Süt nasıl yoğurt, ayran yada peynir olur? Nasıl bir kimya veya bilimsel özellik bunu mümkün kılar?
Kısa cevap
- Yoğurt: Laktozun laktik aside fermantasyonu pH ’yı 4.6 civarına indirir, kazein miselleri yük ve dengeyi kaybedip jel ağ kurar.
- Ayran: Yoğurt jelinin mekanik kesilmesi ve su-tuz ile seyreltilmesi; sonuç sıvı bir kolloiddir.
- Peynir: Enzim (şirden/kimyozin) \kappa-kazeini keserek misellerin çökmesini başlatır; asitlenme ve Ca^{2+} köprüleriyle pıhtı oluşur, baskı-tuzlama-olgunlaşma ile doku ve aroma gelişir.
Sütün bilimsel yapısı (neden dönüşebiliyor?)
- Kompozisyon: Su (~%87), laktoz, proteinler (yaklaşık %80 kazein, %20 peynir altı suyu proteinleri), süt yağı, mineraller (özellikle Ca^{2+} ve kolloidal kalsiyum fosfat Ca_3(PO_4)_2).
- Kolloid düzen:
- Kazein miselleri: İçlerinde kolloidal Ca-fosfat bulunan, yüzeyinde “kılçıklı” \kappa-kazein tabakasıyla elektrostatik/sterik olarak kararlı tanecikler.
- Yağ kürecikleri: Süt yağı, membranla stabilize edilmiş bir yağ-içinde-su emülsiyon fazı.
- Ana kaldıraçlar: pH ’ın düşmesi (asitlenme), enzimatik proteoliz (özellikle \kappa-kazein), iyonik kalsiyum (Ca^{2+}), ısıl işlem (denatürasyon), kesme/karıştırma (mekanik yapı kırılması), tuz.
Yoğurt: Asit jelinin kimyası
- Başlatıcı kültürler: Streptococcus thermophilus ve Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus laktozu fermente eder.
- Reaksiyon (özet): C_{12}H_{22}O_{11} + H_2O \rightarrow 4\,C_3H_6O_3 (laktoz → laktik asit).
- Mekanizma:
- pH 6.6 \to \sim 4.6 ’ya düşer (kazeinin izoelektrik noktası pI \approx 4.6).
- \kappa-kazeinin sağladığı itme zayıflar; Ca^{2+} köprüleri güçlenir; miseller birbirine bağlanarak sürekli bir jel ağı oluşturur → yoğurt kıvamı.
- Ön ısıl işlem (ör. 85–95°C, 5–15 dk) peynir altı suyu proteinlerini (özellikle \beta-laktoglobülin) denatüre eder ve kazeinle bağlanmalarını sağlayarak daha güçlü, su tutan bir jel verir.
- Doku ve aroma: Ekzopolisakkarit üreten suşlar kıvamı artırır; asetaldehit tipik yoğurt notasını verir.
Ayran: Jelin seyreltilmiş ve kesilmiş hali
- Yoğurt jelinin suyla seyreltilip (ör. yoğurt:su 1:1–2:1), tuz eklenip yüksek kesme altında parçalanmasıyla akışkan bir kolloid elde edilir.
- Stabilite: Tuz, elektrostatik etkileşimleri “ekranlar”; homojenizasyon ve düşük sıcaklık serum ayrılmasını (sineresis) azaltır.
Peynir: Enzim ve/veya asitle pıhtılaştırma
- Enzimatik pıhtılaşma (çoğu peynir):
- Şirden/kimyozin \kappa-kazeini Phe^{105} – Met^{106} bağından keser; misel yüzeyindeki “kılçık” tabaka (glikomakropeptid) kopar.
- Sterik/elektrostatik stabilite kaybolur; Ca^{2+} köprüleriyle miseller hızla agregasyona gider → pıhtı (teleme).
- Ardından kesme, ısıtma (“pişirme”), peynir altı suyunun uzaklaştırılması, tuzlama ve presleme doku-sertlik ve nemi belirler.
- Olgunlaşma: Protein ve yağın enzimatik/mikrobiyal parçalanması aroma, doku ve delikleri (ör. Propionibacterium ile CO_2) oluşturur.
- Asitle pıhtılaşma (lor, paneer vb.):
- Doğrudan asit ekleyerek veya yoğun fermantasyonla pH \approx 4.6 ’ya indirilir; kazein izoelektrik noktada çöker.
- Genellikle ısı eşlik eder; daha taze, kırılgan yapılar oluşur (enzim kullanılmaz).
Neden süt bu üç ürüne dönüşebiliyor?
- Aynı kolloidin üç farklı “tetikleyici” ile kontrolü:
- Asit: pH düşüşü → izoelektrik nokta → jel (yoğurt) veya çökelti (asit peyniri).
- Enzim: \kappa-kazeinin kesilmesi → hızlı koagülasyon (peynir).
- Mekanik/seyreltme: Mevcut jel ağının parçalanması → akışkan kolloid (ayran).
- İnce ayar düğmeleri: Ca^{2+} düzeyi, ısıl işlem geçmişi, tuz, kesme hızı ve süre, olgunlaştırma mikroflorası.
İstersen evde gözlemlenebilir bir mini deney planı da paylaşabilirim (yoğurt veya basit lor peyniri için adım adım), haber ver.
Kaynaklar
- Walstra, P., Wouters, J. T. M., Geurts, T. J. Dairy Science and Technology, 2nd ed., CRC Press.
- Tamime, A. Y., Robinson, R. K. Yoghurt: Science and Technology, 3rd ed., Woodhead.
- Fox, P. F., McSweeney, P. L. H. et al. Cheese: Chemistry, Physics and Microbiology, 3rd ed., Elsevier.
Terimler ve Açıklamalar
- Asit pıhtılaşması: pH ’ın izoelektrik noktaya indirilmesiyle proteinlerin çökelmesi. Örn. limonla sütü kesip lor elde etmek.
- Ayran: Yoğurdun suyla seyreltilip tuzlanması ve mekanik olarak parçalanmasıyla oluşan içecek. Jel ağı kırıldığı için akışkan hale gelir.
- Beta-laktoglobülin: Peynir altı suyu proteini; ısıyla denatüre olup kazeinle bağlanarak yoğurt jelini güçlendirir. Su tutma ve kıvamı artırır.
- Chymosin (kimyozin/şirden): \kappa-kazeini özgül olarak kesen pıhtılaştırıcı enzim. Çoğu peynirin temel koagülasyon tetikleyicisidir.
- Eksopolisakkarit: Bazı bakterilerin salgıladığı şeker zincirleri. Yoğurtta viskoziteyi ve ağız dolgunluğunu artırır, serum ayrılmasını azaltır.
- Homojenizasyon: Yağ küreciklerinin küçültülerek uniform dağıtılması. Ayrışmayı (kaymak/süzülme) azaltır, dokuya etki eder.
- İzoelektrik nokta (pI): Bir proteinin net yükünün sıfır olduğu pH; kazein için pI \approx 4.6. Bu noktada çözünürlük azalır, çökelme kolaylaşır.
- Kalsiyum (Ca^{2+}): Miseller arası köprüler kurarak koagülasyonu kolaylaştırır. Kalsiyum düzeyi pıhtı sertliğini etkiler.
- Kazein miselleri: Sütteki kazeinlerin kolloidal kümeleri; yüzeyde \kappa-kazein, içinde kalsiyum fosfat bulunur. Jel ve pıhtılaşmanın merkez aktörüdür.
- Laktoz: Süt şekeri; bakteriler tarafından laktik aside fermente edilir. Asitlenme doku oluşumunu tetikler.
- Pastörizasyon/ısıl işlem: Mikroorganizmaları azaltır ve proteinleri kısmen denatüre eder. Yoğurt ve bazı peynirlerde doku/raf ömrünü iyileştirir.
- pH: Asitlik göstergesi. Düşmesi kazein stabilitesini azaltır; yoğurtta jel, peynirde pıhtı oluşumunu sağlar.
- Peynir altı suyu (whey): Pıhtıdan ayrılan sıvı faz; laktoz, peynir altı suyu proteinleri ve mineraller içerir. Yan ürün olarak değerlendirilir.
- Rennet (peynir mayası): Şirden enzimi içeren pıhtılaştırıcı preparat. Endüstride mikrobiyal/fermentatif kaynakları da yaygındır.
- Sineresis: Jel veya pıhtının su salması. Ayranda istenmez; yoğurtta denge ve doku açısından yönetilir.