Karbonhidratlar-I PDF

BES 231 BESİN KİMYASI VE ANALİZLERİ-I KARBONHİDRATLAR-I Dr. Öğr. Üyesi ARMAĞAN A. YÜRÜK [email protected] Sağlık Bilimleri Fakültesi Beslenme ve Diyetetik Bölümü 3. Hafta Ders İçeriği ve Öğretim Çıktıları Bu dersi alan öğrenc...

BES 231 BESİN KİMYASI VE ANALİZLERİ-I KARBONHİDRATLAR-I Dr. Öğr. Üyesi ARMAĞAN A. YÜRÜK [email protected] Sağlık Bilimleri Fakültesi Beslenme ve Diyetetik Bölümü 3. Hafta Ders İçeriği ve Öğretim Çıktıları Bu dersi alan öğrenci; Karbonhidratların tanımı Molekül formülü ve kimyasal gösterimi Karbonhidratların sınıflandırılması Karbonhidrat türleri Monosakkaritlerin özellikleri Konularında bilgi sahibi olur Karbonhidrat C, H, O Bazılarında  N, P, S de bulunabilir Güneş enerjisi glikoz (fotosentez) En yaygın organik molekül Besinlerdeki miktarı İnsan diyetinin temel enerji kaynağı Sindirilemeyen CHO Sakkaroz Karbonhidrat- Yapısı Karbonil grubu; H-C=O ya da –CHO R-HC=O Aldehit Karboksil grubu; OH-C=O (Karbonil + OH) Karbonhidrat Besinlerde genel olarak; Nişasta Basit şeker Selüloz Selüloz sindirilemez Karbonhidrat-Formülasyon Cn(H2O)n veya Cn(H2O)n-1 şeklinde formüle edilir Glikoz  C6H12O6 Ramnoz istisna  C2H12O5 Karbonhidrat-Kimyasal Gösterim Fischer Projeksiyonu Haworth Projeksiyonu Karbonhidrat-Besin Sanayii Tatlandırıcı Nem çekici Kıvam arttırıcı Jelleştirici Fermentasyon Renk oluşumu Parlaklık verici Karbonhidrat-Özellikleri Optik aktivite Hidrolizasyon Suda çözünme Tatlılık derecesi Esmerleşme reaksiyonları Fermentasyon reaksiyonları Jelleşme Optik Aktivite Polarize ışığın yönünü değiştirme (sağ-sol) Yapıdaki asimetrik C atomu sağlar Optik aktivite CHO türünün tanımlanmasında kullanılabilir Konsantrasyona dikkat!!!!! Optik Aktivite Glikoz + 52,5 sağ Fruktoz - 92,3 sol Sakkaroz + 66,5 sağ Maltoz + 136,8 sağ Laktoz + 52,5 sağ Hidrolizasyon Hidrolize olma özellikleri bulunur Asit veya enzim ile katalizlenebilir Çözünürlük Türe göre değişir Sudaki çözünürlükler; Fruktoz Glikoz Sakkaroz kolay çözünür Maltoz daha az çözünür Laktoz zor çözünür Selüloz hiç çözünmez Çözünürlük Molekül büyüklüğü önemli Sıcaklıktan etkilenir Higroskopi: nem tutma özelliği Belli oranda suda çözünebilen CHO higroskopik özelliktedir Çözünürlük Kristalizasyon Aşırı doygunluk sonrası soğutma ile çökelme Kristal büyüklüğü ve sertliği soğutma hızı (bkz. Kristalizasyon deneyi) Yavaş soğutmada iri ve sert kristalizasyon Tatlılık Derecesi Çoğu tatlıdır Yapıdaki –OH gruplarının varlığı belirler Referans sakkaroz diğerleri orantı yoluyla hesaplama Tatlılık Derecesi Fruktoz: 178 İnvert şeker: 130 Sakkaroz: 100 Glikoz: 74 Sorbitol: 54 Maltoz: 32 Laktoz: 16 Nişasta, Selüloz: 0 Esmerleşme Enzimatik olmayan kahverengileşme Enzimatik kahverengileşme Esmerleşme Enzimatik olmayan Maillard Karamelizasyon Esmerleşme-Maillard Ortamda indirgen şeker ve protein olmalı Aldehit/keton grubu ile amino grubu birleşir aminoşeker (melanoidin) Esmerleşme-Maillard 1. Aşama; şeker-amin kondenzasyonu Shiff bazı 2. Aşama; Dehidrasyon, aa degradasyonu  amadori düzenlemesi  hafif renk ve aroma değişikliği 3. Aşama; aldehid-amin polimerizasyonu heterosiklik yeni bileşiklerin oluşumu güçlü renk değişimi Esmerleşme-Maillard Esmerleşme-Maillard Aa türü lizin, triptofan, tirozin, glisin Şeker türü düşük molekül ağırlığı Şeker aa oranı azalırsa Shiff bazı oluşumu artar Besinin su aktivitesi optimum 0,6-0,7 pH: optimum 6-9 Sıcaklık Esmerleşme-Maillard Besin sanayiinde; Soya sosu Süt tozu Ekmek kabuğu Karamel ve toffee Sütlü çikolatada görülebilir Esmerleşme-Maillard Etlerde besin ögesi kaybı Süt ve ürünlerinde kötü koku ve tat Sindirilebilirlik azalır Esmerleşme-Karamelizasyon Karamelizasyon Maillard reaksiyonundan farkı  ortamda azotlu bileşik yok Kuru ısı Şeker dehidrasyonu ile başlar  renk ve tat değişiklikleri Esmerleşme-Karamelizasyon 1. aşama isosakkarosan oluşumu yapıdan su ayrılır %4,5 ağırlık kaybı 2. aşama; karamelan oluşumu  %9 ağırlık kaybı 3. Aşama karamel oluşumu %14 ağırlık kaybı İleri aşamalarda humin ve karamelin oluşumu gözlenir Esmerleşme-Karamelizasyon Renksiz sarı amber turuncu kahverengi siyah -----Tatlı -------- karamel tadı--------------acı-------yanık tadı- Esmerleşme Enzimatik kahverengileşme Enzim aktivitesi sonucu oluşur Meyve ve sebzelerde katalaz gibi enzimler aracılığı ile Meyve ve sebzelerde hava ile temas sonucu görülen kararma Fenolik bileşikler rol alır Fermentasyon Çeşitli organizma etkinliği ile oluşur  maya, mantar, küf, enzim Turşu Peynir Hamur işi İçecekler Fermentasyon Her etken her CHO türünde çalışmaz Alkol fermentasyonu maya  anaerob Laktik asit fermentasyonu bakteri anaerob Sitrik asit fermentasyonu aerob aspergilus küf Fermentasyon Glikoz, fruktoz, mannoz bira mayası ile doğrudan fermentasyon Sakkaroz, maltoz hidrolizasyon sonrası fermentasyon Pentoz, laktoz fermente olmaz Jelatinizasyon Pektin Agar agar Alginat Nişasta jel oluşturur İndirgenme Reaksiyonları Aldoz ve ketoz  polioller Karbonil grubu alkole dönüşür Lezzet verir Nem tutucu Diüretik özellik gösterebilir İndirgenme Reaksiyonları Benedict Barfoed Fehling solüsyonları gibi oksidan içeren ortamlarda gerçekleşir Temel prensip: aktif aldehit/keton grupları alkali ortamda Cu, Hg, Ag, Fe gibi ağır metalleri indirger. Önce; Cu(OH)2 oluşur mavi renk Sonra; CuO2 oluşur kırmızı renk İndirgenme Reaksiyonları-Benedict Çözeltisi Fehlinge göre hassastır Sodyum sitrat, bakır sülfat, sodyum karbonat varlığında Cu(OH)2 oluşur Glikoz miktarı; çoksa kırmızı azsa yeşil Çok azsa sarı-turuncu renk oluşur İndirgenme Reaksiyonları-Fehling Çözeltisi A ve B olmak üzere iki solüsyon bulunur Karıştığında Cu(OH)2 oluşur Kırmızı-turuncu renk aktif aldehit grubu varlığı Oksidasyon Reaksiyonları Aldehit grubu okside olursa aldonik asit Alkali ortamda daha hızlı Lakton  aldonik asitlerde oluşur Kabartıcı etki Asitlik düzenleyici Koagüle edici (peynir yapımında) Oksidasyon Reaksiyonları Alkol grubu okside olursa üronik asit Enzimatik reaksiyonla gerçekleşir Aldozlar nitrik asitle okside olursa aldarik asit Baz etkisi İzomerizasyon Daha küçük parçalara ayrılma İç oksitlenme, indirgenme ve yeniden düzenlenme Baz etkisi-Küçük parçalara ayrılma Konsantre alkali çözeltilerde çift bağ bölgelerinde kopma görülür Serbest karbonil grubu yoksa etki gerçekleşmez Şekerlerin baza etkisi Aktif aldehit/keton grubu indirgeyici etki gösterir Ag, Hg ve Cu gibi metal iyonlarını indirgeyerek okside olurlar Cu**** Şeker bazik ortamda parçalanır ve okside olur Cu++ Cu+ dönüşerek OH- ile birleşir CuOH  Cu2O ya dönüşerek çökelir Asitlerin Etkisi Disakkaritler; monomerlerine ayrışır Monosakkaritler derişik asitlerle dehidrasyona uğrar Furan türevleri oluşur Aldopentozlar furfurol Aldohegsozlar 5-hidroksimetil furfurol Maillarda da furan türevleri oluşabilir Asitlerin Etkisi Furfurol fenolik maddelerle renk verir Molisch Seliwanoff Bial’s testinde kullanılır Asitlerin Etkisi-Molisch Testi Ortamda CHO varsa; Derişik sülfrik asit önce monosakkaritlere ayrışır Sonra dehidrate olarak furfurola dönüşür Alfa naftol ile  mor menekşe renk alır Asitlerin Etkisi-Seliwanoff Testi Ortamda keton varsa; HMF ile resorsinol reaksiyona girer kırmızı turuncu renk oluşur Pentozlar daha uzun ısıtılırsa yeşil renk alır Asitlerin Etkisi-Bial’s Testi Ortamda pentoz varsa; HCl etkisi ile furfural oluşur Ferrik iyonlar ve orsinol ile mavi-yeşil renk alır HMF ise sarı-kahve renk alır Ester oluşumu Asit ortamda Karbonhidratların -OH grubu ester oluşturur Metabolik reaksiyonlardaki şeker fosfatları esterleşmeye örnektir Glikoz-1 fosfat Ester oluşumu Gıda Sanayiinde; Sakkaroz esterleri 1-3 yağ asidi içeren esterleri emülgatör 6-7-8 esterleri yağ ikamesi Sınıflandırma Bulunduğu yere göre Fonksiyona göre Kimyasal yapısına göre Sınıflandırma-Bulunduğu Yere Göre Bitkisel kaynaklı monosakkaritler, nişasta, selüloz Hayvansal kaynaklı laktoz, glikojen Sınıflandırma-Fonksiyona Göre Yapı bileşeni; selüloz, hemiselüloz, kitin Depo; nişasta, glikojen, inulin Jelleştirici; Pektin, agar agar Sınıflandırma-Kimyasal Yapısına Göre Monosakkaritler  hegsozlar, şeker alkolleri, glikozitler, şeker asitleri Disakkaritler maltoz, laktoz, sakkaroz Oligosakkaritler trisakkarit, rafinoz, melesitoz Polisakkaritler heteroglikanlar, homoglikanlar Monosakkaritler Monomer yapıdaki moleküller En yaygın D-glikoz Trioz Tetroz Pentoz Hegsoz …… Monosakkaritler Renksiz, kristalize formda Genellikle tatlı Apolar çözücülerde çözünmez Genellikle halkalı yapıda Okside edilebilirler Aldehit aldonik asit Alkol üronik asit Aldehit ve alkol birlikte okside olursa şeker asidi Monosakkaritler Aldoz/ketoz Karbonil grubu zincirin ucundaysa  aldoz Molekülde başka yerdeyse ketoz Monosakkaritler İki ayrı konfigürasyonu var D ve L formu Polarize ışığı sağa çevirirse D 5. C atomundaki OH sağda Polarize ışığı sola çevirirse L 5. C atomundaki OH solda Monosakkaritler-Pentoz Memeliler tarafından kullanımı sınırlı Maya fermentasyonuna uğramazlar Ksiloz Arabinoz Riboz Monosakkaritler-Hegsozlar Glikoz Fruktoz Galaktoz Mannoz Monosakkaritler-Glikoz C6H12O6 Serbest halde meyve, bal ve bitki özlerinde fruktozla birlikte Monosakkaritler-Fruktoz Çoğunlukla serbest bulunmaz (furanoz) Serbest haldeyse piranoz  üzüm dut gibi tatlı meyvelerde Glikoza kıyasla daha geç erir, geç kristalleşir ve yavaş fermente olur Ancak; çok erir, çok kristalleşir, çok tatlıdır Polarize ışığı sola çevirir Monosakkaritler-Galaktoz Serbest halde bulunmaz Poli ve oligosakkarit yapısına girer Laktoz ve rafinoz yapısında bulunur Galaktolipitlerin yapı taşıdır Tatlılık derecesi düşük Suda az çözünür Serebrosit yapısına katılır Polarize ışığı sağa çevirir Monosakkaritler-Mannoz Suda çok erir Glikoproteinlerin yapısına katılabilir Mannoz mannitol Kahverengi alg, karnabahar, soğan ve ananasta bulunur Disakkaritler İki monosakkaritin glikozitik bağ ile birleşmesiyle oluşur Maltoz Sakkaroz Laktoz Disakkaritler-Sakkaroz Şeker pancarı ve şeker kamışından üretilir Glikoz ve fruktozun alfa 1,4 glikozitik bağı İndirgen özellik göstermez  Fehling???? Suda çok erir Polarize ışığı sağa çevirir Disakkaritler-Sakkaroz Hidrolizi ile invert şeker oluşur Asit veya enzim kullanılır Besin sanayiinde; Kristalizasyonun kontrolü Tatlılığın arttırılması Disakkaritler-Laktoz Glikoz + galaktoz Suda az erir Tatlılık derecesi düşük Polarize ışığı sağa çevirir Organik asitlerle hidroliz olmaz Fermentasyonla laktik aside dönüşür İndirgeyici özellik gösterir Disakkaritler-Laktoz Besin sanayiinde peynir altı suyundan elde edilir Dondurma ve şekerlemelerde şekerli tadın dengelenmesi Tat-koku bileşiklerinin kontrolü Maillard reaksiyonu ile sarı-kahverengi görünüm sağlama Disakkaritler-Maltoz Nişastanın hidrolizi ile oluşur Suda çok erir Tatlılık derecesi yüksek Polarize ışığı sağa çevirir Serbest halde bulunmaz Çimlenen tahıllarda maltoz oluşur malt ekmek, bira ve viski üretimi Oligosakkaritler Monosakkaritlerin birbirine eklenmesiyle oluşur (PD:3-9) Trisakkarit Tetrasakkarit …….. Siklodekstrinler 6,7 ve 8 glikozdan oluşan halka yapıdaki moleküller Besin sanayiinde; Oksidasyona karşı koruyucu Koku bileşiklerinin kaybını önleyici Çözünürlüğü arttırıcı Lab Uygulaması Aldehit grubunun indirgeme reaksiyonu Bir deney tüpüne 2 ml bakır sülfat (Cu2SO4) çözeltisi ve 1 ml %10 luk NaOH çözeltisi ekle. Oluşan değişiklikleri gözle Bu karışımı 2 ml %10 luk glikoz çözeltisi ile karıştır, su banyosunda 5-10 dk kaynat. Tekrar gözlemle ve değişikliğin nedenlerini açıkla Lab Uygulaması Benedict Reaksiyonu Bir deney tüpüne 2 ml %10 luk glikoz çözeltisi koy Üzerine 2 ml Benedict ayıracı ekle. Su banyosunda 5-10 dk kaynat. Oluşan değişiklikleri açıkla Lab Uygulaması Fehling Bir deney tüpüne yarım spatül şeker koy. Üzerine bir miktar su ekleyerek homojen bir karışım elde et Üzerine 2 damla HCl ekle ve su banyosunda ısıt Karışıma 2 damla NaOH ekle Üzerine Fehling A ve B çözeltilerinden 1 er ml ekle ve karışımı 5-10 dk su banyosunda kaynat Oluşan değişiklikleri açıkla Lab Uygulaması Karamelizasyon Bir deney tüpüne 1-2 spatül kadar şeker koy. Deney tüpünü direkt ateşte sıvı çıkışı başlayıncaya kadar ısıt İkinci deney tüpüne 1-2 spatül kadar şeker koy. Deney tüpünü direkt ateşte kahverengi -siyah renk oluşuncaya kadar ısıt Üçüncü deney tüpüne 1-2 spatül kadar şeker koy. Üzerine 5 ml kadar su ekle. Deney tüpünü homojen bir karışım elde edinceye kadar direkt ateşte ısıt Uygulamalardaki farklılıkların nedenini açıkla Lab Uygulaması Furfurol Bir deney tüpüne bir miktar şeker koy. Üzerine 3 ml kadar konsantre H2SO4 ekle. Oda sıcaklığında 1 saat beklet. Oluşan değişiklerin nedenini açıkla Lab Uygulaması Maillard Bir deney tüpüne 1 ml %10 luk glikoz çözeltisi koy. Üzerine 1 ml %10 luk NaOH ve 1 ml yumurta akı çözeltisi ekle Karışımı kaynar su banyosunda 10 dk ısıt. Değişikliklerin nedenini açıkla TEŞEKKÜR EDERİM… Dr. Öğr. Üyesi ARMAĞAN A. YÜRÜK [email protected] Sağlık Bilimleri Fakültesi Beslenme ve Diyetetik Bölümü