Protein, Nişasta, Yağ ve Lifin Ekstrüzyondaki Etkisi

Protein

Proteinin ekstrüzyon prosesindeki etkisini hızlıca özetlemek gerekirse;

• İçerikteki protein miktarı arttıkça üründeki genleşme düşer.
• İçerikteki protein miktarı arttıkça doku-sertlik artar.
• İçerikteki protein miktarı arttıkça kırılganlık artar.

Proteinli bir içeriğin ekstrüzyon esnasında suda çözünebilirlik açısından işlevsel olup olmadığını, içeriği bir bardak ılık suya atıp karıştırarak anlayabiliriz. İçerik hızla batıyor ve suyun rengi yarı yarıya bozulmuyorsa işlevsel değildir. Bir diğer metot da PDI (Protein Dağılabilirlik İndeksi) testidir. Bu testin skalasında 0 (sıfır) “Suda Çözünme İşlevi Yok”, 100 (yüz) ise “Suda Tamamen Çözünür” anlamına gelir. Ayrıca, bu işlevselliği renge bakıp anlamak da mümkündür. Koyu renk ise çözünürlük az, açık renk ise çözünürlük fazla anlamına gelir.

Suda çözünürlük açısından işlevsel proteinler, bitki ve sebze bazlı proteinlerdir (soya, mısır gluteni, buğday gluteni, baklagil, vb.). İşlenme yöntemlerine göre bazı süt proteinleri, jelatin, bazı kan ve plazma proteinleri de bu listeye girer. İşlevsel olmayan proteinler ise genelde hayvansal proteinlerdir.

Ekstrüzyon sürecinde proteinler, 55-65°C'den sonra işlevselliğini kaybetmeye başlar. Suda çözünme, dayanıklılık, genleşmeye katkı özellikleri düşüş gösterir. Diğer yandan proteinler besin değerlerini 130°C'lere kadar korurlar. Daha yüksek sıcaklıklarda, içerikteki proteinler ısıdan zarar görmeye başlar ve besin değerleri düşer.

Kısaca; sıcaklık arttıkça ısıdan zarar gören protein miktarı artarken, çözünebilir protein miktarı düşer. Buradaki ters orantının orta (optimum) noktası ~150°C seviyeleridir (Grafik 1).

Grafik 1 – Çözünebilir ve ısıdan zarar gören proteinlerin sıcaklıkla ilişkisi

Nişasta

Nişastanın yapıştırma (bağlama) ve dayanıklılık açısından ürüne katkısı çok fazladır. Nişasta granülleri 60-75°C'de (jelatinizasyon sıcaklığında) su emerek şişmeye başlar. Isıtma devam ettikçe bu şişme durumu geri döndürülemez bir hal alır, doğal kristal yapı dağınıklaşır ve nişasta daha çözünebilir yani işlevsel hale gelir. Hafif yoğunlukta ürün isteniyorsa, nişasta miktarını artırmak şişmeyi (genleşmeyi) artıracaktır. Kuvvetli ve dayanıklı ürün için, nişasta miktarını artırmak yapışmayı artıracaktır.

Görsel 1’de yüksek nişasta içeren darı için, farklı ekstrüzyon şartlarının genleşmeye (şişmeye) olan etkileri görülebilir.



Görsel 1 – Yüksek nişasta içeren darı için, çeşitli ekstrüzyon şartlarının genleşmeye olan etkileri

Temel nişasta kaynakları olarak mısır, buğday, pirinç, yulaf, arpa, darı, patates, tatlı patates, yam, tapyoka ve birçok baklagil örnek verilebilir.

Nişastanın genleşmesini etkileyen faktörler aşağıda sıralanmıştır:

• Varil sıcaklığının artırılması nişastanın genleşmesini artırır.
• Amiloz yüzdesini artırmak (%50'ye kadar) genleşmeyi artırır.
• Vida dönüş hızı genleşmeyi etkiler.
• Sürtünmeyi artırmak için vida konfigürasyonunu değiştirmek genleşmeyi artırır.
• Düşük nem oranları sürtünmeyi ve varil içindeki kuvvetleri artıracağı için genleşmeyi artırır.

%20'den düşük nem içerikli ürün vidalarda-varillerde aşınmaya sebep olurken, nişastanın hidrolizi sonucu oluşan dekstrin miktarı da artar.

Evcil hayvan yemlerinde nişasta oranları geçtiğimiz yıllarda %20-50 (tercihen %30-40) düzeyindeydi. Günümüzde bu oran %0-65 arasında değişmektedir. Örneğin; rejim amaçlı öğünlerde yağ ve protein düşük, lif ve nişasta yüksektir. Düşük veya sıfır karbonhidrat öğünlerinde ise nişasta çok azdır veya hiç yoktur. Bu yüzden oluşan dayanıklılık sorunu, işlevsel proteinlerle bir noktaya kadar çözülebilmektedir.

Yüzen balık yemlerinde minimum %20 nişasta kullanımı, yeterli genleşmenin ve düşük yoğunlukların yakalanmasını sağlar. Batan balık yemlerinde nişasta sadece yapıştırma/bağlama amaçlı %10 civarında bulunur.

Atıştırmalık ve gevreklerde nişasta ciddi miktarda bulunur. %100 nişasta içeren reçete, soğuk suda çözünebilir bir ürün eldesi için ekstrüzyona uğrar.
Nişasta kaynaklarının tane boyutları ile jelatinizasyon için gereken enerji miktarları farklıdır (Tablo 1).

Tablo 1 – Farklı nişasta kaynaklarının tane boyutu, amiloz içeriği ve jelatinizasyon ısısı

Pirinç nişastası küçük tanelidir ve taneler sıkı şekilde dizilidir. Bu yüzden su alması yavaştır. Su aldıktan ve jelatinizasyondan sonra ise, pirinç nişastası çok yapışkan hale gelir. Büyük-orta boy taneli olanlar daha az yapışkan hale gelir. Pirinç nişastası, az miktarda jelatinizasyon değerleri içerdiği durumda bile önemli sindirilebilirliğe sahiptir.

Mısır nişastası iyi bir bağlayıcıdır. Reçetede %40 ve üzerinde bulunduğu durumlarda ise ekstrüzyona uğrayan ürün çok yapışkan hale gelebilir.

Buğday tanesinde önemli miktarda nişastanın yanı sıra işlevsel gluten proteini bulunur ki bu çok iyi bir bağlayıcıdır.

Patates ve manyok nişastaları, %5 seviyelerinde bile çok iyi bağlayıcılardır. Ekstrüzyona uğramış ürünün düzgün/pürüzsüz yüzeyli olmasını sağlarlar.

Reçetedeki nişasta oranı arttığında ürün daha çok genleşir, yığın yoğunluğu azalır. Bağlanma, dayanıklılık artar. %65'in üzerinde, ürün çok yapışkan hale gelebilir ve ekstrüzyonda problemler yaşanabilir. Nişasta oranı arttıkça ekstrüzyona uğrayan ürünün kaplanabilirlik (yağ, vb.) özelliği de artar.

Nişastada maksimum jelatinizasyon için nem miktarı en az %30 olmalıdır (Tablo 2).



Tablo 2 - Farklı nişasta kaynaklarında maksimum jelatinizasyon için nem miktarları

Küçük nişasta granüllü taneler sıkı şekilde dizilir (sert taneli hal alır). Su alması yavaş ve pişmesi zordur. Yumuşak taneliler daha hızlı su alır, pişirmek daha kolaydır (daha az enerji harcanır).

Yağ
İlave kalori temini, lezzetliliğin artması, yağ asidi gibi besinlerin temini, yağda çözünen vitaminlerin taşınması ve toz kontrolü için kullanılır. Reçete içindeki ürünler arasında ve ürünler ile ekstruder iç aksamı arasındaki sürtünmeyi azaltır (yağlayıcılık). Sürtünme azaldıkça gerekli olan mekanik enerji azalır. Daha az genleşme gerçekleşir. Yani içerikteki yağ miktarının artması, ürün yığın yoğunluğunun artmasına sebep olur (Tablo 3).

Tablo 3 – İçerikteki yağ miktarı ile ürün yığın yoğunluğu arasındaki ilişki

Yağ ayrıca ürün dayanıklılığına olumsuz etki yapar. Şöyle ki;

• %7'den düşük yağ oranları, ürün yapısını minimum seviyede etkiler.
• %7-12 arasında ürün yoğunluğu artmaya başlar.
• %12-17 arasında genleşme çok az olur veya hiç olmaz ama dayanıklılık belli seviyede devam eder.
• %17 üzerinde dayanıklılık ciddi şekilde bozulur.

Yağ kaynakları temelde bitkisel ve hayvansal olarak ayrılır. Su ürünlerine ait yağ kaynakları da bazı istenen durumlarda kullanılır.


Görsel 2 – Ekstrüde tam yağlı soya

Reçetedeki yağ miktarının artmasının diğer bazı etkileri şunlardır:

• Son ürünün hücre yapısı daha geniş/büyük, hücre duvarları daha kalın olur. Bu durum su almayı yavaşlatır.
• Ürünün üzerini (yağ, vb. ile) kaplama prosesi olumsuz etkilenir.
• Ürünün kurutma işlemi zorlaşır.

Ekstrüzyona uğrayan ürünün yağ oranını artırmak için aşağıdaki yöntemler uygulanabilir:

• Yağı sıvı olarak eklemek yerine, yağ içeriği yüksek (tam yağlı soya [Görsel 2], keten gibi) ürünler reçeteye eklenmelidir.
• Yağı sıvı olarak eklemek zorunluysa, eklenecek yağı ekstrüzyondan önce 40-60°C'ye ısıtmak pişme verimini artırır. Esasında, ekstrüzyon için harcanan enerjinin %90'ı ürünleri pişme sıcaklığına çıkarmada kullanıldığından, her türlü "ön ısıtma" işlemi pişme verimini artıracaktır.
• Ekstrüzyondaki etkisini azaltmak için, yağı mümkün olduğunca son aşamada eklemek gerekir. Hatta yağ, kaplama aşamasında eklenirse, ekstrüzyona bir etkisi olmaz.
• Reçetedeki yağ oranı artarken, genleşme ve bağlayıcılığın korunması için nişasta veya işlevsel protein seviyeleri de artırılmalıdır.
• Yağ, kayganlaştırıcı olduğu için, yağ miktarı artarken yoğunluk-dayanıklılığın da artması isteniyorsa makineye termal-mekanik enerji girişi artırılmalıdır.
• Yüksek yağ oranlı reçetelerin ekstrüzyonunda nem oranını artırmak faydalıdır. Çünkü su, nişasta jelatinizasyonu için gerekli bir çözücüdür. Operatörler, yağ fazla olduğunda ürün parlak ve ıslak göründüğü için bunu “ürünün nemi fazla” olarak algılayıp çoğu zaman nem oranını düşürmeye eğilimlidir.
  

Lif
%5'ten az olan lif katkıları, özellikle partikül büyüklüğü 400 mikrondan küçükse, ekstrüzyona çok az etki eder. Daha küçük tane büyüklükleri, genleşme için daha az zararlıdır. Örneğin; 50 mikrondan küçük tanecikler, ekstrüzyona uğramış ürüne iyi bir hücre yapısı kazandırır. Büyük/Kaba taneler ise genleşmeyi sınırlar ve son üründe pürüzlü/kaba bir yüzey oluşmasına yol açarlar. Lifin çözünebilirliğinin arttığı ölçüde, genleşmeye olan etkisi azalır.
 

Lif, çözünebilir ve mayalanabilir olup olmaması bakımından incelenir:

• Çözünebilir Lifler: Yulaf ve arpadan (Görsel 3) beta glukan, meyve pektinleri, pisilyum tohumu (karnıyarık otu), inulin, kök sebzeler, baklagil ve bazı reçineler (gum). Bunlar aynı zamanda mayalanabilir. Çözünebilir ve mayalanabilir lifler, genleşme ve bağlayıcılığa olumlu etki yapar.
• Çözünemez Lifler: Bütün tane kepek, kereviz-kabak gibi sebzeler, meyve-sebze kabukları ve direnci yüksek nişastalar. Bunlar aynı zamanda mayalanamaz. Çözünemez lifler, genleşme ve bağlayıcılığa etki etmez.

Görsel 3 – Ekstrüde arpa

Sonuç olarak, yem üretimini daha sürdürülebilir hale getirme arayışında, ekstrüzyon prosesi göz ardı edilemeyecek bir teknolojidir. Ekstrüzyonun temel hedefi, besin kullanılabilirliğini ve sindirilebilirliğini artırmak yani hayvan verimliliğini iyileştirmek olduğu için, ekstrüzyona uğrayan ürün bileşenleri ile ham madde içeriklerinin doğru analizi ve sürekli optimizasyonu, gelecekte de aktif bir araştırma ve geliştirme alanı olarak kalacaktır.