Günümüze kadar sakkarozdan çok daha tatlı olan birçok doğal tatlı protein tespit edilmiştir. Bunların bazıları bitkisel kökenlidir. Ayrıca kalori içermeyen karbonhidratsız tatlandırıcılar ve şeker ikameleri olarak ticari amaçla kullanımı mevcuttur. Yazının devamında bu proteinlere dair detaylı bilgiye ulaşabilirsiniz!
Doğal Tatlı Proteinler
Son yıllarda dünya genelinde sık ve çoğu zaman bilinçsizce şeker tüketimi ve buna bağlı kilo alımı, diyabet, kanser, düşük bağışıklık ve obezite gibi rahatsızlıklar artmıştır. Dünya Sağlık Örgütü’ne göre yetişkinler toplam enerjinin %10’undan azını serbest şekerlerden almalıdır. Artan tüketici farkındalığıyla tatlı ürünlerde şeker içeriği azalırken, lezzet ve tatlılıkların korunması beklenmektedir. Böylelikle doğal ve yapay alternatif tatlandırıcılar tercih edilmeye başlanmıştır. Ancak yapay tatlandırıcılar güvenlik sorunlarından dolayı olumsuz bir izlenim oluşturmaktadır. Doğal tatlandırıcılar arasında peptit yapısındaki tatlı proteinler ise sakkarozdan çok daha tatlıdır. Diğer tatlandırıcılara kıyasla üretimi kolaydır. Ayrıca tadı iyileştirir ve acılığı azaltır. Bu avantajlarından dolayı yüksek kalorili tatlandırıcılara alternatif olarak öne çıkar. Ayrıca protein yapıda olmasından dolayı da insan vücudunda aynı sindirime uğrayarak 4 kcal/g enerji verir.
Yakın zamana kadar proteinlerin tatlı bir tadının olduğu bilinmiyordu. Proteinin (taumatin I ve II) tatlılığının keşfi ise ilk olarak 1972’de Thaumatococcus daniellii izolatıyla olmuştur. Yeni ve daha yakın zamanda keşfedilen tatlı proteinler ise monellin, brazzein , kurkulin (neokulin), mabinlin, yumurta beyazı lizozimi ve pentadindir. Bunlar arasında monellin, taumatin ve brazzeinin çok güçlü ve tatlı bir tadı vardır. Ayrıca en iyi bilinen ve iyi karakterize olan proteinlerdir. Mabinlin ve tavuk yumurta akı lizozimi ise daha az tatlı proteindir. Dahası, mirakulin ve kurkulin de ekşi gıdalara tatlı tadı vermeyi sağlayan tat değiştirici proteinlerdir.
1. Taumatin
1968 yılında, Thaumatococcus danielli bitkisinin üst kısmını (meyvelerini) kaplayan jöle benzeri yapıda tatlı tatta bir madde keşfedilmiştir. Bu madde, taumatin I ve II, III, a, b ve c olarak bilinen ve tamamı 22 kDa (207 amino asit) moleküler kütleye sahip protein karışımını içermektedir. Bu keşiften sonra taumatin ticarileştirilmistir.
Taumatinler (I ve II) sakaroza kıyasla 1600 kat daha tatlıdır. İki çeşit sadece beş amino asit kalıntısı bakımından farklıdır. Bu proteinler çok yüksek tatlılıklarından dolayı oldukça küçük miktarlarda kullanılır. Böylelikle gıdalardaki kalori değeri ihmal edilebilir seviyededir.
Taumatin dondurularak kurutulmuş durumda stabil olup suda ve sulu alkolde çözünür. Stabilitesi, pH 2.5 ve 5 arasında optimumdur. Ayrıca 100 °C’nin üzerinde bile termal olarak stabildir. Çoğu proteinde yaygın olmayan bu stabiliteler, yapısındaki disülfür köprülerine dayandırılmıştır. İlaveten taumatin I ve II, izole edilmiş ve dizilimi belirlenmiştir. Bundan dolayı genetik mühendisliği yoluyla üretilebilirler. Böylelikle, taumatin genetiği değiştirilmiş bakterilerde eksprese edilebilir.
Taumatin
Gıda güvenliği
Taumatin, U.S. FDA (Amerika Birleşik Devletleri Gıda ve İlaç Dairesi) tarafından genel olarak güvenli kabul edilen bir maddedir. Avrupa Birliği’nde hem tatlandırıcı hem de lezzet artırıcı olarak kullanımına izin verilmiştir (E 957). FAO (Gıda ve Tarım Örgütü)/WHO (Dünya Sağlık Örgütü) Gıda Katkı Maddeleri Uzman Komitesi’ne göre taumatin, belirtilen kabul edilebilir günlük alım miktarı olmadan tatlandırıcı olarak güvenlidir. Taumatin kullanımının önerilen aralığı, tüm hayvan türleri için güvenli olan 1 ila 5 mg/kg’dır. Ayrıca mutajenik, alerjenik veya teratojenik etkileri hakkında da bilgi bulunmamaktadır. Dahası, günümüzde en büyük küresel taumatin üreticileri arasında Fransa, Almanya, İngiltere ve Avustralya yer almaktadır.
Sağlık üzerine etkileri
Taumatin, müshil ve kusturucu etki göstermesinden dolayı diyabet hastaları için uygun bir tatlandırıcıdır.
Kullanım alanları
Taumatin yiyecek veya su yoluyla alınabilir. Başlıca sakız, süt ürünleri, evcil hayvan mamaları ve hayvan yemlerinde katkı maddesi olarak kullanılır. Ayrıca acılık ve burukluğu kısmen gidermeye yardımcı olmak ve uzun süreli tatlılık etkisi bırakmak için patentli bir ağız bakım ürününe de dahil edilmiştir. Bunun yanı sıra yüksek oranda sindirilebilir proteinler olmasıyla dokularda/gıda ürünlerinde kalıntı bırakmazlar.
2. Monellin
Monellin, Batı Afrika’ya özgü Dioscoreophyllum cumminsii bitkisinin meyvelerinden veya yapraklarından izole edilen tatlı tada sahip bir proteindir. Doğal monellin, kovalent olmayan bağlarla birbirine bağlı iki polipeptit zincirinden (94 amino asit) oluşur ve 11.4 kDa moleküler ağırlığındadır. Sakkaroza kıyasla 3000 kat daha tatlıdır. Bir yerde ise %7’lik sakkaroz çözeltisinden 1500-2000 kat, %5’lik sakkaroz çözeltisinden ise 800 kat daha tatlı olarak geçmektedir. Ayrıca bu proteinin tatlılık hissi yavaş yavaş gelir ve tat algısı 1 saatten fazla sürer. Ayrıca ağızda kalan tat bırakır. Hidrofilik özelliklere sahiptir ve bu nedenle suda kolayca çözünür. Bunun yanı sıra, monellin ve taumatin genleri (yerli veya genetik olarak değiştirilmiş) kullanılarak meyve ve sebzelerin tatlılığını artırmak üzerine de çeşitli patentler mevcuttur.
Her iki zincir de yalnızca zayıf kuvvetlerle bir arada tutulur. Bu durum da monellinin, taumatinlerin aksine, yüksek sıcaklıkta ve asidik pH’ta kararsız olmasına yol açar. pH 2’den düşük ve pH 9’dan yüksek değerlerde tatlılık göstermez. Bu zayıf etkileşim nedeniyle 50 °C’den yüksek bir sıcaklıkta denatüre olur. Ayrıca tatlılığını da kaybedebilir. Bu konuda araştırmacılar çeşitli bağlayıcılar kullanarak iki zinciri tek bir zincir halinde birleştirmiştir. Böylelikle proteinin tatlılığını ve pH ile sıcaklık değişimine karşı kararlılığını artırmayı başarmışlardır. Ancak bu kararlılık sıcak yemek tariflerinde kullanılabilecek kadar değildir.
Gıda güvenliği
FDA veya EFSA tarafından onaylanmamıştır ve ABD’de de yasal statüsü yoktur. Ancak Komagataella phaffii P‑MON‑040 suşunun ürettiği rekombinant modifiye monellin preparatı, Aralık 2024’te FDA tarafından “Genel Olarak Güvenli Olarak Kabul Edilen (GRAS)” statüsü almıştır. Ayrıca, Komagataella phaffii CBS 150005 tarafından üretilen monellin preparatının kullanımının bilimsel yöntemlerle GRAS olduğu görüşü de yer almaktadır.
Kullanım alanları
Monellin kullanımı, düşük stabilite ve nötr pH’ta yüksek agregasyon eğilimi nedeniyle sınırlıdır. Ayrıca yoğun tatlılığına rağmen yüksek maliyeti nedeniyle ticari açıdan pek uygulanabilir değildir. Ayrıca, kola gibi gazlı içeceklerde stabilitesi de sınırlıdır. Özellikle diyabet hastaları için bazı yiyecek ve içeceklerde tatlandırıcı olarak kullanılabilir.
3. Brazzein
1994 yılında Ming ve Hellekant, Pentadiplandra brazzeana meyvesinin tohum etrafındaki posasından tatlı tattaki brazzein proteini izole ettiler. Brazzein, ısıya dayanıklılığı ve yoğun tatlılığı kanıtlanan en küçük proteindir. Tadı, metalik bir tat bırakmadan sakkaroza benzer. Yaklaşık 54 amino asit (6.4 kDa) kalıntısından oluşan tek bir polipeptit zincirinden oluşur. İzoelektrik noktası 5’tir. Ayrıca %10’luk sakkaroz çözeltisine kıyasla 500 kat, %2’lik sakkaroz çözeltisine kıyasla ise 2000 kat daha tatlıdır.
Brazzein dört adet molekül içi bağıyla (örneğin disülfür bağları) gücünü/dayanıklılığını kazanmıştır. Suda çözünürlüğü en az %5’tir. Ayrıca olağanüstü termal olarak kararlıdır. Dahası, tatlılığı 2.5-8 pH aralığında 80 °C’de 4 saat boyunca korunur.
Gıda güvenliği
Brazzeininin gıdalarda potansiyel kullanımı FDA/EFSA (Avrupa Gıda Güvenliği Otoritesi) tarafından henüz onaylanmamıştır. Gıda alerjilerine yol açma potansiyeli nedeniyle, güvenli kabul edilmeden önce araştırılması gerekmektedir. Ayrıca ticari olarak da mevcut değildir. Böylelikle etkilerini ortaya çıkarmak veya tat algısını iyileştirmek için daha fazla çalışmaya ihtiyaç vardır.
Kullanım alanları
Brazzein, 80 °C’de 4 saat veya 98 °C’de 2 saat sıcaklığa maruz kaldığında yok olmayan, termal olarak kararlı bir protein tatlandırıcısıdır ve bu da çeşitli gıda ürünlerindeki uygulamaları için uygun olmasını sağlar. Brazzeinin tatlılığı, sakkarozun tadına yakındır ve hafif bir ağızda kalan tat bırakır. Ayrıca sitrik asitli içeceklerde, steviosit, asesülfam-K ve aspartam gibi diğer tatlandırıcıların yan tadını azaltmak için bir lezzet artırıcı olarak da kullanılabilir. Bunun yanı sıra, brazzein için etkili bir bakteri üretim sistemi geliştirilmiştir. Ayrıca mısır tohumu embriyolarında brazzein proteinini eksprese etmek de mümkündür. Bu da ‘şeker ilavesiz’ önceden tatlandırılmış tahıllar üretme olasılığını ortaya koymaktadır.
4. Pentadin
Brazzein gibi Pentadin de, Afrika ülkelerinin tropikal ormanlarındaki Pentadiplandra brazzeana’nın tohum özünden 1989’da izole edilen tatlı bir proteindir. Ancak pentadin kurutulmuş meyveden elde edilirken, brazzein ise taze meyveden elde edilir. 12 kDa moleküler ağırlığındadır. Pentadin temel olarak aspartik asit, glutamik asit, tirozin, lizin, arginin ve prolin amino asitlerini içerir. Baskın amino asidi ise prolindir. Ayrıca ağırlık bazında sakarozdan da yaklaşık 500 kat daha tatlıdır ve suda çözünür. Tıpkı taumatinlerde olduğu gibi, disülfid bağlarının varlığı bu proteinin stabilitesini açıklamaktadır.
5 saat boyunca 100 °C’ye maruz kaldıktan sonra kimyasal olarak denatüre olsa da, lezzetini korur. Böylelikle taumatin ve brazzein gibi diğer tatlı proteinlere kıyasla üstünlük gösterir. Bunların yanında istenmeyen acı (bitter) tadı maskelemek için de sakkarinle birlikte kullanılabilir.
Gıda güvenliği
FDA/EFSA tarafından tatlandırıcı durumu ise onaylanmamıştır.
Kullanım alanları
Pentadin, özellikle diyabet hastalarında bazı şekerlere ikame olarak kullanılabilir.
5. Mabinlin
Mabinlin (MBL), bir Çin bitkisi Capparis masaikai‘nin olgunlaşmış tohumlarından elde edilen tatlı tattaki bir proteindir. A ve B olarak iki polipeptit zincirinden oluşur. İlki 33 amino asit, ikincisi ise 72 amino asit içerir. Bu zincirler kovalent olmayan etkileşim yoluyla birbirlerine sıkıca bağlıdır. MBL I, II, III, IV olarak dört izoformu bulunur ve suda kolay çözünür. Aralarında en çok çalışılanı ve en kararlı olanı ise MBL II’dir. Ayrıca sakkarozdan 10 kat daha büyük ve 400 kat daha tatlıdır. Termal kararlılığı dört disülfür köprüsünün varlığından kaynaklanır. Ayrıca tuz köprülerinin oluşumunun daha yüksek stabilitesini açıklar. Dahası, kaynama sıcaklığında 48 saat beklemeden sonra değişmeden kalır. MBL-III ve -IV’ün tatlılığı ise 80 °C’de 1 saat sonra değişmez.
Escherichia coli ve Lactococcus lactis aracılığıyla yapılan biyotransformasyon çalışmaları, gıda uygulamaları için geniş spektrumlarda mabinlin üretme imkanı sunmaktadır. Ayrıca patateslerde üretilen Mabinlin II ise buruk ve tatlı bir tada sahiptir.
Gıda güvenliği
FDA/EFSA tarafından onaylanmadığı için gıda üretiminde tatlandırıcı olarak kullanılmaz.
Kullanım alanları
Mabinlinin tatlılık özellikleri, bu proteinin bitki bileşiklerinin acılığını maskelemek için kullanılmasına olanak tanır.
6. Kurkulin (Neokulin)
Curculigo latifolia meyvelerinden kurkulin adlı yeni bir tat değiştirici/modifiye edici protein izole edilmiştir. 114 amino asit kalıntısından oluşup moleküler ağırlığı ise 12 kDa’dır. İzoelektrik noktası 7.1’dir. Ayrıca sakkarozdan ise yaklaşık 550 kat daha tatlıdır. Bir başka kaynakta ise molar bazda sakkarozdan 35.000 kat, ağırlık bazında ise 430 kat tatlı olduğu bildirilmiştir. Hem tatlılık verir hem de tadı değiştirir. Tatlılığı birkaç dakika sürer. Ekşi maddeler daha güçlü bir tatlılık hissi uyandırır. Çünkü tadı değiştiren bu protein, sitrik asit gibi bir asidin varlığında tat hücrelerinin zar yüzeylerine güçlü bir şekilde bağlanır. Dahası, 50 °C’ye kadar 1 saat boyunca ve pH 3–11 aralığında stabil olduğu tespit edilmiştir. Bunların yanı sıra, bu protein “PR-5” protein ailesinin bir üyesi olup “taumatin benzeri” olarak adlandırılır. Ayrıca bitki dokularının mantar enfeksiyonlarına karşı savunmasında da rol oynar.
Tükürükte Ca²⁺ ve/veya Mg²⁺ gibi iki değerlikli katyonlarla reaksiyona girmesi, kurkulinin tatlı reseptör bölgesinin aktivasyonunu engeller. Bu da kurkulinin tatlılığının azalmasına yol açar. Dile su uygulandığında ise tükürükteki divalent katyonlar dil yüzeyinden uzaklaştırılır. Böylelikle kurkulinin hoş tadı geri gelir.
Kurkulin
Gıda güvenliği
FDA/EFSA tarafından tatlandırıcı durumu onaylanmamıştır. Ancak Japonya’da güvenli bir gıda katkı maddesi olarak kabul edilir. Böylelikle ülkenin Sağlık Bakanlığı tarafından izin verilen gıda katkı maddeleri listesine dahildir.
Kullanım alanları
Kurkulinin tat değiştirici bir etkisinden dolayı alındıktan sonra ekşi çözeltiler de tatlı bir tada dönüşür. Kurkulin A’nın keşfi sonrasında sistein kalıntıları arasında zincir içi disülfid bağı oluşturularak daha kararlı bir tatlandırıcı elde etmek amacıyla iyileştirmeler yapılmıştır. Böylelikle kurkulin C elde edilmiştir. Kurkulin C’nin yiyeceklerde, içeceklerde, yemlerde, evcil hayvan mamalarında ve ilaçlarda tatlandırıcı olarak kullanımı mevcuttur.
7. Yumurta Akı Lizozimi
Lizozim, ticari düzeyde tatlandırıcı olarak kullanılabilen yumurta akından basit bir saflaştırma işlemiyle elde edilebilir. Yumurta akı lizozimi yaklaşık 14.5 kDa moleküler kütleye sahiptir. İlaveten, 129 amino asidi içeren tek bir zincirden oluşur. Taumatin ve monellinin tatlılığından 200 kat daha tatlıdır.
Kullanım alanları
Yumurta akı lizozim proteini, gıda işlemede ve muhafazasında enzimatik ve antibakteriyel aktiviteler için yaygın olarak kullanılır. Ayrıca 95 °C’ye kadar 18 saat boyunca daha yüksek termal stabilite gösterir. Bu durum da onu ısıl işlemle hazırlanan gıdalarda kullanıma uygun hale getirir. Dahası, nispeten de ucuzdur. Diğer tatlandırıcılara göre endüstriyel ölçekte tatlandırıcı olarak kullanımındaki sınırlamalar ise burukluk ve ağızda bıraktığı tattan kaynaklanır.
Gıda güvenliği
FDA/EFSA tarafından tatlandırıcı durumu onaylanmamıştır.
8. Mirakulin
Mirakulin, 1968 yılında Batı Afrika’ya özgü bir çalı olan mucize meyvesinden (Synsepalum dulcificum veya Richadella dulcifica) izole edilen bir glikoproteindir. Ayrıca 191 amino asit kalıntısından oluşan tek bir polipeptittir. Moleküler kütlesi 24.6 kDa’dır ve bunun 3.4 kDa’sını ise şeker oluşturur. İlaveten, mirakulin tek başına tatlı değildir. Ancak asidik koşullarda tatlı tadı verir. Dahası, sakkarozdan da 400.000 kat daha yüksek bir maksimum tatlılık değerine sahiptir. Nispeten ısıya dayanıklı ve suda kolayca çözünen bir proteindir.
Gıda güvenliği
Miraculin’in güvenliği FAO ile WHO tarafından geliştirilen bir yöntem kullanılarak değerlendirildi. Bir in vitro sindirilebilirlik deneyinde, pepsin tarafından tamamen ve hızlı bir şekilde sindirildiği gözlenmiştir. Ayrıca bu proteinin insanlarda alerji veya toksisite riski oluşturmadığı ve diğer alerjenlerle çapraz reaktivite potansiyelinin sınırlı olduğu belirlenmiştir. Ancak FDA ve EFSA, mirakulini tatlandırıcı olarak onaylamamıştır. ABD’de de kullanımına izin verilmemiştir. Ancak Avrupa Birliği’nde ise yeni gıda statüsü verilmiştir.
Kullanım alanları
Mirakulinin tat değiştirme özelliği sayesinde asidik yiyecek ve içecekleri lezzetli hale getirme, ayrıca bunların tadını iyileştirme ve acılığını azaltma gibi kullanımları mevcuttur.
Sonuç
Doğal şeker ikameleri olan tatlı proteinler, obezite, tip 2 diyabet ve kardiyovasküler hastalıkları olan kişiler için sağlıklı ve düşük karbonhidratlı tatlandırıcılardır. Bu durum, proteinlerin sakkaroz ve fruktoz gibi şekerlerin aksine insülin talebini tetiklemesiyle ilişkilidir. Ayrıca bu tatlandırıcıları şekerden önemli ölçüde farklı kılan özellik, tatlı proteinlerin yavaş yavaş ortaya çıkan tadıdır.
Bu proteinlerin uygulamaları arasında düşük kalorili tatlandırıcı endüstrisi ve kola, atıştırmalık, gıda ve çikolata endüstrileri sayılabilir. Eklendikleri gıdalara iyi tat vermenin yanında, gıdanın rengini, raf ömrünü, kalori değerini ve dokusunu da olumlu etkiler. Ancak düşük erişilebilirlik, düşük termal stabilite, düşük tatlılık, yüksek maliyet ve ağızda bıraktığı tat nedeniyle endüstride uygulamalarda sorunlar yaşanmaktadır. Birçoğunun doğal kaynaklardan saflaştırılması pahalı ve ekonomik olmadığı için transgenik bitkilerde veya bakterilerde ifade edilmiştir. Ayrıca tatlı proteinlerin aşırı tüketimi sonucu doğal kaynaklar gelecekte tükenebilir. Böylelikle, tatlı proteinlerin biyotransformasyon çalışmaları, yüksek verimlilik, kalite, daha az yan ürün ve daha sürdürülebilir çözümler sağladıkları için umut verici bulunmuştur.
Birçok çalışma doğal protein bazlı tatlandırıcıların kullanımını desteklese de, FDA/EFSA tarafından onay almada hala mevcut zorlukları vardır. Bunların aksine, bazı sentetik tatlandırıcı türlerinin ciddi yan etkilerine dair raporlar, bu tatlı proteinleri daha güvenli alternatif adaylar olarak öne çıkarmaktadır. Böylelikle araştırmacılar, uzun süreli daha fazla deneysel çalışmalarla bu proteinlerin günlük dozlarını, sağlık üzerindeki etkilerini, sürdürülebilirliğini ve gıdalarda kullamını belirlemeli ve kapsamlı ele almalıdır.
Bunlara da göz atabilirsiniz!
“Şekersiz” Ürünler Yasaklanmadı!
Şeker Alkolleri: Doğal Tatlandırıcıların Sırları
2026 Yılında Gıda Alanında Bizleri Neler Bekliyor?
Kaynaklar
Farag, M. A., Rezk, M. M., Elashal, M. H., El-Araby, M., Khalifa, S. A., & El-Seedi, H. R. (2022). An updated multifaceted overview of sweet proteins and dipeptides as sugar substitutes; the chemistry, health benefits, gut interactions, and safety. Food Research International, 162, 111853. https://d0192efdd77670f7012d3fece2c7c0fc720c897f.vetisonline.com/10.1016/j.foodres.2022.111853
Sharififar, F., Ashrafzadeh, A., & Kavirimanesh Khanaman, M. (2022). A review of natural peptide sweeteners. International Journal of Peptide Research and Therapeutics, 28(6), 158. https://doi.org/10.1007/s10989-022-10464-4
Yusuf, E. H. (2021). An overview of biotransformation for the sustainability of sweet-tasting proteins as natural sugar replacers. Chemistry proceedings, 8(1), 85. https://doi.org/10.3390/ecsoc-25-11640
