Ünite 1: Gıdaların Kimyasal Bileşimi

Karbonhidratlar

Doğada mevcut olan çok çeşitli karbonhidratlar değişik özelliklerine göre sınıflandırılabilirler. Bu temel sınıflandırmalar, bazı tipik özellikleri ile aşağıda özetlenmiştir;

Bulundukları yerlere göre;

• Bitkisel Karbonhidratlar (Tüm Şekerler, Nişasta, Selüloz)
• Hayvansal Karbonhidratlar (Laktoz, Glikojen) Fonksiyonlarına göre;
• Çatı-İskelet Bileşeni Olan Karbonhidratlar (Selüloz, Hemiselüloz, Kitin)
• Rezerv (depo) Maddesi Olan Karbonhidratlar (Nişasta, Glikojen, İnulin)
• Jelleşme Maddesi Olan Karbonhidratlar (Pektin, Agar-agar)

Kimyasal yapılarına (Sakkarit Birimlerine) göre;

1. Monosakaritler (Tirozlar,Tetrozlar,Pentozlar, Heksozlar, Monosakkarit Türevleri,
2. Disakkaritler (Maltoz, Laktoz, Sakaroz)
3. Oligosakkaritler (Trisakkaritler, Rafinoz, Melezitoz (3-10 Monosakkarit))
4. Polisakkaritler

• Homopolisakkaritler (Glukanlar, Selüloz, Fruktanlar- ‹nulin, Laktonlar, Agar-agar, Glukoranlar- Pektin)
• Heteropolisakkaritler(Arap zamkı, Gum tragacant)

Karbonhidratların Genel Özellikleri

Karbonhidratlar farklı yapıda ve çok çeşitli olduklarından değişik özelliklere sahiptirler. Bu temel bazı özelliklerin bilinmesi genel biyokimya ve gıda biyokimyası açısından yararlıdır. Karbonhidratların genel özellikleri şunlardır.

Optik Aktivite: Bir maddenin doğrusal polarize ışığın salınım yüzeyini çevirme özelliğidir. Karbonhidratların polarize ışığı çevirme özelliklerinden faydalanarak bir kabul etmemize başka ifade ile optik aktivite ve özgül çevirme gösterdikleri için onların kalitatif ve kantitatif özellikleri belirlenebilmektedir.

Hidroliz: Karbonhidratların kimyasal olarak parçalanması bünyelerine su alarak olmaktadır. Bu olaya hidroliz denir. Hidroliz işleminde asit ve enzimler rol oynamaktadır. Sakaroz Hidrolizi; inversiyon yoluyla meydana gelen şekere invert şeker denir. Sakarozun parçalanmasına inversiyon denir.

Suda Çözünürlük: Çözünürlük bakımından karbonhidratlar birbirinden çok farklılık gösterir. Bu olay çok çözünenden hiç çözünmeyene kadar değişiklik göstermektedir. Genel olarak karbonhidratların çözünürlüğü molekül ağırlığına bağlılık göstermektedir.

Tatlılık: Tatlılık, tuzluluğun yanı sıra bilinen en yaygın tattır. Tatlılık; başlıca meyve, bitki ve diğer doğal gıdalarda bulunan küçük yapıdaki çözünür karbonhidratlar için tipik bir özelliktir. Şekerler, suyla bağlanır.

Karamelizasyon: Şekerler gıdalarda sadece tatlandırma amaçlı kullanılmaz. Şekerli gıdaların ısıyla reaksiyonu sonucu karamel ve Maillard ürünleri oluşur. Sakaroz, kuru formda 210°C’ye kadar ısıtılır ise önce erir ve sonra sarıdan kahverengiye değişen bir renk alır. Bu olaya karamelizasyon adı verilir.

Fermantasyon: Karbonhidratların, mayalar, bakteriler ve küf mantarları enzimlerince parçalanmasıdır. Oksijenli şartlarda olur ise aerob, oksijensiz şartlarda olur ise anaerob fermantasyon adı verilmektedir.

Jelleşme: Polisakkaritler bünyelerine su alarak kesilebilecek sertlikte jel oluşturma özelliğindedir. Bu olaya jelleşme denir.

Proteinler

Proteinler, hücrede en fazla bulunan organik bileşikler olup, ökaryotik hücrede hücre kuru ağırlığının %50’den fazlasını oluşturmaktadır. Proteinler hücrenin hemen hemen her kısmında bulunur ve gelişmiş hayvanlarda canlı maddeye miktar bakımından en kuvvetli iştirak eden yapı taşlarıdır. Karaciğer, yağsız çizgili kas ve böbrek dokularının kuru ağırlığının %70-80’i proteindir. Memelilerin çizgili ve çizgisiz kasları genel olarak %18- 20, kan plazması %6.5-7.5, beyin yaklaşık %8, yumurta sarısı takriben %15, yumurta akı %12, inek sütü ortalama %3.3 ve çeşitli peynirler %14-45 arasında protein içerirler. Proteinler, çeşitli çözücüler ile çözünebilmektedir. Farklı molekül yapılarından dolayı proteinler, suya karşı hiçbir ortak reaksiyon göstermezler. Bu farklılıktan belirli proteinlerin ayrılması ve ekstraksiyonunda yararlanılmaktadır. Bir kısım proteinler, suda iyi bir şekilde çözündükleri halde, diğer bazıları suda çözünmezler. Kolloidal bir protein çözeltisinde, çözünen protein molekülleri su molekülleri tarafından kuşatılır. Hidratasyon olarak ifade edilen bu olay, katılan moleküllerin elektrostatik çekim kuvvetleri ile meydana gelir.

Proteinlerin Molekül Büyüklüğü ve Bileşimlerine Göre Sınıflandırılması

Proteinler, molekül ağırlıkları 5000’den 1 milyonun üzerine kadar değişebilen kompleks moleküllerdir. Örneğin çeşitli enzimlerin molekül ağırlıkları 12000’den 1000000’a kadar değişir. Protein moleküllerinin üst sınır molekül ağırlığı, bizim herhangi bir protein molekülünü tanımlamamıza ve kesin sınırını kabul etmemize bağlıdır.

Proteinler kimyasal olarak;

• Basit Proteinler,
• Kompleks (Konjuge) Proteinler olmak üzere iki esas sınıfa ayrılırlar.

Amino Asitler

Proteinlerin yapı birimlerinin, saf proteinlerin enzimatik veya kimyasal hidrolizleri sonucu açığa çıkan ve amino asit olarak adlandırılan moleküller olduğu anlaşılmıştır.

Herhangi bir protein, 6 N HCl’in katalitik etkisi ile kapalı bir vakum tüpünde 110°C’de 16-72 saat içerisinde yapı birimleri olan ?-amino asitlere hidroliz olabilir ve bu hidrolizattan amino asitler hidroklorit tuzları halinde izole edilip elde edilebilir. Proteinlerin bu asit hidrolizine tryptohan (Triptofan) hariç bütün diğer amino asitler dayanıklıdır ve bozulmadan elde olunabilirler. Asit hidrolizi sırasında bir indirgen mevcut ise, veya hidroliz 2 N NaOH ile kataliz edilir ise triptofan da kısmen veya tamamen elde olunabilir. Bugün doğada 20 adet ?-amino asidin varlığı saptanmıştır.

Lipitler

Dünyadaki canlıların temel organik bileşiklerinden biri de lipitlerdir. Lipitler insan ve hayvanların temel besinleri arasında yer alır. Yağlar da birer lipittir. Yağlar katı veya sıvı olabilir. Lipitler değişik şekilde tanımlanabilmektedir.

• Hayvansal ve bitkisel organizmalarca sentez edilebilen,
• Yağ asidi esterleri ile ilgili olan,
• Suda değil fakat etil eter, petrol eteri, kloroform, sıcak alkol, benzol, karbon tetra klorür, aseton vb. yağ çözücü organik maddelerde çözünen doğal organik maddelerdir.

Kimyasal olarak yağ asitleri denen bir değerlikli alifatik asitlerin bir alkolle oluşturdukları Yağlar, yağa benzeyen maddeler ve yağla birlikte bulunan maddeler (lipoidler) olarak tanımlanabilir.

Lipitlerin kimyasal yapısı ve ortak özellikleri aşağıda belirtilmiştir;

• Yapılarında C, H, O elementleri bulunur. Ayrıca yapılarında C, H, O elementlerinden başka N, P vb. elementleri de bulunabilir.
• Kutuplu bir yapıya sahip olmadıklarından suda çözünmezler ya da çok az çözünürler. Eter, kloroform, benzen, aseton gibi organik çözücülerde çözünebilirler yani hidrofobdurlar (suyu sevmeyen, suda çözünmeyen).
• Yağ asitlerinin esterleridir veya yağ asitlerinin esterleri hâline gelebilirler.
• Canlı organizmalar tarafından kullanılırlar.
• Lipitlerde, yaşayan organizmada bulunma koşulu geçerli olduğundan mineral yağlar, uçucu yağlar lipit sınıfına sokulmazlar.

Lipitlerin Sınıflandırılması

Basit Lipitler

Yalnızca C, H, O den meydana gelmiş, yağ asitlerinin esterleri olan lipitlerdir. Basit lipitler; Yağlar, Mumlar, Renk mumları, Sterol esterleri, Triterpenik alkol esterleridir.

Bileşik (Konjuge) Lipitler

Yapılarında C, H, O’dan başka N, P, S bulunduran lipitlerin; karbonhidrat, fosforik asit, protein gibi moleküllerle birlikte oluşturdukları bileşiklerdir.

Metabolizma açsından önemlidir. Bileşik (konjuge) lipitler; Fosfor ve azot içeren lipitler (Gliserofosfatitler), Lesitin, Sefalin, Asetal fosfatitler (Sfingomiyelinler), şeker içeren lipitler (Serebroglizozitler, Serebrogalaktozitler, Gangliyozitler, Sülfatitler, İnositfosfatitler, Bakteri Fosfatitleri (sakkarolipitler), Protein içeren lipitler (lipoproteinler))

Lipit Benzeri Maddeler

Bu grupta yağ asitleri, hidrokarbonlar, yağda eriyen renk maddeleri, yağda eriyen vitaminler, pro ve antioksidanlar, yüksek alkoller ve tat koku maddeleri yer almaktadır.

Mumlar

Yüksek moleküllü yağ asitlerinin, yüksek moleküllü doymuş mono alkoller (tek - OH grubu içeren alkol) ile yaptıkları esterlerdir. Mumların yapılarında; yağ asidi olarak serotin asit (CH3-(CH2)24-COOH) ve alkol olarak 16 C’lu setil. 18 C’lu oktandesil veya 20 C’lu seril alkol bulunur. Yağlardaki gibi doğal mumlarda da çift karbon sayılı yağ asitleri bulunur ve simetrik yapıdadır.

Vitaminler

Vitaminler; hücresel metabolik reaksiyonlar için çok az miktarları yeterli olan ve yiyecekler içerisinde doğal olarak bulunan, eksikliklerinde bazı sorunlara neden olan organik bileşiklerdir. İnsan vücudu tarafından ya hiç yapılamamakta ya da yeterli miktarda yapılamadıkları için besinlerle dışarıdan sağlanmaktadır. Kendi isimleri olmasına karşın daha kolay anlaşılmaları için alfabenin harfleri ile anılırlar.

Vitaminlerin Sınıflandırılması

Genelde vitaminler çözünme özelliklerine göre yağda ve suda çözünen olarak iki gruba ayrılır.

• Suda çözünen vitaminler: C ve B grubu vitaminleridir. Toksik özellikleri olmayıp idrar yolu ile atılırlar. Vücutta depolanmaları az olduğu için gereksinim fazladır.
• Yağda çözünen vitaminler: A, D, E, K vitaminleri toksik olabilirler ve depolanabilirler. Bazı dokuların bu vitaminlere kesin ihtiyaçlar› vardır. Sağlıklı bir birey dört besin grubundan ( süt ve süt türevi, et ve et türevi, unlu gıda, sebze ve meyve ) ve biraz da yağ içeren yiyeceklerden yiyerek ihtiyaçlarını karşılayabilir.

Suda Çözünen Vitaminler

Bazı vitaminler suda çözünürler. Bunlar; C vitamini, B1 vitamini (tiyamin), B2 vitamini (riboflavin), B3 vitamini (niasin), B5 vitamini (pantotenik asit), B6 vitamini (piridoksin), B11 vitamini (folik asit) B12 vitamini (sianokobalamin) dir.

Yağda Çözünen Vitaminler

Dört vitamin türü, yağda çözünebilir ve bu sayede vücudun yağ dokusunda depolanırlar. Bunlar: A, D, E ve K vitaminleridir.

Mineraller

Gıdaların bileşiminde yer alan mineraller büyük ve karmaşık bir element grubunu kapsar. Bunlardan birçoğu insanlar için gerekli iken bir kısmı da özellikle eser elementler, fazla tüketildiğinde insan sağladığı için zararlıdır. Mineral maddeler gıdaların besleyici değerini önemli ölçüde artırır. Mineraller, bazı kimyasal reaksiyonlar oluşturan bütün vücuda yayılan ve beyin hücrelerini harekete geçiren, sinir sistemini olumlu yönde etkileyen, besin öğeleridir. Mineraller bulundukları ortamda anyon (art› kutup) ve katyon (eksi kutup) özelliği taşır. Katyonlar, anyonlara göre daha karmaşık yapılıdır. Bazı metal iyonları besleyici değer açısından büyük önem taşır. Bazıları da toksik (zehir) etkili ve kontaminasyon (bulaşma) sonucu yapıya giren elementlerdir.

Sınıflandırma

İnsan vücudu için gerekli mineraller üç grupta toplanır. Bunlar;

• Alkali oluşturanlar: Kalsiyum, magnezyum, sodyum, potasyum vb.
• Asit oluşturanlar: Fosfor, klor, kükürt vb.
• Mikro elementler: Bakır, kobalt, mangan, çinko, iyot ve molibdendir.

Su

Gıdalarda bulunan su miktarı önemli bir kalite göstergesidir. Çünkü bazı gıdalarda su oranı yüksek olursa hem kalite özellikleri değişir hem de enzim ve mikroorganizmalar tarafından kısa sürede bozulmaya neden olur. Gıdaların içerdiği su birçok bileşen için çözücü görevi görür. Gıdalardaki biyolojik ve kimyasal değişikliklerden kaynaklanan bozulmaların sebebi gıdaların yüksek miktarda su içermesidir. Bu nedenle su miktarının düşürülmesi için pek çok gıda muhafaza yöntemi geliştirilmiştir. Kurutma ve konsantre etme gibi yöntemler gıdadaki su miktarını azaltmayı ve böylece çözünenlerin miktarını artırmayı amaçlamaktadır. Bu yöntemler, çözücünün fiziksel özelliklerini değiştirir.

Gıdalarda su miktarı % nem olarak da adlandırılır ve gıdalarda nem miktarının kontrol edilmesinin nedenlerini şu şekilde ifade edebiliriz:

• Depolama açısından nem miktarı önemlidir. Çünkü gıdadaki enzim ve mikroorganizma faaliyetleri nem miktarına bağlıdır. Nem miktarı arttıkça enzim ve mikroorganizma faaliyetleri de artar ve gıda bozulmaya başlar. Depolama kriterlerinin belirlenmesinde gıdanın nem miktarına da bakılır.
• Ticari açıdan önemlidir. Örneğin fire kayıpları ve fiyatın düşük olması gibi.
• Standartlardaki nem oranını karşılaştırmak açısından önemlidir. Analiz sonuçlarının belli bir nem sınırı üzerinden verilmesi gibi.
• Gıdalara uygulanacak işlemlerin optimum (en uygun) şartlarda yapılması açısından da önemlidir.