Gıda biyokimyası ders notu

Bu ders notu E.Ü. Mühendislik Fakültesi Gıda Mühendisliği Bölümü Öğrencileri için hazırlanmıştır. 2009

1


2

ÖNSÖZ

Gıda Biyokimyası ders notu, Gıda Mühendisliği Bölümü öğrencilerinin gıda biyokimyasını anlama,

öğrenme ve öğrendiklerini gıda endüstrisinde uygulayabilme öngörüsü kazanabilmeleri amacıyla

hazırlanmıştır. Günümüzde, Gıda Biyokimyası, gıdanın muhafazası ve işlenmesi sırasında karşılaşılan

problemlerin gıdada gerçekleşen biyokimyasal reaksiyonlar ile ilişkili olduğunun fark edilmesi

nedeniyle önem kazanmıştır. Gıda işleme sırasında uygulanan ısıtma ve dondurma sıcaklıkları, yüksek

tuz konsantrasyonu ve düşük pH gibi parametreler gıdada gerçekleşecek biyokimyasal reaksiyonları ve

dolayısıyla gıdanın kalitesini belirler. Bu nedenle gıda işleme sırasında gerçekleşen reaksiyonları

bilmek ve optimize etmek önemlidir. Gıda biyokimyası bilgisi, daha iyi ve güvenli hammadde ve ürün

elde etmeyi, insan beslenmesine katkıda bulunmayı ve bu gelişmelerin gıda endüstrisinde

uygulanmasını sağlamaktadır.

Tüm öğrencilerimin karanlık bir dünyada bilimin mum ışığıyla aydınlanmalarına katkıda bulunmak

dileğiyle…

Prof. Dr. Sibel Karakaya


3

GĐRĐŞ

Canlıların yapı taşları cansız moleküllerden oluşmaktadır. Canlılığı belirleyen özellikler aşağıda

belirtilmiştir.

1. Canlı organizmalar komplike ve organize varlıklardır.

Canlılarda bulunan organik bileşikler kompleks ve çok çeşitlidir. En basit ve en küçük

bakteri hücresi bile çok fazla sayıda ve farklı organik molekülleri içerir. E. Coli’nin 5000 farklı

organik bileşiği içerdiği ve bu bileşikler arasında 3000 farklı protein ve 1000 farklı nükleik asit

bulunduğu bilinmektedir.

2. Canlı organizmadaki her bileşen spesifik bir amaç ve fonksiyona sahiptir.

Canlı hücresindeki makromoleküller birçok basit ve küçük molekülün birleşmesiyle oluşur.

Örneğin proteinler birçok amino asidin birleşmesinden oluşmuştur. Ancak amino asitler sadece

proteinlerin yapı taşlarını oluşturmaz aynı zamanda çeşitli hormonların, alkoloidlerin ve

pigmentlerin ön maddesi olma işlevleri vardır. Ayrıca hücrede yapısal bir hiyerarşi vardır. Örneğin

alanin amino asidi sadece 0.7 nm uzunluğundadır. Oysa globular bir protein olan ve 574 amino

asitten oluşan hemoglobin yaklaşık 6 nm çapında bir moleküldür. Buna karşın protein molekülleri

sentezlendikleri ribozoma göre oldukça küçüktür. Ribozom 70 farklı protein ve 4 nükleik asit

iplikçiğinden oluşmuştur. Ribozom, 2.8 x 106 molekül ağırlığında ve yaklaşık 20 nm çapında bir

organeldir. Bir hücrenin yapı taşı olan molekül ve/veya makromoleküller hücre boyutuyla

kıyaslandığında çok küçük olmakla birlikte (alanin amino asidinin hacminin kırmızı kan hücresine

oranı 1:1011 dir) proteinin amino asit dizisindeki bir amino asidin değişmesi sadece proteini değil

hücre yapısını ve hatta canlının yaşamını sürdürebilmesini etkilemektedir.

3. Canlı organizmalar çevrelerindeki enerjiyi alma ve başka formlara dönüştürme

kapasitelerine sahiptir.

Canlı organizmalar enerjiyi tüketmezler, bir formdan diğer bir forma dönüştürerek kullanırlar.

4. Canlı organizmalar kendi benzerlerini yapabilme kapasitesine sahiptirler.

HÜCRE

Canlı organizmanın en küçük birimi hücredir. Farklı hayvan ve bitki dokuları farklı yapı ve

metabolik aktiviteye sahip hücreleri içerir. Hücreler üç grupta incelenir.

1. Prokaryotik hücre

2. Ökaryotik hücre


4

Şekil 1. Prokaryotik, ökaryotik ve fotosentetik ökaryotik hücre


5

3. Fotosentetik ökaryotik hücre

Prokaryotik hücre (örnek: E. Coli): Prokaryotik hücreler çok basit ve küçük hücrelerdir. Hücre zarı

bulunur. Hücrede zarla çevrili çekirdek yerine nüklear bir bölge ve bir kromozom bulunur. Ribozom,

depo granülleri ve sitozol içerir.

Ökaryotik hücre (örnek: karaci ğer hücresi): Ökaryotik hücre prokaryotik hücrelerden çok daha

kompleks ve çok daha büyüktür. Zarla çevrili bir çekirdek içerir. Mitokondri, golgi cisimciği ve

endoplazmik retikulum gibi zarla çevrili organelleri içerir.

Fotosentetik ökaryotik hücre (örnek: bitki hücresi): Ökaryotik hayvan hücresindeki organel ve

yapıların yanısıra plastidleri ve büyük kofulları içerir. En önemli ayırıcı özellik fotosentezdir. Ayrıca

hücre duvarı bulunur. Hücre duvarı kompleks karbonhidratlardan oluşmuştur. Bu kompleks

karbonhidratların insan beslenmesi açısından önemleri büyüktür. Bunlar: a) Polisakkaritler: başlıca

selülozdan oluşur. Glukoz moleküllerinin düz zincir şeklinde birbirlerine β- 1-4 hidrojen bağlarıyla

bağlanmasından oluşmuştur. b) Pektik bileşikler: Meyve ve sebzelerde hücre duvarının 1/3’ni

oluştururlar. Temel olarak 1-4 bağlarıyla bağlanmış α-D-galakturanik asit moleküllerinden oluşmuştur.

bazı meyvelerde örneğin kirazda ramnogalakturonan formunda bulunur. c) Hemiselüloz: Alkali

çözeltisiyle ekstrakte edilebilen selülozik ve pektik olmayan bileşiklerdir. Başlıca grupları ksilanlar,

mannanlar, glukomananlar, galaktanlar ve arabogalaktandır. d) Lignin: Lignin sekonder hücre

duvarının oluşumu sırasında sentezlenir. Fenil propanoid (C6-C3) ünitelerinin polimerleşmesiyle

oluşmuştur. Hücre duvarının mekanik dayanıklılığını sağlar.

Şekil 2. Selüloz


6

KARBONH ĐDRATLAR

SINIFLANDIRILMASI VE ÖZELL ĐKLER Đ

1. BASĐT KARBONH ĐDRATLAR

2. KOMPLEKS KARBONH ĐDRATLAR

Glukoz

Glikojen

Nişasta Selüloz

Sakkaroz Maltoz Laktoz

Fruktoz Glukoz Galaktoz

α-1,6 β-1,4

α-1,4


7

Monosakkaritler

Glukoz: Doğada en fazla bulunan monosakkarit olmasına rağmen monosakkarit olarak tüketimi

nadirdir. Nişasta, selüloz ve yenebilen tüm disakkaritlerin yapısında yer alır. Glukoz hem monomer

formunda hem de sakkaroz olarak meyve ve sebzelerin kurumaddesinin önemli bir kısmını oluşturur.

Fruktoz: Meyve şekeri olarak ta bilinir. Monosakkaritler içerisinde tatlılığı en yüksek olanıdır. Kristal

formunda sakarozun yaklaşık iki katı kadar tatlıdır. Ancak çözündüğünde büyük olasılıkla oluşan yeni

konfigürasyonları nedeniyle tatlılığı hızla azalır. Birçok meyve %1-7 civarında fruktoz içerir.

Meyvelerde kurumaddenin % 3 kadarını balda ise % 40’nı oluşturur.

Galaktoz: Doğada serbest formda nadir olarak bulunur. Süt şekeri laktozun yapı taşıdır.

Disakkaritler

Sakkaroz: Glukoz ve fruktozdan oluşan bir disakkarittir. Sakkaroz seyreltik asidik ortamda veya

invertaz enziminin varlığında kendisini oluşturan monomerlerine ayrılır. Sakkaroz asidik gıdaların

bileşiminde (örneğin meyve suları) kullanıldığında birkaç saat içinde inversiyon nedeniyle

monomerlerine parçalanır.

Laktoz: Süt şekeri olarak ta bilinir. Đnsan ve inek sütünün sırasıyla % 7.5 ve % 4.5’ni oluşturur.

Maltoz: Malt şekeri olarak ta bilinir. Nişastanın hidrolizi ile oluşur. Doğada nadir olarak bulunmasına

rağmen bir çok gıda ürününe katılır. Çimlenmiş tohumlar diastaz enzimi üretirler. Bu enzim nişastayı

yeni bitkinin kullanımı için maltoza parçalar. Bu nedenle çimlenmiş tahıllar maltoz içerirler. Maltoz

nişastaya göre daha tatlı olduğu için arpa maltı gıda endüstrisinde tatlandırma amaçlı kullanılmaktadır.

Marketlerde satılan ürünlerin çoğu maltoz içermekte ancak “şeker içermez” (sugar free) olarak

pazarlanmaktadır. Oysa maltoz ve sakkaroz aynı enerji değerine sahiptir.

Bal: Sakkaroz ve az miktarda nişasta içerir. Arı invertaz ve amilaz salgıladığı için sakkaroz ve

nişastayı glukoz ve fruktoza parçalar. Fruktozun moleküler konfigürasyonu tatlılığı belirlediği için

kristalizasyon derecesi balın tatlılığını etkilemektedir.

Polisakkaritler

Nişasta: Nişasta glukoz moleküllerinden oluşmuş bir polisakkarittir. Bitkide monosakkaritlerin

polisakkaritlere dönüşümü nişasta sentezi olarak isimlendirilir. Glukoz molekülleri arasındaki bağ

dehidrasyon sentezi ile oluşur. Bir glukoz molekülünden bir hidrojen atomu diğer glukoz

molekülündan bir hidroksil grubunun alınmasıyla molekülde birleşmeyi sağlayacak serbest reaktif

bölgeler oluşmakta ve zincir uzayarak polisakkaritler oluşmaktadır.


8

Nişasta molekülüne yakın bakış

Amiloz ve amilopektin olmak üzere iki tane nişasta molekülü vardır. Her ikisi de glukoz

moleküllerinden yapılmıştır ancak amiloz düz zincir yapıda amilopektin ise dallanmış yapıdadır.

Amiloz 1000-4400 glukoz molekülünden oluşmuştur. Bu çok uzun bir zincirdir. Bu uzun zincir

buğday tanesinin endosperminde depolanır. Bitkiler nişastayı küçük granüller halinde paketler.

Böylece büyük miktarlarda nişasta, hücre içine giren ve çıkan sıvı dengesini bozmadan depolanabilir.

Bu nedenle nişasta, hızla ulaşabilecek enerjiyi bitki hücre dengesini bozmadan depolama kapasitesine

sahiptir.

Şekil 3. Amiloz

Şekil 4. Amilopektin


9

Neden glukoz nişastaya çevrilir?

Bitkilerde fotosentez ürünleri bir araya getirilerek glukoz elde edilir. Bitkiler glukozu kısa zamanlı

enerji depoları olarak kullanırlar. Fotosentez yapılamayacağı zamanlarda (yağmurlu günler,kuru

günler vs) kullanılmak üzere enerji depolanmak zorundadır. Bu nedenle glukozun bir kısmı nişasta

olarak adlandırılan polisakkarit molekülüne dönüştürülür. Böylece bitki fotosentezde topladığı

enerjinin büyük çoğunluğunu şekerler arasındaki kimyasal bağlarda depolar. Enerji gereksinimi

olduğunda, glukoz moleküllerini bir arada tutan bağlar kırılır ve enerji elde edilir.

Glikojen: Hayvanlarda karbonhidratlar öğünler arasında kan glukoz seviyesini korumak amacıyla

glikojen formunda depolanır. Karbonhidrat yapısında olduğu için glikojen hidrojen bağlarını su

molekülleriyle oluşturur. Absorbe edilmiş olan su glikojenin büyük ve hantal bir molekül olmasına

neden olur. Bu nedenle glikojen molekülü enerji sağlamak amacıyla uzun süre depolanmaya uygun

değildir. 70 kg ağırlığındaki bir erkeğin glikojen deposundan sağlayabileceği enerji süresi yaklaşık 18

saat iken bu süre yağ depoları için 2 aydır. Hesaplamalar, insanların enerji kaynağı olarak sadece

karbonhidratları depolamaları durumunda 30 kg daha fazla vücut ağırlığına sahip olmaları gerektiğini

göstermiştir.

Şekil 5. Glikojen

Sindrilemeyen Karbonhidratlar

Homopolimerler

Selüloz: Selüloz glukoz moleküllerinin β- (1-4) bağlarıyla bağlanmasından oluşmuş bir

homopolimerdir. Bir selüloz molekülündeki glukoz ünitelerinin sayısı 10.000’e kadar çıkabilmektedir.

β bağları çok uzun düz zincir oluşması için uygundur. Bu nedenle selüloz bitkilerde destek molekülü

olarak görev yapar. Uzun selüloz molekülü bir kurdele gibi üst üste katlı haldedir ve düzlemde

hidrojen bağlarıyla bir arada tutulur. Hidrojen bağları komşu moleküldeki hidroksil grupları arasında

oluşur. Zincirler arasındaki bu hidrojen bağları 25 nm çapına kadar ulaşabilen kristal yapıdaki


10

mikrofibrillerin oluşumunu sağlayacak kadar güçlüdür. Selüloz suda çözünmez ve insan sindirim

enzimleri tarafından sindirilemez. Bir çok bitkide hücre duvarının başlıca bileşenidir (Şekil 6). Selüloz

yüksek su absorplama kapasitesi ve suda çözünürlüğünün düşük olması nedeniyle gıdalarda

hacim sağlamak için kullanılmaktadır.

Heteropolimerler

Katı selüloz mikrofibrillerden oluşmuş bitki hücre duvarı jel benzeri bir matriksin içine gömülü olarak

bulunur. Bu matriks selülozun farklı çözünürlükteki heteropolisakkaritlere modifikasyonu ile

oluşmuştur. Modifikasyonlardan bir tanesi glikozidik bağın değişmesidir. Bu değişime örnek olarak

amilopektin ve selülozun glukoz monomerlerinden oluşması gösterilebilir. Farklılık, selülozun düz ve

uzun zincirden oluşması amilopektinin ise oldukça dallanmış bir yapıda olmasıdır. Matrik

polimerlerinden biri olan β-glukanlar tekrarlanan β (1-4) bağlarının arasında molekülün selüloza göre

daha dallanmış ve dolayısıyla çözünürlüğünün daha fazla olmasına neden olan β (1-3) bağlarını da

içerir.

Şekil 6. Bitki hücre duvarı


11

Hemiselüloz: Yapısında farklı çözünürlüklere sahip diğer şekerler de bulunan bir glukoz polimeridir.

Baskın olan şeker molekülü (galaktan, manan, arabinoz vb) hemiselüloz molekülünün

isimlendirilmesinde kullanılır. Hemiselüloz suda çözünen ve çözünmeyen formlara sahip bir

moleküldür.

Şekil 7. Hemiselüloz

Yapısında çok sayıda dallanmış ve düz zincir yapıda pentoz ve hekzozlar yer almaktadır. Tahıllarda

suda çözünen hemiselüloz pentozanlar olarak isimlendirilmektedir. Molekül ağırlığı selüloza göre çok

düşüktür.

Suda çözünen pentozanlar tahıllarda az miktarda bulunmakla birlikte su bağlama kapasiteleri ve

viskoziteyi artırıcı özellikleri nedeniyle fonksiyonel öneme sahiplerdir. (1→ 3) ve (1→ 4) bağlı β-

glukanlar buğdayda az miktarda bulunmakla birlikte çavdar ve arpanın hücre duvarının başlıca

bileşenini oluşturmaktadırlar. Yulaf β-glukanı düz zincir yapısındadır. % 70’i 4-O- bağlı beta-D-

glukopironizil, % 30’u ise 3-O- bağlı beta-D-glukopironizil ünitelerinden oluşmuştur. Suda çözünen

ve çözünmeyen hemiselülozlar gıdalarda önemli etkilerin gerçekleşmesini sağlarlar. Sağlık üzerine

olumlu etkilerinin yanı sıra su bağlama kapasiteleri nedeniyle hacim sağlayıcı ajanlar olarak

kullanılırlar. Bazı hemiselüloz moleküllerinde bulunan asidik yapıdaki bileşenler molekülün katyon

bağlama kapasitesini bozarlar. Hemiselüloz kolonda selüloza göre çok daha büyük oranda

sindirilir/fermente edilir.

Pektin ve Gumlar: Pektik bileşikler sıcak suyla ya da hücre duvarında tuz formunda bulunursa

amonyum oksalat veya EDTA ile ekstrakte edilebilen bileşiklerdir. Genel olarak metil esterleri

(pektin) veya serbest formda (pektik asit) olabilen α-D-galakturananlar olarak tanımlanırlar. Ancak

aslında molekül yapısı daha komplekstir.


12

Çünkü molekülde az miktarda da olsa ramnoz, galaktoz, arabinoz ve ksiloz bulunmaktadır. Ramnoz α-

D-galakturonik asit ünitelerinin ana zincirinde diğer şekerler ise yan zincirde bulunurlar. Molekülün

çözünürlüğünün hemiselüloza göre daha fazla olmasını sağlayan yapısındaki şeker ve şeker

alkolleridir. Jel oluşturan lifler belirli aralıklarla ramnoz molekülü ve yan zincirlerde arabinoz ve

galaktoz bulunan galakturonik asit iskeletinden oluşmuştur. Pektin stabil jel oluşturma özelliği

nedeniyle reçeller, jöleler gibi bir çok gıdada bulunur. Tamamen esterfiye pektinlerin jel oluşturmak

için asit veya elektrolite gereksinimleri yoktur. Kalsiyum tuzlarının varlığı jelleşme kapasitesini

artırmakta ve şeker konsantrasyonu ile pH’nın jel oluşumu üzerine etkisinin azalmasını sağlamaktadır.

Gumlar ve musilajların (hidrokolloidler) yapısı pektin ile benzer olmakla birlikte galaktoz üniteleri,

diğer şekerler ve polisakkaritlerle birleşmiş haldedir. Deniz yosunundan, bitkilerden, tohumlardan ve

mikrobiyal kaynaklardan elde edilirler.

Sindirilemeyen Oligosakkaritler (Dirençli Oligosakkaritler): Sindirilemeyen oligosakkaritler,

sindirim enzimlerine dirençli olan ve bu nedenle insan vücudunda sindirilemeyen karbonhidratlardır.

Sindirim enzimlerine direnç moleküldeki ozidik (osidic) bağlardan kaynaklanmaktadır (Şekil 8).

O

O O

CH2OH

CH2OH

OH

OH

OH

1:2 bağı

OCH2OH

OH

O

CH2OH

OH

OH

O

1:3 bağı

Şekil 8. Ozidik bağlar Bu bağlar hem linear hem de dallanmış yapıda olabilir. Polimerizasyon derecesi 3-10 arasında değişen

sindirilemeyen oligosakkaritler sebzelerde, meyvelerde ve tahıllarda doğal olarak bulunur. Ayrıca

monosakkaritler ve disakkaritlerden enzimatik veya kimyasal olarak sentezlenebililer.

Polisakkaritlerden ise enzimatik hidroliz ile elde edilebilirler. Sindirilemeyen oligosakkaritler

kolondaki anaerobik bakteriler tarafından daha küçük oligomerlerine hidrolizlenirler. Bu fermentasyon

sonunda bakterilerin çoğalması için enerji, gaz (H2, CO2, CH4) ve asetat, propiyonat, bütirat, L-laktat

gibi kısa zincirli karbosiklik asitler (KZKA) üretilir. Kısa zincirli karbosiklik asitlerin izlediği

metabolik yol konusunda anlaşmazlık olmakla birlikte % 90-95’nin barsak hücre duvarından emildiği

düşünülmektedir. Bütirat hariç diğer KZKA portal dolaşımla karaciğere gelir. Ancak asetatın % 25-

50’si hepatik metabolizmadan kurtularak sistemik dolaşımla perifer dokulara başlıca kaslara ulaşır.

Son yıllarda yapılan çalışmalar ise KZKA moleküllerinin bir kısmının anahtar metabolik yollarda


13

düzenleyici olarak görev yaptığını göstermiştir. Tablo 1’de oligosakkaritler görülmektedir. Đnülin

(Şekil 9) ve inülinin hidroliz ürünü oligofruktoz (fruktanlar) gıdalarda doğal olarak bulunabilen

oligosakkaritlerdir. . Đnulin ve fruktanlar başlangıç olarak glukoz molekülü içeren fruktoz

polimerleridir. Oligofruktoz inulinin bir alt grubudur. 10 taneden daha az fruktoz molekülü içerir. FOS

gastrointestinal bölgenin üst kısmında sindirilebilmektedir. Sindirilirlikleri oldukça düşük olduğu için

1- 1.5 kkal/g enerji verirler. Soğan, hindiba ve enginar diyetteki fruktanların en önemli kaynaklarıdır.

Oysa galaktooligosakkaritler veya neosugar gibi diğerleri sentetik ürünlerdir. Bunlar sakaroz, laktoz

gibi disakkartilerin enzimatik ve/veya kimyasal modifikasyonu ile elde edilirler. Polidekstroz sorbitol

ve glukozdan sitrik asit gibi bir organik asidin katalizör etkisiyle sentezlenirler. Dirençli dekstrinler,

patates veya mısır nişatasının alkali pH’da ısı varlığında enzimatik işlemle elde edilirler.

Birçok Avrupa ülkesinde hindibadan (chicory) elde edilen fruktooligosakkaritler gıda bileşenleri

olarak kabul edilmektedir. Japon otoriteleri ise trans-galaktooligosakkaritleri,

isomaltooligosakkaritleri, soya oligosakkaritleri ve ksilooligosakkaritleri fonksiyonel gıda olarak

kabul etmektedir

Hindibadan elde edilen fruktooligosakkaritlerin gastrointestinel sistemdeki davranışı

Kolonda anaerobik bakteriler tarafından fermentasyonu: Hindibadan elde edilen

fruktooligosakkaritlerin kolonda anaerobik bakteriler tarafından polidekstroz, pektin veya fruktoz gibi

diğer substratlara göre daha fazla kullanılabildiği gösterilmiştir. Diğer bakteri populasyonuna göre

(lactobacilli, clostridia, coliform ve gram pozitif cocci) bifidus bakterilerinin çok daha fazla çoğaldığı

saptanmıştır. Bu etkinin bifidobakterilerin β-fruktosidaz salgılamasından kaynaklandığı belirlenmiştir.

Bifidobakterilerin diğer bakterilerin gelişimi üzerine inhibisyon etkisinin yoğun KZKA üretimine

bağlı olarak pH’nın düşmesinden kaynaklandığı düşünülmaktedir. Ancak sadece asitliğin E.coli ve C.

perfringens gelişiminin inhibisyonu için yeterli olmadığı belirtilmektedir. Diğer araştırmalarda

bifidobakterilerin bakterisidal etkili bileşikler ürettiği saptanmıştır.

Şekil 9. Đnulin


14

Tablo 1. Sindirilemeyen oligosakkaritler Đsim Kimyasal yapı Ozidik

bağ Kaynak Ticari ismi

Fruktooligosakkaritler (FOS) Đnülin Glukozil (fruktozil)n

fruktoz (n= 2→ 20) β 1→ 2 Bitki Raftiline

Fibrulin Oligofruktoz Glukozil (fruktozil)n

Fruktoz (fruktozil)m

fruktoz (n= 1→ 6, m= 2→7)

β 1→ 2 Bitki ve inulinin enzimatik hidrolizi

Raftilose

Neosugar Glukozil (fruktozil)n fruktoz (n= 1→ 3)

β 1→ 2 Sakkarozdan enzimatik sentezle

Neosugar Actilight

Galaktooligosakkaritler (GOS veya TOS)

Glukozil (galaktozil)n galaktoz (n= 1→ 3)

β 1→ 6 Laktozdan enzimatik sentezle

Oligomate

Transgalaktooligosakkaritler (Galaktozil)n galaktoz (n=2)

α 1→ 6 Laktozdan enzimatik sentezle

Cup-oligo

Đsomaltooligosakkaritler (IMO)

(Glukozil)n glukoz (n= 2 → 7)

α 1→ 4 Maltozun enzimatik olarak yeniden düzenlenmesi

Đsomalto

Palatinozlar (Palatinose Condensates, PC) Polidekstroz Rastgele dallanmış +

sitrik asit (n=2→ 100?)

Glukoz pirolizis-sitrik asit

Poli-dekstroz

Pirodekstrinler Kompleks karışım Mısır veya patates nişastasının pirolizi

Sololigosakkaritler (SOS) Raffikoz + stakiyoz (n= 3 → 4)

Enzimatik sentez + piroliz

Soya-Oligo

Ksilooligosakkaritler (XOS) (Ksilosil), ksiloz (n= 2 → 4)

β 1→ Xylooligo


15

PROTEĐNLER

Proteinler yapı taşı amino asitler olan azot içeren kompleks organik bileşiklerdir. Şekil 10’da valin

amino asidinin formülü görülmektedir.

C H

CH

COO-

CH3H3C

+H3N

Valin

R grubu

Şekil 10. Valin amino asidi

COOH grubu karboksil grubu, NH2 grubu ise amin grubu olarak isimlendirilir. "R" ise amino asitte

bulunabilecek herhangi bir yan zinciri göstermektedir. R grubunun kimyasal bileşimi bir amino asidi

diğerinden ayırır. Tüm amino asitler bitkide sentezlenebilmesine rağmen zorluk düzeyi çok büyük

değişkenlik göstermektedir. Proteinlerin yapısındaki bağlar kovalent ve kovalent olmayan bağlar

olarak iki grupta incelenebilir. Peptid bağları ve disülfit bağları kovalent bağlardır. Oysa hidrojen

bağları, iyon bağları ve apolar bağlar kovalent olmayan bağlardır.

Peptit bağları: Bir amino asidin karboksil grubu ile amino grubu arasında oluşan C-N bağlarıdır. Bir

C-N tek bağının uzunluğu 1.49 A°, bir C=N bağının uzunluğu 1.27 A° iken peptit bağının uzunluğu

1.32 A° dur. Peptit bağının uzunluğunun C-N bağının uzunluğundan kısa ve C=N bağının

uzunluğundan uzun olması nedeniyle peptit bağı kısmen çift bağ olarak kabul edilmektedir.

Disülfit bağları: Đki sistein kalıntısı arasında sülfidril gruplarının (SH) hidrojen kaybetmesi sonucu

oluşan S-S bağlarıdır (Şekil 11).

||||----------------------S-S-----------------------||||

Sistein-Tirozin-Đsolösin-Glisin-Aspartik asit-Sistein-Prolin-Lösin-Glisin-NH2

Şekil 11. Disülfit bağı

Disülfit bağları protein molekülünün şeklinin oluşmasında ve korunmasında önemlidir. Disülfit bağları

bir polipeptit zinciri içerisinde kurulabildiği gibi polipeptit zincirleri arasında da kurulabilir.

Hidrojen bağları: Bir polipeptit zincirinde bir peptit düzleminde bulunan oksijen atomu ile bir başka

peptit bağı veya düzlemindeki azot atomu arasında, aradaki uzaklık yaklaşık 2.7 A° olduğunda

hidrojen köprüsü şeklinde (C=O…H…N) oluşan bağlardır (Şekil 12).


16

Şekil 12. hidrojen bağı

Đyon bağları: Polipeptit zincirindeki asidk ve bazik amino asitlerin fonksiyonel gruplarının fizyolojik

pH’da tamamen veya kısmen iyonlaşmış halde bulunmaları nedeniyle elektronegatif ve elektropozitif

gruplar arasında oluşan elektrostatik çekim kuvveti ile (COO- ...H3N+) oluşan bağlardır.

Apolar bağlar: Polipeptit zincirindeki amino asitlerin metil grubu, alifatik grup, siklik grup gibi

apolar kısımlarının birbirlerine yeter derecede yakın olmaları halinde geçici polarite göstermeleri

nedeniyle Van der Wals olarak bilinen zayıf çekme kuvveti ile oluşan (CH3…CH3) bağlarıdır. Bu

bağlar gerçek bağ değildir. Elektron paylaşımı yoktur.

Proteinlerin moleküler yapısı

Proteinlerin 4 yapısı vardır.

1. Primer yapı: Amino asitlerin düz bir zincir şeklinde (Şekil 13) birbirine bağlandığı yapıdır.

Şekil 13. Düz zincir yapısı

2. Sekonder yapı: Amino asitlerin yapısındaki “R” gruplarının heliks veya pli şeklinde yapı

oluşturmasıdır.


17

Proteinlerde gelişigüzel oluşan kangalsı yapı, α-heliks yapı ve β-konformasyonu veya kırmalı

tabaka yapısı olmak üzere üç çeşit sekonder yapı görülmektedir.

Kangalsı yapı: Bu yapıda polipeptit zincirinin R-uçları α-karbonlar etrafında dönüşler yaparlar

(Şekil 14).

Şekil.14. Kangalsı yapı

β-konformasyonu veya kırmalı tabaka yapısı: Bu yapıda molekülün şekli kırmalı tabaka

görünümündedir (Şekil 15).

Şekil 15. Kırmalı tabaka yapı

α-heliks yapı: Polipeptitler olası tüm hidrojen bağlarının oluşumunu sağlayacak şekilde kıvrımları

sağa dönerek bükülür ve heliks yapı oluşur (Şekil 16).

Şekil 16. α-heliks yapı


18

3. Tersiyer yapı: Sekonder yapıdan sonra proteinin uzayda katlanması veya lifler halinde yeniden

düzenlenmesi ile oluşan globüler veya fibriler yapıdır. Tersiyer yapının oluşmasına primer ve

sekonder yapıyı oluşturan bağların dışında Van der Waals ve iyon bağları da katkı sağlar.

Böylece üç boyutlu konformasyonu tamamlanmış ve yoğunlaşmış protein molekülü meydana

gelir (Şekil 17).

Şekil 17. Tersiyer yapı

4. Kuaterner yapı: Yapı taşı polipeptitlerdir. Polipeptitlerin bir araya toplanmasıyla oluşmuş

kompleks yapıdır (Şekil 18). Her proteinin kuaterner yapısı olmayabilir. Ancak molekül

ağırlığı 100.000’in üzerinde olan proteinler genellikle kuaterner yapıya sahiptir

Şekil 18. Kuaterner yapı

Amino asit sentezi

Bitkilerde proteinlerin yapı taşı olan amino asitler vücut gereksinimine göre sentezlenirler ve daha

sonra sabit bir hızla yıkılırlar. Molekül ağırlığı 135 g olan küçük biyokimyasal moleküllerdir. 20 tane

amino asit vardır ve diğer amino asitler bu amino asitlerden hidroksilasyon (OH- eklenmesi) ve

fosforilasyon (PO4) reaksiyonlarıyla elde edilirler. Bitkilerdeki amino asit sentezinin yaşamsal önemi


19

vardır. Bitkiler karbonhidrat metabolizmasındaki ara ürünleri amino asit sentezinde kullanırlar. Bu

nedenle bakteriler, küfler, mayalar ve bitkiler tüm amino asitleri kendi kendilerine sentezleyebilme

özellikleri bakımından tektirler.

Protein Sentezi

Đlk aşama çift sarmal DNA yapısındaki nükleotid sıralamasının tek iplikçik formundaki elçi RNA’ya

(mRNA) aktarılmasıdır. Her üç nükleotid bir amino asidi tanımlamaktadır. DNA iplikçiği üzerindeki

sadece bir gende 1200 nükleotid bulunmaktadır. Bu 400 amino asit bulunduğu anlamına gelmektedir.

Đkinci aşamada amino asit aktive eden enzim bir amino asidi transfer RNA molekülüne bağlar. 20 tane

amino asit olduğu için 20 farklı transfer RNA ve 20 farklı amino asit aktive eden enzim

bulunmaktadır. Son aşamada amino asit transfer RNA’ya bağlanır ve protein fabrikası da denilen

ribozomda protein sentezi başlar. mRNA küçük birimleri ribozoma bağlar. mRNA’daki ilk üç

nükleotidle eşleşecek t RNA gelir. Ribozomdaki senezlenecek olan protein molekülüne bu küçük ünite

bağlanır. Bu işlem tüm amino asitler bağlanana kadar devam eder. mRNA' daki son üç nükleotid

kendisine uyan tRNA bulamaz. Bu DUR anlamına gelmektedir. Ribozom mRNA’yı serbest bırakır ve

amino asit zinciri proteini oluşturur. Bu işlemi hızlandırmak için birçok ribozom aynı anda çalışır

(Şekil 19).

Şekil 19. Protein sentezi


20

LĐPĐTLER

Lipid Terimi, yağlar, sıvı yağlar ve yağ benzeri bileşiklerinin tümüne verilen genel bir isimdir. Ortak

özellikleri eter, alkol ve benzen gibi organik çözücülerde çözünmeleridir. Karbonhidratların tersine

küçük moleküllerdir.

Yağlar, yağ asitlerinin gliserol ile yapmış olduğu esterlerdir. Yağ asitleri zincir uzunluklarına göre:

1. Kısa zincirli (4-6 C)

2. Orta zincirli (8-12 C)

3. Uzun zincirli (> 12 C)

olarak sınıflandırılırlar. Ayrıca yağ asitleri yapılarındaki karbon molekülünün doygunluk dercesine

göre:

1. Doymuş; karbon molekülünün 4 bağı hidrojen ile doyurulmuştur.

2. Tekli doymamış; yağ asidinde bir çift bağ bulunur.

3. Çoklu doymamış; yağ asidinde birden fazla çift bağ bulunur.

Lipitlerin sudaki davranı şları

Lipitlerin tanımında suda çözünmedikleri ifadesi yer almaktadır. Ancak lipitler suyun olduğu ortamda

da bulunurlar. Bu nedenle lipitlerin suyun bulunduğu ortamdaki davranışları biyolojide özel bir öneme

sahiptir. Lipitlerin çoğunun amfifilik olduğunu söylemek yanlış olmaz. Amfifilik terimi iki kısımdan

oluşmak (apolar hidrokarbon bölgesi ve polar veya iyonik bölge gibi) anlamını taşır. Amfifilik

moleküller suda çözündüğünde, hidrofobik kısımları (örneğin hidrokarbon zincirleri) kendiliğinden bir

araya toplanma yoluyla çözücüden ayrılır. Ayrılan ürünler misel (bir araya toplanan moleküllerin su

içerisinde dağılmış formu) ve tek tabaka (moleküllerin su-hava yüzeyinde toplanması) şeklinde

olabilir (Şekil 20).

Şekil 20. Tek tabaka formunda toplanma, ( ): amfifilik özellik; ( ): polar kısım; ( ): hidrokarbon kısım

Su


21

Şekil 20’de görüldüğü gibi polar kısım polar yapıdaki su ile temas halindedir. Böylece apolar kısmın

polar yapıdaki su ile teması önlenmiş ve sudan mümkün olduğunca uzakta tutulmuş olur (hidrofobik

özellik). Hidrokarbonlar su ile hidrojen bağı oluşturmaz. Ayrıca su ile kuşatılmış olan hidrokarbon su

molekülleri arasında hidrojen bağlarının oluşumunu kolaylaştırır. Ancak amfifilik lipitler sadece

küçük miktarlarda suda tek tabaka halinde bir araya gelebilirler. Aslında lipitler genellikle Şekil 21’de

görüldüğü gibi çözünür miseller oluştururlar. Bu miseller küre, elips ve silindir şeklinde olabilir.

Su

Su

Su

Su

Su

Su

Su

Şekil 21. Küresel misel formu Bir diğer misel formu iki tabakalı misel formudur. Şekil 22’de bu forma örnek olacak kapalı halka

yapıdaki misel görülmektedir. Bu misel tipi kabarcık (vesicle) olarak ismlendirilir. Kabarcık tipi

miselde ana kavram yapıda hidrokarbon zincirlerinin zıt yönde olduğu iki lipit tabakasının

bulunmasıdır.

Su

Su

Su

Su

Su

Su Su

Su

Su

Su

Şekil 22. Halka şeklindeki misel (kabarcık tipi)


22

Amfifilik lipitlerden büyük ve küçük olmak üzere iki tip misel oluşur. Her iki from iki karşıt gücün

etkisiyle oluşur. Bunlardan ilki hidrokarbon zincirleri arasındaki çekim kuvveti (van der Waals

kuvveti), diğeri ise polar gruplar arasındaki itme kuvvetidir. Miselin alabileceği en küçük boyutu

hidrofobik etki belirlemektedir. Su-hidrokarbon ara yüzünün eliminasyonu için minumum sayıda

hidrokarbon zinciri birleşmelidir. Miselin alabileceği en büyük boyutu ise polar gruplar arasındaki

itme kuvveti belirler. Eğer her bir polar grup için iki hidrokarbon zinciri varsa apolar hacim, amfifilik

lipitte bir hidrokarbon zinciri olana göre polar grubun iki katı olacaktır. Bir hidrokarbon zinciri olan

amfifilik lipitte oluşan daha büyük itme gücü polar grupların bir araya gelmesini engeller ve böylece

misel boyutu küçük kalır. Amfifilik lipitte iki hidrokarbon zincirinin olması koşulunda ise daha zayıf

olan itme kuvveti ve daha büyük hidrokarbon hacmi daha büyük misel oluşumuna olanak

sağlayacaktır. Bu misellere örnek iki tabakalı (bilayers) ve kabarcık (vezikül) miselleridir.


23

GIDA ĐŞLEME SIRASINDA MEYDANA GELEN B ĐYOK ĐMYASAL REAKS ĐYONLAR

ESMERLEŞME REAKS ĐYONLARI

Esmerleşme reaksiyonları gıdaların işlenmesi ve depolanması sırasında karşılaşılan en önemli

reaksiyonlardan biridir. Bu reaksiyonlar et, balık, meyve ve sebzelerin işlenmesi sırasında oluştuğu

gibi taze meyve sebzelerin mekanik hasara maruz kalması nedeniyle de oluşmaktadır. Esmerleşme

gıdaların lezzet, görünüm ve besleyici değerini etkiler. Bununla birlikte bazı ürünler için esmerleşme,

uygulanan işlemin bir aşamasıdır. Buna örnek olarak kahve, çay, bira, kızarmış ekmek, tost ekmeği

verilebilir. Bu gıdalarda esmerleşme ürünleri gıdanın lezzet ve görünümünü iyileştirmektedir. Bu

reaksiyonların kontrollü oluşumunu sağlamak veya istenmediği durumlarda oluşumunu inhibe etmek

için reaksiyon mekanizmasının anlaşılması gerekmektedir. Esmerleşme reaksiyonları enzimatik ve

enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonları olarak iki şekilde gerçekleşmektedir.

1. Enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonları

Enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonları; 1) karamelizasyon, 2) askorbik asit oksidasyonu

(veya esmerleşmesi), 3) Maillard reaksiyonu olmak üzere üç grupta incelenir.

Karamelizasyon: Karamelizasyon şekerlerin degredasyonudur. Şekerler alkali veya asidik

koşullarda erime noktalarının üzerindeki sıcaklıklara kadar ısıtıldıklarında renkleri kahverengiye

dönüşür. Eğer bu reaksiyon kontrol edilmezse istenmeyen yanmış ve acı ürünler oluşur. Karamel

gıdaları renklendirmede kullanılır. Karamelin kimyasal yapısı çok komplekstir ve hala tam olarak

anlaşılamamıştır.

Askorbik asit oksidasyonu: Turunçgil sularının ve konsantrelerinin esmerleşmesi amino asit ve

şekerler arasında meydana gelen Maillard tipi reaksiyondan kaynaklanmaktadır. Askorbik asit

turunçgil sularının ve konsantrelerinin esmerleşmesinde merkezi bir rol oynamaktadır. Askorbik

asit esmerleşmesi pH ile ilişkilidir. 2.0 - 3.5 aralığının üzerindeki pH değerlerinde pH ile

esmerleşme arasında negatif bir ilişki vardır. pH 4.0’ün altında esmerleşme öncelikle askorbik

asidin furfurale dönüşümünden kaynaklanır. Askorbik asit degredasyonu aerobik ve anaerobik

koşulların her ikisinde de gerçekleşebilir. Ambalajlı meyve suyunda kalan hava miktarı vakum

uygulama gibi yöntemlerle minumumda tutulduğu halde meyve suyunda çözünmüş halde bir

miktar oksijen (% 0.05) bulunur (Şekil 23). Bu oksijen tamamen tüketildikten sonra askorbik

asidin anaerobik degredasyonu başlar, ancak bu reaksiyonun hızı çok düşüktür (aerobik

reaksiyonun 1/10’u kadar). Turunçgil sularının esmerleşmesi sadece askorbik asitten

kaynaklanmaz. Meyve sularının içerdiği amino asitler ve askorbik asit arasında gerçekleşen

Maillard reaksiyonu rengin esmerleşmesinden sorumludur. Meyve sularında pH 4’ün altında


24

başlıca degredasyon ürünü furfuraldır. Ancak pH 4’ün üzerinde bu mekanizma gerçekleşmez.

Özellikle kurutulmuş sebzelerde pH 4’ün üzerindeki esmerleşme reaksiyonu askorbik asit ile

amino asit arasındaki Maillard reaksiyonundan kaynaklanır. Bu reaksiyon kurutma işleminin son

aşamasında oluşan askorbik asit oksidasyon ürünleri ile amino asit arasındaki reaksiyon nedeniyle

hızlanır.

O O ║ ║ C C COOH

│ │ │ HOC O=C O=C OH ║ O O2 │ O │ HOC O=C O=C │ │ │ O CHO HC HC HCOH │ │ │ HF HOCH HOCH HOCH │ │ │ CH2OH CH2OH CH2OH Askorbik asit Dehidroaskorbik asit Diketogulonik asit anaerobik

COOH C - OH HC – OH CHO ║ ║ C– OH C – OH CHOH O CHO CHOH CHOH + CO2 CHOH Furfural CHOH CHOH CHOH CH2OH CH2OH CH20H

Şekil 23. Askorbik asidin olası degredasyon mekanizması

MAILLARD REAKS ĐYONU Kahverengi pigment ve melanoidin oluşumu ilk kez Fransız kimyacı Louis Maillard (1912) tarafından

glukoz-lizin çözeltisinin ısıtılması sonucunda gözlenmiştir. Bu nedenle bu reaksiyon Maillard

reaksiyonu olarak isimlendirilmiştir. Maillard reaksiyonu gıdalarda bulunan amino grupları ile

karbonil grupları arasındaki tüm reaksiyonları kapsar. Bunlar arasında aminler, amino asitler ve

proteinlerin şekerlerle, aldehitlerle, ketonlarla ve lipit oksidasyon ürünleriyle reaksiyonları sayılabilir.


25

1. Karbonilamino Reaksiyonu: Maillard reaksiyonunun ilk basamağı amino asitlerin veya

proteinlerin α-amino gruplarıyla indirgen şekerlerin karbonil grupları arasındaki kondensasyon

reaksiyonudur. Bu nedenle ‘’karbonilamino’’ reaksiyonu olarak isimlendirilmiştir. Başlangıç

ürünü eklenen bileşiktir, bu bileşik hızla su kaybederek Schiff bazına daha sonra N-

glukozilamin’e dönüşür. Reaksiyon α-amino asitlerle sınırlı değildir. Protein ve peptitlerde

bulunan diğer amino gruplarıyla da gerçekleşebilir. Bu reaksiyon ortam pH’sı amino asitlerin

izoelektrik noktasının altında olduğunda hızlanır.

2. Amadori yeniden düzenlenmesi: Karbonilamino reaksiyonunun son ürünü N-glukozilamin

stabil değildir ve birçok yeniden düzenlenme reaksiyonlarına girer. Bu değişiklikler sonunda

N-glukozilaminin izomerizasyonla fruktoz-amino aside (1-amino-1-deoksi-2-ketoz) dönüşür.

Aldoz formdan ketoz forma dönüşüm Amadori yeniden düzenlenmesi olarak adlandırılır.

Amadori yeniden düzenlenmesi sonucunda oluşan ürünler nispeten stabildir ve dondurularak

kurutulmuş şeftali ve kayısıdan, soya sosundan ve sütten izole edilmişlerdir. Bu ara ürünlerin

kahverengi renk ve lezzet üzerine etkileri olmamakla birlikte besleyici değerde azalmaya

neden olurlar.

Maillard Reaksiyonu Koşulları

a) pH ve tamponlar: Karbonilamino reaksiyonu asidik ve alkali ortamın her ikisinde de gelişebilir,

ancak proteinlerin, peptitlerin ve amino asitlerin amin gruplarının bazik formda olmasıyla

gerçekleşen alkali koşullarda daha kolaylıkla gelişir. PH’nın artması hekzozların çoğunda zincir

açılmasını ya da indirgen formun oluşumunu sağlar. Bu nedenle yüksek asitli gıdalarda (ör; turşu)

bu reaksiyonlar oluşmaz. Ancak ortamda sakkaroz bulunması durumunda bu genelleme geçerli

değildir. Sakkaroz indirgen bir şeker değildir, bu nedenle Maillard reaksiyonunda reaktant olarak

yer almaz. Ancak ortam asitliğinin yüksek olması sakkarozun inversiyonuna, glikozidik bağın

hidrolizine ve dolayısıyla indirgen monosakkaritlerin açığa çıkmasına neden olur. Glikozidik

bağın hidrolizi düşük pH’da ve yüksek nemde hızlanır. Tamponlar, şeker-amino asit sistemlerinde

reaksiyon iyonik ortamı etkiledikleri için esmerleşme hızının artmasına neden olurlar.

b) Sıcaklık: Sıcaklığın artmasıyla birlikte reaksiyon hızı da artar.

c) Nem içeriği: Maillard reaksiyonu çözeltilerde hızla ilerler. Ancak tamamen dehidrasyon ya da

aşırı nem reaksiyonu inhibe eder. Kazein-glukoz sisteminde maksimum amino asit kaybı için

optimum nemin % 65-70 nisbi nem olması gerektiği saptanmıştır. Su aktivitesinin 0.6-0.7

aralığında olması maksimum lizin kaybı ve aşırı esmerleşme ile paralellik göstermiştir.

d) Şekerler: Đndirgen şekerler bu reaksiyonun başlıca bileşenidir. Đndirgen şekerler serbest amino

gruplarıyla reaksiyona girecek karbonil gruplarını sağlarlar. Reaksiyonun başlangıç hızı şeker


26

halkasının okso ya da indirgen forma açılmasına bağlıdır. Şekerin okso formunun konsantrasyonu

pH’nın artmasıyla artar.

e) Metaller: Amino asitlerle metallerin kompleks oluşturması Maillard reaksiyonunu etkiler. Bakır

ve demir iyonları reaksiyonu katalizlerken, manganez ve kalay reaksiyonu inhibe eder.

Pigment Oluşumu

A. Amadori bileşikleri yoluyla:

1-amino-1-deoksi-1-ketoz türevlerinin kahverengi pigmentlere ve melanoidinlere dönüşümü oldukça

kompleks ve tamamen anlaşılamamış reaksiyonlardır. Üç metabolik yol olduğu düşünülmekte ancak

iki yolun pigment oluşumuyla direk ilişkili olduğu sanılmaktadır. Bunlar Amadori bileşiklerinin enol

formları olan stabil olmayan ara ürünlerdir. Birinci yolda 1-amino-1-deoksi-2-ketoz’un enolizasyonu 2

ve 3 pozisyonunda oluşur ve dönüşümsüz olarak 2,3-enediol oluşur. Bu bileşik daha sonra bir seri

reaksiyonla metil dikarbonil ara ürününe dönüşür. Đkinci yolda C-3 pozisyonundaki hidroksil

grubunun kaybedilmesiyle 1,2-eneaminol oluşur. Bunu C-1 pozisyonunda deaminasyon ve su

eklenmesiyle 3-deoksihekzosuloz oluşumu takip eder. Daha sonraki reaksiyonlar komplekstir ve çok

azı anlaşılmıştır. Bu reaksiyonlar bir seri aldol kondensasyonu ve polimerizasyon reaksiyonlarını

içerir. Son ürünler azot içeren koyu kahve renkli ürünlerdir. Düşük pH’da 1,2-eneaminol yolu

baskınken yüksek pH’da 2,3-enediol yolu baskındır.

B. Alternatif metabolik yollar:

Mekanizması açıklanabilen alternatif yollardan bir tanesi, Amadori yeniden düzenlenmesinden önce

Schiff bazındaki şeker molekülünün parçalanarak kahve renkli glikolaldehit alkilamin veya enaminole

dönüşümüdür. Đkinci bir yol ise Amadori yeniden düzenlenmesi sırasında 2 ve 3 karbonlu şeker

fragmentlerinden kahve renkli glikoaldehit ve metilglioksal oluşumudur. 2 ve 3 karbonlu şeker

fragmentleri glukoz ve fruktoza göre 650-2000 kat daha fazla esmerleşme hızına sahiptir.


27

pH4 5 6 7 8 9 10 11

Ozonlar

Furfural

ESMERLESME

C2 bilesikler

C3 bilesikler C2-imin

SERBEST RADIKALLER

ESMERLESME

Melanoidin

asit nötr alkali

Seker + aminoasit

Glikozilamino bilesigi

Amadori bilesikleri

Şekil 24. Reaksiyon pH’sına bağlı olarak melanoidin oluşumu C. Strecker degredasyonu: Maillard reaksiyonundaki üçüncü metabolik yol, amino asitlerin α-dikarbonil bileşikleri veya diğer

konjuge dikarbonil bileşikleri varlığında oksidatif parçalanması ile ilişkilidir. Dikarbonil bileşikleri

Amadori bileşiklerinden oluşur. Bu reaksiyon Strecker’in çalışmasıyla tanımlandığı için Strecker

degredasyonu olarak adlandırılır. Strecker degredasyonunun pigment oluşumuyla direkt ilişkisi yoktur

ancak pigment oluşumu için zorunlu olan indirgen bileşikler üretilir. Strecker degredasyonu sırasında

oluşan aldehitler lezzete katkıda bulunurlar (Tablo 2).

Tablo 2. Maillard reaksiyonuyla L-amino asitlerden elde edilen aroma maddeleri ve uçucu bileşikler Amino asit Uçucu bileşik Aroma

Alanin Asetaldehit Kavrulmuş arpa Sistein Tiyol H2S Etsi Valin 2-Metilpropanal Lösin 3-Metil bütanal Peynirimsi Lizin Ekmeğimsi Metionin Metional

Strecker degredasyonuyla oluşan ara ürünlerin kondensasyonuyla pirazinler, pirolinler, okzazoller,

okzazolinler ve tiyazol türevleri gibi bir çok heterosiklik bileşik oluşur.


28

ENZĐMAT ĐK OLMAYAN ESMERLE ŞME REAKS ĐYONUNUN ĐNHĐBĐSYONU

A. SICAKLIK

Sıcaklığın artması ya da ısısal işlem süresinin artması bu reaksiyonların hızını artırır. Đşlem ve

depolama sırasında sıcaklığın düşürülmesi kahve renkli ürünlerin gelişimi için gereken süreyi

uzatacaktır.

B. NEM ĐÇERĐĞĐ

Esmerleşme ürünlerinin oluşumlarının nem içeriğine bağlı olması kontrol için uygun bir yöntem

kullanılmasına olanak sağlar. Katı gıda ürünlerinde dehidrasyon ile nemin azaltılması reaktif

bileşenlerin hareketini kısıtlar. Çözeltilerde ise su aktivitesinin artması reaksiyon hızını azaltır. Bu

koşul sadece reaktantların seyreltilmesini sağlamaz aynı zamanda su Maillard esmerleşme

reaksiyonunda kondensasyon basamağının ilk ürününü temsil eder. Bu nedenle düşük ve yüksek su

aktivitesi koşullarında reaksiyon hızı düşüktür.

C. pH

Maillard reaksiyonu genellikle alkali koşullarda kolaylıkla gerçekleşir. Bu nedenle ortam pH’sını

düşürmek Maillard reaksiyonunu kontrol etmek için kullanılabilecek uygun bir yöntemdir. Bu yöntem

yumurta tozu üretiminde kullanılmaktadır. Kurutma prosesinden önce pH’yı düşürmek için asit eklenir

daha sonra pH sodyum bikarbonat eklenerek tekrar başlangıç değerine getirilir.

D. GAZ KULLANARAK PAKETLEME

Ortamdan oksijeni alarak yerine inert bir gazın konması ve paketlenmesi işlemidir. Bu işlem lipit

oksidasyon ürünlerinin oluşmasını engeller. Böylece lipit oksidasyon ürünlerinin amino asitlerle

reaksiyona girmesi önlenmiş olur. Esmerleşme prosesinde oksijenin ortamdan uzaklaştırılmasının,

başlangıç karbonilamino reaksiyon basamağı dışında tüm reaksiyonları etkilediği düşünülmektedir.

E. BĐYOK ĐMYASAL AJANLARIN KULLANIMI

Şeker-amino asit reaksiyonlarında reaktantlardan birinin ortamdan uzaklaştırılması ya da farklı bir

forma dönüştürülmesi biyokimyasal yöntemlerin temelini oluşturmaktadır. Örneğin ticari yumurta akı

üretiminde kurutma işleminden önce glukoz, maya fermentasyonuyla ortamdan uzaklaştırılır. Glukoz

oksidaz ve katalaz gibi enzimler direkt uygulandığında glukoz glukonik aside dönüşür ve amino

asitlerle reaksiyona giremez. Bu enzim uzun yıllar boyunca püskürtmeli kurutma aşamasından önce

glukozun yumurtadan uzaklaştırılmasında kullanılmıştır. Glukoz oksidazın bir faydası da kalıntı

oksijenin ortamdan uzaklaştırılmasını sağlamasıdır. Bu nedenle şişelenen veya konservelenen

ürünlerde tepe boşluğundaki oksijenin uzaklaştırılmasında kullanılır.


29

F. KĐMYASAL ĐNHĐBĐTÖRLER

Çok sayıda inhibitör üretim ve depolama sırasında esmerleşme ürünlerinin oluşumunu azaltmak

amacıyla kullanılmaktadır. En çok kullanılanlar; kükürt dioksit, sülfit, tiyoller, kalsiyum tuzları,

aspartik ve glutamik asitlerdir.

1. Kükürt dioksit/kükürt kullanımı

Kükürt dioksit Maillard reaksiyonlarını inhibe etme kapasitesi bakımından tektir. Gaz şeklinde

veya sülfit/bisülfit olarak çözelti şeklinde uygulanabilir. Kükürt dioksit sadece kısmen ağartma

sağlama ajanı olarak etki etmez. Reaksiyonun başlangıcında renk oluşumunu inhibe eder.

Mekanizma kükürt dioksit/sülfit’in glukoz ile reaksiyona girerek hidroksi-sülfonat oluşturması ve

ardından kükürt dioksit/sülfit’in açığa çıktığı reaksiyonlarla başka bileşiklere dönüşmesidir.

Böylece glukozun karbonil grubu bloke olmaktadır. Reaksiyon ilerledikçe kükürt dioksit/sülfit

dönüşümsüz olarak bağlanır. Bu reaksiyon esmerleşmedeki ilerlemeyi saptamada kullanılır.

Kükürt dioksit/sülfit’in bağlı formu ile serbest formu saptanarak esmerleşme derecesi belirlenir.

2. Aspartik ve glutamik asitler

Yapılan model çalışmalarında aspartik asit ve glutamik asidin Maillard reaksiyonunu inhibe ettiği

saptanmıştır. Kızartmadan önce aspartik asit ya da glutamik asit çözeltilerine daldırılan

patateslerde kararmanın az olduğu saptanmıştır.


30

FERMENTASYON

Fermente gıdalar mikroorganizmaların veya enzimlerin etkisiyle üretilen gıdalardır. Geleneksel

fermente gıdaların sayısının 3500’ün üzerinde olduğu düşünülmektedir. Tablo 3’te bu gıdalara ait

örnekler yer almaktadır. Avrupa ve Kuzey Amerika’da yoğurt ve peynir, Afrika’da yam ve cassava

gibi nişastalı gıdalardan elde edilen fermente ürünler, Asya’da soya veya balıktan elde edilen fermente

ürünler sıkılıkla tüketilen fermente gıdalardır. Fermente içecekler ise sadece alkollü içecekleri

kapsamamaktadır. Çay, kahve ve kakao da yaprak veya tanelerin fermentasyonu ile elde edilen

içeceklerdir.

Alkol fermentasyonu: Alkol fermentasyonu çok uzun yıllardır gıdaları muhafaza etmek amacıyla en

fazla kullanılan yöntemdir. Alkol genellikle Kluyveromyces ve Saccharomyces mayaları tarafından

üretilir. Alkol anaerobik glikoliz döngüsü ile üretilir (Şekil 25). Glikoliz bir molekül glukozun iki

molekül prüvata dönüştüğü metabolik prosestir. Şekil 26’da glikolizin kimyasal reaksiyon eşitli ği

verilmiştir. Bu eşitli ğin basitliği glikolitik metabolik prosesin kompleks doğasını gizlemektedir.

Aslında bu proseste hücrenin sitoplazmasında bulunan 10 enzim görev yapmakta ve 9 adet ara ürün

oluşmaktadır.

Şekil 25. Alkol fermentasyonu

2C3H4O3 + 2ATP + 2NADH + 2H + 2H2OC6H12O6 + 2ADP + 2NAD + 2Pi

Glukoz Pirüvat

Şekil 26. Glikolizis

OH

CH3

C OC O

Glukoz-6-P

(Anaerobik glikoliz)

Pirüvik asit

CH3

C OH

OH

CH3

C OC OHH

CH3

C OHH2

Laktik dehidrogenaz

Laktik asit

Dekarboksilaz

Asetaldehit

Alkol dehidrogenaz

ETANOL


31

Alkol fermentasyonunda kullanılan hammaddeler

Birçok distile likörün eldesinde, yapısında doğal olarak şeker bulunan hammaddeler kullanılır. Bu

hammaddelerin arasında bal, olgunlaşmış meyveler, şeker pancarı, palm özsuyu, şeker kamışı, süt

veya nişasta içeren gıdalar kullanımaktadır. Bu hammaddelerin bileşimindeki karbonhidratlar

kolaylıkla fermente olabilecek basit şekerlere dönüştürülebilirler. Tablo 3’te çeşitli hammaddeler ve

bunlardan akol fermentasyonuyla elde edilen ürünler gösterilmiştir.

Tablo 3. Alkol fermentasyonunda kullanılan hammaddeler Hammaddeler Şeker konsantrasyonu (%) Ürün Palm özsuyu 15 Palm şarabı Hindistan cevizi 12-17.5 Arrack Şeker kamışı 35 Rom Meyveler (üzüm, mango, ananas, mandalin, muz vb)

10-20 Şarap ve meyve şarapları

Laktik asit fermentasyonu: Gıdaların muhafazasında laktik asit bakterileri önemli rol oynamaktadır.

Laktik asit fermentasyonu genellikle ucuzdur. Dünyada laktik asit fermentasyonu ile elde edilmiş

birçok gıda çeşitli toplumların geleneksel beslenme modelinde yer almaktadır. Laktik asit bakterileri

genel olarak suni ortamlarda gelişmezler. Ancak düşük pH’larda birçok gıdada gelişirler. Laktik asit

bakterileri laktik asit üretimine ek olarak H2O2 üretirler. Tablo 4’te laktik asit fermentasyonu ile elde

edilen ürünler gösterilmiştir.

Ekşi hamur ekmekleri ve Fermentasyon: Ekşi hamur ekmeklerinde, soya sosunda, miso ve kefirde

laktik asit bakterileri ve mayalar arasında yakın ilişki vardır. Ekşi hamur ekmeği elde etmek için

buğday, çavdar veya diğer tahılların unları suyla yoğurulur ve ılık ortamda birkaç gün inkübasyona

bırakılır. Başlangıçta birçok mikroorganizma gelişir, ancak asit üretimleri nedeniyle laktik asit

bakterileri baskındır. Mayalar da asidi iyi tolere edebildikleri için bu ortamda canlı kalabilirler. Ekşi

hamurdan Lactobacillus sp. ve mayalardan Torulopsis holmii, Saccharomyces inusitatus izole

edilmiştir. Ekşi hamur fermentasyonunda meydana gelen temel biyokimyasal değişimler; 1)

lactobacilli tarafından üretilen asetik ve laktik asitlerle hamurun asitlendirilmesi 2) mayalar ve

lactobacilli tarafından üretilen karbondioksit ile hamurun kabarmasıdır.


32

Tablo 4. Laktik asit fermentasyonu ile elde edilen ürünler Ürün ismi Hammadde Laktik asit bakterileri /

ortam koşulları Ürünün özellikleri Ülke

Sauerkraut Lahana ve diğer sebzeler

Leuconostoc mesenterodies, Lactobacillus brevis, Lactobacillus plantarum / anaerobik

CO2, laktik asit ve asetik asit üretilir. Turşu benzeri bir ürün.

Batı dünyası, Çin ve Kore

Korean kimchi

Çin lahanası, radish, sarımsak, taze soğan, yaprak hardal, acı biber, maydanoz, havuç

Leuconostoc mesenterodies, S. faecalis, Lb. Brevis, Lb. Plantarum, P. cerevisiae

Sauerkrauta göre daha az CO2 ve asit içerir.

Kore

Sebze turşuları

Salatalık vb Tüm dünyada

Hindistan Idli ve dosa

Parlatılmış pirinç ve black gram

L. mesenteroides, S. faecalis

Idli: küçük, beyaz, asitli buharda pişmiş kek. Dosa: Idliye benzer ancak pankek gibi kızartılır.

Hindistan

Nijerya Ogi Ekşi yulaf lapası Lb. Plantarum,Saccharomyces cerevisiae, Candida mycoderma

Lezzeti yoğurdu andırır.

Nijerya

Nijerya Gari

Casava Tanecikli nişastalı yapı. Laktik, asetik, propiyonik, suksinik ve pirüvik asitler saptanmıştır.

Nijerya

Filipin Balao Balao

Pirinç, karides karışımı

Meksika Pulque

Agave türü bitkilerin suyu

Leuconostoc, Sac. cerevisiae,Zymomonas mobilis.

Beyaz, asidk ve alkollü içecek

Meksika

Mısır kishk, tarhana

Yoğurt, buğday Kishk: Lb. Brevis, Lb. Casei, Lb.plantarum

Mısır, Türkiye, Yunanistan


33

BĐYOAKT ĐF PROTEĐN VE PEPTĐTLER

Diyetimizde yer alan proteinler biyolojik olarak aktif kabul edilen peptitlerin kaynağıdır. Biyolojik

olarak aktif olan peptitler, proteinin yapısında inaktiftirler. Aktif peptitler ya gastro-intestinal sindirim

sırasında ya da gıda işleme sırasında açığa çıkarlar. Biyoaktif peptitler açığa çıkınca hormon benzeri

aktiviteleri nedeniyle düzenleyici rol oynarlar. Biyoaktif peptitlerin en önemli kaynağı süt

proteinleridir. Bunun dışında diğer hayvansal kaynaklar ve bazı bitkisel kaynaklar özellikle soya

fasulyesi, biyoaktif peptit özelliği gösterecek potansiyel amino asit sırasına sahiptirler. Bunun yanısıra

birçok amino asidin olumlu ve olumsuz olmak üzere çeşitli fizyolojik özelliklere sahip oldukları

gösterilmiştir. Fizyolojik olarak olumlu etkileri olduğu belirtilen amino asitlere arginin, glutamin,

histidin, lizin, taurin, tirozin ve triptofan örnek olarak verilebilir. Bu amino asitlerin en iyi kaynakları

ise et, yumurta ve süt ürünleridir. Gıda işleme sırasında üretilen lizinoalanin, D-amino asitler ve

biyojenik aminler gibi amino asit türevleri ise istenmeyen metabolik hatta toksik olaylara neden

olabilirler. Diyetle alınan proteinler potansiyel allerjenlerdir. Bu nedenle genetik olarak modifiye

edilmiş gıdalardaki proteinlerin potansiyel yan etkileri söz konusudur.

Biyoaktif peptitlerin biyolojik etkileri:

1. Opioid peptitler (ekzorfinler): Opioid peptitler rahatlatıcı etki sağlayan peptitlerdir. Opioid

aktivite gösteren peptitler ilk olarak 1970’lerin sonunda keşfedilmiş ve δ-, µ- ya da к-tip

opioid reseptörlerle etkileşen endojen ligandlarla (endorfinler ve enkefalinler) olan yapısal

benzerliklerinden dolayı ‘ekzorfinler’ olarak isimlendirilmişlerdir. En bilinen ekzojen opioid

peptitler, örneğin β-kazomorfinler, µ-tip ligandlar olarak karakterize edilmişlerdir. Endojen ve

ekzojen opioid peptitler arasındaki ortak yapısal özellikler amino ucundaki tirozinin varlığı ve

üçüncü ile dördüncü pozisyondaki fenilalanin ve tirozin kalıntılarıdır. Bu, opioid reseptörlere

bağlanma bölgesi için önemli bir yapısal özelliktir. Tirozinin fenolik hidroksil grubunun

yakınlarında lokalize olmuş negatif potansiyel, opioid aktivite için zorunludur. Tirozinin

bulunmayışı biyoaktivitede kaybolmaya yol açar. Tirozin ve fenilalanin yan zincirlerinin

doğru bir şekilde düzenlenmesini sağladığı için Prolin varlığı da opioid peptitlerin biyolojik

aktivitesi için zorunludur.Bu peptitler sığır kazeini ve peynir suyu proteinin sindirimi ile açığa

çıkarlar. Süt proteinlerinden elde edilen kazomorfinler ve ekzomorfinler opioid etki

gösterirler. Ekzorfinler aynı zamanda buğday gluteninde de bulunurlar. Barsak epitelinde

opioid reseptörlerini bağlama yeteneğine sahiptirler. Kazomorfinler barsak fonksiyonlarını

düzenleme etkilerine sahiptirler.

2. ADE (Angiotensin dönüştürücü enzim) inhibitörü peptitler: ADE kan basıncının

düzenlenmesinde etkilidir. Bu enzimin inhibisyonu antihipertansif etkiye neden olur. Bu

peptitler gıda proteinin enzimatik hidrolizi ile izole edilmişlerdir. Kollajen, jelatin ve kazein

proteinlerinin enzimatik hidrolizi ile ADE inhibitörü peptitler elde edilmiştir. Ayrıca sütün


34

fermentasyonu da bu peptitlerin oluşmasına neden olmaktadır. ACE inhibitörü peptitler peynir

suyu, balık ve mısır proteinlerinden de izole edilmişlerdir.Angiotensin prosesi,

angiotensinojenin renin ile hidroliziyle inaktif bir peptit olan Angiotensin I (Ang. I)

oluşumuyla başlamakta ve Angiotensin dönüştürücü enzimin (ADE), Ang. I’ in

karboksil ucundaki iki amino asidi ayırması ile Angiotensin II (Ang. II) oluşumuyla

sonuçlanmaktadır. Bir oktapeptit olan Angiotensin II potansiyel bir damar daraltıcıdır

(vazokonstriktör). Ayrıca bu etkinin yanı sıra ADE, damar rahatlatıcı aktivite gösteren

bradikininin de inaktivasyonunu katalizlemektedir. Böylece iki farklı mekanizma

yoluyla ADE, kan basıncının artmasına neden olmaktadır. ADE inhibitörü peptitler

ADE’ nin aktivitesini azaltarak tansiyon düşürücü etki gösterirler. Ekzojen ADE

inhibitörlerinin ilk olarak yılan zehirinden izole edilmesinden bu yana özellikle süt, et

ve balık gibi gıdalardan pek çok sayıda ADE inhibitörü izole edilmiştir. Bu peptitler

genellikle kısa zincirli olup prolin gibi polar amino asit kalıntıları içerirler.

3. Bağışıklık sistemini düzenleyici peptitler: Bu peptitlerin lenfosit proliferasyonu, doğal

öldürücü hücre aktivitesi (naturel killer cell activity), antikor sentezi ve sitokin regülasyonu

gibi bağışıklık sistemi fonksiyonlarını güçlendirdiği belirtilmektedir. Dahası bu peptitlerin

atopik bireylerde allerjik reaksiyonları azalttığı ve gastrointestinal sistemdeki mukozal

bağışıklığı güçlendirdiği bildirilmi ştir. Pirinç ve soya fasulyesi proteinlerinin tiriptik

hidrolizatlarından elde edilmiş bağışıklık sistemini düzenleyici peptitlerin, süperoksit

anyonlarını uyararak non-spesifik immün savunmasını tetikleyici etki gösterdiği belirtilmiştir.

α ve β kazeinden elde edilmişlerdir.

4. Mineral bağlayan peptitler: Fosfopeptitlerin çözünür organofosfat tuzları oluşturduğu ve

başta kalsiyum olmak üzere farklı mineraller için taşıyıcı olarak görev yaptığı ifade

edilmektedir. Bu nedenle ince bağırsakta kalsiyum ve diğer minerallerin emilimi üzerine etkili

olmaktadır. Sütteki fosforun yaklaşık %30’u monoester bağlarıyla kazeinin seril kalıntılarına

bağlı halde bulunmaktadır. Kazein, kalsiyum ve fosfat iyonlarının stabilizasyonunda önemli

rol oynamaktadır. Kazeinin tiriptik hidrolizi (tripsin enzimi ile hidroliz) sonucu fosforlanmış

seril kümeleri içeren kazeinofosfopeptit (KFP) oluştuğu belirlenmiştir. Bu fosforlanmış seril

kümelerinin kazein misellerinin oluşumunu sağlayan kalsiyum fosfat ve kazein arasındaki

interaksiyondan sorumlu olduğu bildirilmiştir. KFP’ler kalsiyum ve fosfor minerallerinin

biyoyararlılığının artmasını sağlamaktadır. KFPlerin bağırsaktaki kalsiyum absorpsiyonuna

etkileri üzerine sıçanlarla yapılan denemelerin sonuçları bu peptitlerin ince bağırsaktaki pasif

kalsiyum transportunu arttırdığını işaret etmektedir. Đnsanlarla yapılan çalışmalar da süt

tüketiminden sonra duodenumda ve midede küçük kazein fosfopeptitlerinin varlığını

göstermiştir. Ancak insanlarda KFPlerin pasif kalsiyum absorpsiyonunu arttırdığına dair kanıt

bulunamamıştır. Bununla birlikte KFP’lerin spontan hidroksiapetit (florapetit)


35

presipitasyonunu önleyebildiği belirtilmiştir. Çalışmalar, kalsiyum ve fosfat iyonlarının diş

yüzeyinde stabilize olmasını sağlayan kazein fosfopeptitlerinin, diş minesindeki lezyonların

tekrar mineralizasyonunu sağladığını da göstermiştir. KFP’lerin, mineralleri bağlayıp

çözünürleştirdikleri için osteoporozun, diş çürüklerinin, aneminin ve hipertansiyonun

önlenmesinde etkili olduğu bildirilmiştir. Bu peptitlerin diş çürüklerini önleyici etkisinin pek

çok insan ve hayvan çalışmalarında kanıtlandığına ait bilgiler literatürde bulunmaktadır.

KFP’lerin diş yüzeyinde tekrar kalsiyum birikimini teşvik ettiği ve к-kazeinden elde edilen

glikomakropeptidin ağız mukozasında plak oluşturan bakterilerin adhezyonunu ve gelişmesini

engellediği belirtilmiştir.

5. Sitomodülatör peptitler: Sitokimyasal çalışmalar gıda kaynaklı biyoaktif peptitlerin farklı

hücre tiplerinin canlılığını (proliferasyon, farklılaşma, apoptosis) düzenlediğini göstermiştir.

Bazı süt kaynaklı peptitlerin normal hücrelerde etkili değilken kanser hücrelerinde apoptosisi

tetiklediği gösterilmiştir. Sitomodülatör ve immünomodülatör özelliklerin, gıda kaynaklı

biyoaktif peptitlerin tümör gelişiminde koruyucu aktivitesini oluşturmada birlikte etkili

oldukları bildirilmiştir.

6. Antitrombotik peptitler: Kan trombosit agregasyonunu ve trombosit yüzey reseptörlerine

fibrinojen bağlanmasını inhibe eden peptitler glikomakropeptit sekansıyla şifrelenmiştir. Bu

peptitler bebek mamalarıyla ya da anne sütüyle beslenen yeni doğmuş bebeklerin kan

plazmasında tespit edilmiştir.

7. Antioksidan peptitler: Zorunlu yağ asitlerinin enzimatik veya non-enzimatik

peroksidasyonunu engelleyen antioksidan özellikler süt proteinlerinden elde edilen peptitlerde

tespit edilmiştir. Bu peptitlerin çoğunun α-kazein sekansıyla şifrelendiği belirtilmiştir. His-His

dipeptidinin N terminaline lösin ya da prolin eklenmesinin antioksidan aktiviteyi arttırdığı ve

BHT, BHA gibi peptit olmayan antioksidanlarla sinerji oluşturduğu belirtilmiştir.

8. Hipokolesterolemik etki sağlayan peptitler: Hipokolesterolemik etki kazein ve peynir altı

suyu kaynaklı peptitler ve soya proteini kaynaklı peptitler için bildirilmiştir. Olası etki

mekanizması β-laktoglobulinin tiriptik hidrolizatı (LTH) ile beslenen sıçanlarda fekal steroid

salgısının fazla olduğunun tespit eden araştırmacılar tarafından öne sürülmüştür. Bu durum

misel yapıdaki kolesterol çözünürlüğünde LTH indüklü azalmaya ya da daha fazla taurokolat

(taurocholate) bağlama kapasitesine bağlanabilmektedir.

9. Antimikrobiyal ve antiviral etkiye sahip peptitler: Antimikrobiyal peptitler daha çok peynir

altı suyu proteini olan laktoferrinden elde edilmiştir. Bununla birlikte αS1-kazein ve αS2-

kazeinden elde edilen yeni antibakterisidal peptitler tanımlanmıştır. Laktoferrinin pepsinle

hidrolizinden oluşan peptitlerin bakterisidal özelliklerinin daha fazla olduğu tespit edilmiş ve

bu durumun, daha küçük peptitlerin mikrobiyal yüzeydeki hedef bölgelere daha hızlı

ulaştığının bir göstergesi olduğu ifade edilmiştir. Antimikrobiyal peptitlerin (laktoferrisin ve


36

sentetik analogları, kazosidin-I gibi) mikroorganizmaların hücre geçirgenliklerini arttırarak

etki ettiği belirtilmiştir.

10. Đştah azaltıcı peptitler: Glikomakropeptitin (GMP) ve kazeinomakropeptitin (KMP) bağırsak

fonksiyonlarını düzenleme etkisi üzerine yapılan çalışmalar, yaklaşık on yıllık bir geçmişe

dayanmaktadır. KMP’in, gastrik salgıyı engellediği ve midenin hareketlerinin yavaşlamasını

sağladığı belirtilmiştir. Ayrıca KMP tokluk hormonu olan kolesistokininin salgılanmasına

neden olmaktadır. Bu hormon gıda alımını ve sindirimini düzenlemektedir. Sindirim sırasında

midede bütün halde KMP’in varlığı belirlenmiş, diğer taraftan yoğurt ve süt tüketimi sonrası

yetişkin bireylerde kan dolaşımında GMP ve/veya KMP’nin varlığı saptanmıştır. Bu

çalışmalara dayanarak iştah azaltma ve kilo kontrolü amacıyla, GMP içeren ticari ürünler

tasarlanmış ve satışa sunulmuştur. Ancak bu tarz ürünlerin klinik etkilerinin aydınlatılması

için daha fazla sayıda çalışmaya gereksinim duyulduğu da önemle vurgulanmıştır

Biyoaktif proteinlerin kaynakları

Süt

Süt başlıca iki ana protein grubundan oluşmuştur. Bunlar kazein ve peynir suyu (whey) proteinleridir.

Bu iki protein grubu fizikokimyasal ve biyolojik özellikleri bakımından birbirinden farklıdır.

Kazeinler vücutta kalsiyum,çinko, bakır, demir ve fosfat iyonlarını taşıma gibi biyolojik aktiviteleri

gösterirler. Aynı zamanda çeşitli biyoaktif peptitlerin ön maddeleridirler (Tablo 5). Peynir suyu

proteinleri süt proteinlerinin %20’ni oluşturur. Fonksiyonel ve besleyici özellikleri bakımından

mükemmel kaynaklardır. Başlıca peynir suyu proteinleri peynir suyu proteinlerinin %70-80’ni

oluşturan β-laktoglobulin ve α-laktalbumindir.

Tablo 5. Süt proteinlerinin biyolojik aktivitesi

Protein Konsantrasyon g/l

Fonksiyon

Kazeinler (α, β ve κ) 28 Đyon taşıma, biyoaktif peptitlerin ön maddesi β - laktoglobulin 1.3 Retinol taşıyıcı, yağ asitlerini bağlama,

antioksidan α - laktalbumin 1.2 Meme bezinde laktoz sentezi, Ca taşıma,

immunomodulasyon, antikarsinojenik Đmmunoglobulin A, M ve G 0.7 Đmmun koruma Glukomakropeptit 1.2 Antiviral, bifidojenik Laktoferrin 0.1 Antimikrobiyal, demir emilimi, antioksidan,

immunomodülasyon, antikarsinojenik Laktoperoksidaz 0.03 Antimikrobiyal Lizozom 0.0004 Antimikrobiyal, immunoglobulin ve laktoferrin

ile sinerjistik etki Süt proteinleri biyoaktif peptitler için önemli kaynaklardır (Tablo 6). Biyoaktif peptitler sindirim

sırasında açığa çıktıkları gibi gıda işleme sırasında da oluşmaktadırlar. Örneğin hidrolize süt

proteinleri hipoallerjenik bebek mamaları yapımında, klinik beslenmede ve gıda bileşeni olarak


37

kullanılmaktadır. Sütün fermentasyonu ve peynirin olgunlaşması sırasında gerçekleşen proteolizis

çeşitli peptitlerin oluşumuna olanak sağlamaktadır. Fermente süt ürünlerinde kazomorfinler, ACE-

inhibitörü peptitler ve fosfopeptitler bulunmuştur.

Tablo 6. Süt proteinlerinden elde edilen biyoaktif peptitler Biyoaktif peptitler Protein ön maddeleri Biyoaktivite Kazomorfinler α ve β kazein Opioid agonisti α-laktorfin α -Laktalbumin Opioid agonisti β- laktorfin β -Laktoglobulin Opioid agonisti Laktoferroksinler Laktoferrin Opioid antagonisti Kazoksinler κ- kazein Opioid antagonisti Kazokininler α ve β kazein Antihipertansiv Kazoplatelinler κ- kazein Antitrombotik Đmmunopeptitler α ve β kazein Đmmunostimulan Fosfopeptitler α ve β kazein Mineral taşıyıcı Laktoferrisin Laktoferrin Antimikrobiyal Mikrobiyal Fermentasyon

Gıda endüstrisinde kullanılan starter kültürler oldukça yüksek proteolitik aktiviteye sahiptirler. Bu

nedenle fermente süt ürünleri elde ederken kullanılan starter olan ve olmayan kültürler biyoaktif

peptitlerin oluşumunu sağlamaktadır. Tablo 7’de mikrobiyal fermentasyonla oluşan biyoaktif

peptitlere ait örnekler yer almaktadır.

Tablo 7. Süt proteininin mikrobiyal fermentasyonu ile oluşan biyoaktif peptitlere örnekler (Korhonen ve Pihlanto, 2006). Kullanılan mikroorganizmalar

Başlangıç proteini

Peptit sırası Biyoaktivite

L. helveticus, S. cerevisiae β- kn, κ-kn Val-Pro-Pro, Ile-Pro-Pro ACE inhibitörü Lactabacillus GG ve pepsin + tripsin

β- kn, α s1- kn

Tyr- Pro- Phe-Pro, Ala-Val-Pro-Gln- Arg, Thr-Thr-Met-Leu-Trp

Opioid, ACE inhibitörü, immunostimulan

L, helveticus CP90 proteinaz β- kn Lys-Val-Leu-Pro-Val-Pro- (Glu)

ACE inhibitörü

L, helveticus CPN4 Peynir suyu proteini

Tyr-Pro ACE inhibitörü

L. delbrueckii subsp. Bulgaricus IFO13953

κ-kn Ala- Arg- His- Pro- His- Pro- His-Leu-Ser-Phe-Met

Antioksidan

Çalışmalar ACE inhibitörü peptitlerin karboksil terminal ucunda prolin içeren küçük peptitler

olduklarını göstermiştir. Prolin sindrim enzimlerine karşı dirençli bir amino asittir. Bu nedenle ince

bağırsaklardan kan dolaşımına geçebilmektedir. Bu hipotez yakın zamanda yapılan bir çalışmayla da

desteklenmiştir. Bu çalışmada yüksek tansiyona sahip sıçanlar kullanılmıştır (SHR: spontaneously

hypertensive rats). Yağsız sütten L. helveticus JCM1004 ile elde edilen antihipertensif VPP (Val-Pro-

Pro) ve IPP (Ile- Pro-Pro) tripeptitlerinin sırasıyla 8 sa ve 4 sa sonra sistolik kan basıncında düşmeye

neden oldukları saptanmıştır.


38

Canlı mikroorganizmalara ek olarak laktik asit bakterilerinden izole edilen proteolitik enzimlerin de

süt proteinlerinden biyoaktif peptitlerin açığa çıkmasında etkili oldukları bulunmuştur.

Süt ürünleri

Süt ürünleri elde ederken kullanılan fermentasyon işlemi sırasında biyoaktif peptitlerin oluştuğu

saptanmıştır. Tablo 8’de süt ürünlerinde oluşan biyoaktif peptitler görülmektedir. Peynirin

olgunlaşması sırasında çok çeşitli peptitler oluşmaktadır. Cheddar ve Comte peynirlerinde kazein

bağlayan fosfo peptitler (KFP) doğal bileşen olarak saptanmıştır. Peynirin olgunlaşması sırasında

gerçekleşen ikinci proteolizis diğer biyoaktif peptitlerin oluşumuna olanak sağlamaktadır. Biyoaktif

peptitler peynirin olgunlaşma derecesine bağlı olarak artmakla birlikte aşırı proteolizis biyoaktif

peptitlerin degredasyonuna ve dolayısıyla azalmasına neden olmaktadır. Olgunlaşma prosesinden ayrı

olarak peynirin gastrointestinal sindirimi sırasında da biyoaktif peptitlerin oluştuğu gösterilmiştir.

Tablo 8. Fermente süt ürünlerinde tanımlanan biyoaktif peptitler (Korhonen ve Pihlanto, 2006) Ürün Tanımlanan biyoaktif peptit Biyoaktivite Peynir çeşitleri Parmigiano-Reggiano β-kn g!(8-16), g (58-77), αs2-kn g

(83-33) Fosfopeptitler, β-kazomorfinlerin ön maddeleri

Cheddar αs1 ve β-kazein fragmentleri Fosfopeptitler Mozzarella β-kn g!(58-72) ACE inhibitörü

Gouda αs1-kn g (1-9), β-kn g (60-68) ACE inhibitörü

Emmental αs1 ve β-kazein fragmentleri ACE inhibitörü Fermente sütler Ekşi süt β-kn g! (74-76), g! (84-86), κ-kn g

(108-111) Antihipertansif

Yoğurt Aktif peptit saptanmamış Zayıf ACE inhibisyonu Dahi Ser-Lys-Val-Tyr-Pro ACE inhibitörü Tablo 9’da bazı süt ürünlerinden elde edilmiş biyoaktif peptitler ve IC50 değerleri görülmektedir. IC50 ADE aktivitesini % 50 oranında inhibe eden protein ve/veya peptit miktarı olarak tanımlanmaktadır.


39

Tablo 9. Bazı süt ürünlerinden elde edilmiş peptitler ve IC50 değerleri (Akıllıoğlu, 2009)

Kaynak Peptit IC50 değeri Referans

Peynir VPP-IPP 2.0-29.5 mg peynir/mL Butikofer et al.,2007

Enterococcus faecalis ile

fermente edilmiş süt

- 34-59 µg protein/mL Muguerza et al., 2006

Enterococcus faecalis ile

fermente edilmiş süt

MA *<3000 Da

β-KN f(133–138)

β-KN f(58–76)

28±2 µg/mL

5.3 µM

5.4 µM

Quirόs et al., 2007

Lactobacillus helveticus

130B4 ile fermente

edilmiş yağsız deve sütü

Ala-Ile-Pro-Pro-Lys-

Lys-Asn-Gln-Asp

19.9 µM

Shuangquan et al.,

2008

β-Lg tripsin hidrolizatı

Peynir altı suyu tripsin

hidrolizatı

MA<3000 Da

MA<1000 Da

MA<3000 Da

MA<1000 Da

130.0 mg/L

160.4 mg/L

195.1 mg/L

201.1 mg/L

Mullally et al., 1997

Mullally et al., 1997

β-Lg Protease N Amano

hidrolizatı

β-Lg f(36-42) 8 µM Ortiz-Chao et al.,

2009

Peynir altı suyu α-

kimotripsin hidrolizatı

Peynir altı suyu alkalaz

hidrolizatı

-

0.005 mg/mL

0.68 mg/mL

da Costa et al., 2007

Kazeinomakropeptit

termolizin hidrolizatı

Peynir altı suyu izolatı

termolizin hidrolizatı

-

477 µg/mL

83 µg/mL

Otte et al., 2007

Yoğurt

β-KN f(74–76)-IPP

β-KN f(84–86)-VPP

β-KN f(69–73)- Ser–

Leu–Pro–Gln–Asn

3.77±0.26 µg/mL (11.6

µM)

2.61±0.24 µg/mL (8.4

µM)

5.29±0.55 µg/mL

Donkor et al., 2007

Probiyotik koyun

yoğurdu

β-KN f(114-121) 0.37 mg/mL Papadimitriou et al.,

2007

%4 süt tozu ilaveli

yoğurt

%4 kazeinat ilaveli

yoğurt

%4 peynir suyu protein

konsantresi ilaveli

yoğurt

-

0.54±0.00 mg/mL

0.60±0.21 mg/mL

0.32±0.23 mg/mL

Ünal, 2008


40

Son yıllarda kazein veya peynir suyu proteinlerinden elde edilen biyoaktif peptitleri içeren ürünler

satışa sunulmuştur. Bu ürünlere ait örnekler Tablo 10’da gösterilmiştir.

Diğer kaynaklar

Biyoaktif proteinler sütün dışında diğer biyolojik materyallerde de bulunur. Bunlar arasında jelatin,

balık proteinleri, mısır proteini α-zein, pirinç proteini glutelin ve prolaimin, buğday gluteni ve soya

proteini sayılabilir.

Biyoaktif peptitlerin güvenilirli ği:

Biyoaktif peptitlerin kaynağı olan proteinler bitki ve hayvan orijinli doğal bileşenler veya genetik

olarak modifiye edilmiş kaynaklardan elde edilen bileşenler olabilir. Ancak bu bilşenlerin diyete

fonksiyonel bir destek olarak eklenmeleri allerjik reaksiyonlara neden olabilir. Biyoaktif peptitlerin

gıda işleme ve depolama sırasında diğer proteinler, şekerler ve lipitlerle interaksiyonlarının toksik,

allerjik ve karsinojenik bileşiklerin oluşumuna neden olup olmadığı araştırılmalıdır.


41

Tablo 10. Biyoaktif peptitlere ilişkin sağlık veya fonksiyon beyanları ile satılan süt ürünleri ve bileşenleri

Ticari ismi Ürün çeşidi Beyan yapılan fonksiyonel biyoaktif peptit

Sağlık/fonksiyon beyanı

Üretici

Calpis Ekşi süt Val-Pro-Pro-Đle-Pro-Pro (β ve κ-kazeinden elde edilmiş)

Kan basıncını azaltır. Calpis Co Japon

Evolus Kalsiyum ile zenginleştirilmi ş fermente süt içeceği

Val-Pro- Pro, Ile- Pro- Pro, (β ve κ-kazeinden elde edilmiş)

Kan basıncını azaltır. Valio Oy, Finlandiya

BioZate Hidrolize peynir suyu proteini izolatı

β- laktoglobulin fragmentleri Kan basıncını azaltır. Davisco USA

BioPURE-GMP Peynir suyu proteini izolatı

κ-kazein g (106-169) (glikomakropeptit)

Diş çürüklerini önleme, kan pıhtılaşmasını düzenleme, virüs ve bakterilere karşı koruma

Davisco USA

PRODIET F200/Lactium

Aromalandırılmış süt içeceği, şekerleme, kapsüller

αs1-kazein g (91-100) Leu- Gly Tyr-Leu-Glu- Gln- Leu- Leu- Arg)

Stresin etkilerini azaltma

Ingredia Fransa

Festivo Fermente düşük yağlı sert peynir

αs1-kazein g (1-9), αs1-kazein g (1-7), αs1-kazein g (1-6)

Henüz bir sağlık beyanı yok.

MTT Agrifood Research, Finlandiya

Sistein Peptit Bileşen/hidrolizat Süt proteininden elde edilmiş peptit.

Enerji düzeyinin artmasına ve uykuya yardımcı olur.

DMV International Hollanda

C12 Bileşen/hidrolizat Kazeinden elde edilmiş peptit.

Kan basıncını düşürme.

DMV International Hollanda

Capolac Bileşen Kazeinofosfopeptit Mineral emilimne yardımcı olur.

Aria Food Ingradients, Đsveç

PeptoPro Bileşen/hidrolizat Kazeinden elde edilmiş peptit.

Atletik performansı ve kas oluşumunu güçlendirir.

DSM Food Specialties, Hollanda

Vivinal Alpha Bileşen/hidrolizat Peynir suyundan elde edilmiş peptit

Rahatlama ve uykuya yardımcı olur.

Borculo Domo Ingradients (BDI), Hollanda


42

PROBĐYOTĐKLER, PREB ĐYOTĐKLER VE SĐNOBĐYOTĐKLER

1892 yılında Döderlein, 1900 yılında Maro, 1901 yılında Beijerink ve Cahn laktik asit üreten

bakterilerin olumlu etkileri olduğunu bildirmiştir. 1908 yılında Metchnikoff laktik asit bakterileriyle

ili şkili olarak fermente süt ürünlerinin sağlık üzerine olumlu etkileri olduğunu bildirmiştir.

Metchnikoff Kafkas halkının uzun ömürlü olmasını fermente süt ürünlerince zengin diyet

tüketmelerine bağlamıştır. Literatürde ilk olarak Vergio (1954)’nun ‘’probiyotik’’ terimini kullandığı

bilinmektedir. Probiyotik terimi , gastro intestinal bölgede yerleşik mikrofloranın sağlıklı yönde

çoğalmasını ve gelişmesini destekleyen canlı mikroorganizmaları tanımlamaktadır. Prebiyotik terimi

ise kolonda insan sağlığı için faydalı olduğu düşünülen lactobacilli ve bifidobacteria gibi floranın

seçici olarak gelişimini destekleyecek, sindirilemeyen ancak fermente olabilen karbonhidratları ifade

eder. sinobiyotik terimi ise probiyotik ve prebiyotiklerin kombinasyonunu ifade etmektedir.

Probiyotikler

Arzu edilen probiyotik özelliği gösterebilmesi için mikroorganizmanın bir çok özelli ğe sahip olması

gerekmektedir. Bunlar; 1) bakteri gastro-intestinal bölgenin üst kısmındaki asidik koşullarda canlı

kalabilmelidir, 2) barsaklarda çoğalabilmelidir, 3) patojenik, mutajenik, toksik ve karsinojenik etkilere

neden olmamalıdır, 4) bakteri karsinojenik bileşiklere ve patojenik mikroorganizmalara antagonistik

etki göstermelidir, 5) genetik olarak plasmid transfer mekanizmasına karşı stabil olmalıdır, 6)

kolaylıkla çoğalabilmeli ve gıda işleme ve depolama sırasında canlılığını koruyabilmelidir.

Probiyotik suşların sağlık üzerine olumlu etkileri; 1) barsak florasının olumlu yönde yeniden

düzenlenmesi, 2) kolonda diyareye karşı direncin artması veya diyarenin önlenmesi, 3) serum

kolestrolünün sistemik olarak azaltılması, 4) tümör oluşumunu indükleyecek fekal enzimlerin ve

mutajenik bileşiklerin konsantrasyonunun azaltılması, 5) laktozun metabolize edilebilmesi ve laktoz

intoleransının azaltılması, 6) immun yanıtın güçlendirilmesi, 7) kalsiyum emiliminin artırılması, 8)

vitamin sentezi ve proteinlerin ön sindiriminin gerçekleştirilmesi şeklinde sayılabilir.

Probiyotiklerin insanlar üzerinde gösterilmiş başlıca sağlık faydaları, laktoz intoleransına yol

açmamaları ve bağışıklık sistemini stimule ederek gastrointestinal sistem enfeksiyonlarının insidansını

veya şiddetini azaltmalarıdır. Deney hayvanları ile yapılmış çalışmalarda ise prekanser lezyonlarının

insidansını azalttığı gösterilmiştir. Ancak bu çalışmaların geçerliliğinin insanlar üzerinde de

doğrulanması gerekmektedir. Bunun en önemli nedeni probiyotik bakterilerin barsaklarda yerleşik

mikroflora olmaması ve sadece düzenli tüketilmeleri durumunda barsak florasında bulunabilmeleridir.

Probiyotik bakterilerin diğer bir etki mekanizması ise sindirim sisteminde lokal bağışıklık yanıtını

değiştirmeleridir. Bu bakterilerin sindirim sisteminden geçerken canlılıklarını koruyabilmeleri ve

barsak hücrelerine yapışmaları, bağışıklık sistemini (host immune system) modifiye etmelerinde etkili

olan en önemli özellikleridir. Bu etki deney hayvanları ve insanlar üzerinde yürütülen çalışmalarla da

desteklenmiştir.


43

Prebiyotikler

Bir çok probiyotiğin canlı kalabilmesi ve çoğalabilmesindeki güçlükler nedeniyle bir alternatif olarak

prebiyotik yakla şım ön plana çıkmıştır. Bazı peptitler, proteinler ve lipitler prebiyotik olmakla

birlikte prebiyotik kaynak olarak sindirilemeyen karbonhidratların üzerinde daha çok durulmaktadır.

Bazı oligo- ve polisakkaritler doğal olarak bulunmakta ve prebiyotik özelliği sağlayan kriterleri

sağlamaktadırlar. Bu özellikler; 1) mide içeriğinin boşalmasını geciktirmek ve gastro-intestinal

sistemden geçiş süresini düzenlemek, 2) glukoz toleransını artırmak, 3) yağ ve kolesterol emilimini

azaltmak, 4) intestinal içeriğin hacmini ve taşıdığı su miktarını artırmak, 5) kısa zincirli yağ asitlerinin

üretimini artırma, pH’yı düşürme ve amonyak üretimini azaltma gibi mekanizmalarla mikrobiyal

fermentasyonunun düzenlenmesini sağlamak şeklinde özetlenebilir.

Prebiyotik olarak karbonhidratlar ve özellikle oligosakkaritler üzerinde çalışmalar yoğunlaşmaktadır.

Fruktooligosakkaritler ise oligosakkaritler içinde ilk sırada yer almaktadır. Sarmısak, soğan, enginar,

kuş dili ve hindiba yüksek konsantrasyonda fruktooligosakkarit içermektedir. Günümüzde Japonya ve

Amerika’da marketlerde 12 çeşit prebiyotik oligosakkarit (frukto-oligosakkaritler, inulin, galakto-

oligosakkaritler, laktuloz, laktosukroz, isomalto-oligosakkaritler, soya oligosakkaritleri, ksilo-

oligosakkaritler, gentio-oligosakkaritler) satılmaktadır. Bu oligosakkaritlerin olası prebiyotik etkileri

barsakta seçici olarak bifidobacteria türlerinin gelişmesini desteklemeleridir.

Bir gıda bileşeninin prebiyotik olarak sınıflandırılabilmesi için sahip olması gereken en önemli özellik,

kolon boyunca taşınabilmesi ve gastrointestinal sistemin üst kısmındaki mikrobiyal flora tarafından

fermente edilmemesidir. Bu bileşen, olumlu etki gösteren bir veya birden çok mikroorganizmanın

gelişimini sağlayacak seçici bir substrat olmalı veya kolondaki bakterilerin bu bileşeni fermente

etmeleri sonucu üretilen ürünler sağlığı olumlu etkileyecek sistemik etki göstermelidir. Yapılan

çalışmalar prebiyotiklerin bağışıklık sistemini aktive ettiklerini, kalsiyum gibi bazı minerallerin

emilimini artırdıklarını, adenoma ve karsinomaya dönüşebilecek lezyonları inhibe ettiklerini

göstermiştir.


44

GIDA ENDÜSTRĐSĐNDE KULLANILAN ENZ ĐMLER

ENZĐMLER

Biyolojik sistemlerde meydana gelen reaksiyonlar laboratuvar koşullarında oluşturulmak istendiğinde

çok yüksek sıcaklık, basınç vb gibi ağır fizikokimyasal koşulların sağlanması gerekir. Karbonhidrat,

lipit ve proteinler ancak kuvvetli asit ve/veya alkali koşullarda yüksek sıcaklıkta ısısal işleme tabi

tutuldukları zaman hidroliz gerçekleşmektedir. Oysa bu işlem sindirim sisteminde çok daha yumuşak

koşullarda gerçekleşmektedir. Enzimler canlı organizmadaki biyokimyasal reaksiyonları katalize

ederler. Enzimlerin yapılarında genel olarak bileşimce ve görevce farklı iki kısım bulunur. Bunlardan

birine apoenzim diğerine kofaktör veya koenzim adı verilir. Her iki kısma birden haloenzim

denilmektedir. Apoenzimler yalnız başına hiçbir katalitik aktivite göstermezler. Kofaktörler ise yalnız

oldukları zaman enzime göre çok düşük, kimi hallerde de hiç katalitik aktivite göstermezler.

Şekil 25. “ES” kompleksinin oluşum ve ayrışma mekanizması

Enzimlerin apoenzim kısmı protein moleküllerinden oluşur. Proteinin yapısındaki amino asitlerin türü

ve dizilişi enzimden enzime değişir. Bu nedenle enzimin özelliğini ve spesifikliğini sağlayan kısım

+ +

S

HE

AE KF

ES kompleksi

AE + +

KF Ürünler


45

apoenzimdir. Enzimlerin molekül ağırlıklarının büyük oluşunun nedeni protein yapılarından

kaynaklanır.

Apoenzime katalitik aktivite özelliği veren kısım kofaktördür. Kofaktörler aşağıdaki gibi

sınıflandırılırlar.

Şekil 26. Kofaktörlerin sınıflandırılması

Biyokimyasal ölçümlerde enzim miktarının doğru ve hassas olarak bilinmesi zorunludur. Kullanılan

enzim saf olmayabilir ya da kullanıncaya kadar geçen sürede aktifliğini yitirmi ş olabilir. Bu nedenle

kullanılacak enzimdeki “aktif enzimi” saptamak gerekir. Bu nedenle ”Enzim Birimi” olarak

isimlendirilen bir birim kullanılır. 1 enzim birimi dakikada 1 mikromol substrat dönüşümünü kataliz

edebilen miligram olarak enzim miktarı olarak tanımlanır.

ENZĐMLER ĐN SINIFLANDIRILMASI

Enzimler;

1. Oksidoredüktazlar (Oksidasyon-redüksiyon olayını hızlandırıcı enzimler)

2. Transferazlar (Aktarıcı enzimler)

3. Hidrolazlar (Hidroliz edici enzimler)

a) Proteazlar

b) Esterazlar ve lipazlar

c) Karbonhidrazlar

d) Fofatazlar

e) Amidazlar

4. Liyazlar (Hidroliz dışındaki mekanizmalarla substratlardan bazı grupların çıkışını sağlarlar)

KOFAKTÖRLER

Apoenzime bağlı prostetik gruplar

Apoenzimden ayrı halde bulunan etken molekül ya da iyonlar

Organik gruplar

Đnorganik gruplar

Koenzimler (organik bileşikler)

Aktivatörler (metal iyonları)


46

5. Đzomerazlar (Đzomerleşme reaksiyonlarını katalize edici enzimler)

6. Ligazlar

şeklinde sınıflandırılırlar.

GIDA ENDÜSTRĐSĐNDE ENZĐMLER VE UYGULAMA ALANLARI

Gıda endüstrisinde çoğunlukla hidrolazlar kullanılmaktadır.

KARBONH ĐDRAZLAR

Karbonhidrazlar hidrolitik olarak glikozidik bağları parçalarlar, bu nedenle oligosakkarit ve

polisakkaritlerin hidrolizinde yer alırlar. Amilazlar gıda endüstrisinde oldukça geniş alanda

kullanılmaktadırlar. Bu gruptaki pektik enzimler, selülaz, laktaz, invertaz ve hemiselülaz gibi diğer

enzimler de gıda üretiminde uygulama alanlarına sahiptirler.

A. Amilazlar

Amilaz enzimleri için substrat nişastadır.nişasta amiloz ve amilopektin olmak üzere iki farklı

molekülden oluşmuştur. Amiloz yaklaşık 350 glukoz ünitesinin düz bir zincir şeklinde α-1,4-

glikozidik bağlarıyla bağlanmasından oluşur. Amilopektin ise bu düz zincir şeklindeki yapıya α-1,6-

glikozidik bağıyla bağlanmış yaklaşık α-1,4-glikozidik bağıyla bağlı düz zincir şeklindeki 30 ünite

glukoz molekülünden oluşur. α-amilaz (endo-amilaz) amiloz ve amilopektindeki α-1,4 bağlarını

rastgele olarak parçalar. α-1,6 bağlarını parçalayamaz. Bu enzimin etkisiyle düşük moleküler ağırlıklı

dekstrinler oluşur. β-amilaz (ekzo-amilaz) ise amiloz ve amilopektini indirgen olmayan uçtan

başlayarak maltoz üniteleri oluşacak şekilde parçalar. Amiloz fraksiyonunu tamamen maltoza

parçalayabilir. Aktivitesi amilopektinin dallanma noktasında α-1,6 bağları nedeniyle düşer. Bu bağları

parçalama aktivitesine sahip değildir. Bu kısımlarda yüksek molekül ağırlıklı dekstrinler elde edilir.

Bu dekstrinler daha sonra hem α-amilaz hem de β-amilaz aktiviteleriyle daha düşük molekül ağırlıklı

dekstrinlere ve maltoza parçalanır.

1. Fırın ürünlerinde amilazların kullanımı

Buğdayın mekanik olarak hasadı, çimlenme için gereken süreden çok daha önce hasadın

tamamlanmasına ve ürünün depolanmasına olanak sağlamaktadır. Buğdayın çimlenmesi α-amilaz

aktivitesinin gelişmesi için gereklidir. Uygun çimlenme ile α-amilaz aktivitesinin 1000 kat arttığı

belirtilmiştir. Unlarda α-amilaz aktivitesinin düşük olması fırın ürünlerinde hacim, doku ve renkte

sorunlara neden olmaktadır. Bu nedenle bu tip unlardan elde edilecek fırın ürünlerinde enzim

eklenmesine gereksinim duyulmaktadır.

α-amilazların ticari kaynakları fungal (Aspergillus oryzae), bakteriyel (Bacillus subtilis) ve tahıllardır

(çimlenmiş buğday ve arpa). Hepsi pH 5.0-5.5 arasında yüksek aktiviteye sahiptir ancak termal


47

stabiliteleri değişiktir. Tahıl ve bakteri kaynaklı α-amilazlar fungal kaynaklı α-amilaza göre termal

olarak daha stabildirler.

Tahılların önemli bir bileşeni olan nişasta gıdanın üç önemli özelliği ile ili şkilidir. Bunlar 1) suyun

absorpsiyonu 2) jelatinizasyon 3) retrogradasyon olarak sıralanabilir.

Suyun absorpsiyonu: Nişasta granülleri soğuk suda çözünmezler. Ancak ılık suda suyu absorplar ve

şişerler. Bu işlem oda sıcaklığında geri dönüşümlüdür. Ancak jelatinizasyon sıcaklığında (> 50° C) su

absorpsiyonu artar ve nişasta granüllerinin hacmi genişler. Nişasta granülleri ağırlıklarının yalnızca

½’si kadar suyu absorplar. Oysa hasar görmüş nişasta granülleri ağırlıklarının 2 katı kadar suyu

absorplar.

Jelatinizasyon: Buğday nişastasında 58-64 ° C’de jelatinizasyon gerçekleşir. Isıtma sırasında hidrojen

bağları kırılır ve nişastanın su tutma kapasitesi artar.

Retrogradasyon: Nişastanın jel formundan kristal yapıya dönüşümüdür. Bu durumda nişastanın

çözünürlüğü azalır. Nişastanın amiloz fraksiyonu retogradasyona meyillidir.

Buğdaydan unun elde edilmesinde öğütme işleminin süresi ile hasar gören nişasta granüllerinin

miktarı arasında doğusal bir ilişki vardır. Fermentasyon sırasında ise enzimler sadece hasar görmüş

nişasta moleküllerine etki edebilir. Böylece α-amilaz hasar görmüş nişasta granüllerinin dekstrinlere β-

amilaz ise maltoza parçalanmasını katalizler. Maltoz ise daha sonra maya hücreleri tarafından enerji

kaynağı olarak fermente edilir. Amilazların fermentasyon sırasındaki etkisi hamurdaki hasar görmüş

nişasta içeriğiyle ili şkilidir. Isısal işlem sırasında hamurun sıcaklığı yükselmekte bu da hasar

görmemiş nişastanın jelatinizasyonuna ve dolayısıyla amilazlar tarafından hidrolizine olanak

sağlamaktadır. Fırında amilazların ısıyla inaktivasyonuna kadar geçen birkaç dakikalık sürede

nişastanın hızlı dekstrinizasyonu ve sakkarifikasyonu gerçekleşir. Bu işlem son ürünün renk, hacim ve

dokusu bakımından önemlidir. Amilazların aşırı aktivitesi ve dolayısıyla nişastanın parçalanma hızı

kullanılan α-amilaz desteğinin termostabilitesi ile yakından ilişkilidir. Ekmeğin pişirilmesi sırasında

amilaz aktivitesi birkaç dakikadan daha uzun bir süre devam ederse nişastanın önemli bir kısmı

parçalanır ve ıslak, yapışkan bir ekmek kabuğu oluşur. fungal amilazlar ısıya dayanıklı olmadıkları

için fırın sıcaklığı yükselince tahrip olurlar. Şeker miktarı % 3-5 arasında olan unlarda fazla miktarda

enzim desteğine gereksinim yoktur. Ancak fermente olabilen şeker miktarı % 1’in altında ise enzim

desteğine gereksinim vardır. USA’de fungal α-amilazların kullanımına izin verilmemektedir. Ancak

Kanada, Đsveç ve Đngiltere’de fungal α-amilazların kullanımına izin verilmektedir. α-amilazlar hasar

görmüş nişasta granüllerinden fermente olabilen şeker üretimlerine ek olarak hidrate olmuş nişastanın

absorpladığı suyun açığa çıkmasını sağlayarak hamurun yumuşamasına yardımcı olurlar. Isıya stabil

α-amilazlar ise nemli, yapışkan kabuğun tercih edildiği meyveli kekler gibi ürünlerin hamurunda

kullanılmaktadır.


48

2. Bira eldesinde amilazların kullanımı

Bira yapımında kullanılan tahıl arpadır. Uygulanan işlemler ıslatma, çimlendirme ve tavlamadır.

Çimlendirme sırasında özellikle karbonhidrazlar ve proteolitik enzimler olmak üzere hidrolitik

enzimler sentezlenir. Çimlenme başlayana kadar çok az aktivite görülmesine rağmen, malt haline

dönüşmemiş arpa kayda değer β-amilaz aktivitesine sahiptir. Malt bira üretiminde maya

fermentasyonu için gerekli fermente olabilen şekeri amilolitik enzimleri olan α-amilaz, β-amilaz ve

glukoamilaz aktiviteleriyle sağlar. Arpanın malt haline gelmesinin maliyeti çok yüksek olduğu için

endojen arpa enzimleri yerine mikrobiyal enzimlerin kullanımı gündeme gelmiştir. Bira endüstrisinde

bakteriyel ve fungal kaynaklı amilazlar kullanılmaktadır. Bu kaynaklar arasında bakteriyel α-amilazlar

( pH 7.0, 75ºC) fungal (pH 5.1, 49-54ºC) ve malt amilazlara (pH 4.7-5.4, 50-55ºC; pH5.6-5.8, 70-

75ºC) göre daha yüsek optimum sıcaklığa sahiptir. Bakteriyel α-amilazın yüksek inaktivasyon

sıcaklığı, nişastanın maya fermentasyonu için gerekli bir substrat olan maltoza parçalanması

bakımından önemlidir. Isıya dayanıklı olmayan fungal α-amilaz ise, biranın soğuk olarak depolanması

sırasında ortamda bulunabilecek nişasta kalıntısının yaratacağı kusurları önlemek amacıyla kullanılır.

α ve β amilaza ek olarak, nişasta molekülünü dallanma noktasında parçalayacak olan (debranching

enzymes) amiloglukozidaz ve glukoamilaz enzimlerinin Aspergillus oryzae den elde edilebileceği

belirtilmiştir. Bu enzimler nişasta molekülündeki hem α-1,4 hem de α-1,6 bağlarını hidrolize edebilir.

B. Nişastanın enzimatik yolla prosesi

Nişastadan glukoz şurubu üretimi mineral asitlerle hidroliz yöntemine dayanmaktadır. Ancak endüstri

çok daha ekonomik olacak enzimatik yöntemin uygulanmasını tercih etmektedir. Ayrıca enzimatik

yöntemle çok daha spesifik son ürün elde etmek mümkündür. Bazı proseslerde nişasta ait-enzim

sisteminin katalizlediği reaksiyonla parçalanmaktadır.

Enzim basamağı Proses basamağı Ürünler Nişasta çözeltisi Amilazlar

Maltodekstrinler

Amilazlar + Maltoz şurubu dallanma noktasında parçalayan enzimler Karışık şurup Glukoz şurubu

Şekil 27. Nişastanın enzimatik yolla işlenmesi

Đncelme

Dekstrinizasyon

Sakkarafikasyon

sıvılaşma


49

Nişastadan glukoz eldesinde kullanılan enzimler α-amilaz ve glukoamilazdır. Nişasta hidrolizini

başlatan enzim Bacillus subtilus tan elde edilen α-amilazdır. Bu enzim mısır nişastasının hidrate

olması için gereken aşırı yüksek sıcaklıklarda (82.2º C) stabildir.

Bu işlemdekullanılan diğer enzim glukoamilazdır. Bu enzim amilopektinin indirgen olmayan ucundaki

α-1,4 bağlı glukoz ünitelerinden başlayarak α-1,6 bağlı dallanma noktasına kadar hızla parçalar.

Dallanma noktasında ise daha düşük hızda parçalamaya devam eder. Nişastanın endüstriyel yolla

parçalanışı Şekil 27’de gösterilmiştir.

Glukoz şurubu: Glukoz şurubu, glukoz ve yüksek molekül ağırlıklı dekstrin ve sakkaritlerin bir

karışımıdır. Berrak, renksiz ve yoğun kıvamlıdır. Türk Gıda Kodeksi şeker tebliğine göre glukoz

şurubu; nişasta veya inülinden veya bunların karışımından elde edilen besleyici değerleri olan

sakkaritlerin, saflaştırılmış ve koyulaştırılmış sulu çözeltisi olarak tanımlanmaktadır. Glukoz şurubu

şekerleme sanayinde, kıvam sağlamak, lezzeti geliştirmek, nem tutucu özellik sağlamak, şeker

kristalizasyonunu düzenlemek, tatlılık vermek ve renk kaybına karşı direnci artırmak için

kullanılmaktadır. Sakız sanayinde, yapının çiğnenebilirliğini artırmak ve şekerin yapıdan açığa

çıkmasını yavaşlatmak için kullanılmaktadır. Spor ve enerji içeceklerinde osmotik basıncın kontrolü

ve dekstrozun hızla kana karışması özelliği nedeniyle kullanılır. Dondurma üretiminde kullanılmasının

nedeni ise, dondurmanın kaşığa alınabilirliğini, sertliğini, dokusunu, ağız hissini sağlaması ve kristal

oluşumunu kontrol edebilmesidir. Unlu mamüllerde nem tutuculuk, istenen doku ve rengin oluşumunu

sağlaması, fermente edilebilirlik gibi nedenlerle kullanılmaktadır. Helva üretiminde ise yağ sızması ve

kristalizasyon gibi kalite kusurlarını önlemek amacıyla kullanılan emülgatör ilavesinin azaltılması

amacıyla kullanım alanı bulmaktadır.

Fruktoz şurubu: Nişastanın önce glukoza sonra enzimatik izomerizasyon ile fruktoz şurubuna

dönüştürülmesiyle elde edilir. Nem çekme özellikleri nedeniyle ürünün kurumasını önler, osmotik

basıncın yüksek olması nedeniyle mikrobiyal açıdan dayanıklılık sağlar. Fermente edilebilirlik, renk

verme ve raf ömrünü uzatma amacıyla fırın ürünlerinde, tatlılığı kontrol etmek ve kıvam sağlamak

amacıyla süt ürünlerinde, emülsiyon stabilitesini artırmak, doku ve parlaklık kazandırmak amacıyla

ketçap ve mayonez üretiminde kullanılmaktadır.

C. Enzimatik yolla maltoz şurubu eldesi

Son yıllarda özellikle Japonya’da maltoz şuruba olan ilgi artmıştır. Artan ilgi, maltoz şurubunun

glukoz şurubuna göre nispeten daha orta derecede tatlı olması ve birçok formülasyonda glukoz şurubu

yerine kullanılabilmesinden kaynaklanmaktadır. Maltoz şurubu üretiminde geleneksel yöntem tahıl

kaynaklı β-amilaz kullanmaktır. β-amilaz nişastanın dış zincirinden başlayarak maltoz ünitelerini açığa

çıkarır. Ancak α-1,6 dallanma noktasına kadar parçalayabilir. Bu noktalarda dekstrinler oluşur.

nişastadan bu yöntemle maltoz eldesinde maksimum verim %60’tır. Dallanma noktasında etkili

enzimler kullanarak verimi artırmak mümkündür, ancak uygulama için yeni teknolojilerin

geliştirilmesi gerekmektedir.


50

D. Đnvertaz

Đnvertaz 60 yıldan beridir şekerleme endüstrisinde ortasında yumuşak krema bulunan şekerlemelerin

yapımında kullanılmaktadır. Đki çeşit invertaz enzimi vardır. Bunlar sakkaroz molekülünü farklı

noktalarda parçalama özellikleriyle karakterize edilirler. α-D-glukozit glukohidrolaz sakkaroz

molekülünü glukoz kısmından parçalarken, β-D-fruktofuranosit fruktohidrolaz molekülü fruktoz

kısmından parçalar. Mayalardan elde edilen invertaz fruktohidrolaz, küflerden elde edilen ise

glukohidrolazdır. Sakkarozun eş konsantrasyonda glukoz ve fruktoza hidrolizi sakkarozun inversiyonu

olarak tanımlanır. Sakkarozun inversiyonu ile optik çevirme pozitiften (dekstro; sağ) negatife (levo;

sol) döner. Đnvert şekerin polarize ışık düzlemini sola çevirmesi içerdiği fruktozdan kaynaklanır. Đnvert

şekerin tatlılığın artması, çözünürlüğünün yüksek olması ve kristallenmeye yatkın olmaması,

şekerleme endüstrisindeki önemini çok artırmaktadır. Đnvertaz, merkezinde krem ve sıvı kıvamlı

karışımları içeren veya fondan içeren ürünlerin üretiminde kullanılmaktadır. Kremler şurup (sıvı) ve

şekerden (kristal) oluşmuş iki fazlı sistemlerdir. Şurup konsantrasyonu kremin akışkanlığını belirler.

Bu proseste başlıca kriter krem ya da sıvı merkezde mikrobiyal fermentasyonu desteklemeyecek şeker

miktarını belirlemektir. Yapılan çalışmalarda %79 ve üzerindeki katı içeriğinin fermentasyonu

desteklemediği saptanmıştır. Đnvertaz enziminin bu kriteri karşıladığı saptanmıştır. Şekerleme

üretiminde kristal formdaki sakkaroz, kristal kısma invertaz eklenmesini takiben çikolata ile kaplanır.

Enzim sakkarozu sıvılaştırarak yumuşak merkez oluşumunu sağlar. Đnvertaz ticari olarak invert şeker

şurubu ve yapay bal üretiminde kullanılır.

E. Laktaz

Laktaz (β-D-galaktozidaz) süt ve süt ürünlerinin laktaz içeriğini azaltmak için kullanılır. Laktoz

genellikle düşük tatlılığı, sınırlı çözünürlüğü ve bazı kişilerde intoleransı nedenleriyle istenmez.

Laktoz içermeyen süt üretimi için çeşitli yöntemler bulunmaktadır. Bunlar arasında ultrafiltrasyonla

laktozun fiziksel yolla uzaklaştırılması gibi yöntemler bulunmasına rağmen laktaz kullanarak

biyokimyasal uzaklaştırma tercih edilmektedir. Laktazın başlıca kaynağı Saccharomyces lactis’ten

elde edilen nötr laktaz ve Aspergillus niger’den elde edilen asit laktazdır. Enzim laktoz molekülünde

bulunan galaktoz ve glukoz arasındaki bağı hidrolizler. Laktozun azalması sütün veya peynir altı

suyunun tadının artmasına neden olur. Aynı zamanda dondurma veya dondurulmuş süt

konsantrelerinde laktozun kristallenmesiyle ilişkili olan kumsu yapının elimine edilmesini sağlar.

Laktoz intoleransı olan insanlar ise laktoz miktarı %90 düzeyinde azaltılmış ürünleri kullanabilirler.

Amerika’da laktaz toz halinde satılmakta ve tüketimden bir gün önce süte eklenerek kullanılmaktadır.

Yakın zamanda daha stabil ve kullanım için daha uygun olan sıvı formu üretilmiştir. Laktoz içeriği

azaltılmış ya da laktoz içermeyen UHT süt üretiminde iki yöntem uygulanmaktadır. Steril laktaz

enzimi sterilize edilmiş süte paketlendikten sonra ilave edilmekte ve bu süt pazara sunulmadan önce

10 gün oda sıcaklığında depolanarak enzimin hidrolizi tamamlaması beklenmektedir. Diğer yöntemde


51

ise laktaz işlem in son basamağında süte ilave edilmekte ve buzdolabı koşullarında 24 saat bekletilerek

hidrolizin gerçekleşmesi sağlanmaktadır. Laktaz aynı zamanda çeşitli peynirlerde ve düşük laktoz

içerikli yoğurt elde etmede kullanılmaktadır. Laktaz enzimiyle muamele edilmiş peynir suyu proteini

gıda endüstrisinde şekerleme, fırın ürünleri ve şurup üretiminde kayda değer uygulama alanı

bulmaktadır.

F. Pektik enzimler

Pektik enzimler meyve suyu ve konsantrelerinde, şaraplarda, üzüm ve elma suyunda berraklığı

sağlamak amacıyla kullanılırlar. Pektik enzimlerin substratları pektik maddelerdir. Pektin

poligalakturonik asit zincirinden oluşmuş bir kolloitdir. Zincirdeki poligalakturonik asitlerin karboksil

gruplarının 2/3’si metanolle ester oluşturmuştur. Pektik enzimler depolimerize ve deesterifiye olmak

üzere iki gruba ayrılırlar. Endüstriyel pektik enzimler Tablo 11’de gösterilmiştir.

Tablo 11. Endüstriyel pektik enzimler A. Depolimerize pektik enzimler 1. Pektin üzerine etki edenler a) Polimetilgalakturonazlar * endo- * ekzo- b) Pektin lizazlar * endo- * ekzo 2. Pektik asit üzerine etki edenler a) Poligalakturonazlar * endo- * ekzo- b) Pektat lizazlar * endo- * ekzo- B. Pektinesterazlar 1. Pektin metilesteraz

1. Pektolitik enzimlerle meyve suyunun berraklaştırılması

Ticari pektolitik enzimler pektin metilesteraz ile poligalaturonaz enzimlerinin karışımlarıdır. Bu

enzimlerin pektolitik aktivitesi çözünür pektinin hidrolizine ve dolayısıyla kolloidal özelliğin ortadan

kalkmasına neden olur.

2. Meyve suyu konsantreleri

Meyve sularında berraklık istenmesine rağmen meyve suyu konsantreleri, salça ve ketçap gibi

ürünlerde stabil bulanıklık istenmektedir. Narenciye sularında bulanıklığın kaybolması pektinin pektin

esteraz ile deesterifye edilmesine ve bu işlemi takiben kalsiyum pektinat veya pektat formunda


52

çökmesine bağlanmaktadır. Bulanıklığı korumak için pektin esteraz enziminin inhibe edilmesi

gerekmektedir.

PROTEAZLAR

A. Proteazlarla etin gevrekleştirilmesi (Tenderization)

Gıda endüstrisinde en fazla kullanılan proteaz enzimi papaindir. En önemli iki uygulama alanı ise

biranın soğukta saklanması ve yapay olarak etin gevrekleştirilmesidir. Etin gevrekleştirilmesinde

karşılaşılan başlıca problem enzimin ette tekdüze dağılımının et parçalanmaksızın sağlanmasındaki

güçlüktür. Enzim bir veya birden fazla kas doku bileşenlerini parçalar. Bunun başında sarkolema

proteinleri gelmektedir. Sarkolema proteinleri kas liflerini bir arada tutan proteinlerdir. Sarkolema

hidrolize olurken kas liflerinde aşırı hidroliz gerçekleşmez. Sonuç olarak lapamsı dokuda bir ürün elde

edilebilir. Đstenilen düzeyde gevrekliğin sağlanabilmesi için proteolizin sınırlı gerçekleşmesi ve bu

nedenle enzimin düşük konsantrasyonda kullanılması gerekmektedir.

B. Biranın soğukta saklanması

Birada puslu, bulanık bir görünümün oluşması hem mikrobiyal reaksiyondan (biyolojik) hem de

kimyasal reaksiyondan kaynaklanabilir. Biyolojik bulanıklık uygun işleme koşulları sağlanarak

önlenebilir. Kimyasal bulanıklık ise hala ciddi bir problemdir. Bu bulanıklık bira 10º C’nin altına

soğutulduğunda yapısındaki polifenolik ve tanin moleküllerinin kombinasyonundan oluşmaktadır.

Soğukta oluşan bulanıklığa glukoz, arabinoz ve ksiloz gibi karbonhidratların ve bakır ve demir gibi

metallerin çökmelerinin de katkısı vardır. Bulanıklık oluşumu iki aşamada gerçekleşmektedir. 1.

şerbetçi otu kaynaklı taninler, kafeik asit, gallik asit ve antosiyaninlerin polimerizasyonu ile aktif

polimerlerin oluşumu 2. aktif polimerlerle polipeptit molekülleri arasındaki reaksiyonla kalıcı

kompleks bileşiklerin oluşumu. Polipeptitler bulanıklığı oluşturan ana bileşenler oldukları için, soğuk

bulanıklığının önlenmesinde proteolitik enzimler kullanılmaktadır. Bu enzimler arasında papain,

pepsin, fisin, bromelain ve bakteriyel proteaz sayılabilir. Papainin soğuk bulanıklığını önleme

mekanizması proteinin proteolizi ile ilişkilidir.

C. Peynir yapımında rennin ve rennet

Peynir: Peynir, tüm süt bileşenlerinin konsantre edilmesiyle oluşan bir süt ürünüdür. Süt bileşenlerinin

konsantrasyonu, süt proteinlerinin enzimler, asit üreten bakteriler veya asit ile koagülasyonu sonucu

gerçekleşir. Peynir üretimi başlıca 5 aşamadan oluşur. A) asit oluşumu B) sütün pıhtılaşması C)

dehidrasyon D) şekil verme E) tuzlama.

A) Starter kültür olarak laktik asit bakterileri (streptococcus ve lactobacillus) kullanılır. Starter

kültür karbonhidratları heksoz difosfat yoluyla piruvata dönüştürür ve daha sonra laktik asit

oluşur. Laktozun laktik aside fermentasyonu peynir üretiminin olmazsa olmaz koşuludur.

B) a) Rennin veya kimosin: Sütün rennin veya kimozin ile koagülasyonu enzimatik ve enzimatik

olmayan aşamalarda gerçekleşir. Kalsiyuma duyarlı kazein fraksiyonları (αs1, αs2 ve β) kazein


53

misellerinin ortasında (Şekil 28) bulunur. Bu fraksiyonların çökmesi misellerin yüzeyine

yerleşmiş κ- kazein fraksiyonu tarafından engellenir. Başlangıçta κ- kazeinin rennet ile

hidrolizi negatif yüklü makropeptitlerin açığa çıkmasını sağlar. Đkinci aşamada kazein

miselleri hidrofobik güçlerle veya elektrostatik interaksiyonlarla bir araya toplanır.

b) Faz I: Enzimatik hidroliz. Kimozin ve rennet ile κ- kazeinin rastgele hidrolizi gerçekleşir.

Kimozin/rennet

κ- kazein → çözünür kazein makropeptit + para κ- kazein

pH 5.1- 5.3

Rennet spesifik olarak κ- kazein fraksiyonuna etki etmekle birlikte α s1 fraksiyonunu hızlı, β

fraksiyonunu ise yavaş olarak hidrolize etme kapasitesine sahiptir. Bu fraksiyonlar ancak

kazeinin misel yapısı bozulunca enzimlerin etkisine açık hale gelebilmektedir. α ve β

fraksiyonlarının hidrolizi peynirin olgunlaşma sürecinde önemlidir ve doku ile lezzet üzerine

etkilidir.

c) Faz II: Pıhtılaşma (Clotting). Rennet enziminin etkisiyle kazein miselleri bir araya toplanır

ve koagulum oluşur.

Peynir üretiminde sütün rennin yardımıyla pıhtılaşması birinci aşamadır. Rennin sütte rennetin

yapısında bulunan proteolitik bir enzimdir. Rennin veya kimosin kazeindeki peptit bağlarını hidrolize

ederek sütün pıhtılaşmasını sağlar. Kazein inek sütünde toplam proteinin yaklaşık % 80’ni oluşturur.

30-300 nm büyüklüğünde kazein miselleri halinde bulunur (Şekil 28). Başlıca kazein fraksiyonları α

s1-, αs2-, κ-, β-, γ- kazeinlerdir. Sırasıyla kazeinin % 38, 10,36, 13 ve 3’nü oluştururlar. Rennin enzimi

sadece κ-kazein fraksiyonuna etkilidir. Proteaz enziminin çözünürlüğü sütün pıhtılaşması için önemli

bir kriterdir. Bir çok proteaz enzimi başlangıçta pıhtılaşmayı sağlar, ancak tüm kazein fraksiyonundaki

peptitleri parçalamaya devam eder. bu işlem genel proteoliz olarak adlandırılır ve acı tatlı peptitlerin

oluşumuna neden olur. Peynir üretiminde kullanılacak proteazın genel proteoliz yerine sütü

pıhtılaştırma kapasitesinin yüksek olması beklenmektedir. Bu özellik en iyi rennin enzimi tarafından

sağlanmaktadır.


54

Şekil 28. kazein miselinin yapısı

D. Proteinazlar ve peynirin olgunlaşması

Ticari üretim söz konusu olduğunda peynir olgunlaşması için gereken depolama süresinin mümkün

olduğunca kısa olması istenmektedir. Olgunlaşma için gereken depolama süresinin kısaltılması

amacıyla eksojen enzimler ya da starter kültürlerin kullanımı gündeme gelmiştir. Ticari fungal

proteinaz (Aspergillus oryzae) ve bakteriyel proteinaz (Bacillus subtilis) kullanımı sonucunda fungal

proteinaz peynirde acı lezzetin oluşmasına neden olmuştur. Acı tat oluşumuna α- veβ-kazeinlerin aşırı

degredasyonu yol açmıştır. Düşük miktarda bakteriyel proteinaz eklenmesi istenen olgunlaşmış peynir

aroması oluşumunu sağlamış ancak dokuda bazı problemlere (özellikle kumsu yapı) neden olmuştur.

E. Fırın ürünlerinde proteazların kullanımı

Fırın ürünleri yapımında kullanılacak unun protein miktarının yüksek olması hamurun karıştırılma

süresinin kısalmasına olanak sağlar. Un su ile karıştırıldığı zaman viskoelastik bir bileşik olan gluten

oluşur. Gluten glutenin ve gliadin isimli iki protein fraksiyonundan oluşmuştur. Gluteinin yüksek

molekül ağırlıklı (150000-3000000 Da) proteinleri, gliadin ise daha düşük molekül ağırlıklı (25000-

100000 Da) proteinleri içerir. Glutenin disülfit bağlarıyla bir arada tutulan polipeptit ünitelerinden

oluşmuştur. Hamurun karıştırılması sırasında gluten esnek bir film tabakası oluşturur. Bu film tabakası

Fermentasyon sırasında üretilen CO2 gazının hamur içerisinde tutulmasını sağlar. Buğday unundan

elde edilen hamurun reolojik özellikleri unun yapısındaki glutenin özelliklerine bağlıdır. Hidrate

gluten hamurun başlıca bileşenidir ve hamurun viskoelastik özelliklerinden ve unun kuvvetinden

sorumludur. Örneğin kuvvetli unlardan elde edilen hamurlar aşırı karıştırma işlemini tolere edebilirler.

Bromat, peroksit ve iyodat gibi oksidasyon ajanları unun kuvvetini arıtmak için, sistein, glutatyon gibi

indirgen ajanlar ise unun kuvvetini azaltmak için kullanılırlar. Buğdayda ve dolayısıyla elde edilen

unda proteaz aktivitesi çok düşüktür. Bu nedenle fırınlama işlemi sırasında proteaz eklenmesi

gerekmektedir. Proteazlar peptit bağlarını hidrolize ederek gluten ağını bozarlar. Böylece elde edilen


55

son ürünün kalitesini belirlerler. Proteazın kontrollü eklenmesi daha fazla gaz tutulmasına dolayısıyla

hacmin artmasına, daha iyi simetri, doku, lezzet ve raf ömrünün artmasına neden olur. Proteaz

etkisiyle serbest amino gruplarının oluşması, Maillard reaksiyonuna ve istenen esmerleşme ile lezzet

oluşumuna neden olur. Proteazın aktivitesi hamurun karıştırılması ve fermentasyon aşamalarıyla

sınırlıdır. Isıya duyarlı olduğu için pişme aşamasında inaktive olur. Yüksek konsantrasyonda enzim

kullanılmasıyla oluşan aşırı proteoliz hamurda istenmeyen yapışkan ve ıslak dokuya neden olur.

Ekmek dışında bisküvi ve gofret gibi ürünlerin üretiminde glutence zayıf un istenir. Böyle bir

durumda proteazlar ya sulu hamura ya da öğütme sırasında una eklenir.

F. Proteazlar ve et gevrekliği

Et gevrekliği kasın ete dönüşümü sırasında ve daha sonraki depolama sırasında endojen proteazlar

tarafından sağlanır. Kasın ete dönüşümü üç aşamada gerçekleşir.

1. Ölüm katılığı (rigor mortis) oluşmadan önceki aşamada (prerigor) kas doku yumuşak

ve esnektir. Bu durumda, aktif glikolizis varlığı ve ATP ile kreatin fosfat

düzeylerindeki azalma söz konusudur. Ölüm sonrası glikolizis ile glikojen laktik aside

dönüşür ve pH düşer. pH düzeyi kaslar ve türler arasında çeşitlilik gösterir. Ancak iyi

beslenmiş ve dinlenmiş hayvanlarda glikojen depoları daha büyük olduğu için ölüm

sonrası pH dinlenmemiş ve beslenmemiş hayvanlara göre daha düşüktür.

2. Kasın sertleşmesi rigor mortis (ölüm katılığı) olarak bilinir. Rigor mortis normal

olarak ölümden 1-12 s sonra oluşur ve memelilerde sonraki 15-20 s içinde sona erer.

3. Ölüm katılığı sona erdikten sonra et gevrekleşmiş ve duyusal olarak kabul edilebilir

duruma gelmiştir. Memeli etlerinde bu duruma genel olarak 2˚ C’de 2-3 hafta

bekledikten sonra ulaşılır.

Katepsinler hücre içi proteolitik enzimlerdir. Karaciğer ve kas gibi birçok dokuda bulunurlar. Ölüm

sonrası gevreklik gelişiminde indirekt etkileri var gibi görünmektedir. Katepsinlerin başlıca

fonksiyonu sarkoplazmik proteinlerin peptit ve amnio asitlere degredasyonudur. Bu bileşenler lezzet

ön maddeleridir.

G. Proteazlar ve yağ ekstraksiyonu

Proteolitik enzimler yağ elde edilmesinde de uygulama alanına sahiptirler. Örneğin Nijerya kavun

çekirdeğinden yağ eldesinde proteolitik enzimler kullanılmaktadır. Kavun çekirdeği % 30 yağ % 50

protein içermekte ancak tüm yağ bilinen çözgenlerle ekstrakte edilememektedir. Çekirdeklere

proteolitik enzimlerin uygulanması nasıl olduğu bilinmemekle birlikte ekstrakte olabilen yağ miktarını

artırmaktadır.


56

ESTERAZLAR

Bu grup enzimler ester bağlarını aşağıdaki reaksiyona göre ayırırlar.

RCO-OŔ + H2O RCOOH + R-OH

Ester Asit Alkol

A. Lipazlar

Gliserol ester hidrolazlar veya lipazlar hayvan, bitki ve mikroorganizmalarda bulunan ve yağların

hidrolizinden sorumlu enzimlerdir.

B. Lipazlar ve peynir olgunlaşması

Peynirin olgunlaşması lipit ve protein hidrolizi gibi bir çok biyokimyasal reaksiyonun yer aldığı bir

prosestir. Olgunlaşma sırasında tereyağının lipolizi ve proteolizi gerçekleşir. Karakteristik lezzetin

oluşması için lipolizin kontrollü gerçekleştirilmesi gerekmektedir. Lipoliz ile birlikte peynirin lezzetini

veren küçük zincirli yağ asitleri, bütirik asit, asetik asit ve propiyonik asitlerle birlikte metil ketonlarda

üretilmektedir.

C. Lipazlar ve süt ürünlerinde kötü lezzet oluşumu

Hidrolitik ransidite (acılık), lipaz aktivitesiyle oluşan serbest yağ asitlerine bağlı olarak gelişen

istenmeyen lezzete bağlanmaktadır. Oluşan bu yağ asitleri ya oksidatif acılaşmaya ya da β

oksidasyona uğramakta ve ayırt edilebilen lezzete sahip uçucu kısa zincirli doymuş yağ asitleri

üretilmektedir.lipazlar sütte, krema ve tereyağında hidrolitik ransiditeye neden olmaktadırlar. Bu tip

ransidite depolanmış unlarda ve tahıllarda, yulafta ve baklada görülmektedir.

D. Lipazlar ve yağ üretimi

Son yıllarda lipaz kullanarak yağ elde edilmesi önem kazanmıştır. Lipazın kullanıldığı alanlar

arasında;

1. yağ asitleri üretimi için yağların enzimatik hidrolizi

2. lipitlerin tersine hidroliz ile sentezi

3. interesterifikasyon ile liptlerin enzimatik modifikasyonu sayılabilir.

Lipaz kullanarak serbest yağ asidi üretimi şu andaki yüksek sıcaklık ve basıncın uygulandığı yönteme

göre çok büyük ekonomik avantaja sahiptir. Candida cylindracea’dan elde edilen lipaz zeytinyağının

hidrolizini 4 s gibi kısa bir sürede tamamlamıştır. Bu enzim Japonya’da kimyasal işlem ile elde edilene

göre daha iyi bir renk ve kokuya sahip serbest yağ asidi üretiminde kullanılmaktadır.

Yağların interesterifikasyonu, triaçilgliserol karışımlarının fiziksel özelliklerinde değişim ve

bileşimlerini modifiye etmek amacıyla uygulanmaktadır. Bu işlemde triaçilgliserol molekülündeki yağ

asidi ortamdaki diğer bir yağ asidiyle yer değiştirir. Kimyasal interesterifikasyonda bu işlem rastgele

gerçekleşir. Oysa spesifik lipaz kullanımı bu işlemin kontrollü olarak gerçekleşmesini sağlar. Normal


57

koşullarda triaçilgliseroller lipaz ile gliserol ve yağ asitlerine ayrılır. Belli koşullar sağlanırsa bu

reaksiyon geri döndürülebilir. Bu durumda başlıca reaksiyon ester sentezidir. Böylece

interesterifikasyon sağlanabilir.

Lipaz enzimi çeşitli yağların benzerlerinin elde edilmesinde kullanılmaktadır. Başlıca uygulama alanı

kakao yağı benzeri ve anne sütü yağı benzeri eldesidir.

Kakao yağı benzeri (Cocoa butter substitutes): Son yıllarda düşük değerli yağlardan lipaz enzimi

kullanarak kakao yağı benzeri elde etmek önem kazanmıştır. Kakao yağının erime sıcaklığı 25- 35° C

aralığındadır. Kakao yağı 1,3 disature- 2- oleik gliserittir. Palmitik, stearik ve oleik asit toplam yağ

asitlerinin % 95’ten fazlasını oluşturur. Lipaz enzimi yardımıyla palm yağı ve stearik asitten

sentezlenebilir.

Şekil 30. Palmitik ve stearik asit

Anne sütü yağı benzeri: Bitkisel yağların aksine anne sütü yağında palmitik asit gliserol

molekülünün ikinci pozisyonunda bulunur. 1 ve 3. pozisyonlarda ise oleik asit bulunur.

E. Fosfotazlar

Fosfotazlar sütte pastörizasyonun (HTST) etkinliğini saptamada kullanılırlar. Negatif fosfotaz testi

pastörizasyonun etkinliğini gösterir. Fosfotaz enziminin inaktive olmasını sağlayan işlem koşulları,

patojen bakterilerin de inaktive olmasını sağlar.

OKSĐDOREDÜKTAZLAR

Oksidoredüktazlar oksidasyon redüksiyon reaksiyonlarını katalizleyen enzimlerdir. Bu enzimlerin

gıdada kullanılışı hidrolazlara göre çok azdır. Bu grup enzimler arasında en fazla kullanılan glukoz

oksidaz ve onu takiben katalaz ve lipoksigenazdır.


58

A. Glukoz Oksidaz

Glukoz oksidaz β-D-glukozun D-glukonik aside oksidasyonunu katalizler.

B. Glukozun glukoz oksidaz ile ortamdan uzaklaştırılması

Maillard reaksiyonunu minimize etmek için ortamdan glukozun uzaklaştırılmasında kullanılır.

Örneğin çok az miktarda yumurta albuminine ya da yumurta tozuna eklenir ve glukozun aldehit grubu

oksitlenerek glukonik aside dönüşür.

C. Oksijenin glukoz oksidaz ile ortamdan uzaklaştırılması

Glukozun oksidasyonunda glukoz oksidaz oksijeni alır. Enzimin bu özelliği bira, şarap, meyve suyu ve

mayonez gibi ürünlerde ortamdaki iz miktarda oksijenin uzaklaştırılması için kullanılır.

D. Katalaz

Katalaz hidrojen peroksidin su ve oksijene ayrılmasını katalizler. Katalazın sebzelerin depolanması

sırasındaki oksidatif bozulmadan sorumlu olduğu düşünülmektedir.

E. Hidrojen peroksidin katalaz ile uzaklaştırılması

Hidrojen peroksit bazı gıdalarda sterilizasyon ajanı olarak kullanılmaktadır. Çoğunlukla çiftliklerde

sütün bozulmasını önlemek amacıyla süte katılmaktadır. Hidrojen peroksit sadece patojen

mikroorganizmalara etki etmekte laktik asit bakterilerine ve sütün endojen enzimlerine etki

etmemektedir. Ancak daha sonra sütü işlerken iz miktarda bile olsa hidrojen peroksidin ortamda

kalmaması gerekir. Bu nedenle katalaz uygulayarak hidrojen peroksit ortamdan uzaklaştırılır.

F. Oksijeni uzaklaştırmak için katalaz ve glukoz oksidaz kullanımı

Katalaz glukoz oksidaz ile birlikte glukoz içermeyen diyetetik içecekler, fruktoz içermeyen invert

şeker ve glukoz içermeyen maltoz üretiminde kullanılır. Bu enzim kombinasyonu birçok gıdadan

oksijeni uzaklaştırmak için kullanılmaktadır.

G. Peroksidaz

Peroksidaz prostetik grup olarak hem içerir ve aşağıdaki reaksiyonu katalizler.

AH 2 + R-OOH A + H2O + R-OH

A: Hidrojen verici (a hydrogen donor). Benzidin, pirogallol, flavonoidler veya tirozin gibi bileşenler

hidrojen verici olarak görev yaparlar.

R-OOH: Hidrojen peroksit ya da metil, etil hidrojen peroksit gibi diğer organik peroksitleri sembolize

eder.

H. Haşlama işleminin indeksi olarak peroksidaz

Peroksidazın sebzelerin depolanması sırasındaki oksidatif bozulmadan sorumlu oldukları

bilinmektedir. Sıcaklığa oldukça dayanıklı bir enzimdir ve haşlama işleminin etkinliğini saptamak için

kullanılır. Peroksidaz 85˚ C’de 32 dakika tutulduğunda aktivitesinin sadece yarısını kaybetmektedir.

Haşlama işleminde peroksidaz aktivitesinin kaybolması bozulmaya neden olan diğer enzimlerin

aktivitelerinin de kaybolduğunun bir göstergesidir. Ancak peroksidaz enziminin denatürasyonu geri


59

dönebildiği için enzim bir süre sonra tekrar rejenere olmaktadır. Bu nedenle haşlama işleminin

etkinliğini saptarken enzimin bu özelliğinin dikkate alınması gerekir.

Đ. Askorbik asit oksidaz

Askorbik asit oksidasyonu ya otooksidasyon yoluyla ya da askorbik asit oksidaz enziminin etkisiyle

gerçekleşir. Askorbik asit oksidaz enziminin çalışması için bakır mineraline gereksinimi vardır. Bu

enzim özellikle meyve ve sebzelerin depolama sırasındaki esmerleşmesinden sorumludur. Esmerleşme

ya buharda haşlama ile ya da ortamdaki oksijenin uzaklaştırılması ile önlenebilir.

J. Lipoksigenaz

Lipoksigenaz bitkilerde oldukça fazla bulunmaktadır. Bu enzim oksijen varlığında cis, cis-1,4-

pentadien içeren lipitlerin konjuge cis, trans-hidroperoksitlere oksidasyonlarını katalizler.

Lipoksigenazın substratları serbest ve ester formlarındaki linoleik, linolenik ve araşidonik asitlerdir.

Oleik asit lipoksigenazın substratı değildir. Lipoksigenaz tarafından katalizlenen reaksiyon aşağıda

gösterilmiştir.

R1- CH = CH- CH2 – CH = CH – R2 + O2

cis cis

•••• •

(R1 – CH = CH – CH – CH = CH –R2 + OOH)

• •

(R1 – CH = CH – CH = CH – CH – R2 + OOH)

cis trans

R1 – CH = CH CH = CH – CH – R2

cis trans ||||

OOH

Lipoksigenaz prooksidan olarak hareket eder ve bitkilerdeki yüksek oranda çoklu doymamış yağ

asidi içeren lipitlerde oksidatif ransiditeye neden olur. Bu çiğ kurubaklagiller için bir problemdir.

K. Lipoksigenaz ve fırın ürünleri teknolojisi

Lipoksigenazın fırınlama işleminde unun pişme kalitesini artırma bakımından büyük önemi vardır.

Kanada, Amerika ve Đngiltere’de aktif enzim içerikli soya unu desteği olarak kullanılmaktadır.

Fransa’da ise soya unu kullanılmadığı için bu enzim desteği olarak bakla unu kullanılmaktadır. Patenti


60

alınmış ilk uygulama (1934 yılında) öğütülmüş soyanın, un pigmentlerini ağartmak ve daha beyaz

ekmek içi oluşturmak amacıyla kullanılmasıdır. Lipoksigenaz unda gluteni okside ederek istenen

ekmek içi yapısının oluşmasını sağlamaktadır.

L. Lipoksigenaz ve pigmentlerin ağartılması

Doğal un pigmentlerinin ağartılması çoklu doymamış yağ asidi ve pigmentlerin birlikte oksidasyonuna

dayanmaktadır.

lipoksigenaz

Çoklu doymamış yağ asidi lipit hidroperoksitleri

O2

ββββ-karoten renksiz bileşikler

M. Lipoksigenaz ve hamur gelişimi

Hamurun gelişiminde lipoksigenazın etkisi bağlı lipitlerin açığa çıkmasıyla ilişkilidir. Glutenin okside

olması hamurda istenen reolojik özelliklerin oluşmasını sağlar. Bunun yanısıra hekzanal üreterek

ekmek lezzetinin olumlu yönde değişmesini sağlar.

KARI ŞIK (MISCELLANEOUS) ENZ ĐMLER

Karışık enzimler terimi hidrolazlar ya da oksidoredüktazlar olarak sınıflandırlamayan enzimler için

kullanılır. bu gruptaki en önemli enzim gıda endüstrisinde tatlı şurup hazırlamada kullanılan glukoz

izomerazdır.

A. Glukoz izomeraz

Glukoz izomeraz enzimi büyük miktarda tatlı şurup hazırlamada kullanılır. Glukozun fruktoza

izomerizasyonunu katalizler. Son yıllara kadar glukoz izomerazın pahalı oluşu enzimin bu amaçla

kullanımını sınırlamıştır. Çünkü sakkarozdan invert şeker elde etmek daha ekonomik olmuştur. Ancak

günümüzde Japon araştırıcılar ksilan veya ksiloz varlığında glukoz izomeraz üretimi indüklenen yeni

bir suş ‘’ Streptomyces sp.’’ bulmuşlardır. Glukozun fruktoza dönüşümü tatlılıkta önemli artışa ve

istenilen fiziksel ve kimyasal özelliklerin oluşmasına neden olmaktadır. Glukoz izomeraz kullanarak

mısır şurubundaki glukoz fruktoza çevrilir. Yüksek fruktoz içeren mısır şurubu eldesinde sürekli

sistemde immobilize enzim kullanılır. % 42 düzeyinde fruktoz içerir. Geri kalan glukoz ve iz miktarda

maltoz ve oligosakkaritlerdir.


61

FONKSĐYONEL GIDALAR

GELENEKSEL BESLENME

Geleneksel beslenme anlayışı gıdanın, insan büyüme ve gelişimini destekleyecek besin öğeleri

içeriğiyle ilgilenir. Bu anlayış, 20. yüzyılın son çeyreğine kadar etkili olmuş ve bu yöndeki

araştırmaların planlanmasına ön ayak olmuştur. Geleneksel beslenme anlayışında yeterli ve dengeli

beslenmenin karşılanıp karşılanmadığını belirlemede, besin öğeleri için “önerilen günlük alım

miktarları’’ nı sağlama, diyet rehberleri ve gıda rehberleri gibi rehberlere uygun beslenme modelini

uygulama gibi değişkenler kontrol edilir. 20.yüzyılın ilk yarısında bilim insanları, gıdaları ve gıdalarda

meydana gelen biyokimyasal reaksiyonları araştırırken gıdanın besleyici bileşenleri olan besin öğeleri

ve gıda işleme yöntemlerinin gıdadaki biyokimyasal reaksiyonlar ve dolayısıyla besin öğeleri üzerine

etkilerini araştırmıştır. 20 yüzyılın son çeyreğinden itibaren ise endüstrileşmiş dünya yeni sorunlarla

karşılaşmaya başlamıştır. Bu sorunlar arasında hastalık ve tedavi maliyetlerinin artması, yaşam

süresinin uzaması ve buna bağlı olarak ortaya çıkan sağlık problemleri sayılabilir. Bunun yanısıra

bilim dünyasındaki ilerlemeler ve yeni teknolojilerin geliştirilmesi, gıdanın yapısının aydınlatılmasını,

gıdada gerçekleşen biyokimyasal reaksiyonların tanımlanmasını, beslenme ve sağlık arasında anlamlı

ili şki olduğunun saptanmasını sağlamıştır. Tüm bu gelişmeler, “optimum beslenme” anlayışının ve

“fonksiyonel gıda” kavramının ortaya çıkmasına neden olmuştur.

OPTĐMUM BESLENME

Günlük beslenme modelinin, besin öğesi olan ve besin öğesi olmayan bileşenleri içerecek şekilde

optimizasyonudur.

OPTĐMUM BESLENME KAVRAMININ DO ĞMASINA NEDEN OLAN TALEPLER

� Hastalıkların tedavi maliyetlerinin ve iş günü kayıplarının artması.

� Yaşam süresinin uzaması.

� Toplumdaki yaşlı insan sayısının artması ( Avrupa Topluluğunda 65 yaş ve üzerindeki

insanlar popülasyonun % 14-17’ni oluşturmaktadır).

� Đnsanların kaliteli bir yaşam sürme arzusudur.

Fonksiyonel gıda kavramının Japonya’da ortaya çıkışı

Fonksiyonel gıdalar tek, çok iyi tanımlanmış veya özellikleri kesin sınırlarla belirlenmiş gıdalar

değildir. Aslında birçok gıda fonksiyonel gıda olarak değerlendirilebilir. Bu kavram, iyi olma

durumunu ve sağlığı etkileyen ve/veya hastalık riskini azaltan besin öğesi olan ya da olmayan

bileşenleri kapsar.


62

Fonksiyonel gıda; beslenme bakımından yeterli olmanın yanısıra, vücutta bir veya birden fazla

fonksiyon üzerine iyi olma halini sağlama ve/veya hastalık riskini azaltma gibi olumlu etkilere sahip

gıda olarak tanımlanır. Dünyada bu tip gıdaları tanımlamak için birçok terim kullanılmaktadır. Bunlar

arasında; nutrasötikler (nutraceuticals), düzenleyici gıdalar (designer foods), farmagıdalar

(pharmafoods), tıbbi gıdalar (medifoods) ve vitafoods sayılabilir.

Fonksiyonel gıda teriminin doğum yeri Japonya’dır. 1980’li yılların başında 3 tane geniş kapsamlı

çalışma Japon Hükümeti tarafından desteklenmiştir. Bu projelerin isimleri, 1) Gıda fonksiyonlarının

geliştirilmesi ve sistematik analizi 2) Gıdanın fizyolojik düzenleme fonksiyonunun analizi 3)

Fonksiyonel gıdaların analizi ve moleküler düzeyde tasarım olarak belirlenmiştir. 1991 yılında ise

gıdanın sağlıklı yaşam için kullanımı (Foods for Specific Health Use= FOSHU) kavramı

oluşturulmuş ve kabul görmüştür. Foshu gıdalar, içerdiği bileşenler nedeniyle veya allerjik etkiye

sahip bileşenlerin gıdadan uzaklaştırılmasına bağlı olarak sağlık üzerine olumlu etki gösteren

gıdalardır. FOSHU olarak tanımlayabilmek için kanıtların son ürün için elde edilmiş olması ve ürünün

kesinlikle gıda formunda olması gerekmektedir.

Avrupa Topluluğunda ise 1999 yılında “Avrupa’da Fonksiyonel Gıdaların Bilimsel Tasarımı” başlıklı

rapor üzerinde anlaşmaya varılmıştır. Bu rapora göre;

• spesifik gıda bileşenleri ve besin öğelerinin vücuttaki hedef fonksiyonlar üzerine olumlu

etkilerini gösteren bilimsel kanıtların elde edilmesi

• bilimsel kanıtların ürün bazında değil fonksiyon bazında elde edilmesi,

olarak araştırmaların hangi alanlarda yoğunlaşması gerektiği planlanmıştır.

Ayrıca özellikle AB’de kabul görmüş görüşe göre fonksiyonel gıda tanımındaki ana

noktalar; Fonksiyonel gıdalar kesinlikle

� Đlaç, kapsül veya herhangi bir diyet desteği formuna olmamalı

� Bilim dünyası tarafından etkileri onaylanmış olmalı

� Beslenme bakımından yeterli olmanın yanısıra, vücutta bir veya birden fazla fonksiyon

üzerine iyi olma halini sağlama ve/veya hastalık riskini azaltma gibi olumlu etkilere sahip

olmalı

� Normal gıda tüketim modelinin bir parçası olmalı

şeklinde özetlenebilir.

Fonksiyonel gıdalar;

� Özel yetiştirme koşullarında bileşenlerinden bir tanesi doğal olarak artırılmış olan gıdalar

� Sağlık faydası sağlamak üzere herhangi bir bileşen eklenmiş gıdalar

� Gıdanın yapısında doğal olarak bulunan ve sağlık üzerine olumsuz etki sağlayacak bir veya

birden fazla bileşenin gıdadan ayrılmasıyla elde edilen gıdalar

� Sağlığı güçlendirmek amacıyla gıdanın yapısında bulunan bir veya birden fazla bileşenin

kimyasal olarak modifiye edildiği gıdalar

� Yapısındaki bir veya birden fazla bileşenin biyoyararlılığının artırıldığı gıdalar


63

� Öne sürülen tüm olasılıkları sağlayabilecek herhangi bir kombinasyon olabilir.

FONKSĐYONEL GIDA B ĐLEŞENLERĐNE AĐT BAZI ÖRNEKLER Bitki sterol ve stanol esterleri Bitkilerde buluan sterollerin hayvanlarda bulunan kolesterol ile benzer görevleri vardır. Bitki sterolleri bağırsaklarda kolesterol ile etkileşimleri nedeniyle kolesterol emilimini ve dolayısıyla kan kolesterol seviyesini azaltırlar. Bitki sterolleri gıdada yağ matriksinde çözünmez formda bulunurlar. Esterifikasyon işlemi sterollerin yağ matriksinde çözünebilmelerine ve efektif olarak diyete eklenebilmelerine olanak sağlar. Sterollerin ester formu, ya gıdada doğal olarak ya da hidrojenizasyon (stanol) işlemi sonucunda oluşur. Soya mısır gibi ekim yapılan ürünlerin doğal bileşenleridir. Ancak diyetteki konsantrasyonları oldukça düşüktür. Ortalam bir diyet yaklaşık 200-400 mg/gün, vejeteryan bir diyet yaklaşık 800 mg/gün bitki sterolleri sağlar. Bitki sterol ve stanolleri için beyanların kanıtlanması Birçok bilimsel çalışma bitki sterol/stanollerinin LDL kolesterolünü düşürdüğünü göstermiştir. Çalışmalar kan kolesterol düzeyi normal ve yüksek olan erkek ve kadınlarda, düşük ve yüksek yağlı diyet tüketen yetişkinlerde, kolesterol düşürücü ilaç alan bireylerde ve genetik olarak yüksek kolesterole sahip çocuklarda yapılmıştır. Sonuçlar bitki sterol/stanollerinin LDL kolesterolünü %10-15 civarında azlttığını göstermiştir. Bu etkinin sağlanması için günlük alımın 1.6 g olması gerekmektedir. HDL kolesterolü üzerine bir etki saptanmamıştır.

Yukarıdaki Şekil’de bitki sterolleri ile ilgili hangi beyanların yapılabileceği gösterilmiştir. Eğer bitki sterollerinin LDL kolesterolünü düşürebildiğine ilişkin yeterli kanıtlar varsa güçlendirilmiş fonksiyon beyanı yapılabilir. Güvenirlik Bitki sterolleri USA ve EC’de GRAS (Generally regarded as safe) statüsündedir. Uygulamaları Bitki sterol ve stanolleri içeren (8g/100g) sürülebilir yağlar piyasada satılmaktadır.


64

Fonksiyonel gıda bilimi ile ilişkili insan fizyolojisine ait önemli alanlar;

� Bebek - çocuk gelişimi ve büyüme

� Temel metabolik proseslerin düzenlenmesi

� Oksidatif strese karşı savunma

� Kardiyovaskuler fizyoloji

� Gastrointestinal fizyoloji

� Bili şsel ve mental performans (mod ve dikkat dahil)

� Fiziksel performans

şeklinde belirlenmiştir.

FONKSĐYONEL GIDALARI GEL ĐŞTĐRMEDE KULLANILAN TEKNOLOJ ĐLER

Gıda endüstrisi fonksiyonel gıdaları üretmek için mevcut teknolojileri kullanmasına rağmen, bu

teknoloji fonksiyonel gıdaları geliştirmede pek elverişli değildir. Fonksiyonel gıda geliştirmede; 1)

sağlık üzerine fayda sağlayacak besin öğelerinin ham maddeden elde edilmesi ve spesifik bir grubun

tüketmesi için tasarlanan bir gıdaya eklenmesi, 2) bir gıdada bulunan ve sağlığı olumsuz etkileyecek

bir bileşenin gıdadan uzaklaştırılması sıklıkla uygulanan yaklaşımlardır. Bu işlemlerin yapılabilmesi

için zenginleştirme ve ekstraksiyon teknolojilerinin geliştirilmesi ve/veya kullanılması gerekmektedir.

Zenginleştirme: Gıdaların zenginleştirilmesinde en yaygın kullanılan besin öğeleri antioksidanlardır.

Ancak antioksidan besin öğeleri doğaları gereği hızla okside olurlar ve biyolojik aktiviteleri yok olur.

Bu nedenle oksidasyonu minumuma indirecek veya tamamen önleyecek teknolojilerin (ambalaj

teknolojisi, enkapsülasyon, oksidasyona daha stabil formların geliştirlmesi vb) geliştirilmesi ve

uygulanması konusunda çalışmalar yapılmaktadır. Gıdalara eklenen diğer bileşenler ise besin öğesi

olmayan bileşiklerdir. Bunlar arasında fitokimyasallar ve bazı mikroorganizmalar (probiyotik

bakteriler) sayılabilir. Özellikle sağlık faydası sağlamak amacıyla gıdaya eklenen probiyotik suşların

gastrointestinal sistemde canlılıklarını koruyabilmeleri ve gelişebilmeleri için uygun teknolojilerin

geliştirilmesi önem kazanmıştır.

Ekstraksiyon ve seperasyon (ayırma): Çeşitli ekstraksiyon yöntemleri ile birçok gıdadan bir çok

bileşeni ekstrakte etmek mümkündür. suda çözünebilen bir lif olan β-glukan tahıllardan ekstarkte

edilip kardiyovaskuler sistem ve kalın barsak için sağlık faydası sağlamak üzere çeşitli gıdalara

eklenebilir. Benzer olarak soyadan izoflavonlar, sebzelerden glukosinolatlar ekstrakte edilerek çeşitli

gıdalara eklenebilir. Fonksiyonel gıda alanında ekstraksiyon ve ekleme uygulaması ilk kez uygulanan

bitki sterol ve stanollerinin çeşitli gıdalara eklenmesidir. Steroller bitkisel gıdalardan klasik

ekstraksiyon yöntemleri ile izole edilmektedir. Bitki sterollerinin lipit ortamda çözünürlüğü sınırlı

olduğu için yağlara, bitkisel yağlardan elde edilen yağ asitleriyle esterleştirilerek eklenmektedir.

Bir diğer uygulama ise sağlık üzerine zararlı etkisi olabilecek bileşenlerin gıdadan uzaklaştırılmasıdır.

Örneğin yumurta sarısından kolesterolün uzaklaştırılmasında süper kritik karbondioksit ekstraksiyonu

kullanılmaktadır. Bir diğer örnek ise tahıllarda doğal olarak bulunan fitatın uzaklaştırılmasıdır.


65

YENĐ BĐR ARAŞTIRMA ALANI: NUTR ĐGENOMĐK

Nutritisyonel genomik gen boyutunda besin öğeleri ve beslenmenin etkilerini araştıran yeni bir

araştırma alanıdır. Amaç diyet ve beslenme ile ilişkili hastalıkların önlenme potansiyellerini ortaya

koymaktır. Araştırmacılar gelecek on yılda destekler ve fonksiyonel gıda endüstrilerinin nutrisyonel

genomik araştırma ve uygulamalarındaki gelişmelere paralel olarak hızla gelişeceklerini

öngörmektedirler. Bu alandaki gelişmeyle eş zamanlı olarak bazı gıda bileşenlerinin metabolik

prosesler ve uzun dönemde hastalık riski üzerindeki etkilerinin anlaşılmasında da güçlü ilerleme

kaydedilecektir. Bireylerin genetik bilgisine ulaşılacağı için günümüzde geçerli olan koruyucu tıp

kapsamındaki bazı verilerin yeniden tanımlanması mümkün olacaktır. Tablo 12’de bu alanla ilgili bazı

terimlerin açıklamaları verilmiştir.

Tablo 12 . Beslenme ve gen bilimi ile ilgili terimler ve açıklamaları

Genom Bir organizmadaki genetik bilginin tümü. (Talimatname kitabı) Genomik Gen ve fonksiyonları ile ilgili çalışma alanı Allel Kromozom üzerinde belirli bir bölgede (yerde) bulunan bir genin değişik

formları (Şekil 18). Farklı alleller saç rengi veya kan grubu gibi genetik özelliklerde değişiklikleri yaratırlar. Bir insanda allelin bir formu (dominant) diğer forma (resesif) göre daha fazla aktarılabilir.

Locus/loci Bir kromozomdaki bir genin gerçek fiziksel yeridir. Genin bir çeşit adresidir (Şekil 18).

Nutrigenetik Biyoaktif bir diyet bileşeninin genetik materyalle bağlantı mekanizması üzerine yapılan çalışmadır. Ayrıca genetik varyasyonun bu biyoaktif bileşenler ile kişinin sağlık ve hastalık potansiyeli arasındaki ilişkiyi nasıl etkilediğini araştırır.

Nutrigenomik Global populasyon düzeyinde biyoaktif gıda bileşenlerinin genom, proteom (porteinlerin tümü) ve metabolom (metabolitlerin tümü) üzerine etkileri ile ili şkilidir.

Nutrisyonel genomik Diyet ve yaşam tarzının moleküler, hücresel, organizma ve populasyon düzeylerinde nasıl etkili olduğunu araştırır. Nutrigenetics ve nutrigenomics’ i kapsar.

Şekil 31’de biri çiçek rengi diğeri gövde uzunluğu olmak üzere iki tane loci görülmektedir. Renk için

5 allel gövde uzunluğu için ise 2 allel bulunmaktadır.

Kaliforniya Üniversitesi’nde Nutritional Genomik için bir mükemmeliyet merkezi oluşturulmuştur. Bu

merkez, yükselen bir araştırma alanı olarak Nutritional Genomik’in neye odaklandığını kavramsal

temelde açıklayan 5 prensip ortaya koymuştur.

1. Diyet bazı bireylerde ve belirli koşullarda çok sayıda hastalık için risk faktörü olabilir.

2. Diyetle alınan kimyasallar direkt veya indirekt olarak insan genomunu etkileyebilir ve böylece

gen aktarımı veya yapısı değişebilir.

3. Diyetin hastalık ve sağlık arasındaki dengeyi etkileme derecesi kişinin genetik doğasına bağlı

olabilir.


66

4. Diyet ile modüle edilen genler kronik hastalıkların ortaya çıkmasını, ilerlemesini, insidansını

ve şiddetini etkileyebilir.

5. Diyete beslenme gereksinimi, beslenme durumu ve genotip (kişisel beslenme) bilgilerine

dayalı olarak yapılan müdaheleler, kronik hastalıkları önleme, şiddetini azaltma veya tedavi

etme amaçları için kullanılabilir.

Şekil 31. Bir bitkideki loci ve alleller

Gen ekspresyonunun diyet kaynaklı düzenleyicileri; besin öğesi (yağ asitleri, demir veya selenyum),

besin öğesi olmayan bileşenler (fitokimyasallar), gıda bileşenlerinin metabolitleri (örneğin;

eikosonoidler, retinoik asit vb), gıdaların pişirilmesi ile oluşan bileşikler (örneğin; pişmiş etteki

heterosiklik aminler) veya intestinal bakteriyel metabolizma sonucunda oluşan ürünler (kısa zincirli

yağ asitleri vb) olabilir. Protein ekspresyonunda düzenleyici olarak görev yapan diyet bileşenleri

Tablo 13’te gösterilmiştir.

Genetik bakış açısıyla beslenme

Örneğin APOA1 geni HDL kolesterolündeki major proteini kodlayan gendir. Bu gen lipid

metabolizmasında merkezi bir rol oynar. Bu genin -75 pozisyonunda yerleşen özel GA (guanin-

adenin) varyantı kişinin çoklu doymamış yağ asitlerine vereceği yanıtı etkilemektedir. GG alele sahip

kadınların düşük miktarda (< enerjinin % 4’ü) çoklu doymamış yağ asidi alımına oldukça yüksek HDL

kolesterolü ile karşılık verirler. Oysa GA alele sahip kadınların HDl kolesterolü için oldukça yüksek

miktarda (> enerjinin %8’i) çoklu doymamış yağ asidi alımına gereksinimleri vardır. Kadınlarda

saptanan bu gen-diyet interaksiyonunun erkekler için geçerli olmadığı saptanmıştır.


67

Tablo 13. Protein ekspresyonunda düzenleyici olarak görev yapan diyet bileşenleri

Hedef Bölge Düzenleyici besin öğelerine ait örnekler

Gen transkripsiyonu Yağ asitleri, glukoz, kolesterol, retinoidler, D vitamini

mRNA stabilitesi Yağ asitleri, glukoz, selenyum, demir

mRNA prosesi Çoklu doymamış yağ asitleri, glukoz

mRNA translasyonu Demir, amino asitler

Translasyon sonrası modifikasyon Vitamin ve mineraller

Çalışmalar kalp hastalıkları riski ile toplam trigliserit ve kolesterol fraksiyonları arasında güçlü bir

ili şki olduğunu göstermekle birlikte vücutta üretilen enflemasyon ajanlarının özellikle akut

kardiyovaskuler hastalıklarla ilişkisi olduğunu göstermiştir. IL-1 (interlökin 1) alleline sahip bireylerin

enflamasyona yatkınlıklarının yüksek olduğu ve enflamasyon nedeniyle üretilen bileşiklerin çeşitli

kronik hastalıklara yol açtığı belirtilmiştir. Proenflamatuar IL-1 genotipin akut kardiyovaskuler

hastalıklar ile ilişkili olduğu ve bu allele sahip kişilerin toplam kolesterol düzeyi yüksek olmamakla

birlikte kardiyovaskuler hastalık risklerinin arttığı belirtilmiştir.

ÖRNEK NEW NUTRĐLĐTE® IL1 Heart Health Nutrigenomic Dietary Supplement Supports heart health for those who are IL1 positive Product Description This exclusive NUTRĐLĐTE

® IL1 Heart Health Supplement is the first and only natural supplement formulated to specifically address the phytonutrient needs of individuals who have an over expression of the IL1 gene, to help them maintain a healthy heart and cardiovascular system.* Now available in bottles. This product contains gluten. This exclusive NUTRĐLĐTE

® formula supports heart health. It is recommended if you have tested positive for variations in the IL1 gene. It helps balance IL1 gene expression and helps maintain normal C-reactive protein levels that are already within the normal range.* This unique combination of ingredients includes rosehips, grape stem and vine extract, blackberries, and blueberries, all powerful antioxidants. And this supplement is now available in bottles as well as in Customized Packets. *This statement has not been evaluated by the Food and Drug Administration. This product is not intended to diagnose, treat, cure, or prevent any disease.


68

NANOTEKNOLOJ Đ VE NANOGIDALAR

Gıda, sağlık ve beslenme ilişkisinin ortaya konması, gıda endüstrisinin sağlık faydası sağlayan ürünler

üretme yolunu tercih etmesine neden olmuştur. Bu noktadan hareketle fonksiyonel gıda pazarı hızla

gelişmiş ve bir çok ürün tüketicinin tercihine sunulmuştur. Ancak fonksiyonel gıdaların beyan edilen

sağlık faydasını etkin ve efektif olarak karşıladıkları konusunda çekinceler bulunmaktadır. Bu

çekincelerin başında, fonksiyonel gıdada bulunan ve sağlık faydası getiren besin öğesi veya

biyomolekülün insan vücudundaki biyoyararlılığı ve bu fonksiyonel bileşenlerin hedef organlara veya

dokulara ulaşabilirliği konusundaki şüpheler yer almaktadır. Karşılaşılan bir diğer problem ise

fonksiyonel gıdaya eklenen bileşenin gıdanın duyusal özelliklerinin değişimine neden olmasıdır. Bilim

insanları fonksiyonel gıdalarda karşılaşılan bu problemleri çözmeye çalışırken yeni bir teknoloji alanı

olan nanoteknolojinin gıda uygulamaları alanında da kullanılabileceği gündeme gelmiştir.

Nanoteknoloji uygulamalarının, yukarıda bahsedilen problemlerin çözümünde anahtar rol oynayacağı

öngörülmektedir.

Nanoteknoloji Nedir?

Nanoteknoloji son yıllarda küresel boyutta önem kazanan yeni bir teknoloji alanıdır. Yunanca’da

“cüce” anlamına gelen nano terimi metrenin milyarda biri olan fiziksel boyutları ifade etmektedir

(Tablo 14) ve bu skala nanometre skalası veya nanoskala olarak adlandırılmaktadır.

Tablo 14. Boyut/uzunluk skalası


69

Canlı organizmalar önemli işlevlere sahip birçok nanoparçacıktan oluşmuştur. Örneğin 10 nm

çapındaki potasyum ve sodyum iyonları sinir impulslarının oluşumunu sağlamaktadır. Şekerler,

hormonlar, amino asitler ve DNA nanometre skalasında yer alan moleküllerdir (Şekil 32). Nanoskala

boyutunda elektron, foton ve atomların kuantum mekaniği özellikleri geçerlidir. Bu boyutta

materyallerin kimyasal yapısını değiştirmeden temel özelliklerini kontrol etmek mümkündür.

Şekil 32. Đnsan yapımı ve doğal bileşenlerin boyut/uzunluk skalasındaki yeri

Nanoteknoloji, temel olarak yeni özellik ve fonksiyonlara sahip büyük yapılar yaratmak amacıyla

atomik ve moleküler düzeyde çalışılabilme yetisi olarak tanımlanabilir. Moleküler nanoteknoloji

atom-atom veya molekül-molekül temelinde maddenin yapısını kontrol ettiği gibi moleküler üretim

bazında proses ve ürünleri de kontrol etmektedir. Mühendislik uygulanmış nanopartikül terimi ise

doğal olarak bulunmayan ancak, insan tarafından zaman içinde farklı materyallerin bir araya

getirilmesi ile elde edilen partikülleri tanımlamaktadır. Nanoteknoloji terimi ilk kez 1974 yılında Nori

Taniguchi tarafından kullanılmış ve bilimsel literatüre girmiştir. Bundan çok yıllar önce 1959 yılında

Amerikan fizikçisi Richarh Feynman taramalı elektron mikroskopunun çözünürlük ve stabilite

bakımından geliştirilebileceğini ve böylece atomların bile görülebileceğini öne sürmüştür. Feynman,

bilim insanlarının kimyasal stabilite sınırları çerçevesinde, atomları ince yapılar oluşturacak şekilde

istediği gibi düzenleyebileceğini öne sürmüştür.

Nanoteknoloji acaba çok yakınımızda mı?

Bugün nanoteknoloji ile üretilmiş çeşitli temizlik malzemeleri, duvar boyaları ve tekstil ürünleri

evlerde ve işyerlerinde kullanılmaktadır. Ayrıca elektrik-elektronik ve bilgisayar alanlarında

nanoteknoloji ile üretilen parçacıkların kullanımı çok daha eskiye dayanmaktadır. Gıda sanayinde ise


70

nanoteknoloji uygulamaları henüz çok yenidir ve ticari olarak üretilen ürünlerin başında likopen ve

karoten destekleri yer almaktadır. Gıda endüstrisindeki nanoteknoloji uygulamaları, taşıma sistemleri

(miseller, nanoemülsiyonlar, liposomlar, biyopolimerik nanoparçacıklar vb), gıda güvenliği ve

biyogüvenlik (nanosensörler vb) ve nanotoksizite gibi uygulamaları kapsamaktadır. Dünyada gıda ve

meyve suyu ambalaj sektöründeki nanoteknoloji ürünlerinin satışı 2002 yılında 150 milyon $ iken

2004 yılında 860 milyon $ a yükselmiştir. Uzmanlar gıda endüstrisinde nanoteknoloji uygulamaları ile

üretilen ürünlerin 2010 yılında pazarda 20 milyar dolar değerinde bir paya sahibi olacaklarını tahmin

etmektedirler. Şu anda gıda endüstrisi, nanoteknolojinin gücünün yeni yeni farkına varmaktadır. Kraft

Gıda 2000 yılında nanoteknoloji laboratuarını kurmuş ve dünya çapındaki

15 üniversite ile birlikte NanoteK konsorsiyumunu oluşturmuştur. 2006 yılının Mart ayında yapılan bir

araştırmada 200 civarında nano ürünün pazarda yer aldığı ve bunun % 59’nun sağlık ve zindelik, %

9’nun gıda ve içecek ürünleri olduğu belirlenmiştir. Dünyanın en büyük 10 gıda firmasının 5 tanesi

ambalaj, gıda güvenliği ve beslenme alanında bu küçük partiküller ile gerçekleşebilecek büyük

ilerlemeleri araştırmaktadır. Gıda endüstrisindeki nanoteknoloji uygulamaları ve nano ürünlere ait

yürütülen araştırmalara örnekler Tablo 14’te görülmektedir. Benzer olarak tarım alanında da

pestisitler, gübre ve diğer tarım girdileri için nanoteknoloji uygulamaları geliştirilmektedir.

Gıda, beslenme ve nanoteknoloji uygulamaları

Nanoteknoloji ve nanobilimler bu doğal oluşu taklit etmeye yönelik olarak, kütlesel materyali

parçalamaktan ziyade (top-down) moleküler ölçüde bu maddeleri sentez etmeye (montaj, bottom-up

approach) yönelmiştir. Bu amaçla örneğin ilaç, gıda ve kosmetikte yeni kullanım alanları için, yeni

ve farklı yapılar oluşturulmaya çalışılmaktadır.

Gıda endüstrisinde nanoteknoloji uygulamaları ve bu alanda yapılan araştırmaların henüz bebeklik

döneminde oldukları kabul edilmektedir. Buna karşın araştırıcılar, gıda endüstrisindeki nanoteknoloji

uygulamalarının zenginleştirilmi ş gıdaların sayı ve çeşidinin artmasına olanak sağlayarak besin öğesi

alımını değiştireceklerini öne sürmektedir. Uygulamaların ve araştırmaların çoğu, gıdalardaki

biyoaktif bileşenlerin taşınımı ve istenen hedefte (organ, doku vb) salınımı üzerinde

yoğunlaşmaktadır. Bu amaçla geliştirilecek olan enkapsülasyon sisteminin, gıdada bulunan biyoaktif

bileşeni, gıda işleme ve depolama sırasında gerçekleşecek reaksiyonlara ve maruz kalabileceği çevre

koşullarına karşı koruma özelliğine sahip olması gerekmektedir. NanoteK konsorsiyumu tüketicinin

duyusal tercihine ve besin öğesi gereksinimine göre biçimlenebilecek, molekülleri büyüklüğüne göre

değil şekline göre filtre edebilme özelliğine sahip dolayısıyla toksinlerin uzaklaştırılabildiği veya

istenen lezzetin açığa çıkacağı gıdalar ve akıllı sensörler içeren ambalaj materyalleri üzerinde

çalışmaktadır. Gıdalarda potansiyel nanoteknoloji uygulamalarının, gıdadaki besin öğeleri ve

antioksidanlar gibi biyomoleküllerin insan vücudunda etkin ve efektif olarak salınımları üzerinde

yoğunlaşacağı öngörülmektedir. Nanoteknoloji uygulamalarının yaygın olarak kullanılabileceği diğer


71

alan ise fonksiyonel gıda endüstrisi olarak belirtilmektedir. Fonksiyonel gıda endüstrisinde karşılaşılan

en önemli güçlük fonksiyonel gıda bileşeninin sağlık üzerine etkisini sağlayacak biyoyararlılıkta

eklenen bileşenin, gıdanın duyusal özelliklerini olumsuz yönde etkilemesidir. Gıdanın duyusal

özelliklerini bozmadan fonksiyonel bileşen eklemenin başlıca yolu ise mikroenkapsülasyon

uygulamasıdır. Ancak gıdalarda mikroenkapsülasyon için kullanılabilecek bileşenler (proteinler,

karbonhidratlar, yağlar vb) oldukça sınırlıdır. Ek olarak gıdalarda kullanılabilecek enkapsülasyon

ajanları ile hedef salınım özelliğini sağlamak pek mümkün olmamaktadır. Enkapsülasyon

sistemlerinin kontrolünün, ara yüzeylerde veya koloidal sistemlerdeki moleküllerin bir araya

getirilmelerini sağlayacak mühendislik uygulamaları ile elde edilmiş nanoparçacıklar ile

sağlanabileceği belirtilmektedir.

Nanoteknolojik uygulamalarda, boyutları kontrol edilebilir olan içi boş tübiler nanoyapıların sentezi

için, genellikle kısa peptitler dizayn edilir. Bu peptit zinciri spesifik aminoasitlerin örneğin ; beta-

tabaka, aromatik yüzeylerin birbiri arasındaki bağlanma, halka şeklindeki siklik peptit alt birimlerinin

istiflenmesi nanotüp oluşumuna olanak sağlar (Şekil 33). Nanotüpün gözenek boyutu yapıya giren

peptit alt birimlerinin halka boyutlarının ayarlanmasıyla sağlanabilir. Peptitlerin nanotüp oluşturması

için imuhakkak siklik yapıda olması gerekmemektedir. 7 aminoasit içeren A Beta-peptitinin

kendililiğinden yapılanması, bir beta tabakasının diğer tabakaya tutunup dönerek heliks yapıda, 50 nm

çapındaki kurdele şeklinde homojen tübiler yapı oluşumu şeklindedir (Şekil 34). Çok kısa bir dipeptit

olan difenilalanin farklı ve dayanıklı naotüplerin yapımında kullanılmıştır.


72

Tablo 15. Gıda teknolojisinde nanoteknoloji uygulamaları nano ürünler ve nanoteknoloji araştırmalarına örnekler (Chau et al., 2007). Farklı uygulamalara ilişkin örnekler

Farklı mikrodalga frekansında patlayan nanokapsüllerin eklendiği gıda ve içecekler. Amaç: arzuya göre renk ve lezzet sağlamak. Suyun arıtılması Ganoderma sporlarının ultra tanecik boyutuna getirilmesi ve aktif bileşenlerin açığa çıkması Kızartma yağını rafine eden nanoseramik materyal Amaç: Kızartma yağının termal polimerizasyonunun inhibisyonu ve kötü kokunun uzaklaştırılması.

Gıda işleme

Süt proteininden mikrometre uzunluğunda nanotüp eldesi. Amaç: viskozite ve jelleşme ajanı olarak, nanoenkapsülasyon uygulaması ve kontrollü salınımı gerçekleştirmek için yeni bir bileşen olarak kullanmak. Ambalaj materyaline gümüş, titanyum dioksit, silikon dioksit ve nano kil gibi nanokompozitler veya nanoparçacıkların eklenmesi. Amaç: ambalajın geçirgenlik özelliğini modifiye etmek, engelleyici (bariyer) özelliklerini artırmak, UV ışık geçişini önlemek, mekanik ve ısıl direnç özelliklerini kuvvetlendirmek, antimikrobiyal ve antifungal yüzeyler oluşturmak.

Ambalajlama

Naylon nanokompozitler. Amaç: Oksijen ve karbon dioksit geçişini önlemek, gıdanın tazeliğini ve kokusunu muhafaza etmek. Nano teknoloji hidrofilik bileşiklerin yağda hidrofobik bileşiklerin ise suda çözünebilmelerine olanak sağlamaktadır. Böylece karotenoidler, fitosteroller ve antioksidanlar gibi bazı fonksiyonel bileşenlerin suda ya da meyve sularında çözünmesi ve biyoyararlılığın artması sağlanabilecektir. USA ‘de FDA tarafından sentetik likopen nano parçacıklarının gıdalarda GRAS olarak kullanımlarına izin verilmiştir. Nanokapsüllerin; zorunlu yağlar, lezzet maddeleri, antioksidanlar, koenzim Q 10, vitamin ve minerallerin biyoyararlılığının artırılması amacıyla taşıyıcı olarak kullanımları Aktif bileşenlerin nano parçacıklar ile enkapsülasyonu. Amaç: Oksidasyonu engellemek ve lezzetin tat reseptörleri tarafından alımını önlemek.

Fonksiyonel bileşenlerin salınımı

Peynir suyu proteini nano kürecikleri (40 nm). Amaç: Hücre tarafından kürecik şeklinde hücre içine alınıp parçalanması ve aktif bileşenin hücre içinde açığa çıkması ile biyoyararlılığının artırılması Spesifik frekansta titreşen protein kaplanmış nanokantilever. Amaç: Çok hızlı bir şekilde virüs, bakteri ve patojenlerin saptanması Nanobarkot olarak kullanılabilecek sentetik olarak geliştirilmi ş DNA. Amaç: Gıda patojenlerini belirlemek. Minyatür taşınabilir mikrobiyodedektör. Amaç: Gıdalardaki spesifik patojen antikorlarını, toksinleri, patojenleri ve kimyasalları saptamak.

Güvenirlik

Buzdolaplarına nanoparçacıkların yerleştirlmesi. Amaç: Mikroorganizmaların yayılmasını önlemek.


73

Şekil 32. Nanotüp oluşum mekanizması Gelecekte neler olacak?

Günümüzde gıdalarda nanoteknoloji uygulamaları oldukça sınırlı olmakla birlikte, gelecekte bu

uygulamaların hızla artacağı düşünülmektedir. Şu anda ancak hayal edebildiğimiz bazı uygulamalar

çoğu bilim insanının üzerinde çalışma yapmayı planladıkları uygulamalar olarak karşımıza

çıkmaktadır. Bunların arasında; 1) tüketicinin gıda tercih profilini, herhangi bir alerjik reaksiyonu olup

olmadığını ve hatta herhangi bir besin öğesi eksikliği olup olmadığını belirleyecek nanosensörler

içeren akıllı gıda tasarımı, 2) sağlıklı moleküllerin tüketiciye ulaşmasını sağlayacak akıllı nanofiltreler

sayılabilir.


74

Şekil 34. alfa-laktalbumin nanotüpü oluşum mekanizması

Sonuç

Özellikle son beş yılda nanoteknolojinin gıda endüstrisindeki uygulamalarına yönelik çalışmalar hız

kazanmış ve bu çalışmalarda gıdanın sağlık faydasını ön plana çıkaracak özelliklerinin geliştirilmesi,

korunması ve hedef organ veya dokularda salınımları üzerinde durulmuştur.

Nanoteknolojinin öngörüleri arasında, gıda bileşenleri ve biyopolimerlerinin kendi yapıları içerisinde

bir araya gelerek oluşturdukları molekülleri ve özelliklerini anlamak ve bunu temel alarak geleneksel

gıdalara göre daha lezzetli, aynı zamanda içerdiği besin öğesi veya biyomoleküllerin istenen

hedeflerde salınımını gerçekleştirebilecek özelliğe sahip olabilecek yeni gıdalar üretmek yer

almaktadır. Özellikle fonksiyonel gıda sanayinde geleneksel gıda işlemenin yerini kısa zamanda nano

yaklaşımın alacağı öngörülmektedir.

Gıda endüstrisinde nanoteknoloji uygulamaları, avantaj ve sınırlamaları beraberinde getirmektedir.

Her yeni teknolojide olduğu gibi gıda sanayinde nanoteknoloji uygulamalarının kabul görmesi ve

farkındalık yaratması için doğruluk/güvenirliğinin kanıtlanması, gıda içerisindeki diğer bileşenlerle

olası etkileşimlerin araştırılması, tüketimleri nedeniyle oluşacak olası yan etkilerin belirlenmesi ve

ilgili yasal düzenlemelerin oluşturulması gerekmektedir.


75

YARARLANILAN KAYNAKLAR Akıllıo ğlu, HG. 2009. Bazı Kurubaklagillerden Elde Edilen Protein Đzolatları ve Fraksiyonlarının ADE Đnhibisyon Aktiviteleri: Isıl Đşlem ve in vitro Sindirilirliğin Etkisi, Yüksek Lisans Tezi, E.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Đzmir.

Alais C and Linden G. 1991. Food Biochemistry. Ellis Horwood Ltd. New York.

Ashwel M. 2002. Concepts of Functional Foods, Ilsi Europe Concise Monograph Series, Belgium.

Chau CF, Wu SH, Yen GC, 2007. The devolopment of regulations for food nanotechnology, 18, 269-280.

Chen L, Remondetto GE, Subirade M, 2006. Food protein based materials as nutraceutical delivery systems. Trends in food science & technology, 17, 272-283

Eskin, M. N. A., 1990. Biochemistry of Foods. 2 nd Ed., Academic Press, Inc. California. Gray J. 2006. Dietary Fibre Definition Analysis Physiology and Health, Ilsi Europe Concise Monograph Series, Belgium.

Graveland-Bikker JF, Fritz G, Glatter O, de Kruiff CG, 2006. Growth and structure of alfa-laktalbumin nanotubes. Applied Crystallography , 39, 180-184.

Graveland-Bikker, JF, Schaap IAT, Schmidt CF, de Kruiff CG, 2006. Structural and mechanical study of a self-assembling protein nanotube. Nanoletters, 6, 616-621 Graveland-Bikker, JF, CF, de Kruiff CG, 2006. Unique milk protein based nanotubes: food and nanaotechnology meet. Trends in Food Science & Technology, 196-203.

Harland JI. 2005. Nutrition and Genetics Mapping Individual Health, Ilsi Europe Concise Monograph Series, Belgium.

Hartman R and Meisel H. 2007. Food-derived peptides with biological activity: from research to food applications, Current Opinion in Biotechnology, 18, 163-169.

Howlett J. 2008. Functional Foods From Science to Health and Claims, Ilsi Europe Concise Monograph Series, Belgium.

Ipsen R Otte J. 2007. Self-assembly of partially hydrolysed alfa-laktalbumin. Biotechnology Advances, 25, 602-605.

Kordylas JM. 1992. Biotechnology for production of fruits wines and alcohol in: Application of Biotechnology in Traditional Fermented Foods. National Academies Press, Washington DC, USA, p 170.

Korhonen H and Pihlanto A. 2006. Bioactive peptides: Production and functionality. International Dairy J. 16: 945-960.

Kuchel PW and Ralston GB. 1988. Theory and Problems of Biochemistry. McGraw-Hill book Company, New York, USA.

Lineback DR. 1999. The chemistry of complex carbohydrates in: Complex Carbohydrates in Foods. Marcel Dekker Incorporated, New York, USA p 135.

Madden D. 1995. Food Biotechnology, Ilsi Europe Concise Monograph Series, belgium.


76

Meisel H. 1997. Biochemical properties of bioactive peptides derived from milk proteins: Potential nutraceuticals for food and pharmaceutical applications, Livestock Production Science, 50, 125-138.

Minoli D.2006. Nanotechnology Applications to Telecommunications and Networking, John Wiley and Sons Inc. USA

Muguerza B, Ramos M, Sanchez e, Manso MA, Miguel M, Aleixandre A, Delgadoa MA, Recio I. 2006. Antihypertensive activity of milk fermented by Enterococcus faecalis strains isolated from raw milk, International Dairy Journal, 16, 61-69.

Roberfroid MB. 1999. Dietary fiber properties and health benefits of non-digestible oligosaccharides in: Complex Carbohydrates in Foods. Marcel Dekker Incorporated, New York, USA p 45.

Shi, J., Mazza, G., Maguer, M.L., 2002, Functional Foods: Biochemical and Processing Aspects, Vol. 2, CRC Press, London. Shuangquan, Tsuda H, Miyamoto T. 2008. Angiotensin I-converting enzyme inhibitory peptides in skim milk fermented with Lactobacillus helveticus 130B4 from camel milk in Inner Mongolia China, Journal of the Science of Food and Agriculture, 88, 2688-2692.

Steinkraus KH. 1992. Lactic acid fermentations in: Application of Biotechnology in Traditional Fermented Foods. National Academies Press, Washington DC, USA, p 43.

Thedore AE and Krinstinsson HG. 2007. Angiotensin converting enzyme inhibition of fish protein hydrolysates prepared from alkaline-aided channel catfish protein isolate, Journal of the Science of Food and Agriculture, 87, 2353-2357.

Education

Gıda biyokimyası ders notu