Kıvam arttırıcılar, gıda ürünlerinin kalitesini ve görünümünü iyileştirebilen ve gıda ürünlerinin zengin tadını sağlayabilen koyulaştırma, jelleştirme, emülsifiye etme ve stabilize etme vb. işlevlere sahiptir. Kıvam arttırıcılar çok çeşitli kaynaklardan temin edilebilir ve düşük seviyelerde eklenir ve et, süt ve makarna ürünleri gibi gıdalarda önemli gıda katkı maddeleri haline gelmiştir.

Kıvam arttırıcıların etki mekanizması

Kıvam arttırıcılar bir gıda sisteminin reolojisini, yani akış karakteristik viskozitesini ve mekanik katı karakteristik dokusunu değiştirme yeteneğine sahiptir. Çalışmalar, gıda sistemlerinin dokusundaki veya viskozitesindeki değişikliklerin duyusal özelliklerindeki değişikliklere katkıda bulunduğunu doğrulamıştır. Genel olarak kıvam arttırıcılar, uzun zincirli polimerlerin (polisakkaritler ve proteinler) heterojen grupları olan daha fazla hidrofilik gruba sahip çözelti veya kolloidlerde ağsı bir yapı oluşturma eğilimindedir, böylece gıdanın viskozitesini ve dokusunu iyileştirir. Kıvam arttırıcıların temel özellikleri, diğer etkilerinin yanı sıra kıvam arttırma, jelleştirme, emülsifiye etme, stabilize etme ve buz ve şekerin kristal büyümesini kontrol etmektir.

1.1 Kalınlaştırma süreci
Kalınlaşma süreci, konformasyonel olarak düzensiz zincirlerin spesifik olmayan dolaşıklığının yapısal jelleşmesini içerir. Polisakkarit dispersiyonlarının viskozitesi esas olarak konformasyonel olarak düzensiz rastgele kıvrımların fiziksel dolaşıklığından kaynaklanır. Düşük konsantrasyonlu dispersiyonlarda, kıvam arttırıcının münferit molekülleri serbestçe hareket eder ve kıvam arttırıcı bir etki göstermez. Yüksek konsantrasyonlu sistemlerde, bu moleküller birbirleriyle temas etmeye başlar ve bu nedenle moleküllerin hareketi kısıtlanır.

Kıvamlaştırma derecesi kıvamlaştırıcının türüne göre değişir, örneğin yüksek konsantrasyonlarda düşük viskozite ve 1%'nin altındaki konsantrasyonlarda yüksek viskozite verir. Yaygın kıvam arttırıcılar nişasta, ksantan sakızı, guar sakızı, akasya fasulyesi sakızı, karragenan, arap sakızı ve selüloz türevleridir.

1.2 Jel süreci
1.2.1 Jel oluşumu
Jel, katı ve sıvı arasında bir madde formudur ve mekanik sertlik gösterir, böylece gıda viskoelastisiteye sahip olur, sıvı ve katı özelliklerini gösterir. Jelin dokusal özellikleri (elastik veya kırılgan, çiğnenebilir veya kremsi) kıvam arttırıcının türüne bağlı olarak değişir ve gıdanın duyusal özellikleri (opaklık, ağız hissi veya lezzet) buna göre değişecektir.

Belirli bir kıvamlaştırıcı dispersiyonunun jelleşme koşullarının, ortaya çıkan jelin özelliklerinin ve verdiği dokunun bilinmesi, belirli bir gıda formülasyonunun tasarımının çok önemli bir yönüdür. Jel oluşumu, boşluklarda çözücü içeren üç boyutlu bir ağ oluşturmak için dispersiyonda düzensiz dağılmış polimer zincir segmentlerinin birleşmesini içerir. Birleşme bölgeleri olarak bilinen ilişkili bölgeler iki veya daha fazla polimer zinciri tarafından oluşturulabilir. Jelleşme süreci esasen bu birleşme bölgelerinin oluşumudur.

Ağdaki bu birleşme bölgelerinin fiziksel düzeni sıcaklık, iyonların varlığı ve kıvamlaştırıcının doğal yapısı gibi çeşitli parametrelerden etkilenebilir. Kıvamlaştırıcıların jelleşmesinin üç mekanizması vardır, yani iyonik jelleşme, soğuk set jelleşme ve termoform jelleşme. İyonik jelleşme, kalınlaştırıcı zincirlerinin iyonlarla çapraz bağlanması, genellikle aljinat, karragenan ve pektin gibi negatif yüklü polisakkarit katyonlarının aracılık ettiği bir jelleşme süreci ve difüzyon ayarı veya iç jelleşme yoluyla iyonik jelleşme yoluyla gerçekleşir.

Soğuk sertleşen jellerde kolloidal tozlar ılık kaynar suda çözünerek bir dispersiyon oluşturur ve bu dispersiyon soğutulduğunda entalpi ile stabilize edilmiş zincirler arası sarmalların ayrı zincir segmentleri oluşturmasına yol açarak agar ve jelatin gibi üç boyutlu bir ağ meydana getirir. Isıyla sertleşen jeller, genellikle sadece gıdanın ısıyla sertleşmesi gereken yerlerde jelin ısıtılmasını gerektirir. Isıyla sertleşen mekanizma, doğal nişasta proteinlerinin çözülmesi ve ardından ağlar halinde yeniden düzenlenmesi yoluyla gerçekleşir.

1.2.2 Jellerde birleşme bölgelerinin rolü
Bağlantı bölgeleri, kıvamlaştırıcıların jelleşme sürecinde önemli bir rol oynar ve jelin özelliklerini ve işlevini etkiler. Jelatinde, bağlantı bölgesi hidrojen bağı yoluyla üç molekül tarafından oluşturulur. Karragenanda altı ila on molekül bağlantı bölgesini oluştururken, tip I karragenanda sadece iki molekül yer alır. Bağlantı bölgesindeki molekül sayısı arttıkça jelin sertliği de artar. Sonuç olarak, K tipi karragenanın çok moleküllü bağlantı bölgesi sertlik gösterir ve kesme ile bozulduğunda daha az kolay yeniden yapılandırılırken, I tipi karragenan jelleri daha esnek bir yapıya sahiptir ve kesmeye karşı daha az hassastır. Karragenan ve aljinatın bağlantı bölgesi iki molekülden oluşur, ancak karragenan jeller kopmadan önce neredeyse aynı mukavemete sahip olan aljinattan daha fazla deformasyona dayanabilir.

Jellerin termal davranışı da bağlantı bölgesine bağlı olarak farklılık gösterir. Jelatin daha düşük sıcaklıklarda erir çünkü bağlantı bölgeleri sadece zayıf hidrojen bağlarıyla bağlıdır. Çözücü kalitesi de bir diğer önemli faktördür. Yüksek metoksil pektin jellerinde hidrojen bağı sadece su aktivitesini yeterince azaltan şeker ilavesiyle oluşturulabilir.

1.2.3 Jel oluşumunu etkileyen diğer faktörler
Kıvamlaştırıcılardan jel oluşumunu etkileyen çeşitli faktörler arasında jelleştirici maddenin konsantrasyonu, ortamın pH'ı, molar kütle, polimerizasyon derecesi, sıcaklık, iyonik bileşim ve çözünen madde yer almaktadır. Kıvamlaştırıcılardan jel oluşumunu etkileyen faktörlerin belirlenmesine ek olarak, bunlardan oluşan jeller, genellikle mikroyapısal ve reolojik karakterizasyon ile karakterize edilmelidir, bu da kıvamlaştırıcıların jelleştirici maddeler olarak eklenmesine yardımcı olabilir. Örneğin, sükroz ve aspartam ilavesinin kıvam arttırıcı jellerin, yani K-tipi karragenan, düğüm soğutmalı jel ve K-tipi karragenan akasya çekirdeği sakızının sıkıştırma özellikleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır; sükroz ilavesi bu jellerin tümü için gerçek kırılma geriliminde bir artışa neden olmuştur. Bununla birlikte, düşük konsantrasyonlarda aspartam ilavesi dokusal sıkıştırma parametrelerini etkilememiştir.

Buna ek olarak, jel tatlılığının ana belirleyicileri jellerin mekanik özellikleri (jel mukavemeti, kırılma gerilimi, kırılma gerinimi, vb.) ve özellikle ağı kırmak için gereken deformasyon miktarı ve deformasyona karşı direnci ile ilgilidir. Ayrıca sükroz gibi yardımcı çözündürücüler, hidrolize kolloid konsantrasyonu, kesme hızı ve sıcaklık da jelin reolojik durumunu etkileyen önemli değişkenlerdir.

Kıvam Arttırıcıların Gıdalardaki Uygulamaları

2.1 Jöle Üretiminde Uygulama
Gıda kıvamlaştırıcıları, jölenin gerektirdiği en iyi etkiyi elde etmek için genellikle jölenin üretiminde ve işlenmesinde iki veya daha fazla sinerjik etki kullanılır. Gellan sakızı, karbonhidratların saf fermantasyonu sürecinde Pseudomonas aeruginosa tarafından sentezlenen ve salgılanan bir tür hücre dışı doğrusal polisakkarittir. Gellan gum, iyi berraklığı ve yeterli termal stabilitesi nedeniyle yemeye hazır tatlı jelleri üretmek için ksantan gum ile birlikte kullanılır. Deasillenmiş gellan gum, pudinglerin nem tutma, lezzet salma ve depolama stabilitesini iyileştirmek ve dehidrasyon büzülmesini azaltmak için kullanılır.

Metal katyonları jellan sakızı jellerinin oluşumunda kilit bir rol oynamaktadır. Katyonlar, bölgeye özgü bağlanma yoluyla, polisakkarit molekülleri üzerindeki karboksil gruplarına doğrudan bağlanmaları nedeniyle "bağlantı bölgesi" oluşumu için faydalıdır, böylece çift sarmal zincirler arasındaki elektrostatik itmeyi azaltır.

Karragenan, kırmızı alglerin hücre duvarından elde edilebilen, temel omurga bağı olarak 1,4-beta-D-galaktopiranoz ve 1,3-alfa-D-galaktopiranozdan oluşan, sülfat gruplarına sahip hidrofilik doğrusal homojen olmayan bir polisakkarit olan doğal bir alg polisakkaritidir. Karragenan ısıtıldığında ve ardından yavaşça soğutulduğunda, moleküllerin şekli başlangıçtaki kıvrımlı şekilden sarmala ve nihayetinde tek bir sarmaldan çift sarmala dönüşür ve bu noktada üç boyutlu bir ağ yapısı oluşur.

Karragenan düşük konsantrasyonda olduğunda, ısıyla tersinir jel oluşturabilir, bu anda karragenan daha iyi şeffaflığa sahiptir, bu da jölenin görünümünü iyileştirebilir. Karragenan, jöle üretiminde kullanılan en yaygın kıvam arttırıcıdır ve gıda formülasyonlarında diğer kıvam arttırıcılarla sinerji içinde kullanılmaktadır. Karragenan akasya fasulyesi sakızı, jelatin, ksantan sakızı ve arap sakızı ile birleştirildiğinde jel mukavemeti ve esnekliği önemli ölçüde geliştirilebilir.

2.2 Yoğurtta uygulama
Kıvam arttırıcılar yoğurdun kıvamını iyileştirebilir, yoğurdun özelliklerini stabilize edebilir, peynir altı suyu çökelmesini önleyebilir, yoğurt ürünlerinin dokusunu ve tadını etkili bir şekilde iyileştirebilir. Propilen glikol aljinat ve modifiye nişasta aynı anda kıvam arttırıcı madde olarak kullanıldığında, iyi bir sinerjik etki gösterebilirler ve iki kıvam arttırıcı maddenin optimum ekleme miktarı propilen glikol aljinat için 0.15% (W/W) ve modifiye nişasta için 1.20%'dir.

Yoğurt üretimi sürecinde, 0.2% propilen glikol aljinat eklenmesi ürünün su tutma kapasitesini 10.9% artırarak peynir altı suyu çökelmesini etkili bir şekilde önleyebilir. Asitli sütlü içecek üretim sürecinde bileşik oluşturduktan sonra 0.2% propilen glikol aljinat (W/W), 0.3% sodyum karboksimetilselüloz, 0.1% yüksek ester pektin, 0.015% (W/W) sükroz ester eklendiğinde, bu sırada ürünün stabilitesi ve tadı en iyisidir.

Polidekstroz iyi bir prebiyotiktir, bağırsak fermantasyonunda bağırsak pH değerini 7.24'ten 6.44'e çıkarabilir, bu da laktik asit bakterileri ve bifidobakteriler gibi probiyotiklerin büyümesine ve çoğalmasına yardımcı olur. Yoğurt üretimi sırasında polidekstroz, düşük pH değerinde stabil kaldığı için ürünün diyet lifi içeriğini ve tadını artırabilir. Az yağlı veya yağsız ürünlerde, suyun analiz edilmesini etkili bir şekilde önleyebilir ve su tutma kapasitesini artırabilir, bu da ürünün dokusunu ve tadını etkili bir şekilde iyileştirebilir.

Çalışmalar, yoğurt ürünlerine 1% (W/W) düzeyinde polidekstroz eklendiğinde, gelişmiş ürün viskozitesi ve tatlılığı elde edebileceğini ve ürünün tadını daha zengin hale getirebileceğini göstermiştir. Polidekstroz yoğurttaki diğer bakteri türlerinin canlılığını artırabilir ve yoğurdun raf ömrünü etkili bir şekilde uzatabilir.

Yoğurt ürünlerine 3% (W/W) polidekstroz eklendiğinde, yoğurdun fermantasyonunu kolaylaştırır, laktik asit bakterilerinin aktivitesini artırır, peynir altı suyunun çökelmesini azaltır ve ürünün organizasyonu ve morfolojisinde önemli bir rol oynar ve bu ekleme miktarı en iyi kesilme etkisini sağlar ve ürünün asitliği ve tatlılığı orta düzeydedir. Kesilmiş yoğurda 4% (W/W) polidekstroz eklendiğinde, ürün hassas bir tada, orta derecede tatlılığa, peynir altı suyu çökelmesini önemli ölçüde azaltmaya, iyi bir stabiliteye sahip olmuş ve polidekstroz ürünün lezzetini iyi korumuş ve raf ömrünü uzatmıştır.

2.3 Alkolsüz içeceklerde uygulama
Sodyum karboksimetil selüloz, asidik içeceklerde en yaygın kullanılan kıvam arttırıcıdır, sudaki çözünürlüğü nedeniyle suda yüksek viskoziteli bir çözelti oluşturabilir. Sodyum karboksimetilselüloz, aside dayanıklı özellikleri nedeniyle en yaygın olarak inek sütünde kullanılır. Sodyum karboksimetilselüloz, kazeinin çökelmesini etkili bir şekilde önler ve süt ürünlerinin raf ömrünü uzatır. Sodyum karboksimetil selüloz ayrıca meyve ve sebze içeceklerinin süspansiyon stabilitesini artırabilir, çökelme olgusunu önleyebilir ve ürünün stabilitesini ve görünümünü etkili bir şekilde koruyabilir.

Ksantan sakızı, doğal sakızlar arasında en yüksek viskoziteye sahiptir ve soğuk suda çözünür, alkolsüz içecek üretiminde yaygın olarak kullanılır. Ksantan sakızının sulu çözeltileri, kayma olduğunda viskozitesi azalan ve kayma olmadığında iyileşen tipik bir psödoplastik akışa sahiptir. Geniş bir sıcaklık aralığında sakızların çoğunun viskozitesi stabil değildir, ancak ksantan sakızının viskozitesi diğer sakızlara göre çok daha az oranda değişir. Ksantan gam ayrıca çok iyi tuz direncine sahiptir, ısıtma tuzdan ve çökelmeden etkilenmez.

Ksantan gam aynı zamanda posa tipi içecekler ve protein içecekleri için de uygundur, kazein ve diğer aktif bileşenlerin süspansiyonunu artırabilir. Ksantan gamın psödoplastisitesi içeceklerin kıvamını arttırarak yapışkanlık hissi olmadan daha yoğun bir tat elde edilmesini sağlar. Ek olarak, ksantan sakızı aynı zamanda diğer kıvam arttırıcılarla birlikte kullanıldığında sinerjik bir etkiye sahip olacak şekilde iyi bir uyumluluğa sahiptir.

Şimdiye kadar, Çin'de gıdalarda kıvam arttırıcıların uygulanması mükemmel değildir, üretim teknolojisi bağlantısı zayıftır ve kıvam arttırıcıların araştırılması ve geliştirilmesi hala birincil aşamadadır. Artan yaşam standardıyla birlikte, tüketiciler gıdanın lezzetini, dokusunu, görünümünü ve diğer gereksinimlerini kademeli olarak iyileştirmektedir, gıda işlemede kıvam arttırıcı maddelerin gelecekteki uygulaması, geliştirme ve beklentiler için geniş bir alana sahiptir.