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 maddesi Toplam şeker (%) Monosakkarit Disakkarit % Polisakkarit Elma 14,5 Glukoz Sakkaroz Fruktoz Mannoz 1,17 3,78 6,04 eser Nişasta Selüloz 1,5 1,0 Üzüm 17,5 5,35 5,33 1,32 2,19 0,6 Çilek 8,4 2,09 2,40 1,037 0,07 1,3 Havuç 9,7 0,85 4,25 7,8 Soğan 8,7 2,07 1,09 0,89 0,71

Gıda maddesi Toplam şeker (%) Monosakkarit Disakkarit % Polisakkarit Yer Fıstığı 18,6 Sakkaroz 4–12 Selüloz 0,7 Patates 17,1 - Nişasta 14,0 0,5 Tatlı Patates 26,1 Glukoz 0,87 2–3 14,7 Tatlı Mısır 22,1 12–17 Bal 82,3 Fruktoz 28–35 34–41 1–5 Et 0,01 Glikojen 0,10 Süt 4,9 Laktoz Şeker Pancarı 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.

klorofil 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 güneş ışığı 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 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.

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 α-D-Glukoz β-D-Glukoz Spesifik rotasyon, [α]20D +112,2° +18,7° Erime noktası, °C 146 150 Suda çözünürlük, g/100ml 82,5 178 Glukoz oksidaz ile oksidasyon hızı 100 <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 D-glukoz 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

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 : İki glukoz molekülünden oluşmuştur (α 1-4 glukozidik bağ içerir). Sakkaroz : Bir molekül glukoz ve bir molekül fruktozdan oluşmuştur. Laktoz : Bir molekül glukoz ve bir molekül galaktozdan oluşmuştur. Sellobiyoz : İki glukoz molekülünden oluşmuştur (β 1-4 glukozidik bağ içerir). Gentiobioz : İki glukoz molekülünden oluşmuştur (β 1-6 glukozidik bağ içerir). Trehaloz : 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-glukoz-fruktoz), 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. Galaktoz-galaktoz-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 Disakkaritler Sakkaroz Şeker pancarı ve kamışı Maltoz Nişasta yapıtaşı, arı balı, şeker kamışı Sellobiyoz Selülozun yapıtaşı Laktoz Süt Trehaloz Maya, mantar ve böcek hemolinfinde Oligosakkaritler Mellibioz Kakao Fukosilolaktoz Anne sütü Rafinoz Şeker pancarı ve kamışı, pamuk tohumu, baklagiller Stakiyoz 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, galakto-oligosakkaritler, gluko-oligosakkaritler, mannan-oligosakkaritler, ksilo-oligosakkaritler, izomalto-oligosakkaritler 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 (D-galaktoz, 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 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 Bulunduğu Yere Göre Fonksiyonlarına Göre Kimyasal Yapılarına Göre Çatı-İskelet maddesi Selüloz Polisakkaritler Disakkaritler Bitkisel Tüm şeker çeşitleri Nişasta Selüloz Sakkaroz Laktoz Maltoz Heteroglikanlar Arap zamkı Tragant Depo maddeler Nişasta Glikojen Monosakkaritler Homoglikanlar Hayvansal Süt şekeri Kan şekeri Glikojen Jelleşen maddeler Pektin Agar-Agar Pentozlar Riboz Ksiloz Arabinoz Likoz Glukanlar Nişasta Selüloz Glikojen Glukuronanlar Pektinler Alginatlar Galakturon Heksozlar Aldozlar . Glukoz Mannoz Galaktoz Ketozlar Fruktoz Sorboz Pikoz Tagatoz Altroz Guloz İdoz Taloz Alloz Fruktanlar İnülin Graminin Galaktonlar Agar - Agar

Karbonhidratlar fizyolojik etkilerine göre sınıflandırıldıklarında ise; insan ince bağırsağında sindirilme durumuna göre üç gruba ayrılabilirler. Bunlar sindirilemeyen (dirençli) oligosakkaritler (inulin, frukto-oligosakkaritler, ksilo-oligosakkaritler, rafinoz, izomalto-oligosakkaritler, 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.

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-D-glukoz 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 β-glukoza 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 Çevirme derecesi Karbonhidrat Çevirme derecesi D-Glukoz +52,5 Sakkaroz +66,5 D-Fruktoz -92,4 Maltoz +136 D-Mannoz +14,5 Laktoz +53,6 D-Riboz -23,7 Sellobiyoz +34,6 L-Arabinoz +105 Mellebioz +143 D-Galaktoz + 80,2 Rafinoz +101 x : 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 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) C6H12O6 + C6H12O6 (Glukoz) (Fruktoz) asit veya enzimler

Sakkarozun inversiyonu kristalizasyonun kontrolünde önemlidir 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 : Doyma miktarı yeterli olmayan Doymuş çözeltiler : Doyma miktarı yeterli olan Fazla doymuş çözeltiler : 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 Fruktoz Çok iyi çözünür Glukoz Sakkaroz Maltoz İyi çözünür Laktoz Ağır (yavaş) çözünür Nişasta Çözünmez Selüloz 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 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 Tatlılık derecesi Karbonhidrat Tatlılık derecesi ve şeker alkolleri* ve şeker alkolleri* D-Fruktoz 174 Dulsitol 41 İnvert şeker 130 D-Mannitol 63 Sakkaroz 100 D-Mannoz 59 D-Glukoz 69 D-Ramnoz 33 D-Galaktoz 63 D-Glusitol 51 Sorbitol 60 Ksilitol 100 Maltoz 46 D-Ksiloz 67 Laktoz 20 Rafinoz 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 C24H36O18 200°C, 90 dak. Karamelan (EN. 138°C)

Karamelan suda ve alkolde çözünür, buruk acıdır 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 Fermentasyonda Etkili Formu Olan Mikroorganizmalar Alkol fermentasyonu Anaerob Mayalar Laktik asit fermentasyonu Anaerob Laktik asit bakterileri Propiyonik asit fermentasyonu Anaerob Propiyonik asid bakterileri Sitrik asit fermentasyonu Aerob Aspergillus türleri

Alkol fermentasyonu en tanınmış fermentasyon çeşididir 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 Direkt İndirekt Parçalayıcı Fermentasyon Fermentasyon Enzim Glukoz + - - Fruktoz + - - Mannoz + - - Galaktoz + - - Sorboz - - - Sorbit - - - Maltoz + + Maltaz Laktoz - + Laktaz Sakkaroz - + Sakkaraz Nişasta - + Amilaz Selüloz - - -

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 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 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.

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 6-8 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-2-furaldehid (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).

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 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).

Monosakkarit (Glikon) + Aglikon Glukozid + H2O 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

Antosiyanin = Antosiyanidin (aglikon) + Şeker (glikon) 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 Örnekler Alkol glukozidleri Saponin, solanin Fenol glukozidleri Vanilin, salisin, arbutin Azot glukozidleri Nükleik asit Hardal (kükürt içeren) glukozidleri Sinigrin, sinalbin Siyanojenik glukozidler Amigdalin, prunasin Steran glukozidleri Digitoksin,steroid, saponinler Pigment glukozidler Antosiyanidin ve flavonol glukozidleri

Steran glukozidleri kalbin fonksiyonları üzerine etkilidir 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 + 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.

Fenol glukozidi olarak arbutin, ayı üzümü ve diğer bitkilerden emülsiyon yoluyla parçalanır. Arbutin glukozidine yakın bulunan salicin (otlardan) ve piseindir (çene iğnesi).

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 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 L-askorbik asit sentez edilebilmektedir. Bu amaçla D-glukozdan D-sorbitol üzerinden yükseltgenmekle L-sorboz elde edilmektedir.

Sorbitol: Sorbitol doğal şeker alkollerinden en yaygın olanıdır 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.

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 Şeker kamışı 14–28 Hurma suyu 3–6 Şeker pancarı 16–20 Kayın ağacı suyu 2–4 Ananas 12–15 Akçaağaç suyu 3 Şeker darısı 10–18 Havuç Mısır sapı 8–12 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++ Kalsiyum Sakkarat H2O Sakkaroz CaCO3 Ca + CO2 + 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 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 β-amilaz 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 Maltoz Glukoz Etil alkol Maltaz Zimaz Amilaz 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 (1-4) 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. Sellobiyoz (β 1,4 glukozidik bağ)

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. Gentiobioz (β 1-6 glukozidik bağ)

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 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 laktik asit bakterileri 4CH3CHOHCOOH Laktik asit Laktoz 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.

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 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 malto-oligosakaritlere 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: 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 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 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 % Amiloz Yulaf 26 Patates 22 Buğday 25 Arpa 22 Mısır 24 Bezelye 80 Mısır (hibrit) 50 Tapiyoka* 17 Darı 30 Pirinç 23 *Manihot esculenta bitkisinin köklerinden elde edilen nişasta

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 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-, β-amilaz, 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, donma-çözünme 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 kırmızı-mor renk vermektedir.

Amiloz ve amilopektin indirgen değildir 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 Selüloza seyreltilmiş asitler tarafından etki edilemez. Kuvvetli asitlerle hidrolize edildiğinde glukoza parçalanır, kısmi hidrolize edildiğinde ise sellobioz disakkariti meydana gelir. Selülozun yapısı 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 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 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 : gam arabik, trakagant, gam karaya Çekirdek, tohum veya kök : keçiboynuzu gamı, guar gam, tara gam Deniz yosunu ekstraktları : agar, alginatlar, karragenan Bitki ekstraktları : pektinler, turunçgil kabukları, elma Doğal nişastalar : mısır, patates vb. nişastalar, tapiyoka Süt kaynaklı : kazein (protein hidrokolloid) Deri ve kemik kaynaklı : jelatin (protein hidrokolloid) -Modifikasyonla elde edilenler: Nişasta türevleri : modifiye nişasta, dekstrin Selüloz türevleri : metilselüloz, mikrokristalselüloz, karboksimetilselüloz, hidroksipropilselüloz Mikrobiyal fermentasyon gamları : ksantan gam, gellan gam, dekstran

Gamlar fonksiyonlarına göre sınıflandırılır ise üç gruba ayrılabilirler; 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.

Guar gam: 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, 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 L-arabinoz 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 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-L-glukoronik 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.

Agar-agar belirli bazı kırmızı yosun cinslerinden elde edilir 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-β-D-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 Pektik maddelerin temel bileşeni D-galakturonik asittir. Bunlar lineer α (1-4) glukozidik bağları ile bağlanmıştır. D-galakturonik 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 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 Pektin (k.m., %) Patates 2,5 Havuç 10 Domates 3 Ayçiçeği tablası 25 Elma 5–7 Şeker pancarı küspesi 15–20 Elma posası 15-20 Turunçgillerin kabuğu 30–35

Protopektin, galakturonik asit moleküllerinin serbest karboksil grupları ile metal iyonları köprüsü üzerinden bağlanmıştır (özellikle Ca iyonları).

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.