GIDA MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ. Ders-3

Transkript

1 GIDA MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ Ders-3

2 Konular Gıda sanayi Gıda maddelerinin bileşimi ve özellikleri

3 GIDA SANAYİ Tarımsal hammaddeye değişik hazırlama, işleme, muhafaza, ambalajlama teknikleri uygulayarak daha dayanıklı ve daha tüketilebilir hale getiren sanayidir. Halkın yeterli ve dengeli beslenmesi için gerekli gıda talebini karşılar Tarımsal hammaddeye önemli ölçüde katma değer sağlar İhracat ile ülkeye önemli ölçüde döviz ve istihdam sağlar

4 Gıdaları niçin işleriz? Tarımsal hammaddelerin muhafaza süresi son derece kısıtlıdır. Genellikle mevsimlik olduğu için tamamının taze olarak tüketilmesi mümkün değildir. Ayrıca birçok tarımsal hammadde doğal halde gıda olarak tüketilmeye uygun değildir. Doğal ve taze olarak tüketilmeye uygun olmayan hammadde gıda sanayi tarafından uygun yöntemlerle işlenir, muhafaza edilir ve müşteriye sunulur.

5 Niçin gıda tüketiriz? Yapılan bilimsel araştırmalara göre yeterli ve dengeli beslenme için 8 aminoasit 1 yağ asidi 14 vitamin 22 mineral madde olmak üzere 45 temel bileşiğin insan vücuduna alınması (zorunlu) gerekir. Bilindiği gibi bu bileşiklerin ana kaynağı gıda maddeleridir.

6 Ancak bütün gıda maddeleri bu komponentleriaynı veya yeterli oranda içermez. Ayrıca bazı gıda maddeleri doğal olarak mevsime ve yöreye bağlı üretilmektedirler. Gıda sanayi mevsime ve yöreye bağlı bu kısıtlılığı tarımsal hammaddenin uygun teknolojide işlenmesi ve muhafaza edilmesi ile ortadan kaldırır.

7 Türkiye de gıda sanayi Türkiye de İmalat (üretim) sanayi başlığı altında 21 sanayi kolunda 500 çeşit ürün üretilmektedir. Gıda sanayinin toplam imalat sanayi içindeki toplam payı % 25 tir. Ayrıca gıda sanayi imalat sanayindeki istihdamın %15 ini; katma değerinde %13 ünü oluşturmaktadır.

8 Türkiye de gıda sanayi Gıda sanayi tarımsal hammaddelerin bir veya birden fazla işleme tabi tutularak elde edilen ürünleri içine alır. uluslar arası standart sınıflandırmaya göre Gıda Sanayi 8 alt sektöre ayrılır. 1) Mezbaha (et) ürünleri 2) Süt ve süt ürünleri 3) Su ve su ürünleri 4) Tahıl ve nişasta ürünleri 5) Meyve sebze işleme 6) Bitkisel yağ 7) Şeker ve şeker ürünleri 8) Diğer ürünler

9 Türkiye de gıda sanayi Türkiye de başta makarna olmak üzere un ve unlu mamuller, dondurulmuş meyve sebze, domates salçası, konserveler, çekirdeksiz kuru üzüm, kuru kayısı gibi geleneksel gıda ürünlerinin üretimi hızla artmaktadır. Ayrıca bu ürünler dünyanın birçok ülkesine ihraç edilmektedir. Zeytinyağı, sofralık zeytin, fındık, şeker, şekerli ürünler, lokum, helva üretimi bakımından ülkemiz Dünya da haklı bir üne sahiptir ve bu ürünler birçok ülkeye ihraç edilir.

10 Türkiye de gıda sanayi Ülkemizde 2008 verilerine göre yaklaşık gıda sanayi kuruluşu vardır. Bunlara ek olarak adet ekmek fırını olduğu kabul edilmektedir işletmenin 500 adedi çok büyük kapasiteli ileri teknoloji kullanan işletmeler, 3000 kadarı büyük ölçekli kuruluşlardır. Gıda sanayi işletmelerinin çoğu Marmara ve Batı Anadolu da yoğunlaşmıştır. Sektörde tahminen kişi istihdam etmektedir. (Kaynak: DPT 2009)

11 Türkiye de gıda sanayi Gıda işletmelerinin (22000) % 65 ini un ve unlu mamuller % 12 si meyve sebze işleme % 11 i süt ve süt ürünleri % 4 ü hayvansal ve bitkisel yağlar % 3 ü şekerli ürünler % 1 i et ve et ürünleri % 5 i İçecekler (Kaynak: DPT 2009)

12 Türkiye de gıda sanayi 1) un ve unlu mamüller Tahıl ve baklagil unları, irmik, bulgur, makarna ekmek, bisküvi vb. ürünler 2) Meyve sebze işleme Konserve, donmuş ve kurutulmuş meyve-sebze, meyve sebze suyu ve konsantresi, salça, reçel ve marmelat gibi gıda maddelerini içerir. 3) Süt ve süt ürünleri İçme sütü, yoğurt, peynir, süt tozu ve tereyağı gibi gıda maddelerini içerir. 4) Mezbaha ürünleri sanayi Kırmızı et, kümes hayvanları, et mamulleri (sucuk, sosis, pastırma vb.) gıda maddelerini içerir.

13 Türkiye de gıda sanayi 5) Bitkisel yağ ve ürünleri Zeytinyağı, rafine sıvı yağlar, margarinler vb 6) Su ürünlerini işleme sanayi Balık, balık unu ve yağı vb 7) Şeker ve şeker ürünleri Şeker, helva, lokum, şekerleme, çikolata, kakaolu ürünler ve çikletler 8) Diğer gıdalar Çay, glikoz, alkol, şarap, bira alkolsüz ürünler

14 Türkiye de gıda sanayi 5) Bitkisel yağ ve ürünleri Zeytinyağı, rafine sıvı yağlar, margarinler vb. 6) Su ürünlerini işleme sanayi Balık, balık unu ve yağı vb. 7) Şeker ve şeker ürünleri Şeker, helva, lokum, şekerleme, çikolata, kakaolu ürünler ve cikletler 8) Diğer gıdalar Çay, glikoz, alkol, şarap, bira, alkolsüz ürünler

15 Gıda sanayinin çeşitli sorunları 1) En önemli sorunu hammadde sorunudur. 2) kurulu kapasite kullanım oranı. Gıda sanayinde büyük ve orta ölçekli işletmelerde kapasite kullanım oranı %70 oranındadır. büyük ve orta ölçekli işletmelerin dışındaki küçük işletmelerde kapasite kullanım oranı çok düşüktür. Kapasite kullanım oranının düşük olmasının sebepleri hammadde yetersizliği teknik bilgi eksikliği sermaye eksikliği teknoloji sırasında karşılaşılan sorunlar

16 Gıda sanayinin çeşitli sorunları 3) Haksız rekabet Haksız rekabet: ticari rekabetin iyi niyet kurallarına aykırı olan aldatıcı davranış veya başka suretle her türlü kötü yönde kullanılmasıdır Gıda sanayindeki haksız rekabetin nedenleri Denetim eksikliği Ceza uygulamasındaki eksiklik Sigortasız eleman çalıştırılması Yasadışı hammadde, katkı maddesi ve koruyucu madde kullanımı Arıtma sistemlerinin yeterli kullanılmaması gibi birçok kurala uymayan gıda işletmesi vardır.

17 GIDA MADDELERİNİN BİLEŞİMİ, ÖZELLİKLERİ VE ÖNEMİ Gıda maddelerinin bileşimi ve özelliklerinin bilinmesi gıda teknolojisinin bütün aşamaları için oldukça önemlidir. Gıdanın; Bozulması Muhafazası İşlenme metodu Üretimi Hazırlanması Beslenme özellikleri Muhafaza şartları Gıdanın bileşimindeki unsurlarla yakından ilişkilidir. Dolayısıyla gıda maddelerinin bileşenlerinin nelerden oluştuğunu bilmek gerekir.

18 Başlıca gıda bileşenleri 1) Su 2) Karbonhidratlar 3) Proteinler 4) Yağlar 5) Vitaminler 6) Mineral maddeler 7) Enzimler, aroma maddeleri ve renk maddeleri

19 Su Gıda maddelerinin değişmez bir bileşiğidir. Her gıda maddesinde farklı oranlarda bulunur Meyve sebzelerde %90-95 oranında Tahıllarda (kuru) % arasında İşlem görmüş et ürünlerinde % 60 oranında bulunur. Su, gıda maddelerinin tekstürel (yapısal) özelliklerini ve depolama stabilitesini önemli ölçüde etkiler

20 Su Su gıda maddelerinde değişik şekillerde bulunabilir: 1) domates sularında olduğu gibi serbest şekilde 2) tereyağlarında olduğu gibi emülsifiye edilmiş su damlacıkları halinde 3) jelatinli tatlılarda olduğu gibi kolloidal jellerde bağlı olarak 4)Katı gıda maddelerinin yüzeyinde adsorbe olarak 5) kimyasal olarak gıdanın içinde bağlanmış halde Absorbsiyon: gıdanın içine nüfus eden Adsorbsiyon: gıdanın yüzeyinde kalan su

21 Karbonhidratlar Karbon (C), hidrojen (H) ve oksijenden (O) oluşan organik bileşiklerdir (glikoz, fruktoz, nişasta, selüloz gibi). İnsan ve hayvanların birinci derecede enerji kaynağı ve tüketim maddesidir. Bitkisel ürünlerde, tohumlarda, köklerde, yumrularda depo maddesi olarak ve hücre yapısında bulunurlar Hayvansal dokularda, kanda ve sütte bulunmaktadır.

22 Karbonhidratlar Yeryüzünde en bol ve ekonomik enerji kaynağı olarak bulunan karbonhidratlar, beslenmede önemli yer tutarlar Birçok gıda endüstrisinde hedef alınan temel maddeler karbonhidratlardır (değirmencilik, ekmekçilik, alkollü içkiler üretimi, şeker sanayi gibi). Karbonhidratlı ürünler gıda sanayinde oldukça önemli bir yere sahiptir

23 Karbonhidratların sınıflandırılması KARBONHİDRATLAR Monosakkaritler Oligosakkaritler Polisakkaritler Triozlar - D-gliseraldehit - Dihidroksiaseton Tetrozlar - Eritroz - Treoz Pentozlar - Riboz - Ksiloz - Arabinoz Heksozlar - Glikoz - Fruktoz - Galaktoz - Mannoz Disakkaritler - Sakkaroz - laktoz - Maltoz - Trehaloz - Selobiyoz Trisakkaritler Tetrasakkaritler Pentozanlar - Ksilan - Araban Glukanlar -Nişasta -Glikojen -Selüloz Homopolisakkaritler Heksozanlar Fruktanlar -İnülin -Levan Heteropolisakkaritler Hemiselülozlar Bitki zamkları Pektik bileşikler Galaktanlar Mannanlar

24 Monosakkaritler Genel formülleri (CH2O)n (n karbon sayısı) Zincirde 1 karbon atomu hariç bütün karbon atomlarında OH grubu vardır OH grubu içermeyen karbon atomunda karbonil grubu bulunmaktadır (C=O) Karbonil grubunun molekülde bulunduğu yere göre aldozlar veya ketozlar olarak isimlendirilirler Aldozlar: C=O grubu molekülün sonunda ise Ketozlar: C=O grubu molekülün sonunda değil ise ketozlar denir Monosakkaritler içerdikleri C atomları sayısına göre Trioz (C 3 H 6 O 3 ) Tetroz (C 4 H 8 O 4 ) Pentoz (C 5 H 10 O 5 ) Heksoz (C 6 H 12 O 6 ) olarak sınıflandırılırlar

25 Monosakkaritler Monosakkaritlerin aldehit veya keton gruplarına reaktif şeker grupları denir. Serbest halde aldehit ve keton grubu bulunduran şekerlere indirgen şekerler denir. Bütün monosakkaritler indirgendir İki veya daha fazla monosakkaritaldehit veya keton grupları ile birleşirse indirgen özelliklerini kaybederler (çünkü serbest halde aldehit veya keton grubu kalmamıştır). Gıda teknolojisi bakımından en önemli monosakkaritler glikoz, fruktoz ve galaktozdur.

26 Monosakkaritler Şekilde görüldüğü gibi molekül ağırlıkları aynı olmasına rağmen O ve OH gruplarının farklı konumlarında bulunmasından dolayı şekerler farklılık gösteriler. Bu farklılıklar şekerlerin çözünmelerinde, tatlılıklarında, mikroorganizmalar ile fermentasyona uğratılmasında ve diğer bazı özelliklerinde de farklılıklara sebep olur.

27 Monosakkaritler Her ne kadar monosakkaritler açık formülle gösterilse de heksoz ve pentozların esas yapıları halka şeklindedir.

28 Önemli monosakkaritler Pentozlar En önemlileri riboz ksiloz ve arabinozdur Riboz DNA, RNA nın yapısında Arabinoz pektik maddelerin yapısında Ksiloz ise bitki zamklarının yapısında bulunur. Riboz

29 Heksozlar Glikoz (Glukoz) Tabiatta en yaygın bulunan monosakkarit 6 C lu D-glikozdur. Birçok karbonhidrat (nişasta, selüloz, glikojen) D-glikozun türevleridir Fermente edilebilir şekerlerdir Glikoz tabiatta serbest halde ve daha çok fruktoz ile birlikte meyvelerde, balda ve bitki özsularında bulunur Ayrıca nişasta, sakkaroz maltoz ve laktozun hidrolizi sonucunda oluşur Vücudun temel şekeridir, kanda % 0,1 oranında bulunur. Vücutta dokular tarafından kullanılır. Üzümde bol bulunduğu için, üzüm şekeri de denir. a-d- Glikoz b-d- Glikoz

30 Heksozlar D-fruktoz Meyvelerde ve balda bulunur. Yerelmasında bulunan inülin oligosakkaritinin hidrolizi sonucunda oluşur. Karaciğer ve bağırsaklar tarafından glikoza çevrilerek kullanılır. Polarize ışığı sola çevirdiğinden levuloz denir.

31 Heksozlar D-Galaktoz ve D-Mannoz Laktozun hidrolizi sonucunda meydana gelen doğada serbest halde bulunmayan şekerdir. Polarize ışığı sağa çevirir. Ancak belirli mikroorganizmalar tarafından fermentasyona uğrarlar D-mannoz Zamkların hidrolizi ile elde edilir Tabiatta serbest halde bulunmaz

32 Oligosakkaritler Glikozidik bağla birbirine bağlanmış 2-10 monosakkaritten oluşan karbonhidratlardır. Monosakkaritler birbirleriyle oksijen köprüsü üzerinden birleşerek oligosakkaritleri oluştururlar. Kendilerini oluşturan monosakkakkarit sayısına göre isimlendirilirler. Disakkarit Trisakkarit Tetrasakkarit

33 Sakkaroz (C 12 H 22 O 11 ) Glikoz ile fruktozdan 1 mol H2O çıkışıyla oluşur. Önemli bir gıda maddesidir, şeker pancarı ve şeker kamışından elde edilir. Sakkaroz asitlerle veya enzimlerle hidroliz edildiğinde eşit miktarda glukoz ve fruktoza ayrılır. C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 = C 12 H 22 O 12 + H 2 O

34 Maltoz ve Laktoz Maltoz: 2 molekül glikozun birleşmesiyle oluşur Maltta (çimlenmiş tahıl) bulunur, tabiatta serbest olarak bulunmaz İndirgen özellik gösterir. Laktoz: Glikoz ve galaktozdan oluşur. Süt şekeri de denir. Sütte % 4,5-5 oranında laktoz bulunur. İndirgen özelliktedir.

35 Şekerlerin genel özellikleri 1) Tatlıdırlar ve genellikle tatlandırıcı olarak kullanılırlar 2) Suda çözünürler ve şurup oluşturabilirler 3) Çözeltilerinden su uzaklaştığı zaman kristal hale gelebilirler (şeker kamışından/pancarından sakkarozun eldesi kristallenme özelliği sayesinde olur 4) Beslenme için önemli enerji kaynağıdırlar 5) Mikroorganizmalar tarafından kolaylıkla fermente edilirler 6) Yüksek konsantrasyonlarda (%50-60) mikroorganizmaların faaliyetini engellediği için koruyucu madde olarak da kullanılır (reçel, marmelat üretimi gibi) 7) Isıtılınca karamelize olurlar ve renkleri değişir 8) Bazıları proteinlerle reaksiyona girerek (esmerleşme reaksiyonu) esmer renkli bileşikler oluşur 9) Şekerleme teknolojisindeki en önemli gelişme glikozun izomerlerine dönüşümü için enzimatik proseslerin son yıllarda gelişmesidir. Fruktoz glikozdan daha tatlıdır.

36 Şekerlerin tatlılık dereceleri Şekerlerin tatlılık dereceleri, Sakkarozun tatlılık derecesi 100 kabul edilerek hesaplanan tatlılık dereceleridir. Sakkaroz: 100 Fruktoz: 174 Glikoz : 75 Maltoz: 40 Laktoz: 20 Ksiloz: 40 Rafinoz: 23

37 Polisakkaritler Çok sayıda monosakkaritve türevlerinin glikozidikbağlarlar bağlanarak oluşturdukları yüksek molekül ağırlıklı organik bileşiklerdir. Polimerin yapısı düz zincirli olabildiği gibi dallanmış şekilde de olabilir Polisakkaritlernişasta ve glikojende olduğu gibi depo maddesi veya selülozda olduğu gibi canlı sistemin yapısını oluşturabilirler. Tatlı değildirler Suda çözünmezler

38 Polisakkaritler Polisakkaritler genellikle iki gruba ayrılırlar. 1) Homopolisakkaritler: tek tip monosakkaritten oluşmuşlardır. A) Pentozanlar (pentozpolisakkaritleri):pentozların polimeridirler Ksilan: ksilozdan oluşmuştur. Mısır koçanı, yulaf kabuğu ve odunda bulunur. Araban: arabinozlardan oluşmuştur. Bitki özsuyunda ve bitkisel zamklarda bulunur

39 Polisakkaritler B) heksozanlar (heksozpolisakkaritler): Heksozların birleşmesinden oluşan polisakkaritlerdir. En önemlileri glikoz ünitelerinden oluşan glukanlardır (nişasta, glikojen selüloz 2) Heteroplisakkaritler: Hidrolize edildiklerinde birden fazla monosakkarit türevi oluşturan polisakkaritlerdir (pektik bileşikler, bitki zamkları)

40 Önemli polisakkaritler Polisakkaritler monosakkaritlerin polimerleri olup tam hidrolize edildiklerinde kendilerini oluşturan monosakkaritlere parçalanırlar. Nişasta: Bir nişasta molekülü α-d-glikoz ünitelerinin α- 1,4 ve α-1,6 bağlarıyla bağlanmasından oluşmuş bir polimerdir.

41 Nişasta Beyaz tatsız bir toz görünümündedir. Bitkilerde bulunan en önemli besin maddesidir. Bitkilerde yaprakta fotosentez sonucu oluşarak kök ve yumrulara taşınır ve orada depolanır. Nişasta fiziksel ve kimyasal özellikleri birbirinden farklı iki polisakkarit biriminden oluşur. A) Amiloz: nişastanın yaklaşık % 20 sini, nişasta taneciğinin de iç kısmını oluşturur. İyotla mavi renk verir. Amiloz D-glikoz moleküllerinin düz zincir şeklinde ve sadece α-1,4 glikozidik bağlarıyla bağlanmasından oluşmuştur. Bir amiloz molekülünde glikoz ünitesi bulunabilir. Heliks şeklinde bükülmüştür dallanma yoktur (veya kısmi dallanma vardır).

42 Nişasta B) Amilopektin: Nişastanın %80 ini ve nişasta taneciğinin iskelet kısmını teşkil eder. İyotla kırmızı menekşe renk verir. Bu polimerde glikoz molekülleri α-1,4 bağlarının yanında α-1,6 bağları ile de bağlanmıştır. Bu bağlanma amilopektinin yapısında dallanmaya neden olur. Amilopektin birkaç bin glikozdan oluşmuştur.

43 Glikojen Hayvansal dokuların depo polisakkaritleridir. Özellikle karaciğerde depo edilir. İskelet kaslarında da % 1-2 oranında bulunur. D-glikoz moleküllerinin polimerleşmesiyle meydana gelmiş dallı bir yapıya sahiptir.

44

45 Selüloz Bitkiler aleminin iskelet maddesidir Tabiatta en çok bulunan yapısal polisakkarittir. Başlıca kaynağı pamuk ve odundur. D-glikoz moleküllerinin β-1,4 bağlarıyla bağlanmasıyla oluşan düz zincirli yapıdadır. Tek mideli hayvanlar ve insanların midesinde β1,4 bağlarını parçalayan enzim bulunmadığından selüloz bu canlılar tarafından sindirilemez.

46 Selüloz Ancak işkembelerinde selülaz enzimi bulunan hayvanlar (ruminantlar) tarafından glikoza kadar parçalanabilirler. Ayrıca selülaz enzimine sahip olan bazı mikroorganizmalar tarafından da parçalanır. Bu yolla gıda ve diğer endüstri alanlarında kullanılabilirler. Suda çözünmez, kağıt, tekstil ve boya sanayinde kullanılan önemli bir polisakkarittir.

47 Diğer polisakkaritler İnülün: Oligosakkarit olarak da adlandırılan inülinin yapıtaşı fruktozdur ve başlıca yerelmasında bulunur. Pektik maddeler: Bütün genç bitkilerin hücre duvarlarında ve hücre aralarında bulunan temel bileşiği poligalaktronikasit olan bir polisakkarittir. Bitkilerde bulunan pektik maddelerin başında pektin gelmektedir.

48 Diğer polisakkaritler Meyve ve sebzelerde yaygın olup hücre duvarlarının içinde ve arasında bulunur. Bitki hücrelerinin bir arada tutulmasını sağlar. Jel oluşturma özelliğinden dolayı şeker, meyveli şekerleme ve jöle yapımında kullanılır. Bitki zamkları: Bazı bitkilerde bulunan polisakkaritler yapışkan özelliklerinden dolayı bitki zamkları olarak adlandırılırlar ve zamk üretiminde kullanılırlar.