PowerPoint Sunusu

Nişasta: kimyasal yapı
Amiloz, suda heliks
şekli oluşturur. İyot,
bu heliksin ortasına
girerek karakteristik
mavi renk
görünmesine neden
olur. Bu renk,
çözelti ısıtılınca
kaybolurlar
soğutulunca tekrar
ortaya çıkar.
Nişasta bir homopolisakkarittir: -D-glukoz polimeri
MW: 50.000-1000000
Yapısında iki tür polimer bulunur;
1. Amiloz: -1,4 bağlı glukoz polimeridir (amorf)
Düz zincir halinde (500-2000 glukoz birimi)
MW:250.000
İyot ile mavi renk verir.
1
2
Amiloz miktarı: %17 (pirinç) - %38 (mercimek)
%20-27 (hububat ve yumru)
Normal nişastalar:
Amiloz/ Amilopektin = %23 / %77
2. Amilopektin: -1,4 bağlı glukoz birimleri ile -1,6
bağlı dallanma noktalarından oluşur (kristalin)
Her 24-30 glukoz kalıntısında bir dallanma görülür
Her dalda 20-30 glukoz bulunur.
MW: 108
İyot ile mavi renk vermez
Amilotip nişasta: yüksek oranda amiloz içerir
mısırın yüksek amiloz (%55-70) içeren çeşitli
mutantları bulunmaktadır
Mumsu (waxy) nişastalar: %100 amilopektin
normal ve mumsu mısır nişastası = A-tipi X-ray
amilotip mısır nişastası= B-tipi X-ray
3
Amilopektin molekülünde 3 zincir bulunur:
A-zinciri: α -1,4 bağlı glucose (PD12-20)
B-zinciri: α -1,4 and α -1,6 bağlı glucose (PD 30-45)
C-zinciri: α -1,4 and α -1,6 bağlı glucose ve indirgen uç
(PD >60)
5
4
Bu zincirler yanyana gelerek paraalel yığınlar şeklinde 5-7 nm
kalınlığında kristal bölgeleri oluşturmaktadır
6
1
Amilopektinin yapısını tam olarak belirlemek imkansızdır.
Molekülün tanımlanmasında gerekli olan zincir uzunluğu ve
dallanma noktalarının yerlerinin belirlenmesi için enzimatik
yöntemler kullanılmaktadır.
β-amilaz nişasta molekülünün indirgen olmayan ucundaki α-1,4
glikozitik bağları kırarak 1 birim maltozu uzaklaştıran enzimdir.
Dallanma noktalarına geldiğinde ise bu noktaları geçemez, o
nedenle amilopektin β-amilaz ile %55 oranında degrade olabilir.
Maltoz ve β-limit dekstrinler oluşur.
Dallanma Noktalarına Etki Eden (Debranching) Enzimler:
İsoamilaz, Pullulanaz
α-1,6 glikozitik bağları hidrolize eder, α-1,4 bağlarını kıramaz.
Sonuçta kısa lineer zincirler oluşur.
Isoamilaz ile pullulanaz arasında küçük bir fark vardır.
Isoamilaz hidrolizi gerçekleştirmek için en az 3 glukozdan
oluşan zincire ihtiyaç duyar, pullulanaz için ise 2 glukoz
yeterlidir. Bu farktan yararlanılarak amilopektindeki A ve B
zincirlerinin oranları bulunabilmektedir.
β-limit dekstrin + pullulanaz: A ve B zincirlerinin
hidrolize eder
β-limit dekstrin + isoamilaz: B zincirinin hepsini, A
zincirinin ise yarısını hidrolize eder.
Zincir uzunlukları jel filtrasyon tekniği ile belirlenir ve
aradaki farktan A zincirinin yarısı bulunur, A ve B hesaplanır.
7
8
Nişastanın Jelatinizasyonu
Nişasta bileşimindeki diğer maddeler
Nişastanın bileşiminde çok düşük miktarlarda bazı
maddeler de bulunur. Miktarları az olmasına rağmen
nişastanın özelliklerini etkileyebilirler.
 Tahıl nişastalarında düşük düzeyde (%0.5-1.0) yağ
içerirler (polar lipidler). Tahıl haricindeki
kaynaklardan elde edilen nişastalarda yağ yoktur.
 Fosfor ve Azot içerirler. Fosforun çoğu fosfolipid
şeklindedir.
 Patates nişastasındaki fosfor glukoz ile esterleşmiş
formdadır.
• Nişasta granülleri suda çözünmezler, suyu
adsorbe ederek granüller şişer. Su polisakkarit
yapıdaki OH gruplarına H-bağı ile bağlanır ve
amorf faza adsorblanır. Kristal bölgelerdeki
zincirler arası bağlar çok kuvvetli olduğu için suya
karşı sterik engel oluştururlar. Nişasta kuru
ağırlığının %30 u kadar suyu yapısına alabilir.
Granülün şişmesi ile %5 hacim artar (geri
dönüşümlü değişimler)
9
• Sıcaklık artırılırsa, belli bir sıcaklık değerinden sonra
(jelatinizasyon sıcaklığı) granül düzenli yapısını ve
çift kırınım özelliğini kaybeder (= jelatinizasyon)
Normal buğday nişastası: 50-58°C
• Isıtmanın sürdürülmesiyle nişasta granülleri kısmen
çözünür ve çözünen nişasta çözeltiye geçer. Çözünür
nişasta suyu bağlayarak viskozitenin artmasına neden
olur (=çirişlenme, pasting, pişme). Tüm granül
çözünür hale gelinceye kadar devam eden bir
aşamadır, viskozite zamanla artar. (Çözünürlük
sıcaklığa bağlıdır)
11
10
• Bir süre sonra viskozite düşmeye başlar. Bunun
nedeni karıştırmanın etkisi ile amiloz zincirlerinin
aynı yönde dizilimidir (=shear thinning,
karıştırma ile incelme) Kıvamlı bir ürün üretimi
için olumsuz bir özelliktir. (karıştırma süresi!)
• Pişirmenin ardından soğutma uygulandığında
moleküller arasında yeni H-bağlarının oluşmasıyla
sistemin viskozitesi tekrar artmaya başlar (=set
back, katılaşma), sonunda jel oluşur.
12
2
• Jel içinde su tutuklanmış olarak bulunmaktadır,
yapıdan dışarı sızmaz. Ancak, bu jel bekletilirse
nişasta zincirleri birbirleriyle etkileşime girerek
aralarında yeni H-bağları oluşur, yapıdan su sızmaya
başlar (= sineresis). Sadece su içeriği yüksek olan
sistemlerde gözlenebilir.
Nişastanın sulu sistemde sıcaklık değişimi ile viskozitesinde
meydana gelen değişimler Amilograf, RVA (Rapid
ViscoAnalyzer) gibi cihazlarla incelenmektedir.
• Bekletme devam ederse, zamanla nişasta zincirleri
arasındaki etkileşim artar ve nişasta zincirleri
hidrojen bağları ile kuvvetlenerek ikili sarmal yapı
şeklinde yeniden dizilmeye başlar, kristal yapı oluşur
(= retrogradasyon, yeniden kristalizasyon)
(Bayatlama)
13
14
15
16
Amiloz / Amilopektin oranı
jelatinizasyon ve retrogradasyonu etkilemekte
Normal mısır nişastası ve asit hidrolizatları
• normal nişasta = jelatinizasyon sıcaklığı 50-60°C
yumuşak, zayıf jeller
• amilotip nişasta = jelatinizasyon sıcaklığı 150-160°C
sert, elastik ve güçlü jeller
Amilotip nişastadaki amilopektinin uzun zincirlere sahip
olması nedeniyle daha dirençli kristaller oluşturduğu ve
böylece ısıl işlemlere daha dayanıklı hale geldiği
düşünülmektedir
17
18
3
19
20
Sınırlı miktarda su
Amiloz / Amilopektin oranı
fizikokimyasal özellikleri etkilemekte
Nişastanın jelatinize olabilmesi için belli oranda
(nişastanın 2-3 katı) suya ihtiyaç vardır. Bunun
altındaki oranlarda nişasta jelatinizasyonu gecikir
yada tam gerçekleşmez.
• amilotip nişastalar; asitle hidrolize daha
dirençlidir
su alma, şişme ve çözünürlük değerleri normal
nişastalara göre daha düşüktür
DSC: Differential Scanning Calorimety
Bir sisteme ısı akışını sıcaklığın bir fonksiyonu
olarak ölçer.
• mumsu nişastalar; genelde mumsu olmayanlara
göre daha fazla şişmektedir
21
22
DSC;
Su miktarı yeterli ise keskin bir pik gözlenir
(Jelatinizasyon piki). Su miktarı azaldıkça pik genişler.
 Pikin başlangıç noktası birefringe’ın kaybolmaya
başladığı noktadır (jelatinizasyon sıcaklığını)
Su miktarının azalması pik başlangıç noktasını
değiştirmez, son noktayı değiştirir (tamamlanmasını
etkiler)
Normal buğday nişastası için yeterli miktarda su ile ısıtma
yaparken pik başlangıcı ile sonu arasında yaklaşık7C fark
varken, su miktarı sınırlı olduğunda bu fark 30C ye kadar
çıkar.
23
24
4
 Pik altında kalan alan, düzenli bir yapının
düzensiz hale geçmesi (kristal bölgenin erimesi)
için gereken enerji miktarını verir (entalpi)
Ayrıca sınırlı miktarda su ile nişasta granülünün
şişmesi ve parçalanması daha az olacaktır.
25
Nişastalar, enzim inkübasyonu
sırasındaki davranışlarına göre;
26
Enzime Dirençli Nişasta (EDN)
Enzyme Resistant Starch (RS)
“sağlıklı bireylerin ince bağırsağında
sindirilemeyen nişasta ve nişasta parçalanma
ürünleridir”
• RS1, RS2, RS3, RS4
• Hızlı sindirilebilen nişasta : ekmek, patates
(Rapidly digestible starch)
• Yavaş sindirilebilen nişasta : tahıllar
(Slowly digestible starch)
• Dirençli nişasta (Resistant starch)
27
28
29
30
5
Nişastanın Tatlılaştırılması
Nişasta glukoz birimlerinden oluştuğu için nişastanın hidrolizi ile
glukoz şurupları elde edilebilmektedir.
Şeker
Sakaroz
Glukoz
Maltoz
Fruktoz
İnvert şeker
DE (dextrose equivalent): hidrolize olmuş glikozidik
bağların yüzdesidir (indirgenlik derecesi)
Glukoz : DE=100% (1 indirgen uç/1 molekül)
Maltoz: DE= 50% (1 indirgen uç/ 2 molekül)
Tatlılık derecesi
100
70
30
180
130
 %10 (1/10)
 %20 (1/5 yada 2/10)
31
32
Asit rasgele hidroliz
α-amilaz Sadece düz zincirdeki α-1,4 bağını hidrolize eder.
Amilopektinin dallanma noktasındaki α-1,6 bağını hidrolize
edemez
katı
yüksek viskozite
tatlı değil
fermente edilemez
sıvı
düşük viskozite
tatlı
fermente edilebilir
β-amilaz nişasta molekülünün indirgen olmayan ucundaki α1,4 bağlarını kırarak her seferinde 1 birim maltozu uzaklaştırır
Glukoamilaz nişasta molekülünün indirgen olmayan ucundan
glukoz birimlerini uzaklaştırır. Hem α-1,4 hemde α-1,6
bağlarını kırar. Fakat α-1,4 bağlarını daha hızlı hidroliz eder.
Dallanma Noktalarına Etki Eden (Debranching) Enzimler
α-1,6 bağları hidrolize eder. En sık kullanılan iki tanesi
isomeraz ve pullulanaz’dır.
33
34
Diğer Tahıllardaki Nişasta
 Asit hidrolizi ile 40 DE şurup elde edilir (yan ürünler
oluşmakta)
 α-amilaz ile düşük DE (10-25) değerli dekstrinler
 α-amilaz + β-amilaz ile yüksek DE (40-45) değerli maltoz
şurupları
 β-amilaz + dallanma noktalarına etki eden enzimler
(pullulanaz) ile 90-95 DE şuruplar
 glukoz izomeraz ile glukoz fruktoza dönüştürülerek yüksek
fruktozlu şuruplar elde edilir (HFCS: %50 Glu, %42 Fru)
Tahıllardaki nişastanın şekli, büyüklüğü ve
jelatinizasyon özellikleri kaynağına göre
değişmektedir.
Buğday, arpa ve çavdar iki farklı granül içerir:
büyük-lentiküler ve küçük-yuvarlak. İkisinin de
kimyasal yapısı ve özellikleri aynıdır. Bu üç
tahılın jelatinizasyon özellikleri de benzerdir.
DE değeri değiştikçe hidroskopi, çözünürlük, tatlılık, viskozite,
jelleşme ve su bağlama kapasitesi değişmektedir.
35
36
6
Tahıl
Arpa
Pirinç ve Yulaf bileşik nişasta granüllerine
sahiptirler. (Birçok küçük granülden oluşan büyük
bir granül)
Pirinç; küçük, poligonal
jeletinizasyın sıcaklığı ~70°C
Yulaf; büyük, yuvarlak
jeletinizasyın sıcaklığı ~55°C
Jelatinizasyon
sıcaklığı (ºC)
Granül
büyüklüğü (μm)
Buğday
55-62
Çavdar
57-70
Mısır
62-72
Granül şekli
Lentiküler
Yuvarlak
Lentiküler
Yuvarlak
Lentiküler
Yuvarlak
poligonal
Yulaf
53-59
Poligonal
3-10
Pirinç
68-78
Poligonal
3-8
51-60
20-25
2-6
20-35
2-10
28
15
37
Modifiye Nişastalar
 Modifiye nişastalar; doğal nişastanın fiziksel,
kimyasal veya enzimatik uygulamaların bir veya
birkaçının birlikte kullanılmasıyla elde edilen fakat
nişasta özelliklerini tamamen kaybetmeyip, belirli
ölçüde koruyan nişasta türevleridir.
Ürünlerin
genel
kalitesinin
arttırılması
kullanılmaktadırlar.
• gıdanın dokusal yapısında iyileştirme
• görünüm özelliklerinin arttırılmasına
• mükemmel stabiliteye erişme
için
39
1. Asit modifiye nişastalar
38
Modifiye nişastalar bir çok gıda uygulamalarında
kıvam artırıcı, jelleştirici, nem tutucu, stabilite
sağlayıcı, yapı oluşturucu veya bayatlamayı
geciktirici olarak kullanılabilir.
Uygulama alanları;
• Toz karışımlar (toz içecek ve çorbalar)
• Et sanayii, unlu mamuller
• Şekerlemeler
• Düşük kalorili gıdalar,
• Dondurulmuş gıdalar,
• Çerez, ketçap üretimi
• Gıda dışı sektörler (tekstil, kâğıt ve tutkal sanayii)
40
Nişasta çözeltisi %1-3’lük HCl veya H2SO4 ile 50°C’ de 12-14 saat
bekletilir. Çözelti nötralize edilir ve nişasta filtrasyonla ayrılır.
Bu yöntem ile nişastadaki α-1,4 glikozidik bağları asit ile
hidroliz edilir.
Glikozidik bağlar kısmen hidrolize olmaktadır. Asit sadece
amorf bölgelere etki eder, kristal yapı zarar görmez.
 Jelatinizasyon sıcaklığı artar
 Kısa zincirler oluştuğundan viskozite doğal nişastaya göre
daha düşüktür.
 Zincirler arası etkileşim (retrogradasyon) artar ve daha
sert jel yapı oluşur.
 Lokum, sakız, pastil gibi sert jöleli ürünlerde kullanılır.
41
42
7
Kullanılan ajanlar: Fosfor oksiklorit,
Sodyum trimetafosfat,
Adipik asit ve Asetik anhidrit karışımı
2. Çapraz bağlı nişastalar
En yaygın kimyasal modifikasyon yöntemidir. İki nişasta
molekülü kovalent bağlarla bağlanarak daha büyük molekül
oluşturulması sağlanır. Kovalent yapıdaki çapraz bağlar
granül yapıyı kuvvetlendirir.





granüllerin su alıp şişmesini kontrol eder
jelatinizasyon sıcaklığı artar
asidik ortamda yüksek viskozite sağlar
retrogradasyon ve sineresis önlenir
dondurma-çözündürme stabilitesi yüksektir
43
44
Genellikle asetat yada fosfat monoesterleri oluşturulur.
3. Stabilize nişastalar
Nişastanın “eterleşme” yada “esterleşme” ajanlarıyla
reaksiyonu sonucu elde edilirler. Nişasta polimer
iskeletindeki monofonksiyonel kimyasal “engelleyici
gruplar” (asetil veya hidroksipropil gruplar gibi) ikame veya
stabilize edilmiş olur.
 jelatinizasyon sıcaklığı düşer. Yüksek derecede
stabilizasyonla oda sıcaklığında jelatinizasyon
sağlanır (instant ürünler)
 retrogradasyon engellenir.
 donma-çözünme stabilitesi artar
45
4. Okside Nişastalar
46
5. Prejelatinize nişastalar
Nişasta kontrollü koşullar altında oksidasyon ajanları ile
modifiye edilebilir.
• Daha çok gıda dışı alanlarda kullanılmaktadır. Tekstil
(kola nişastası) ve kağıt endüstrisinde sıklıkla kullanılır.
• Gıda endüstrisinde ise et ürünlerindeki kaplama
materyallerinin bileşiminde kullanılmaktadır. Ürüne daha
iyi yapışma sağlar.
Nişasta su ile birlikte jelatinizasyon sıcaklığının biraz üzerine
ısıtılır ve ardından kurutulur. Böylelikle granül yapısı
bozulmuş olur. Prejelatinize nişastanın en önemli özelliği
soğuk suda da şişebilir olmasıdır.
• bebek mamalarında, dondurmalarda, soğuk suda
çözünebilen kremalarda, hazır tatlılarda, soslarda,
kremalarda, çorba ve kek karışımlarında kullanılmaktadır
Oksidasyon ajanı olarak; kalsiyum hipoklorit
sodyum hipoklorit
47
48
8