Karbonhidratlar. Karbonhidratlar. Karbonhidratlar. Monosakkaritler (Basit Şekerler)

Transkript

1 Karbonhidratlar Karbonhidratlar Prof.Dr. Sevinç Yücecan Yakın Doğu Üniversitesi Sağlık Bilimleri Fakültesi Beslenme ve Diyetetik Bölümü Karbonhidratlar bitkilerde fotosentez ile sentezlenirler Yiyeceklerimizde en çok bulunan besin ögesidir (Tahıllar, ekmek, şeker, sebze ve meyveler vb. ) Vücuda enerji sağlayan besin ögelerinden biridir (4 kkal/g) Yetişkinlerin normal diyetlerinde günlük enerjinin % i CH lardan gelir Karbonhidratlar C, H, oluşmuş organik bileşiklerdir Genel formülleri (CH2)n dir C, H, elementlerinin sayısına, birleşme düzenine, insan organizmasının yararlanma durumuna göre çeşitli yapı ve isimde CH lar vardır Üç grupta toplanır 1- Şekerler 2- ligosakkaritler 3- Polisakkaritler Diyet Karbonhidratlarının Sınıflandırılması (FA/WH) Sınıf (Polimerizasyon Derecesi) Şekerler (1-2) ligosakkaritler (3-9) Polisakkaritler (>9) > Alt gruplar Monosakkaritler Disakkaritler Polyoller Maltooligosakkaritler Diğer oligosakkaritler Nişasta Nişasta olmayan polisakkaritler Bileşikler Glukoz, Galaktoz, Fruktoz Sukroz, Laktoz, Trehaloz Sorbitol, Mannitol Maltodekstrin Rafinoz, Staçiyoz Fukto-oligosakkaritler Amiloz, Amilopektin, Modifiye nişastalar Selüloz, Hemiselüloz, Monosakkaritler (Basit Şekerler) 1. Glikoz 2. Fruktoz 3. Galaktoz 4. Mannoz 1

2 Monosakkaritler Hidrolizle daha küçük parçalara ayrılmayan moleküllerdir Doğada en çok bulunanların yapısında 6 karbon (heksoz) vardır Aldehitler aldozlar Polihidroksi Monosakkaritler Ketonlar ketozlar Karbon sayıları 3=trioz 4=tetroz 5=pentoz 6=heksoz Glikoz: Dekstroz: Üzüm Şekeri Doğada en yaygın olarak bulunan bir monosakkarittir Üzüm, üzümden yapılan yiyecek ve içecekler ile bal da bulunur Kompleks CH ların bileşiminde en çok bulunan monosakkarittir Glikoz: Dekstroz: Üzüm Şekeri Suda, alkolde erir rta derecede tatlıdır Polarize ışık düzlemini kuvvetle sağa çevirir. (Polarize ışık: tek bir düzlem üzerinde dalgalanan ışık) 2

3 Fruktoz: Levüloz: Meyve Şekeri Serbest halde meyvelerde (pekmez, üzüm, dut gibi) ve balda bulunur Elma ve armutta glikoz dan daha fazla bulunur Üzüm ve çilekte glikoz + fruktoz miktarı eşittir Balda % 50 kadardır Ticari olarak inülinin hidrolizi ile elde edilir Fruktoz: Levüloz: Meyve Şekeri Glukoza kıyasla daha yavaş fermente olur Suda daha çok erir Daha çok kristalleşir Çok tatlıdır Sıcak absolü alkolde erir Polarize ışık düzlemini sola çevirir Fruktoz: Levüloz: Meyve Şekeri 1 2 C 3 H C H 4 H C 5 H C 6 D-fructose CH 2 H H H H Galaktoz Genellikle serbest halde bulunmaz, oligosakkaritlerin ve polisakkaritlerin yapısında bulunur Rafinoz ve gamların hidrolizi ile elde edilebilir Glikoz kadar tatlı değildir ve glikoz kadar suda erimez Baklagillerin, saflaştırılmamış pektin ve agarın yapısında bulunur Beyin ve sinir hücrelerinde bulunan galaktolipitlerin yapı taşıdır 1 CH 2 H C 3 H C H 4 H C H 5 H C 6 Galaktoz H H H H H H -D-galactose 3

4 Mannoz Mannoz Doğada genelde polimerik mannan halinde bulunur Suda, alkolde erir Az miktarda glikoproteinlerin yapısında bulunur Çok fazla miktarda serbest halde bulunmaz HC HCH HCH HC HC 1. Tatlıdırlar. Bu özellik Hidroksil () gruplarından ileri gelir Tatlılık Dereceleri: Monosakkaritler Fruktoz 173 Glikoz 74 Galaktoz 32 Disakkaritler Sukroz 100 Maltoz 32 Laktoz Redüktör (indirgeyici) cisimlerdir Aktif aldehit veya keton grubu Alkali ortamda Cu, Hg, Fe, Ag ü indirgerler Fehling Deneyi: Fehling A: CuS 4, H 2 S 4 Fehling B: Na, Na-K tartarat Fehling A ve B karıştırılır Cu() 2 Çökmez 4

5 Fehling reaktifi ve Benedict reaktifleri, indirgeyici şekerlerin tanınmasında kullanılırlar RCH + 2Cu 2+ RC + Cu 2 (kırmızı-turuncu) 27 sazon oluştururlar Aktif aldehit ve aktif keton grupları içeren tüm şekerler glukosazon, laktosazon, mannosazon oluştururlar Her şekerin osazonunun erime noktası kendini oluşturan şekerin erime noktasından çok daha fazladır Glukosazon sıcak suda az erir Diğer şekerlerin osazonları sıcak suda erir ve bu nedenle soğukta kristalize olur Glukoz Mannoz Fruktoz Glukosazon mik.altında Ekin demetleri Laktosazon At kestanesi (sarı) sıcakta oluşur aynı osazonu verirler İlk iki C'ları fenilhidrazinle bağlanır soğukta oluşur HC= + H 2 N-NH-C 6 H 5 - H 2 HC HC H HC HC Aldoz + Fenilhidrazin HC= N-NH-C 6 H 5 HC HC H HC HC Fenilhidrazon 5

6 HC= N-NH-C 6 H 5 HC= N-NH-C 6 H 5 - NH 3 HC- - H + H 2 N C= HCH HC HC NH C 6 H 5 - C 6 H 5 NH 2 Anilin HCH HC HC HC = N-NH-C 6 H 5 C = + H 2 N-NH-C 6 H 5 R - H 2 HC = N-NH-C 6 H 5 C = N-NH-C 6 H 5 R sazon 4. Fermentasyona uğrarlar D-glukoz D-fruktoz D-mannoz Sakkaroz Maltoz Galaktoz bira mayası ile doğrudan doğruya fermente olurlar hidroliz edildikten sonra fermente olur çok yavaş fermente olur 5. Asitlerin etkisi Seyreltik asitler etki etmez, yüksek konsantrasyondaki asitlerle monosakkaritler dehidrasyona uğrar ve furan türevleri oluşur Hidroksimetilfurfural meydana getirirler Pentoz Laktoz fermente olmaz 6

7 Heksozlar uzun süre ısıtılınca Levülinik asit oluşur HC= HC HCH -3H 2 HC= C HC HC HC HC C 5- Metil Furfural 6. Ba()2 ve Ca()2 gibi zayıf alkalilerle birbirine dönüşebilirler C H C H H C H C D-fructose H CH C H C H H C H C enediol CH H C H C H H C H C D-glucose 8. Aldehit grubu okside olursa Aldonik Asitler 7. Kuvvetli alkalilerle trioz bileşikleri oluştururlar C HC C HC C HCH HCH HCH HCH HC HCH HC HC HC HC D-Glikonic Asit D-Galaktonik Asit D-Mannonic Asit 9. Alkol grubu okside olursa Üronik Asitler HC= HC= HC HC HCH HCH HC HCH HC HC 10. Enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonları Esmerleşme reaksiyonu; serbest amino asit, peptit veya proteinlerin yapısında bulunan serbest amino grubu ile indirgen şekerler arasındaki reaksiyonla başlayıp esmer renkli azotlu polimerlerin (melanoidinler) oluşması ile tamamlanır C D-Glikonüronik Asit C D-Galaktoüronik Asit 7

8 10. Enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonları Glikozamin Karamelizasyon N'lu bileşikler ortamda yoktur Susuz ortamda ısıtıldığı zaman oluşur Disakkaritler 1. Sukroz 2. Laktoz 3. Maltoz Sugar cane Sukroz: Sakkaroz: Kamış Şekeri Bazik koşullara dayanıklıdır ancak asidik koşullarda çok stabil değildir, seyreltik asitlerle bile kolayca hidroliz olur Çok tatlıdır Suda, alkolde erir Sugar beet Polarize ışık düzlemini sağa çevirir İndirgen şeker değildir 8

9 Glikozid Bağı Sukroz α- D-Glukoz β (1-2) D- Fruktoz Laktoz Sütte serbest halde ve az miktarda da daha büyük oligosakkaritlerin yapısında bulunur İndirgen bir şekerdir Suda az erir Tatlılık derecesi sakkarozun %40 ı kadardır Polarize ışığı sağa çevirir Asit veya laktaz enzimi etkisi ile hidrolize uğrar Peynir suyundan elde edilir Laktoz 9

10 Laktoz D-Galaktoz β (1-4) D-Glukoz Laktoz H H H H H H 1 H 4 H H H H -D-galaktoz -D-glikoz Maltoz Nişastanın hidrolizi ile oluşur Serbest aldozların girdiği tüm reaksiyonlara girebilir Suda çok, alkolde az erir ldukça tatlı şekerdir Polarize ışığı sağa çevirir Serbest aldehit grubu Fehling çözeltisi gibi oksidan maddelerle reaksiyon verebilir ve serbest aldozların girdiği tüm reaksiyonlara girebilir Maltoz 10

11 D-Glukoz α (1-4) D-Glukoz Maltoz Polisakkaritler Polisakkaritlerin Hücrelerde Depolanması Nişasta Molekülleri 11

12 Buğday Nişastası Mısır Nişastası Patates Nişastası Patates nişastası Nişasta granülleri büyüyen halkalı bir yapı gösterir. Zarar görmüş patates nişastası granül yapısı 12

13 Nişasta α-d glukoz birimlerinden oluşur Bir değişikliğe uğramaksızın hiç bir çözücüde çözünmez Alkol, eter, soğuk su etkisizdir Maya ile fermente olmaz Su çekicidir (fazla - içerir) Su ile kaynatılacak olursa kolloidal bir Solüsyon Pelte oluşur. Jel ısı o C Amiloz Amiloz, ( 1 4) bağları vasıtasıyla birbirine bağlanmış glukoz ünitelerinin dallanmamış uzun zincirlerinden oluşmuş bir glukoz polimeridir; zincirde birkaç bin glukoz kalıntısı bulunabilir ve bir ucu indirgeyicidir Amiloz 1500 glukoz ünitesinden oluşur Mol. ağırlığı: Suda erir, saydam bir solusyon oluşturur Mısır ve buğday nişastasının % 28'i, patates nişastasının % 20'si amilozdur Serbest aldehit grubu yoktur Amilopektine kıyasla daha hızlı bir şekilde kristalize olur, sert ve geri dönüşümsüz jel oluşturur 13

14 Amilopektin İyotla koyu mavi bir renk verir Amilopektin, ( 1 4) bağları vasıtasıyla birbirine bağlanmış glukoz ünitelerinin uzun zincirlerinin her glukoz kalıntısında bir dallanması suretiyle oluşmuş bir glukoz polimeridir Amilopektin Dallanma noktalarındaki bağ, ( 1 6) bağıdır ve dolayısıyla molekülde bir indirgeyici uç fakat dal sayısı kadar çok sayıda indirgeyici olmayan uç vardır Mol. Ağırlığı: Yapısında genelde fosforik asit ve yağ asitleri bulunur İyotla pembe-menekşe renk verir Kristalize olabilmesi için genellikle daha yüksek konsantrasyonlara gereksinim vardır Amilopektinin Yapısı 14

15 Amilopektin Amiloz ve Amilopektinin Özellikleri Özellik Amiloz Amilopektin Moleküler Yapı Çözelti stabilitesi Gel yapısı İyot rengi ß-amilaz ile parçalanma Polimerizasyon derecesi Lineer (α-1,4) Stabil değil Sert,geri dönüşümsüz Mavi % Dallanmış (α-1,4; α -1,6) Stabil Yumuşak, geri dönüşümlü Kırmızı-mor % Hidroliz: Nişasta Amilodekstrin Eritrodekstrin mavi mavi kırmızı Akrodekstrin Maltoz Glukoz renksiz renksiz renksiz Nişasta Jeli Nişastaya su eklendiğinde su nişasta granüllerine sızar (%30) Bu durumda granül şişer (hacimde%5 artış) Hacim değişimi ve suyun yapıya adsorbsiyonu geri dönüşümlüdür Yüksek sıcaklıkta ısıtma dönüşümsüz değişikliklere neden olur Nişasta granüllerinin düzenli yapısı bozulur. Bu olaya jelatinizasyon denir Nişasta Jeli Patates nişastası o C Mısır " o C Bu derecelere etki eden etmenler; ph, tuz ve şekerin varlığıdır Tahıl nişastası (mısır, buğday, pirinç) soğutulduğu zaman opak jel oluşur Yumru, kök nişastaları (patates, cassava) soğutulduğu zaman zayıf jel oluşur Modifiye Nişastalar Doğal nişastanın fiziksel, kimyasal veya enzimatik uygulamaların bir veya birkaçının birlikte kullanılması ile elde edilen fakat nişasta özelliklerini tamamen kaybetmeyip, belirli ölçüde koruyan nişasta türevleridir 15

16 a-selulz: β-d- Glukoz polimeridir.bitkilerin odunsu kısmında ve hücre duvarlarında bulunur. Selüloz Selülozun Bitki Hücre Duvarındaki Formu Selüloz Selüloz Nişasta ve Selülozun Kimyasal Yapıları Moleküler büyüklük selülozun kaynağına göre değişir ( ) Sebzelerdeki selüloz daha az liflidir ve hemiselüloz, pektik bileşikler ve proteinlerle birlikte bulunur Suda, sulu asit ve alkalilerde erimez Sindirilemez ( -1,4 bağlarını hidroliz eden enzim olmadığı için) 16

17 Hemiselüloz Sellüloz ve nişasta dışı polisakkarittir Hububat hemiselülozların bileşiminde mevcut olduğu bildirilen şekerler D-ksiloz, L-arabinoz, D- galaktoz, D-glukoz ve D-glukuronik asittir Sulu mineral asitleri ile kaynatılınca hidroliz olurlar ve bu özelliği ile sellülozdan ayrılır Glikojen Maya hücrelerinde, mantarlar, yosunlarda ve midye, istiridye gibi kabuklu deniz hayvanlarında bulunur Tatsız ve renksizdir Sıcak suda erir İyotla koyu kırmızı bir renk oluşturur -1,6-1,4 β-glikjen;α-(1-4)-d-glukoz polimeridir, hayvan karaciğer ve kas dokusunda glukozun depo şeklidir α- (1-6) α- (1-4) c Pektin Bileşimindeki karboksil grupları metil ester formundadır (-CCH 3 ) Pektin α-d-galaktopiranozilüronikasit polimerleridir Ticari pektin genellikle turunçgil kabukları ve elma posasından elde edilir Şeker ve asitlerin varlığında veya kalsiyum iyonlarının varlığında sürülebilir jeller oluşturabilirler 17

18 Pektin Pektin çözeltilerinin asitliği artırılınca yüklü karboksil grupları yüksüz hale gelir Yükünü kaybeden polimer molekülleri uzunluklarının bir bölümü boyunca birbirleri ile etkileşime girebilir Birleşme bölgeleri polimer zincirlerini üç boyutlu bir ağ yapıya dönüştürür Bu yapı sulu çözeltileri bünyesinde tutar Ağ yapıyı yüksek şeker konsantrasyonu destekler Böylece zincirler daha az çözünür hale geçer ve birbiriyle interaksiyona girerek birleşme noktalarını oluştururlar Jel oluşumu için; Pektin Pektin % Sakkaroz % ph % olmalıdır Hücre duvarlarında bulunur Suda çözünmez Hidrolizi ile; Pektin veya pektinik asit oluşur Protopektin Pektinik asit Bazı karboksil grupları metil grupları ile esterleşmiş poligalakturonik asitlerdir Pektik asit Hiçbir karboksil grubu esterleşmemiş kolloidal poligalakturonik asitler Retrogradasyon Retrogradasyon, sıcak çözünür nişastanın soğutulduğunda jel haline dönüşmesi, zamanla jel yapısındaki nişastanın çözünürlüğünün azalması ve kısmen kristalizasyonu olayıdır Nişasta bileşenlerinden amilozun retrogradasyonu amilopektine göre daha hızlıdır ve pişirmeden sonra ürün soğutulduğunda tamamlanır Ancak amilopektin daha yavaş hızla retrograde olduğu için ürün soğutulduktan sonra da retrogradasyona devam eder ve bu nedenle bayatlamanın ana etkeni olarak görülür 18

19 Nişasta Jeli Patates Nişastası Isıtmanın sürdürülmesi ile nişasta granülleri çözünür Çözünen nişasta çözeltiye geçer Çözünür nişasta (amiloz) ve nişasta parçalarının suyu bağlamaları viskositenin artmasına neden olur Nişasta çözündükçe peltemsi bir yapı oluşur Sürenin nişastanın çözünürlüğü üzerine etkisi azdır Yüksek viskositeli sıvı soğutulduğunda jel oluşur Modifiye Nişastalar 1. Asitle inceltilmiş (düşük viskoziteli) nişastalar 2. Çapraz bağlı modifiye nişastalar 3. kside nişastalar 4. Prejelatinize nişastalar 5. Stabilize nişastalar 19

20 20