Koruyucu, gıdanın çürümesini ve bozulmasını önleyebilen, gıda kalitesini sağlayan ve gıdanın raf ömrünü uzatan önemli bir gıda katkı maddesidir. Yaşam standartlarının iyileşmesiyle birlikte tüketiciler besleyici, katkı maddesi içermeyen, yeşil, güvenli ve uzun raf ömrüne sahip gıdaların peşine düşmektedir; mikrobiyal aktivite, oksidasyon ve diğer roller nedeniyle gıdaların bozulması ve bozulması kolaydır; ve yanlışlıkla süresi dolmuş veya bozulmuş gıdalar yenirse gıda zehirlenmesine de neden olabilir, bu nedenle gıdaların depolanması etkili bir koruyucu yönteme ihtiyaç duyar. Soğutma, dondurma, tuzlama ve kurutma gibi geleneksel koruma yöntemlerine ek olarak, koruyucu katkı maddeleri de gıdanın raf ömrünü uzatabilir.

Doğal koruyucular, doğal kaynaklardan elde edilmeleri, güvenli, çevreci ve etkili koruyucu özelliklere sahip olmaları nedeniyle gıdalarda kimyasal olarak sentezlenen koruyuculardan daha yaygın olarak kullanılmakta ve bu nedenle doğal koruyucuların önemi giderek artmaktadır. Gıdalarda doğal koruyucuların uygulanmasına ilişkin araştırmalar yapılmakta ve yeni doğal koruyucular keşfedilmektedir.

Bu makale üç tür doğal koruyucuya odaklanmaktadır: bitkisel koruyucular, hayvansal koruyucular ve mikrobiyal koruyucular ve bunların gıdalardaki ilgili işlevleri ve uygulamaları.

Doğal gıda koruyucularının araştırma durumu

Doğal koruyucular, kimyasal koruyuculardan daha güvenli olan bitki, hayvan ve mikroorganizmalardan veya bunların metabolitlerinden izole edilen ve ekstrakte edilen antimikrobiyal ve antiseptik etkilere sahip fonksiyonel maddeler sınıfıdır.

Gıda endüstrisinde, kayıpları azaltmak, kaliteyi artırmak ve raf ömrünü uzatmak için genellikle koruyucular eklenir. Şu anda yaygın olarak kullanılan koruyucular çoğunlukla doğal koruyucular ve kimyasal koruyuculardır, kimyasal koruyucular çoğunlukla sorbatları, nitritleri ve benzoatları vb. içerir. Bu koruyucular uzun yıllardır kullanılıyor olsa da, insanların bu koruyucuların güvenliği konusundaki endişeleri hiçbir zaman azalmamıştır ve kimyasal koruyucuların çoğu hala insan sağlığı için bazı potansiyel tehlikeler taşımaktadır.

Mamur ve arkadaşları, sodyum sorbatın insan periferik kan lenfositleri için genotoksik olduğunu; araştırmacılar ayrıca bu koruyucuların birlikte kullanıldığında insan sağlığı üzerinde olumsuz etkileri olabileceğini bulmuşlardır. Binstok ve arkadaşları, mutajenik bileşiklerin oluşma riski nedeniyle et ürünlerinde sorbat ve nitritin birlikte kullanımının en aza indirilmesi gerektiğini bildirmişlerdir.

Gıdaların korunmasında kimyasal koruyucuların kullanımı insan sağlığı ve çevre için bazı tehlikelere neden olabilirken, doğal koruyucular düşük toksinli, kokusuz, güvenli ve son derece etkili olma avantajına sahiptir; bunlar sadece insanlar için zararsız olmakla kalmaz, aynı zamanda bazı besin değerlerine de sahiptir; bu nedenle, doğal koruyucuların kullanımı insanlar ve çevre için daha güvenlidir. Bu nedenle, doğal gıda koruyucuları gıda endüstrisinde büyük ilgi görmüştür ve daha fazla araştırma ve kapsamlı geliştirme gerektirmektedir.

Doğal koruyucuların kaynakları ve uygulamaları

Doğal gıda koruyucuları güçlü antimikrobiyal özellikler, yüksek güvenlik ve iyi termal stabilite gibi avantajlara sahiptir. Kaynaklarına göre, bitkisel koruyucular, hayvansal koruyucular ve mikrobiyal koruyucular olarak kategorize edilebilirler. Çeşitli doğal koruyucuların farklı kaynakları nedeniyle, bileşimleri ve yapısal özellikleri farklıdır ve gıdalardaki uygulamaları da farklıdır. Aşağıda sırasıyla bu üç tür doğal gıda koruyucusu tanıtılacaktır.

1. Bitki koruyucuları

Bitkisel koruyucular çoğunlukla belirli doğal otlar, baharatlar ve uçucu yağlar gibi bitki özlerinden elde edilir. Eşsiz aromaları ve antibakteriyel ve antiseptik etkileri nedeniyle, bitki özleri ve uçucu yağlar uzun zamandır gıda koruyucuları, tatlandırıcılar ve tıbbi preparatlar olarak kullanılmaktadır.

1) Bitki özleri
Bitki özleri genellikle bitkilerin köklerinden, gövdelerinden, yapraklarından, çiçeklerinden, meyvelerinden, kabuklarından ve diğer kısımlarından elde edilir. Bazı ekstraktlar, yüksek konsantrasyonlarda duyusal rahatsızlığa neden olabilecek güçlü aromalara sahiptir, bu nedenle konsantrasyonlarının kullanımı sınırlandırılmalıdır. Bitki özütlerindeki biyolojik olarak aktif fitokimyasalların içeriğindeki niteliksel ve niceliksel değişiklikler, etkinliklerinde değişikliklere yol açar ve bu fitokimyasallar ayrıca gıdanın mikrobiyal içeriğini, dokusunu ve lezzetini de etkiler. Spesifik fitokimyasal bileşimleri nedeniyle, bitki özütleri bazı antimikrobiyal aktivitelere sahiptir ve otlar, baharatlar, sebzeler ve meyvelerden elde edilenler bakteri, maya ve küflere karşı antimikrobiyal etkilere sahiptir. Çalışmalar, bitki özütlerinin gıda kaynaklı patojenik bakterilerin büyümesini kontrol etmede çok etkili olduğunu göstermiştir.

Bitki özleri, gıdalarda önemli bir rol oynayan doğal antioksidanlar açısından zengindir. Antioksidanlar, gıdanın oksidasyon nedeniyle acılaşmasını geciktirebilen veya önleyebilen ve gıdanın raf ömrünü uzatabilen katkı maddeleridir. Bitki bazlı antioksidanların çoğu, bütillenmiş hidroksianisol (BHA) ve bütillenmiş hidroksitoluen (BHT) ile benzer koruyucu etkiler gösterir ve çok çeşitli sebze ve meyveler, gıdaları güçlendirmek ve stabilize etmek için kullanılan önemli doğal antioksidan kaynakları olarak kabul edilebilir. Araştırmacılar gıdalardaki bitki özlerinin antioksidan etkilerini incelemiş ve domates ve sarımsak özlerinin dondurulmuş balık ve marine edilmiş hamsi sırasında lipit oksidasyonunu geciktirdiğini bulmuşlardır.

2) Uçucu Yağlar

Uçucu yağlar (EO'lar), bakteri, maya ve küflerin büyümesini geciktirme veya engelleme yeteneğine sahip yüksek düzeyde ikincil metabolitler içeren doğal bitki ve baharatlardan elde edilen aromatik ve uçucu sıvılardır. Uçucu yağlar yüzyıllardır gıda, tıp, parfüm ve kozmetik endüstrilerinde baharat veya bitkilerin bir parçası olarak kullanılmaktadır.

Gıda endüstrisinde, uçucu yağlar çoğunlukla aroma verici maddeler olarak kullanılmaktadır. Bitkisel uçucu yağların kimyasal bileşimi sadece bitkinin yetiştiği ortamla değil, aynı zamanda bitkinin türü, bitki materyalinin toplandığı mevsim, bitkinin toplandığı kısmı ve hatta uçucu yağın ekstraksiyon yöntemi gibi diğer birçok faktörle de ilgilidir. Bitkisel uçucu yağlardaki en güçlü antimikrobiyal aktivite çiçeklenme sırasında veya sonrasında ortaya çıkar. Uçucu yağlardaki antimikrobiyal bileşiklerin bazıları bitkide doğal olarak bulunurken, diğerleri mikrobiyal saldırıya maruz kaldığında veya kendisi zarar gördüğünde bitki tarafından üretilir. Çoğu uçucu yağ olgun bir ekstraksiyon işlemine, güçlü antimikrobiyal etkiye, toksik olmayan ve zararsız bir yapıya sahip olduğundan, gıda muhafazasında doğal bir antimikrobiyal ajan olarak öne çıkmaktadır.

2. Hayvan koruyucuları

Hayvansal koruyucular, belirli hayvanlardan veya onların metabolitlerinden yapay olarak elde edilen antiseptik etkilere sahip biyolojik aktif maddelerdir ve temel olarak işlevlerine göre kategorize edilirler: antimikrobiyal enzimler, antimikrobiyal peptitler ve antioksidan peptitler.

1) Antimikrobiyal enzimler
Enzimler birçok farklı mekanizma aracılığıyla antibakteriyel aktivite gösterebilir. Örneğin, lizozim ve diğer antimikrobiyal enzimler esas olarak hücre yüzeyi polimerlerinin veya hücre duvarlarının bölünmesini katalize ederek bakteriyel ayrışmayı indükler ve böylece antimikrobiyal aktiviteye sahiptir; Laktoperoksidaz (LPO) ve diğer peroksidaz sistemleri antimikrobiyal bir rol oynamak için oksidasyonu katalize eder ve LPO hem Gram-pozitif bakterilerin hem de negatif bakterilerin büyümesi üzerinde inhibitör bir etkiye sahiptir.

Lizozim et, et ürünleri, balık ve ürünleri, süt ve süt ürünleri ile meyve ve sebzelerin muhafazasında gıda bozulmasını ve meyve yaşlanmasını önlemek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Lizozim, özellikle Gram-pozitif bakterilere karşı olmak üzere belirli bir dizi bakteri ve mantara karşı antimikrobiyal aktivite gösterir ve lizozim ve diğer koruyucuların birlikte kullanımı antimikrobiyal aktivitesini artırabilir ve lizozim ve streptokok laktik asidin Gram-pozitif bakteriler üzerinde sinerjik bir etkiye sahip olduğu bulunmuştur.

Laktoperoksidaz, gıda ambalajlarında bakterisidal veya bakteriyostatik özelliklere sahip önemli bir doğal antimikrobiyal ajandır. Mohamed ve arkadaşları[19] laktoperoksidaz sistemini (LPOS) farklı konsantrasyonlarda doğrudan kitosan membranlara eklemiş ve depolama süresi boyunca LPOS grubunda bozulma basili, floresan basil, kriyofilik ve nötrofilik bakteri sayısının kontrol grubuna kıyasla önemli ölçüde azaldığını bulmuşlardır.

2) Antimikrobiyal peptitler ve antioksidan peptitler
Antimikrobiyal peptitler (AMPS) bakteri, mantar, protozoa ve bazı virüslere karşı geniş spektrumlu antimikrobiyal aktiviteye sahip 20-60 amino asit kalıntısından oluşan oligopeptitlerdir ve bitkiler, böcekler, kabuklular ve deniz organizmaları gibi diğer organizmalardan izole edilebilirler.

Hayvan kaynaklı antimikrobiyal peptitler çoğunlukla memelilerden, amfibilerden, balıklardan vb. elde edilir. Bazı potansiyel hayvan kaynaklı antimikrobiyal ilaçlar laktoferrin, balık proteini ve kitosandır. Laktoferrin, demir bağlama kabiliyetine ve polikasyonik yapıya sahiptir ve bu nedenle esas olarak sütte ve diğer hayvan salgılarında bulunan antibakteriyel aktiviteye sahiptir; İhtiyoglobin, esas olarak moleküldeki poliargininin yanı sıra bakteri hücre duvarına bağlanmak için belirli bir yapı veya formdaki birkaç başka amino asitten oluşan, hücre duvarının oluşumunu engelleyen ve böylece hücrenin metabolizmasını inhibe eden ve hücrenin ölmesine neden olan katyonik bir antimikrobiyal peptittir.

İhtiyosperm çoğunlukla balıkların, kuşların ve memelilerin sperm hücrelerinde bulunur ve günümüzde çoğunlukla süt ve ekmek gibi gıdalarda kullanılır, bakteri ve küflere karşı antibakteriyel aktiviteye sahiptir, özellikle Gram-pozitif bakteriler için daha güçlüdür; kitosan çoğunlukla kabukluların ve eklembacaklıların dış iskeletlerinde bulunur ve bakteri, mantar ve virüslere karşı antimikrobiyal aktiviteye sahiptir.

Peptitlerin antioksidan aktivitesi temel olarak metal iyonları ve serbest radikalleri bağlama özelliklerine bağlıdır ve antioksidan peptitler temel olarak proteinleri ve hidrolizatlarını, peptitleri ve amino asitleri içerir. Proteinlerin antioksidan aktivitesinin yapılarındaki amino asitlerden ve enzimatik hidroliz ile elde edilen aktif peptitlerden kaynaklandığını belirten Centenaro ve ark. balık ve tavuğun enzimatik hidroliz ürünlerini sığır kıymasına eklemiş ve enzimatik hidroliz ürünlerinin antioksidan etkilere sahip olduğunu ve sığır etinin lipid oksidasyonunu önleyebildiğini ve lipid oksidasyonunun inhibisyon oranlarının sırasıyla 93% ve 80% olduğunu bulmuşlardır.Proteinlerin ve metabolitlerinin antioksidan aktivitesi esas olarak metal iyonlarının ve serbest radikallerin bağlanma özelliklerine bağlıdır.

3. Mikroorganizmaların ve metabolitlerinin koruyucuları

Bakteriler tarafından üretilen birçok bileşik, gıdalardaki bozulma bakterilerinin veya patojen mikroorganizmaların büyümesini önleyebilir. Gıda sınıfı mikroorganizmalar, diğer mikroorganizmaların büyümesini engellemek için çok sayıda madde oluşturabilir ve böylece mikrobiyal ekosistemde doğal bir denge sağlayabilir.

Mikroorganizmalar arasında laktik asit bakterileri (LAB), mikroorganizmaların büyümesini engelleme yeteneğine sahiptir ve daha iyi adaylar olarak kabul edilir. Fermente gıdaların üretiminde laktik asit bakterileri, gıdaların tat, lezzet ve dokusunu iyileştirmenin yanı sıra patojen mikroorganizmaların büyümesini önlemek için kullanılır ve LAB tüketildiğinde zararsızdır.LAB'nin antimikrobiyal bileşenleri başlıca bakteriyosinler, organik asitler, hidrojen peroksit, karbon dioksit ve diasetildir; bunlar arasında LAB ve diğer suşlar tarafından sentezlenen doğal koruyucular veya biyoprezervatifler olan bakteriyosinler Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Listeria monocytogenes ve Clostridium botulinum'a karşı etkilidir. Listeria monocytogenes, Clostridium botulinum ve diğer gıda kaynaklı patojenlere karşı iyi bakterisidal veya bakteriyostatik etkilere sahiptir ve ayrıca Gram-pozitif bakterilere karşı iyi antimikrobiyal aktiviteye sahiptir ve bakteriyosinler düşük pH değerlerinde daha güçlü antimikrobiyal aktiviteye sahiptir.

Ayrıca bakteriyosinler, bakterilerin inaktivasyonunu artırmak için diğer antimikrobiyal bileşiklerle birlikte kullanılabilir. Bakteriyosinler biyoaktif ambalajlamada kullanılabilir ve son yıllarda araştırmacılar gıda patojenlerinin büyümesini kontrol etmek için gıda ambalaj filmlerine bakteriyosin eklemek üzerinde çalışmışlardır. Antimikrobiyal ambalaj filmleri, ambalaj malzemesini gıda yüzeyi ile temas ettirerek gıda yüzeyinde mikroorganizmaların büyümesini önlemek için kullanılır.

Sonuç

Gıda, dış dünyadan insan alımı için önemli bir besin ve enerji kaynağıdır ve güvenliği ve hijyeni özellikle önemlidir ve koruyucular gıdanın bozulmasını önleme ve gıdanın raf ömrünü uzatma etkisine ulaşabilir, bu nedenle gıda koruyucuları gıdanın korunmasında ve depolanmasında son derece önemli bir role sahiptir. Yan etkileri, kanserojen ve diğer eksiklikleri olan kimyasal olarak sentezlenmiş koruyucularla karşılaştırıldığında, doğal koruyucular sadece toksik değildir ve zararsızdır, gıdanın raf ömrünü uzatabilir, aynı zamanda insan sağlığına da elverişlidir; mevcut doğal bitkilere, hayvanlara veya mikrobiyal katkı bileşenlerine ek olarak, henüz keşfedilmemiş daha fazla yeni doğal gıda koruyucusu olduğuna şüphe yoktur.

Bu nedenle, güvenli, güvenilir, ucuz ve verimli doğal koruyucuların araştırılması ve geliştirilmesi, Çin'de gıda biliminin gelişimi için önemli bir araştırma yönü ve gıda endüstrisinin verimliliğini ve güvenliğini artırmak için önemli bir önlemdir.