NİŞASTA KİMYASI & TEKNOLOJİSİ Tahıllar, Özellikleri, Kimyasal Bileşimleri Yrd. Doç. Dr. Seçil TÜRKSOY Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı secilturksoy@hitit.edu.tr

Tarihsel Gelişim Göbeklitepe (M.Ö. 9600 - 7300) Şanlıurfa il merkezinin yaklaşık 15 km kuzeydoğusunda yer alan Örencik köyü Dünyanın bilinen en eski kült yapılar topluluğu Yabani Einkorn buğday türü kalıntıları

Tarihsel Gelişim M.Ö. 2300 – 1750 Hindistan Arpa, buğday ve çeltik tarımı M.Ö. 500’ler Hindistan Mayasız ekmek yapımı M.Ö. 200’ler Mısır Buğday yetiştiriciliği Mayalı beyaz ekmek yapımı

Dünya üretimi (milyon (106) metrik ton) Dünyada Tahıl Üretimi Tahıllar Dünya üretimi (milyon (106) metrik ton) Ayrıntı 2012 2011 2010 1961 Mısır 872 888 851 205 Pirinç 720 725 703 285 Buğday 671 699 650 222 Arpa 133 124 72 Tarıma elverişsiz arazilerde, çok soğuk yerlerde üretilir. Hayvan yemi olarak kullanılır. Sorgum 57 58 60 41 Asya ve Afrika'da popüler bir yem bitkisidir. Darı 30 27 33 26 Yulaf 21 22 20 50 Çavdar 15 13 12 Soğuk mevsimlerde önemlidir. Tritikale 14 35 Buğday ve çavdar hibrid bir bitkidir. Karabuğday 2.3 1.4 2.5 Fonio 0.59 0.57 0.18 Afrika‘da yiyecek olarak tüketilir. Kinoa 0.08 0.03 Andlar'da yetişen bir bitkidir.

Dünya Buğday Üretimindeki Önemli Üretici Ülkeler ve Üretimdeki Payları KAYNAK: ICG Nisan 2014

Dünya Arpa Üretimindeki Önemli Üretici Ülkeler ve Üretimdeki Payları KAYNAK: ICG Nisan 2014

Tahıllar : Çavdar ve Yulaf … Başlıca çavdar üreticisi ülkeler; AB Rusya Belarus Türkiye Yulaf Çavdar

Tahıllar : Mısır… Dünyada mısır; hububat içerisinde ekim alanı olarak ikinci, üretimde ise ilk sırada yer almaktadır. Dünyada mısır üretiminin %37’si ABD’ de, %23’ü’Çin de yapılmaktadır.

Dünya Mısır Üretimindeki Önemli Üretici Ülkeler ve Üretimdeki Payları

Tahıllar : Çeltik – Pirinç … 2013 / 2014 dönemi küresel pirinç üretiminde Uzak Doğu Ülkelerinde tüm zamanların en yüksek seviyesine ulaşılmıştır (475 milyon ton). Dünya pirinç üretiminde önemli ülkeler ve payları: Çin (%30) Hindistan (%22) Endonezya (%8) Bangladeş (%7) Vietnam (%6) Tayland (%4) Burma (%2) Filipinler (%2) Brezilya (%2) Japonya (%2) Pakistan (%1) ABD (%1) Mısır (%1)

TÜRKİYE’DE DURUM Ülkemiz iklim ve ekolojik özellikleri nedeniyle tarımsal üretim açısından avantajlı bir ülkedir. Toplam istihdamın %24,6’ sı tarım sektöründe yer almaktadır. Dünyanın en önemli un ihracatçı ülkelerinden biri Türkiye’ dir. Ülkemiz yüzölçümünün %30 u tarıma elverişlidir. Bu alanın da yaklaşık %74 ünde hububat ekilmektedir. Hububat ekim alanı içerisinde; 1. sırada buğday (%67) 2. sırada arpa (%24) 3. sırada mısır (%6) yer almaktadır. Ülkemizde, buğday ithalatının büyük çoğunluğu navlun ve rekabetçi fiyat avantajına bağlı olarak Rusya Federasyonu, Kazakistan, ABD ve Ukrayna’dan yapılmaktadır.

TÜRKİYE’DE DURUM 2013 Yılı Bölgeler Bazında Buğday Üretimi (Bin Ton) Ülkemizde buğday, her bölgede yetiştirilebilmekle birlikte özellikle İç Anadolu ve Güneydoğu Anadolu Bölgeleri’nde yaygın olarak üretilmektedir. Bölge Adı Ekmeklik Buğday Makarnalık Buğday Miktar % Marmara B 2.638 15 0.9 0.02 Ege B 1.245 7 526 13 İç Anadolu B 6.536 36 1.143 28 Akdeniz B 2.159 12 377 9 Doğu Anadolu B 1.253 31 1 Güneydoğu Anadolu B 2.456 14 1.881 46 Karadeniz B 1.687 118 3 TOPLAM 17.975 100 4.075

TÜRKİYE’DE DURUM MISIR Ülkemizde mısır; yem, nişasta, glikoz, yağ ve son yıllarda biyoetanol üretiminde kullanılmaktadır. Mısır ülkemizde daha çok Çukurova, Amik Ovası ve Güneydoğu Anadolu Bölgesi’nde yetiştirilmekle birlikte, özellikle pamuk olmak üzere buğday ve yağlı tohumlara münavebeli ekilen bir üründür.

TAHILLARIN BESLENMEDEKİ ÖNEMİ İnsan beslenmesinde önemli bir gıda maddesi Ucuz, temini kolay Karbonhidrat kaynağı – Enerji kaynağı (Ülkemizde enerjinin %70-80 i tahıllardan sağlanır) Doyum sağlayıcı Nötr tad-aroma : sürekli tüketim Protein içeriği (biyolojik değeri hayvansal gıdalara kıyasla düşük) Vitamin ve mineral kaynağı Enerji kaynağı Hayvan beslenmesinde kesif yem kaynağı Endüstride hammadde…

Tahıllarda Genel Tane Anatomisi

TAHILLARIN ANATOMİSİ Çiçekten tane oluşumunda 3 önemli evre; Süt olum evresi (protein birikim safhası) Sarı olum evresi (nişasta birikim safhası) Fizyolojik olum evresi (tam olum safhası) Ekolojik faktörler, tanedeki protein ve nişasta miktarını etkiler. Unsu endosperm %85 Kepek %13 Ruşeym %2 Buğday (wheat)

TAHILLARIN ANATOMİSİ Buğday tanesinin kimyasal bileşimi; Su: bağlı ve serbest K.hidratlar: nişasta, selüloz, pentozanlar, hemiselüloz, dekstrinler Azotlu maddeler: proteinler aminoasitler Lipitler: mono-, di-, trigliseritler, yağ asitleri ve türevleri Mineral maddeler: Na, Ca, Zn, Mn, Cu, Mg Vitaminler: tiamin, riboflavin, niasin, pridoksin, pantotenik asit Kül miktarı Alöron (%61) > Endosperm (%20) > Skutellum (%8) > Perikarp ve testa (%7) > Embriyo (%4) Protein miktarı Endosperm (%72) > Alöron (%15) > Skutellum (%5) > Perikarp ve testa (%4) > Embriyo (%4)

Wheat plant

Arpa (Barley plant) Hordeum vulgare L. Kavuzludur. Kavuz taneyi zararlılardan korur. Kavuz, arpanın malta işlenmesinde homojen çimlenme ve teknolojik işlemler açısından kolaylık sağlar. Buğdaya benzer.

Barley plant Besinsel lif miktarı bakımından zengin bir kaynaktır. Arpada bulunan besinsel lif bileşeni suda çözünür özellikteki β-glukan ((1-3)(1-3)-β-D-glukan) ‘dır. (nişasta olmayan polisakkarit) Bu bileşik arpa hücre duvarlarının önemli bir bileşeni olup çimlenme sırasında önemli fonksiyonlara sahiptir. Bilimsel çalışmalarda düzenli β-glukan tüketiminin serum kolesterol seviyesini düşürdüğü ayrıca kan şekerini düzenlediği ifade edilmektedir (Behallet vd. 2004, Bourdon vd. 1999, Cavallero vd. 2002). Tahıl kaynaklı β-glukanlar suda çözünme özellikleri nedeniyle beslenmede önemli bir çözünür lif desteğidir. Sağlık üzerindeki olumlu etkileri FDA (Food Drug Administration) ve EFSA (European Food Saftey Administration) tarafından onaylanmıştır.

Yulaf Bitkisi (Oat plant) Avena sativa L.

Yulaf Bitkisi (Oat plant) Kavuzludur. Kavuz toplam tane ağırlığının yaklaşık %25 ini oluşturur. Yulaf ezmesi üretiminde meyve / kavuz oranı değer biçmede önemli bir kalite kriteridir. Protein, B grubu vitaminleri, E vitamini, Ca ve Zn bakımından oldukça zengin bir bileşime sahiptir. Karyopsis “groat” olarak isimlendirilir. Tane görünüş olarak buğday ve çavdara benzerlik gösterir.

Buğday ve çavdardan farklı olarak “trikom (trichome)” adı verilen saç benzeri yapılar bulunur. Tahıllar içerisinde yağ ve protein miktarı bakımından diğerlerine kıyasla oldukça zengindir. Pek çok enzim bakımından da oldukça zengin bir kaynaktır. Özellikle lipaz enziminin inaktivasyonu sağlanmazsa yağ asitlerinin oksidasyonu sonucunda ürün raf ömrü oldukça kısalmaktadır.

Düzensiz şekildeki nişasta granülleri pek çok küçük granülün bir araya gelmesiyle oluşan büyük bileşik granüller formundadır.

Çavdar Bitkisi (Rye plant) Secale cereale L. Çıplak karyopsis halindedir. Boyutları bakımından buğdayın küçük bir şeklidir. Tanenin üst ucu küt görünümde olup, embriyoya doğru incelerek ani sivri bir uçla sona erer.

Tane rengi gri sarıdır. Buğday tanesinde olduğu gibi karın çukuru bulunur. Tane anatomisi buğday ile oldukça benzerdir. Nişasta granülleri protein matriksi içerisine gömülü endosperm hücreleri içerisinde bulunur. Çavdar unu arabinoksilan hücre duvarı bileşenleri bakımından buğday ununa kıyasla oldukça zengindir.

Çeltik – Pirinç (Rice Plant) Oryza sativa L.

Çeltik – Pirinç (Rice Plant) Karyopsisi kavuzludur ve bu formu “çeltik” olarak adlandırılır. Kavuz tane ağırlığının yaklaşık %20 sini oluşturur. Kavuz; lemma ve palea adlı katmanlardan oluşur. Embriyo ucu küt, üst ucu sivridir. Boyuna karın çukuru bulunmaz. Aksine boyuna çıkıntılı çizgileri (omurgalı) vardır. Kavuz bileşimi; selüloz (%25), lignin (%30), arabinoksilan (%15) ve kül (%21) miktarı bakımından oldukça zengindir. Külün %95 i silika formunda olup; yüksek lignin ve silika miktarları kavuzu beslenme ve ticari açılardan değersiz kılar.

Çeltik – Pirinç (Rice Plant)

Kavuz giderildikten sonra çeltik “esmer pirinç” olarak adlandırılır. Endospermin en dış katmanı olan alöron tabakası perikarp ve tohum kabuğu ile birlikte kazıyıcı öğütme işlemine tabi tutularak “beyaz pirinç” elde edilir. Genel olarak pirinç endospermi sert ve camsı özellikte olup, unsu (opak) çeşitler de bilinmektedir. İnce duvarlı endosperm hücreleri, poligonal nişasta granülleri ve protein matriksi ile sıkıca paketlenmiş formdadır. Tane gelişimi sürecinde nişasta granüllerinin sıkıştırılması ile poligonal formlarını kazanmıştır. Pirinç ve yulaf, küçük nişasta granüllerinden oluşan bileşik nişasta granülleri içermeleri ile ayrılırlar.

Pirinç nişastası mikroskobik görünümü

Mısır (Corn Plant - Maize) Zea mays L. Diş tipi mısır (dent type)

Ortalama tane ağırlığı 350 mg Tane 4 temel kısımdan oluşur; Kepek (perikarp, epidermis, tohum kabuğu) Embriyo Endosperm Tip cap Tane rengi oldukça çeşitlilik gösterir (beyaz, sarı, kırmızı, mavi, koyu kahverengi, mor vb) Sarı ve beyaz renkli taneler en yaygın olanlarıdır. Mumsu bir tabaka ile kaplı olan kepek kısmı tane ağırlığının yaklaşık %5-6 sını oluşturur. Embriyo tanenin %10-14 ünü oluşturur. Geri kalan kısmı ise endospermdir.

Unsu endosperm Opak Hava boşlukları bulunur. Küre şeklinde nişasta granülleri protein bodyleri içermeyen matriks protein ile çevrilidir. Boynuzsu endosperm Yarı saydam, camsı Hava boşlukları yok Poligonal nişasta granülleri protein matriksi ile sıkıca bir araya getirilmiştir. Prolamin protein fraksiyonu

Unsu ve camsı endosperm kısımları kimyasal olarak analiz edildiğinde; protein konsantrasyonu bakımından yakın, ancak amino asit dağılım ve kompozisyonu dolayısıyla da protein tipi bakımından oldukça farklı bir sonuç elde edilmiştir. Endospermdeki protein ve nişasta arasındaki bağlar oldukça kuvvetlidir.

Tritikale Triticale hexaploide Lart. Buğday ve çavdarın çaprazlanması ile elde edilir. Morfolojik yapı olarak elde edildiği türlere benzer.

Tahılların Kimyasal Bileşimi MİNERALLER MAJÖR MİNERALLER MİNÖR MİNERALLER İZ MİNERALLER VİTAMİNLER B GRUBU VİTAMİNLER VİT A VİT E ENZİMLER AMİLAZLAR PROTEAZLAR LİPAZ LİPOKSİDAZ FİTAZ KATALAZ PEROKSİDAZ GLİKOZOKSİDAZ SU BAĞLI VE SERBEST SU KARBONHİDRATLAR NİŞASTA SELÜLOZ ŞEKERLER PENTOZANLAR HEMİSELÜLOZ DEKSTRİNLER AZOTLU MADDELER PROTEİNLER AMİNOASİTLER LİPİTLER MONO, Dİ VE TRİGLİSERİTLER YAĞ ASİTLERİ TÜREV LİPİTLER

Kimyasal bileşenlerin tanenin morfolojik kısımlarına göre dağılışı tahıldan tahıla farklılık gösterir. Karyopsis kaplı yani kavuzlu tahıllar (arpa, yulaf, çeltik) diğer tahıllara oranla yaklaşık 2.5 kat fazla ham selüloz içerirler. Kavuzlu tahılların mineral madde içerikleri diğerlerine göre daha yüksektir. Yulaf ve mısır diğer tahıllara göre daha fazla yağ içeriğine sahiptir. Kavuz selüloz ve mineral maddelerce zengindir. İnsan beslenmesinde gerek duyulmaz. Ruşeym (embriyo ve skutellum); protein, yağ, enzimler ve vitaminler bakımından en zengin kısımdır. Alöron tabakası endospermin en dış tabakası olup, ruşeymde bulunan bileşenlerce zengin ikinci morfolojik bölgedir. Endosperm tabakası özellikle nişasta deposu olup, ikinci derece önemli düzeyde protein içerir.