Gıda biyokimyası ders notu

Bu ders notu E.Ü. Mühendislik Fakültesi Gıda Mühendisliği Bölümü Öğrencileri için 1
hazırlanmıştır. 2009

ÖNSÖZ
Gıda Biyokimyası ders notu, Gıda Mühendisliği Bölümü öğrencilerinin gıda biyokimyasını anlama,
öğrenme ve öğrendiklerini gıda endüstrisinde uygulayabilme öngörüsü kazanabilmeleri amacıyla
hazırlanmıştır. Günümüzde, Gıda Biyokimyası, gıdanın muhafazası ve işlenmesi sırasında karşılaşılan
problemlerin gıdada gerçekleşen biyokimyasal reaksiyonlar ile ilişkili olduğunun fark edilmesi
nedeniyle önem kazanmıştır. Gıda işleme sırasında uygulanan ısıtma ve dondurma sıcaklıkları, yüksek
tuz konsantrasyonu ve düşük pH gibi parametreler gıdada gerçekleşecek biyokimyasal reaksiyonları ve
dolayısıyla gıdanın kalitesini belirler. Bu nedenle gıda işleme sırasında gerçekleşen reaksiyonları
bilmek ve optimize etmek önemlidir. Gıda biyokimyası bilgisi, daha iyi ve güvenli hammadde ve ürün
elde etmeyi, insan beslenmesine katkıda bulunmayı ve bu gelişmelerin gıda endüstrisinde
uygulanmasını sağlamaktadır.

Tüm öğrencilerimin karanlık bir dünyada bilimin mum ışığıyla aydınlanmalarına katkıda bulunmak
dileğiyle…

Prof. Dr. Sibel Karakaya


GĐRĐŞ

Canlıların yapı taşları cansız moleküllerden oluşmaktadır. Canlılığı belirleyen özellikler aşağıda
belirtilmiştir.

1. Canlı organizmalar komplike ve organize varlıklardır.
Canlılarda bulunan organik bileşikler kompleks ve çok çeşitlidir. En basit ve en küçük
bakteri hücresi bile çok fazla sayıda ve farklı organik molekülleri içerir. E. Coli’nin 5000 farklı
organik bileşiği içerdiği ve bu bileşikler arasında 3000 farklı protein ve 1000 farklı nükleik asit
bulunduğu bilinmektedir.

2. Canlı organizmadaki her bileşen spesifik bir amaç ve fonksiyona sahiptir.
Canlı hücresindeki makromoleküller birçok basit ve küçük molekülün birleşmesiyle oluşur.
Örneğin proteinler birçok amino asidin birleşmesinden oluşmuştur. Ancak amino asitler sadece
proteinlerin yapı taşlarını oluşturmaz aynı zamanda çeşitli hormonların, alkoloidlerin ve
pigmentlerin ön maddesi olma işlevleri vardır. Ayrıca hücrede yapısal bir hiyerarşi vardır. Örneğin
alanin amino asidi sadece 0.7 nm uzunluğundadır. Oysa globular bir protein olan ve 574 amino
asitten oluşan hemoglobin yaklaşık 6 nm çapında bir moleküldür. Buna karşın protein molekülleri
sentezlendikleri ribozoma göre oldukça küçüktür. Ribozom 70 farklı protein ve 4 nükleik asit
iplikçiğinden oluşmuştur. Ribozom, 2.8 x 106 molekül ağırlığında ve yaklaşık 20 nm çapında bir
organeldir. Bir hücrenin yapı taşı olan molekül ve/veya makromoleküller hücre boyutuyla
kıyaslandığında çok küçük olmakla birlikte (alanin amino asidinin hacminin kırmızı kan hücresine
oranı 1:1011 dir) proteinin amino asit dizisindeki bir amino asidin değişmesi sadece proteini değil
hücre yapısını ve hatta canlının yaşamını sürdürebilmesini etkilemektedir.

3. Canlı organizmalar çevrelerindeki enerjiyi alma ve başka formlara dönüştürme
kapasitelerine sahiptir.
Canlı organizmalar enerjiyi tüketmezler, bir formdan diğer bir forma dönüştürerek kullanırlar.

4. Canlı organizmalar kendi benzerlerini yapabilme kapasitesine sahiptirler.

HÜCRE
Canlı organizmanın en küçük birimi hücredir. Farklı hayvan ve bitki dokuları farklı yapı ve
metabolik aktiviteye sahip hücreleri içerir. Hücreler üç grupta incelenir.

1. Prokaryotik hücre
2. Ökaryotik hücre


Şekil 1. Prokaryotik, ökaryotik ve fotosentetik ökaryotik hücre


3. Fotosentetik ökaryotik hücre

Prokaryotik hücre (örnek: E. Coli): Prokaryotik hücreler çok basit ve küçük hücrelerdir. Hücre zarı
bulunur. Hücrede zarla çevrili çekirdek yerine nüklear bir bölge ve bir kromozom bulunur. Ribozom,
depo granülleri ve sitozol içerir.

Ökaryotik hücre (örnek: karaciğer hücresi): Ökaryotik hücre prokaryotik hücrelerden çok daha
kompleks ve çok daha büyüktür. Zarla çevrili bir çekirdek içerir. Mitokondri, golgi cisimciği ve
endoplazmik retikulum gibi zarla çevrili organelleri içerir.
Fotosentetik ökaryotik hücre (örnek: bitki hücresi): Ökaryotik hayvan hücresindeki organel ve
yapıların yanısıra plastidleri ve büyük kofulları içerir. En önemli ayırıcı özellik fotosentezdir. Ayrıca
hücre duvarı bulunur. Hücre duvarı kompleks karbonhidratlardan oluşmuştur. Bu kompleks
karbonhidratların insan beslenmesi açısından önemleri büyüktür. Bunlar: a) Polisakkaritler: başlıca
selülozdan oluşur. Glukoz moleküllerinin düz zincir şeklinde birbirlerine β- 1-4 hidrojen bağlarıyla
bağlanmasından oluşmuştur. b) Pektik bileşikler: Meyve ve sebzelerde hücre duvarının 1/3’ni
oluştururlar. Temel olarak 1-4 bağlarıyla bağlanmış α-D-galakturanik asit moleküllerinden oluşmuştur.
bazı meyvelerde örneğin kirazda ramnogalakturonan formunda bulunur. c) Hemiselüloz: Alkali
çözeltisiyle ekstrakte edilebilen selülozik ve pektik olmayan bileşiklerdir. Başlıca grupları ksilanlar,
mannanlar, glukomananlar, galaktanlar ve arabogalaktandır. d) Lignin: Lignin sekonder hücre
duvarının oluşumu sırasında sentezlenir. Fenil propanoid (C6-C3) ünitelerinin polimerleşmesiyle
oluşmuştur. Hücre duvarının mekanik dayanıklılığını sağlar.

Şekil 2. Selüloz


KARBONHĐDRATLAR

SINIFLANDIRILMASI VE ÖZELLĐKLERĐ

1. BASĐT KARBONHĐDRATLAR

Fruktoz Glukoz Galaktoz

Sakkaroz Maltoz Laktoz

2. KOMPLEKS KARBONHĐDRATLAR

Glukoz

β-1,4
α-1,6

Glikojen

Nişasta α-1,4
Selüloz


Monosakkaritler

Glukoz: Doğada en fazla bulunan monosakkarit olmasına rağmen monosakkarit olarak tüketimi
nadirdir. Nişasta, selüloz ve yenebilen tüm disakkaritlerin yapısında yer alır. Glukoz hem monomer
formunda hem de sakkaroz olarak meyve ve sebzelerin kurumaddesinin önemli bir kısmını oluşturur.

Fruktoz: Meyve şekeri olarak ta bilinir. Monosakkaritler içerisinde tatlılığı en yüksek olanıdır. Kristal
formunda sakarozun yaklaşık iki katı kadar tatlıdır. Ancak çözündüğünde büyük olasılıkla oluşan yeni
konfigürasyonları nedeniyle tatlılığı hızla azalır. Birçok meyve %1-7 civarında fruktoz içerir.
Meyvelerde kurumaddenin % 3 kadarını balda ise % 40’nı oluşturur.

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

Disakkaritler

Sakkaroz: Glukoz ve fruktozdan oluşan bir disakkarittir. Sakkaroz seyreltik asidik ortamda veya
invertaz enziminin varlığında kendisini oluşturan monomerlerine ayrılır. Sakkaroz asidik gıdaların
bileşiminde (örneğin meyve suları) kullanıldığında birkaç saat içinde inversiyon nedeniyle
monomerlerine parçalanır.

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

Maltoz: Malt şekeri olarak ta bilinir. Nişastanın hidrolizi ile oluşur. Doğada nadir olarak bulunmasına
rağmen bir çok gıda ürününe katılır. Çimlenmiş tohumlar diastaz enzimi üretirler. Bu enzim nişastayı
yeni bitkinin kullanımı için maltoza parçalar. Bu nedenle çimlenmiş tahıllar maltoz içerirler. Maltoz
nişastaya göre daha tatlı olduğu için arpa maltı gıda endüstrisinde tatlandırma amaçlı kullanılmaktadır.
Marketlerde satılan ürünlerin çoğu maltoz içermekte ancak “şeker içermez” (sugar free) olarak
pazarlanmaktadır. Oysa maltoz ve sakkaroz aynı enerji değerine sahiptir.

Bal: Sakkaroz ve az miktarda nişasta içerir. Arı invertaz ve amilaz salgıladığı için sakkaroz ve
nişastayı glukoz ve fruktoza parçalar. Fruktozun moleküler konfigürasyonu tatlılığı belirlediği için
kristalizasyon derecesi balın tatlılığını etkilemektedir.

Polisakkaritler

Nişasta: Nişasta glukoz moleküllerinden oluşmuş bir polisakkarittir. Bitkide monosakkaritlerin
polisakkaritlere dönüşümü nişasta sentezi olarak isimlendirilir. Glukoz molekülleri arasındaki bağ
dehidrasyon sentezi ile oluşur. Bir glukoz molekülünden bir hidrojen atomu diğer glukoz
molekülündan bir hidroksil grubunun alınmasıyla molekülde birleşmeyi sağlayacak serbest reaktif
bölgeler oluşmakta ve zincir uzayarak polisakkaritler oluşmaktadır.


Nişasta molekülüne yakın bakış

Amiloz ve amilopektin olmak üzere iki tane nişasta molekülü vardır. Her ikisi de glukoz
moleküllerinden yapılmıştır ancak amiloz düz zincir yapıda amilopektin ise dallanmış yapıdadır.
Amiloz 1000-4400 glukoz molekülünden oluşmuştur. Bu çok uzun bir zincirdir. Bu uzun zincir
buğday tanesinin endosperminde depolanır. Bitkiler nişastayı küçük granüller halinde paketler.
Böylece büyük miktarlarda nişasta, hücre içine giren ve çıkan sıvı dengesini bozmadan depolanabilir.
Bu nedenle nişasta, hızla ulaşabilecek enerjiyi bitki hücre dengesini bozmadan depolama kapasitesine
sahiptir.

Şekil 3. Amiloz

Şekil 4. Amilopektin


Neden glukoz nişastaya çevrilir?

Bitkilerde fotosentez ürünleri bir araya getirilerek glukoz elde edilir. Bitkiler glukozu kısa zamanlı
enerji depoları olarak kullanırlar. Fotosentez yapılamayacağı zamanlarda (yağmurlu günler,kuru
günler vs) kullanılmak üzere enerji depolanmak zorundadır. Bu nedenle glukozun bir kısmı nişasta
olarak adlandırılan polisakkarit molekülüne dönüştürülür. Böylece bitki fotosentezde topladığı
enerjinin büyük çoğunluğunu şekerler arasındaki kimyasal bağlarda depolar. Enerji gereksinimi
olduğunda, glukoz moleküllerini bir arada tutan bağlar kırılır ve enerji elde edilir.

Glikojen: Hayvanlarda karbonhidratlar öğünler arasında kan glukoz seviyesini korumak amacıyla
glikojen formunda depolanır. Karbonhidrat yapısında olduğu için glikojen hidrojen bağlarını su
molekülleriyle oluşturur. Absorbe edilmiş olan su glikojenin büyük ve hantal bir molekül olmasına
neden olur. Bu nedenle glikojen molekülü enerji sağlamak amacıyla uzun süre depolanmaya uygun
değildir. 70 kg ağırlığındaki bir erkeğin glikojen deposundan sağlayabileceği enerji süresi yaklaşık 18
saat iken bu süre yağ depoları için 2 aydır. Hesaplamalar, insanların enerji kaynağı olarak sadece
karbonhidratları depolamaları durumunda 30 kg daha fazla vücut ağırlığına sahip olmaları gerektiğini
göstermiştir.

Şekil 5. Glikojen

Sindrilemeyen Karbonhidratlar

Homopolimerler
Selüloz: Selüloz glukoz moleküllerinin β- (1-4) bağlarıyla bağlanmasından oluşmuş bir
homopolimerdir. Bir selüloz molekülündeki glukoz ünitelerinin sayısı 10.000’e kadar çıkabilmektedir.
β bağları çok uzun düz zincir oluşması için uygundur. Bu nedenle selüloz bitkilerde destek molekülü
olarak görev yapar. Uzun selüloz molekülü bir kurdele gibi üst üste katlı haldedir ve düzlemde
hidrojen bağlarıyla bir arada tutulur. Hidrojen bağları komşu moleküldeki hidroksil grupları arasında
oluşur. Zincirler arasındaki bu hidrojen bağları 25 nm çapına kadar ulaşabilen kristal yapıdaki


mikrofibrillerin oluşumunu sağlayacak kadar güçlüdür. Selüloz suda çözünmez ve insan sindirim
enzimleri tarafından sindirilemez. Bir çok bitkide hücre duvarının başlıca bileşenidir (Şekil 6). Selüloz
yüksek su absorplama kapasitesi ve suda çözünürlüğünün düşük olması nedeniyle gıdalarda
hacim sağlamak için kullanılmaktadır.

Heteropolimerler
Katı selüloz mikrofibrillerden oluşmuş bitki hücre duvarı jel benzeri bir matriksin içine gömülü olarak
bulunur. Bu matriks selülozun farklı çözünürlükteki heteropolisakkaritlere modifikasyonu ile
oluşmuştur. Modifikasyonlardan bir tanesi glikozidik bağın değişmesidir. Bu değişime örnek olarak
amilopektin ve selülozun glukoz monomerlerinden oluşması gösterilebilir. Farklılık, selülozun düz ve
uzun zincirden oluşması amilopektinin ise oldukça dallanmış bir yapıda olmasıdır. Matrik
polimerlerinden biri olan β-glukanlar tekrarlanan β (1-4) bağlarının arasında molekülün selüloza göre
daha dallanmış ve dolayısıyla çözünürlüğünün daha fazla olmasına neden olan β (1-3) bağlarını da
içerir.

Şekil 6. Bitki hücre duvarı


Hemiselüloz: Yapısında farklı çözünürlüklere sahip diğer şekerler de bulunan bir glukoz polimeridir.
Baskın olan şeker molekülü (galaktan, manan, arabinoz vb) hemiselüloz molekülünün
isimlendirilmesinde kullanılır. Hemiselüloz suda çözünen ve çözünmeyen formlara sahip bir
moleküldür.

Şekil 7. Hemiselüloz

Yapısında çok sayıda dallanmış ve düz zincir yapıda pentoz ve hekzozlar yer almaktadır. Tahıllarda
suda çözünen hemiselüloz pentozanlar olarak isimlendirilmektedir. Molekül ağırlığı selüloza göre çok
düşüktür.
Suda çözünen pentozanlar tahıllarda az miktarda bulunmakla birlikte su bağlama kapasiteleri ve
viskoziteyi artırıcı özellikleri nedeniyle fonksiyonel öneme sahiplerdir. (1→ 3) ve (1→ 4) bağlı β-
glukanlar buğdayda az miktarda bulunmakla birlikte çavdar ve arpanın hücre duvarının başlıca
bileşenini oluşturmaktadırlar. Yulaf β-glukanı düz zincir yapısındadır. % 70’i 4-O- bağlı beta-D-
glukopironizil, % 30’u ise 3-O- bağlı beta-D-glukopironizil ünitelerinden oluşmuştur. Suda çözünen
ve çözünmeyen hemiselülozlar gıdalarda önemli etkilerin gerçekleşmesini sağlarlar. Sağlık üzerine
olumlu etkilerinin yanı sıra su bağlama kapasiteleri nedeniyle hacim sağlayıcı ajanlar olarak
kullanılırlar. Bazı hemiselüloz moleküllerinde bulunan asidik yapıdaki bileşenler molekülün katyon
bağlama kapasitesini bozarlar. Hemiselüloz kolonda selüloza göre çok daha büyük oranda
sindirilir/fermente edilir.
Pektin ve Gumlar: Pektik bileşikler sıcak suyla ya da hücre duvarında tuz formunda bulunursa
amonyum oksalat veya EDTA ile ekstrakte edilebilen bileşiklerdir. Genel olarak metil esterleri
(pektin) veya serbest formda (pektik asit) olabilen α-D-galakturananlar olarak tanımlanırlar. Ancak
aslında molekül yapısı daha komplekstir.


Çünkü molekülde az miktarda da olsa ramnoz, galaktoz, arabinoz ve ksiloz bulunmaktadır. Ramnoz α-
D-galakturonik asit ünitelerinin ana zincirinde diğer şekerler ise yan zincirde bulunurlar. Molekülün
çözünürlüğünün hemiselüloza göre daha fazla olmasını sağlayan yapısındaki şeker ve şeker
alkolleridir. Jel oluşturan lifler belirli aralıklarla ramnoz molekülü ve yan zincirlerde arabinoz ve
galaktoz bulunan galakturonik asit iskeletinden oluşmuştur. Pektin stabil jel oluşturma özelliği
nedeniyle reçeller, jöleler gibi bir çok gıdada bulunur. Tamamen esterfiye pektinlerin jel oluşturmak
için asit veya elektrolite gereksinimleri yoktur. Kalsiyum tuzlarının varlığı jelleşme kapasitesini
artırmakta ve şeker konsantrasyonu ile pH’nın jel oluşumu üzerine etkisinin azalmasını sağlamaktadır.
Gumlar ve musilajların (hidrokolloidler) yapısı pektin ile benzer olmakla birlikte galaktoz üniteleri,
diğer şekerler ve polisakkaritlerle birleşmiş haldedir. Deniz yosunundan, bitkilerden, tohumlardan ve
mikrobiyal kaynaklardan elde edilirler.

Sindirilemeyen Oligosakkaritler (Dirençli Oligosakkaritler): Sindirilemeyen oligosakkaritler,
sindirim enzimlerine dirençli olan ve bu nedenle insan vücudunda sindirilemeyen karbonhidratlardır.
Sindirim enzimlerine direnç moleküldeki ozidik (osidic) bağlardan kaynaklanmaktadır (Şekil 8).

CH2OH CH2OH
O O
OH

CH2OH O CH2OH OH
O
O O
OH OH
OH 1:2 bağı OH 1:3 bağı

Şekil 8. Ozidik bağlar

Bu bağlar hem linear hem de dallanmış yapıda olabilir. Polimerizasyon derecesi 3-10 arasında değişen
sindirilemeyen oligosakkaritler sebzelerde, meyvelerde ve tahıllarda doğal olarak bulunur. Ayrıca
monosakkaritler ve disakkaritlerden enzimatik veya kimyasal olarak sentezlenebililer.
Polisakkaritlerden ise enzimatik hidroliz ile elde edilebilirler. Sindirilemeyen oligosakkaritler
kolondaki anaerobik bakteriler tarafından daha küçük oligomerlerine hidrolizlenirler. Bu fermentasyon
sonunda bakterilerin çoğalması için enerji, gaz (H2, CO2, CH4) ve asetat, propiyonat, bütirat, L-laktat
gibi kısa zincirli karbosiklik asitler (KZKA) üretilir. Kısa zincirli karbosiklik asitlerin izlediği
metabolik yol konusunda anlaşmazlık olmakla birlikte % 90-95’nin barsak hücre duvarından emildiği
düşünülmektedir. Bütirat hariç diğer KZKA portal dolaşımla karaciğere gelir. Ancak asetatın % 25-
50’si hepatik metabolizmadan kurtularak sistemik dolaşımla perifer dokulara başlıca kaslara ulaşır.
Son yıllarda yapılan çalışmalar ise KZKA moleküllerinin bir kısmının anahtar metabolik yollarda


düzenleyici olarak görev yaptığını göstermiştir. Tablo 1’de oligosakkaritler görülmektedir. Đnülin
(Şekil 9) ve inülinin hidroliz ürünü oligofruktoz (fruktanlar) gıdalarda doğal olarak bulunabilen
oligosakkaritlerdir. . Đnulin ve fruktanlar başlangıç olarak glukoz molekülü içeren fruktoz
polimerleridir. Oligofruktoz inulinin bir alt grubudur. 10 taneden daha az fruktoz molekülü içerir. FOS
gastrointestinal bölgenin üst kısmında sindirilebilmektedir. Sindirilirlikleri oldukça düşük olduğu için
1- 1.5 kkal/g enerji verirler. Soğan, hindiba ve enginar diyetteki fruktanların en önemli kaynaklarıdır.
Oysa galaktooligosakkaritler veya neosugar gibi diğerleri sentetik ürünlerdir. Bunlar sakaroz, laktoz
gibi disakkartilerin enzimatik ve/veya kimyasal modifikasyonu ile elde edilirler. Polidekstroz sorbitol
ve glukozdan sitrik asit gibi bir organik asidin katalizör etkisiyle sentezlenirler. Dirençli dekstrinler,
patates veya mısır nişatasının alkali pH’da ısı varlığında enzimatik işlemle elde edilirler.

Birçok Avrupa ülkesinde hindibadan (chicory) elde edilen fruktooligosakkaritler gıda bileşenleri
olarak kabul edilmektedir. Japon otoriteleri ise trans-galaktooligosakkaritleri,
isomaltooligosakkaritleri, soya oligosakkaritleri ve ksilooligosakkaritleri fonksiyonel gıda olarak
kabul etmektedir

Hindibadan elde edilen fruktooligosakkaritlerin gastrointestinel sistemdeki davranışı
Kolonda anaerobik bakteriler tarafından fermentasyonu: Hindibadan elde edilen
fruktooligosakkaritlerin kolonda anaerobik bakteriler tarafından polidekstroz, pektin veya fruktoz gibi
diğer substratlara göre daha fazla kullanılabildiği gösterilmiştir. Diğer bakteri populasyonuna göre
(lactobacilli, clostridia, coliform ve gram pozitif cocci) bifidus bakterilerinin çok daha fazla çoğaldığı
saptanmıştır. Bu etkinin bifidobakterilerin β-fruktosidaz salgılamasından kaynaklandığı belirlenmiştir.
Bifidobakterilerin diğer bakterilerin gelişimi üzerine inhibisyon etkisinin yoğun KZKA üretimine
bağlı olarak pH’nın düşmesinden kaynaklandığı düşünülmaktedir. Ancak sadece asitliğin E.coli ve C.
perfringens gelişiminin inhibisyonu için yeterli olmadığı belirtilmektedir. Diğer araştırmalarda
bifidobakterilerin bakterisidal etkili bileşikler ürettiği saptanmıştır.

Şekil 9. Đnulin


Tablo 1. Sindirilemeyen oligosakkaritler
Đsim Kimyasal yapı Ozidik Kaynak Ticari ismi
bağ
Fruktooligosakkaritler (FOS)
Đnülin Glukozil (fruktozil)n β 1→ 2 Bitki Raftiline ®
fruktoz (n= 2→ 20) Fibrulin ®
Oligofruktoz Glukozil (fruktozil)n β 1→ 2 Bitki ve inulinin Raftilose ®
Fruktoz (fruktozil)m enzimatik
fruktoz (n= 1→ 6, m= hidrolizi
2→7)
Neosugar Glukozil (fruktozil)n β 1→ 2 Sakkarozdan Neosugar ®
fruktoz (n= 1→ 3) enzimatik Actilight ®
sentezle
Galaktooligosakkaritler Glukozil (galaktozil)n β 1→ 6 Laktozdan Oligomate ®
(GOS veya TOS) galaktoz (n= 1→ 3) enzimatik
sentezle
Transgalaktooligosakkaritler (Galaktozil)n galaktoz α 1→ 6 Laktozdan Cup-oligo ®
(n=2) enzimatik
sentezle
Đsomaltooligosakkaritler (Glukozil)n glukoz (n= α 1→ 4 Maltozun Đsomalto ®
(IMO) 2 → 7) enzimatik olarak
yeniden
düzenlenmesi
Palatinozlar (Palatinose Condensates, PC)
Polidekstroz Rastgele dallanmış + Glukoz pirolizis- Poli-dekstroz
sitrik asit (n=2→ sitrik asit ®
100?)
Pirodekstrinler Kompleks karışım Mısır veya
patates
nişastasının
pirolizi
Sololigosakkaritler (SOS) Raffikoz + stakiyoz Enzimatik sentez Soya-Oligo
(n= 3 → 4) + piroliz ®
Ksilooligosakkaritler (XOS) (Ksilosil), ksiloz (n= 2 β 1→ Xylooligo®
→ 4)


PROTEĐNLER

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

COO -
+
H3 N C H

CH R grubu
H3 C CH3

Valin

Şekil 10. Valin amino asidi

COOH grubu karboksil grubu, NH2 grubu ise amin grubu olarak isimlendirilir. "R" ise amino asitte
bulunabilecek herhangi bir yan zinciri göstermektedir. R grubunun kimyasal bileşimi bir amino asidi
diğerinden ayırır. Tüm amino asitler bitkide sentezlenebilmesine rağmen zorluk düzeyi çok büyük
değişkenlik göstermektedir. Proteinlerin yapısındaki bağlar kovalent ve kovalent olmayan bağlar
olarak iki grupta incelenebilir. Peptid bağları ve disülfit bağları kovalent bağlardır. Oysa hidrojen
bağları, iyon bağları ve apolar bağlar kovalent olmayan bağlardır.
Peptit bağları: Bir amino asidin karboksil grubu ile amino grubu arasında oluşan C-N bağlarıdır. Bir
C-N tek bağının uzunluğu 1.49 A°, bir C=N bağının uzunluğu 1.27 A° iken peptit bağının uzunluğu
1.32 A° dur. Peptit bağının uzunluğunun C-N bağının uzunluğundan kısa ve C=N bağının
uzunluğundan uzun olması nedeniyle peptit bağı kısmen çift bağ olarak kabul edilmektedir.
Disülfit bağları: Đki sistein kalıntısı arasında sülfidril gruplarının (SH) hidrojen kaybetmesi sonucu
oluşan S-S bağlarıdır (Şekil 11).

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

Şekil 11. Disülfit bağı

Disülfit bağları protein molekülünün şeklinin oluşmasında ve korunmasında önemlidir. Disülfit bağları
bir polipeptit zinciri içerisinde kurulabildiği gibi polipeptit zincirleri arasında da kurulabilir.
Hidrojen bağları: Bir polipeptit zincirinde bir peptit düzleminde bulunan oksijen atomu ile bir başka
peptit bağı veya düzlemindeki azot atomu arasında, aradaki uzaklık yaklaşık 2.7 A° olduğunda
hidrojen köprüsü şeklinde (C=O…H…N) oluşan bağlardır (Şekil 12).


Şekil 12. hidrojen bağı

Đyon bağları: Polipeptit zincirindeki asidk ve bazik amino asitlerin fonksiyonel gruplarının fizyolojik
pH’da tamamen veya kısmen iyonlaşmış halde bulunmaları nedeniyle elektronegatif ve elektropozitif
gruplar arasında oluşan elektrostatik çekim kuvveti ile (COO- ...H3N+) oluşan bağlardır.
Apolar bağlar: Polipeptit zincirindeki amino asitlerin metil grubu, alifatik grup, siklik grup gibi
apolar kısımlarının birbirlerine yeter derecede yakın olmaları halinde geçici polarite göstermeleri
nedeniyle Van der Wals olarak bilinen zayıf çekme kuvveti ile oluşan (CH3…CH3) bağlarıdır. Bu
bağlar gerçek bağ değildir. Elektron paylaşımı yoktur.

Proteinlerin moleküler yapısı

Proteinlerin 4 yapısı vardır.
1. Primer yapı: Amino asitlerin düz bir zincir şeklinde (Şekil 13) birbirine bağlandığı yapıdır.

Şekil 13. Düz zincir yapısı
2. Sekonder yapı: Amino asitlerin yapısındaki “R” gruplarının heliks veya pli şeklinde yapı
oluşturmasıdır.


Proteinlerde gelişigüzel oluşan kangalsı yapı, α-heliks yapı ve β-konformasyonu veya kırmalı
tabaka yapısı olmak üzere üç çeşit sekonder yapı görülmektedir.
Kangalsı yapı: Bu yapıda polipeptit zincirinin R-uçları α-karbonlar etrafında dönüşler yaparlar
(Şekil 14).

Şekil.14. Kangalsı yapı

β-konformasyonu veya kırmalı tabaka yapısı: Bu yapıda molekülün şekli kırmalı tabaka
görünümündedir (Şekil 15).

Şekil 15. Kırmalı tabaka yapı
α-heliks yapı: Polipeptitler olası tüm hidrojen bağlarının oluşumunu sağlayacak şekilde kıvrımları
sağa dönerek bükülür ve heliks yapı oluşur (Şekil 16).

Şekil 16. α-heliks yapı


3. Tersiyer yapı: Sekonder yapıdan sonra proteinin uzayda katlanması veya lifler halinde yeniden
düzenlenmesi ile oluşan globüler veya fibriler yapıdır. Tersiyer yapının oluşmasına primer ve
sekonder yapıyı oluşturan bağların dışında Van der Waals ve iyon bağları da katkı sağlar.
Böylece üç boyutlu konformasyonu tamamlanmış ve yoğunlaşmış protein molekülü meydana
gelir (Şekil 17).

Şekil 17. Tersiyer yapı

4. Kuaterner yapı: Yapı taşı polipeptitlerdir. Polipeptitlerin bir araya toplanmasıyla oluşmuş
kompleks yapıdır (Şekil 18). Her proteinin kuaterner yapısı olmayabilir. Ancak molekül
ağırlığı 100.000’in üzerinde olan proteinler genellikle kuaterner yapıya sahiptir

Şekil 18. Kuaterner yapı

Amino asit sentezi

Bitkilerde proteinlerin yapı taşı olan amino asitler vücut gereksinimine göre sentezlenirler ve daha
sonra sabit bir hızla yıkılırlar. Molekül ağırlığı 135 g olan küçük biyokimyasal moleküllerdir. 20 tane
amino asit vardır ve diğer amino asitler bu amino asitlerden hidroksilasyon (OH- eklenmesi) ve
fosforilasyon (PO4) reaksiyonlarıyla elde edilirler. Bitkilerdeki amino asit sentezinin yaşamsal önemi


vardır. Bitkiler karbonhidrat metabolizmasındaki ara ürünleri amino asit sentezinde kullanırlar. Bu
nedenle bakteriler, küfler, mayalar ve bitkiler tüm amino asitleri kendi kendilerine sentezleyebilme
özellikleri bakımından tektirler.

Protein Sentezi
Đlk aşama çift sarmal DNA yapısındaki nükleotid sıralamasının tek iplikçik formundaki elçi RNA’ya
(mRNA) aktarılmasıdır. Her üç nükleotid bir amino asidi tanımlamaktadır. DNA iplikçiği üzerindeki
sadece bir gende 1200 nükleotid bulunmaktadır. Bu 400 amino asit bulunduğu anlamına gelmektedir.
Đkinci aşamada amino asit aktive eden enzim bir amino asidi transfer RNA molekülüne bağlar. 20 tane
amino asit olduğu için 20 farklı transfer RNA ve 20 farklı amino asit aktive eden enzim
bulunmaktadır. Son aşamada amino asit transfer RNA’ya bağlanır ve protein fabrikası da denilen
ribozomda protein sentezi başlar. mRNA küçük birimleri ribozoma bağlar. mRNA’daki ilk üç
nükleotidle eşleşecek t RNA gelir. Ribozomdaki senezlenecek olan protein molekülüne bu küçük ünite
bağlanır. Bu işlem tüm amino asitler bağlanana kadar devam eder. mRNA' daki son üç nükleotid
kendisine uyan tRNA bulamaz. Bu DUR anlamına gelmektedir. Ribozom mRNA’yı serbest bırakır ve
amino asit zinciri proteini oluşturur. Bu işlemi hızlandırmak için birçok ribozom aynı anda çalışır
(Şekil 19).

Şekil 19. Protein sentezi


LĐPĐTLER

Lipid Terimi, yağlar, sıvı yağlar ve yağ benzeri bileşiklerinin tümüne verilen genel bir isimdir. Ortak
özellikleri eter, alkol ve benzen gibi organik çözücülerde çözünmeleridir. Karbonhidratların tersine
küçük moleküllerdir.
Yağlar, yağ asitlerinin gliserol ile yapmış olduğu esterlerdir. Yağ asitleri zincir uzunluklarına göre:
1. Kısa zincirli (4-6 C)
2. Orta zincirli (8-12 C)
3. Uzun zincirli (> 12 C)
olarak sınıflandırılırlar. Ayrıca yağ asitleri yapılarındaki karbon molekülünün doygunluk dercesine
göre:
1. Doymuş; karbon molekülünün 4 bağı hidrojen ile doyurulmuştur.
2. Tekli doymamış; yağ asidinde bir çift bağ bulunur.
3. Çoklu doymamış; yağ asidinde birden fazla çift bağ bulunur.

Lipitlerin sudaki davranışları
Lipitlerin tanımında suda çözünmedikleri ifadesi yer almaktadır. Ancak lipitler suyun olduğu ortamda
da bulunurlar. Bu nedenle lipitlerin suyun bulunduğu ortamdaki davranışları biyolojide özel bir öneme
sahiptir. Lipitlerin çoğunun amfifilik olduğunu söylemek yanlış olmaz. Amfifilik terimi iki kısımdan
oluşmak (apolar hidrokarbon bölgesi ve polar veya iyonik bölge gibi) anlamını taşır. Amfifilik
moleküller suda çözündüğünde, hidrofobik kısımları (örneğin hidrokarbon zincirleri) kendiliğinden bir
araya toplanma yoluyla çözücüden ayrılır. Ayrılan ürünler misel (bir araya toplanan moleküllerin su
içerisinde dağılmış formu) ve tek tabaka (moleküllerin su-hava yüzeyinde toplanması) şeklinde
olabilir (Şekil 20).

Su

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


Şekil 20’de görüldüğü gibi polar kısım polar yapıdaki su ile temas halindedir. Böylece apolar kısmın
polar yapıdaki su ile teması önlenmiş ve sudan mümkün olduğunca uzakta tutulmuş olur (hidrofobik
özellik). Hidrokarbonlar su ile hidrojen bağı oluşturmaz. Ayrıca su ile kuşatılmış olan hidrokarbon su
molekülleri arasında hidrojen bağlarının oluşumunu kolaylaştırır. Ancak amfifilik lipitler sadece
küçük miktarlarda suda tek tabaka halinde bir araya gelebilirler. Aslında lipitler genellikle Şekil 21’de
görüldüğü gibi çözünür miseller oluştururlar. Bu miseller küre, elips ve silindir şeklinde olabilir.

Su
Su

Su Su

Su
Su
Su

Şekil 21. Küresel misel formu

Bir diğer misel formu iki tabakalı misel formudur. Şekil 22’de bu forma örnek olacak kapalı halka
yapıdaki misel görülmektedir. Bu misel tipi kabarcık (vesicle) olarak ismlendirilir. Kabarcık tipi
miselde ana kavram yapıda hidrokarbon zincirlerinin zıt yönde olduğu iki lipit tabakasının
bulunmasıdır.

Su
Su

Su
Su
Su
Su

Su
Su

Su Su

Şekil 22. Halka şeklindeki misel (kabarcık tipi)


Amfifilik lipitlerden büyük ve küçük olmak üzere iki tip misel oluşur. Her iki from iki karşıt gücün
etkisiyle oluşur. Bunlardan ilki hidrokarbon zincirleri arasındaki çekim kuvveti (van der Waals
kuvveti), diğeri ise polar gruplar arasındaki itme kuvvetidir. Miselin alabileceği en küçük boyutu
hidrofobik etki belirlemektedir. Su-hidrokarbon ara yüzünün eliminasyonu için minumum sayıda
hidrokarbon zinciri birleşmelidir. Miselin alabileceği en büyük boyutu ise polar gruplar arasındaki
itme kuvveti belirler. Eğer her bir polar grup için iki hidrokarbon zinciri varsa apolar hacim, amfifilik
lipitte bir hidrokarbon zinciri olana göre polar grubun iki katı olacaktır. Bir hidrokarbon zinciri olan
amfifilik lipitte oluşan daha büyük itme gücü polar grupların bir araya gelmesini engeller ve böylece
misel boyutu küçük kalır. Amfifilik lipitte iki hidrokarbon zincirinin olması koşulunda ise daha zayıf
olan itme kuvveti ve daha büyük hidrokarbon hacmi daha büyük misel oluşumuna olanak
sağlayacaktır. Bu misellere örnek iki tabakalı (bilayers) ve kabarcık (vezikül) miselleridir.


GIDA ĐŞLEME SIRASINDA MEYDANA GELEN BĐYOKĐMYASAL REAKSĐYONLAR

ESMERLEŞME REAKSĐYONLARI

Esmerleşme reaksiyonları gıdaların işlenmesi ve depolanması sırasında karşılaşılan en önemli
reaksiyonlardan biridir. Bu reaksiyonlar et, balık, meyve ve sebzelerin işlenmesi sırasında oluştuğu
gibi taze meyve sebzelerin mekanik hasara maruz kalması nedeniyle de oluşmaktadır. Esmerleşme
gıdaların lezzet, görünüm ve besleyici değerini etkiler. Bununla birlikte bazı ürünler için esmerleşme,
uygulanan işlemin bir aşamasıdır. Buna örnek olarak kahve, çay, bira, kızarmış ekmek, tost ekmeği
verilebilir. Bu gıdalarda esmerleşme ürünleri gıdanın lezzet ve görünümünü iyileştirmektedir. Bu
reaksiyonların kontrollü oluşumunu sağlamak veya istenmediği durumlarda oluşumunu inhibe etmek
için reaksiyon mekanizmasının anlaşılması gerekmektedir. Esmerleşme reaksiyonları enzimatik ve
enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonları olarak iki şekilde gerçekleşmektedir.

1. Enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonları
Enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonları; 1) karamelizasyon, 2) askorbik asit oksidasyonu
(veya esmerleşmesi), 3) Maillard reaksiyonu olmak üzere üç grupta incelenir.

Karamelizasyon: Karamelizasyon şekerlerin degredasyonudur. Şekerler alkali veya asidik
koşullarda erime noktalarının üzerindeki sıcaklıklara kadar ısıtıldıklarında renkleri kahverengiye
dönüşür. Eğer bu reaksiyon kontrol edilmezse istenmeyen yanmış ve acı ürünler oluşur. Karamel
gıdaları renklendirmede kullanılır. Karamelin kimyasal yapısı çok komplekstir ve hala tam olarak
anlaşılamamıştır.

Askorbik asit oksidasyonu: Turunçgil sularının ve konsantrelerinin esmerleşmesi amino asit ve
şekerler arasında meydana gelen Maillard tipi reaksiyondan kaynaklanmaktadır. Askorbik asit
turunçgil sularının ve konsantrelerinin esmerleşmesinde merkezi bir rol oynamaktadır. Askorbik
asit esmerleşmesi pH ile ilişkilidir. 2.0 - 3.5 aralığının üzerindeki pH değerlerinde pH ile
esmerleşme arasında negatif bir ilişki vardır. pH 4.0’ün altında esmerleşme öncelikle askorbik
asidin furfurale dönüşümünden kaynaklanır. Askorbik asit degredasyonu aerobik ve anaerobik
koşulların her ikisinde de gerçekleşebilir. Ambalajlı meyve suyunda kalan hava miktarı vakum
uygulama gibi yöntemlerle minumumda tutulduğu halde meyve suyunda çözünmüş halde bir
miktar oksijen (% 0.05) bulunur (Şekil 23). Bu oksijen tamamen tüketildikten sonra askorbik
asidin anaerobik degredasyonu başlar, ancak bu reaksiyonun hızı çok düşüktür (aerobik
reaksiyonun 1/10’u kadar). Turunçgil sularının esmerleşmesi sadece askorbik asitten
kaynaklanmaz. Meyve sularının içerdiği amino asitler ve askorbik asit arasında gerçekleşen
Maillard reaksiyonu rengin esmerleşmesinden sorumludur. Meyve sularında pH 4’ün altında


başlıca degredasyon ürünü furfuraldır. Ancak pH 4’ün üzerinde bu mekanizma gerçekleşmez.
Özellikle kurutulmuş sebzelerde pH 4’ün üzerindeki esmerleşme reaksiyonu askorbik asit ile
amino asit arasındaki Maillard reaksiyonundan kaynaklanır. Bu reaksiyon kurutma işleminin son
aşamasında oluşan askorbik asit oksidasyon ürünleri ile amino asit arasındaki reaksiyon nedeniyle
hızlanır.

O O
║ ║
C C COOH
│ │ │
HOC O=C O=C OH
║ O O2 │ O │
HOC O=C O=C
│ │ │ O CHO
HC HC HCOH
│ │ │ HF
HOCH HOCH HOCH
│ │ │
CH2OH CH2OH CH2OH

Askorbik asit Dehidroaskorbik asit Diketogulonik asit

anaerobik

COOH

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

CH2OH CH2OH CH20H

Şekil 23. Askorbik asidin olası degredasyon mekanizması

MAILLARD REAKSĐYONU

Kahverengi pigment ve melanoidin oluşumu ilk kez Fransız kimyacı Louis Maillard (1912) tarafından
glukoz-lizin çözeltisinin ısıtılması sonucunda gözlenmiştir. Bu nedenle bu reaksiyon Maillard
reaksiyonu olarak isimlendirilmiştir. Maillard reaksiyonu gıdalarda bulunan amino grupları ile
karbonil grupları arasındaki tüm reaksiyonları kapsar. Bunlar arasında aminler, amino asitler ve
proteinlerin şekerlerle, aldehitlerle, ketonlarla ve lipit oksidasyon ürünleriyle reaksiyonları sayılabilir.


1. Karbonilamino Reaksiyonu: Maillard reaksiyonunun ilk basamağı amino asitlerin veya
proteinlerin α-amino gruplarıyla indirgen şekerlerin karbonil grupları arasındaki kondensasyon
reaksiyonudur. Bu nedenle ‘’karbonilamino’’ reaksiyonu olarak isimlendirilmiştir. Başlangıç
ürünü eklenen bileşiktir, bu bileşik hızla su kaybederek Schiff bazına daha sonra N-
glukozilamin’e dönüşür. Reaksiyon α-amino asitlerle sınırlı değildir. Protein ve peptitlerde
bulunan diğer amino gruplarıyla da gerçekleşebilir. Bu reaksiyon ortam pH’sı amino asitlerin
izoelektrik noktasının altında olduğunda hızlanır.
2. Amadori yeniden düzenlenmesi: Karbonilamino reaksiyonunun son ürünü N-glukozilamin
stabil değildir ve birçok yeniden düzenlenme reaksiyonlarına girer. Bu değişiklikler sonunda
N-glukozilaminin izomerizasyonla fruktoz-amino aside (1-amino-1-deoksi-2-ketoz) dönüşür.
Aldoz formdan ketoz forma dönüşüm Amadori yeniden düzenlenmesi olarak adlandırılır.
Amadori yeniden düzenlenmesi sonucunda oluşan ürünler nispeten stabildir ve dondurularak
kurutulmuş şeftali ve kayısıdan, soya sosundan ve sütten izole edilmişlerdir. Bu ara ürünlerin
kahverengi renk ve lezzet üzerine etkileri olmamakla birlikte besleyici değerde azalmaya
neden olurlar.

Maillard Reaksiyonu Koşulları
a) pH ve tamponlar: Karbonilamino reaksiyonu asidik ve alkali ortamın her ikisinde de gelişebilir,
ancak proteinlerin, peptitlerin ve amino asitlerin amin gruplarının bazik formda olmasıyla
gerçekleşen alkali koşullarda daha kolaylıkla gelişir. PH’nın artması hekzozların çoğunda zincir
açılmasını ya da indirgen formun oluşumunu sağlar. Bu nedenle yüksek asitli gıdalarda (ör; turşu)
bu reaksiyonlar oluşmaz. Ancak ortamda sakkaroz bulunması durumunda bu genelleme geçerli
değildir. Sakkaroz indirgen bir şeker değildir, bu nedenle Maillard reaksiyonunda reaktant olarak
yer almaz. Ancak ortam asitliğinin yüksek olması sakkarozun inversiyonuna, glikozidik bağın
hidrolizine ve dolayısıyla indirgen monosakkaritlerin açığa çıkmasına neden olur. Glikozidik
bağın hidrolizi düşük pH’da ve yüksek nemde hızlanır. Tamponlar, şeker-amino asit sistemlerinde
reaksiyon iyonik ortamı etkiledikleri için esmerleşme hızının artmasına neden olurlar.

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

c) Nem içeriği: Maillard reaksiyonu çözeltilerde hızla ilerler. Ancak tamamen dehidrasyon ya da
aşırı nem reaksiyonu inhibe eder. Kazein-glukoz sisteminde maksimum amino asit kaybı için
optimum nemin % 65-70 nisbi nem olması gerektiği saptanmıştır. Su aktivitesinin 0.6-0.7
aralığında olması maksimum lizin kaybı ve aşırı esmerleşme ile paralellik göstermiştir.

d) Şekerler: Đndirgen şekerler bu reaksiyonun başlıca bileşenidir. Đndirgen şekerler serbest amino
gruplarıyla reaksiyona girecek karbonil gruplarını sağlarlar. Reaksiyonun başlangıç hızı şeker


halkasının okso ya da indirgen forma açılmasına bağlıdır. Şekerin okso formunun konsantrasyonu
pH’nın artmasıyla artar.

e) Metaller: Amino asitlerle metallerin kompleks oluşturması Maillard reaksiyonunu etkiler. Bakır
ve demir iyonları reaksiyonu katalizlerken, manganez ve kalay reaksiyonu inhibe eder.

Pigment Oluşumu

A. Amadori bileşikleri yoluyla:
1-amino-1-deoksi-1-ketoz türevlerinin kahverengi pigmentlere ve melanoidinlere dönüşümü oldukça
kompleks ve tamamen anlaşılamamış reaksiyonlardır. Üç metabolik yol olduğu düşünülmekte ancak
iki yolun pigment oluşumuyla direk ilişkili olduğu sanılmaktadır. Bunlar Amadori bileşiklerinin enol
formları olan stabil olmayan ara ürünlerdir. Birinci yolda 1-amino-1-deoksi-2-ketoz’un enolizasyonu 2
ve 3 pozisyonunda oluşur ve dönüşümsüz olarak 2,3-enediol oluşur. Bu bileşik daha sonra bir seri
reaksiyonla metil dikarbonil ara ürününe dönüşür. Đkinci yolda C-3 pozisyonundaki hidroksil
grubunun kaybedilmesiyle 1,2-eneaminol oluşur. Bunu C-1 pozisyonunda deaminasyon ve su
eklenmesiyle 3-deoksihekzosuloz oluşumu takip eder. Daha sonraki reaksiyonlar komplekstir ve çok
azı anlaşılmıştır. Bu reaksiyonlar bir seri aldol kondensasyonu ve polimerizasyon reaksiyonlarını
içerir. Son ürünler azot içeren koyu kahve renkli ürünlerdir. Düşük pH’da 1,2-eneaminol yolu
baskınken yüksek pH’da 2,3-enediol yolu baskındır.

B. Alternatif metabolik yollar:
Mekanizması açıklanabilen alternatif yollardan bir tanesi, Amadori yeniden düzenlenmesinden önce
Schiff bazındaki şeker molekülünün parçalanarak kahve renkli glikolaldehit alkilamin veya enaminole
dönüşümüdür. Đkinci bir yol ise Amadori yeniden düzenlenmesi sırasında 2 ve 3 karbonlu şeker
fragmentlerinden kahve renkli glikoaldehit ve metilglioksal oluşumudur. 2 ve 3 karbonlu şeker
fragmentleri glukoz ve fruktoza göre 650-2000 kat daha fazla esmerleşme hızına sahiptir.


Seker + amino asit

Glikozilamino bilesigi

C2 bilesikler
Amadori bilesikleri
C3 bilesikler C2-imin

Ozonlar SERBEST RADIKALLER

Furfural

ESMERLESME

Melanoidin
ESMERLESME

4 5 6 7 8 9 10 11
pH asit nötr alkali

Şekil 24. Reaksiyon pH’sına bağlı olarak melanoidin oluşumu

C. Strecker degredasyonu:

Maillard reaksiyonundaki üçüncü metabolik yol, amino asitlerin α-dikarbonil bileşikleri veya diğer
konjuge dikarbonil bileşikleri varlığında oksidatif parçalanması ile ilişkilidir. Dikarbonil bileşikleri
Amadori bileşiklerinden oluşur. Bu reaksiyon Strecker’in çalışmasıyla tanımlandığı için Strecker
degredasyonu olarak adlandırılır. Strecker degredasyonunun pigment oluşumuyla direkt ilişkisi yoktur
ancak pigment oluşumu için zorunlu olan indirgen bileşikler üretilir. Strecker degredasyonu sırasında
oluşan aldehitler lezzete katkıda bulunurlar (Tablo 2).

Tablo 2. Maillard reaksiyonuyla L-amino asitlerden elde edilen aroma maddeleri ve uçucu bileşikler
Amino asit Uçucu bileşik Aroma
Alanin Asetaldehit Kavrulmuş arpa
Sistein Tiyol H2S Etsi
Valin 2-Metilpropanal
Lösin 3-Metil bütanal Peynirimsi
Lizin Ekmeğimsi
Metionin Metional

Strecker degredasyonuyla oluşan ara ürünlerin kondensasyonuyla pirazinler, pirolinler, okzazoller,
okzazolinler ve tiyazol türevleri gibi bir çok heterosiklik bileşik oluşur.


ENZĐMATĐK OLMAYAN ESMERLEŞME REAKSĐYONUNUN ĐNHĐBĐSYONU
A. SICAKLIK
Sıcaklığın artması ya da ısısal işlem süresinin artması bu reaksiyonların hızını artırır. Đşlem ve
depolama sırasında sıcaklığın düşürülmesi kahve renkli ürünlerin gelişimi için gereken süreyi
uzatacaktır.

B. NEM ĐÇERĐĞĐ
Esmerleşme ürünlerinin oluşumlarının nem içeriğine bağlı olması kontrol için uygun bir yöntem
kullanılmasına olanak sağlar. Katı gıda ürünlerinde dehidrasyon ile nemin azaltılması reaktif
bileşenlerin hareketini kısıtlar. Çözeltilerde ise su aktivitesinin artması reaksiyon hızını azaltır. Bu
koşul sadece reaktantların seyreltilmesini sağlamaz aynı zamanda su Maillard esmerleşme
reaksiyonunda kondensasyon basamağının ilk ürününü temsil eder. Bu nedenle düşük ve yüksek su
aktivitesi koşullarında reaksiyon hızı düşüktür.

C. pH
Maillard reaksiyonu genellikle alkali koşullarda kolaylıkla gerçekleşir. Bu nedenle ortam pH’sını
düşürmek Maillard reaksiyonunu kontrol etmek için kullanılabilecek uygun bir yöntemdir. Bu yöntem
yumurta tozu üretiminde kullanılmaktadır. Kurutma prosesinden önce pH’yı düşürmek için asit eklenir
daha sonra pH sodyum bikarbonat eklenerek tekrar başlangıç değerine getirilir.

D. GAZ KULLANARAK PAKETLEME
Ortamdan oksijeni alarak yerine inert bir gazın konması ve paketlenmesi işlemidir. Bu işlem lipit
oksidasyon ürünlerinin oluşmasını engeller. Böylece lipit oksidasyon ürünlerinin amino asitlerle
reaksiyona girmesi önlenmiş olur. Esmerleşme prosesinde oksijenin ortamdan uzaklaştırılmasının,
başlangıç karbonilamino reaksiyon basamağı dışında tüm reaksiyonları etkilediği düşünülmektedir.

E. BĐYOKĐMYASAL AJANLARIN KULLANIMI
Şeker-amino asit reaksiyonlarında reaktantlardan birinin ortamdan uzaklaştırılması ya da farklı bir
forma dönüştürülmesi biyokimyasal yöntemlerin temelini oluşturmaktadır. Örneğin ticari yumurta akı
üretiminde kurutma işleminden önce glukoz, maya fermentasyonuyla ortamdan uzaklaştırılır. Glukoz
oksidaz ve katalaz gibi enzimler direkt uygulandığında glukoz glukonik aside dönüşür ve amino
asitlerle reaksiyona giremez. Bu enzim uzun yıllar boyunca püskürtmeli kurutma aşamasından önce
glukozun yumurtadan uzaklaştırılmasında kullanılmıştır. Glukoz oksidazın bir faydası da kalıntı
oksijenin ortamdan uzaklaştırılmasını sağlamasıdır. Bu nedenle şişelenen veya konservelenen
ürünlerde tepe boşluğundaki oksijenin uzaklaştırılmasında kullanılır.


F. KĐMYASAL ĐNHĐBĐTÖRLER

Çok sayıda inhibitör üretim ve depolama sırasında esmerleşme ürünlerinin oluşumunu azaltmak
amacıyla kullanılmaktadır. En çok kullanılanlar; kükürt dioksit, sülfit, tiyoller, kalsiyum tuzları,
aspartik ve glutamik asitlerdir.

1. Kükürt dioksit/kükürt kullanımı
Kükürt dioksit Maillard reaksiyonlarını inhibe etme kapasitesi bakımından tektir. Gaz şeklinde
veya sülfit/bisülfit olarak çözelti şeklinde uygulanabilir. Kükürt dioksit sadece kısmen ağartma
sağlama ajanı olarak etki etmez. Reaksiyonun başlangıcında renk oluşumunu inhibe eder.
Mekanizma kükürt dioksit/sülfit’in glukoz ile reaksiyona girerek hidroksi-sülfonat oluşturması ve
ardından kükürt dioksit/sülfit’in açığa çıktığı reaksiyonlarla başka bileşiklere dönüşmesidir.
Böylece glukozun karbonil grubu bloke olmaktadır. Reaksiyon ilerledikçe kükürt dioksit/sülfit
dönüşümsüz olarak bağlanır. Bu reaksiyon esmerleşmedeki ilerlemeyi saptamada kullanılır.
Kükürt dioksit/sülfit’in bağlı formu ile serbest formu saptanarak esmerleşme derecesi belirlenir.
2. Aspartik ve glutamik asitler
Yapılan model çalışmalarında aspartik asit ve glutamik asidin Maillard reaksiyonunu inhibe ettiği
saptanmıştır. Kızartmadan önce aspartik asit ya da glutamik asit çözeltilerine daldırılan
patateslerde kararmanın az olduğu saptanmıştır.


FERMENTASYON
Fermente gıdalar mikroorganizmaların veya enzimlerin etkisiyle üretilen gıdalardır. Geleneksel
fermente gıdaların sayısının 3500’ün üzerinde olduğu düşünülmektedir. Tablo 3’te bu gıdalara ait
örnekler yer almaktadır. Avrupa ve Kuzey Amerika’da yoğurt ve peynir, Afrika’da yam ve cassava
gibi nişastalı gıdalardan elde edilen fermente ürünler, Asya’da soya veya balıktan elde edilen fermente
ürünler sıkılıkla tüketilen fermente gıdalardır. Fermente içecekler ise sadece alkollü içecekleri
kapsamamaktadır. Çay, kahve ve kakao da yaprak veya tanelerin fermentasyonu ile elde edilen
içeceklerdir.
Alkol fermentasyonu: Alkol fermentasyonu çok uzun yıllardır gıdaları muhafaza etmek amacıyla en
fazla kullanılan yöntemdir. Alkol genellikle Kluyveromyces ve Saccharomyces mayaları tarafından
üretilir. Alkol anaerobik glikoliz döngüsü ile üretilir (Şekil 25). Glikoliz bir molekül glukozun iki
molekül prüvata dönüştüğü metabolik prosestir. Şekil 26’da glikolizin kimyasal reaksiyon eşitliği
verilmiştir. Bu eşitliğin basitliği glikolitik metabolik prosesin kompleks doğasını gizlemektedir.
Aslında bu proseste hücrenin sitoplazmasında bulunan 10 enzim görev yapmakta ve 9 adet ara ürün
oluşmaktadır.

Glukoz-6-P
(Anaerobik glikoliz)

OH
C O
C O Pirüvik asit
CH3

Laktik de hidroge naz De karboksilaz

OH
C O Laktik asit
H C O Ase talde hit
H C OH
CH3
CH3
Alkol de hidroge naz
H2 C OH
CH3
ETANO L

Şekil 25. Alkol fermentasyonu

C6 H12 O6 + 2ADP + 2NAD + 2P i 2C3 H4 O3 + 2ATP + 2NADH + 2H + 2H2 O
Glukoz Pirüvat

Şekil 26. Glikolizis

Alkol fermentasyonunda kullanılan hammaddeler

Birçok distile likörün eldesinde, yapısında doğal olarak şeker bulunan hammaddeler kullanılır. Bu
hammaddelerin arasında bal, olgunlaşmış meyveler, şeker pancarı, palm özsuyu, şeker kamışı, süt
veya nişasta içeren gıdalar kullanımaktadır. Bu hammaddelerin bileşimindeki karbonhidratlar
kolaylıkla fermente olabilecek basit şekerlere dönüştürülebilirler. Tablo 3’te çeşitli hammaddeler ve
bunlardan akol fermentasyonuyla elde edilen ürünler gösterilmiştir.

Tablo 3. Alkol fermentasyonunda kullanılan hammaddeler
Hammaddeler Şeker konsantrasyonu (%) Ürün
Palm özsuyu 15 Palm şarabı
Hindistan cevizi 12-17.5 Arrack
Şeker kamışı 35 Rom
Meyveler (üzüm, mango, ananas, 10-20 Şarap ve meyve şarapları
mandalin, muz vb)

Laktik asit fermentasyonu: Gıdaların muhafazasında laktik asit bakterileri önemli rol oynamaktadır.
Laktik asit fermentasyonu genellikle ucuzdur. Dünyada laktik asit fermentasyonu ile elde edilmiş
birçok gıda çeşitli toplumların geleneksel beslenme modelinde yer almaktadır. Laktik asit bakterileri
genel olarak suni ortamlarda gelişmezler. Ancak düşük pH’larda birçok gıdada gelişirler. Laktik asit
bakterileri laktik asit üretimine ek olarak H2O2 üretirler. Tablo 4’te laktik asit fermentasyonu ile elde
edilen ürünler gösterilmiştir.

Ekşi hamur ekmekleri ve Fermentasyon: Ekşi hamur ekmeklerinde, soya sosunda, miso ve kefirde
laktik asit bakterileri ve mayalar arasında yakın ilişki vardır. Ekşi hamur ekmeği elde etmek için
buğday, çavdar veya diğer tahılların unları suyla yoğurulur ve ılık ortamda birkaç gün inkübasyona
bırakılır. Başlangıçta birçok mikroorganizma gelişir, ancak asit üretimleri nedeniyle laktik asit
bakterileri baskındır. Mayalar da asidi iyi tolere edebildikleri için bu ortamda canlı kalabilirler. Ekşi
hamurdan Lactobacillus sp. ve mayalardan Torulopsis holmii, Saccharomyces inusitatus izole
edilmiştir. Ekşi hamur fermentasyonunda meydana gelen temel biyokimyasal değişimler; 1)
lactobacilli tarafından üretilen asetik ve laktik asitlerle hamurun asitlendirilmesi 2) mayalar ve
lactobacilli tarafından üretilen karbondioksit ile hamurun kabarmasıdır.


Tablo 4. Laktik asit fermentasyonu ile elde edilen ürünler
Ürün ismi Hammadde Laktik asit bakterileri / Ürünün özellikleri Ülke
ortam koşulları
Sauerkraut Lahana ve diğer Leuconostoc CO2, laktik asit ve Batı dünyası,
sebzeler mesenterodies, asetik asit üretilir. Çin ve Kore
Lactobacillus brevis, Turşu benzeri bir
Lactobacillus plantarum / ürün.
anaerobik
Korean Çin lahanası, Leuconostoc Sauerkrauta göre Kore
kimchi radish, sarımsak, mesenterodies, S. faecalis, daha az CO2 ve asit
taze soğan, Lb. Brevis, Lb. Plantarum, içerir.
yaprak hardal, P. cerevisiae
acı biber,
maydanoz,
havuç
Sebze Salatalık vb Tüm
turşuları dünyada
Hindistan Parlatılmış L. mesenteroides, S. Idli: küçük, beyaz, Hindistan
Idli ve dosa pirinç ve black faecalis asitli buharda pişmiş
gram kek. Dosa: Idliye
benzer ancak pankek
gibi kızartılır.
Nijerya Ogi Ekşi yulaf lapası Lb. Lezzeti yoğurdu Nijerya
Plantarum,Saccharomyces andırır.
cerevisiae, Candida
mycoderma
Nijerya Casava Tanecikli nişastalı Nijerya
Gari yapı. Laktik, asetik,
propiyonik, suksinik
ve pirüvik asitler
saptanmıştır.
Filipin Pirinç, karides
Balao karışımı
Balao
Meksika Agave türü Leuconostoc, Sac. Beyaz, asidk ve Meksika
Pulque bitkilerin suyu cerevisiae,Zymomonas alkollü içecek
mobilis.
Mısır Yoğurt, buğday Kishk: Lb. Brevis, Lb. Mısır,
kishk, Casei, Lb.plantarum Türkiye,
tarhana Yunanistan


BĐYOAKTĐF PROTEĐN VE PEPTĐTLER

Diyetimizde yer alan proteinler biyolojik olarak aktif kabul edilen peptitlerin kaynağıdır. Biyolojik
olarak aktif olan peptitler, proteinin yapısında inaktiftirler. Aktif peptitler ya gastro-intestinal sindirim
sırasında ya da gıda işleme sırasında açığa çıkarlar. Biyoaktif peptitler açığa çıkınca hormon benzeri
aktiviteleri nedeniyle düzenleyici rol oynarlar. Biyoaktif peptitlerin en önemli kaynağı süt
proteinleridir. Bunun dışında diğer hayvansal kaynaklar ve bazı bitkisel kaynaklar özellikle soya
fasulyesi, biyoaktif peptit özelliği gösterecek potansiyel amino asit sırasına sahiptirler. Bunun yanısıra
birçok amino asidin olumlu ve olumsuz olmak üzere çeşitli fizyolojik özelliklere sahip oldukları
gösterilmiştir. Fizyolojik olarak olumlu etkileri olduğu belirtilen amino asitlere arginin, glutamin,
histidin, lizin, taurin, tirozin ve triptofan örnek olarak verilebilir. Bu amino asitlerin en iyi kaynakları
ise et, yumurta ve süt ürünleridir. Gıda işleme sırasında üretilen lizinoalanin, D-amino asitler ve
biyojenik aminler gibi amino asit türevleri ise istenmeyen metabolik hatta toksik olaylara neden
olabilirler. Diyetle alınan proteinler potansiyel allerjenlerdir. Bu nedenle genetik olarak modifiye
edilmiş gıdalardaki proteinlerin potansiyel yan etkileri söz konusudur.

Biyoaktif peptitlerin biyolojik etkileri:
1. Opioid peptitler (ekzorfinler): Opioid peptitler rahatlatıcı etki sağlayan peptitlerdir. Opioid
aktivite gösteren peptitler ilk olarak 1970’lerin sonunda keşfedilmiş ve δ-, µ- ya da к-tip
opioid reseptörlerle etkileşen endojen ligandlarla (endorfinler ve enkefalinler) olan yapısal
benzerliklerinden dolayı ‘ekzorfinler’ olarak isimlendirilmişlerdir. En bilinen ekzojen opioid
peptitler, örneğin β-kazomorfinler, µ-tip ligandlar olarak karakterize edilmişlerdir. Endojen ve
ekzojen opioid peptitler arasındaki ortak yapısal özellikler amino ucundaki tirozinin varlığı ve
üçüncü ile dördüncü pozisyondaki fenilalanin ve tirozin kalıntılarıdır. Bu, opioid reseptörlere
bağlanma bölgesi için önemli bir yapısal özelliktir. Tirozinin fenolik hidroksil grubunun
yakınlarında lokalize olmuş negatif potansiyel, opioid aktivite için zorunludur. Tirozinin
bulunmayışı biyoaktivitede kaybolmaya yol açar. Tirozin ve fenilalanin yan zincirlerinin
doğru bir şekilde düzenlenmesini sağladığı için Prolin varlığı da opioid peptitlerin biyolojik
aktivitesi için zorunludur.Bu peptitler sığır kazeini ve peynir suyu proteinin sindirimi ile açığa
çıkarlar. Süt proteinlerinden elde edilen kazomorfinler ve ekzomorfinler opioid etki
gösterirler. Ekzorfinler aynı zamanda buğday gluteninde de bulunurlar. Barsak epitelinde
opioid reseptörlerini bağlama yeteneğine sahiptirler. Kazomorfinler barsak fonksiyonlarını
düzenleme etkilerine sahiptirler.
2. ADE (Angiotensin dönüştürücü enzim) inhibitörü peptitler: ADE kan basıncının
düzenlenmesinde etkilidir. Bu enzimin inhibisyonu antihipertansif etkiye neden olur. Bu
peptitler gıda proteinin enzimatik hidrolizi ile izole edilmişlerdir. Kollajen, jelatin ve kazein
proteinlerinin enzimatik hidrolizi ile ADE inhibitörü peptitler elde edilmiştir. Ayrıca sütün


fermentasyonu da bu peptitlerin oluşmasına neden olmaktadır. ACE inhibitörü peptitler peynir
suyu, balık ve mısır proteinlerinden de izole edilmişlerdir.Angiotensin prosesi,
angiotensinojenin renin ile hidroliziyle inaktif bir peptit olan Angiotensin I (Ang. I)
oluşumuyla başlamakta ve Angiotensin dönüştürücü enzimin (ADE), Ang. I’ in
karboksil ucundaki iki amino asidi ayırması ile Angiotensin II (Ang. II) oluşumuyla
sonuçlanmaktadır. Bir oktapeptit olan Angiotensin II potansiyel bir damar daraltıcıdır
(vazokonstriktör). Ayrıca bu etkinin yanı sıra ADE, damar rahatlatıcı aktivite gösteren
bradikininin de inaktivasyonunu katalizlemektedir. Böylece iki farklı mekanizma
yoluyla ADE, kan basıncının artmasına neden olmaktadır. ADE inhibitörü peptitler
ADE’ nin aktivitesini azaltarak tansiyon düşürücü etki gösterirler. Ekzojen ADE
inhibitörlerinin ilk olarak yılan zehirinden izole edilmesinden bu yana özellikle süt, et
ve balık gibi gıdalardan pek çok sayıda ADE inhibitörü izole edilmiştir. Bu peptitler
genellikle kısa zincirli olup prolin gibi polar amino asit kalıntıları içerirler.
3. Bağışıklık sistemini düzenleyici peptitler: Bu peptitlerin lenfosit proliferasyonu, doğal
öldürücü hücre aktivitesi (naturel killer cell activity), antikor sentezi ve sitokin regülasyonu
gibi bağışıklık sistemi fonksiyonlarını güçlendirdiği belirtilmektedir. Dahası bu peptitlerin
atopik bireylerde allerjik reaksiyonları azalttığı ve gastrointestinal sistemdeki mukozal
bağışıklığı güçlendirdiği bildirilmiştir. Pirinç ve soya fasulyesi proteinlerinin tiriptik
hidrolizatlarından elde edilmiş bağışıklık sistemini düzenleyici peptitlerin, süperoksit
anyonlarını uyararak non-spesifik immün savunmasını tetikleyici etki gösterdiği belirtilmiştir.
α ve β kazeinden elde edilmişlerdir.
4. Mineral bağlayan peptitler: Fosfopeptitlerin çözünür organofosfat tuzları oluşturduğu ve
başta kalsiyum olmak üzere farklı mineraller için taşıyıcı olarak görev yaptığı ifade
edilmektedir. Bu nedenle ince bağırsakta kalsiyum ve diğer minerallerin emilimi üzerine etkili
olmaktadır. Sütteki fosforun yaklaşık %30’u monoester bağlarıyla kazeinin seril kalıntılarına
bağlı halde bulunmaktadır. Kazein, kalsiyum ve fosfat iyonlarının stabilizasyonunda önemli
rol oynamaktadır. Kazeinin tiriptik hidrolizi (tripsin enzimi ile hidroliz) sonucu fosforlanmış
seril kümeleri içeren kazeinofosfopeptit (KFP) oluştuğu belirlenmiştir. Bu fosforlanmış seril
kümelerinin kazein misellerinin oluşumunu sağlayan kalsiyum fosfat ve kazein arasındaki
interaksiyondan sorumlu olduğu bildirilmiştir. KFP’ler kalsiyum ve fosfor minerallerinin
biyoyararlılığının artmasını sağlamaktadır. KFPlerin bağırsaktaki kalsiyum absorpsiyonuna
etkileri üzerine sıçanlarla yapılan denemelerin sonuçları bu peptitlerin ince bağırsaktaki pasif
kalsiyum transportunu arttırdığını işaret etmektedir. Đnsanlarla yapılan çalışmalar da süt
tüketiminden sonra duodenumda ve midede küçük kazein fosfopeptitlerinin varlığını
göstermiştir. Ancak insanlarda KFPlerin pasif kalsiyum absorpsiyonunu arttırdığına dair kanıt
bulunamamıştır. Bununla birlikte KFP’lerin spontan hidroksiapetit (florapetit)


presipitasyonunu önleyebildiği belirtilmiştir. Çalışmalar, kalsiyum ve fosfat iyonlarının diş
yüzeyinde stabilize olmasını sağlayan kazein fosfopeptitlerinin, diş minesindeki lezyonların
tekrar mineralizasyonunu sağladığını da göstermiştir. KFP’lerin, mineralleri bağlayıp
çözünürleştirdikleri için osteoporozun, diş çürüklerinin, aneminin ve hipertansiyonun
önlenmesinde etkili olduğu bildirilmiştir. Bu peptitlerin diş çürüklerini önleyici etkisinin pek
çok insan ve hayvan çalışmalarında kanıtlandığına ait bilgiler literatürde bulunmaktadır.
KFP’lerin diş yüzeyinde tekrar kalsiyum birikimini teşvik ettiği ve к-kazeinden elde edilen
glikomakropeptidin ağız mukozasında plak oluşturan bakterilerin adhezyonunu ve gelişmesini
engellediği belirtilmiştir.
5. Sitomodülatör peptitler: Sitokimyasal çalışmalar gıda kaynaklı biyoaktif peptitlerin farklı
hücre tiplerinin canlılığını (proliferasyon, farklılaşma, apoptosis) düzenlediğini göstermiştir.
Bazı süt kaynaklı peptitlerin normal hücrelerde etkili değilken kanser hücrelerinde apoptosisi
tetiklediği gösterilmiştir. Sitomodülatör ve immünomodülatör özelliklerin, gıda kaynaklı
biyoaktif peptitlerin tümör gelişiminde koruyucu aktivitesini oluşturmada birlikte etkili
oldukları bildirilmiştir.
6. Antitrombotik peptitler: Kan trombosit agregasyonunu ve trombosit yüzey reseptörlerine
fibrinojen bağlanmasını inhibe eden peptitler glikomakropeptit sekansıyla şifrelenmiştir. Bu
peptitler bebek mamalarıyla ya da anne sütüyle beslenen yeni doğmuş bebeklerin kan
plazmasında tespit edilmiştir.
7. Antioksidan peptitler: Zorunlu yağ asitlerinin enzimatik veya non-enzimatik
peroksidasyonunu engelleyen antioksidan özellikler süt proteinlerinden elde edilen peptitlerde
tespit edilmiştir. Bu peptitlerin çoğunun α-kazein sekansıyla şifrelendiği belirtilmiştir. His-His
dipeptidinin N terminaline lösin ya da prolin eklenmesinin antioksidan aktiviteyi arttırdığı ve
BHT, BHA gibi peptit olmayan antioksidanlarla sinerji oluşturduğu belirtilmiştir.
8. Hipokolesterolemik etki sağlayan peptitler: Hipokolesterolemik etki kazein ve peynir altı
suyu kaynaklı peptitler ve soya proteini kaynaklı peptitler için bildirilmiştir. Olası etki
mekanizması β-laktoglobulinin tiriptik hidrolizatı (LTH) ile beslenen sıçanlarda fekal steroid
salgısının fazla olduğunun tespit eden araştırmacılar tarafından öne sürülmüştür. Bu durum
misel yapıdaki kolesterol çözünürlüğünde LTH indüklü azalmaya ya da daha fazla taurokolat
(taurocholate) bağlama kapasitesine bağlanabilmektedir.
9. Antimikrobiyal ve antiviral etkiye sahip peptitler: Antimikrobiyal peptitler daha çok peynir
altı suyu proteini olan laktoferrinden elde edilmiştir. Bununla birlikte αS1-kazein ve αS2-
kazeinden elde edilen yeni antibakterisidal peptitler tanımlanmıştır. Laktoferrinin pepsinle
hidrolizinden oluşan peptitlerin bakterisidal özelliklerinin daha fazla olduğu tespit edilmiş ve
bu durumun, daha küçük peptitlerin mikrobiyal yüzeydeki hedef bölgelere daha hızlı
ulaştığının bir göstergesi olduğu ifade edilmiştir. Antimikrobiyal peptitlerin (laktoferrisin ve


sentetik analogları, kazosidin-I gibi) mikroorganizmaların hücre geçirgenliklerini arttırarak
etki ettiği belirtilmiştir.
10. Đştah azaltıcı peptitler: Glikomakropeptitin (GMP) ve kazeinomakropeptitin (KMP) bağırsak
fonksiyonlarını düzenleme etkisi üzerine yapılan çalışmalar, yaklaşık on yıllık bir geçmişe
dayanmaktadır. KMP’in, gastrik salgıyı engellediği ve midenin hareketlerinin yavaşlamasını
sağladığı belirtilmiştir. Ayrıca KMP tokluk hormonu olan kolesistokininin salgılanmasına
neden olmaktadır. Bu hormon gıda alımını ve sindirimini düzenlemektedir. Sindirim sırasında
midede bütün halde KMP’in varlığı belirlenmiş, diğer taraftan yoğurt ve süt tüketimi sonrası
yetişkin bireylerde kan dolaşımında GMP ve/veya KMP’nin varlığı saptanmıştır. Bu
çalışmalara dayanarak iştah azaltma ve kilo kontrolü amacıyla, GMP içeren ticari ürünler
tasarlanmış ve satışa sunulmuştur. Ancak bu tarz ürünlerin klinik etkilerinin aydınlatılması
için daha fazla sayıda çalışmaya gereksinim duyulduğu da önemle vurgulanmıştır

Biyoaktif proteinlerin kaynakları
Süt
Süt başlıca iki ana protein grubundan oluşmuştur. Bunlar kazein ve peynir suyu (whey) proteinleridir.
Bu iki protein grubu fizikokimyasal ve biyolojik özellikleri bakımından birbirinden farklıdır.
Kazeinler vücutta kalsiyum,çinko, bakır, demir ve fosfat iyonlarını taşıma gibi biyolojik aktiviteleri
gösterirler. Aynı zamanda çeşitli biyoaktif peptitlerin ön maddeleridirler (Tablo 5). Peynir suyu
proteinleri süt proteinlerinin %20’ni oluşturur. Fonksiyonel ve besleyici özellikleri bakımından
mükemmel kaynaklardır. Başlıca peynir suyu proteinleri peynir suyu proteinlerinin %70-80’ni
oluşturan β-laktoglobulin ve α-laktalbumindir.

Tablo 5. Süt proteinlerinin biyolojik aktivitesi
Protein Konsantrasyon Fonksiyon
g/l
Kazeinler (α, β ve κ) 28 Đyon taşıma, biyoaktif peptitlerin ön maddesi
β - laktoglobulin 1.3 Retinol taşıyıcı, yağ asitlerini bağlama,
antioksidan
α - laktalbumin 1.2 Meme bezinde laktoz sentezi, Ca taşıma,
immunomodulasyon, antikarsinojenik
Đmmunoglobulin A, M ve G 0.7 Đmmun koruma
Glukomakropeptit 1.2 Antiviral, bifidojenik
Laktoferrin 0.1 Antimikrobiyal, demir emilimi, antioksidan,
immunomodülasyon, antikarsinojenik
Laktoperoksidaz 0.03 Antimikrobiyal
Lizozom 0.0004 Antimikrobiyal, immunoglobulin ve laktoferrin
ile sinerjistik etki

Süt proteinleri biyoaktif peptitler için önemli kaynaklardır (Tablo 6). Biyoaktif peptitler sindirim
sırasında açığa çıktıkları gibi gıda işleme sırasında da oluşmaktadırlar. Örneğin hidrolize süt
proteinleri hipoallerjenik bebek mamaları yapımında, klinik beslenmede ve gıda bileşeni olarak


kullanılmaktadır. Sütün fermentasyonu ve peynirin olgunlaşması sırasında gerçekleşen proteolizis
çeşitli peptitlerin oluşumuna olanak sağlamaktadır. Fermente süt ürünlerinde kazomorfinler, ACE-
inhibitörü peptitler ve fosfopeptitler bulunmuştur.

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

Mikrobiyal Fermentasyon
Gıda endüstrisinde kullanılan starter kültürler oldukça yüksek proteolitik aktiviteye sahiptirler. Bu
nedenle fermente süt ürünleri elde ederken kullanılan starter olan ve olmayan kültürler biyoaktif
peptitlerin oluşumunu sağlamaktadır. Tablo 7’de mikrobiyal fermentasyonla oluşan biyoaktif
peptitlere ait örnekler yer almaktadır.

Tablo 7. Süt proteininin mikrobiyal fermentasyonu ile oluşan biyoaktif peptitlere örnekler (Korhonen
ve Pihlanto, 2006).
Kullanılan Başlangıç Peptit sırası Biyoaktivite
mikroorganizmalar proteini
L. helveticus, S. cerevisiae β- kn, κ-kn Val-Pro-Pro, Ile-Pro-Pro ACE inhibitörü
Lactabacillus GG ve pepsin β- kn, α s1- Tyr- Pro- Phe-Pro, Ala-Val- Opioid, ACE
+ tripsin kn Pro-Gln- Arg, Thr-Thr-Met- inhibitörü,
Leu-Trp immunostimulan
L, helveticus CP90 proteinaz β- kn Lys-Val-Leu-Pro-Val-Pro- ACE inhibitörü
(Glu)
L, helveticus CPN4 Peynir suyu Tyr-Pro ACE inhibitörü
proteini
L. delbrueckii subsp. κ-kn Ala- Arg- His- Pro- His- Pro- Antioksidan
Bulgaricus IFO13953 His-Leu-Ser-Phe-Met

Çalışmalar ACE inhibitörü peptitlerin karboksil terminal ucunda prolin içeren küçük peptitler
olduklarını göstermiştir. Prolin sindrim enzimlerine karşı dirençli bir amino asittir. Bu nedenle ince
bağırsaklardan kan dolaşımına geçebilmektedir. Bu hipotez yakın zamanda yapılan bir çalışmayla da
desteklenmiştir. Bu çalışmada yüksek tansiyona sahip sıçanlar kullanılmıştır (SHR: spontaneously
hypertensive rats). Yağsız sütten L. helveticus JCM1004 ile elde edilen antihipertensif VPP (Val-Pro-
Pro) ve IPP (Ile- Pro-Pro) tripeptitlerinin sırasıyla 8 sa ve 4 sa sonra sistolik kan basıncında düşmeye
neden oldukları saptanmıştır.


Canlı mikroorganizmalara ek olarak laktik asit bakterilerinden izole edilen proteolitik enzimlerin de
süt proteinlerinden biyoaktif peptitlerin açığa çıkmasında etkili oldukları bulunmuştur.
Süt ürünleri
Süt ürünleri elde ederken kullanılan fermentasyon işlemi sırasında biyoaktif peptitlerin oluştuğu
saptanmıştır. Tablo 8’de süt ürünlerinde oluşan biyoaktif peptitler görülmektedir. Peynirin
olgunlaşması sırasında çok çeşitli peptitler oluşmaktadır. Cheddar ve Comte peynirlerinde kazein
bağlayan fosfo peptitler (KFP) doğal bileşen olarak saptanmıştır. Peynirin olgunlaşması sırasında
gerçekleşen ikinci proteolizis diğer biyoaktif peptitlerin oluşumuna olanak sağlamaktadır. Biyoaktif
peptitler peynirin olgunlaşma derecesine bağlı olarak artmakla birlikte aşırı proteolizis biyoaktif
peptitlerin degredasyonuna ve dolayısıyla azalmasına neden olmaktadır. Olgunlaşma prosesinden ayrı
olarak peynirin gastrointestinal sindirimi sırasında da biyoaktif peptitlerin oluştuğu gösterilmiştir.

Tablo 8. Fermente süt ürünlerinde tanımlanan biyoaktif peptitler (Korhonen ve Pihlanto, 2006)
Ürün Tanımlanan biyoaktif peptit Biyoaktivite
Peynir çeşitleri
Parmigiano-Reggiano β-kn g!(8-16), g (58-77), αs2-kn g Fosfopeptitler, β -kazomorfinlerin
(83-33) ön maddeleri
Cheddar αs1 ve β -kazein fragmentleri Fosfopeptitler
Mozzarella β-kn g!(58-72) ACE inhibitörü
Gouda αs1-kn g (1-9), β -kn g (60-68) ACE inhibitörü
Emmental αs1 ve β -kazein fragmentleri ACE inhibitörü
Fermente sütler
Ekşi süt β-kn g! (74-76), g! (84-86), κ-kn g Antihipertansif
(108-111)
Yoğurt Aktif peptit saptanmamış Zayıf ACE inhibisyonu
Dahi Ser-Lys-Val-Tyr-Pro ACE inhibitörü

Tablo 9’da bazı süt ürünlerinden elde edilmiş biyoaktif peptitler ve IC50 değerleri
görülmektedir. IC50 ADE aktivitesini % 50 oranında inhibe eden protein ve/veya peptit
miktarı olarak tanımlanmaktadır.


Tablo 9. Bazı süt ürünlerinden elde edilmiş peptitler ve IC50 değerleri (Akıllıoğlu, 2009)
Kaynak Peptit IC50 değeri Referans
Peynir VPP-IPP 2.0-29.5 mg peynir/mL Butikofer et al.,2007
Enterococcus faecalis ile - 34-59 µg protein/mL Muguerza et al., 2006
fermente edilmiş süt
MA*<3000 Da 28±2 µg/mL
Enterococcus faecalis ile β-KN f(133–138) 5.3 µM Quirόs et al., 2007
fermente edilmiş süt β-KN f(58–76) 5.4 µM
Lactobacillus helveticus Ala-Ile-Pro-Pro-Lys- Shuangquan et al.,
130B4 ile fermente Lys-Asn-Gln-Asp 19.9 µM 2008
edilmiş yağsız deve sütü
β-Lg tripsin hidrolizatı MA<3000 Da 130.0 mg/L Mullally et al., 1997
MA<1000 Da 160.4 mg/L Mullally et al., 1997
Peynir altı suyu tripsin MA<3000 Da 195.1 mg/L
hidrolizatı MA<1000 Da 201.1 mg/L
β-Lg Protease N Amano β-Lg f(36-42) 8 µM Ortiz-Chao et al.,
hidrolizatı 2009
Peynir altı suyu α- 0.005 mg/mL
kimotripsin hidrolizatı - da Costa et al., 2007
Peynir altı suyu alkalaz 0.68 mg/mL
hidrolizatı
Kazeinomakropeptit 477 µg/mL
termolizin hidrolizatı - Otte et al., 2007
Peynir altı suyu izolatı 83 µg/mL
termolizin hidrolizatı
β-KN f(74–76)-IPP 3.77±0.26 µg/mL (11.6
µM)
Yoğurt β-KN f(84–86)-VPP 2.61±0.24 µg/mL (8.4 Donkor et al., 2007
β-KN f(69–73)- Ser– µM)
Leu–Pro–Gln–Asn 5.29±0.55 µg/mL
Probiyotik koyun β-KN f(114-121) 0.37 mg/mL Papadimitriou et al.,
yoğurdu 2007
%4 süt tozu ilaveli 0.54±0.00 mg/mL
yoğurt
%4 kazeinat ilaveli 0.60±0.21 mg/mL Ünal, 2008
yoğurt -
%4 peynir suyu protein 0.32±0.23 mg/mL
konsantresi ilaveli
yoğurt

Son yıllarda kazein veya peynir suyu proteinlerinden elde edilen biyoaktif peptitleri içeren ürünler
satışa sunulmuştur. Bu ürünlere ait örnekler Tablo 10’da gösterilmiştir.

Diğer kaynaklar
Biyoaktif proteinler sütün dışında diğer biyolojik materyallerde de bulunur. Bunlar arasında jelatin,
balık proteinleri, mısır proteini α-zein, pirinç proteini glutelin ve prolaimin, buğday gluteni ve soya
proteini sayılabilir.

Biyoaktif peptitlerin güvenilirliği:
Biyoaktif peptitlerin kaynağı olan proteinler bitki ve hayvan orijinli doğal bileşenler veya genetik
olarak modifiye edilmiş kaynaklardan elde edilen bileşenler olabilir. Ancak bu bilşenlerin diyete
fonksiyonel bir destek olarak eklenmeleri allerjik reaksiyonlara neden olabilir. Biyoaktif peptitlerin
gıda işleme ve depolama sırasında diğer proteinler, şekerler ve lipitlerle interaksiyonlarının toksik,
allerjik ve karsinojenik bileşiklerin oluşumuna neden olup olmadığı araştırılmalıdır.


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

Ticari ismi Ürün çeşidi Beyan yapılan fonksiyonel Sağlık/fonksiyon Üretici
biyoaktif peptit beyanı
Calpis Ekşi süt Val-Pro-Pro-Đle-Pro-Pro (β Kan basıncını azaltır. Calpis Co
ve κ-kazeinden elde edilmiş) Japon
Evolus Kalsiyum ile Val-Pro- Pro, Ile- Pro- Pro, Kan basıncını azaltır. Valio Oy,
zenginleştirilmiş (β ve κ-kazeinden elde Finlandiya
fermente süt içeceği edilmiş)
BioZate Hidrolize peynir β- laktoglobulin fragmentleri Kan basıncını azaltır. Davisco USA
suyu proteini izolatı
BioPURE-GMP Peynir suyu proteini κ-kazein g (106-169) Diş çürüklerini Davisco USA
izolatı (glikomakropeptit) önleme, kan
pıhtılaşmasını
düzenleme, virüs ve
bakterilere karşı
koruma
PRODIET Aromalandırılmış süt αs1-kazein g (91-100) Leu- Stresin etkilerini Ingredia
F200/Lactium içeceği, şekerleme, Gly Tyr-Leu-Glu- Gln- Leu- azaltma Fransa
kapsüller Leu- Arg)

Festivo Fermente düşük αs1-kazein g (1-9), αs1-kazein Henüz bir sağlık MTT Agrifood
yağlı sert peynir g (1-7), αs1-kazein g (1-6) beyanı yok. Research,
Finlandiya
Sistein Peptit Bileşen/hidrolizat Süt proteininden elde Enerji düzeyinin DMV
edilmiş peptit. artmasına ve uykuya International
yardımcı olur. Hollanda
C12 Bileşen/hidrolizat Kazeinden elde edilmiş Kan basıncını DMV
peptit. düşürme. International
Hollanda
Capolac Bileşen Kazeinofosfopeptit Mineral emilimne Aria Food
yardımcı olur. Ingradients,
Đsveç
PeptoPro Bileşen/hidrolizat Kazeinden elde edilmiş Atletik performansı DSM Food
peptit. ve kas oluşumunu Specialties,
güçlendirir. Hollanda
Vivinal Alpha Bileşen/hidrolizat Peynir suyundan elde Rahatlama ve uykuya Borculo Domo
edilmiş peptit yardımcı olur. Ingradients
(BDI),
Hollanda


PROBĐYOTĐKLER, PREBĐYOTĐKLER VE SĐNOBĐYOTĐKLER

1892 yılında Döderlein, 1900 yılında Maro, 1901 yılında Beijerink ve Cahn laktik asit üreten
bakterilerin olumlu etkileri olduğunu bildirmiştir. 1908 yılında Metchnikoff laktik asit bakterileriyle
ilişkili olarak fermente süt ürünlerinin sağlık üzerine olumlu etkileri olduğunu bildirmiştir.
Metchnikoff Kafkas halkının uzun ömürlü olmasını fermente süt ürünlerince zengin diyet
tüketmelerine bağlamıştır. Literatürde ilk olarak Vergio (1954)’nun ‘’probiyotik’’ terimini kullandığı
bilinmektedir. Probiyotik terimi, gastro intestinal bölgede yerleşik mikrofloranın sağlıklı yönde
çoğalmasını ve gelişmesini destekleyen canlı mikroorganizmaları tanımlamaktadır. Prebiyotik terimi
ise kolonda insan sağlığı için faydalı olduğu düşünülen lactobacilli ve bifidobacteria gibi floranın
seçici olarak gelişimini destekleyecek, sindirilemeyen ancak fermente olabilen karbonhidratları ifade
eder. sinobiyotik terimi ise probiyotik ve prebiyotiklerin kombinasyonunu ifade etmektedir.

Probiyotikler
Arzu edilen probiyotik özelliği gösterebilmesi için mikroorganizmanın bir çok özelliğe sahip olması
gerekmektedir. Bunlar; 1) bakteri gastro-intestinal bölgenin üst kısmındaki asidik koşullarda canlı
kalabilmelidir, 2) barsaklarda çoğalabilmelidir, 3) patojenik, mutajenik, toksik ve karsinojenik etkilere
neden olmamalıdır, 4) bakteri karsinojenik bileşiklere ve patojenik mikroorganizmalara antagonistik
etki göstermelidir, 5) genetik olarak plasmid transfer mekanizmasına karşı stabil olmalıdır, 6)
kolaylıkla çoğalabilmeli ve gıda işleme ve depolama sırasında canlılığını koruyabilmelidir.
Probiyotik suşların sağlık üzerine olumlu etkileri; 1) barsak florasının olumlu yönde yeniden
düzenlenmesi, 2) kolonda diyareye karşı direncin artması veya diyarenin önlenmesi, 3) serum
kolestrolünün sistemik olarak azaltılması, 4) tümör oluşumunu indükleyecek fekal enzimlerin ve
mutajenik bileşiklerin konsantrasyonunun azaltılması, 5) laktozun metabolize edilebilmesi ve laktoz
intoleransının azaltılması, 6) immun yanıtın güçlendirilmesi, 7) kalsiyum emiliminin artırılması, 8)
vitamin sentezi ve proteinlerin ön sindiriminin gerçekleştirilmesi şeklinde sayılabilir.
Probiyotiklerin insanlar üzerinde gösterilmiş başlıca sağlık faydaları, laktoz intoleransına yol
açmamaları ve bağışıklık sistemini stimule ederek gastrointestinal sistem enfeksiyonlarının insidansını
veya şiddetini azaltmalarıdır. Deney hayvanları ile yapılmış çalışmalarda ise prekanser lezyonlarının
insidansını azalttığı gösterilmiştir. Ancak bu çalışmaların geçerliliğinin insanlar üzerinde de
doğrulanması gerekmektedir. Bunun en önemli nedeni probiyotik bakterilerin barsaklarda yerleşik
mikroflora olmaması ve sadece düzenli tüketilmeleri durumunda barsak florasında bulunabilmeleridir.
Probiyotik bakterilerin diğer bir etki mekanizması ise sindirim sisteminde lokal bağışıklık yanıtını
değiştirmeleridir. Bu bakterilerin sindirim sisteminden geçerken canlılıklarını koruyabilmeleri ve
barsak hücrelerine yapışmaları, bağışıklık sistemini (host immune system) modifiye etmelerinde etkili
olan en önemli özellikleridir. Bu etki deney hayvanları ve insanlar üzerinde yürütülen çalışmalarla da
desteklenmiştir.


Gıda biyokimyası ders notu

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Viewers also liked

Viewers also liked (20)

Similar to Gıda biyokimyası ders notu

Similar to Gıda biyokimyası ders notu (20)

Gıda biyokimyası ders notu