Suyun Bazı Özellikleri
Gıdalarda bulunan 4 temel bileşenden biri olan su, gerek beslenme açısından hayati zorunluluğu yönüyle, gerekse de yapısında bulunduğu gıdayı fiziksel, kimyasal ve mikrobiyolojik olarak etkilemesi yönüyle son derece önemlidir.
Suyun, neden bu kadar önemli olduğunun anlaşılabilmesi için belli başlı özelliklerinin ve karakteristiklerinin bilinmesi gerekmektedir.
Su, iki hidrojen atomunun bir oksijen atomu ile kovalent bağ kurması ile oluşan bir bileşiktir.
Su molekülünün şekli ve O – H bağlarında oksijenin hidrojene göre daha elektronegatif oluşu, suya eksi ve artı uçların bulunduğu polar özellik kazandırmaktadır. Suyun bazı karakteristik özellikleri aşağıda verilmiştir;
Su molekülleri arasında, bir su molekülünün oksijeni ile komşu su molekülünün hidrojeni arasında hidrojen bağı kurulmaktadır.
Üç boyutlu sistemde bir arada bulunan su moleküllerinin hepsinin birbirleri arasında hidrojen bağı kurması suyun ısı kapasitesi, yüzey gerilimi, erime noktası değerlerinin, buharlaşma ve erime entalpisinin, adezyon ve kohezyon kuvvetinin yüksek olmasını sağlamaktadır.
Suyun adezyon ve kohezyon kuvvetinin yüksek oluşu suya, yabancı bir maddeye kolayca yapışarak onu ıslatabilme ve bitkilerin kılcal damarlarında olduğu gibi yerçekimine karşı kolayca hareket edebilme gibi kabiliyetler kazandırmaktadır.
Suyun katı halinin (buz), sıvı halinden daha az yoğunluğa sahip oluşu da yine moleküller arası kurulan hidrojen bağı sayısı ve hidrojen bağlarının uzunlukları ile ilgilidir.
Su molekülünde artı ve eksi uçların bulunması, iyonik bileşiklerin suda iyi bir şekilde çözünmesini sağlamaktadır. Bununla birlikte, iyonik olmayan ancak polar olan şeker, basit alkoller gibi bileşikler de suda çözünebilmektedir.
Buradaki etki daha çok polar uçlar arasında (suyun oksijeni ile çözünen bileşiğin karbonil grubu arasında) hidrojen bağı kurulmasından ileri gelmektedir.
Gıdalarda Suyun Bulunuş Şekilleri
Bütün gıdalar az veya çok miktarda su içermektedir. Örneğin etin %70 kadarı, sütün ise yaklaşık %87 kadarı sudur. Aşağıdaki tabloda bazı gıdaların içerdiği su miktarı verilmiştir;
Ancak gıdaların içerisindeki suyun tamamı su gibi hareket etmez ve suyun sahip olduğu tüm özelliklere de sahip değildir. Su, gıdaların içerisinde 5 farklı formda bulunmaktadır. Bu formlar şu şekildedir;
1. Yapısal Su: Su dışındaki bileşenlerin bir parçası halinde bulunan sudur. Çözücü karakteristiği bulunmamaktadır, -40oC’de donmaz ve su aktifliği sıfırdır. Gıdaların içerisinde bulunan suyun çok küçük bir yüzdesini oluşturmaktadır.
2. Komşu Su: Güçlü hidrofil kutupları bulunan bileşiklere bağlanan sudur. Çözücü karakteristiği bulunmamaktadır, -40oC’de donmaz ve su aktifliği sıfırdır. Yüksek miktarı, hidrofil kutupları tek tabaka halinde sarabilir.
3. Çoklu Tabaka Su: Komşu suya bağlanan su formudur. Su dışındaki bileşenlere yakın olmasından dolayı saf suyun karakteristiğini kısmen gösterebilmektedir. Büyük bir kısmı -40oC’de donmaz ve çözücü özelliği gösterebilir.
4. Serbest Su: Gıda içerisinde su dışındaki bileşenlerden uzak; sadece su-su etkileşimi içerisinde olan su formudur. Bu suyun karakteristiği, seyreltik tuzlu suya benzemektedir. Serbest su, 0’ın altındaki derecelerde donabilir ve çözücü özellik gösterebilir.
5. Kapanlanmış Su: Büyük makromoleküller arasında kalan sudur. Kurutma ile kolayca uzaklaştırılabilir veya kolaylıkla dondurulabilir. Pektin ve nişasta jellerinde, hayvan ve bitki dokularındaki su kapanlanmış suya örnek olarak verilebilir.
Bu sınıflandırmadan yola çıkarak, bir gıdanın içerisindeki suyun tamamının su özelliği göstermediği söylenebilir. Bu bilgi şu anlama gelmektedir; gıdanın içerisindeki suyun tamamı, fiziksel ve kimyasal reaksiyonlar ve mikroorganizmaların faaliyetleri için “kullanılabilir” değildir.
Dolayısıyla, gıdanın içerdiği su miktarı kadar, o suyun ne kadarının su özelliği gösterdiğinin bilinmesi de gıdanın muhafazası ve işlenmesi açısından son derece önemlidir. Aynı oranlarda su içeren iki farklı gıdanın muhafaza süresinin birbirinden farklı olabilmesinin sebeplerinden biri içerisindeki su formlarının farklı oranlarda oluşudur.
Gıdaların içerisinde bulunan suyun “kullanılabilirliğini” ölçmek amacı ile “su aktivitesi” olarak bilinen parametre kullanılmaktadır. Su aktivitesi, bir gıdanın içerisindeki suyun buhar basıncının, aynı sıcaklıktaki saf suyun buhar basıncına oranı olarak tanımlanmaktadır.
Su aktivitesinin sembolü “aw” dir. Su aktivitesi 0 ile 1 arasında değişir ve birimsiz olarak ifade edilir. Örneğin saf suyun su aktivitesi 1’dir, balın yaklaşık 0,60, süt tozunun ise yaklaşık 0,2’dir.
Su aktivitesinin önemi şu şekilde anlatılırsa daha açıklayıcı olabilir;
Çoğu zararlı bakterinin yaşam faaliyetlerini sürdürebilmesi için yaşam ortamının en az 0,91 aw‘ye sahip olması gerekmektedir. Eğer bir gıdanın su aktivitesi 0,91’den aşağı ise veya gıda işlenerek (kurutma veya konsantre etmek gibi) su aktivitesi bu değerin altına çekilirse, artık bu gıda çoğu zararlı bakterinin gelişmesi için elverişli değildir. Dolayısıyla, artık bu bakteriler gıdaya herhangi bir zarar veremeyecektir (Bu bahis, gıda mikrobiyolojisi kısmında daha geniş bir şekilde incelenecektir).
Kimyasal reaksiyonlar açısından bakıldığı zaman, Maillard reaksiyonu 0,65-0,70 aw değerleri arasında maksimum hıza ulaşmaktadır. Yüksek amino asit ve indirgen şeker ihtiva eden gıdalarda su aktivite değeri oldukça önemlidir. Benzer şekilde, gıdanın içerisinde bulunan C vitamini miktarı, gıdanın sahip olduğu su aktivitesi değeri ile yakından ilişkilidir. Nitekim, su aktivitesi arttıkça C vitamininin bozunma hızı da artmaktadır.
Ancak şunu da unutmamak gerekir ki; su aktivitesi parametresi donma noktasının üstündeki sıcaklıklarda etkin bir şekilde kullanılırken, donma noktasının altındaki sıcaklıklarda büyük oranda geçerliliğini kaybetmektedir. (Su aktivitesi üzerine daha detaylı bilgi için bkz. Gıdalarda Su Aktivitesi; Tanımı, Önemi ve Etkisi)
Gıdalar ve su ilişkisi için önemli bir diğer kavram ise “denge nemi” dir. Bilindiği üzere, gıdalar içinde bulundukları ortamdan su alırlar veya ortama su verirler.
Aynı ortamda bulunan bisküvi ortamdan su alıp nemlenirken; domates su kaybederek kurur. Belirli bir süre geçtikten sonra ise, gıdanın nem içeriği ile bulunduğu ortamın nem içeriği dengeye ulaşır ve sabitlenir.
Dengeye ulaştığı noktaya “dengede nem miktarı” denilmektedir ve g nem/g kuru madde birimi ile ifade edilir. Doğal olarak denge nem miktarı, ortamın sıcaklığına ve bağıl nemine göre değişmektedir.
Bir gıdanın ortam ile nem alışverişi sonucunda denge nem miktarına ulaşması grafik haline getirilerek “sorpsiyon izotermleri” oluşturulmaktadır. Tamamen kuru bir gıdanın ortamdan nem kazanarak dengeye ulaşması safhasının grafik haline getirilmesi “adsorpsiyon izotermi” olarak adlandırılmaktadır.
Nemli bir gıdanın nem kaybederek ortam nemi ile dengeye ulaşması safhasının grafik haline getirilmesi ise “desorpsiyon izotermi” olarak ifade edilmektedir. Sorpsiyon izotermleri için veriler deneysel olarak elde edilmektedir. Denge nem miktarı ve sorpsiyon izotermleri gıdaların depolanması ve muhafazası işlemlerinde son derece önemlidir.
Kaynakça
Saldamlı, İ. (Ed.). (2021). Gıda Kimyası. Hacettepe Üniversitesi Yayınları.
Bilişli, A. (2012). Gıda Kimyası. Sidas Medya.
Gökalp, H. Y., Nas, S., & Certel, M. (2002). Biyokimya-I: Temel Yapılar ve Kavramlar. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi.
Erkmen, O. (Ed.). (2021). Gıda Mikrobiyolojisi (6. baskı). Efil Yayınevi.
Raymond, J. L., & Morrow, K. (2023). Krause ve Mahan Besin ve Beslenme Bakım Süreci (16. baskı; G. Akbulut, Çev. Ed.). Nobel Tıp Kitabevleri.
Bu yazıları da okumak isteyebilirsiniz;
Su ve Sağlık; Vücuttaki Görevleri ve Günlük Su İhtiyacı
İçme Suyunun Sahip Olması Gereken Kalite Özellikleri
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.