Gölevez (Colocasia esculenta L. Schott ) Yumrusundan Dirençli Nişasta Elde Edilmesi ve Sağlık Üzerine Etkilerinin in vitro Yöntemlerle Saptanması

Transkript

1 Gölevez (Colocasia esculenta L. Schott ) Yumrusundan Dirençli Nişasta Elde Edilmesi ve Sağlık Üzerine Etkilerinin in vitro Yöntemlerle Saptanması PROJE NO: 107 O 812 Prof. Dr. Sedef Nehir El Ar. Gör. Şebnem Şimşek Şubat, 2010 İZMİR

2 ÖNSÖZ Bu projede birinci aşamada Türkiye de Akdeniz bölgesinde yetişen gölevez bitkisi (Colocasia esculenta L. Schott) yumrularının beslenme açısından önemli bazı özellikleri; toplam fenolik madde içeriği, toplam flavonoid içeriği, toplam antioksidan aktivitesi, nişasta sindirilirliği, toplam nişasta ve serbest glikoz miktarları, nişasta fraksiyonları ve nişasta hidroliz hızının (Glisemik indeks) saptanması amaçlanmıştır. Projenin ikinci aşamasında gölevez yumrularından nişasta izole edilmiş, izole edilen nişastanın amiloz içeriği saptandıktan sonra, bu nişastada dirençli nişasta (DN) formu oluşturulmuştur. Dirençli nişastanın miktarı belirlendikten sonra beslenme ve sağlık açısından önemli bazı özellikleri; hidroliz hızı (glisemik indeks), safra asidi bağlama kapasitesi ve glikoz difüzyonu üzerine etkisi saptanmıştır. Bu proje Ege Üniversitesi Gıda Mühendisliği Bölümü nde gerçekleştirilmiştir, Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) (Proje no: 107O812) ve Ege Üniversitesi Bilim Teknoloji Uygulama ve Araştırma Merkezi (EBİLTEM) (Proje no: 2008/BİL/033) tarafından desteklenmiştir. TÜBİTAK ve EBİLTEM E teşekkürlerimizi sunarız. I

3 İÇİNDEKİLER Sayfa TABLO LİSTESİ IV ŞEKİL LİSTESİ V ÖZET 1 ABSTRACT 3 1. GİRİŞ 5 2. GENEL BİLGİLER Nişasta Beslenme açısından önemli nişasta fraksiyonları Direnli nişasta (DN) formunun oluşumu Dirençli nişastanın (DN) sağlık üzerine olumlu etkileri Dirençli nişastanın (DN) fonksiyonel özellikleri Gölevez (Colocasia esculenta L. Schott) GEREÇ VE YÖNTEM GEREÇ YÖNTEM Nem analizi Toplam fenolik madde içeriğinin saptanması Toplam flavonoid içeriğinin saptanması Toplam antioksidan aktivitenin saptanması Toplam nişasta ve serbest glikoz miktarının saptanması Nişasta sindirilirliği ve fraksiyonlarının saptanması Nişasta hidroliz hızının (glisemik indeks) saptanması Gölevez yumrusundan nişastanın izolasyonu Toplam nişasta ve amiloz içeriğinin saptanması Dirençli nişasta (DN) formunun oluşturulması Dirençli nişasta (DN) içeriğinin saptanması 27 II

4 Dirençli nişastanın (DN) hidroliz hızının (glisemik indeks) 28 saptanması Dirençli nişastanın (DN) glikoz difüzyonu üzerine etkisinin 28 saptanması Dirençli nişastanın (DN) safra asidini bağlama kapasitesinin 28 saptanması 3.3. İSTATİSTİKSEL DEĞERLENDİRME BULGULAR VE TARTIŞMA Toplam fenolik madde ve toplam flavonoid içeriği Toplam antioksidan aktivitesi Toplam nişasta ve serbest glikoz içerikleri Nişasta sindirilirliği ve fraksiyonları Nişasta hidroliz hızı (glisemik indeks) Toplam nişasta ve amiloz içeriği Dirençli nişasta (DN) içeriği Dirençli nişastanın (DN) hidroliz hızı (glisemik indeks) Dirençli nişastanın (DN) glikoz difüzyonu üzerine etkisi Dirençli nişastanın (DN) safra asidini bağlama kapasitesi SONUÇ VE ÖNERİLER REFERANSLAR EKLER 52 III

5 TABLO LİSTESİ Sayfa Tablo 2.1. Dirençli nişasta fraksiyonları ve gıda kaynakları 9 Tablo 2.2. Bazı gıdalarda bulunan nişasta fraksiyonlarının miktarı 10 Tablo 2.3. Dirençli nişastanın sağlık üzerine fizyolojik ve koruyucu etkileri 13 Tablo 2.4. Gölevez yumrusunun besin öğesi bileşimi 18 Tablo 4.1. Gölevez yumrularının toplam fenolik madde ve toplam flavonoid içerikleri 30 Tablo 4.2. Gölevez yumrularının antioksidan aktivitelerinin TEAC eşdeğeri 31 Tablo 4.3. Gölevez yumrularının serbest glikoz ve toplam nişasta içerikleri 32 Tablo 4.4. Gölevez yumrularının beslenme açısından önemli nişasta fraksiyonları, 33 çabuk kullanılan glikoz ve nişasta sindirilirlik derecesi indeksleri Tablo 4.5. Gölevez yumrularına ait HI, H 90 ve GI değerleri 36 Tablo 4.6. Gölevez nişastasının toplam nişasta ve amiloz içeriği 37 Tablo 4.7. Gölevez nişastasına uygulanan işlemler sonrasında dirençli nişasta (DN) 38 içeriği Tablo 4.8. Beyaz ekmek, gölevez nişastası ve gölevez dirençli nişastasının HI, 39 H 90 ve GI değerleri Tablo 4.9. Gölevez nişastası ve gölevez dirençli nişastasının glikoz difüzyonu 41 üzerine etkisi Tablo Gölevez nişastası ve gölevez dirençli nişastasının safra asidi bağlama üzerine etkisi 42 IV

6 ŞEKİL LİSTESİ Sayfa Şekil 2.1. Nişastanın düz ve dallanmış zincir yapısı 7 Şekil 2.2. Bazı gıdaların nişastalarının mikroskop altındaki görünümleri 8 Şekil 2.3. Gölevez bitkisi 16 Şekil 2.4. Gölevez yumruları 16 Şekil 3.1. Proje çalışma planı 20 Şekil 4.1. Gölevez yumrularının haşlama ve mikrodalga ile pişirilmesi ile 33 meydana gelen beslenme açısından önemli nişasta fraksiyonları (TN: toplam nişasta, ÇSN: Çabuk sindirilen nişasta, YSN: Yavaş sindirilen nişasta, DN: Dirençli nişasta) Şekil 4.2. Gölevez yumrusunun toplam nişasta hidroliz eğrisi 36 Şekil 4.3. Gölevez nişastası ve gölevez dirençli nişastasının hidroliz eğrisi 39 Şekil 4.4. Gölevez nişastası ve gölevez dirençli nişastasının glikoz difüzyonu 40 üzerine etkisi V

7 ÖZET Beslenme ve sağlık arasındaki ilişkinin araştırıldığı pek çok çalışmanın sonuçları, yetersiz ve dengesiz beslenme sonucunda bazı kronik hastalıkların oluşum riskinin arttığını ortaya koymuştur. Sağlıklı beslenme konusunda beslenme rehberlerinde yapılan önerilerin başında kompleks karbonhidrat (nişasta, diyet lifi, sindirilmeyen oligosakkaritler) tüketiminin arttırılması gelmektedir. Bu projede diyetimizdeki karbonhidrat kaynaklarına alternatif olabilecek, yüksek nişasta içeriğine sahip gölevez bitkisi proje materyali olarak ele alınmıştır. Proje kapsamında birinci aşamada, Türkiye de Akdeniz bölgesinde yetişen gölevez bitkisi (Colocasia esculenta L. Schott) yumrularının beslenme açısından önemli bazı özellikleri; toplam fenolik madde ve toplam flavonoid içerikleri, toplam antioksidan aktivite, nişasta içeriği, nişasta sindirilirliği, dirençli nişasta içeriği (DN) ve nişasta hidroliz hızı (glisemik indeks, GI) saptanmıştır. İkinci aşamada gölevez yumrularından elde edilen nişastanın amiloz içeriği saptandıktan sonra, dirençli nişasta (DN) içeriği çeşitli işlemler uygulanarak arttırılmıştır. Elde edilen dirençli nişastanın beslenme ve sağlık açısından önemli bazı özellikleri; dirençli nişasta hidroliz hızı (glisemik indeks, GI), safra asidi bağlama kapasitesi ve glikoz difüzyonu üzerine etkisi saptanmıştır. Gölevez yumrularının toplam fenolik madde içeriği 317 ± 54 mg GAE/100 g ve toplam flavonoid içeriği 71 ± 3 mg KE/100 g olarak saptanmıştır. Yumruların toplam antioksidan kapasiteleri, ABTS ve DPPH radikallerinin inhibisyonuna karşı ölçülmüş ve örneklerin toplam antioksidan aktivitesi Troloks Eşdeğeri Antioksidan Aktivite (TEAC) olarak sırasıyla 698 ± 24 mm TEAC/100 g (1316 ± 79 µmol TEAC/100 g) ve 235 ± 44 mm TEAC/100 g (471 ± 87 µmol TEAC/100 g) olarak belirlenmiştir. Gölevez yumrularının serbest glikoz ve toplam nişasta içerikleri suda haşlanmış ve mikrodalgada pişirilmiş örnekler için sırasıyla 0,92 ± 0,70 g/100 g; 0,21 ± 0,03 g/100 g ve 14,85 ± 2,02 g/100 g; 18,01 ± 1,20 g/100 g olarak saptanmıştır. Bu sonuçlara göre gölevez yumrularının serbest glikoz içeriği % 1 in altında olup kuru maddenin yaklaşık % 60 ı nişastadan oluşmaktadır. Yumruların suda haşlama ve mikrodalgada pişirme koşullarındaki nişasta sindirilirlikleri incelendiğinde, nişastanın % 50 sinden fazlasının çabuk sindirilen nişasta fraksiyonlarından (ÇSN) oluştuğu görülmüştür. Çalışma kapsamında suda haşlama ve mikrodalgada pişirme işlemlerinin gölevez yumrularının nişasta sindirilirliği üzerine etkisi belirlenmiş, çabuk sindirilen nişasta (ÇSN), yavaş sindirilen nişasta (YSN), dirençli nişasta (DN), çabuk kullanılan glikoz (ÇKG) içerikleri ve nişasta sindirilirlik derecesi indeksi (NSDI) sırasıyla 9,60 ± 3,05 g/ 100 g ve 13,87 ± 3,26 g/ 100 g; 2,53 ± 0,15 g/ 100 g ve 2,64 ± 2,10 g/ 100 g; 2,05 ± 0,22 g/ 100 g ve 1,49 ± 0,65 g/ 100 g; 11,59 ± 2,78 g / 100 g ve 15,62 ± 3,59 g 1

8 /100 g; 63,78 ± 14,99 ve 76,84 ± 15,80 olarak saptanmıştır. İncelenen pişirme koşullarının nişasta fraksiyonlarına belirli bir etkisi saptanmamıştır (P<0,05). Gölevez yumrularının glisemik indeksi (GI), beyaz ekmek referans alındığında (100) 95,60 ± 2,72; glikoz referans alındığında (100) 66,92 ± 1,90 olarak saptanmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında gölevez yumrularından % 98 saflıkta, beyaz renkte nişasta izolasyonu gerçekleştirilmiştir. Elde edilen nişastanın amiloz içeriği % 10,42 ± 0,52 olarak saptanmıştır. Gölevez nişastasına uygulanan jelatinizasyon, otoklavlama, enzimatik zincir parçalama, retrogradasyon ve kurutma işlemlerinin iki kez tekrarlanması ile DN içeriği 16 kat arttırılmıştır (35,12 ± 1,86 g/100 g nişasta). Gölevez nişastası ve gölevez dirençli nişastasının glisemik indeksi (GI) sırasıyla, beyaz ekmek referans alındığında (100) 99,76 ± 1,55 ve 79,25 ± 0,10 ve glikoz referans alındığında (100) 69,83 ± 1,09 ve 55,48 ± 0,07 olarak saptanmıştır. Bu sonuçlara göre elde edilen gölevez dirençli nişastasının glisemik indeksindeki (GI) azalma önemli bulunmuştur (P<0,05). Gölevez nişastası ve gölevez dirençli nişastası, glikoz difüzyon hızını sırasıyla, % 7,94 ± 1,39 ve % 9,80 ± 1,34 oranında azaltırken; kolesterol düşürücü ilaç olarak kullanılan kolestiramine oranla safra asidini bağlama kapasiteleri sırasıyla % 5,16 ± 0,21 ve % 7,55 ± 1,67 olarak saptanmıştır. Çalışma kapsamında gerçekleştirilmiş olan tüm analizler, Türkiye de yetiştirilen gölevez yumruları için ilk kez yapılarak literatüre bir katkı sağlanmıştır. Elde edilen sonuçlar gölevez yumrularının, nişasta ve dirençli nişasta üretimi açısından pek çok tahıl tanesinin yanı sıra alternatif bir kaynak olarak kullanılabileceğini, aynı zamanda gölevez dirençli nişastasının düşük nişasta hidroliz hızı (düşük glisemik indeks) ve glikoz difüzyonunu azaltıcı etkileri ile diyabet hastaları için hazırlanan ürün formülasyonlarında kullanılabileceğini göstermektedir. Gölevez nişastası ve gölevez dirençli nişastasının safra asidini bağlama etkisi kolesterol düzeyinin düşürülmesi açısından önemlidir. Anahtar kelimeler: Gölevez, Colocasia esculenta L. Schott, dirençli nişasta DN, nişasta sindirilirliği, nişasta hidroliz hızı, glisemik indeks, safra asidi bağlama kapasitesi, glikoz difüzyon hızı 2

9 ABSTRACT According to the results of different studies on the relation between nutrition and health, it was observed that the risk of chronical diseases increases as a result of insufficient and unbalanced diets. At dietary guidelines the first suggestion to people for a healthy nutrition is the increament of complex carbohydrate (starch, dietary fiber and indigestible oligosaccharides) consumption. Therefore gölevez plant, which has a high starchy content and may be an alternative carbohydrate source in diet, was selected as the material of project. In the first part of the project to more clearly exhibit the importance of gölevez tuber, which was grown in the Mediterranean Reagan of Turkey, from the nutritive point of view; total phenolic compound and flavonoid content, total antioxidant capacity, total starch content, starch digestibility, resistant starch (RS) content and starch hydrolysis rate (glycemic index, GI) were determined. In the second part of the project, after determination of the amylose content of starch isolated from the gölevez tuber, resistant starch (RS) content of starch was increased by application of different processes. Finally the obtained resistant starch (RS) was checked in terms of its important nutritive and health effects; resistant starch hydrolysis rate (glycemic index, GI), bile acid binding capacity and effect on glucose diffusion. For the gölevez tubers the total phenolic and total flavonoid contents were determined as 317 ± 54 mg GAE/100 g and 71 ± 3 mg CE/100 g, respectively. Total antioxidant capacity of tubers were measured against the ABTS and DPPH radicals inhibition and the obtained total antioxidant activities as Trolox Equivalent Antioxidant Capacity (TEAC) were found as 698 ± 24 mm TEAC/100 g (1316 ± 79 µmol TEAC/100 g) and 235 ± 44 mm TEAC/100 g (471 ± 87 µmol TEAC/100 g) respectively. The free glucose and total starch content of gölevez tubers, for water boiling and microwave cooking conditions, were determined as 0.92 ± 0.70 g/100 g; 0.21 ± 0.03 g/100 g and ± 2.02 g/100 g; ± 1.20 g/100 g, respectively. According to these results, the free glucose content of tubers was less than 1 %, whereas the 60 % of dry matter is composed of starch. When the starch digestibility was studied for the water boiling and microwave cooking conditions, it was observed that higher than the 50 % of starch was composed of rapidly digested starch fractions (RDS). As a part of project, the effect of water boiling and microwave cooking conditions on gölevez tubers starch digestibility were investigated and rapidly digestible starch (RDS), slowly digestible starch (SDS), resistant starch (RS), rapidly available glucose (RAG) contents and starch digestion rate index (SDRI) were determined as 9.60 ± 3.05 g/100 g and ± 3.26 g/100 g; 2.53 ± 0.15 g/100 g and 2.64 ± 2.10 g/100 g; 2.05 ± 0.22 g/100 g and 1.49 ± 0.65 g/100 g; ± 2.78 g/100 g and 3

10 15.62 ± 3.59 g/100 g; ± and ± 15.80, respectively. The affect of cooking conditions on starch fractions was found as insignificant (P<0,05). Glycemic index (GI) of gölevez tubers were determined as ± 2.72 when white bread was taken as reference (100); ± 1.90 when glucose taken as reference (100). In the second part of the project, white colored starch was isolated from gölevez tubers with 98 % purity. The amylose content of gölevez starch was determined as ± 0.52 %. By application of gelatinisation, autoclaving, enzymatic debranching, retrogradation and drying processes to gölevez starch for two times, resistant starch (RS) content was increased 16 fold (35.12 ± 1.86 g/100 g starch). The glycemic index (GI) of gölevez starch and gölevez resistant starch were determined as ± 1.55 and ± 0.10 when white bread was taken as reference (100), ± 1.09 and ± 0.07 when glucose was taken as reference (100), respectively. According to these results the decrease in the glycemic index (GI) of gölevez resistant starch was found as statistically significant (P<0,05). Glucose diffusion rate of gölevez starch and gölevez resistant starch decreased by 7.94 ± 1.39 % and 9.80 ± 1.34 %, respectively, whereas the bile acid binding capacities relative to cholesterol decreasing drug cholestiramine were 5.16 ± 0.21 % and 7.55 ± 1.67 % respectively. All the analysis carried out as a part of project was performed for the first time for gölevez tubers grown in Turkey and thus contributed to literature. The results showed that, gölevez tubers can be used as an alternative source to most of cereal grains for the production of starch and resistant starch. At the same time gölevez resistant starch can be used in product formulations prepared for diabetic patients due to its low starch hydrolysis rate (low glycemic index) and decreasing affect on glucose diffusion rate. The bile acid binding effect of gölevez starch and gölevez resistant starch is also important for decreasing of cholesterol level. Keywords: Gölevez, Colocasia esculenta L. Schott, resistant starch RS, starch digestibility, starch hydrolysis rate, glycemic index, bile acid binding capacity, glucose diffusion rate 4

11 1. GİRİŞ Son yıllarda yapılan pek çok çalışma beslenme ve sağlık arasında bir ilişki bulunduğunu, yetersiz ve dengesiz beslenmenin kronik hastalıkların oluşumunda % 33 lük bir paya sahip olduğunu göstermiştir. Bugün kişilere sağlıklı beslenme konusunda yapılan önerilerin en başında kompleks karbonhidrat tüketiminin arttırılması gelmektedir. Bu öneri, kompleks karbonhidrat içeren gıdalardaki nişastanın sindirilirliğine, diyet lifi ve sindirilmeyen oligosakkaritlerin içeriğine bağlı olarak önem kazanan sağlıkla olan ilişkisine dayandırılmaktadır. Gıdalardaki nişastanın sindirilirliği, gıdanın doğal yapısına bağlı olarak geniş oranda çeşitlilik göstermektedir. Bu nedenle insan vücudundaki nişasta sindirilirliğinin, in vitro koşullarda sindirim sistemi enzimleri ile hidrolizindeki farklı hız ve parçalanma derecelerinin beslenme açısından sınıflandırılması önem kazanmıştır. Buna göre, nişasta beslenme açısından önemli olan, çabuk sindirilen nişasta (ÇSN), yavaş sindirilen nişasta (YSN) ve dirençli nişasta (DN) olmak üzere üç ayrı fraksiyondan oluşmaktadır (ENGLYST ve ark., 1992). Son 20 yılda karbonhidratların sağlık üzerine olumlu etkilerinin araştırılmasındaki en önemli gelişme dirençli nişastanın (DN) keşfidir. Dirençli nişasta (DN), gıdadaki nişastanın yapısı içerisinde yer alan ancak ince bağırsaktaki sindirim enzimlerine direnç göstererek sindirilmeden doğrudan kalın bağırsağa geçen nişasta ve/veya nişasta parçalanma ürünleri olarak tanımlanmaktadır (ONYANGO ve ark., 2008; PONJANTA ve ark., 2009; MUTUNGI ve ark., 2009). Dirençli nişasta kavramının ortaya çıkışı ve bunu takip eden olumlu yöndeki fiziksel ve fonksiyonel özellikleri üzerine yapılan çalışmaların sonuçları DN nın fonksiyonel bir gıda bileşeni olarak kullanılması yönündeki gelişmesini sağlamıştır. Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri nde patentli ticari dirençli nişasta (DN) formları üretilip satılmaktadır. Bu ticari formların üretiminde başlangıç hammaddesi olarak en çok tercih edilen kaynak mısır nişastasıdır. Son yıllarda nişastanın daha önce kullanılmamış ancak potansiyel kaynaklardan elde edilmesi ve elde edilen nişastanın karakterizasyonu ile ilgili çalışmalar da giderek artış göstermektedir (SAJILATA ve ark., 2006; ONYANGO ve ark., 2006; GONZALEZ-SOTO ve ark., 2007; WASSERMAN ve ark., 2007; ONYANGO ve MUTUNGİ, 2008; PONJANTA ve ark., 2009; MUTUNGİ ve ark., 2009). Bu çalışmada dirençli nişasta elde etmek için hammadde olarak Dünyada 43 ülkede yaygın olarak yetiştirilmekte olan, Türkiye de Antalya nın Alanya ve Gazipaşa ilçeleri ile Mersin in Anamur ve Bozyazı ilçelerinin sahil kesimlerinde patatesten daha çok yetiştirilen ve tüketilen gölevez (Colocasia esculenta L.Schott) yumruları kullanılmıştır. Gölevez (Colocasia 5

12 esculenta L. Schott) yılanyastığıgiller familyasından tek yıllık bir bitkidir. Silindir veya küre şeklinde yumrular ve yumruların etrafını saracak şekilde yumrucuklar içeren gölevez nişastalı bitkiler sınıfında yer almaktadır. (ŞEN ve ark., 2001). Gölevez, Türkiye deki bölgesel tüketiminin yanı sıra İngiltere ve Kıbrıs a da ihraç edilmektedir. Türkiye deki yetiştiricilik alanlarının kısıtlı kalmasındaki en önemli neden ise bileşimi ve gıda olarak öneminin tam olarak anlaşılmaması ve pişirme tekniklerinin bilinmemesidir. Yüksek nem içeriğine bağlı olarak uzun süre depolanamayan yumruların en iyi saklanma şekli un veya nişastaya işlenmesidir. Ancak gölevez yumrularından elde edilen nişasta, özelliklerinin bilinmemesi nedeni ile ticari bir ürüne dönüşmemiştir (ŞEN ve ark., 2001). Bu projede dirençli nişasta (DN) elde etmek için yüksek nişasta içeriğine sahip gölevez bitkisi (Colocasia esculenta L. Schott) proje materyali olarak kullanılmıştır. Proje kapsamında birinci aşamada, Türkiye de Akdeniz bölgesinde yetişen gölevez bitkisi yumrularının beslenme açısından önemli bazı özellikleri; toplam fenolik madde içeriği, toplam flavonoid içeriği, toplam antioksidan aktivitesi, nişasta sindirilirliği, toplam nişasta ve serbest glikoz miktarları, nişasta fraksiyonları ve nişasta hidroliz hızının (glisemik indeks) saptanması amaçlanmıştır. Projenin ikinci aşamasında gölevez yumrularından nişasta izole edilmiş, izole edilen nişastanın amiloz içeriği saptandıktan sonra, bu nişastada dirençli nişasta (DN) formu oluşturulmuştur. Dirençli nişastanın miktarı belirlendikten sonra beslenme ve sağlık açısından önemli bazı özellikleri; hidroliz hızı (glisemik indeks), safra asidi bağlama kapasitesi, glikoz difüzyonu üzerine etkisi saptanmıştır. Proje kapsamında yürütülen bu çalışma ile Türkiye de yetiştirilen gölevez yumrularının yukarıda belirtilen analizleri yapılarak elde edilen verileri ile bu konudaki literatüre önemli bir katkı sağlanmıştır. Ülkemizde Akdeniz bölgesinde yetiştirilen gölevezin sınırlı tüketim alanına, nişasta için hammadde kaynağı olarak kullanımının eklenmesi ile ticari değeri arttırılmıştır. Elde edilen dirençli nişastanın düşük glisemik indeksi başta diyabetik ve prebiyotik ürünler olmak üzere çeşitli gıda ürünlerinde fonksiyonel bir bileşen olarak kullanılması açısından alternatif oluşturmaktadır. 6

13 2. GENEL BİLGİLER 2.1. Nişasta Nişasta, bitkisel gıdaların pek çoğunda karbonhidrat deposu formunda bulunur ve insan beslenmesindeki en temel karbonhidrat kaynaklarından birisidir. Nişasta iki tip molekülden oluşur. Bunlardan amiloz, α-1,4 glikozidik bağları ile bağlanmış α-d-glikoz ünitelerinden oluşan lineer polimer yapıdır, amilopektin ise α-1,4 ve α-1,6 glikozidik bağları ile bağlanmış dallanmış α-d-glikoz polimer yapısıdır (Şekil 2.1). Şekil 2.1. Nişastanın düz ve dallanmış zincir yapısı (TAGGART, 2004) Amiloz ve amilopektin doğada serbest halde bulunmayıp nişasta granülünün yapısında yer almaktadırlar. Nişasta granülünün büyüklüğü, şekli ve yapısı ait olduğu botanik kaynağa göre farklılık göstermektedir. Genel olarak granül büyüklükleri; 1 µm den küçük boyutlardan başlayıp 100 µm den büyük değerlere kadar ulaşmaktadır. Granüllerin şekli ise; düzgün yapıda olabileceği gibi (küresel vb.), tamamen düzensiz şekilde de olabilir (Şekil 2.2) (SWINKELS, 1985; THOMAS ve ATWELL, 1997). 7

14 Şekil 2.2 Bazı gıdaların nişastalarının mikroskop altındaki görünümleri (SWINKELS, 1985) Besleyici değerinin yanı sıra nişasta ve modifiye nişasta, bazı gıdaların fiziksel ve fizikokimyasal özelliklerinin düzenlenmesinde geniş oranda kullanılmaktadır. Bu amaçla ticari nişasta üretiminde kullanılan hammaddelerin başında tahıl taneleri (buğday, mısır, sorgum, pirinç), yumru bitkiler (patates, tapyoka) ve kökler (tatlı patates) gelmektedir. Elde edilen nişastalar da üretildikleri bitkilerin kaynağına bağlı olarak patates nişastası, mısır nişastası vb. şeklinde isimlendirilmekte ve nişastanın özellikleri kullanılan bitkinin kaynağına göre değişkenlik göstermektedir (SWINKELS, 1985; THOMAS ve ATWELL, 1997) Beslenme açısından önemli nişasta fraksiyonları Gıdalardaki karbonhidrat kaynaklarının; basit karbonhidratlar (şekerler), kompleks karbonhidratlar (polisakkaritler, nişasta) ve sindirilmeyen karbonhidratlar (diyet lifi) olarak sınıflandırılması ve sağlık üzerine olumlu etkilerinden dolayı beslenmede kompleks karbonhidratlara daha fazla yer verilmesinin önerilmesi son 20 yılın araştırma sonuçlarına dayanmaktadır. Nişasta molekülünün içerdiği α-glikozidik bağlar, insan sindirim sisteminde bulunan çeşitli amilaz enzimleri ile hidrolizlenmekte, en son basamakta açığa çıkan glikoz ince bağırsaklardan emilerek kan dolaşım sistemine geçmekte ve enerji kaynağı olarak kullanılacağı metabolik fonksiyonlarına başlamaktadır. 20 yıl öncesine kadar nişastanın içerdiği α- glikozidik bağların insan sindirim sistemindeki enzimler tarafından parçalanarak, tamamen hidrolize edildiği bilinmekteyken son yıllarda yapılan çalışmalar nişastanın insan metabolizmasında tamamen sindirilmediğini, bir kısmının ince bağırsaklarda sindirime direnç gösterdiğini ortaya koymuştur. Bu noktada karbonhidratların sağlık üzerine önemli etkilerinin araştırılmasındaki en önemli gelişme dirençli nişastanın keşfi olmuştur. Bu nedenle nişasta, enzimler ile hidrolizindeki farklı hız ve parçalanma derecelerine göre beslenme açısından yeniden sınıflandırılmıştır. Buna göre nişasta; Çabuk Sindirilen Nişasta (ÇSN),Yavaş Sindirilen Nişasta (YSN) ve Dirençli Nişasta (DN) olmak üzere üç sınıfa ayrılmıştır. (ENGLYST ve ark., 1992; ENGLYST ve ark., 1999). 8

15 Çabuk sindirilen nişasta (ÇSN) temel olarak amorf yapıda ve disperse olmuş nişastadır. Bu tip nişasta ekmek ve haşlanmış patates gibi nemli ortamda ısısal işlem görmüş ve sıcak olarak tüketilen gıdalarda bulunmaktadır. Ancak bu nişasta fraksiyonu çabuk sindirilmesi nedeni ile kan plazmasındaki glikozun ani yükselişine bağlı olarak insülin salınımında da artışa neden olmaktadır. Yavaş sindirilen nişasta (YSN), diyetteki nişasta içerisinde sağlık açısından yüksek oranda bulunması istenilen bir fraksiyon olup, ince bağırsakta tamamen ancak yavaş bir hızda sindirilmekte ve dolayısıyla yemek sonrası kan plazmasındaki glikoz ve insülin artışı üzerinde olumsuz bir etki yaratmamaktadır. Bu tip nişasta içeren gıdalara kısmen öğütülmüş tahıl, kurubaklagiller ve pişmiş makarna örnek olarak verilebilir. (ENGLYST ve ark., 1996; GONI ve ark., 1996). Dirençli nişasta (DN), sağlıklı insanların ince bağırsağındaki sindirim enzimlerine direnç göstererek sindirilmeden doğrudan kalın bağırsağa geçen nişasta ve/veya nişasta parçalanma ürünleri olarak tanımlanmaktadır (ENGLYST ve ark., 1992; ONYANGO ve ark., 2006; PONJANTA ve ark., 2009; MUTUNGİ ve ark., 2009). DN formu, gıdaların yapısında doğal olarak bulunabildiği gibi evde ve/veya fabrikada üretim sırasında meydana gelebilmektedir. Dirençli nişastanın kendi içerisinde farklılık gösteren fraksiyonları ve temel gıda kaynakları Tablo 2.1 de özetlenmiştir (SAJILATA ve ark., 2006). Gıda işleme tekniklerinin etkisiyle oluşan dirençli nişasta daha çok DN 3 formundadır. Tablo 2.1. Dirençli nişasta fraksiyonları ve gıda kaynakları (SAJILATA ve ark., 2006) DN tipi Tanımlama Gıda Kaynakları DN 1 Fiziksel olarak enzimatik Tam tane veya kısmi olarak öğütülmüş parçalanmaya uygun olmayan kısım tane, tohum ve baklagiller B tipi kristal yapıya sahip, α-amilaz DN 2 tarafından yavaş olarak hidrolize Çiğ patates, yeşil muz, bazı baklagiller, olabilen jelatinize olmamış dirençli yüksek amilozlu nişasta granüller DN 3 Retrograde nişasta Pişirilmiş ve soğutulmuş patates, ekmek, mısır gevreği, uzun süreli ve/veya tekrar nemli ısıl işleme uğramış gıda ürünleri DN 4 Kimyasal maddeler, eterler,esterler vb. Modifiye nişasta kullanılan bazı gıdalar ile çapraz bağlama ile kimyasal olarak (bazı ekmek ve kekler) modifiye edilmiş nişastalar 9

16 Bazı gıdalarda bulunan nişasta fraksiyonlarının oranları Tablo 2.2 de verilmiştir Tablo 2.2. Bazı gıdalarda bulunan nişasta fraksiyonlarının miktarı (ENGLYST ve ark., 1996) Gıda TN (g/100g) ÇSN (g/100g) YSN (g/100g) DN (g/100g) Tatlı Mısır 17,1 15,4 1,4 0,3 Beyaz pirinç (pişmiş) 23,0 17,4 5,6 0 Makarna 26,2 13,4 12,0 0,8 Buğday ekmeği 41,7 37,4 3,7 0,6 Konserve fasulye 14,6 7,6 5,2 1,8 Donmuş bezelye 7,2 4,1 1,0 2,1 Patates 16,0 15,2 0,7 0,1 Kırmızı mercimek 15,0 7,3 6,1 2,4 Nohut 16,4 5,1 8,8 2,5 TN: Toplam nişasta, ÇSN: Çabuk sindirilen nişasta, YSN: Yavaş sindirilen nişasta, DN: Dirençli nişasta 2.3. Dirençli nişasta (DN) formunun oluşumu Nişastalı gıdalar sulu ortamlarda ısıtıldığında su alarak şişerler ve amiloz ve amilopektin moleküllerinin bir jel oluşturarak birleşmesi jelatinizasyon olarak tanımlanır. Jelatinizasyon, gıdalara su içeren ortamlarda uygulanan haşlama, pişirme, otoklavlama gibi ısısal işlemler sonucunda gerçekleşir. Nişasta jeli soğuduğunda meydana gelen retrogradasyon sonucunda amiloz fraksiyonu geri dönüşümsüz olarak çözünmez hale geçer. Amilopektin moleküllerinde ise retrogradasyon çok yavaş ve zordur. Amilopektinin dallı yapısı bu moleküllerin kendi aralarında veya amiloz molekülleri ile bir araya gelmelerini önler. Amilozun retrogradasyonu, DN formunun oluşumuna etki eden en önemli mekanizmadır. Soğutma sırasında ortamda bulunan iki ya da daha çok amiloz molekülü birbirine yaklaştığında glikoz üniteleri, hidroksil grupları arasında oluşan hidrojen bağları veya fiziksel çekim kuvvetleri sonucu bir araya gelerek çözünmeyen kristal bir yapı meydana getirirler. Oluşan kristaller enzimlerle hidrolize direnç gösterirler. Tüketilen gıdanın içerisindeki nişastanın kristal yapısına veya diğer başka özelliliklerine bağlı olarak ince bağırsaktaki enzimlere direnç gösteren ve tıpkı diyet lifi gibi davranarak, emilmeden kalın bağırsağa geçen bu fraksiyonlar dirençli nişasta olarak isimlendirilmektedir (SAJILATA ve ark., 2006). DN, doğal olarak tüm nişasta içeren gıdalarda bulunmakla birlikte miktarı; başlangıçta bulunan nişasta tipi ve miktarı (nişastanın kristal ve granüler yapısı, nişastadaki amiloz:amilopektin oranı, amilozun zincir uzunluğu, amilopektinin linearizasyonu), nişastalı 10

17 gıdanın işlenme, pişirilme ve depolanma koşullarından (ısı, nem) ve bu işlemlerin tekrarlanma sayısından etkilenmektedir (NUGENT, 2005, SAJILATA ve ark., 2006). DN 3 formu olarak ifade edilen retrograde amiloz, dirençli nişastanın (DN) çeşitli işlemler uygulanarak arttırılabilen formunun tanımıdır. Bu formun oluşturulmasındaki temel aşamalar hammaddedeki nişastanın ısı ile jelatinizasyonu ve sonrasında soğutularak retrogradasyonudur. Bununla ilgili olarak çeşitli ısıl işlem ve depolama koşullarının DN formu üzerindeki etkileri farklı çalışmalar ile incelenmiştir. Bu amaçla incelenen temel ısıl işlem tipleri buharda pişirme, otoklavlama, fırında pişirme, ekstrüzyon pişirme, mikrodalga ve ışınlamadır (SAJILATA ve ark., 2006). DN nın ticari üretiminde genel olarak amiloz içeriği yüksek olan doğal bir nişasta temel alınmaktadır. Hemen hemen tüm patentli örnekler enzimatik hidrolize dirençli yüksek amilozlu nişastanın retrogradasyonu veya yüksek kristal yapısının oluşturulması ile hazırlanmaktadır. İlk ticari DN, 1993 yılında Avusturya da Hi-maize olarak tanıtılmıştır. Bu ürün, % 80 in üzerinde amiloz içeren bir mısır hibridinin doğal granüler nişasta formudur. Himaize, % 42 oranında DN içermekte olup Avusturya da ekmek ve fırıncılık ürünlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Diğer ticari DN örnekleri CrytaLean, Novelose, Amylomaize VII olarak verilebilir. Bu ürünler, gıdaların formulasyonunda kullanılarak ürünün fonksiyonel özellikleri arttırılmaktadır. Bunlar arasında Novelose yüksek amilozlu mısır nişastasından elde edilmiştir. Novelose un farklı işlemlerle elde edilmiş, farklı özellikler içeren DN formları bulunmaktadır: 240 (DN 2 ), 260 (DN 2 ), 330 (DN 3 ). Bunlar arasında Novelose 260, % 60 DN içeriği ile en yüksek miktara sahip olanıdır ve makarna, tahıllar ve snack gıdalar gibi çok geniş çeşitlilikteki ürün formulasyonlarında kullanılmaktadır. Ticari kullanımda olan diğer bir DN formu ise C*ActiStar markası ile piyasada yer almaktadır (% 58 DN içerikli) (SAJILATA ve ark., 2006). Ticari örnekler dışında literatürde DN formunun oluşturulması ve hazırlanan DN formunun teknolojik özelliklerinin incelendiği farklı çalışmalar bulunmaktadır. GONZALEZ- SOTO ve ark. (2007) nın yapmış olduğu bir çalışmada DN oluşumu üzerine süre ve depolama sıcaklıklarının etkisi incelenmiştir. Bu amaçla nişasta kaynağı olarak muz kullanılmış ve nişasta zincirinin parçalanmasının ardından DN eldesi için otoklavlama işlemi uygulanmıştır. Nişasta zincirinin kırılması pullulanaz enzimi ile 24 saat süre ile gerçekleştirildikten sonra 121 o C de 30 dak. otoklavlama gerçekleştirilmiş ve elde edilen örnekler soğutularak saatlik sürelerle 4 ve 60 o C de depolanmıştır. Örnekteki DN içeriği, nişasta zincirinin kırılması ve otoklavlama işlemine bağlı olarak artış göstermiştir. KÖKSEL ve ark. (2008) tarafından gerçekleştirilen bir çalışmada ise asit hidroliz ve ısı uygulaması ile elde edilen DN nın fonksiyonel özellikleri üzerine liyofilizasyonun etkileri incelenmiştir. Bu amaçla başlangıç materyali olarak mısır nişastası kullanılmıştır. DN eldesi 11

18 için iki farklı yöntem uygulanmıştır. Bunlardan ilkinde doğal ve asitle modifiye nişasta örneklerine sırasıyla jelatinizasyon, otoklavlama, depolama ve liyofilizasyon işlemleri uygulanmıştır. İkinci grupta ise otoklavlanan örnekler direkt olarak liyofilize edilmiştir. Çalışma sonucunda en yüksek DN içeriği (% 12.4), 2 saat lik jelatinizasyon-otoklavlamadepolama-liyofilizasyon işlemleri uygulanarak elde edilmiştir. ONYANGO ve MUTUNGİ (2008) tarafından tapyoka nişastası kullanılarak gerçekleştirilen bir çalışmada, DN oluşumu üzerine farklı pullulanaz konsantrasyonları, pullulanaz inkübasyon süresi ve kristalizasyon sıcaklıklarının etkisi incelenmiştir. Pullulanaz enzimi ile 8 saat inkübasyon ve 90 o C de iki saat kristalizasyon işlemi ile oluşturulan DN 3 içeriği g / 100 g olarak saptanmıştır. PONGJANTA ve ark. (2009) tarafından pirinç nişastası ile yapılan bir çalışmada farklı enzim konsantrasyonlarının nişasta zincirini parçalama üzerine etkisi incelenmiştir. Sonuçta maksimum DN içeriği (% 19,81), enzim inkübasyonu (12 U/ g nişasta), 4 o C de 16 saat depolama ve bir kez dondurma/çözme işlemi (-10/30 o C) uygulaması ile elde edilmiştir. ÖZTÜRK ve ark. (2009) tarafından yapılan bir başka çalışmada ise iki farklı yüksek amiloz içerikli ticari mısır nişastasına (Hylon V (H5) ve Hylon VII (H7)) uygulanan pullulanaz inkübasyonu, otoklavlama-depolama tekrarları ve kurutma/liyofilizasyon işlemlerinin etkisi incelenmiştir. Çalışmada en yüksek DN içeriği (% 48), H7 tipi nişastaya uygulanan 48 saat pullulanaz enzim inkübasyonunu takip eden 3 tekrar otoklavlama (133 o C) ve depolama (4 o C) işlemi ile sağlanmıştır Dirençli nişastanın (DN) sağlık üzerine olumlu etkileri Dirençli nişasta (DN) son yıllarda sağlık üzerindeki potansiyel olumlu etkileri ve fonksiyonel özellikleri nedeniyle büyük bir ilgi görmektedir. Yapılan klinik çalışmalar, DN nın diyet lifine benzer özelliklere sahip olduğunu ve bu nedenlerle de bazı hastalıkların oluşum riskinin azalmasında olumlu fizyolojik etkileri bulunduğunu göstermiştir. DN nın sağlık üzerindeki olumlu etkileri Tablo 2.3 de özetlenmiştir. Yapılan çalışmalar DN içeriği yüksek gıdaların tüketiminden sonra kandaki glikoz düzeyindeki artışın yavaş olduğunu ve böylece insülin yanıtının azaldığını göstermiştir. Bu sonuç, yalnızca diyabet ve düzensiz glikoz toleransının klinik durumunun yönetiminde etkili olmayıp aynı zamanda obezite ve kilo kontrolünün tedavisinde de etkili olmaktadır (NUGENT, 2005). Özellikle son yıllarda gıdaların glisemik indeksi; diyabet, dislipidemi, kalpdamar hastaları ve bazı kanser hastaları açısından diyet planlamada kullanılan yararlı bir araç haline gelmiştir (SANDHU ve LIM, 2008). 12

19 Tablo 2.3. Dirençli nişastanın sağlık üzerine fizyolojik ve koruyucu etkileri (NUGENT, 2005). Potansiyel fizyolojik etkileri Potansiyel koruyucu etkileri Glisemik etkisi ile insülin salınımının Diyabet, düzensiz kan glikoz seviyesi ve düzenlenmesi insülin yanıtı, metabolik sendrom Kalın bağırsak sağlığının iyileştirilmesi Kolon kanseri, kolit, hassas bağırsak sendromu, divertikülozis, kabızlık Kan lipit profilinin iyileştirilmesi Kalp-damar hastalıkları, lipit metabolizması, metabolik sendrom Prebiyotik ve kültür gelişimini destekleyici Sağlıklı kolon fonksiyonu Tokluk hissinin iyileştirilmesi enerji alımının Obezite azaltılması Mikrobesin öğesi emiliminin arttırılması Mineral emiliminin iyileştirilmesi, osteoporoz Ağızdan su ile tedavilerde yardımcı Kolera ve kronik ishalin tedavisi Diyet lifi, proteinler ve lipitler gibi diğer diyet Metabolik kontrolün iyileştirilmesi ve bileşenleri ile sinerjistik etkileşim bağırsak sağlığının iyileştirilmesi Termojenez Obezite ve diyabet Gıdaların glisemik etkisi, o gıdanın tüketildikten sonra kandaki glikoz seviyesinin ne kadar hızla yükseldiği ve insülin hormonu salgılanması ile ne kadar hızla normal seviyelere indiğine ilişkin etkisidir. Gıdanın kan glikozu üzerindeki bu etkisini etkileyen faktörler: Gıdadaki nişastanın sindirilirliği Gıdadaki nişasta ile proteinin etkileşimi Gıdadaki yağ, şeker ve lif miktarları Gıdadaki nişastayı bağlayan moleküller Gıdanın formu; kuru, sıvı, kaba öğütülmüş, ince öğütülmüş, pişmiş Aynı zamanda tüketilen diğer gıdalardır (EL, 1999; TAŞ ve EL, 2000). RABEN ve ark. (1994) tarafından yapılan bir çalışmada 10 sağlıklı erkeğin bir kısmı DN içermeyen 50 gram nişasta (kontrol) ve bir kısmı da % 54 dirençli nişasta içeren diyet ile beslenmiştir. Yüksek DN içerikli diyetin yemek sonrasında kan glikozunu, insülin ve epinefrin miktarlarını belirgin oranda azalttığı görülmüştür. READER ve ark. (1997) tarafından yapılan başka bir çalışmada ise ticari olarak satılan bir DN 3 formunu (CrystaLean ) tüketen kişilerin maksimum kan glikoz seviyelerinin, diğer karbonhidratları (basit şekerler, oligosakkaritler ve nişasta) tüketen kişilere göre belirgin ölçüde düşük olarak gözlenmiştir. Safra asitleri, yağların sindiriminde rol alan ve karaciğerde kolesterolden sentezlenen asidik steroidlerdir. Glisin ve taurin ile konjuge hale geçtikten sonra duedonuma salınırlar. 13

20 Görevlerini tamamladıktan sonra ince bağırsaktan aktif taşınım ile tekrar enteropatik çevrime dahil olurlar. Safra asitlerinin bağlanması ve fekal olarak atımlarının arttırılması, diyet lifinin kan kolesterolünü düşürücü etkisinin olası mekanizması olarak görülmektedir. Aynı zamanda toksik metabolitler ve ikincil safra asitlerinin vücuttan atılması, olası kanser riskini de azaltmaktadır (KAHLON ve SMITH, 2007a,b; Sayar ve ark., 2005; Sayar ve ark., 2006). KAHLON ve SMITH tarafından 2007 yılında yapılmış çalışmalarda farklı meyve ve sebzelerin safra asidi bağlama kapasiteleri belirlenmiştir. Çalışmanın sonucunda ürünler arasında safra asidi bağlama kapasitesi ile ilişkili farklılıkların ürünlerin; çeşitli bileşenlerinden (antioksidanlar, polifenoller, hidroksisinamik asitler, avonoidler, antosiyaninler, avonoller, proantosiyanidinler, kateşinler), sindirilemeyen fraksiyonlarının hidrofobik özelliklerinden, sindirim sırasında oluşan anyonik ya da katyonik metabolitler ya da aktif bağlanma merkezleri ile interaksiyonlarından kaynaklanabileceği belirtilmiştir (KAHLON ve SMITH, 2007a,b). SAYAR ve ark. (2005) tarafından yapılan bir çalışmada yulaf unu lifi ve iki farklı ticari lifin safra asidi bağlama etkisini incelemiş ve çözünmeyen diyet lifi ile safra asidi bağlama arasında belirgin korelasyon olduğu saptanmıştır. SAYAR ve ark., (2006) tarafından yapılan diğer bir çalışmada ise yulaf ununun safra asidi bağlama kapasitesi incelenmiş ve bu kapasitenin içerdiği β-glukan ve lignin (çözünmez lif) içeriği ile ilişkili olduğu saptanmıştır. Yapılan çalışmalar, DN nın lipit metabolizması üzerinde de çok önemli etkileri olduğunu kanıtlamıştır. Bu çalışmalarda DN tüketimi ile birlikte plazma kolesterol seviyesinde % ve plazma trigliserit seviyelerinde % azalma olduğu görülmüştür. DN nın plazma kolesterol ve trigliserit seviyelerini azaltan kolestiramin adlı ilaçtan daha etkili olduğu belirlenmiştir (NUGENT, 2005). DN nın diğer olumlu bir özelliği ise kalın bağırsaktaki mikroorganizmalar tarafından substrat olarak kullanılarak fermente edilmesi sonucunda organik asitlerin (örneğin laktik asit) ve kısa zincirli yağ asitlerinin üretilmesidir. DN nın kalın bağırsaktaki olumlu etkilerinin özellikle bütirat, asetat ve propiyonat gibi kısa zincirli yağ asitlerinin varlığından kaynaklandığı bildirilmektedir. Bu yağ asitlerinin üretimi kolon sağlığının iyileştirilmesine yardımcı olmaktadır. Üretilen kısa zincirli yağ asitlerinin kalın bağırsaktaki konsantrasyonları tüketilen polisakkaritin tipine göre değişiklik göstermektedir. Bu kısa zincirli yağ asitleri bağırsak ph sını düşürerek; zararlı bakterilerin gelişimini önlemekte, kalsiyum ve magnezyum gibi minerallerin emilimini arttırmakta, kolon içindeki kan akışını hızlandırmakta ve özellikle bütirat, kalın bağırsak-rektum kanser başlangıcının ön safhalarında görülen kontrolsüz hücre çoğalmasını önlemektedir (NUGENT, 2005). Özellikle DN nın kolondaki fermantasyonu sonucunda oluşan ürünlerin miktarları diyet lifinden elde edilen miktarlardan farklılık göstermektedir. DN dan elde edilen temel bileşen bütirat olup (toplam kısa zincirli yağ asitlerinin % u), bu bileşen metabolize edildiğinde 14

21 sağladığı az miktarda enerji ile kolondaki epitel hücrelerin zararlı hücrelere dönüşümünü engellemekte ve önlemektedir (WALTER ve ark., 2005). Prebiyotikler, sindirilemeyen ve böylece bakterilerin kolondaki aktivitelerini ve/veya büyümelerini düzenleyen gıda bileşenleridir. DN da fonksiyonel bir prebiyotikdir. İnsan ve hayvan çalışmaları, yüksek DN içerikli diyetlerin fekal ve kalın bağırsaktaki kısa zincirli yağ asitleri profilinde artış sağladığını göstermiştir. Bunun DN yi substrat olarak kullanan mikrobiyal populasyondaki artıştan kaynaklandığı düşünülmektedir. Aynı zamanda DN nin diğer prebiyotiklerden farklı etki gösterdiği, DN ve fruktooligosakkaritler bir arada verildiğinde bu iki bileşenin ayrı ayrı verildiğindekinden daha yüksek düzeyde fekal bakteri sayısı artışı sağladığı belirlenmiştir (NUGENT, 2005; TOPPING ve ark., 2003). Güney Pasifik in Polinezya halkında kalınbağırsak kanserinin görülme oranının düşük olmasında gölevezin temel gıda olarak tüketilmesini etkili olduğu bildirilmiştir (SMITH ve ark., 1985). WRONKOWSKA ve ark. (2006) tarafından yapılan bir çalışmada doğal buğday, patates ve bezelye ile bunların DN içeren modifiye formlarının prebiyotik özellikleri in vitro ve in vivo koşullarda farklı Bifidobakter suşları (B. Pseudolongum KSI9, B. Breve KN14 and B. Animalis KS20a1) kullanılarak incelenmiştir. Çalışmanın sonucuna göre suşların gelişim ve asitlendirme özelliğinin doğal nişasta formları ile karşılaştırıldığında modifiye nişasta örneklerinde daha yüksek olduğu görülmüştür Dirençli nişastanın (DN) fonksiyonel özellikleri DN, olumlu fizyolojik özelliklerinin yanı sıra küçük partikül boyutlu, beyaz görünüşlü, aromasız, düşük su tutma kapasiteli bir bileşendir. Aynı zamanda su tutarak şişmesi, viskozite artışı sağlaması ve jel oluşturma gibi kimyasal özellikleri onun birçok gıda ürününde fonksiyonel bileşen olarak kullanılmasına olanak sağlamaktadır. Klasik olarak ekmek yapımında ilave edilen diyet lifinin yol açtığı koyu renk, düşük ekmek hacmi, zayıf ağız hissi ve aromanın maskelenmesi gibi olumsuz etkilerin tersine DN kullanımı, işleme sırasında işlem kolaylığı sağlarken gevreklik, hacim ve dokunun iyileştirilmesi konusunda başarılı etkiler yaratmaktadır (SAJILATA ve ark., 2006; BAIXAULI ve ark., 2008). DN, özellikle fırın ürünlerinde doku modifikasyonu amacıyla kullanılmaktadır. Diğer fonksiyonel özellikleri ile birlikte işleme sırasında yüksek sıcaklık uygulanan ürünlerde gevrekliği arttırıcı olarak kullanılabilmektedir. DN aynı zamanda ekstrüde tahıllar ve snack gıdalarda kabarmayı iyileştirmektedir. Diğer çözünemeyen lifler ile karşılaştırıldığında daha az ağız hissi oluşturmakta ve ürünün aromasını daha az maskelemektedir (SAJILATA ve ark., 2006). 15

22 DN nın endüstriyel uygulamalardaki temel kullanım alanı düşük nem içeren ekmek, kahvaltılık gevrekler gibi fırın ürünleridir. Aynı zamanda snack gıdaların üretiminde de etkin olarak kullanılmaktadır (TAŞ ve EL, 2000; SAJILATA ve ark., 2006; APARACIO-SAGUILAN ve ark., 2007; SANZ ve ark., 2008) Gölevez (Colocasia esculenta L.Schott) Bu çalışmanın konusu olan dirençli nişastanın elde edilmesinde karbonhidrat kaynağı olarak kullanılan gölevez, ülkemizin Akdeniz bölgesinde yetişen, yılanyastığıgiller (Araceae) familyasından geniş yapraklı, tek yıllık bir bitkidir. Daha çok kolakas olarak bilinmekle beraber farklı ülkelerde taro, old cocoyam, eddoe veya dasheen gibi adlar da almaktadır. Bitkisel yapısı incelendiğinde yaprak sapları, toprak altındaki yumru ve yumrucukların tepesindeki helezonların içerisinden çıkmaktadır. Yumruları küre veya silindir şeklindedir ve yumruların etrafını saracak şekilde yumrucuklar içermektedir (ŞEN ve ark., 2001) (Şekil 2.3 ve 2.4). Şekil 2.3. Gölevez bitkisi Şekil 2.4. Gölevez yumruları Gölevez, nişastalı bitkiler sınıfından olup yumru gelişimine göre 2 temel çeşide sahiptir. Bunlardan birisi C.esculenta var. Antiquorum olup bir küçük ana yumru ve etrafında birkaç yumrucuktan oluşmuştur. Diğeri ise C.esculenta var. Esculanta olup bir büyük ana yumru ve birkaç yumrucuktan oluşmaktadır (ŞEN ve ark., 2001). Gölevez yumrusu; Asya, Afrika, Orta Amerika ve Pasifik adalarında yaşayan yaklaşık 500 milyon insanın temel gıda kaynağıdır. Dünyada 43 ülkede yaygın olarak yetiştirilmekte olup toplam yumru üretimi yaklaşık ton dur. Bu üretimin % 60 ı Afrika, % 32 si Asya ve % 8 i Pasifik Adaları ndadır. ABD deki üretimi, Hawaii ve Florida nın güney kesimi ile sınırlıdır. Türkiye de ise Mersin in Anamur ve Bozyazı ilçeleri ile Antalya nın Alanya ve 16

23 Gazipaşa ilçelerinin sahil kesimlerinde patatesten daha çok yetiştirilmekte ve tüketilmektedir. Gölevez, yerel tüketiminin yanı sıra Türkiye den Kıbrıs ve İngiltere ye de ihraç edilmektedir (ŞEN ve ark., 2001). Gölevez, tropikal ve yarı tropikal bir bitki olması nedeniyle sıcaklığın 0 o C nin altına düşmediği bölgelerde, rutubetli topraklar ve ırmak yataklarında yüksek verimlilikle yetiştirilmektedir. Bu nedenlerle Marmara, Ege ve Akdeniz bölgelerinin sahil kesimleri gölevez yetiştiriciliği için uygun iklime sahiptir. Mersin ve Antalya da gölevez yumrusu ve yumrucukları Kasım, Aralık ayı gibi hasat edilmektedir. Yumrunun içerdiği kalsiyum oksalat kristalleri nedeniyle çiğ tüketimi uygun olmayıp pişirilerek tüketilmesi gerekmektedir. İşleme şekli ve yöntemi fazla bilinmediğinden gölevez sadece üretildiği bölgelerde tüketilmektedir (ŞEN ve ark., 2001). Gölevez yumrusu yüksek nişasta içeriğinin yanı sıra diğer tropik yumru bitkiler ile kıyaslandığında daha yüksek oranda protein içermektedir. Beslenme açısından değerlendirildiğinde orta düzeyde enerji, protein ve vitamin, yüksek düzeyde potasyum ve çinko, düşük sodyum içeriğine sahiptir (FAO, 2009). Gölevez yumrusunun bileşimi ile ilgili olarak Amerika Birleşik Devletleri Tarım Bölümü (U.S. Department of Agriculture) tarafından verilen bilgiler Tablo 2.4 de verilmiştir. ŞEN ve ark. (2001) tarafından yapılan bir çalışmada Anamur ve Bozyazı dan toplanan gölevez yumrularının kimyasal bileşimleri incelenmiştir. Anamur ve Bozyazı dan alınan örneklerdeki nişasta miktarlarının sırasıyla kurumaddede % 49.12±0.06 ve % 51.17±0.61 olduğu belirlenmiştir. HUANG ve ark. (2007) tarafından yapılan bir çalışmada ise Tayvan da üretimi yapılan iki farklı gölevez kültürünün (paddy ve upland) besin öğesi bileşimleri incelenmiştir. Bu çalışmada ürünün nişasta içeriğinin % arasında değiştiği gözlenmiştir. ABOUBAKAR ve ark., (2008) tarafından yapılan bir çalışmada 6 farklı gölevez yumrusundan elde edilen unların yapısı incelenmiş ve nişasta verimlerinin % 66,5-86,6 arasında amiloz içeriklerinin ise % 14,7-30,85 arasında değişti saptanmıştır. NJINTANG ve MBOFUNG (2006) tarafından yapılan bir diğer çalışmada ise Achu adı verilen pestil yapımında kullanılan gölevez ununun, işlenmesi sırasındaki ön pişirme ve kurutma sıcaklıklarının ürünün fizikokimyasal özellikleri ve karbonhidrat sindirilirliği üzerine etkileri incelenmiştir. Çalışmanın sonucunda 45 dakika üzerindeki ön pişirme ve 60 o C üzerindeki kurutma sıcaklıklarının karbonhidrat sindirilirliğinde belirgin azalmaya neden olduğu bunun da DN oluşumundan kaynaklanabileceği belirtilmiştir. 17

24 Tablo 2.4.Gölevez yumrusunun besin öğesi bileşimi (USDA, 2010) Besin Öğesi Birim 100 g daki miktar Nem g Enerji kcal 112 Protein g 1.50 Toplam yağ g 0.20 Kül g 1.20 Karbonhidrat g Toplam lif g 4.1 Toplam şeker g 0.40 Mineraller Ca mg 43 Fe mg 0.55 Mg mg 33 P mg 84 K mg 591 Na mg 11 Zn mg 0.23 Cu mg Mn mg Se µg 0.7 Vitaminler C Vitamini, toplam askorbik asit mg 4.5 Tiamin, B 1 mg Riboflavin, B 2 mg Niasin mg Pantotenik asit mg Vitamin B 6 mg Folat, toplam mg 22 A Vitamini IU 76 E Vitamini (alfa-tokoferol) mg 2.38 Beta karoten mg 35 PEREZ ve ark. (2005) nın gölevez bitkisinden izole edilen nişastanın bazı özelliklerini karakterize ettikleri bir çalışmada gölevezin amiloz içeriği % ±0.16 olarak belirlenmiştir. Yine aynı çalışmada gölevezin jelleşme özelliği o C gibi dar bir aralıkta saptanmıştır. MAHMOOD ve ark. (2006) tarafından yapılan bir çalışmada da ham ve işlenmiş farklı kök ve yumrulardaki DN içerikleri incelenmiş ve gölevezin Colocasia antiquorum türünün DN içeriğinin tatlı patates ve patatesten yüksek olduğu bildirilmiştir. 18

25 3. GEREÇ VE YÖNTEM 3.1. GEREÇ Araştırmada kullanılan materyal olan gölevez bitkisinin (Colocasia esculenta L. Schott) yumruları Mersin, Bozyazı Tarım İlçe Müdürlüğü nden sağlanmıştır. Hasat dönemi olan kasım-mart aylarında alınan yumrular, bölüme kargo ile ulaştırılmış ve analizlere kadar + 6 o C deki depoda (% rölatif rutubet) saklanmıştır. Analizlerde kullanılan amiloglukosidaz (AMG 300 L), α-amilaz (Termamyl 120 L), invertaz ve pullulanaz (Promozyme 400 L) enzimleri Novozyme (Danimarka); pankreatik α- amilaz A-3176, pankreatin P-7545, DPPH (2,2 Diphenyl-1-picryl-hydrazyl, D-9132), kateşin hidrat (C-1251), Folin-Ciocalteu fenol reaktifi (F-9252), selüloz (C-6288), kolestiramin (C- 4650), DMSO (154839), amiloz (10130), amilopektin (10118), KOH (P 5958), pepsin (P 7000), I 2 (20,777-2), glikoz (G 5400), guar (G 4129), Sigma-Aldrich (USA); gallik asit (48630) ve ABTS (2,2,-azino-bis-3-ethylbenz-thiazoline-6-sulfonic asit, 11557) Fluka; KI (03124) Riedel, glikoz analiz kiti (K-GLUC) Megazyme (İrlanda); safra asidi analiz kiti (No ve ) Trinity Biotech (İrlanda), dializ tüpü (MWCO: 3500 kda) Spectra/Por (USA) firmalarından satın alınmıştır. Çalışmada, vakumlu etüv (Gallenkamp), UV-Visible spektrofotometre (Varian, Cary 50 Scan, İngiltere), çalkalamalı su banyosu (Memmert, WNB 14, Almanya), santrifüj (Thermo Scientific CL31 R, Almanya), mikrodalga fırın (Vestel Goldmaster, ER-535 MT, Türkiye), homojenizatör (Edmund Bühler, 7400 Tübingen, Almanya), otoklav (NÜVE OT 032, Türkiye) kullanılan başlıca ekipmanlardır. Analizlerde hazırlanan enzim çözeltileri: Enzim çözeltisi 1: 3 g pankreatin (P 7545), 20 ml suda magnetik karıştırma çubuğu yardımıyla 10 dakika karıştırılarak çözülmüş ve karışım 5500 x g de 10 dak. santrifüjlenmiştir. Üstteki bulanık sıvı kısımdan 15 ml alınarak 50 ml lik bir santrifüj tüpüne aktarılmış ve 1,5 ml AMG (300 L) ve 2 ml invertaz (1 g/ 10 ml su) eklenip iyice karıştırılmıştır. Bu çözelti her deneme öncesinde taze olarak hazırlanmıştır. Enzim çözeltisi 2: 1,5 g pankreatik α-amilaz (A-3176), 50 ml 0,1 M Tris-Maleate tamponunda (ph 6,9) magnetik karıştırma çubuğu yardımıyla 10 dakika karıştırılarak çözülmüş ve 750 µl amiloglukosidaz (AMG 300 L) eklendikten sonra karışım 5500 x g de 10 dakika santrifüjlenmiş ve üst faz analizde kullanılmıştır YÖNTEM Şekil 3.1 de sunulan proje çalışma planı ve bu plan dahilinde yapılan analizler 3 tekrar 2 paralel olarak gerçekleştirilmiştir. 19