Transcript 2-Karbohidratlar

2. Karbohidratlar
• Karbondioksit asimilasyonu ile yeşil
bitkilerde fotosentez sonucu oluşurlar.
• Enerji kaynağıdır.
• Bitkiler ve hayvanlar için çatı maddeleri
olarak da görev almaktadır.
• Depo maddesi olarak depolanır (nişasta ve
glikojen).
• Sindirilemeyen karbonhidratlar diyet veya
fonksiyonel lif olarak beslenmede yararlıdır.
• Doğrudan tüketimi yanında, gıdalarda tatlandırıcı, jel
yapıcı, stabilize edici, kıvam arttırıcı, yağları ikame
edici ve kalori azaltıcı gibi bir çok teknolojik
fonksiyonları da vardır.
• Bir dizi kimyasal reaksiyon sonunda gıda boyaları ve
aroma maddelerine dönüştürülebilirler.
Yağ İkame Ediciler
Yağ ikame ediciler, fiziksel ve kimyasal özellikler bakımından yağa
benzeyen gıda katkılarıdır. Bir yağ ikame edici yağın verdiği ağız
hissi, zenginlik, yumuşaklık ve yağlılığı sağlamalı, duyusal bir
denge için tat bileşenleriyle yağa benzer ilişkide olmalıdır. Yağ
ikame edicilerin üründe yeniden oluşturduğu özellikler içinde en
başarılısı dokudur. Protein kökenli yağ ikame edicilerin yağa göre
daha az lipofilik olmasından dolayı sağladığı duyusal özelliklerin
sınırlı olduğu görülmektedir. Karbonhidrat kökenli yağ ikame
ediciler, dokusal özellikleri suyu bağlayarak sağlar. Yağlılık ve
gevreklik sağlamak amacıyla ürünün doğal su içeriği arttırılır
ancak bu kez raf ömrü problemleri ortaya çıkar.
Karbonhidratlardan glukoz, sakkaroz, nişasta ve
selüloz gibi başlıcaları en iyi bilenen organik
bileşiklerdir. Bunların dışında kimyasal özellikleri
sebebiyle diğer bir kısım bileşikler de örneğin
pektinler, alginatlar, amino şekerler ve şeker
alkolleri de karbonhidratlara dahildirler.
İlk kez Fransız kimyacılar tarafından analiz
edilerek C, H ve O olmak üzere sadece üç çeşit
elementten oluştukları, O ve H elementlerini 1/2
oranında içerdikleri görülmüştür. Bu yüzden
genel kapalı formülleri CnH2nOn şeklinde
gösterilmiştir. Ancak bazı karbonhidratlar bu
kapalı formüle uymazlar. Çünkü C, H ve O dışında
bazı elementlerde bulunabilir.
Bunun dışında, asetik asit, laktik asit gibi bazı
bileşikler de bu kapalı formüle uyduğu halde
karbonhidratlar grubuna dâhil değildir. Ayrıca
genel formülü farklı olup karbonhidrat olan
(deoksiriboz) bileşikler bulunmaktadır.
Gıdalarda Karbonhidratların
Varlığı
Karbonhidratlar bitkisel gıdalarda yaygın olarak
bulunur. Bitkisel hücrelerin katı bileşenleri
karbonhidratlardan
meydana
gelmiştir.
Metabolizma olayları sebebiyle, hayvansal
gıdalarda karbonhidratlar çok az miktarlarda
bulunmaktadır.
Bazı Gıdaların Karbonhidrat Oranları
Gıda
maddesi
Elma
Toplam
şeker (%)
14,5
Monosakkarit
Disakkarit
Glukoz
Sakkaroz
Fruktoz
Mannoz
%
Polisakkarit
%
1,17
3,78
6,04
eser
Nişasta
Selüloz
1,5
1,0
Üzüm
17,5
Glukoz
Fruktoz
Sakkaroz
Mannoz
5,35
5,33
1,32
2,19
Selüloz
0,6
Çilek
8,4
Glukoz
Fruktoz
Sakkaroz
Mannoz
2,09
2,40
1,037
0,07
Selüloz
1,3
Havuç
9,7
Glukoz
Fruktoz
Sakkaroz
0,85
0,85
4,25
Nişasta
Selüloz
7,8
1,0
Soğan
8,7
Glukoz
Fruktoz
Sakkaroz
2,07
1,09
0,89
Selüloz
0,71
Gıda
maddesi
Toplam
şeker (%)
Monosakkarit
Disakkarit
%
Polisakkarit
%
Yer Fıstığı
18,6
Sakkaroz
4–12
Selüloz
0,7
Patates
17,1
-
-
Nişasta
Selüloz
14,0
0,5
Tatlı Patates
26,1
Glukoz
Sakkaroz
0,87
2–3
Nişasta
Selüloz
14,7
0,7
Tatlı Mısır
22,1
Sakkaroz
12–17
Selüloz
0,7
Bal
82,3
Glukoz
Fruktoz
Sakkaroz
28–35
34–41
1–5
-
-
Et
-
Glukoz
0,01
Glikojen
0,10
Süt
4,9
Laktoz
4,9
-
-
Şeker Pancarı
18–20
Sakkaroz
18–20
-
-
Beyin sinir hücreleri ile gelişmekte olan kırmızı
kan hücrelerinin sentezi veya fonksiyonları için
enerji kaynağı olarak glukoza ihtiyaç vardır.
Enerji diyette sadece yağlardan temin edilirse
söz
konusu
hücrelerin
fonksiyonları
gerçekleşmez. Yetersiz karbonhidrat alımında
proteinler parçalanarak glukoza dönüşür ve
proteinler enerji kaynağı olarak kullanılmış
olduğundan kendi fonksiyonlarını yerine
getiremezler.
Karbonhidratların
ihtiyaç
düzeyinde diyetle alımıyla proteinin enerji
kaynağı olarak kullanımının önlenmesine
karbonhidratların proteini koruyucu etkisi
denilmektedir.
Karbonhidratların Kimyasal Yapısı
Karbonhidratlar sakkaritler olarak isimlendirilir.
Karbonhidratlar polihidroksi aldehitler, polihidroksi
ketonlardır ve bunların türevleri olarak tanımlamak en
doğrusudur. Bu tarif deoksişekerleri, şeker alkollerini,
şeker asitlerini ve amino şekerleri de kapsamaktadır.
Karbonhidratların Kimyasal Yapısı
Doğada yeşil bitkiler ve algler tarafından fotosentez
sonucu oluşurlar. Bu olay, güneş ışığı enerjisinin
yardımıyla oluşan karbondioksit asimilasyonudur.
Karbondioksit ile su, güneş ışığının yardımıyla
birleşmesi sonucunda glukoz ve oksijene dönüşür. Özel
enzimler etkisi ile glukoz moleküllerinden yüksek
polimer nişasta oluşur. Üretilen glukoz genelde sakkaroz
olarak taşınır. Fakat nişasta olarak depolanır.
6CO2 + 6H2O
klorofil
güneş ışığı
C6H12O6 + 6O2
Molekül büyüklüğüne göre karbonhidratlar aşağıdaki
şekilde gruplara ayrılırlar.
Monosakkaritler
Di ve Oligosakkaritler
Polisakkaritler
Monosakkaritler
Basit şekerler monosakkaritlerdir. Karbon atomları
zinciri dallanmamıştır. Hidrolizle daha basit şekerlere
parçalanmazlar.
Monosakkaritlerin
her
birisi
moleküldeki C atomu sayısıyla birbirlerinden ayırt edilir.
Dolayısıyla moleküler büyüklük, başka bir ifade ile
karbon zincirinin uzunluğuna göre trioz, tetroz, pentoz,
heksoz, heptoz, oktoz olarak gruplandırılır. Bunların
içerisinde en önemli grup heksozlardır (molekülde 6
oksijen ve 6 karbon atomu bulunmaktadır).
Monosakkaritler
Monosakkaritler poli alkollerin oksidasyonu yoluyla
meydana gelir. Alkollerin değerliği moleküldeki hidroksil
gruplarının sayısına bağlıdır. Oksidasyon iki değişik
şekilde meydana gelir. Sonuçta farklı reaksiyon ürünleri
ortaya çıkar. Eğer oksidasyon uçlardan birinde meydana
gelirse, o takdirde molekülde bir aldehit grubu oluşur.
Bu monosakkarit bir aldehittir. Reaksiyon ürünü aldoz
olarak isimlendirilir.
Aldoz Monosakkaritler
Aldozlarda 1. karbon aldehit grubu ve sonuncu
karbon primer alkol grubu, bu ikisi arasında da
sekonder alkol grupları yerleşir. Eğer 6 değerli bir
alkol bu şekilde oksidasyona uğrarsa, o takdirde
bir aldoheksoz meydana gelir. Oksidasyon
aradaki ikinci karbon atomunda olursa o zaman
keto grubu oluşur. Bu monosakkarit bir ketondur.
Ketoz Monosakkaritler
Ketozlarda 2. karbon keto grubu, 1. ve sonuncu
karbonlar ise primer alkol grubudur. 2. ve sonuncu
karbonlar arasında sekonder alkol gruplarının
karbonları dizilir. Eğer 6 değerli bir alkol bu şekilde
oksidasyona uğrarsa, o takdirde bir ketoheksoz
meydana gelir. Dolayısıyla monosakkaritler reaktif
gruplarına göre aldoz ve ketoz şeklinde ikiye ayrılırlar.
Monosakkaritlerin aldehit veya keton gruplarına
(karbonil grubu) reaktif şeker grupları denilir.
Aldoz ve Ketozlar
Aldoz ve ketozların kimyasal özellikleri birbirinden
farklıdır.
Heksoz
grubu
içinde
aldozlardan
(aldoheksozlar) en tanınmış olanları glukoz, galaktoz ve
mannozdur. Ketoheksozlardan ise fruktoz ve sorboz en
önemlileridir. Aldozlar ve ketozlar diye adlandırılan
monosakkaritlerin temel örnekleri, gliseraldehit ve
dihidroksi asetondur. Her iki dizinin daha yüksek
monosakkaritleri karbonil (C=O) ve primer alkol grupları
arasında bir veya birden çok H-C-OH gruplarının
girmesiyle meydana gelmektedir.
Monosakkarit moleküllerinin yapısında iki
konfigürasyon (biçimlenme) bulunmaktadır.
Konfigürasyon
izomerliğinde,
moleküller
birbirlerinden üç boyutlu boşlukta atom veya
grupların dizilişleri ile farklılaşmaktadır. Bu
izomer molekülleri resim ve aynadaki
görüntüsünün resmi şeklindedir. Bundan dolayı
stereoizomerler olarak da adlandırılırlar.
Konfigürasyonu (biçimlenme) belirlemek için
asimetrik C* atomu taşıyan üç karbonlu en basit
şeker (trioz) gliseraldehit molekülü temel
alınmıştır. Diğer bileşiklerin konfigürasyonuna
gliseraldehit
ile
karşılaştırılarak
karar
verilmektedir. Gliseraldehitin bu iki stereizomeri
D ve L şeklinde gösterilmektedir.
H
C
O
H
C
O
OH
C
H
H
C
OH
H
C
OH
OH
C
H
OH
C
H
H
C
OH
C
H
H
C
OH
OH
CH2OH
L-Glukoz
CH2OH
D-Glukoz
Monosakkaritlerin Halka Yapısı ve
Mutarotasyon
Beş veya daha fazla C atomu içeren monosakkaritler
çözelti halinde iken daha ziyade halka yapısındadır. Bu
yapıda karbonil grubu serbest değildir. Zincirdeki diğer
bir C atomuna bağlı bir OH grubu ile kovalent bağ
oluşturmuştur. Bunun belirtilerinden birisi örneğin D–
glukozun α–D–glukoz [α]20D = 112,2° ve β–D–glukoz
[α]20D = 18,7° olarak iki izomerik form göstermesidir. Bu
iki izomerik formun genel kompozisyonu farklı olmasa
da bazı fiziksel ve kimyasal özellikleri farklıdır. Bu iki
izomerik form denge halinde bulunduğu durumda ise
optiksel çevirimi [α]20D = +52,7° ‘dir.
α ve β–Glukozun Bazı Özellikleri
Özellik
Spesifik rotasyon, [α]20D
α-D-Glukoz
+112,2°
β-D-Glukoz
+18,7°
Erime noktası, °C
Suda çözünürlük, g/100ml
Glukoz oksidaz ile oksidasyon hızı
146
82,5
100
150
178
<1,0
Monosakkaritlerin tabiatta açık zincir yapısında değil de halka
yapısında olmalarının sebebi aldoz monosakkaritlerdeki aldehit ve
alkollerin arasında hemiasetal (yarıasetal) meydana geldiği
reaksiyondur. Aynı şekilde, ketoz monosakkaritlerdeki keton ve
alkollerin reaksiyonu sonucu ise hemiketal oluşmaktadır (Şekil 2.3).
Beş veya daha fazla C atomu içeren
monosakkaritler
halka
yapısındadırlar.
Monosakkarit moleküllerinin yüzde olarak çok az
bir kısmı zincir formunda bulunurlar.
Monosakkaritler suda çözünürlerse kısa bir
zaman sonra halka formu ile zincir formu
molekülleri arasında bir denge meydana gelir.
Zincir formlu moleküllerin oranı örneğin
glukozda % 0,1’in altında bulunur.
Monosakkaritlerden α–D–glukozun piran halkasının
sistematik adı α–D–glukopiranozdur. D–glukopiranoz
oluşumu, glukozun 5. karbon atomunun hidroksil grubu
ile 1. karbon atomunun aldehit grubu arasında
intramoleküler bir hemisetal oluşumu ile 1. karbon
atomu asimetrik merkez haline gelir. Halka yapısındaki
D–glukopiranozda bir fazla asimetrik C atomu oluştuğu
için α ve β olmak üzere iki farklı stereoizomerik form
meydana gelir.
Glukozidik hidroksil grubunun durumuna göre
monosakkarit moleküllerinde α ve β formu ayırt
edilmektedir.
Bir şekerin sadece bir anomerik formunu içeren bir
çözeltinin
optik
çevirmesi
zamanla
değişim
göstermektedir. Çünkü birinci anomer kısmen diğerine
dönüşmektedir. Sonuç olarak iki anomerin denge
halinde olduğu bir karışım meydana gelmektedir. Bu
olay mutarotasyon olarak isimlendirilir. Mutarotasyon,
izomerlerin
denge
konsantrasyonuna
erişme
özeliklerinin sonucudur ve 20°C’lik su içerisinde bu
denge konsantrasyonu 1/3 α–D–glukoz ve 2/3 β–D–
glukozdur.
4 C ile bir O içeren halkaya furan halkası, 5 C ile bir O
içeren halkaya piran halkası denir. Bundan dolayı
monosakkaritlerin oluşturdukları bu halkalara furanoz
veya piranoz adı verilir. Altı karbonlu bir ketoheksoz
olan fruktozun piran formu da yazılabilir. Ancak, bu
ketoz şekerin doğada yaygın bulunan kalıtsal formu
furan halka yapısıdır. Doğada yaygın olarak bulunan Dglukoz ve diğer aldoheksozların piranoz formu, furanoz
formundan daha kalıtsaldır ve bu nedenle piranoz
formları yaygındır.
Doğada karbonhidratlar piran veya furan halkası
oluşturarak polihidroksi asetal veya ketaller şeklinde
bulunur ve böyle tanımlanmaları daha doğru
olmaktadır. Monosakkaritlerin halka yapıları Haworth
formülü ile gösterilmektedir. Fischer formülünde
molekülün sağ ve solunda gösterilen gruplar Haworth
formülünde sıra ile molekülün altında ve üstünde
gösterilmektedir. Fischer formülünde sağ tarafta
gösterilen OH grupları, Haworth formülünde alt tarafta
gösterilmektedir.
Benzer şekilde α formunun OH grubu aşağıda, β
formunun
OH
grubu
ise
yukarıda
gösterilmektedir. Ayrıca Haworth formülünde
halkanın ön tarafı daha kalın çizgi ile
belirtilmektedir. Haworth formülü molekülün
gerçek biçimini daha iyi yansıtmaktadır.
H atomu ve OH grublarının uzaydaki düzlemi Haworth
formülünde belirgin değildir. Gerçekte karbonhidratların
piranoz halkası Haworth formülünde gösterildiği gibi düzlem
şeklinde olmayıp sandalye (chair) veya kayık (boat) formu
olmak üzere iki farklı konformasyonda bulunabilir. Piranoz
halkasının
sandalye
konformasyonu
kayık
konformasyonundan daha sağlam ve kararlıdır. Heksozların
sulu çözeltisindeki baskın konformasyon sandalye
konformasyonudur. Aynı şekilde, karbonhidratların furanoz
halkası da düzlem şeklinde olmayıp zarf ve twist (bükülmüş)
olmak üzere iki farklı konformasyon göstermektedir
5
O
HOCH2
OH
HOCH2
H
H
H
O
HOCH2
OH
4
2
4
H
H
5
OH
1
1
4
H
O
5
OH
HO
H
H
H
1
3
H
H
H
2
3
2
3
OH
OH
HO
OH
Zarf konformasyonu
Haworth projeksiyon
Twist konformasyonu
6
CH2OH
5
H
O
H
H
OH
1
4
HO
OH
H
H
HO
6
CH2OH
O
5
H
4
HO
OH
Haworth projeksiyon
HO
CH2OH
4
5
1
2
H
Sandalye konformasyonu
OH
H
1
O
H
HO
3
OH
2
H
HO
H
3
3
6
H
H
H
2
OH
Kayik konformasyonu
H
Oligosakkaritler
Monosakkaritler birbirleri ile glukozidik bağlarla
bağlanarak
glukozidleri
oluştururlar.
2-10
monosakkaritten oluşan (bazı kaynaklarda 2-20
monosakkarit)
glukozidler,
oligosakkarit
olarak
tanımlanmaktadır.
Oligosakkaritler
(oligo=birkaç)
kendini oluşturan monosakkarit sayısına göre
(disakkarit,
trisakkarit,
tetrasakkarit)
isimlendirilmektedir.
Oligosakkaritler
Teorik olarak mümkün olan oligosakkarit sayısı
çok büyüktür. Buna karşın, bunlardan çok azı
gıda
maddelerinde
büyük
miktarlarda
bulunmaktadır. Doğada yaygın olarak bulunan
oligosakkaritlerin başlıca yapı taşları genelde
glukoz, galaktoz ve fruktozdur. Oligosakkaritlerde
glukozid oluşumları indirgen grubu serbest
kalacak biçimde oluşmuş ise bu bileşik şeker
indirgendir,
karbonil
reaksiyonları
verir,
mutarotasyon gösterir.
Disakkaritler
Doğada
en
çok
rastlanan
oligosakkaritler
disakkaritlerdir.
Disakkaritler
iki
monosakkarit
molekülünün birleşmesinden meydana gelirler. Heksoz
moleküllerinin çeşidine göre farklı disakkarit molekülleri
ortaya çıkar. Başlıca disakkaritlerden tabiatta laktoz ve
sakkaroz serbest olarak bulunur. Maltoz ve sellobiyoz
ise serbest halde bulunmaz. Gentibioz ve trehaloz ise
bazı bitkilerde serbest halde bulundukları gibi
glukozidlerin yapılarında bulunurlar. Maya, küf ve
mantarlar yedek maddesi olarak trehaloz saklar.
Disakkaritler
Laktoz memeli canlılarda, sakkaroz bitkilerde ve
trehaloz böceklerin dolaşım sistemlerinde
depolama özellikleri ile tanınan ve canlı
organizma yapısında hayati önem taşıyan
disakkaritlerdir. Bazı tanınmış disakkaritler:






Maltoz
Sakkaroz
Laktoz
Sellobiyoz
Gentiobioz
Trehaloz
: İki glukoz molekülünden oluşmuştur (α 1-4 glukozidik bağ içerir).
: Bir molekül glukoz ve bir molekül fruktozdan oluşmuştur.
: Bir molekül glukoz ve bir molekül galaktozdan oluşmuştur.
: İki glukoz molekülünden oluşmuştur (β 1-4 glukozidik bağ içerir).
: İki glukoz molekülünden oluşmuştur (β 1-6 glukozidik bağ içerir).
: İki glukoz molekülünden oluşmuştur (α 1-1 glukozidik bağ içerir).
İndirgen Şekerler
Monosakkaritler arasındaki birleşme, karbonil grupları
arasında ise, serbest karbonil grubu kalmadığından bu
şekerler indirgen özellik göstermez. Fehling çözeltisini
indirgemez. Örneğin sakkaroz indirgen olmayan
disakkarittir. Buna karşın, birleşme monosakkaritin
birinde karbonil grubundan başka karbondan olmuş ve
monosakkaritin biri serbest karbonil grubu ihtiva
ediyorsa bu şekerler indirgen şekerlerdir. Fehling
çözeltisini indirger.
İndirgen Şekerler
En tanınmış örnekler maltoz, laktoz, gentiobioz
ve
sellobiyoz
indirgen
disakkaritlerdir.
Monosakkaritlerde karbonil grubu açık olduğu
için indirgen olarak etki ederler. Diğer bir ifade
ile serbest aldehit ve keton içeren tüm şekerler
indirgen özelliğe sahiptir. İndirgen özellikten
miktar tayinlerinde yararlanılmaktadır.
Trisakkaritler
Trisakkaritlerin en önemlileri indirgen olmayanlardır. Bu
grupta triheksozlardan; rafinoz (galaktoz-glukozfruktoz), melezitoz (glukoz-fruktoz-glukoz) ve gentianoz
(glukoz-glukoz-fruktoz) bulunur. Trisakkaritlerin bazıları
serbest bazıları da bitki glukozidleri halinde bitkilerde
bulunurlar. Rafinoz, az miktarda şeker pancarında,
pamuk tohumunda ve soya fasulyesinde mevcuttur.
Melezitoz bitkilerin tatlı öz sularında bulunup bal arıları
tarafından toplanır. Gentianoz ise gentian denilen
bitkinin kökünde vardır.
Tetrasakkaritler
Bunlardan tek bilineni stakiyoz veya mikozdur.
İndirgen olmayan bir tetrasakkarit olup, şeftali
ve soya fasulyesinde bulunmaktadır. Galaktozgalaktoz-glukoz-fruktozdan meydana gelmiş bir
tetrasakkarittir.
Pentasakkaritler
Bunun tek üyesi verbaskoz’dur. Bir tetrasakkarit
olan stakiozun galaktoz ucuna bir galaktoz daha
bağlanmasıyla verbaskoz oluşur. Verbaskoz sıcak
seyreltik asitlerle muamele edildiğinde D-fruktoz
ayrılır ve verbaskotetroz elde edilir. Bu da kısmen
hidrolize edildiğinde ise D-glukoz ayrılır ve
galaktotrioz elde edilir.
Bazı Sakkaritlerin Kaynakları
Sakkaritler
Disakkaritler
Sakkaroz
Maltoz
Sellobiyoz
Laktoz
Trehaloz
Oligosakkaritler
Mellibioz
Fukosilolaktoz
Rafinoz
Stakiyoz
Kaynakları
Şeker pancarı ve kamışı
Nişasta yapıtaşı, arı balı, şeker kamışı
Selülozun yapıtaşı
Süt
Maya, mantar ve böcek hemolinfinde
Kakao
Anne sütü
Şeker pancarı ve kamışı, pamuk tohumu, baklagiller
Şeftali ve soya fasulyesi
Diğer oligosakkaritler
Gıda sanayii açısından karbonhidratlar arasında,
sindirilemeyen oligosakkaritler öne çıkmaktadır.
Besinsel lif özelliklerinin yanında, prebiyotik
(gastrointestinal mikroflora kompozisyonunda ve/veya
aktivitesinde yararlı değişiklikler yapabilen seçici olarak
fermente edilebilen bileşikler) ve yağ ikame edici gibi
çeşitli fonksiyonel özelliklerinden dolayı gıda sanayii için
önemlidirler. Bebek mamaları, fermente süt ürünleri,
kahvaltılık tahıllar, dondurma, fırıncılık ürünleri gibi çok
çeşitli ürünlerde kullanılırlar.
Diğer oligosakkaritler
Oligosakkaritlere
frukto-oligosakkaritler,
galaktooligosakkaritler,
gluko-oligosakkaritler,
mannanoligosakkaritler,
ksilo-oligosakkaritler,
izomaltooligosakkaritler dâhildir. Bu oligosakkaritlerin çoğu,
insan ince bağırsağında sindirilmeyen özelliktedir.
Örneğin ksilo-oligosakkaritler 2-10 arasında birbirine
bağlı ksilozlardan oluşmaktadır. Aradaki bağ β
konfigürasyonunda olması sebebiyle insan sindirim
enzimleri ile parçalanamamaktadır. Oligosakkaritler
kalın bağırsakta kolonik mikroflora tarafından tamamen
veya kısmi olarak fermente olurlar.
Diğer oligosakkaritler
Siklodekstrinler, nişasta ve türevlerinden bakteriyel
kaynaklı siklodekstrin glukanotransferaz enziminin etkisi
ile üretilen, α (1-4) glukozidik bağlı, indirgen olmayan,
siklik yapıdaki maltooligosakkaritlerdir. Schardinger
dekstrinleri denilen siklodekstrinler bileşimindeki glikoz
ünitelerinin sayısına göre α, β ve γ-siklodekstrinler
olarak 3’e ayrılır ve yapılarında sırası ile 6, 7 ve 8 glikoz
içerirler. En önemli özellikleri inklüzyon kompleksi
oluşturmaları
(konakçı-konuk/taşıyıcı-taşınan
kompleksi) olup gıda sanayiinde çeşitli amaçlar için
kullanılmaktadır.
Diğer oligosakkaritler
Özellikle aroma, vitamin, doymamış yağ asitleri, uçucu
yağlar ve diğer hassas bileşenlerin moleküler
enkapsülasyonunda taşıyıcı olarak kullanılmaktadırlar.
β-siklodekstrin aroma taşıyıcısı ve koruyucusu olarak bir
çok gıdada %2 düzeyinde kullanılmak suretiyle GRAS
(genel olarak güvenilir olduğu kabul edilen) listesine
dahil edilmiştir. Ayrıca, süt, krema, yumurta gibi
ürünlerden kolesterolün, çay ve kahve gibi içeceklerden
kafeinin uzaklaştırılmasında da yararlanılmaktadır.
Diğer oligosakkaritler
Anne sütünde laktoz ve lipidlerden sonra gelen üçüncü
önemli komponent olan anne sütü oligosakkaritlerinin
bağışıklık fonksiyonlarına olumlu etkilerde bulunduğu
bilinmekte olup insanlar için ilk ve en önemli
prebiyotiktir. Anne sütünde bulunan karbonhidratın
yaklaşık %90’nı laktoz, geri kalan kısmı ise
oligosakkaritlerden oluşmaktadır.
Diğer oligosakkaritler
Anne sütü oligosakkaritlerinin esas yapıları laktoza
dayanmakla birlikte çeşitli monosakkarit birimleri (Dgalaktoz, D-glukoz, N-asetil-glukozamin, sialik asit,
fukoz) içererek hem lineer hem de dallanmış yapıya
sahip bileşiklerdir. Evcil memelilerin (inek, koyun, keçi)
sütlerindeki oligosakkarit içeriği anne sütündeki ile
kıyas edildiğinde oldukça düşüktür. Aynı zamanda
oligosakkarit profilinde yapısal farklılıklar da
bulunmaktadır.
Polisakkaritler
Doğada bulunan karbonhidratların geniş bir sınıfını
oluşturan polisakkaritler çok sayıda monosakkarit
molekülünden meydana gelmiş makro moleküllerdir.
Oligosakkaritler gibi glukozidik bağlarla bağlanmış
monosakkarit polimerlerdir. Asitlerle ve spesifik
enzimlerle tamamen hidrolizinde monosakkaritleri ve
monosakkarit türevlerini verirler.
Polisakkaritler
Polisakkaritlerdeki monosakkarit sayısı çok geniş bir
aralık göstermektedir. Polisakkaritlerdeki monosakkarit
sayısı polimerleşme derecesi olarak tanımlanır. Az
sayıdaki polisakkaritte bu değer 100’ün altında
kalmaktadır. Çoğu polisakkaritte polimerleşme derecesi
200-3000 arasında değişir. Selüloz gibi büyük moleküllü
polisakkaritlerde ise 7000-15000 arasında bulunur.
Polisakkaritler
Bitkilerde ozmotik basıncı yükselteceğinden dolayı
şekerler monosakkaritler halinde depolanamaz ve bu
nedenle de polisakkaritlere çevrilerek saklanırlar. Glikoz
polisakkaritlerde en çok bulunan monosakkarittir.
Ayrıca fruktoz, mannoz, galaktoz, ksiloz ve arabinoz
birimlerine de rastlanmaktadır.
Polisakkaritler
Yapıda yer alan monosakkaritlerin cinsine, sayılarına ve
molekül dizilişine bağlı olarak birçok farklı polisakkarit
molekülü bulunmaktadır. Bunlar makro moleküllü
bileşiklerin karışımını gösterirler ve bunun için müşterek
bir kapalı formüle sahip değildirler. Polisakkaritlerin
bileşimlerinden başka glukozid bağlarının yeri (1,4; 1,6;
1,3 vb.) ve türü (α- ya da β-glukozid bağı), karbon
zincirinin kuruluşu (düz, dallanmış) temelinde farklılıklar
da bulunmaktadır. Kimyasal yapılarından dolayı
polisakkaritler, homoglikan (homopolisakkarit) ve
heteroglikan (heteropolisakkarit) olarak iki gruba
ayrılırlar.
Homoglikanlar
Bu polisakkaritlerin tamamı aynı monosakkaritlerden
meydana gelmişlerdir. Nişasta, glikojen, inülin gibi
bazıları depo formları olarak işlev görürler ve depo
homoglikanlar olarak adlandırılırlar. Selüloz, kitin gibi
bazıları ise bitki hücre duvarlarında ve hayvan dış
kabuklarında yapısal işlev görürler. Bunlar ise yapısal
homoglikanlar olarak adlandırılırlar. Bu iki gruba
girmeyen ve mannan, galaktan gibi her iki işlevi
sağlayan homoglikanlar da bulunmaktadır.
Heteroglikanlar
Heteroglikanlar, çeşitli monosakkarit ve/veya
üronik asit moleküllerinden meydana gelirler. İki
farklı monosakkarit biriminden meydana gelen
polisakkaritlere diheteroglikan,
üç
farklı
monosakkarit biriminden meydana gelen
polisakkaritlere ise triheteroglikan denir.
İsimlendirme bu şekilde devam etmektedir.
Heteroglikanlar
Heteroglikanlar tüm organizmalar için ekstrasellüler
destek sağlamaktadır. Heteroglikanlara örnek olarak
heksozan grubundan hemiselüloz, glikomannoglikan ve
galaktomannoglikan, çeşitli monosakkaritlerin yanında
üronik asitleri de içerenlere arap zamkı ve tragant
zamkı, üronik asitler yanında aminoasitleri içerenlere de
glikozaminoglikanlar verilebilir. Yapısında amino grubu
bulunan ya da hidrojen alıp metillenmiş yahut da
oksitlenip karboksillenmiş monosakkarit içeren
polisakkaritlere türev polisakkaritler denir.
Polisakkaritler tatlı değildirler, suda çözünmezler.
Optikçe aktif olup indirgen özellik göstermezler.
Polisakkarit polimer yapısı, düz zincir şeklinde
olduğu gibi dallanmış şekilde de olabilir. Depo
polisakkaritler (nişasta, glikojen) dallanma
gösterirken yapı polisakkaritler (selüloz) ise
dallanma göstermemektedir.
Bundan
başka
jelleşme
özelliği
gösteren
polisakkaritlerde
ester
grupları
ortaya
çıkar.
Polisakkaritlerin özellikleri kendisini meydana getiren
esas yapıdan çok fazla farklılık göstermektedir. Ekseriya
aşama aşama meydana gelen kimyasal parçalanma
(indirgenme) ile asıl kendini meydana getiren
moleküllerin özellikleri ortaya çıkar. Yüksek moleküllü
polisakkaritlerin daha küçük moleküllere ayrılması
asitler, enzimler veya sıcaklığın etkisi ile meydana
gelmektedir.
Şekil 2.4’de bazı polisakkaritlerin hidrolitik
parçalanması (indirgenme) sonucu oluşan
ürünler gösterilmektedir. Hidrolitik parçalanma
reaksiyonu aşağıdaki kimyasal eşitliklerle kısaca
ifade edilebilir.
Şekil 3.5. Karbonhidratların Sınıflandırılması
Karbonhidratlar
Bulunduğu Yere Göre Fonksiyonlarına Göre
Bitkisel
Tüm şeker
çeşitleri
Nişasta
Selüloz
Hayvansal
Süt şekeri
Kan şekeri
Glikojen
Kimyasal Yapılarına Göre
Çatı-İskelet
Polisakkaritler
Disakkaritler
maddesi
Selüloz
Heteroglikanlar
Sakkaroz Laktoz Maltoz
Depo
Arap zamkı
maddeler
Monosakkaritler
Tragant
Nişasta
Homoglikanlar
Glikojen
Pentozlar
Jelleşen
maddeler Riboz
Glukanlar
Glukuronanlar
Ksiloz
Pektin
Nişasta
Pektinler
Arabinoz
Heksozlar
Agar-Agar
Selüloz
Alginatlar
Likoz
Glikojen
Galakturon
Aldozlar
.
Ketozlar
Fruktanlar
Glukoz Altroz
Galaktonlar
Fruktoz
İnülin
Mannoz Guloz
Agar - Agar
Sorboz
Graminin
Galaktoz İdoz
Pikoz
Taloz
Tagatoz
Alloz
Karbonhidratlar
fizyolojik
etkilerine
göre
sınıflandırıldıklarında ise; insan ince bağırsağında
sindirilme durumuna göre üç gruba ayrılabilirler. Bunlar
sindirilemeyen (dirençli) oligosakkaritler (inulin, fruktooligosakkaritler, ksilo-oligosakkaritler, rafinoz, izomaltooligosakkaritler, galakto-oligosakkaritler vb.), dirençli
nişasta (örneğin amiloz bakımından zengin mısır
nişastasından elde edilebilir) ve nişasta olmayan
polisakkaritler dir (diyet lifin yapısında olanlar selüloz,
hemiselüloz, pektin, lignin).
Karbonhidratların Genel Özellikleri
Karbonhidratların çok çeşitli ve farklı yapıda
bulunması sebebiyle aşağıda belirtilen özellikler
karbonhidratların tümünü kapsamamaktadır.
Karbonhidratların büyük çoğunluğu için tipik
olan bazı özelliklere burada yer verilmiştir. Bu
bölümde monosakkaritlerin önemli kimyasal
reaksiyonları da incelenecektir.
Optik Rotasyon ve Mutarotasyon
Bir maddenin doğrusal polarize ışığın salınım yüzeyini
çevirme özelliğine optik aktivite denir. Dihidroksi aseton
hariç bütün monosakkaritler bir veya daha fazla sayıda
asimetrik karbon atomu içerdiklerinden polarize ışığın
düzleminde değişime neden olurlar. Asimetrik karbon
atomu ifadesi kullanılırken bilinmelidir ki moleküller
asimetrik olabilir, atomlar olamaz. Asimetrik karbon
atomu sadece asimetri noktasındaki karbon atomudur.
Asimetrik karbon atomu içeren maddeler, polarize ışığın
salınım yüzeyini farklı yönde çevirirler ve bu maddelere
optikçe aktif maddeler denilir. Optikçe aktif maddelerin
optik çevirme gücü bu maddelerin karakteristiği olup
kolaylıkla belirlenebilmektedir. Polarimetre kullanılarak
optikçe aktif maddelerin çözeltilerinin polarize ışık
düzleminde oluşturdukları çevirme açısı belirlenir.
Çevirme açısı, belirli bir karbonhidratın spesifik
çevirmesi, bir g maddenin bir ml suda çözülüp bir dm’lik
polarizasyon tüpünde muayenesi ile oluşturduğu
çevirmedir. Bu açı optikçe aktifliğin bir ölçüsü olup
gözlenen rotasyon olarak tanımlanır. Bu değerin spesifik
rotasyon olarak adlandırılan ve her bir madde için belirli
koşullar altında sabit bir katsayıya çevrilmesi
gerekmektedir. Bu amaçla aşağıdaki formül kullanılarak
optikçe aktif maddenin çözeltisinin spesifik çevirmesi
[α]t (spesifik rotasyon) belirlenebilir.
[ ] 
t
  100
1 c
l: Polarimetre tüpünün uzunluğu (dm)
t: Sıcaklık (oC)
c: Optikçe aktif maddenin
konsantrasyonu (g/100 ml)
: Işığın dalga boyu
α: Okunan çevirme açısı (derece)
Polarize ışık düzlemindeki çevirme saat yönünde ise
pozitif (+), dekstrorotatory (sağa çeviren), saat yönünün
aksine ise negatif (-), levorotatory (sola çeviren) olarak
ifade edilir. Zira polarize ışığı D-glikoz sağa
çevirdiğinden dekstroz, D-früktoz da sola çevirdiğinden
levüloz adını alır. Karbonhidratların spesifik rotasyonları
verilirken mutlaka ölçüm sıcaklığı, çözücü ve kullanılan
ışığın dalga boyu ifade edilmelidir. Örneğin [α]20D ifade
edilmiş ise ölçme işleminin 20oC’de ve sodyum ışığının
parlak sarı renkli D-demeti kullanılarak gerçekleştirildiği
anlaşılmaktadır.
Sonuç olarak daha önceden hazırlanmış tablolar
yardımıyla spesifik rotasyondan yararlanılarak bir
çözeltideki şeker konsantrasyonu belirlenebilmektedir.
Şeker çözeltilerinin polarize ışığı çevirme dereceleri,
bunların konsantrasyonları ile direkt orantılı olması
sebebiyle polarimetreler şeker endüstrisinde yaygın
olarak kullanılmaktadır. Yukarıda ifade edilen prensibe
göre çalışan çok sayıda sakarimetre geliştirilmiştir.
Doğrudan doğruya % şeker konsantrasyonu veya
oranını belirlemek için polarimetre sistemi modifiye
edilerek bazı standart metotlar oluşturulmuştur.
Bir şekerin sadece bir izomer formunu içeren çözeltinin
spesifik çevirme açısı zamanla değişim gösterir ve iki izomer
birbirine dönüşerek bir denge halinde olduğu bir karışım
ortaya çıkar. Diğer bir ifade ile zamanla örneğin
kristallendirilmiş α-D-glukoz çözeltisinin başlangıçtaki spesifik
çevirme açısı +112o iken, zamanla devamlı olarak azalır ve
sonunda +52,7o çevirme ile sabit kalır. Aynı şekilde, β-Dglukoz kristallerinin çözeltisinde, başlangıçtaki +18,7o olan
spesifik çevirme açısı zamanla yavaş yavaş +52,7o ‘ye ulaşır
ve sonunda sabit kalır ki bu denge durumudur. Bu olaya, yani
optik çevirmenin zamanla değişmesine mutarotasyon adı
verilir.
Son değere ulaşma genelde kendiliğinden yavaş olur, ancak ısı,
asit veya baz ilavesi ile dengenin kurulması katalizlenebilir.
Mutarotasyondaki olay, halka (yarı asetal halka) açılıp aldehit şekline
dönmesi, sonra tekrar yeni halka şekillerine dönüşümüdür. Aldehit
şekli sulu ortamda geçici ara şekildir. Tüm indirgen şekerler
mutarotasyon göstermektedir. Mutarotasyon olayı sadece kimyasal
değil, biyokimyasal olarak da önemli bir olaydır. Fakat bu konuda
henüz çok az bilgi bulunmaktadır. Mutarotasyonda α-glukozdan βglukoza dönüşüm enerji veren bir reaksiyon iken, tersi ise enerji alan
bir reaksiyondur. Bazı karbonhidratlar için spesifik çevirme dereceleri
aşağıda verilmiştir.
Bazı Karbonhidratların Spesifik Çevirme Dereceleri [α]
Karbonhidrat
D-Glukoz
D-Fruktoz
D-Mannoz
D-Riboz
L-Arabinoz
D-Galaktoz
x
Çevirme derecesi
+52,5
-92,4
+14,5
-23,7
+105
+ 80,2
Karbonhidrat
Sakkaroz
Maltoz
Laktoz
Sellobiyoz
Mellebioz
Rafinoz
Çevirme derecesi
+66,5
+136
+53,6
+34,6
+143
+101
: 20–25 °C sıcaklıkta
Bir maddenin iki ayrı optik faaliyet gösteren iki türü bir karışım durumunda ise
optik faaliyet görülmez. Başka bir ifade ile bir çözeltide çözünen maddenin D ve L
izomerleri eşit miktarda ise, her iki yöndeki optik çevirmeler birbirini
götüreceğinden optikçe aktiflik gözlenmez. Bu şekildeki karışıma rasemik karışım,
kristallerine ise rasemat denir.
Hidroliz
Karbonhidratların yapılarını meydana getiren
monosakkaritlere parçalanması bünyelerine su
alarak (hidroliz) olmaktadır. Parçalanmada asit
veya enzimler katalizör olarak etki ederler. Başka
bir ifade ile monosakkaritler arasındaki
glukozidik bağlar asit veya enzimlerin etkisi ile
hidrolize olurlar. Baz aracılığı ile yıkılmaya karşı
dirençlidirler.
Hidroliz
Asit hidrolizi enzimatik parçalanmadan daha hızlı
seyreder. Hidrolizin derece ve hızı, çözeltinin pH
değeri ve sıcaklığından etkilenir. İnorganik asitler
organik asitlerden daha fazla hidrolitik etki gösterirler.
Sıcaklık artışı parçalanmayı hızlandırmaktadır. Asit
hidrolizin teknik uygulamasına, örneğin yapay balın
yapımında, nişasta şurubu ve glukoz yapımında
rastlanır. Enzimatik hidrolizin de endüstriyel kullanım
alanları bulunur (nişasta parçalanması).
Sakkarozun hidrolizi inversiyon (dönme) olarak da isimlendirilir.
İnversiyon ifadesi başlangıç ve hidroliz ürünleri karışımının farklı optik
çevrimlerinden ortaya çıkmaktadır. Sakkaroz polarize ışık düzlemini
sağa (+66,5o) çevirmesine karşılık, sakkarozun hidrolizi sonucu
meydana gelen şeker karışımı (glukoz ve fruktoz) polarize ışık
düzlemini sola çevirir. Bu olay fruktozun polarize ışığı sola çevirme (93o) değerinin büyük olmasından ileri gelmektedir. Bu sebeple hidroliz
ürünü invert şeker olarak tanımlanır. İntervaz olarak isimlendirilen
enzimler sakkarozun hidrolizini katalizlerler.
C12H22O11 + H2O
(Sakkaroz)
asit veya
enzimler
C6H12O6 + C6H12O6
(Glukoz) (Fruktoz)
Sakkarozun inversiyonu kristalizasyonun kontrolünde önemlidir. Reçel
gibi şekerli ürünler üretilirken sakkarozun takriben %40-45’nin glikoz
ve fruktoza ayrılması gerekmektedir. Aksi takdirde kristalleşmektedir
(şekerlenmektedir). Kristalizasyonun azalmasında sakkaroz içeriğinin
azalması etkilidir. Bunun için, reçel vb. ürünler üretilirken yeterli süre
kaynatma ve organik asit (sitrik asit, tartarik asit) ilavesi
yapılmaktadır. Diğer şekerli ürünlerde de (lokum, kaplamalı şekerler
vb.) invert şeker içeriği önemlidir. Ayrıca invert şeker sakkarozdan
daha fazla tatlılık sağlamakta olup şekerli ürünlerde yaygın olarak
kullanılırlar. Karbonhidratların enzimatik parçalanması, sindirim
olaylarının temelini oluşturmaktadır. Aynı şekilde, ekşi hamur ve
mayalı hamur hazırlanmasında da önemlidir.
Suda Çözünürlük
Suda karbonhidratların çözünürlüğü çok farklılık göstermektedir.
Bu farklılık çok iyi çözünürlükten hiç çözünmezliğe kadar
değişmektedir. Genel olarak karbonhidratların çözünürlüğü
molekül büyüklüğüne bağlıdır (artan molekül büyüklüğü ile
çözünürlük azalır). Çözünme olayı suyun dipol karakterine
dayanır. Bazıları suda çok iyi çözünürken bazıları da çok az
çözünmektedir. Buna bağlı olarak karbonhidratların su bağlama
özellikleri de farklılık göstermektedir. Örneğin früktoz glukozdan,
sakkaroz laktozdan daha higroskopiktir. Çözünme olayı ve
çözünürlük hızı üzerine en büyük etkiyi sıcaklık yapmaktadır.
Su belirli bir sıcaklık derecesinde çözünen karbonhidratların belirli bir
miktarını (doyma miktarı) çözebilmektedir. Bu olaydan dolayı
çözeltileri üç gruba ayırabiliriz.
•Doymamış çözeltiler
•Doymuş çözeltiler
•Fazla doymuş çözeltiler
: Doyma miktarı yeterli olmayan
: Doyma miktarı yeterli olan
: Doyma miktarı geçmiş
Fazla doymuş bir çözelti doymuş bir çözeltinin soğuması ile meydana
gelir. Donma sonucunda doyma miktarı fazlalaşmıştır ve fazla
miktarda çözünmüş madde kristalleşmeye başlar. Bu özelliğinden
şekerleme sanayinde kabuklu çeşitlerin yapımında yararlanılır.
Bazı Karbonhidratların Suda Çözünürlük Durumları
Karbonhidrat
Fruktoz
Glukoz
Sakkaroz
Maltoz
Laktoz
Nişasta
Selüloz
Suda Çözünürlük
Çok iyi çözünür
Çok iyi çözünür
Çok iyi çözünür
İyi çözünür
Ağır (yavaş) çözünür
Çözünmez
Çözünmez
Kristalizasyon için kristalizasyon başlangıcı gereklidir. Kristallerin büyüklük ve sertliği
soğumanın hızına bağlıdır. Eğer fazla doymuş bir çözelti yavaş soğursa büyük ve sert
kristaller artar (nöbet şekeri). Suda belli bir dereceye kadar çözünen tüm
karbonhidratlar higroskopiktirler, yani havadan rutubet çekme kabiliyetindedirler. Bu
hususa karbonhidrat içeren hammaddelerin muhafazasında dikkat edilmelidir (toz
şeker). Bundan başka karbonhidrat içeren hammaddelerin işlenmesinde, çözünen
karbonhidratların kolayca yıkanacağı ve böylece gıda kaybı ortaya çıkabileceği
dikkate alınmalıdır (örneğin havucun hazırlanması).
Tatlılık Derecesi
Tatlı lezzet (tatlılık) gıda maddeleri bileşenlerinin bu grubu için
tipik özelliktir. Tatlılık derecesi karbonhidratlar arasında
kıyaslama metodu ile belirlenir. Bununla elde edilen değerler
yalnız nisbi karakterdedir. Ortalama değer olarak sakkaroz tatlılık
derecesi 100 kabul edilerek seçilmiştir. Başka bir ifade ile
sakkaroz değerlendirmede referans alınmaktadır. Sakkarozun ve
diğer karbonhidratların/şeker alkollerin belirli konsantrasyonlu
çözeltileri hazırlanır ve verdikleri tat sakkaroz çözeltisi ile aynı
şiddeti gösterinceye kadar sulandırılmak suretiyle kıyas edilirler.
Çözeltilerin ısılarının yükselmesi ile fruktozun tatlılık derecesi
düşer, hatta 40oC’de sakkaroza eşit hale gelir, diğer
karbonhidratlar da ise değişim hemen hemen olmaz.
Tatlılık derecesi karbonhidratların nisbi molekül
büyüklüğüne bağlıdır. Genelde karbonhidratların
molekül ağırlıkları büyüdükçe tatlılık dereceleri
azalmaktadır. Çok sayıdaki karbonhidratın tatlılık
derecesi, gıda maddesi olarak kullanılmasının temelini
oluşturur. Dolayısıyla örneğin sakkaroz şekerleme
sanayinin önemli bir hammaddesidir. Gıda sanayiinde
gazlı içecekler başta olmak üzere birçok gıda
maddesinde kullanımının artmasıyla fruktoz da öne
çıkmıştır.
Bazı Karbonhidratların ve Şeker Alkollerinin Nisbi Tatlılık Dereceleri
Karbonhidrat
ve şeker alkolleri*
D-Fruktoz
İnvert şeker
Sakkaroz
D-Glukoz
D-Galaktoz
Sorbitol
Maltoz
Laktoz
Tatlılık derecesi
174
130
100
69
63
60
46
20
Karbonhidrat
ve şeker alkolleri*
Dulsitol
D-Mannitol
D-Mannoz
D-Ramnoz
D-Glusitol
Ksilitol
D-Ksiloz
Rafinoz
Tatlılık derecesi
41
63
59
33
51
100
67
22
*Şeker alkolleri polioller olarak da bilinmekte olup basit şekerlerin hidrojenlenmiş halidir.
Aldoz ve ketoz karbonil grubları indirgenir ve şeker alkolleri oluşur. Örneğin mannoz, ksiloz ve
glukozdan sırasıyla mannitol, ksilitol ve sorbitol oluşur.
Karamelizasyon
Şekerler aminoasitler ve proteinler gibi azot içerikli bileşenlerin
bulunmadığı ortamda ısıtıldıklarında karamelizasyon olarak
tanımlanan enzimatik olmayan bir dizi esmerleşme reaksiyonu
meydana gelir. Bu reaksiyonlar sırasında renk koyulaşır,
kahverengiye dönüşür ve tatta da bir takım değişimler olur.
Karamelizasyonda oluşan pigmentler büyük ve polimerik
moleküllerdir. Karamelizasyon yüksek sıcaklıklarda (120oC)
başlamakta olup karbonhidrat çeşidine veya bunların karışımlarına
göre farklılıklar göstermektedir. Karamelizasyonu düşük
sıcaklıklarda (110oC) başladığı için en hızlı renk değişimine fruktoz
sebep olmaktadır. Karamelizasyonun gerçekleşmesi için pH 3-9
aralığında, su aktivitesi düşük, sıcaklık 120oC’den fazla olmalı,
ortamda protein ve türevleri bulunmamalıdır.
Sakkaroz ısıtıldığında 160oC’de glukozanhidrat ve fruktozanhidrid
(levilozan) formunda erir. Isıtılmaya 200°C’de 35 dakika devam
edilirse sakkaroz % 4,5 kütle kaybeder (bu bir mol suya karşılıktır) ve
isosakkarozana dönüşür. Isıtmaya aynı sıcaklıkta 55 dakika daha
devam edilirse %9 kütle kaybı ile karamelan oluşur.
- 4H2O
2C12H22O11
200°C, 90 dak.
Karamelan (EN. 138°C)
C24H36O18
Karamelan suda ve alkolde çözünür, buruk acıdır.
Karamelan 55 dakika daha ısıtılırsa su kaybı sonucu karamelen
oluşur. Karamelen yalnız suda çözünür, ısıtmaya daha devam
edilirse suda çözünmeyen pigmentler açığa çıkar ki ortalama
molekül bileşimi C125H188O88 olan bu maddelere humin veya
karamelin adı verilir ve acı (bitter) tattadır.
- 8H2O
3C12H22O11
C36H58O25
200 °C, 145 dak.
Karamelen (EN. 145°C)
Fermentasyon
Bazı karbonhidratlar; mayalar, bakteriler ve küf mantarları ile elde edilen enzimler
yardımıyla fermentasyona uğratılırlar. Eğer fermentasyon havanın oksijeni
olmaksızın meydana gelirse o takdirde anaerob fermentasyondan söz edilir. Aerob
fermentasyonda ise havanın oksijeni gereklidir. Karbonhidratlarda meydana gelen
önemli fermentasyon çeşitleri Çizelge 2.8’de özetlenmiştir.
Fermentasyon Çeşitleri
Fermentasyon Çeşidi
Fermentasyon
Formu
Alkol fermentasyonu
Anaerob
Laktik asit fermentasyonu
Anaerob
Propiyonik asit fermentasyonu
Anaerob
Sitrik asit fermentasyonu
Aerob
Fermentasyonda Etkili
Olan Mikroorganizmalar
Mayalar
Laktik asit bakterileri
Propiyonik asid bakterileri
Aspergillus türleri
Alkol fermentasyonu en tanınmış fermentasyon çeşididir. Bu
fermentasyon, alkollü içkilerin ve aynı şekilde mayalı ve ekşi
hamurların yapımının kimyasal temelini teşkil eder. Mayalar
tarafından yalnız bazı karbonhidratlar direkt olarak fermentasyona
uğratılırlar.
Diğer
karbonhidratlar
önceden
parçalanmak
zorundadırlar. Başka bir ifade ile indirekt olarak fermentasyona
uğratılabilirler. Laktik asit fermentasyonu, turşu, yoğurt, kefir, bazı
peynirler ile ekşi hamurun hazırlanmasında ortaya çıkar.
C6H12O6
Monosakkarit
Laktik asit
bakteri enzimleri
2CH3CH(OH)COOH
2–dihidropropiyonik asit
(laktik asit)
Propiyonik asit fermentasyonu özellikle Emmental peynirinin
olgunlaşması sırasında meydana gelir ve delik oluşumunun nedenidir.
Maya ile Bazı Karbonhidratların Fermente Olabilirliği
Karbonhidrat
Glukoz
Fruktoz
Mannoz
Galaktoz
Sorboz
Sorbit
Maltoz
Laktoz
Sakkaroz
Nişasta
Selüloz
Direkt
Fermentasyon
İndirekt
Fermentasyon
Parçalayıcı
Enzim
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
-
Maltaz
Laktaz
Sakkaraz
Amilaz
-
Jelleşme Özelliği (Jelatinleşme)
Polisakkaritler su alarak kesilebilecek sertlikte jel meydana getirme
(jelatinleşme) kabiliyetine sahiptirler. Su, jel yapıda tutuklanmış olarak
bulunur. Bu grupta pektinler, agar-agar ve belli dereceye kadar
alginatlar, gamarabika, nişasta ve tragant gamı yer almaktadır. Bu
polisakkaritler (zincir formunda dizilmiş monosakkarit temel
taşlarının) ester grupları içerir ve bunların hidroksil gruplarının az veya
çok miktarları ile karakterize edilirler. Bu ester grupları jelleşme olayı
sırasında önemli etkiye sahiptirler. Jelatinleşme olayı büyük ölçüde;
•Jelleşen maddenin cinsine
•Şeker oranına
•pH değerine
•Sıcaklığa
•Birlikte bulunan maddelere bağlıdır (örneğin metal iyonları).
Jeller, hem katıların hem de sıvıların bazı özelliklerini gösterirler.
Başka bir deyişle jeller, katı gibi davranan sıvı sistemlerdir. Bazı
karbonhidratların jelleşme özelliğinden meyve jöleleri, marmelatlar,
krema, jöle çeşitleri vb. yapımında yararlanılır.
Oluşan jelin bekletilmesi sırasında nişasta zincirleri enerjilerini
azaltmak için birbirleri ile daha fazla interaksiyona girerler. Bunun
sonucunda su, yapıdan sızmaya başlar. Bu durum sineresis olarak
tanımlanmaktadır. Bekletme süresi devam ederse nişasta zincirleri
arasındaki interaksiyon daha da artar. Bu olay da retrogradasyon
olarak tanımlanmaktadır ve nişastanın yapısında meydana gelen en
önemli fizikokimyasal değişimlerdendir. Bu olay nişastanın daha az
çözünür olan ve daha az hidratlı hale kendiliğinden dönüşmesidir.
Retrogradasyon nişastanın daha önceki çözünmeyen haline
dönüşmesi (kabın dibinde çökelti oluşması, ekmek vb. ürünlerde
bayatlama) olarak da bilinir. Retrogradasyon olayı düşük sıcaklıklarda
daha kolay gerçekleşmektedir.
Monosakkaritlerin Bazı Kimyasal Reaksiyonları
Şeker asitleri; Monosakkaritler enzimatik veya enzimatik olmayan
yollardan okside olabilirler. Yükseltgenme sonucunda şeker asitleri
meydana gelir. Bunlar polihidroksi karboksilik organik asitlerdir.
Oksidasyon hem aldehit grubunda hem de en sondaki (primer alkol
grubu) karbon atomunda meydana gelebilir. Her iki reaksiyona göre
farklı oksidasyon ürünleri meydana gelir. Aldozlar karbonil grubuna
bağlı H atomu içerdiklerinden daha kolay okside olarak karboksilik
asitleri oluştururlar. Aldozlar ketozlara göre daha hızlı okside olurlar.
Aldonik asitler: Aldehit gruplarının oksidasyonu ile oluşurlar. Glukozdan oluşan
glukonik asit önemli bir örnektir.
Üronik asitler: Aldozların aldehit grubu aynen kalıp, en sondaki (primer alkol
grubu) karbon atomunundaki oksidasyonu ile oluşurlar. Glukozdan oluşan glukuronik
asit önemli bir örnektir. Glukuronik asit, galakturonik asit, mannuronik asit çeşitli
polisakkaritlerin birimleri olarak müsilaj ve pektin maddelerinde bulunurlar.
Glukuronik asit insan vücudunda detoksifikasyon (zehirsizleştirme) olaylarında
önemli işlevi olan bir şeker asididir.
En önemli şeker asidi askorbik asittir.
Aldarik asitler: Nitrik asit gibi oksidan maddelerle aldozların her iki ucunda
birden yükseltgenme olursa, diğer bir ifade ile oksidasyon hem aldehit grubunda
hem de en sondaki (primer alkol grubu) karbon atomunda meydana gelirse
dikarboksilli asitler elde edilir. Glukozdan glukarik asit ve galaktozdan galaktarik asit
meydana gelir.
Şeker alkolleri; Monosakkaritlerin karbonil gruplarının indirgenmesi
(H2 ile reaksiyonu) sonucu şeker alkolleri (polioller) açığa çıkar.
Karbonil grubu yerini alkol grubu alır. Glukozdan sorbitol (sorbit),
mannozdan mannitol (mannit), gliseraldehitten gliserol, ksilozdan
ksilitol, ribozdan ribitol, siklohekzandan inozitol, galaktozdan da
dulsitol (dulcit) meydana gelir. Gıdaların üretiminde sorbitol
önemlidir. Şeker alkolleri tabiatta sadece bitkilerin bileşiminde
bulunurlar. Örneğin sorbitol elma, armut, kiraz gibi meyvelerin
bileşiminde yer almaktadır.
Şeker alkolleri insan vücudunda sindirildikten sonra fruktoza dönüşür,
birden kan şekeri seviyesini yükseltmezler. Başka bir ifade ile şeker
alkolleri yavaş absorbe edilirler. Sindirim ve metabolik özellikleri
sebebiyle bazı şeker alkollerinin kalori değerleri 0-3,2 kcal/g arasında
değişim göstermektedir. Kabul edilebilir ortalama değer 2,4 kcal/g’dır.
Bu yüzden şeker alkolleri hiperglisemik etkili olmayıp düşük kalorili ve
diabetik ürünlerde kullanılmaktadırlar. Şeker alkollerinin tatlılık
dereceleri sakkarozdan daha düşüktür. Tatlılık derecesi en yüksek şeker
alkolü ksilitol, en düşük ise laktitoldür.
H C O
H C OH
HO C H
HO C H
CH2OH
H C OH
HO C H
H C OH
CH2OH
C O
H C OH
HO C H
H C OH
H C OH
H C OH
COOH
CH2OH
CH2OH
Galakturonik asit
(Oksidasyon ürünü)
Sorbitol
(Redüksiyon ürünü)
Sorboz
Şeker esterleri; Karbonhidratların hidroksil grupları fosforik asit,
benzoik asit, asetik asit, sülfirik asit, çeşitli yağ asitleri gibi organik ve
inorganik asitlerle esterleri oluştururlar. Şeker fosfatları metabolik
olaylarda görülen ara ürünlerdir. Şekerlerin özellikle fosforik asitle
oluşturdukları fosfat esterlerine örnek olarak, glukoz 6-fosfat, fruktoz
1,6-difosfat verilebilir. Sakkarozun 1-3 yağ asiti içeren esterleri, sorbitol
yağ asiti esterleri vb. emülgatör olarak kullanılmaktadır. Sakkarozun 68 yağ asiti içeren esterleri (sakkaroz poliesterleri) yağ ikame edici
olarak düşük kalorili ürünlerin formülasyonlarında yer almaktadır.
Sakkaroz ile yağ asitleri esterleri emilim aşamasında ince bağırsak
lümeninde tekrar trigliserid sentezi, gerekli olan gliserol ortamda
olmadığı için yapılamamaktadır. İlave olarak, vücudda gliserol ve üç yağ
asiti içeren ester yapı kolaylıkla sindirilmesine karşın yağ asidi sayısı
arttıkça yani dördüncü aside gelince sindirim ve emilim düşmeye
başlamaktadır.
Altıncı asit sakkaroz ile esterleştirildiğinde sindirilemez duruma
gelmektedir. Diğer taraftan, sakkaroz poliesterlerinin bazı
bileşenlerin (karotenoidler, yağda eriyen vitaminler) emilimini
engellediğine veya azalttığına dair olumsuz bilgiler de mevcuttur.
Doğal bir bitki bileşeni fitik asit, her bir C atomuna bağlı altı adet
fosfat grubu esterleşmiş halka yapısında bir karbonhidrattır. Bitkinin
çimlenmesi ve büyümesi için gerekli yüksek enerjili fosfatı
depolama nedeniyle önemlidir.
Dehidratasyon; Monosakaritler kuvvetli asitlerle, HCI veya H2SO4,
ısıtmakla moleküller arası ve molekül içi su kaybına uğrarlar. Birinci
durumda disakkarit ve daha yüksek sakkaritler, ikinci durumda ise
aldopentozlardan 2-furaldehid, aldoheksozlardan ise 5-hidroksimetil-2furaldehid (HMF) meydana gelmektedir. HMF dekarboksilasyon,
oksidasyon, redüksiyon reaksiyonları ile metilfurfural (MF) ve furfurala
dönüşebilir. HMF enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonlarında bir ara
ürün olarak meydana gelir. Isıl işlemlerden sonra meyve sularında
görülebilir. Isıl işlemin şiddetini (sıcaklık-süre) ölçmede kullanılır ve
miktarı kalite kriteri olarak değerlendirilir.
Yapay balda bileşen olarak ortaya çıkan ve kimyasal olarak
belirlenebilen HMF meydana gelir. Yapay balın yapılışında HMF meydana
geldiği için Fischer reaksiyonu yardımı ile balın hileli olup olmadığı
anlaşılabilmektedir. Balda HMF miktarı fazla ise bal yapaydır denilir.
Çünkü HMF balda ya hiç bulunmaz ya da çok az bulunur. HMF rezazürinli
hidroklorik asit ile vişne kırmızısı bir renk verir (Fischer reaksiyonu).
H C
O
H
C
OH
HO
C
H
H
C OH
H C
-3H2O
HOH2
C
O
CHO
OH
CH2OH
D - Glukoz
Hidroksimetilfurfural
(HMF)
Maillard reaksiyonu; İndirgen şekerlerin aldehit ve keto grupları,
aminoasitler, peptidler ve proteinler ile reaksiyona girerek
melanoidinler (esmer renkli azotlu doymamış polimerler) olarak
adlandırılan kahverengi pigmentleri meydana getirir. Bu reaksiyon
gıda kimyası ve teknolojisi açısından çok önem taşımaktadır. Fransız
kimyacı Maillard ilk kez 1912 yılında, glisin ve glukoz içeren
çözeltinin ısıtılması ile bu pigmentlerin oluştuğunu gözlemiştir.
Bundan sonra aynı reaksiyon aminler, aminoasitler ve proteinler ile
şekerler, aldehitler ve ketonlar arasında da gözlenerek bu
reaksiyona Maillard reaksiyonu denilmiştir. Bu bileşikler
karbonhidrat ve protein içeren gıdaların ısıtılmasıyla ortaya çıkar ve
gıdanın esmerleşmesine, kızarmasına neden olur. Taze meyve ve
sebzelerin kesilmesi veya zedelenmesi ile fenolik maddelerde
oluşan enzimatik esmerleşmelerden ayırt edebilmek amacıyla
Maillard reaksiyonu enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonu
olarak tanımlanır.
Gıdaların ısıtılmasıyla (kızartma, fırında pişirme, kavurma vb.)
veya uzun süre depolanması sırasında meydana gelen
kahverengileşmenin nedeni başlıca Maillard reaksiyonu olarak
görülmektedir. Kahverengileşmenin mekanizması ilk olarak amino
asidin amino grubu ile indirgen şekerlerin karbonil grupları arasında
katılma reaksiyonu ile başlar. Birçok karışık ara ürünlerden sonra en
sonunda melaninler veya melanoidinler denilen, humin asitleri içeren
esmer renkte doymamış polimer ürünler meydana gelir. Karbonil
grubu bloke edilmiş şekerler bu reaksiyonu vermezler. Onun için
sülfitler genellikle bu tip esmerleşmeyi zorlaştırırlar.
Genellikle Maillard reaksiyonu gıda maddelerinin biyolojik
değer kaybına sebep olur. Bu sırada şeker-protein bileşikleri meydana
gelebilir ki, bu maddeler sindirim enzimleriyle ya hiç ya da çok yavaş
parçalanırlar. Örneğin proteinlerdeki temel amino asitlerden lisin
kendisinden yararlanılamaz hale gelir. Sütteki lisin indirgen özellikteki
laktoz ile reaksiyona girerek kayba uğrayabilmektedir. Ekmek
kabuğunun kızarmasında, kahvenin kavrulmasında, malt ekstraktı
yapımında ve balığın kızartılmasında arzu edilir. Özellikle süt tozu
yapımında, sterilize süt ve meyve sularının üretiminde arzu edilmez.
Maillard reaksiyonu ile ilgili daha geniş bilgi proteinler bölümünde
verilecektir.
Glukozidler (heterositler); Monosakkarit molekülünün
glukozidik hidroksil (OH) grubunun kuvvetli reaksiyon kabiliyetinden
dolayı alkol ve fenolik hidroksil (OH) ile reaksiyonu sonucunda su
ayrılması yanında glukozid denilen bileşikler meydana gelir.
Glukozidlerde molekül içinde reaksiyon kabiliyetinde hidroksil grubu
mevcut değildir. Bunun için Fehling çözeltisi indirgenmez. Suda genel
olarak glukozidler iyi çözünür. Glukozidler enzimlerle parçalanır.
Glukozidlerin hidrolizasyonu sonucunda şeker ve şeker dışında
bir bileşik (aglikon) ortaya çıkmaktadır. Bu olay glukozid içeren
gıdaların işlenmesinde ortaya çıkar. Bu şekilde tipik aroma açığa çıkmış
olur (örneğin, kakao danelerinin veya muzun olgunlaşması olayı).
Şeker molekülünü sadece yarıasetal grubundaki OH’ı işaret
etmek suretiyle G-OH şeklinde gösterilirse, glukozidlerin genel
formülü G-O-R olur. Buradaki R grubu bir monosakkarit ile
esterleşmiş madde olup aglikon olarak isimlendirilir. Aglikon
glukozidin şeker olmayan yabancı grubudur. Bu grup basit veya
karmaşık alkil veya aril grubu olabilir. Bu ikinci madde eğer bir şeker
olursa, o zaman madde tabiatıyla disakkarit olur.
Monosakkarit (Glikon) + Aglikon
Glukozid + H2O
Glukozidlerin birçoğu baharatların ve keyif verici maddelerin önemli
bileşenidir (Örneğin vanilya kabuğunun vanilin glukozidi). Glukozidler esterleşmiş
aglikonun cinsine göre sınıflandırılabilir (Çizelge 2.10). Tabiatta bulunan
glukozidlerin şekerleri genelde piranoz şeklindedir. Çoğunlukla glukoz olmakla
birlikte arabinoz, ksiloz, riboz, galaktoz, mannoz ve fruktoz da bulunabilir.
Solanin patatesin yeşilken kök ve yapraklarında bulunur, haşlama
sırasında parçalanır. Saponin değişik şekerlerden ve sapogenin adı verilen
aglikondan oluşan azotsuz glukozidlerdir. Ispanak, şeker pancarı, kuşkonmazda
bulunur.
Antosiyaninler meyve ve sebzelerde çeşitli renkleri (pembe, mor, kırmızı,
mavi vb.) veren pigment glukozidlerdir. Aglikon kısımları antosiyanidinlerdir.
Genelde glikoz, ksiloz, arabinoz, galaktoz vb. ile esterleşmiş haldedirler.
Antosiyanidinler flavanoid grubu maddelerin alt grubuna dâhildir. Bu bileşikler
antioksidan özellikleri yanında peroksi ve alkoksi toplama ve metal iyonları ile şelat
oluşturma yetenekleri bilinmektedir. Antosiyaninler siyah üzüm kabuğu, kuş
üzümü, ahududu, böğürtlen, çilek, vişne, kırmızılâhana vb. bitkisel ürünlerde
bulunurlar.
Antosiyanin = Antosiyanidin (aglikon) + Şeker (glikon)
Çizelge 2.10. Glukozidlerin Sınıflandırılması 1
Gruplar
Alkol glukozidleri
Fenol glukozidleri
Azot glukozidleri
Hardal (kükürt içeren) glukozidleri
Siyanojenik glukozidler
Steran glukozidleri
Pigment glukozidler
Örnekler
Saponin, solanin
Vanilin, salisin, arbutin
Nükleik asit
Sinigrin, sinalbin
Amigdalin, prunasin
Digitoksin,steroid, saponinler
Antosiyanidin ve flavonol
glukozidleri
Steran glukozidleri kalbin fonksiyonları üzerine etkilidir. Bu yüzden kardiyak
glukozidleri olarak da bilinirler ve aglikon kısımları steroldür. Kalp çarpmasını
yavaşlatır, hatta durdurur. Bu gruptaki bazı glukozidler Afrika’da ok zehiri olarak
kullanılmıştır.
Beyaz hardal danelerinde bulunan glukozid sinalbin ve siyah hardalda ve
bayır turpunda bulunan sinigrin enzimatik olarak parçalanır. Sonuçta keskin kokan
hardal yağı ortaya çıkar. Sinigrin kükürtlü bir glukozid olup lahana, turp, karnabahar
vb. de bulunmaktadır.
Sinigrin
Enzimler
Su
Hardal yağı + Su
Henüz hiç bir aroması olmayan yeşil çayda bulunan glukozidler, enzimatik yolla
parçalanır ve böylece tipik eterik yağı serbest hale geçer.
Siyanojenik glukozidlerden amigdalin ilk belirlenen glukozid
olup yapısal olarak diğerlerinden farklıdır. Amigdalinin yapısında 2
şeker bulunurken diğer siyanojenik glukozidlerde tek şeker bulunur.
Daha çok acı badem, kayısı, limon, kiraz, elma ve şeftali
çekirdeklerinde bulunan amigdalin glukozid, suyun etkisi altında
bileşenleri olan gentibioz ve mandelik (badem) asit nitrile parçalanır.
Mandelik asit daha ileri derecede benzaldehit ve hidrosiyanik aside
(HCN) parçalanır. Siyanojenik glukozidler tabi halde iken zehirli
olmayıp, hidrolizasyon sonucunda açığa çıkan hidrosiyanik asit acı
lezzette olup, insan sağlığı açısından da zehirli ve öldürücü etkiye
sahiptir. Hidrolizasyon esnasında etkili olan özel enzimler ise,
amigdalin hidrolaz, purinasin hidrolaz ve hidroksinitriliyazdır.
Badem yetiştiriciliği yapılan değişik yörelerde hidrolizasyon tekniğinden
yararlanılarak acı bademdeki glukozit, suda kaynatılmak sureti ile iç
bademlerin bileşiminden uzaklaştırılabilmektedir. Bu uygulama ile iç
bademlerin tohum kabukları da soyulmaktadır. Glukozidi uzaklaştırılan iç
bademler ise doğrudan doğruya çerez olarak kullanılmayıp pestil
yapımında değerlendirilmektedir. Bunun için özellikle badem ezmesi
hammadde kütlesinin hazırlanmasında hidrolizasyon sonucunda acılığın
giderilmesi işlemi gerçekleştirilirken çok dikkatli olunmalıdır.
Çeşitli familyalara ait çok sayıdaki cins ve türlerde zehirli
maddelere rastlanmaktadır. Bitkilerde metabolizma sonucu oluşan bazı
glukozidler zehirli maddelerdendir. Glukozidler, alkaloidlerden sonra bitki
bünyesinde bulunan ikinci önemli toksik bileşiklerdir. Bu tür glukozidler
vücuda alındıklarında vücut fonksiyonlarını etkilemektedir. Etki için gerekli
doz ve nitelik, canlı gruplarına göre değişim göstermektedir. Çeşitli
glukozidler bazı kanser vb. hastalıkların tedavisinde kullanılmaktadır.
CH2OH
C
O
H
H
C
OH
O
H
O
H
C
H
C
H
CH2
C
H
OH
C
OH
H
O
ASİT
H
O
H
O
H
C
C
H
OH
GENTİBİOZ
H
C
2H2O
H
BADEM ASİDİ NİTRİL
AMİGDALİN
OH
GENTİBİOZ
+
CH
BADEM ASİDİ NİTRİL
C=N
CHO
BENZALDEHİT
+ HCN
HİDROSİYANİK ASİT
H
C6H5
C
CN
+
C6H5CHO + C6H12O6
2H2O
+ HCN
O-C12H21O10
BENZALDEHİT
AMİGDALİN
GLİKOZ
HİDROSİYANİK ASİT
Fenol glukozidi olarak arbutin, ayı üzümü ve diğer bitkilerden emülsiyon yoluyla
parçalanır.
C6H11O5OC6H4OH
ARBUTİN
C6H12O6
D.GLUKOZ
+ HO
OH
HİDROKİNON
Arbutin glukozidine yakın bulunan salicin (otlardan) ve piseindir (çene iğnesi).
CH2OH
C
H
C
OH
O
H
OH
H
C
C
H
OH
H
OCH3
O
C
C
O
Glikoz kökü
Vanilin
(Monosakkarid)
(Vanilin-B-D-Glikozid)
H
Aglikon
2.6. Önemli Karbonhidratlar ve Özellikleri
Glukoz (üzüm şekeri): Tabiatta yaygın olarak bulunan önemli bir
monosakkarittir. Altı karbon atomu ve bir aldehit grubuna sahip olup
aldoheksoz sınıfındandır. Tabiatta bulunan heksozlardan glukoz daha
çok serbest halde bulunur. Yaşayan bütün organizmalarda başlıca
enerji kaynağıdır. Glukoz tüm tatlı lezzet veren meyvelerde
mevcuttur. Bundan başka glukoz bazı sebze çeşitlerinde (bezelye,
soğan), balda ve bitki öz sularında bulunur. İnsan ve hayvan kanında
da (% 0,1) vardır. Birleşik olarak birçok polisakkaritin yapısını
oluşturur. Tüm disakkaritlerin ve aynı şekilde önemli
polisakkaritlerden nişasta, glikojen ve selülozun bileşeni olarak
glukoz çok büyük öneme sahiptir.
Glukoz, ticari olarak asit hidrolizi yardımıyla mısır ve patates
nişastasından elde edilir. Polarize ışığı sağa çevirdiğinden glukoz için
ticari olarak dekstroz adı da kullanılır. Üzümde çok bulunduğundan
üzüm şekeri olarak da adlandırılır. Özellikle glukoz mutarotasyon
özelliğine sahiptir. Glukoz tüm fermentasyon çeşitleri için uygundur.
Glukoz daha çok farmakoloji ve diyet alanında kullanılmaktadır.
Glukoz, sakkarozun ¾’ü kadar tatlı olup pelte, şurup ve
şekerlemelerde de tatlandırma aracı olarak kullanılır. Besinlerin
saklanmasında yararlanılmaktadır.
Fruktoz (meyve şekeri): Ketoheksoz sınıfından, diğer bir ifade ile
altı karbonlu polihidroksiketon olan fruktoz serbest formda ekseriya glukoz
ile birlikte tatlı meyvelerde, çiçek nektarlarında, balda ve bitkilerin tatlı
kısımlarında bulunur. Glukoz ile birlikte fruktoz bitkisel kaynaklı
karbonhidratların temel yapısın oluştururlar. Serbest halde iken genelde
piranoz formda, bileşik halde iken furanoz formdadır. Birleşik formda
sakkaroz, rafinoz ve fruktozanlar grubu vb. gibi çeşitli oligosakkaritlerin
yapısında bulunur. Fruktozanların en yaygın olanı inülin olup, ticari olarak
inülinden yüksek verimle elde edilmektedir. Sakkarozun hidrolizinden
oluşan invert şekerde de bulunmaktadır. En önemli fruktoz kaynağı hazır
gıda üretiminde yaygın olarak kullanılan yüksek fruktozlu mısır şurubudur.
Nispeten fiyatının ucuz olması, pek çok gıda ile kolaylıkla karışabilmesi ve
nispi tatlılık derecesinin yüksek oluşu tercih nedenlerini oluşturmaktadır.
Gıda sanayiinde başlıca kullanım alanı gazlı içecekler ve diğer
içeceklerdir (soğuk çay, meyveli sodalar vb.). Literatürdeki bazı
çalışmalarda tadını fruktozdan alan yiyeceklerin ve içeceklerin
doyma hissini geciktirdiği, daha çok tüketilmesine neden olduğu ve
acıkma hissini öne çektiği bahsedilmektedir.
Fruktoz, polarize ışığı sola çevirdiğinden levüloz adını da
almaktadır. Aynı zamanda meyve şekeri de denilir. Heksozlar içinde
fruktoz özel bir yere ve yüksek bir tatlılık derecesine sahiptir. Çok
fazla higroskobiktir ve bu yüzden kristallendirilmesi çok güçtür.
Negatif bir spesifik çevirme gösterir ve glukoza göre daha yavaş
fermente olur.
Galaktoz:
Galaktoz
serbest
formda
bulunmaz.
Oligosakkaritlerden laktoz, rafinoz, stakioz ve polisakkaritlerden gam
arabikanın bileşeni olarak bulunur. Kimyasal reaksiyonları glukoza
benzerdir. Fermantasyon yönünden diğer heksozlardan ayrılmaktadır.
Çünkü galaktozu ancak belirli mayalar (Saccharomyces kefir, Torula
kumys) fermentasyona uğratabilir. Galaktoz, en iyi laktozdan elde edilir.
Suda az çözünürlüğünden dolayı laktozun hidrolizinde meydana gelen
glukozdan kolayca ayrılır. Galaktoz polarize ışığı sağa çevirir ve
sakkarozdan daha az tatlılık derecesine sahiptir. Laktoz insan
vücudunda bağırsakta enzimatik yolla monosakkaritlerine; glukoz ve
galaktoza hidroliz olur. Galaktoz karaciğerde glikoza çevrilerek
metabolize edilir. Galaktoz enerji kaynağı olduğu gibi glikoprotein,
glikolipid gibi hücre bileşiklerinin sentezinde yararlanılmaktadır.
Mannoz: Altı karbon atomu ve bir aldehit grubuna sahip
olup aldoheksoz sınıfındandır. Sakkarozdan daha az tatlıdır.
Mannoza serbest halde tabiatta nadiren rastlanır. Bu şeker portakal
kabuklarında, hurma çekirdeklerinde, keçiboynuzunda ve iğne
yapraklı ağaç odunlarında bulunan polisakkaritlerin bir grubunu
teşkil eden mannan bileşeni olarak bulunur. Teknikte bitkisel
fildişi denilen ve bir çeşit hurma ağacından düğme imali sırasında
çıkan kırıntıların seyreltik sülfirik asit ile hidrolizinden elde edilir.
Mannoz polarize ışığı sağa çevirir ve genellikle glukozidlerin
yapısında yer alır. Mannozun alkol türevi olan mannitol (şeker
alkolü) tabiatta yaygın olarak bulunmaktadır.
Sorboz: Altı karbonlu ketoz olan sorboz serbest olarak
şimdiye kadar yalnız yabani üvez ağacında bulunmuştur. Tabiatta
genellikle L-sorboz şeklinde bulunur. Sorbozdan iyi bir teknikle Laskorbik asit sentez edilebilmektedir. Bu amaçla D-glukozdan Dsorbitol üzerinden yükseltgenmekle L-sorboz elde edilmektedir.
Sorbitol: Sorbitol doğal şeker alkollerinden en yaygın olanıdır. Çok sayıda meyvede
%5–10 oranında mevcuttur. Özellikle armut, elma, kiraz, erik, kayısı ve şeftalide
bulunur. Üzüm şarabında hile olup olmadığının tespitinde sorbitol aranır. Sorbitol
üzümde bulunmadığı için şarabın elma veya başka meyve suları ile karıştırılmasının
belirlenmesinde yararlanılır. Sorbitol ticari olarak glikozun hidrojenasyonu ile elde
edilebilir. Enzimatik yollar da kullanılabilmektedir.
H
C
O
H
C
OH
OH
C
H
CH2OH
+
H
C
OH
H
C
OH
CH2OH
D - Glukoz
H
C
OH
OH
C
H
H
C
OH
H
C
OH
1500C 100-150 atm.
H2
Nikel
CH2OH
D - Sorbitol
Bir aldehit grubunun eksikliğinden dolayı sorbitol, fehling
çözeltisini indirgemez. Sorbitol tamamen diğer şeker alkolleri gibi renksiz,
tatlı lezzette, suda çok kolay çözünebilen, mayalar tarafından
fermentasyona uğratılamayan bir maddedir. Isıya dayanıklıdır. Sorbitol,
tazeliği muhafaza edici madde ve şekerlemelerin yapımında yumuşatıcı
olarak kullanılır. En iyi sonuç badem ezmesi çeşitlerinde elde edilmiştir.
Bundan başka, sorbitol diabet hastaları için tatlandırma materyali olarak
da yaygın olarak kullanılmaktadır. Diabet hastalarına yönelik olarak unlu
mamullerden (pasta, börek) reçel, şekerleme, dondurma, kakao
mamullerine kadar değişik gıdaların üretiminde yer alır. Sakız, diş
macunları, öksürük şurupları gibi ürünlerin formülasyonlarında bulunur.
Sorbitol proteinlerle melanoidinler meydana getirmez. Bu özellik
diabet hastalarının yiyeceklerinin hazırlanmasında da yararlı olur. Çünkü
bununla belirli gıda bileşenleri bloke edilmez ve metabolizmada tam
manasıyla hazır durumda bulunurlar.
Sakkaroz: Tabiatta en yaygın bulunan disakkaritlerden
sakkaroz, glukoz ve fruktoz moleküllerinden oluşmaktadır. Sakkaroz
sükroz veya çay şekeri olarak da bilinmektedir. Sakkaroz daha çok
şeker kamışı ve şeker pancarında bulunmaktadır. Ancak diğer bazı
bitkiler de sakkaroz içermektedirler (Çizelge 2.11). Bitkilerin yeşil
yapraklarında da bulunmaktadır. Sakkaroz bitki biyokimyasında
önemli bir karbonhidrattır. Sakkaroz fotosentez sonrası bitki
yapısında oluşan başlıca ara üründür. Fotosentez sırasında
yapraklarda üretilen karbonhidratlar bitkinin diğer kısımlarına
genellikle sakkaroz halinde taşınmaktadır. Sakkaroz indirgen şeker
olmaması sebebiyle oksidatif ve hidrolitik etkilere karşı glikoza göre
daha stabil olup bu yüzden yapraklardan bitkinin diğer kısımlarına
taşınmada üstünlüğe sahiptir.
Çizelge 2.11. Bazı Bitki Kısımlarının Sakkaroz Oranı
Bitki kısmı
Sakkaroz oranı (%)
Bitki kısmı
Sakkaroz oranı (%)
Şeker kamışı
14–28
Hurma suyu
3–6
Şeker pancarı
Ananas
Şeker darısı
Mısır sapı
16–20
12–15
10–18
8–12
Kayın ağacı suyu
Akçaağaç suyu
Havuç
2–4
3
3
Yüksek içeriklerinden dolayı şeker pancarı ve şeker kamışı sakkarozun
elde edilmesinde önemlidir. Modern rafinasyon metotları ile elde edilen rafine
şekerler %99,7 veya daha fazla sakkaroz içermektedir. Ham şekerlerde ise bu
oran genelde %99,5’in altında kalmaktadır. Kahverengi şeker ise ticari olarak
rafine edilmiş beyaz şeker kristallerinin şeker kamışı melası ile kaplanmasından
elde edilmektedir. Şeker kamışı melası miktarına göre açık sarı ile koyu
kahverengi arasında renge sahip ürün üretilebilir. Şeker kamışı melasının
aksine, şeker pancarı melası istenmeyen tat ve kokuya sahip olması sebebiyle
kahverengi şeker üretiminde kullanılmamaktadır.
Yüzeyi çok temiz kristaller oluşturan ve çok tatlı olan sakkaroz
mayalarla direkt fermentasyona uğramaz. Bu özelliği nedeniyle,
kabuklu şeker çeşitlerinin alkollü içkilerle doldurulması (şarap,
likör) mümkün olmaktadır. Konsantre edilmiş sakkaroz eriyikleri
mikroorganizmaların gelişmesini önleyici etkide bulunur. Bunun
için sakkaroz reçel, marmelat, jöle vb. hazırlanmasında kullanılır.
Sakkaroz sakkarat denen tuzları meydana getirme özelliğindedir.
Böylece sakkarozun insan vücudunda kalsiyumu bağladığı
anlaşılabilir. Kalsiyum sakkaratın meydana gelmesi ve
parçalanması aşağıda görülmektedir.
Ca
Sakkaroz
+ Ca++
Ca
+ CO2
Kalsiyum
Sakkarat
H2O
Sakkaroz
+ CaCO3
Kalsiyum Sakkarat
Bu reaksiyon şekerin elde edilmesinde arzu edilmez. Çözünmeyen
maddeleri çökeltmek için ham şerbet, Ca(OH)2 ile muamele edilir. Bu
arada az miktarlarda kalsiyum sakkarat meydana gelir. Sakkarozun bir
kısmının kayıp olmaması için ham şerbet içerisine CO2 gönderilir ve
bununla doyurulur (saturation). Bu sayede kalsiyum sakkarat, sakkaroz
ve kalsiyum karbonata parçalanır.
Sakkaroz direkt olarak fermantasyona uğramaz. Mayalar tarafından
sakkaraz enzimleriyle (sükraz-invertaz) önce glukoz ve fruktoza
parçalanır ve ancak bu şekilde fermente olur. İnsan bağırsaklarında
invertaz yardımıyla kendisini oluşturan monomerlere ayrılır ve
invert şeker meydana gelir. Gıda endüstrisinde özellikle maya
kaynaklı invertaz enziminden yararlanılır. Daha önceki bölümde
ifade edildiği gibi sakkarozdan daha çözünür olması ve kristalleşme
(şekerlenme) sorunu oluşturmaması nedeniyle invert şeker tercih
edilmektedir.
Sakkarozu oluşturan glukoz ve fruktoz molekülleri
birbirlerinin anomerik karbon atomlarından (karbonil grubu karbon
atomları) bağlandığından (β 1-2 glukozidik bağ içerir) serbest
anomerik karbon atomu bulunmaz. Bu yüzden indirgen olmayan
şekerlerdendir ve bu özelliği ile laktoz ve maltoz disakkaritlerinden
ayrılmaktadır. Fehling çözeltisini indirgemez ve mutarotasyon
göstermez. Glukoz ise indirgen şeker olduğundan, sakkaroza glukoz
karıştırılıp karıştırılmadığı bu özellik ile anlaşılır.
Sakkaroz sindirim sistemimizde sakkaraz enzimi ile hidrolize
olduktan sonra emilir. Hâlbuki bal ve diğer monosakkaritler
oldukları gibi emilirler. Bu bakımdan bal sakkarozdan daha çabuk
sindirilir.
Maltoz (malt şekeri): Maltoz malt şekeri olarak bilinmekte olup
çimlenmiş arpada (malt), malt ekstraktı ve nişasta şurubunda
parçalanma ürünü olarak bulunur. Başlıca kaynağı polisakkarit olan
nişastadır, zira kısmi asit ve enzimatik hidrolizi ile elde edilir. Maltoza
tabiatta serbest halde nadiren rastlanmakta olup, bu da genellikle
nişastanın kısmi parçalanma ürünüdür. Asit hidrolizi nişastayı rastgele
parçaladığı için maltoz verimi düşüktür. Bu sebeple ticari olarak βamilaz enzimi kullanılarak maltoz elde edilir.
Maltoz, iki glukoz molekülünden oluşmuştur ve α (1-4) glukozidik bağ
içermektedir. Mutarotasyon özelliği gösterir, Fehling çözeltisini indirger
ve suda iyi çözünür. Polarize ışığı +136o sağa çevirir. Asitler veya maltaz
enzimi etkisiyle iki glukoz molekülüne hidrolizlenir. Isıtma sırasında
maltoz sakkaroz gibi kahverengi renge dönüşür (karamelizasyon). Bu da
renkli maltın kazanılmasında önemli bir rol oynar.
Maltoz, mayalar ile fermentasyona uğratılır. Bir kısmı bu olay
çerçevesinde maltaz enzimiyle glukoza hidrolize olur. Meydana gelen
glukoz ise mayaların zimaz kompleks enzimiyle alkole parçalanır.
Nişasta
Amilaz
Maltoz
Maltaz
Glukoz
Zimaz
Etil alkol
Maltoz şekeri gerek fermantasyon teknolojisinde gerekse hububat
teknolojisinde oldukça önemlidir. Çimlendirilmiş tohumlarda amilaz enzimi
aktivitesi artar ve nişastayı mayalarla fermente edilebilir karbonhidratlara
(maltoz, dekstrinler) dönüştürürler. Çimlenen tahıllarda maltoz oluşumu alkol
üretiminin (bira, viski üretiminde) önemli bir parçasıdır. Ayrıca özellikle
arpanın (diğer hububatlarda kullanılır) çimlendirilip, kurutulup, kavrulmasıyla
elde edilen malt çeşitli gıdalarda, ekmekçilikte ve tatlı ürünlerde kullanılır.
Maltozdan başka sadece bağlantı şekli değişen izomaltoz maltoza çok
benzeyen bir disakkarit olup, iki glukoz molekülünün α (1-6) glukozidik bağ
oluşturması ile meydana gelmiştir. Ancak bu bağın parçalanması zor olup
izomaltoz kolay fermente olmamaktadır. Çünkü α (1-6) glukozidik bağ amilaz
enzimleri ile parçalanmamaktadır. Gıda sanayi açısından karbonhidratlar
arasında sindirilemeyen izomalto-oligosakkaritler gibi birçok oligosakkaritler
öne çıkmaktadır.
Sellobiyoz: Serbest formda bulunmaz, selülozun kısmi (asitlerle veya
selülaz enzimi ile) hidrolizi ile elde edilen indirgen bir disakkarittir.
Sellobiyoz, maltoz gibi iki glukoz molekülünden oluşmuştur ve β (14) glukozidik bağ içermektedir. β (1-4) glukozidik bağ insan
sindirim kanalı enzimleri tarafından parçalanmaz, fakat geviş
getiren hayvanların bağırsaklarında birçok bakteriler tarafından
parçalanır. Mutarotasyon özelliği gösterir, indirgen şekerdir ve suda
çözünür. Şeker tadı göstermez ve 225oC’de erir.
CH2OH
C
H
O
H
C
O
O
H
C
C
H
O
H
C1
O
C4
H
H
OH
C
C
OH
H
C1
H
C
CH2OH
Sellobiyoz (β 1,4 glukozidik bağ)
H
O
OH
Gentiobioz: Gentiobioz kimyasal olarak aynı şekilde gentiobioz da iki
glukoz molekülünden oluşmuş bir disakkarittir. Ancak β (1-6) glukozidik bağ
içermektedir. Acı tatta bir disakkarittir. Tabiatta serbest olarak değil de genelde
glukozidlerin yapısındadır. Acı bademdeki glukozid yapısındaki amigdalin
bileşiminde ve trisakkarit olan gentianoz yapısında gentiobioz bulunur. Ayrıca
safran rengini veren krosin (krosetin dikarboksilik asit ile 2 mol gentiobiozun
esterleşmesinden oluşan karotenoid yapıda bileşik) yapısındadır. Bal içerisinde
varlığı tespit edilen birçok disakkaritten biri de gentiobiozdur. İndirgen şeker
özelliği taşır, erime noktası 190–193oC, polarize ışığı +9,8o sağa çevirir.
CH2OH
C
H
C
OH
O
H
OH
C
H
H
H
O
C1
C6
C
H
OH
C4
OH
Gentiobioz (β 1-6 glukozidik bağ)
H
H
C
O
H
OH
H
C
C
H
OH
OH
C1
H
Laktoz (süt şekeri): Laktoz, meme bezlerinin bir ürünü
olarak süte özgü bir disakkarittir. Başka bir gıdada mevcut değildir.
Sütün en önemli karbonhidratı olan ve süt şekeri olarak da bilinen
laktoz disakkariti glukoz ve galaktoz monosakkarit birimlerinden
meydana gelmiştir. Bu disakkaritin oluşumunda, glukoz ve
galaktozun 1. ve 4. C atomu arasında birleşme (β 1,4 glukozidik bağ)
sözkonusu olduğundan bir karbonil grubu serbest olup, indirgen
şeker özelliği ve mutarotasyon göstermektedir. Polarize ışığı + 55o
sağa çevirir, sakkaroza göre çok az tatlıdır ve sütün spesifik tadını
oluşturur. Laktoz suda ağır (yavaş) çözündüğü için, örneğin şekerli
kondense süt içiminde ağızda dil üzerinde kumumsu bir his verir.
Laktozun sütteki miktarı memelinin cinsine göre değişim
gösterir ve %2-6 arasında bulunur. Anne sütü ise %7 oranında
laktoz içerir. Anne sütünde bulunan karbonhidratın yaklaşık %90’nı
laktoz, geri kalan kısmı ise oligosakkaritlerden oluşmaktadır. Bu
oligosakkaritlerin de esas yapıları laktoza dayanmaktadır.
Laktoz mayalarla direkt olarak fermentasyona uğratılır. Kefir ve
kımız bakterilerinin enzimleri, laktozu kullanarak alkol
fermantasyonu meydana getirilebilir. Bunun için fermente süt
mamülleri olan kefir ve kımızda düşük miktarlarda etil alkol
mevcuttur. Sütün laktozu laktik asit bakterileri ile fermantasyona
uğratılır ve süt asidine (laktik asit) dönüştürülür. Sütün ekşimesinin
fermente süt ürünlerinin yapımının temelini oluşturur.
C12H22O11 + H2O
Laktoz
laktik asit bakterileri
4CH3CHOHCOOH
Laktik asit
Laktozun alkol fermentasyonuna diğer şekerler kadar kolay
uğramaması çocuk beslenmesinde önemlidir. Çünkü daha az
bağırsak rahatsızlıklarına sebep olur.
Laktoz, ancak konsantre asitlerle hidrolitik yolla glukoz ve
galaktoza ayrılır. Sitrik asit ve diğer zayıf asitler laktoza etki
etmezler. Asitlerle laktozun hidrolizi sakkaroza göre çok daha yavaş
meydana gelir. Bunun sonucu olarak sindirimi de yavaştır. Bu
şekilde bağırsakta daha uzun süre kalabilen laktoz, hafif asitli bir
ortam sağlar. Bu asitlik ortamı kalsiyumun daha çok emilmesine
yardımcı olur, gaz ve nispeten zehirli maddeler vererek parçalanan
bazı proteinlerin ayrışmasını önler.
Laktozun oldukça geniş kullanım alanı bulunmakta olup
endüstriyel üretimi 100 yıldan daha fazla zaman önce başlamıştır.
Laktoz çeşitli süt ürünleri üretiminde arta kalan sütçülük
artıklarından elde edilir. Ticari olarak peynir endüstrisinin yan
ürünü olan peynir altı suyundan üretilir.
Laktoz 1500C’ye kadar ısıtılırsa sarı renk oluşur, 1750C’de
ise kahverengi bir bileşiğe (laktokaramel) dönüşür. Bisküvi ve
çeşitli fırın ürünlerinde bu özelliğinden yararlanılır. Aynı zamanda
şekerleme, çikolata ve diyet ürünleri gibi pek çok üründe
kullanılmaktadır. Laktoz ve türevlerinden fonksiyonel gıda
uygulamalarında
ve
farmakoloji
endüstrisinde
de
yararlanılmaktadır.
Laktoz hidrojenize edildiğinde şeker alkolü olan laktitol
elde
edilir.
Laktitol
birçok
gıda
uygulamalarında
kullanılabilmektedir. Tatlılık derecesi en düşük şeker alkolüdür,
enerji değeri 2 kcal/g olup diyetetik ürünlerin formülasyonlarında
yer alır.
Tabiatta serbest halde bulunmayan ve ancak sütün ısıtılması sırasında
katalizör kullanılmadan laktozun izomerizasyonu sonucu az miktarda
laktuloz oluşmaktadır. Laktuloz laktozun izomeridir. Endüstriyel olarak
laktozun bazik ortamda izomerizasyonu ile üretilir. İşlem sırasında
laktozun yapı taşı olan glikoz fruktoza izomerize olmaktadır. İlk defa
1930 yılında izole edilen bu semisentetik disakkarit galaktozun fruktoz
ile bağlanması (β 1,4 glukozidik bağ) sonucu oluşur. Laktuloz bebek
mamalarında ve prebiyotik olarak gıda sanayiinde kullanılmakla birlikte
tıbbi ilaç olarak da kullanılmaktadır. Laktuloz osmotik olarak etki
gösteren bir laksatiftir.
CH2OH
CH2OH
C
OH
C
H
O
H
O
C
H
H
C
OH
O
C1
C4
H
H
C
O
H
OH
H
C
C
H
OH
OH
C1
H
Trehaloz: İki glukoz molekülünün α (1-1) glukozidik bağla
bağlandığı bir disakkarittir. Bu disakkarit glukozidik bağ anomerik
(karbonil grubu) karbon atomları arasında kurulduğu için indirgen
şeker değildir. Trehaloz molekül içi hidrojen bağı yapmaz, oldukça
yüksek hidrofilik özellik gösterir ve asit hidrolizlerine karşı
dayanıklıdır.
Maya, küf, mantarlar ve alg yedek maddesi olarak trehaloz
saklarlar. Trehaloz böceklerin dolaşım sistemlerinde depolama
özellikleri ile tanınan, enerji için kullanılan ve canlı organizma
yapısında hayati önem taşıyan disakkarittir. Kurak ortamlarda
bulunan bazı bitkilerde, tuzlu sularda yaşayan bazı canlılarda, ekmek
mayasında da belirlenmiştir. Önceleri trehalozun karbonhidrat depo
maddesi olarak görev yaptığı belirtilse de, son yıllarda canlılarda
ekstrem çevre koşullarına karşı reaksiyon olarak sentezlendiği
belirlenmiştir. Trehaloz, organizmaları kuruma, donma ve ozmatik
basınç gibi çeşitli streslere karşı korumaktadır. Örneğin kurak
yerlerde yetişen bitkiler bu disakkariti fazla miktarlarda sentezleyerek
su eksikliğine karşı kendilerini korurlar.
Trehalozun ticari üretimi 1990’lı yıllara rastlamaktadır. İlk
önceleri düşük verim ve yüksek maliyetlerle üretimi sebebiyle
kullanım alanları sınırlı kalmıştır. Ancak daha sonra nişastadan
enzimatik yolla elde edilmesi ve verimin %80’den fazla olması
neticesinde üretim maliyeti düşmüştür. Bu yöntemin ilk
aşamasında nişasta Bacillus licheniformis bakterisinden elde edilen
yüksek sıcaklığa dayanıklı α-amilaz enzimi ile maltooligosakaritlere dönüştürülmüştür. İkinci aşamada Arthrobacter
sp. Q36 bakterisinden elde edilen enzimler ile malto-oligosakarit
önce malto-oligosiltrehaloza, daha sonra bu da trehaloza
dönüştürülmektedir.
Trehalozun tatlılık derecesi sakkarozun yaklaşık olarak yarısı
kadardır ve yüksek sıcaklığa dayanıklıdır. Maillard reaksiyonuna
katılmadığı, gıdanın kalitesini koruduğu ve dayanım süresini arttırdığı için
endüstriyel uygulamalarda yeni bir gıda katkı maddesi olarak geniş
kullanım alanına sahiptir. Gıdalardaki kokuları ve istenmeyen tatları da
maskelemektedir. Örneğin lipid oksidasyonu ile ortaya çıkan aldehitlerin
oluşumunu baskılayıcı etkisi ortaya konmuştur. Trehaloz ilave edilerek
kurutulmuş meyvelerin aroma bileşenlerinin korunduğu ve yüksek
kalitede kurutulmuş ürün eldesi için trehaloz ile yapılan ön işlemin çok
olumlu etki yaptığı da belirlenmiştir. Diğer taraftan kemik erimesinin
önlenmesi üzerine etkili olduğu, kornea epitel hücrelerinde doku
denatürasyonunu baskıladığı ve bu yüzden trehaloz içeren gıda
ürünlerinin tüketilmesi gerekliliği çeşitli çalışmalarda ifade edilmektedir.
Trehaloz kozmetik ve farmakoloji alanlarında dayanıksız ürünlerin
dayanıklılıklarını arttırmada stabilizatör olarak kullanılmaktadır.
Trehaloz sindirimi ve emilimi ince bağırsaklarda olur. İnce
bağırsaklarda trehalaz enzimi bulunmakta ve glukoz monosakkarit
birimlerine parçalanmaktadır.
Nişasta: Nişasta bitkilerde fotosentezin temel ürünüdür.
Nişasta esas olarak α-D-glukoz birimlerinden oluşmuş homoglikan
bir polisakkarittir ve α (1-4) ve α (1-6) glukozidik bağların
bağlanmasıyla meydana gelmiştir. Nişasta tatsız, kokusuz ve beyaz
bir toz görünümünde olup polarize ışığı +160-200o çevirir.
Nişasta depolanabildiği için belirli bitki kısımlarında
örneğin tohum, yumru, kök ve hatta gövde, yaprak, meyve gibi
kısımlarda bulunmaktadır. Nişasta, en önemli bitki bileşenidir.
Nişasta içeren gıdalar önemli enerji kaynaklarıdır. Ayrıca nişasta
gıdaların tekstür, lezzet ve bazı yapısal özellikleri üzerine etkilidir.
Bitkisel gıdaların yapısına sudan sonra en fazla oranda
giren nişastadır.
Tahıl daneleri :
% 70’e kadar (buğdayda % 60–70),
Baklagiller :
% 50’e kadar,
Patates
:
% 24’e kadar nişasta içerir.
Nişasta bitkilerin yedek karbonhidratını oluşturur. Bu bakımdan
hayvanlardaki yağın işlevini görür. Yeşil bitkilerde havadaki
karbondioksitin özümlenmesi sonucu meydana gelir. Yeşil
yapraklarda, kloroplastlarda, klorofil yardımı ile güneş ışığının
etkisiyle içerdiği su, oksijen ve hidrojene parçalanır. Ayrılan
hidrojen sonra karanlıkta redoks enzimleri yardımıyla, havadan
alınan karbondioksiti indirger, karbon zincirleri ve bu arada yalnız
glukoz meydana gelir.
6CO2 + 6H2O + 672 kcal (ışık enerjisi)
C6H12O6 + 6O2
Özel enzim sisteminin etkisiyle glukoz moleküllerinin
yoğunlaşmasıyla yüksek polimer ürün nişasta oluşur. Selüloz ve
diğer karbonhidratlar da aynı yoldan meydana gelirler. Bitkilerde
fotosentez ile üretilen glukoz monosakkariti yapraklardan
bitkinin diğer kısımlarına sakkaroz disakkariti halinde taşınır.
Çünkü sakkaroz indirgen şeker olmaması sebebiyle oksidatif ve
hidrolitik etkilere karşı glukoza göre daha stabildir. Ancak ihtiyaç
fazlası şekerler nişasta olarak depolanmaktadır. Çünkü nişasta
soğuk suda çözünmez ve sakkarozdan daha büyük molekül
ağırlığına sahip olması nedeniyle osmotik basınç düşmektedir.
Nişasta bitkilerde granül formunda bulunur. Tahıllarda ve
diğer gelişmiş bitkilerde plastidler içindedir. Nişastayı oluşturan
plastidlere amiloplast denir. Nişasta granüllerinin şekil, büyüklük
ve bazı özel işaretleri bitkinin cinsine ve hatta bulunduğu dokuya,
bitkinin büyüme evresine göre değişmekte olup bunları elektron
mikroskobu altında incelemekle bitkinin cinsi belirlenebilir. Arpa,
buğday, mısır gibi tahıllarda her plastid bir granül içerirken pirinç
ve yulafta ise birçok granül bulunmaktadır. Nişasta granüllerinin
yapısı, şekli ve büyüklüğünde farklılıklar vardır. Granüller yassı,
küresel, oval gibi şekillerde olabilmektedir. Nişasta granülleri, su
ve sıcaklığın etkisiyle yapısal değişime uğramaktadır.
Nişasta granülleri fiziksel ve kimyasal özellikleri birbirinden
farklı amiloz ve amilopektin diye isimlendirilen iki polisakkaritten
oluşmaktadır. Çok az miktarlarda da lipid, fosfolipid, azot ve fosfor
içermektedir. Nişasta granüllerindeki amiloz/amilopektin oranı her
nişasta türünde farklıdır. Genelde amiloz amilopektinden az
bulunmaktadır. Tahıl nişastalarında yaklaşık olarak %20-25 amiloz
ve %75-80 amilopektin bulunmaktadır. Bazı bezelye varyetelerinde
istisna olarak %80 amiloz bulunabilmektedir. Bazı nişasta
çeşitlerinin nişasta amiloz oranları Çizelge 2.12’de verilmiştir.
Çizelge 2.12. Bazı Nişasta Çeşitlerinin Amiloz Oranları4
Nişasta çeşidi
% Amiloz
Nişasta çeşidi
Yulaf
26
Patates
Buğday
25
Arpa
Mısır
24
Bezelye
Mısır (hibrit)
50
Tapiyoka*
Darı
30
Pirinç
*Manihot esculenta bitkisinin köklerinden elde edilen nişasta
% Amiloz
22
22
80
17
23
İnsanın günlük karbonhidrat ihtiyacı 350–450g olup, bunun
çoğu nişasta şeklinde alınmakta, sindirim enzimleri tarafından
glukoza kadar parçalanmaktadır. Nişastada amiloz/amilopektin oranı
önemlidir. Bir gıdada amiloz oranının artması glisemik indeksi (GI)
düşürmektedir. Çünkü amilozun α-amilaz ile hidrolizi sonucu daha
az sayıda glukoz oluşmaktadır. Örneğin baklagillerde amiloz oranı
yüksektir, dolayısıyla GI düşüktür. Buğday ununda amilopektin
yüksek olduğu için GI yüksektir. Ayrıca dirençli nişasta ince
bağırsakta enzimatik hidrolize uğramadığı için gıdaların dirençli
nişasta miktarı GI’i düşürmektedir. Sindirilemeyen nişasta
fraksiyonlarına (dirençli nişasta) günümüzde ilgi artmıştır. İnce
bağırsakta
sindirilemeyen
nişasta
fraksiyonları
kolonda
mikroorganizmalar
için
substrat
oluşturmaktadır.
Yararlı
mikroorganizmaların gelişimine imkân sağlarlar. İnsan sindirim
sisteminin geniş bir yüzey alanına (takriben 150-200m2) sahip olması
ve kolonda kompleks mikrobiyal ekosistem nedeniyle dirençli nişasta
gibi moleküller önemlidir.
Sindirilebilme özelliklerine göre nişasta hızlı ve yavaş
sindirilebilen ile dirençli nişasta olarak üçe ayrılır. Dirençli
nişastanın (sindirime dirençli) fizyolojik fonksiyonları besinsel lif
ile benzerdir ve fonksiyonel lif olarak da tanımlanır. Dirençli
nişasta kimyasal ve fiziksel özellikleri bakımından dört alt
fraksiyona ayrılmaktadır. Bunlar retrograde nişasta (pişirilip
soğutulmuş nişastalı ürünlerde, ekmek, pişirilmiş-soğutulmuş
patates, kahvaltılık gevrekler), jelatinize olmamış nişasta (çiğ
patates ve yeşil muzda, yüksek amilozlu nişastalarda), kimyasal
modifikasyonla üretilmiş dirençli nişasta ve sindirim enzimleri
tarafından fiziksel olarak ulaşılamayan (lif materyali içinde
paketlenmiş formda bulunan, örneğin tohumlarda, kısmen
öğütülmüş tahıllarda, baklagillerde) nişastadır.
Nişasta önemli ve geniş kullanım alanı olan bir
hidrokolloidtir. Endüstriyel olarak nişastanın üretimi 19. yy.
başlarında başlamıştır. Nişastanın başlıca ticari kaynakları mısır,
buğday, patates ve tapiyokadır. Nişasta ürünleri nişastanın α-, βamilaz, isoamilaz gibi enzimlerle oligosakkaritlere, maltoz ve
glikoza hidrolize edilmesiyle elde edilerek çoğu gıda ve meşrubat
endüstrilerinde kullanılmaktadır. Nişasta gıda endüstrisinde
bilhassa kalınlaştırıcı, jelleştirici, stabilizatör ve yağ ikame edici
olarak kullanılmaktadır.
Nişastanın granül yapısı ve şekli, amiloz/amilopektin oranı, lipid
ve protein miktarları gibi faktörler nişastanın fonksiyonel özelliklerini,
sonuç olarak da endüstriyel kullanım alanlarını belirlemektedir.
Fonksiyonel özellikler arasında suda çözünürlük, berraklık,
retrogradasyon hızı, jelatinizasyon sıcaklığı, viskozite, jel yapısı, donmaçözünme kararlılığı, kristallik, renk, soğuk suda şişme ve şişmeye
dayanıklılık yer alır. Endüstriyel amaçlarla kullanılan nişastalar
genellikle kimyasal, fiziksel ve enzimatik yöntemlerle modifiye edilerek
bu yapısal özellikleri ve dolayısıyla da fonksiyonel özellikleri değiştirilir.
Bu nişastalara modifiye (değiştirilmiş) nişasta denilir. Bunlar nişasta
özelliklerini tamamen kaybetmeyip, belirli ölçülerde koruyan nişasta
türevlerdir. Kimyasal olarak nişastanın modifiye edilebilmesi için
hidroliz, dekstrinleştirme, yükseltgeme, eterleştirme ve esterleştirme gibi
değişik yollar uygulanmaktadır. Asitle inceltilmiş (düşük viskoziteli)
nişastalar, çapraz bağlı modifiye nişastalar, okside nişastalar, prejelatinize
nişastalar ve stabilize nişastalar (nişasta esterleri ve nişasta eterleri)
modifiye nişastalardır. Gıda sanayiinde çeşitli ve hatta yeni gıda
ürünlerinin geliştirilmesi ile sadece doğal nişasta değil, farklı modifiye
nişastalar da önem kazanmıştır.
Amiloz ve Amilopektin: Amiloz, glukoz moleküllerinin düz
zincir şeklinde ve sadece α (1–4) glukozidik bağları ile bağlanmasından
meydana gelmiş bir glukoz polimeridir. Yaklaşık 100-3000 glukoz
ünitesinden oluşur. Heliks biçiminde bükülmüş ve dallanmamıştır.
Fakat son çalışmalar amilozun çok düşük düzeyde dallanmış yapıda
bulunabileceğini ortaya koymuştur. Her 1000 glikozilde bir yan dallara
(α 1,6 glukozidik bağları) sahiptir. İyotla mavi renk vermektedir.
Amiloz nişastada genelde %20 oranında bulunur.
İkinci nişasta molekülü amilopektindir ve amiloza göre daha
büyük bir moleküldür. Bu polimerde glikoz polimerleri α (1–4)
glukozidik bağları yanında α (1–6) glukozidik bağlı dallanmalardan
oluşmuştur. Diğer bir ifade ile polimerde sıklıkla dallanma vardır.
Bunlar her 24. veya 30. glukozun serbest 6. karbonuna bağlı
dallanmalardır. Molekülde yaklaşık 6000-60000 kadar glukoz ünitesi
vardır. Bu özellik dallanmış molekül yapısından ileri gelmektedir.
Amilopektin molekülünün özelliklerini zincirlerin uzunluğu, sıklık,
dallanma yerleri belirlemektedir. Amilopektin iyot çözeltisi ile kırmızımor renk vermektedir.
O
H
C
H
C1
H
OH
C4
C
C
H
H
OH
H
C
C4
H
..........
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O
O
OH
H
C1
C
C
H
H
OH
O
O
H
OH
H
C1
C
C
H
OH
H
C
C4
H
Amiloz
:
:
C4 H
H
C OH
OH C H
C
CH2OH
O
C1 H
O
C4 H
H
OH
C OH
C H
H
C C6
O
H
O
C1
H
OH
H
C
C
H
OH
H
O
C
OH
H
C
C
C1
H
OH
H
O
O
C4
H
CH2OH
C1 H
Amilopektin
H
C
.......
C4
H
CH2OH
........
Amiloz ve amilopektin indirgen değildir. Nişasta molekülleri çok sayıda
hidroksil grubu içerdiklerinden nem çekicidirler. Nişastanın amiloz kısmı suda
kolloidal değildir. Amilopektin kısmı ise suda çözünmez, şişerek süspansiyon
halinde kolloidal karışımda dağılır.
Nişasta doğrudan asitlerle muamele edildiğinde birçok yan reaksiyon
oluşmaktadır. Asit hidroliz, nişastayı inceltmek için kullanılmaktadır. Nişastanın
yapısındaki amiloz ve amilopektini parçalamak için çeşitli enzimlerden
yararlanılır. Nişasta içerisindeki α (1-4) glukozidik bağlarını α-amilaz enzimi
(endoamilaz) gelişigüzel kırarak hidrolize eder, daha küçük yapılar oluşturur.
Dallanma noktalarında α (1-6) glukozidik baπlarύnύ kύramaz. Temel όrόn olan
dekstrin ile birlikte maltoz meydana gelir. β-amilaz enzimi (ekzoamilaz) ise
nişasta zincirlerinde indirgen olmayan uçlardan başlayarak α (1-4) glukozidik
bağlarını birer atlayarak kırar, temel ürün olarak maltoz ile birlikte limit dekstrin
oluşturur. Glukoamilaz nişastanın indirgen olmayan uçlarından α (1-4)
glukozidik bağlarını kırarak glukoz birimlerini oluşturur. Ayrıca dallanma
noktalarındaki α (1-6) glukozidik bağlarını da kırarak nişastayı hemen hemen
tamamen glukoza dönüştürür. Bu şekilde elde edilen glukoz eğer istenirse glukoz
izomeraz enzimi ile tatlılık derecesi daha yüksek olan fruktoza dönüşümü
sağlanır.
Nişastanın enzimlerle parçalanmasında bir takım kademeler
gözlenir ve bu parçalanma iyotla takip edilir. İyotla verdiği renk
reaksiyonuna göre dekstrinler aşağıdaki şekilde isimlendirilirler.
Dekstrinleşme mekanizmasında nişasta küçük parçalara
bölünür, bu parçalar sonradan dallanmış yapıda yeniden bileşik
meydana getirirler. Böylece nişastanın linear yapısı bozulur,
çözünürlüğü yüksek ürünler oluşur. Dekstrinler, glukoz molekül
sayılarından dolayı orta uzunlukta polisakkarit sınıfına girerler ve farklı
molekül büyüklüğünde nişasta parçalanma ürünlerinin bir karışımıdır.
Dekstrinler suda çözünürler, fakat maltoza kadar parçalanmadıkça
fermente olamazlar. Amilodekstrin çözünen nişasta adını alır,
özellikleri nişasta ile aynıdır, bir farkı suda çözünür olmasıdır.
Nişastadan elde edilen ve yaygın olarak kullanılan ürünlerden biri
maltodekstrindir. Düşük moleküllü dekstrinlerin kısmen yağın
özelliklerine sahip olduğu bilinmektedir. Maltodekstrin jeli sıvı ve katı
yağlarla kolayca karışabilir, stabil bir emülsiyon oluşturabilir.
Margarin, mayonez, salata sosları, süt ürünleri vb. ürünlerde kullanılır.
Ekmek kabuğu ve tosttaki tatlı lezzetler dekstrinlere bağlanır. Dekstrin
çözeltileri yapışkan olduğundan tutkal olarak da kullanılırlar. Pulların
arkasındaki yapıştırıcı da dekstrinlerden yapılmıştır. Kâğıt ve tekstil
endüstrisinde ve pirinç gibi gıda maddelerini parlatmakta kullanılır.
Glikojen: Glikojen hayvan ve insan organizmasının rezerv (depo)
karbonhidratıdır. Bitkisel hücrelerde bulunmaz. Doğru olmamakla
beraber, geleneksel terimle glikojen hayvansal nişasta olarak da
tanımlanır. Glikojen büyük ölçüde karaciğerde (%0,3) ve kas etinde
(%0,2) bulunur. Diğer organlarda ve dokularda çok daha az bulunur.
En fazla atların kaslarında, soğukkanlı hayvanların çeşitli organlarında
(balık, midye, salyangoz kabuğu) bulunur. At etindeki tatlımsı tat
kaslarında bulunan fazla miktardaki glikojenden kaynaklanmaktadır.
Rezerv karbonhidrat isminin de ifade ettiği gibi, fazla karbonhidrat
karaciğerde depo edilir ve ihtiyaç durumunda enzimatik parçalanma
yardımı ile (esasen amilaz ile) glukoza dönüştürülür. Glikojen, nişasta
gibi aynı şekilde glukoz moleküllerinden meydana gelmiştir, ancak
glikojende nişastaya göre daha fazla dallanma göze çarpmaktadır (Şekil
2.4). Glukoz molekülleri α (1–4) glukozidik bağları ile bağlanmakta
olup, her 8-10 glukozdan sonra α (1–6) glukozidik bağlarıyla yan
zincirler oluşturmaktadırlar. Dallarda 10–12 glukoz molekülü bulunur.
Glikojendeki dallanmalar amilopektine göre daha kısa ve sıktır.
(1) Amiloz
(2) Amilopektin
(3) Glikojen
Şekil 2.4. Glikojen ve nişasta bileşenlerinin strüktür yapılarının şematik gösterilişi 1
Nişastanın aksine glikojen suda oldukça kolay çözünür ve bir
zamk oluşumu meydana gelmez. Potasyum iyodür çözeltisi ile
kırmızıdan kahverengiye kadar değişen bir renk vermektedir. Fehling
çözeltisini indirger.
Selüloz: Selüloz, bütün bitkisel gıdalarda bulunur ve hücre
duvarlarının bileşeni olarak iskelet maddelerini oluşturur. Yapısal
polisakkarittir. Selüloz; hemiselüloz, lignin, pektin gibi diğer
karbonhidratlar ile ekseriya birlikte bulunur. İğne yapraklı ve
yapraklı ağaçların odunları %40–60 oranında selüloz içerirler. Saf
selüloz pamuk lifinde veya mürver ağacı özünde bulunur.
Selüloz da glukoz moleküllerinden meydana gelmiştir.
Molekül büyüklüğü kaynağına göre değişmektedir. Nişastanın
aksine bunlar yalnız düz zincir formunda bulunurlar, dallanma
yoktur. β (1-4) glukozidik bağlantısıyla bağlanmış olup, her iki
birimden birisi diğerine göre 1800 dönüşle bağlanmıştır. Bunun
sonucu olarak da gerilimsiz lineer yapı ortaya çıkar. Selülozda OH
grupları zincirden dışarıya doğru yönelir ve birbirleri ile hidrojen
bağları oluşabilir. Çok sayıdaki güçlü hidrojen bağları ile oldukça
kararlıdır. Bir zincir halindeki selüloz molekülleri yan yana ve aynı
yöne doğru yönelmiş olarak dizilip demetler yaparlar. Bu demetler,
selüloz lifleridir.
Selüloza seyreltilmiş asitler tarafından etki edilemez. Kuvvetli asitlerle
hidrolize edildiğinde glukoza parçalanır, kısmi hidrolize edildiğinde ise
sellobioz disakkariti meydana gelir.
Selülozun yapısı
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O
O
O
O
CH2OH
O
CH2OH
O
O
O
O
O. . .
Bu farklı strüktür nişastaya göre değişik özelliklerin ortaya çıkmasına
neden olur. Selüloz suda hiç çözünmez ve üzeri zamkla kaplanmaz.
Selüloz, insan vücudu tarafından değerlendirilemez. Çünkü insan selüloz
içindeki β-glukozidik bağlarını çözebilecek selülaz gibi herhangi bir
enzime sahip değildir. Buna karşın, suda çözünmeyen diyet lifi olan
selüloz dışkı hacmini arttırır, bağırsaktan geçiş sürecini kısaltır.
İşkembelerinde selülaz enzimi bulunan hayvanlar (otyiyenler) tarafından
glukoza kadar parçalanarak kullanabilirler. Selülaz enzimi ihtiva eden bazı
mikroorganizmalar tarafından parçalanır ve bu yolla gıda ile diğer
endüstrilerde kullanılabilir.
Kimyasal
modifikasyonlara uğramış selüloz türevleri
(modifiye selülozlar) gıda endüstrisinde çeşitli amaçlarla
kullanılmaktadır. Bunlar α-selüloz, β-selüloz, δ-selüloz,
karboksimetilselüloz,
metilselüloz,
hidroksipropilselüloz,
mikrofibril selüloz, mikrokristal selüloz vb. olarak bilinir. Örneğin
selüloz türevlerinden bilhassa mikrokristal selüloz yağ ikamesi
olarak kullanılmaktadır. Bu türev çözünmez bir ağ oluşturarak
suyun hareketini engeller, ağızda kremsi bir his oluşturur. Reolojik
özellikleri de yağların benzer bir kolloid yapı oluşturmasını
sağlamaktadır. Mikrokristal selüloz sürtünmeyi azaltıcı olarak
yumuşak akışı sağlamaktadır. Bu madde selüloz ve karboksimetil
selülozun karışımıdır. Metil selüloz suda çözünür ve
fermantasyona dayanıklıdır. Emülgatör ve su tutma kapasitesi
özelliğinden
dolayı
yaygın
olarak
kullanılmaktadır.
Karboksilmetilselüloz ise önemli bir stabilizatördür.
Hemiselülozlar: Hemiselüloz pentoz şekerler (ksiloz,
arabinoz vb.), heksoz şekerler (mannoz, glukoz, galaktoz vb.) ve
şeker asitlerden (üronik asit, glukuronik asit vb.) oluşmuş
heterojen polisakkarittir. İskelet yapısı β (1-4) glukozidik bağı ile
bağlı şekerlerden oluşan hemiselüloz, β (1-2), β (1-3) ve β (1-6)
noktalarında dallanma gösterir. Hemiselülozlar, farklı büyüklük ve
farklı kimyasal bileşimlere sahiptir. Genel olarak bitkilerde
hemiselülozun polimerleşme derecesi selülozdan düşüktür ve
selülozun aksine kimyasal olarak homojen yapı göstermez. Ksilan,
hemiselülozun başlıca bileşenidir. Hemiselüloz yapısındaki baskın
şekerlere
göre
isimlendirilir.
Ksilan,
glukomannan,
arabinogalaktan, galaktoglukomannan, β-glukan, galaktan vb.
örnek verilebilir. Tahıl hemiselülozlarının bileşiminde ksiloz,
arabinoz, galaktoz, glukoz, glukuronik asit bulunmaktadır.
Selüloz, lignin ile birlikte bitki hücre çeperlerinde yer alır.
Bu yüzden her ikisine birden lignoselulozik maddeler de denir.
Selülozdan sonra tabiatta en çok bulunan hemiselüloz vücutta
sindirilemediği için diyet lifi özelliği göstermektedir. Hemiselüloz,
suda çözünen ve çözünmeyen formlara sahiptir. Suda çözünmeyen
hemiselülozun en önemli özelliklerinden biri ağırlığının yaklaşık
10 katı kadar su bağlamasıdır. Dolayısıyla hacim artışı sağlayan
ajanlardır. Suda çözünenler ise viskozite üzerine etkilidir. Çeşitli
tarımsal atıklar (örneğin mısır lifi ve koçanı, saman, sap, kabuk,
küspe gibi) hemiselüloz kaynağı olarak değerlendirilmektedir.
Hemiselülozu buğday sapı %50, şeker kamışı %30, mısır koçanı
%35 civarlarında içermektedir. Hemiselüloz içeriği yüksek olan bu
kaynaklardan gıda ve gıda dışı amaçlar için kullanılabilen etanol,
furfural, ksilitol, glukoz, ksiloz, ksilo-oligosakkarit gibi ürünler elde
edilebilmektedir.
İnülin: İnülin, fruktanlar (fruktozan, frukto-oligosakkarit)
grubuna girer ve yalnız fruktoz moleküllerinden (yaklaşık 60’a
kadar, ortalama 12 früktoz ünitesi) meydana gelmiştir. β (1-2)
glukozidik bağları ile früktozlar bağlanarak oluşur. İnülin; hindiba,
yıldızçiçeği kökü, kuşkonmaz kökü, enginar, soğan, pırasa,
sarımsak, yer elması kök ve yumrularında bulunan rezerve
karbonhidratıdır. Hindiba köklerinde ve yerelmasında %40-45’e
kadar inülin bulunur.
İnulin zamk oluşturmaksızın sıcak suda kolayca kolloidal
olarak çözünür, buna karşılık soğuk suda çözünmez. Tamamen
nötr tattadır. İyot çözeltisi ile sarı renk verir. Fehling çözeltisini
indirgemez. Nişasta ve glikojen gibi alkalilere karşı oldukça
dayanıklıdır.
İnülin diyet lifi olmasına karşın, diğer diyet liflerinde
görülen birçok olumsuz etkiyi göstermez. İnülin ağızda farklı bir
tat, kumluluk hissi vermez, tamamen pürüzsüz bir yapı elde edilir.
İnülin su ile karıştırıldığında birçok üründe yağın yerine
kullanılabilmektedir. Dolayısıyla inülin/su karışımının 9 kcal/g
enerji veren yağın yerine kullanımı ile düşük kalorili ürün eldesi
sağlandığı gibi düşük yağlı ürünlerde görülen kıvam, yapı ve
ağızda doygunluk kaybı inülin ile önlenmektedir. İnülin yaygın
olarak yoğurt, peynir, margarin, tereyağı, salam, sosis, çikolata,
krema gibi bazı gıdalarda kullanılmaktadır.
İnülinin kısmi enzimatik hidrolizi ile oligofruktoz
(polimerizasyon derecesi 20’ye kadar) oluşur. Oligofruktoz
sakkarozun %30’u kadar tatlıdır, şekersiz dondurma, yoğurt,
kurabiye vb. ürünlerde kullanılmaktadır.
İnülin ve oligofruktoz vücutta sindirilmeden direkt
olarak kalın bağırsağa geçer. Çözünür lif olduklarından dışkı
ağırlığını arttırır. Bağırsak mikroflorasına olumlu etkileri vardır.
Probiyotik bakteriler üzerine prebiyotik etki gösterirler. Bilinen
en önemli fonksiyonları bağırsaklarda bifidobakterilerin
gelişmesini uyarmalarıdır. İnülin ve oligofruktozun kalori
değerleri sırasıyla 1 kcal/g ve 1,5 kcal/g’dır. Bu kalori
kalınbağırsaktaki fermantasyon etkisi sonucu ortaya çıkan
maddelerden kaynaklanır.
Graminin: Graminin (C6H10O5)10 tahıl fruktanlarındandır ve 10
fruktoz molekülünden meydana gelmiştir (dekafruktozan). Graminin
çavdarda (genelde %2,4 civarında) bulunur. Buğdayda bulunmadığı
(veya çok düşük düzeyde, %0,5) için iki cins unu birbirinden ayırmak
mümkün olur.
Gamlar: Gam terimi ilk olarak yapışkan, zamkımsı, bitkilerden
sızan doğal maddeler için kullanılmıştır. Gamlar, hidrokolloid veya
stabilizatör gibi isimlerle de bilinen polimerik materyal grubun
içerisinde yer almaktadır. Çoğunluğu karbonhidratlardır. Bunlar
kolloidal yapıda ve hidrofilik kolloid özelliktedirler.
Gıda sanayiinde sulu sistemlerde kıvam arttırıcı, sistemi stabilize
edici, film ve jel oluşturucu, kaplayıcı, köpük tutucu gibi çeşitli işlevsel
özellikleri düzenlemek amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır. En
önemli özellikleri hidrofilik karakterleri nedeniyle düşük miktarlarda
kullanıldıklarında sulu çözeltilerde ve süspansiyonlarda jelleşme
yapmaları veya kıvamı artırmalarıdır. Suda çözünerek veya şişerek
serbest suyu bağlar ve viskoziteyi arttırırlar.
Gamlar genellikle bitkisel kaynaklardan olmak üzere farklı
kaynaklardan elde edilmektedir. Endüstriyel ve bilimsel
uygulamalar için bunların mikrobiyal kaynaklardan elde edilmesi
birçok faktörden dolayı daha uygun olmaktadır. Gamlar elde
edildikleri kaynaklara göre sınıflandırılabilir. Fakat nişasta ve
jelatinde olduğu gibi hidrokolloid özelliğe sahip olup da gam
yapısında olmayan polimerik materyaller bulunduğu için
hidrokolloidler veya stabilizatörler başlığı altında sınıflandırma
daha geniş kapsamlı olabilir. Hidrokolloidler; nişasta ve türevleri,
selüloz ve türevleri, gamlar ve diğer hidrokolloidler olarak 4 temel
sınıfa ayrılmaktadır. Bunlar elde edildikleri kaynaklara göre
aşağıdaki gibi gruplandırılabilir;
-Doğal kaynaklı olanlar:
Ağaç sızıntıları, reçine gamları
Çekirdek, tohum veya kök
Deniz yosunu ekstraktları
Bitki ekstraktları
Doğal nişastalar
Süt kaynaklı
Deri ve kemik kaynaklı
: gam arabik, trakagant, gam karaya
: keçiboynuzu gamı, guar gam, tara gam
: agar, alginatlar, karragenan
: pektinler, turunçgil kabukları, elma
: mısır, patates vb. nişastalar, tapiyoka
: kazein (protein hidrokolloid)
: jelatin (protein hidrokolloid)
-Modifikasyonla elde edilenler:
Nişasta türevleri
Selüloz türevleri
: modifiye nişasta, dekstrin
: metilselüloz, mikrokristalselüloz,
karboksimetilselüloz, hidroksipropilselüloz
Mikrobiyal fermentasyon gamları : ksantan gam, gellan gam, dekstran
Gamlar fonksiyonlarına
ayrılabilirler;
göre
sınıflandırılır
ise
üç
gruba
Jelleşme ajanları: Agar, alginatlar, karagenan, gellan, dekstran,
ksantan gam, hidroksipropilselüloz, metilselüloz
Kalınlaştırıcılar: Alginatlar, karagenan, guar gam, gam arabik,
keçiboynuzu gamı, ksantan gam, karboksilmetilselüloz,
metilselüloz, hidroksipropilselüloz, mikrokristalselüloz
Stabilize ediciler: Alginatlar, karragenan, gam arabik, keçiboynuzu
gamı, ksantan gam, hidroksipropilselüloz, mikrokristalselüloz,
metilselüloz
Yaygın olarak bilinen ve kullanılan çeşitli gamlar hakkında bazı
bilgiler aşağıda yer almaktadır.
Hindistan ve Pakistan’da yetişen Cyamopsis
tetragonoloba ve Cyamopsis psoralaides isimli iki guar bitkisinden
ekstrakte edilen guar gam (veya guaran) önemli kıvam verici
polisakkaritlerdendir. Guar bitkisinin tohum endospermlerinin
öğütülmesi ile elde edilir. Ana bileşeni galaktomannandır. Ana
zincir β (1-4) glukozidik bağlı D-mannopiranozil birimlerinden
oluşmaktadır. Ana zincire (1-6) bağı ile α-D-galaktopiranozil
bağlanmıştır. Mannoz/galaktoz oranı 2:1’dir. Galaktomannanlar
suda çözünen polisakkaritlerdir.
Guar
gam:
Guar gam, gıda sanayiinde özellikle süt ve fırıncılık ürünleri,
sosların üretiminde kullanılır. Kullanım amaçlarına eritme
peynirleri, dondurulmuş gıdalar vb. ürünlerde sineresisi minimize
etmek, fırın ürünlerinde su tutma özelliğini artırmak,
şekerlemelerde nemi alıkoymak, çorbalarda stabilizatör görevi
görmek, içeceklerde (sahlep, boza, toz karışımlar vb.) akışkanlık
kontrolünü temin etmek örnek olarak verilebilir. Guar gam nişasta,
selüloz, agar, karragenan vb. ile birlikte kullanılabilir. Örneğin guar
gam ve selüloz arasındaki intermoleküler interaksiyon yağların
yerine kullanılan maddelerin üretiminde kullanılır. Diğer taraftan
guar gam yüksek pH değerlerine ve bakteriyel fermentasyona
duyarlılık göstermektedir.
Keçiboynuzu gamı: Keçiboynuzu çekirdekleri bir dizi işleme tabi
tutularak gıda sanayinde çok önemli bir katkı maddesi olan
keçiboynuzu
gamına
dönüştürülmektedir.
Keçiboynuzu
çekirdekleri Ceratonia siliqua L. türüne giren ağaçların (karob
ağacı) bakla biçimindeki meyvesidir. Keçiboynuzu çekirdeğinin
gam özelliği ise çekirdeğin kabuk ve embriyosu arasında kalan
endosperm tabakasının öğütülmesiyle ortaya çıkmaktadır. Bu gama
locust bean gam veya karob bean gam ismi de verilir. Kimyasal
olarak galaktomannan olarak tanımlanabilen, glukozidik bağlarla
galaktopiranoz ve mannopiranoz birimlerini içeren şekilde
polisakkaritlerden oluşur. Yapı; β (1-4) glukozidik bağlarla
bağlanmış D-mannoz ana zincirine her 4. veya 5. üniteye 1-6
glukozidik bağ ile D-galaktoz bağlanmış yan zincir içermektedir.
Yapısı benzer olmakla beraber guar gama göre daha az yan dal
içerir. Galaktoz/mannoz oranı yaklaşık olarak 1/4'tür. Guar gama
göre bu oran farklı olduğu için bazı fiziksel özelliklerinde çok az
farklılık bulunmaktadır.
Keçiboynuzu gamı soğuk suda şişmekte ve yaklaşık olarak
ağırlığının 50 katı kadar suyu bağlayabilmektedir. Fakat yüksek
çözünürlük için ısıtma işlemi gerekmektedir. Keçiboynuzu
çekirdeklerinin endospermlerinden elde edilen bu zamksı madde,
başta dondurmalar olmak üzere yoğurt, puding, eritme ve krem
peynirleri, su bazlı jöleler, şekerlemeler, et ve balık ürünleri,
içecekler, ketçap, mayonez, salça, unlu mamuller ve dondurulmuş
gıdalar gibi birçok ürünün en önemli bileşeni olmaktadır. Yağı
azaltılmış et ürünlerinin su salmalarını engellemek, salam ve sosis
ürünlerinde bağlayıcı ve kayganlaştırıcı etki yapmak,
dondurmanın erime hızını yavaşlatmak ve ısı şokuna direncini
arttırmak, yoğurt ve puding gibi ürünlerde koyu kıvamı sağlamak,
unlu mamullerde kırılganlığı azaltmak, içeceklerde kıvamı
geliştirmek, dondurulmuş gıdaların buzların çözünmesine karşı
kararlılık göstermesini sağlamak gibi çeşitli amaçlar keçiboynuzu
gamının kullanımına örnek olarak verilebilir.
Gam arabik: Gam arabik veya arap zamkı olarak da bilinen
akasya gamının, emülsifiye edici özelliğinin çok iyi olması
sebebiyle kullanım alanı oldukça yaygındır. Leguminosea
familyasına ait akasya ağaçlarından elde edilen doğal bir sızıntıdır.
Gam arabik D-glukuronik asid, L-ramnoz, D-galaktoz ve Larabinoz ile yaklaşık olarak %2 glikoprotein içeren bir
karbonhidrat polimeridir. Gam arabiğin emülsifiye edici özelliği
yapısında bulunan proteinlerle ilişkilidir.
Suda çözünme oranı (takriben %50) oldukça yüksektir.
Yüksek çözünürlüğü, düşük viskozitesi, emülsifiye edici olması ve
uçucu bileşenlerin tutulumunu iyi bir şekilde sağlamasından
dolayı mikroenkapsülasyon işleminde kaplama materyali olarak
kullanımı yaygındır. Daha ziyade yağların enkapsülasyonunda
kullanımı çok yaygındır. Zira gam arabik geniş bir pH aralığında
farklı birçok yağ ile stabil bir emülsiyon oluşturabilmektedir.
Şekercilikte kristalleşmeyi önlemek, içeceklerde köpüğü stabilize
etmek amacıyla kullanılır. Gam arabik jelleşmeyen bir gamdır.
Tragakant gam: Tragakant gamı, geven (keven) ya da
astragalus adı verilen bitki türünden elde edilen özsuyunun
kurutulması ile üretilen reçine gamıdır ve yüksek molekül ağırlıklı
polisakkarit kompleksidir. Bileşiminde arabinoz, ksiloz, galaktoz ve
galakturonik asit bulunmaktadır. Gıda sanayiinde kalınlaştırıcı ve
stabilizatör olarak kullanılmaktadır. Şeker ve kremalarda etkin bir
su bağlayıcısı olarak kullanılmaktadır. Kalın ve yapışkan sıvılar ve
hamurlar oluşturabilir. Asidik çözeltilerde yüksek dayanım
göstermektedir.
Karaya gam: Karaya gam, Bixaceace familyasına ait Sterculia
urens cinsi ağaçlardan elde edilen kurutulmuş salgı olarak
tanımlanır. Bu ağaç Hindistan’da yetişmektedir. Bu gamın
özellikleri tragant gama ve agar-agara benzerlik göstermektedir.
Yüksek moleküllü bir polisakkarittir. Sıcak ve soğuk suda
çözünmez. Fakat çok yoğun kolloidal karışım oluşturur. Gıda
sanayiinde stabilizatör ve emülsifier olarak kullanılmaktadır.
Fırıncılık ürünlerinde kullanılan kaplamalar ve parlatıcılar
çoğunlukla karaya gamı içerir. Et ürünlerinde değişik amaçlarla
(güçlü yapı, su bağlama, dayanıklılık) kullanılmaktadır. Süt ürünleri,
mayonez, salata sosu gibi çeşitli ürünlerde de kullanılır.
Karregenan: Karragenan temelde D-galaktoz esaslı bir
polisakkarittir. Şeker birimlerine sodyum, potasyum, magnezyum
sülfat yarı-ester grupları bağlanmıştır. D-galaktopiranozil
birimlerinin (dönüşümlü olarak α-1,3 ve β-1-4 glukozidik bağları
ile) lineer birleşmesi ile oluşmuştur. Sülfat içeriği ağırlıkça %15-40
arasındadır.
Rhodophyceae familyasındaki kırmızı deniz
yosunlarından sıcak ve seyreltik alkali çözeltiler ile karragenanın
sodyum tuzu halinde ekstrakte edilirler. Kırmızı deniz yosunlarının,
Chondrus crispus, Euheuma cottonii ve Eucheuma spinosum türleri
bilinen en önemli karragenan kaynaklarıdır.
Başlıca karragenan tipleri kapa (κ), iota (ι) ve lambda (λ)
olmak üzere üç çeşittir. Bunların özellikleri ise; kappa karragenan,
sert ve dayanıklı jel yapı, iota karragenan elastik ve su tutucu jel
yapı sağlarken lambda karragenan jel oluşturmaz ve iyi viskozite
istenen gıdalarda kullanılır. Karragenanın en önemli özelliği su ve
süt bazlı gıdalarda düşük miktarlarda farklı çeşitlerde jel
yapabilmeleridir. Dolayısıyla gıda sanayiinde jelleştirici, bağlayıcı,
kalınlaştırıcı ve stabilizatör olarak birçok üründe bilhassa et ve süt
ürünlerinde yaygın kullanılır. Dondurma yapımında önemli bir
yapı kusuru olan büyük kristallerin oluşumunu önlemekte
yararlanılır. Düşük kalorili ürünlerde selüloz türevleri ile birlikte
kullanılmaktadır. Karragenanlar proteinlerle özellikle de süt
proteinleri ile etkileşime girmektedir.
Alginatlar: Alginatlar, alginik asidin sodyum, potasyum ve
kalsiyum tuzlarıdır. Sodyum alginat (C6H7NaO6)n ticari olarak daha
yaygın kullanılmaktadır. Alginik asit genellikle kahverengi deniz
yosunlardan elde edilir. Alginik asit β-D-mannuronik asit ve α-Lglukoronik asit birimlerinden meydana gelmiştir. Deniz yosunları sodyum
karbonat çözeltisi ile işlem görür ve yapılarında bulunan polisakkarit
çözünür formdaki sodyum tuzuna dönüşerek ekstrakte edilir. Daha sonra
ekstraktaki alginat kalsiyum tuzu halinde çöktürülür, hidroklorik asitle
çözünmez özellikteki alginik asit ve bunun nötralizasyonu ile de çözünür
özellikte sodyum alginat elde olunur. Alginatlar polisakkarit yapıdadır.
Alginatlar yaygın olarak düşük miktarlarda yüksek viskozite
sağlamak için kullanılmaktadır. Alginik asitin alkali tuzları suda iyi
çözünür ve kalsiyum iyonlarının varlığında çok kolay jel oluşturur. Gıda
sanayiinde kullanımlarına meyve sularındaki pulpu süspansiyon halde
tutmaları ve kıvamı artırmaları, dondurmada büyük kristallerin
oluşumunu engellemeleri, patateslerin depolama sürelerinin uzatılması,
çeşitli ürünlerin formülasyonlarında jelleştirici ve birada köpük
stabilizatörü olarak yer almaları ve benzerleri örnek olarak verilebilir.
Agar-agar: Kırmızı deniz yosununun Rhodophycea sınıfından
elde edilen kurutulmuş hidrofilik poligalaktozit olarak
tanımlanmaktadır. Agar-agar galaktoz moleküllerinden oluştuğu için
galaktan grubuna girmektedir. Elde edildiği deniz yosununun
kaynağı ve üretim metoduna göre agarlar, değişik karakteristik
özellik göstermektedir. Malay dilinde jöle anlamına gelmektedir.
Nişastada olduğu gibi agar-agarda iki bileşenden meydana
gelmiştir. Bunlar agaroz ve agaropektindir. Oranları hammaddeye
göre değişim göstermektedir. Her iki bileşeni de düz polisakkarit
zincirlerinden oluşmuştur. Yalnız agaropektinde 6. karbon
atomundaki hidroksil grubu sülfürik asitle esterleşmiştir. Agaroz,
agarın yüksek jelleştirme özelliğini ve agaropektin ise viskoz
özelliğini verir.
O
OH
O
Agar-agar belirli bazı kırmızı
yosun cinslerinden elde edilir
CH2OH
O
HO
O
HO
O
O
Agar-agar soğuk suda çözünmez, sıcak suda ise yavaş çözünmektedir. Jöle
materyali olarak kullanılır ve şekerleme endüstrisinde jöle artikellerin
yapılışında büyük önemi vardır. Çünkü çok fazla su bağlama kapasitesine
sahiptir ve çok düşük konsantrasyonda sert jöle meydana getirir. Jel
yapma özelliği jelatinden yaklaşık on kat daha fazladır. Mikrobiyoloji
çalışmalarında ve ilaç sanayiinde de kullanılmaktadır. Yaygın olarak
besiyerlerinde de kullanılmaktadır.
Ksantan gam: Mikrobiyal fermantasyon gamı olan ksantan gam
heteropolisakkarit ve önemli bir endüstriyel biopolimerdir.
Lahana ve benzeri bitkilerin yapraklarında bulunan bir bakteri
Xanthomonas
campestris
tarafından
üretilir.
Ksantan
molekülünün ana zinciri selüloz molekülü ile aynı yapıya sahiptir.
Bu yüzden ksantanselüloz derivatı olarak tanımlanabilir. Ana
zincir 1,4-β-glukopiranoz kalıntısından oluşmuştur. Ortalama
olarak her iki glukoz kalıntısı 3. karbon atomunda yan zincir
olarak bir trisakkarit (mannoz, glukuronik asit ve en uçta yine
mannoz biriminden oluşur) ihtiva eder.
Ksantan gam çeşitli özellikleri sebebiyle gıda ürünlerinde yaygın
olarak kullanılmaktadır. Ksantan gam endüstriyel olarak mikrobiyal
yolla Xanthomonas campestris kullanılarak üretilmektedir.
Gıdalarda kullanılmasına izin verilen ilk bakteriyal polisakkarittir.
FDA tarafından spesifik bir limit miktarı olmaksızın gıda katkı
maddesi olarak kullanımı kabul edilmiştir. Avrupa Birliği gıda
emülsifier/stabilizatör olarak E 415 kodu ile kabul etmiştir. Ksantan
gam sıcak veya soğuk suda çözünebilir. Çözeltileri, emülsiyonları ve
jelleri yüksek donma ve çözünme stabilitesine sahiptir. Ksantan gam
tek olarak veya çeşitli gamlar ile kombinasyonları dondurma, fırın
ürünleri, içecekler, düşük kalorili gıdalar, salça, dondurulmuş
ürünler ve süt ürünleri gibi çok sayıda üründe farklı amaçlarla
(emülsifier, stabilizatör, tekstür düzenleyici, jelleştirici, şeker-yağ
ikame maddesi, kalınlaştırma vb.) kullanılabilmektedir. Ksantan
gamın akış özelliği bilhassa fırıncılık ürünlerinde, yoğurma ve şekil
vermede büyük önem taşımaktadır.
Gellan gam: Mikrobiyal gamlar sınıfında olan gellan gam,
aerobik fermentasyon ile karbon kaynağı, fosfat, organik asit,
inorganik azot kaynakları ve uygun iz elementler içeren bir ortama
Pseudomonas elodea saf kültürü inoküle edilerek üretilir. Lineer ve
anyonik bir heteropolisakkarit olan gellan gam, tetrasakkaritin
tekrarlı birimlerinden oluşmaktadır. Bu tetrasakkarit içerisinde 1,3-βD-glukoz, 1,4-β-D-glukuronik asit, 1,4-β-D-glukoz ve 1,4-α-L-ramnoz
yer almaktadır. Glukoz, ramnoz ve glukuronik asit oranı yaklaşık
2:1:1’dir.
Gellan gam kolay çözünme özelliğine sahiptir ve pH 3,5-8
arasında stabilite gösteren bir jelleştiricidir. Düşük oranlarda (% 0,05)
dahi jel oluşturur. Şekerleme, reçel ve jölelerde, su bazlı jellerde, çerez
kaplanmada, pudinglerde, kek kremalarında, süt ürünlerinde
jelleştirici ajan olarak kullanılmaktadır. Fırıncılık ürünlerinde dolgu
maddesi olarak kullanıldığı zaman daha düzgün bir yapı ve ağızda
daha iyi bir tat bırakmakta, ayrıca bu tip ürünlerin depolama
sürelerini, ısıl stabilitelerini arttırmakta ve nem kaybını
azaltmaktadır.
Dekstran: Dekstran Leuconostoc mesenteroides tarafından
bakteriyel fermantasyon yolu ile üretilmektedir. Dekstran bir
glukondur ve yapısının nişasta/dekstrine çok benzemesi nedeniyle
dekstran denilmektedir. Bilimsel olarak araştırılan ve endüstriyel
düzeyde kullanılan, üretilen ilk mikrobiyal polisakkarit olma
özelliği göstermektedir. D-glukoz moleküllerinin 1,4 glukozidik
bağları ile birleşmesiyle polimerize olmasıyla oluşur.
Sıcak veya soğuk suda kolaylıkla çözünebilir. Sterilizasyon
sıcaklıklarına
dayanıklı,
berrak
ve
viskoz
çözeltiler
oluşturabilmektedir. Dekstran çözeltileri tatsız ve kimyasal olarak
inert olup, gıda bileşen öğelerinin birçoğu ile uyumludur.
Emülsifiye etme ve stabilize etme gibi özelliklerinden dolayı unlu
mamuller, şekerlemeler ve içecekler gibi çeşitli gıdalarda kullanımı
mümkün olmaktadır. Ayrıca koruyucu kaplamalarda da kullanılır.
Dişlerin yüzeyinde gelişen bakteriler tarafından oluşturan
dekstranlar diş plakların bileşenidir.
Pektinler: Pektik maddeler bitkilerin hücre zarlarında,
hücre aralarında ve orta lamel bölgesinde kolloidal olarak
bulunan kompleks asidik heteropolisakkaritlerdir. Pektin, selüloz
ile birlikte bulunur ve birlikte bitkilerin iskelet maddesini
oluştururlar. Ayrıca regüle edici olarak bitkilerin su bütçesini
düzenler. Çünkü pektin şişme kabiliyetindedir. Bu sayede
hücreler arasındaki difüzyon olayı ayarlanmaktadır. Özellikle
bitkilerin etli kısımları pektin bakımından zengindir. Pektin
aslında bitki dokularının çoğunda ve olgunlaşmamış meyvelerde
protopektin (pektoz, pektinojen) olarak bulunmaktadır.
Olgunlaşma sırasında protopektin enzimatik hidrolizle yavaş
yavaş suda çözünen pektine dönüşmektedir.
Pektik maddelerin temel bileşeni D-galakturonik asittir.
Bunlar lineer α (1-4) glukozidik bağları ile bağlanmıştır. Dgalakturonik asit dışında galaktoz, ramnoz, ksiloz gibi başka şekerleri
de içerirler. Çeşitli derecelerde metil ester grubu içermektedir.
Pektik maddeler temelde protopektin, pektinik asit, pektin,
pektik asit ve bunların tuzlarını içeren büyük bir grup maddenin
ismidir. Hiçbir karboksil grubu esterleşmemiş poligalakturonik
asitlere pektik asit, tuzlarına pektat denir. Pektik asitler pektinlerin
temel gövdesidir. Bazı karboksil grupları esterleşmiş poligalakturonik
asitlere ise pektinik asit, tuzların da pektinat denir. Bitkilerde
bulunan ve soğuk suda çözünmeyen, fakat sıcak su, asit ve tuz
çözeltiler ile ekstrakte edilebilen pektik maddelere protopektin
terimi kullanılır. Bunun kısmi hidrolizi ile pektin ve pektinik asitler
elde edilir. Pektin terimi çoğunlukla değişik metil esterleri içeriği ve
nötralizasyon derecesine sahip ve jel oluşturan, suda çözünür
galakturonoglikan preparatlarını tanımlamakta kullanılır.
Pektinler esterleşme derecelerine göre; yüksek metoksilli (karboksil
gruplarının %50’sinden fazlası esterleşmiş) ve düşük metoksilli
olarak üzere iki büyük gruba ayrılırlar. Jelleşme olayı kesin olarak
pektinin esterleşme derecesi ve molekül büyüklüğü ile etkilenir.
Yüksek metoksilli pektinler yüksek şeker ve asit içeriğinde jel
oluşturabilirler. Karboksil gruplarının %68’sinden fazlası esterleşmiş
olan pektinler hızlı jel oluşturma kabiliyetindedir. Eğer yüksek
derecede esterleşen pektinler kullanılırsa, belirli bir hidrojen iyonu
konsantrasyonunun yanında (yaklaşık pH 3) mutlaka yüksek
konsantrasyonda şekerde mevcut olmalıdır (% 60–70, jel miktarı
üzerinden). İyi bir jel oluşumu için pektin-şeker-asit oranının
optimum tutulması gerekir. Düşük metoksilli pektinler (karboksil
gruplarının %30-50’si esterleşmiş) şeker ve/veya asite ihtiyaç
duymadan uygun katyonların varlığında jel oluştururlar.
Ticari olarak turunçgil (portakal, limon vb.) kabuklarından ve elma posasından
üretilmektedir. Limondan elde edilen pektin kalitesi yüksektir. Ayçiçeği tablası,
şeker pancarı küspesi gibi diğer tarımsal endüstri artıkları da önemli miktarda
pektin içerir. Pektinin bileşimi ve özellikleri kaynağına, üretim yöntemine ve
uygulanan işlemlere bağlı olarak değişmektedir. Pektin bitkisel kaynaklı bir
stabilizatör olup farklı nitelik ve miktarlarda bulunmaktadır. Çizelge 2.13’de
bazı bitkisel materyallerin pektin içerikleri verilmiştir.
Çizelge 2.13. Bazı Bitki Materyallerin Pektin İçerikleri 14,44
Bitkisel Materyal
Patates
Domates
Elma
Elma posası
Pektin (k.m., %) Bitkisel Materyal
2,5
3
5–7
15-20
Havuç
Ayçiçeği tablası
Şeker pancarı küspesi
Turunçgillerin kabuğu
Pektin (k.m., %)
10
25
15–20
30–35
COOH
C
O
H
...
C
H
H
OH
C
OH
C
C
OH
H
H
H
C
C
H
O
C
C
H
H
COOH
C
C
C
H
H
H
H
O
COOH
OH
O
O
OH
H
C
C
H
OH
C
....
Protopektin, galakturonik asit moleküllerinin serbest karboksil grupları ile metal
iyonları köprüsü üzerinden bağlanmıştır (özellikle Ca iyonları).
O
COOCH3
COOCH3
COOCH3
O
O
O
O
...
...
O
O
O
COO
COO
COO
Ca
O
COO
Ca
O
O
O
O
...
...
O
COOCH2
O
O
COOCH2
O
O
COOCH2
Ticarette kullanılan pektinin elde edilmesi için protopektin seyreltik
organik (tartarik asit, sitrik asit vb.) ve inorganik asitlerle (klorür
asit vb.) muamele edilir. Bununla metal iyonları köprüsü (tuz
bağları) parçalanır ve böylece saf kurutulmuş, çözünür özellikte
kullanılacak pektinler elde edilir. Yüksek moleküllü pektin
seyreltilmiş asitler dışında enzimler ile de (pektinazlar) kısa zincirler
halinde galakturon asidi moleküllerine kadar hidrolitik olarak
parçalanır. Ticari pektinlerde gıda teknolojisi açısından aranan bazı
özellikler, jel oluşturma derecesi/kapasitesi, kıvamlaşma süresi ve iyi
çözünmedir.
Pektin jelleştirici, kıvam verici, emülgatör ve stabilizatör
özelliklerinden
dolayı
gıda
sanayiinde
yaygın
olarak
kullanılmaktadır. Yüksek metoksilli pektinler çok iyi jelleşmesi
sebebiyle reçel, marmelâtlar ve jölelerde önemlidir. Kararlı bir jel
oluşumu için standart koşullar; pektin <%1, şeker %58–75 ve pH
2,8–3,5 olarak verilebilir. Bu ürünlerin düşük kalorili (az şekerli)
olanlarında düşük metoksilli (esterleşme düzeyi düşük) pektinler
kalsiyum iyonu eşliğinde kullanılır. Sonuç olarak pektinle
dayanıklı jel oluşumu pektin miktarı, metillenme oranı, şeker
miktarı ve pH değerine bağlıdır. Pektinler, içecekler ve dondurma
stabilizasyonunda, meyve suyu ve şarabın durultulmasında,
mayonez, salça ve salata soslarında kıvam verme gibi çeşitli
gıdalarda farklı amaçlarla kullanılmaktadır.
Kaynaklar
• Gıda Kimyası, Prof.Dr. Mehmet Demirci,
2012.