Karbonhidratlar

KARBONHİDRATLAR

Karbonhidratlar, yeryüzünde en geniş dağılım gösteren ve en çok bulunan karbon(C), hidrojen (H) ve oksijen(O) elementlerinden oluşan organik bileşiklerdir. Pek çok üründe farklı moleküler büyüklük, yapı, şekil, polimerizasyon derecesi ve çözünürlük göstermekte, belli başlı fiziksel ve kimyasal özellikleri bulunmaktadır. Bitkilerde fotosentez reaksiyonları sonucu elde edilir. Karbonhidratlar insan beslenmesinde önemli bir yere sahiptir ve en önemli enerji kaynağıdır. Enerji değeri   4kcal/g’dır.

           Karbonhidratların gıdalardaki önemli fonksiyonları tatlandırma, jel oluşturma, kıvam arttırma, stabilizatör ve yağ ikamesi olarak kullanılmalarıdır. Ayrıca aroma ve renk maddelerini tutucu özellikleri vardır. Toksik özellik göstermemeleri ve doğada parçalanabilir bir yapıya sahip olmaları, karbonhidratları çevre dostu ve kullanımı güvenli bir gıda bileşiği olarak karşımıza çıkarmaktadır.

1.KARBONHİDRATLARIN SINIFLANDIRILMASI

                Karbonhidratlar kaynaklarına göre bitkisel karbonhidratlar ve hayvansal karbonhidratlar olarak ikiye, fonksiyonlarına göre çatı-iskelet bileşeni olan karbonhidratlar, depo maddesi olan karbonhidratlar ve jelleşme maddesi olan karbonhidratlar olarak üçe, kimyasal yapılarına göre ise monosakkaritler, oligosakkaritler ve polisakkaritler olarak üçe ayrılırlar.

1.1.MONOSAKKARİTLER

                Monosakkaritler renksiz ve kristal formda iken katı halde bulunan şekerlerdir. Çoğunluğu tatlıdır ve suda kolay çözünürler. En iyi bilinen monosakkaritler glukoz, fruktoz ve galaktozdur.

        Glukoz: Doğada en yaygın bulunan ve en önemli monosakkaritlerden biri olan glukoz, üzüm şekeri olarak da bilinmektedir. Serbest formda olgun meyvelerde, balda, soğan ve bezelye gibi sebzelerde ve birçok hayvanın kanında bulunmaktadır. Kanda bulunan glukoz, canlının gerek duyduğu enerjinin sağlanması amacıyla kullanılmaktadır. Bitkisel dokularda depolanması nişasta, hayvansal dokularda ise glikojen şeklindedir. Bileşik formunda birçok polisakkaritin tamamını ya da bir bölümünü oluşturmaktadır ve ticari olarak nişastanın hidrolizi sonucunda elde edimektedir. Renksiz ve kokusuz bir monosakkarit olmasının yanı sıra suda kolay çözünebilmekte ve yapısı kristal formdadır. Tat ve kıvam vermek amacıyla şekerlemelerde kullanılmakta; şurup, reçel, marmelat ve jöle üretiminde kullanılmaktadır.

        Fruktoz: Serberst formda tatlı meyvelerde ve balda bulunan, meyve şekeri olarak da bilinen bir ketoz şekeridir. Daha çok çiçek nektarlarında ve bitkilerin tatlı kısımlarında yer almaktadır. Tatlılığı glukoza göre daha yüksek olmasına rağmen, diğer şekerlere kıyasla daha zor kristalize olmaktadır. Glukoza göre daha yavaş fermente olmakta ve inülin hidrolizi vasıtası ile ticari olarak elde edilmektedir. Sakkaroz ve rafinoz gibi oligosakkaritlerin yapısında yer almaktadır.

       Galaktoz: Laktoz, rafinoz gibi oligosakkaritlerin yapısında bulunur. Sütte bulunan laktozun hidrolizi sonucunda glukoz ve galaktoz oluşmaktadır. Baklagillerde, saflaştırılmamış pektin ve agarın yapısında da yer almaktadır. Beyin ve sinir hücrelerinde bulunan galaktolipidlerin yapı taşı olarak bilinmektedir. Laktoz, rafinoz ve gamların hidrolizi sonucunda elde edilebilmektedir ve tatlılığı sakkarozdan daha azdır.

1.1.2.MONOSAKKARİTLERİN KİMYASAL REAKSİYONLARI

                Monosakkaritlerde, yapılarında bulunan aldehit, keton ve alkol gruplarından dolayı farklı kompleks reaksiyonlar meydana gelebilmektedir. Sıcaklık, pH, ortamın su içeriği, reaksiyona giren maddelerin yapısı gibi pek çok faktör, reaksiyonun hızını etkilemektedir. Oluşan ürünlerle gıdanın yapısında değişiklikler meydana geldiğinden gıdanın bir ürüne işlenmesi ya da depolanması sırasında kullanılacak parametreleri belirlemek, gıdanın besleyici değerini korumak gibi olgular, bu reaksiyonları daha da önemli hale getirmektedir.

ü  Oksidasyon reaksiyonları

ü  İndirgenme reaksionları

ü  Alkali reaksiyonları

ü  Asit reaksiyonları

ü  Kondensasyon

ü  Ester oluşumu

ü  Enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonları

1.   Maillard Reaksiyonu: İndirgen şekerlerin aldehit ve keton grupları ile aminoasitler, peptitler ve proteinlerin yapısında bulunan serbest amino grubu arasında gerçekleşen reaksiyon sonucunda esmer renkli azotlu polimerlerin oluşmasıdır. Gıdalara uygulanan kızartma, fırında pişirme, kavurma gibi ısıl işlemler sonucunda ya da depolama süresince oluşabilen esmerleşmelerdir. Bu reaksiyon bazen ekmek kabuğunda, kavrulmuş kahvede, balığın kızartılmasında, sütlü çikolata üretiminde olduğu gibi istenilen tat ve kokunun oluşumuna katkıda bulunurken, bazen de sütün sterilizasyonu ya da süt tozu üretimi gibi işlemlerde istenmeyen tat ve koku gelişiminden de sorumlu olabilmektedir.

2.  Karamelizasyon: Tipik karamel aromasına sahip esmer renkli ürünler, asidik ya da alkali katalizörlerin varlığında, aminoasitler ve proteinler gibi azotlu maddelerin bulunmadığı ortamlarda şekerin eritilmesi ya da şeker şurubunun ısıtılması ile elde edilebilmektedir. Kola ve diğer asitli içeceklerde, şuruplarda, şekerlemelerde, kedi-köpek mamalarında, fırıncılık ürünlerinde ve pudinglerde kullanılır.

ü  Akrilamid oluşumu

1.2.OLİGOSAKKARİTLER

             Monosakkaritlerin glikozidik bağlarla birbirine bağlanması sonucunda oluşurlar. Bu bağlar, asidik ortamlarda kaynatma sonucu hidrolize olurken, bazlara karşı dayanıklıdır. En iyi bilinen disakkaritler sakaroz, maltoz ve laktoz’dur.

    Maltoz: Nişasta ve glikojenin seyreltik asit veya enzimlerle hidrolizi sonucunda elde edilen, suda çözünen ve sakkaroz kadar tatlı olmayan bir şekerdir. Arpanın çimlendirilip kavrulması ile elde edilen maltın yapısındaki baskın şekerdir ve fermantasyonu sonucunda bira alkolü meydana gelmektedir. Doğada serbest halde bulunmayıp mısır, patates, buğday nişastalarının asit ya da enzimle muamelesi sonucunda elde edilirler. İki adet glukozun birbirine bağlanmasıyla oluşmaktadır.

                Laktoz: İnek sütünde önemli miktarda bulunmakta ve süte tat vermektedir. Suda çözünmektedir ve tatlılığı sakkarozdan daha düşüktür. Glukoz ve galaktoz moleküllerinin birbirlerine bağlanmasıyla oluşur. Laktozun glukoz ve galaktoza kadar parçalanması asit ya da laktaz enzimi sayesinde gerçekleşmektedir. Hidroliz, sakkarozun hidrolizine göre daha yavaş gerçekleşmektedir bu da laktozun daha yavaş sindirildiğini göstermektedir. Laktaz enzimi sayesinde sindirilmektedir ve insan vücudunda laktaz enziminin olmaması ya da az miktarda bulunması durumunda laktoz intoleransı meydana gelebilmektedir. Aşırı kullanımı ishale sebep olmakla birlikte, kontrollü kullanımıyla su tutarak bağırsak hareketlerini hızlandırdığı gözlemlenmiştir.

             Sakkaroz: Glukoz ve fruktoz moleküllerinin birbirine bağlanması sonucunda oluşmaktadır. Sudaki çözünürlüğü yüksek olmasına rağmen alkolde çözünmemektedir. Hidrofilik özelliği yüksek olduğu için konsantre şeker çözeltilerinin elde edilmesinde kullanılır. Çay şekeri olarak da bilinmekte ve genellikle şeker pancarı ve şeker kamışından elde edilmektedir. Meyvelerin tatlılığından sorumludur. Dış kısmı çikolata kaplı, merkezi sıvı ya da krem bazlı şekerlemelerin üretiminde kullanılmaktadır.

1.2.3.POLİSAKKARİTLER

                Karbonhidratların çoğu doğada polisakkaritler halinde bulunur. 10’dan fazla monosakkarit birimi içeren karbonhidratlar, polisakkaritler olarak adlandırılmaktadır ve enzim veya asit etkisiyle monosakkaritlere parçalanabilmektedirler. Tek tip monosakkaritten oluşanlara homopolisakkarit, iki ya da daha fazla tip monosakkaritten oluşanlara ise heteropolisakkarit denir. Homopolisakkaritler genellikle bitkilerin hücre duvarlarında ve hayvanların dış iskeletinde bulunurken, heteropolisakkaritler hayvanlara hücre dışı destek sağlayan moleküller olarak yer almaktadır.

                Polisakkaritler birçok gıda maddesinin yapısında destek materyali olarak ya da besleyici maddeleri asimile etme görevi nedeniyle bulunmaktadır. Kıvam arttırıcı ya da jel oluşturucu ajan, emülsiyon ya da dispersiyonlar için stabilizatör ve gıdalardaki istenmeyen değişiklikleri engellemek için kaplama ajanı olarak ve diyetteki sindirilemeyen maddelerin oranını artırmak amacıyla gıda üretiminde kullanılır.

                Nişasta: Nişasta, α-D-glukoz birimlerinin α-(1-4) ve α-(1-6) bağlarıyla bağlanması sonucu oluşan, soğuk suda çözünmeyen, tatsız, kokusuz ve beyaz toz formdaki bir homopolisakkarittir.

Selülozdan sonra doğada en çok bulunan organik bileşik nişastadır. Havadaki CO₂’in özümsenmesi sonucunda meydana gelir. Fotosentez sırasında elde edilen glukoz molekülleri özel enzimler sayesinde nişasta formunda bir araya gelirler ve depolanırlar. Yeşil yapraklı bitkilerin tüm çeşitlerinin köklerinde, tohumlarında ve meyvelerde yer almaktadır ve çimlenme evresinde bitki için gerekli besini sağlamak amacıyla kullanılır. Gıdalarda ise tekstür, lezzet ve bazı yapısal özellikleri iyileştirmek amacıyla kullanılır.

                Büyük bir moleküldür ve bu nedenle glukoza kadar parçalanması diğer karbonhidratlara oranla daha uzun sürer. Bu durumda nişasta tüketildiği zaman kandaki glukoz konsantrasyonunun düzenlenmesinde rol oynayan insülin hormonunun salgılanması için yeterli süre elde edilmiş olur. Gıdaların vücuda alındıktan sonraki kandaki şeker oranını değiştirme kabiliyetine glisemik indeks denir. Bu nedenle nişastanın glisemik indeksi düşüktür. Kandaki şeker oranını hızlı biçimde değiştiren gıdaların glisemik indeksleri ise yüksektir. Bu istenmeyen bir durumdur.

                Nişastalı gıdalarda aynı zamanda protein, mineraller ve vitaminler de bulunur. Bu durumda dengeli beslenmede nişastalı gıdaların tüketimi sadece şeker olarak karbonhidrat alınmasına karşı daha iyi bir seçenektir. Ancak karbonhidratların basit şekerler formunda tüketimi sadece sakkaroz formunda olmayabilir. Örneğin meyveler monosakkarit olarak yüksek oranlarda sakkaroz ve fruktoz içerirlerken hiç nişasta içermezler ve tüketilen miktarları dikkate alındığında karbonhidrat gereksiniminin tamamını karşılayabilirler.

                Hızlı sindirilebilen, yavaş sindirilebilen ve dirençli nişasta olarak 3 sınıfa ayrılmaktadır. Dirençli nişasta ince bağırsakta sindirilememekte ve kalın bağırsak florası için substrat görevi görmektedir. Yararlı mikroorganizmaların gelişimini destekler. Dirençli nişasta da DN₁, DN₂ ve DN₃ olmak üzere 3 sınıfa ayrılır.

                Çabuk Sindirilen Nişasta(CSN): Yeni pişirilmiş nişastalı gıdalar, ekmek, patates vb.

                Yavaş Sindirilen Nişasta(YSN): Tahıllı gıdaların çoğu

                Dirençli Nişasta(DN):

                               DN₁: Enzimlerle parçalanamayan nişasta, Öğütülmemiş veya kısmen öğütülmüş tahıl ve taneli gıdalar

                               DN₂: Doğal olarak bulunan dirençli nişasta granülleri, Çiğ patates, muz

                               DN₃: Retrograde nişasta, Soğuduktan sonra tekrar ısıtılan patates, ekmek gibi gıdalar, kahvaltılık tahıl

                Gıda işleme tekniklerinin etkisiyle meydana gelen dirençli nişasta daha çok DN₃ formundadır. Nişastalı gıdalar sulu ortamlarda ısıtıldığında su alarak şişer ve jel oluşturarak birleşir, bu olaya jelatinizasyon denir.

               Modifiye Nişasta
           Nişastanın fiziksel modifikasyonu ön jelatinizasyon ve kısmi hidroliz işlemlerini içerir. Kimyasal modifikasyon ise özellikle yan grupların çapraz bağlanması ve oksidasyonu ile sağlanır. Bu modifikasyonlarla viskozite azalır ve jel stabilitesi, ağız hissi, görünüş ve doku geliştirilir ve ısısal uygulamalara dayanıklılık kazandırılır. Modifiye nişastaların yağ ikameleri olarak kullanılması da ayrıca önemli bir alandır. Bazı modifiye nişastalara dirençli nişasta eklenerek ince bağırsaktaki sindirime karşı kısmen direnç kazanmaları sağlanmaktadır. Bu sayede nişastalı gıdalardaki nişastanın kalorisinin vücuda alınmaması ve kilo kontrolünün sağlanması gerçekleştirilir.