasalar bile yine de hayatta kalabilmektedirler. Gıda donuk kaldığı süre içerisinde bozulma riskinden uzak olsa dahi, çözünme başladığı anda derhal mikrobiyal gelişim ve üreme gelişir. Çünkü buz eridiği zaman su, mikroorganizmaların kullanabileceği hale gelmiştir. Bundan sonrası için su aktivitesi, mikroorganizma gelişimini baskılayan ana unsur olmaktan çıkar.
2. Kimyasal açıdan su aktivitesinin önemi
Su aktivitesinin kimyasal reaksiyonlar açısından etkisi net bir şekilde bilinmese de yapılan bazı çalışmalar su aktivitesinin kimyasal reaksiyonların hızı üzerinde etkili olduğunu göstermektedir. Bilinen hali ile su aktivitesi, aşağıdaki reaksiyonlara etki etmektedir;
a) Lipidlerin yükseltgenmesi
Lipidlerin yükseltgenmesi, yağ bileşenlerinin oksijenle tepkimeye girerek hidroperoksitler ve bunların parçalanmasıyla oluşan çeşitli oksidasyon ürünlerini meydana getirmesidir. Bu süreç, yağlarda istenmeyen tat ve koku oluşumuna yol açabilir.
Lipidlerin yükseltgenme reaksiyonlarının hızı, su aktivitesi yükseldikçe bir dalgalanma sergilemektedir. Genellikle 0,1’den 0,3 aw değerlerine doğru gidildiğinde reaksiyon hızı yükselme göstermektedir. 0,3’ten 0,5 aw’ye gidildiğinde reaksiyon hızı azalır; 0,5’ten 0,75 aw’ye gidildiğinde reaksiyon hızı yeniden yükselir ve 0,75’in sonrasında tekrar reaksiyon hızı düşer.
b) Maillard reaksiyonu
Maillard reaksiyonu, enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonlarındandır. Maillard reaksiyonu karbonhidratların indirgen uçları ile proteinlerin ve amino asitlerin amino grupları arasında gerçekleşir.
Maillard reaksiyonunu etkileyen asıl faktör sıcaklıktır. Bununla birlikte, su aktivitesi de Maillard reaksiyonunun hızı üzerinde etkilidir. Yapılan bir çalışmaya göre, reaksiyon hızı 0,60-0,70 aw değerleri arasında maksimuma erişmektedir. 0,7’den sonra ise reaksiyon hızında düşüş meydana gelmektedir. Bu durum, su aktifliğinin artışıyla seyrelmenin de artması şeklinde izah edilmektedir.
c) Enzimatik reaksiyonlar
Enzimatik reaksiyonlarda suyun işlevinin substrat ve ürünlerin hareketini sağlaması olduğu düşünülmektedir. Bu bağlamda, su aktivitesinin artması ile enzimatik reaksiyonların hızı da artmaktadır.
Ancak, su aktivitesinin enzimatik reaksiyonlar üzerine etkisine dair daha çok araştırmaya ihtiyaç vardır.
d) Askorbik asidin yükseltgenmesi
Askorbik asit, yani yaygın olarak bilinen diğer adıyla C vitamininin bozunma hızı, su aktivitesinin artışı ile doğru orantılı olarak artmaktadır. Yapılan bir çalışmada, 30oC’lik sabit sıcaklıkta, 0,1 aw’de C vitamininin yarılanma süresi 76 gün iken, 0,65 su aktivitesinde bu süre 6 gün olarak bulunmuştur.
[1] Tereyağının dondurularak muhafazası esnasında bir müddet sonra tereyağının acılaşması mikrobiyal kaynaklı değildir. Dondurularak muhafaza edilen tereyağının acılaşması, sütün doğal yapısında bulunan lipaz enziminin -40oC’de dahi aktivitesini sürdürmesinden kaynaklanmaktadır. Lipaz, yağ moleküllerini parçalar ve acı tatlı yağ asitleri serbest hale gelir.
Kaynakça
Saldamlı, İ. (Ed.). (2021). Gıda Kimyası. Hacettepe Üniversitesi Yayınları.
Erkmen, O. (Ed.). (2021). Gıda Mikrobiyolojisi (6. baskı). Efil Yayınevi.
Kışla, D. (2013). Düşük su aktivitesiyle gıdaların korunması. O. Erkmen (Ed.), Gıda Mikrobiyolojisi içinde. Efil Yayınevi, Ankara.
Us, F. (2014). Su ve buz. İ. Saldamlı (Ed.), Gıda Kimyası içinde. Hacettepe Üniversitesi Yayınları, Ankara.
Yıldırım, İ. (2009). Gıda Mikrobiyolojisi Ders Notları. Akdeniz Üniversitesi, Antalya.
Uysal Seçkin, G., & Taşeri, L. (2015). Yarı-Kurutulmuş Meyve ve Sebzeler. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 21(9), 414–420.
U.S. Food and Drug Administration. (1984). Water Activity (aw) in Foods. Inspection Technical Guide No. 39, 16 April 1984.
Halil İbrahim Akgül
Halil Ibrahim Akgul, Ph.D., is an Assistant Professor of Food Engineering at Bayburt University, where he works in the Division of Food Sciences within the Faculty of Engineering. He received his B.Sc. in Food Engineering from Akdeniz University in 2010, followed by an M.Sc. and a Ph.D. in Food Engineering from Atatürk University in 2015 and 2020, respectively. His formally recognised academic fields are Food Sciences and Engineering, Food Technologies, Dairy and Dairy Products Technology, and Food Microbiology.
Dr. Akgul has more than fifteen years of professional, research, and academic experience in food science. Between 2011 and 2013, he worked as the food engineer responsible for operations at the Pilot Dairy and Bread Factory of Atatürk University’s Directorate of Agricultural Enterprises. This industrial experience, combined with his subsequent academic research, gave him extensive practical and scientific knowledge of milk processing, dairy production, food quality, hygiene, and product development.
His research is primarily focused on milk and dairy products, dairy microbiology, starter cultures, lactic acid bacteria, exopolysaccharides, butter technology, and the physicochemical, microbiological, sensory, and nutritional properties of foods. His studies have examined the quality and fatty-acid composition of traditional butter, aroma formation in butter produced with different starter cultures, raw-milk quality, the characterisation and antioxidant activity of bacterial exopolysaccharides, traditional dairy products such as çökelek and karın kaymağı, colostrum powder, and the use of fruit-derived ingredients in ice cream production.
His academic record includes peer-reviewed research articles published in national and international journals, including Mljekarstvo, Acta Scientiarum Technology, the Journal of Food Safety and Food Quality, the International Journal of Food Engineering, the Atatürk University Journal of Agricultural Faculty, and ATA Food Journal. Four of the research articles currently listed in his university profile were published in SCI-Expanded-indexed journals. He has also contributed to twelve national and international conference papers and presentations covering dairy products, food microbiology, butter quality, fatty-acid composition, starter cultures, exopolysaccharide-producing bacteria, colostrum, traditional foods, and functional ice-cream formulations.
Dr. Akgul has participated as a researcher or adviser in eleven completed scientific and applied research projects. These projects have addressed the modernisation of pilot dairy-processing facilities; the production and quality characteristics of colostrum powder; the physicochemical and microbiological quality of butter and raw milk; the identification of exopolysaccharide-producing lactic acid bacteria; the development and production optimisation of starter cultures for mould-ripened cheese; the standardisation of traditional dairy products; and the use of sloe berry and persimmon fibre in ice-cream production.
His teaching experience spans undergraduate, associate-degree, and graduate education. The courses he has taught include Food Chemistry, Analytical Chemistry, General Chemistry, Organic Chemistry, Fermented Dairy Products Technology, Butter Production and Processing Technology, Healthy Living and Nutrition, Organic Agriculture and Food, Popular Science, Digital Literacy, and Information Technologies. Through these courses, he combines fundamental food chemistry and engineering principles with dairy technology, nutrition, scientific literacy, and the practical communication of scientific knowledge.
He is the founder and Editor-in-Chief of Gıda ve Sağlık, a multilingual digital publication devoted to food, nutrition, health, food chemistry, food microbiology, and culinary science. Through this platform, he draws upon his academic background, teaching experience, research activity, and practical knowledge of food production to present scientifically grounded information in a detailed and accessible form for an international readership.