Fermantasyonun Gelişimini Etkileyen Faktörler

Tütünler fermantasyonlarını düzgün gerçekleştirebilmeleri için fermantasyon faktörlerinin bilinmesi gerekir. Çünkü fermantasyon genelde, şimdi açıklamasını yapacağımız faktörlerin etki yapmasından sonra başlar ve fermantasyon esnasında tütünde meydana gelecek tüm reaksiyonlar ve değişimler belirli faktörlerin mevcudiyetine, onların sınır derecelerine bağlı kalır. Bunları şöyle sıralayabiliriz.

1. Havanın (çevrenin) sıcaklığı
2. Tütünün kendi rutubeti ve fermantasyon geçirilecek yerin çevrenin nisbi nemi
3. Oksijen varlığı

Fermantasyon gelişimini etkileyen bu faktörleri aynı zamanda dış ve iç faktörler olarak iki gruba ayırabiliriz.

1.Dış faktörler olarak çevrenin hava sıcaklığı, nisbi nem, oksijen varlığı (miktarı)

2.İç faktörler, tütün kendi rutubetini oluşturan yani tütünün fermantasyon öncesi aldığı ve tutabildiği nemi ferment miktarı biyooksidasyon nitelikli aktif kimyasal substrans miktarı ve tütünün ısı iletkenliği fermantasyonu olayında tütünün iç faktörleri genelde dış faktörlerden etkilenmektedir. Örneğin dış faktörler – iç faktörler 1-Temperatür :

 Daha önceki açıklamalarımızda enzim ve bakteri aktivitesinin ancak belli temperatür sınırları dahilinde mümkün olduğunu ifade etmiştik. Çünkü tütünde vuku bulan tüm değişmelere ve kimyasal tepkimelerin şiddetine etki yapan başlıca faktör ısıdır.

Örneğin fermantasyon esnasında tütünlere yüksek ısı uygulanırsa tepkimelerin şidddeti artar, cereyan eden olayların süresi ise kısalır. Bunu fermantasyon süresi üzerinde sıcaklığın etkisiyle ilgili araştırmaların bulgularına dayanan aşağıdaki tablo ile de doğrulayabiliriz.

Fermantasyon Süresine Sıcaklığın Etkisi

Sıcaklık © 25 30 35 40 45 50 (vaat) 1125 840 640 452 335 251

Tütünün sıcaklığı fermantasyonu ancak 16-20 derecelik bir sıcaklığın etkinliğinde sezilebilinecek şiddette başlar. Daha sonra sıcaklığın artmasıyla enzim ve kimyasal reaksiyonların aktivitesi artmaktadır. Bu durum fakat belli bir artış sınırı içinde olmaktadır. Örneğin bu hususta yapılan araştırmalar da fermentlerin pozitif etmenliğinin ancak 42 derece kadar arttığı bundan sonra ise düşüşe geçtiği gözlenmiştir. 

Bu katsayı Van Hof’un kanununa göre fermantasyonda sıcaklık etkinliğinin boher 10 C0 tempertik artışıyla katsayısının 2-2,5 misline ulaştığı eşitliğini temel almaktadır. Enzim aktivitesi 35-45 C0 arasında en büyük 5-50 C0 arasındaki sıcaklığında ise düşüktür. Bu bilgilerin ışığında oryantal tip tütünlerin optimum fermantasyon temperatürünün 35-42 C0 gerçekleşmesiyle en isabetli sonuca ulaşmanın mümkün olacağı görünmektedir.

Lakin yapılan pek çok denemelerden, optimum sıcaklığın çeşitlere gradlara tiplere göre değiştiği ve farklı olduğu görülmüştür. Farklı temperatür dereceleri tütünlerin aroma kompleksi üzerinde de ayrı ayrı etkinlikler yaratmaktadır. Bu bilhassa yüksek kaliteli zengin muhteviyatlı olan birinci neviyat tütünler için çok önemlidir. Bunun için tütünlerin fermantasyon sırasında ayrı ayrı kombinasyonları tatbik edilmektedir. Örneğin aromatik tütünlerde sıcaklık ile gerçekleştiren fermantasyon olayında yaprakların aromatik maddelerin uçucu olması nedeniyle büyük ölçüde kayıba uğramaları söz konusudur. Bu itibarla yüksek kaliteli tütünlerin fermantasyonlarını 38-40 C0’lik bir sıcaklığı geçirmeleri tavsiye edilmektedir. Bu esnada 40 C0’nin üstünde yapılacak uygulamaların fermantasyonun başında kısa bir süre sadece proseler süratlilik kazandırmak için yapılması pratikte uygunluk kazanmıştır. Çünkü böylece tütünün hamlılığına damgasını vuran bazı maddelerin ve bilhassa klorofilin parçalanmasına süratlilik kazandırılması amaçlanmaktadır.

Diğer taraftan düşük kaliteli tütünlerde daha yüksek (50-55 C0) sıcaklık ile fermantasyon uygulamalarının yapılması en makul olduğu ve en iyi neticelerin alındığı görülmüştür. Zira yüksek temperatürün etkisiyle düşük kaliteli tütünlerin muhteviyatında mevcut olan ve içine aşırı sertlilik yakarlık ve boğaza tırmalayıcılık gibi olumsuz etkiler yapan maddelerin büyük ölçüde bertaraf edildiği mümkün olmaktadır. Fakat fermantasyon esnasında yine de yüksek temperatürlerin uzun süre kullanmanın sakıncalı olacağını hatırlatmak da gerekir. Bakınız bu hususta Asyaef 60 C0 sıcaklığın üzerinde seyreden bir fermantasyon olayında ferment aktivitesinin hızla düştüğünü ve dolayısıyla olayda kimyasal parçalanmanın süratlendiği de hatırlatmaktadır.

Böyle yüksek sıcaklıkta fermantasyonlarını geçirmiş tütünlerin fermantasyon neticeleri diğer uygulama durumlarına göre her ne kadar benzerlik gösterseler de bu tütünlerin higroskopisiteleri esneklikleri dolayısıyla tüm teknolojik özellikleri önemli derecede zedelenmektedir.

Diğer taraftan tütünlerin fermantasyon sırasında hiçbir zaman reaksiyonların dönüşümlerin tamamen sona erdirilmesi amaçlanmamasıdır.

Çünkü fermantasyon ile tütünlerin ancak istenilen belirli fiziksel kimyasal ve degüstatif nitelikleri iyileştirilmektedir.

Fermantasyon döneminde tütünün kendi temperatürü dışarıdaki çevre ortamı sıcaklığına bağlı olduğunu ifade etmiştik. Bilhassa doğal ya da mevsimlik fermantasyon dediğimiz proselerde çevrenin sıcaklığı çok etkindir. Bu sıcaklık tütünlerde oksidatif dönüşümlerin şiddetini artırır tütün bünyesinde ısı enerjisi husule getirir ve böylece tütünler kendi kendilerine temperatürlerini yükseltirler. Bazı durumlarda hatta tütünlerin kendi sıcaklığı ortamın sıcaklığının üstünde seyreder. Bu olay nesler ve devliz gibi bazı yazarlar tarafından her ne kadar saf bir oksidatif kimyasal olay olarak nitelendirilse de İ.K Svirin, temperatür artışı olayında enzimlerin katalizatör faaliyetlerini ve koloidlerin sıcaklık alma ve dönüşüm esnasında ısı üretme etkinliğinin de eklenmesi göz ardı edilmemesini önermektedir.

Tütünlerin temperatürü ile sıcaklığın arasında ilişkilerin nedenlerini açıklarken fermantasyonda cereyan eden olaylar neticesinde tütün temperatürü ile çevre sıcaklığı arasında bir farkın ortaya çıktığını görmekteyiz. Bu hususun tütün fermantasyon döneminde uygulamaların yönünü tayin etme açısından büyük önemi vardır.

Çünkü havanın sıcaklığı arttıkça tütünün ısısı da yükselerek hava sıcaklığına erişebilme ve tütün sıcaklığı ile bir denge oluşturma eylemi göstermektedir. Aynı zamanda hava sıcaklığı düştüğü takdirde tütünün temperatürü de düşmektedir. 

Hava (C0)    19.2   25.4   34.4   37.3   400   424

Tütün (C0)   18.7   24.8   33.8   37.0   393   414

Tablodan görüldüğü üzere havanın artışına rağmen havanın sıcaklığı ile tütünün ısınması arasında bir ısı farkı mevcudiyeti görünmektedir ve bu ısı farkına fermantasyonsuz negatif sıcaklık farkı denir. Tütüncülükte ısı farkı (Dt) ile belirlenir. Tütünün sıcaklığı eğer havanın sıcaklığından daha yüksek olur ise bu farka pozitif ısı farkı denir.

Tütünlerin fermantasyon döneminde ısıtılması ve soğutulması esnasında ısı farkı çok önemlidir. Zira tütünün negatif ısı farkı (Dt) hava ortamı sıcaklığının yükselmesini sağlar. Bunu da aşağıdaki tabloda görmek mümkündür.

Tütünlerin ısıtılmasında Dt ne kadar büyük ise tütünün ısınma süresi ve şiddeti o kadar uzun ve yüksektir. Dt’nin bu özelliği pratikte suni fermantasyon uygulamalarında veya doğal fermantasyonda starter amacıyla olayın birinci başlangıç fazında tütünlerin ısıtma süresini kısaltmak için yararlanılır.

Fermantasyonları esnasında tütünlerin kendiliğinden kızışma vukuatı çevrenin sıcaklığına bağlı olduğu gibi kısmen de partileri oluşturan denklerin ağırlığına hacim ve sıklığına bağlıdır. Örneğin küçük denklerde dış temperatür 16 C0’nin altında olunca hiçbir fermantasyon belirtisi görülmez. Dengin (Dt) basıncı ortamın sıcaklığının denk içine girmesine uygun değilse enzimler faaliyetlerini arttıramayacağından tütünler kızışmayacak ve fermantasyon gerçekleşmemiş olacaktır. Büyük denklerde ise reaksiyonların anorse edilmesi fermantasyonu başlatabilir. Zira bu reaksiyonlar egzotermik olduğundan kendiliğinden kızışma vuku bulur ve büyük denklerde ısı küçüklere nazaran hızla kaybolmadığından fermantasyon kendiliğinden hızlanır ve yeteri kadar yükseldiğinde fermantasyon başlar.

Tütünlerin kendiliğinden kızışması rutubetlerine, fermantasyon uygulama şekillerine ve bilhassa tütünleri tip çeşitleriyle de sıkı sıkıya bağlıdır.

Örneğin tavlı ve nemli tütünler, kuru tütünlere kıyasla daha çabuk kızışırlar. Yığın halinde fermente edilen tütünler, preslenerek denkler haline getirilmişlerden daha kısa sürede temperatürünü yükseltirler. Puroluk tiplere nazaran Mohocka çeşidinin kızışması çok daha azdır. Oryantal tip tütünlerin doğal fermantasyonları sırasında kızışmalar yavaş ve ılımlı olmaktadır. Bu olayın sunii yapay olarak gerçekleştirilmesinde bile hemen hemen belirsiz cereyan ettiği saptanmıştır.

Her iki fermantasyon şeklinde kızışma temperatür farkının (Dt) oksidasyon sırasında üreyen sıcaklığın bir kısmını tütünün rutubetini atabilmesi için kullandığı veya diğer egzotermik olayların vuku bulmasında sarf edildiği tahmin edilmektedir. Fakat düşük muhteviyatlı ve kuru tütünlerin sunii fermantasyonları esnasında hücre içi nisbi nemin arttırılması neticesinde fermantasyonlarını geçiren tütünlerin temperatürünün 2-3 C0 daha fazla olduğu görülmüştür. Lakin bunun nedeni araştırıldığında kızışmanın kendiliğinden değil de, suyun buharlaşması esnasında ortaya çıkan serbest enerji neticesi olduğu saptanmıştır.

Bu kısa açıklamalardan sonra özetle anlaşılacağı üzere sıcaklık faktörü fermantasyonda meydana gelen biyokimyasal değişimlerin şiddetini ve dolayısıyla fermantasyonunun süresini belirleyici bu önemli faktördür. Zira fermantasyonun akışı karakteri neticesi, fermantasyon olayının her aşamasındaki temperatür derecesine bağlıdır.

Sıcaklık faktörünü ve özellikle temperatür katsayısını (Dt) iyi tanımakla fermantasyon rejimlerini belirlemek fermantasyon sürelerini optimuma kısaltmak, fakat fermantasyon da hücrelerin kapasitelerini en iyi derecede değerlendirmek, olayın verimliliğini arttırmak suretiyle neticede tütünlerin degüstatif ve fiziksel özelliklerini maksimum düzeye ulaştırmak mümkün olmaktadır. Çünkü, fermantasyonda temperatür farkı, tütünlere göre, yani şiddetli fermantasyon geçirmesi gereken tütünlere daha büyük (Dt) yüzeysel ve sakin fermantasyon geçirecek tütünler için ise, düşük sıcaklık rejimlerinde olduğu gibi, daha küçük Dt uygulamaktadır. 10.50 11.95

2-Tütünün kendi başlangıç rutubeti ve fermantasyon yerinin nisbi rutubeti:

 Tütünün rutubet içeriği fermantasyon olaylarının başlamasında ve mümkün olmasında önemli rolü olduğu gibi bu olayların mahiyeti açısından sıcaklık faktöründen sonra ehemmiyeti ikinci planda mühimdir.

Çünkü rutubet, fermantasyonda gelişen gerek enzim aktivitesi, gerekse kısmen bilinen ya da henüz aydınlatılmamış pek çok reaksiyonların vukuatı için bir ortam oluşturur. Zira bütün bu reaksiyonların enzimler tarafından kataliz edilebilmesi için yaprak dokusunda yeteri kadar su bulunması gerekir. Zira düşük rutubet (%11) içerikli tütünlerde fermantasyon olayları oldukça sakin ve belirsiz seyreder. Bunun tam tersi olarak ise bizde elverişli koşullar mevcudiyetinde aşırı rutubetli tütünlerin fermantasyonları çok şiddetli gelişir ve hızla üreyen mikroplar nedeniyle tütünlerde kararma, küflenme ve çürümeye kadar varan olumsuzluklar meydana gelebilir. Bugüne kadar yapılan deneylerin neticesinde oryantal tip tütünler fermantasyonlarını en iyi şekilde geçirebilmeleri için tütün başlangıç rutubetinin %14-16’ya kadar olması saptanmıştır.

Fermantasyon esnasında tütünün rutubeti bir yandan kendi başlangıç rutubeti ve diğer taraftan da çevreleyen havanın nem oranına bağlıdır.

Ortamın çevrenin nisbi nemine kadar düşük olursa tütünün kendi nemi de o kadar düşük olmaktadır. Dolayısıyla böyle bir miktarda tütün kurur ve fermantasyon etmenlerinin aktivitesi azalır veya tamamen durur. Ortamın nisbi nemi yüksek olduğu durumlarda ise tütünün nemi fazlalaşır ve istenilmeyen mikrobiyolojik olayların gelişebilmesini sağlayan koşullar meydana gelir. Tütün bozulmaya yüz tutar. Bu itibarla fermantasyondan en iyi sonuçları alabilmek için hava nemini fermentlerin tütünde optimum etkinliğini sağlayacak düzey sınırlar içinde tutmak gerekmektedir. Nitekim fermantasyon geçirecek tütünlerin yerinin nem sınırları optimum % 65-75’dir. Bu oran suni fermantasyonda başlıca yüksek temperatür uygulanan rejimlerde alt sınır % 65, düşük temperatürlü rejimlerde ise üst sınır % 75 kabul edilmektedir.

Fermantasyon olayında tütün yaprağının başlangıç rutubeti ile havanın nem oranının arasında dinamik bir ilişki olduğunu daha önce de gördük.

Fermantasyonda genelde bu iki faktör arasında az ya da çok hızla gelişen bir denge kurulur. Tabiatı itibariyle yüksek higroskopisite niteliği taşıyan tütünler çevre neminden su alır, ya da çevreye su verir. Bu alış veriş işinde daima bir doyum noktasına, başka bir deyişle, ne alma ne de verme noktasına ulaşılmaya çalışılır. Bu prosesin hızı ve süresi, tütünün kimyasal içeriğine bağlı olduğu kadar, temperatüre ve havanın yaprak yüzeylerine dokunabilme ve yıkayabilme süratine de bağlıdır.

Diğer taraftan da fermantasyona tabi tutulan parti bireylerinin yani denklerin sıkılığına ve tütün tongalarının ve balyaların büyüklüğü ile ilişkilidir. Örneğin büyük hacimli ve sıkı denklerde tütünün rutubeti onu çevreleyen havanın higrometrik durumuna pek tabi olmaz. Böyle durumlarda fermantasyonda daha ziyade yaprak dokusunun tütünün kendi başlangıç rutubeti rol oynar. Çevre hava neminin etkisi ancak, tütünlerin yaprak demet üretici dengi veya güzel preslenmemiş tonga durumlarında olan tütünlerde daha azdır.

Sıcaklık ve çevreleyen hava nemi sabit tutulduğunda fermantasyonun başlangıcı olan kızışmada tütünün başlangıç rutubetinden büyük rol oynar. Bunu Romen araştırıcılar tarafından yapılmış olan incelemelerin sonuçlarını aksettiren aşağıdaki tabloda da görüyoruz.

                                     Yaprak Dokusundaki Başlangıç Rutubeti                            Tütünün Eriştiği Maksimum Temperatür C0                                                                                   

  % 14                                                                         30.5

% 17                                                                        31.5

% 20                                                                        37.2

% 25                                                                        47.5

Dolayısıyla fermantasyon olayında gerek başlangıç rutubetini gerekse devamını olumsuz yönde etkileyen öneli faktörlerle havanın su nem oranı olduğu açıkça görülmektedir. Çevre neminin her ne kadar çeşit ve nevi tütünler için değişik oranlarda olsa da bu oran ortalama % 55-60 civarındadır. Bu oranın altında mikroorganizma aktivitesi çok belirsizdir. Fermantasyonlarını güç geçiren ve düşük nevili tütünlerde hatta bu optimumun üstüne çıkılmalıdır.

Araştırıcılar tütünü çevreleyen hava nemi oranının kızışma yani fermantasyon başlaması üzerinde sıklığı aşağıdaki tablo ile gösterilmiştir.

                                                Hava nem oranı                                                    Maksimum Temperatür (C0)                                              

% 70                                                                         26.8 C0

% 75                                                                         30.4 C0

% 80                                                                         33.0 C0

Yukarıdaki belgeler bize belirli temperatür ve tütün rutubeti sınırları dahilinde cereyan eden fermantasyon başlama süresi bilindiği takdirde değişik sıcaklık ve hava nem oranları koşullarında gerçekleşen fermantasyonun sona erme süresinin önceden saptayabilme olanağını sağlamaktadır. Fermantasyonda bu iki faktörün kullanımında esas amaç olayda koşulları yöneterek dikkatle kontrol altında tutarak her zaman fermantasyonu olumlu yöne çevirebilmektir.

3-Fermantasyon süresinde oksijen miktarı-hava dolaşımı (Aerasyon):

Fermantasyon olaylarının başında oksidatif olayların etkenliğini belirtmiştik. Gerçekten fermantasyonda diğer etkenler kadar oksijenin varlığı da zaruri bir faktördür. Oksijen mevcudiyetinin gereksinimi bilhassa puroluk tütünlerin yığın halinde uygulanan fermantasyonları esnasında belirgin bir şekilde ortaya çıkmıştır. Örneğin: büyük yığınlar halinde fermantasyona tabi tutulan bu tip tütünlerin yığın içinde (02) oksijen dolaşımı güçleşir. Böylece yığın içinde mütemadiyen oksidatif olaylar gerçekleşir ve oksidasyonun ürünü olarak yığınlarda C02 birikir. Neticede O2 yetersizliği tütünde fermantasyon frenlenir. Zaten bu nedenlerden ötürü puroluk tütünlerin fermantasyonları esnasında yığınları birkaç kez aktarılmakta veya yeniden yığılmaktadır.

Fermantasyon süresinde yığınlara yeterli miktarda oksijen sağlanamadığı durumlarda organik bileşiklerde istenilen ölçülerde değişmeler gerçekleşemez. Zaten fermantasyon esnasında yığından çıkan gazların miktarca en yükseğinin CO2 oluşunda bu hususu destekler mahiyettedir.

Fermantasyon süresinde ortamın havası devamlı havalandırmak suretiyle değiştirilir. Çünkü fermantasyonda oksijen miktarı mütemadiyen azalır veya çoğaltılması gerekir. Zira her zaman oksidasyon açık bir substrat içeriği taşıyan tütün yaprağı, havadaki serbest oksijeni (O2) absorbe ederek ferment ve diğer tepkime ürünlerini zenginleştirir.

Araştırmacı Ovakiman tütünler fermantasyon dönemlerinden sonra dahi fermantasyonla gayet sığ ve sakin olduğu hallerde bile O2 absorbe ettiklerini saptamıştır. Bu O2 yutmasının nedenini Asmaer tütünlerdeki reçinelerin eterik yağların ve diğer oksidasyona yatkın maddelerin oksidasyonları esnasında sarfettikleri görüşündedir.

Tütün yaprağının havadan serbest oksijen absorbe etme niteliği, fermantasyon öncesi koşullara, tütünün tipine ve ellere bağlı kalarak farklılık gösterir. Örneğin İ.K. Sverine göre, fermantasyon rejimlerinde ısı etkenliği ne kadar yüksek ise O2 yutmada o derecede artmaktadır. Tabi bunu izah etmek O2’nin fermantasyonda gerçekleştirdiği değişimlerin sergilediği şiddet ve derinlik ile çok kolay olmaktadır.

Tütünün farklı tarzda balyalanması, tütünün içine değişik miktarda oksijen girmesine neden olur. O2 miktarı, tütünün sıkılığına, spesifik ağırlığına balya hacmine ve tütün miktarına bağlıdır. Çünkü aynı koşullarda, farklı sıkılıkta olan balyalar O2 miktarı farklı arz eder. Örneğin: sıkılıkları az olan balyalarda O2 miktarı fazladır. O halde fermantasyon olayında bir balya içinde oksidasyon için gerekli hava miktarı balyanın hacmi (V) ile (T) ağırlığı arasındaki orantıya (V-Ok) bağlı olacaktır. Bu orantı tütünlerde oksidatif katsayısı (Ok) olarak ifade edilir. Dansite (D) ise, balyanın sıkılıdır ve balyanın ağırlığı (T) ile hacmi (V) arasındaki orantıya (T,D) bağlıdır.

Oksidatif katsayısı (Ok) ne kadar büyük ise balya içine o kadar fazla hava girebilmiş ve dolayısıyla da O2 miktarı daha fazla anlamındadır.

Bir tütün balyasının ağırlığına (T) ve hacmine (V) bağlı olarak (D) dansitesi (Ok) oksidatif katsayısı aşağıdaki tabloda gösterilmiştir.

Balya Boyutları

Yükseklik cm.     Genişlik cm.     Kalınlık cm.     Hacim cm3     Ağırlık kg.     Ok kg/m3               D

60                         50                    25                75.500            24.000            3.12              320

55                         50                    25                68.750            24.000            2.86              349

50                         50                    25                62.500            24.000            2.60              384

45                         50                    25                56.250            24.000            2.34              427

Yukarıdaki tabloda Ok’sının büyük D’nin düşük olduğu durumlarda O2 aerasyonun sınırsız olduğu durumlarda, O2’nin tütünün kimyasal yapısı ve teknolojik nitelikleri üzerinde olumsuz etki yaptığı görüşündedir. Örneğin fermantasyon olayı çok az havalandırma yapılarak yürütüldüğünde tütünlerde oksidasyon parçalanması ürünleri birikmiş olacaktır ve daha sonra aniden bol hava ile temas edince bu kez tütünlerde şiddetli bir oksidasyon meydana gelecektir. Böylece tütünün renginde bir değişiklik gözlenmekle beraber özellikle şeker miktarları fazla olan üst ellerin yaprakları kalitesini bariz şekilde kaydedeceklerdir. Bu nedenle tütünler, fermantasyona yatırıldıklarının başından itibaren en iyi tarzda havalandırılmaları gerekir. Bilhassa havalandırma işlemleri tütünlerin doğal fermantasyonları sırasında aralıksız ve hiç kusursuz yapılmalıdır.

Çünkü böylece bir taraftan tütünlerin aşırı nemlenmesi önlenir iken diğer taraftan da komplike organik bileşiklerin parçalanması sonucunda oluşan ve fermantasyonu olumsuz etkileyen tek sözle tütünün pozitif nitelik kazanmasına mani olan ürünler, zamanında uzaklaştırılacaktır.