Foodelphi.com Science of Food Engineering Nişasta: kimyasal yapı
Nişasta bir homopolisakkarittir: A-D-glukoz polimeri
MW: 50.000-1000000 Yapısında iki tür polimer bulunur;
1. Amiloz: A-1,4 bağlı glukoz polimeridir (amorf) Düz zincir halinde (500-2000 glukoz birimi) MW:250.000 İyot ile mavi renk verir.
Amiloz, suda heliks şekli oluşturur. İyot, bu heliksin ortasına girerek karakteristik mavi renk görünmesine neden olur. Bu renk, çözelti ısıtılınca kaybolurlar soğutulunca tekrar ortaya çıkar.
2. Amilopektin: A-1,4 bağlı glukoz birimleri ile A-1,6 bağlı dallanma noktalarından oluşur (kristalin) Her 24-30 glukoz kalıntısında bir dallanma görülür Her dalda 20-30 glukoz bulunur. MW: 108 İyot ile mavi renk vermez
Amiloz miktarı: %17 (pirinç) – %38 (mercimek) %20-27 (hububat ve yumru)
Normal nişastalar:
Amiloz/ Amilopektin = %23 / %77
Amilotip nişasta: yüksek oranda amiloz içerir mısırın yüksek amiloz (%55-70) içeren çeşitli mutantları bulunmaktadır
Mumsu (waxy) nişastalar: %100 amilopektin normal ve mumsu mısır nişastası = A-tipi X-ray amilotip mısır nişastası= B-tipi X-ray
Amilopektin molekülünde 3 zincir bulunur:
A-zinciri: α -1,4 bağlı glucose (PD12-20)
B-zinciri: α -1,4 and α -1,6 bağlı glucose (PD 30-45)
C-zinciri: α -1,4 and α -1,6 bağlı glucose ve indirgen uç (PD >60)
Bu zincirler yanyana gelerek paraalel yığınlar şeklinde 5-7 nm kalınlığında kristal bölgeleri oluşturmaktadır
Amilopektinin yapısını tam olarak belirlemek imkansızdır. Molekülün tanımlanmasında gerekli olan zincir uzunluğu ve dallanma noktalarının yerlerinin belirlenmesi için enzimatik yöntemler kullanılmaktadır. β-amilaz nişasta molekülünün indirgen olmayan ucundaki α-1,4 glikozitik bağları kırarak 1 birim maltozu uzaklaştıran enzimdir. Dallanma noktalarına geldiğinde ise bu noktaları geçemez, o nedenle amilopektin β-amilaz ile %55 oranında degrade olabilir. Maltoz ve β-limit dekstrinler oluşur.
Dallanma Noktalarına Etki Eden (Debranching) Enzimler: İsoamilaz, Pullulanaz
α-1,6 glikozitik bağları hidrolize eder, α-1,4 bağlarını kıramaz.
Sonuçta kısa lineer zincirler oluşur.
Isoamilaz ile pullulanaz arasında küçük bir fark vardır. Isoamilaz hidrolizi gerçekleştirmek için en az 3 glukozdan oluşan zincire ihtiyaç duyar, pullulanaz için ise 2 glukoz yeterlidir. Bu farktan yararlanılarak amilopektindeki A ve B zincirlerinin oranları bulunabilmektedir.
β-limit dekstrin + pullulanaz: A ve B zincirlerinin hidrolize eder
β-limit dekstrin + isoamilaz: B zincirinin hepsini, A zincirinin ise yarısını hidrolize eder.
Zincir uzunlukları jel filtrasyon tekniği ile belirlenir ve
aradaki farktan A zincirinin yarısı bulunur, A ve B hesaplanır.
Nişasta bileşimindeki diğer maddeler
Nişastanın bileşiminde çok düşük miktarlarda bazı maddeler de bulunur. Miktarları az olmasına rağmen nişastanın özelliklerini etkileyebilirler.
Tahıl nişastalarında düşük düzeyde (%0.5-1.0) yağ
içerirler (polar lipidler). Tahıl haricindeki kaynaklardan elde edilen nişastalarda yağ yoktur.
Fosfor ve Azot içerirler. Fosforun çoğu fosfolipid şeklindedir.
Patates nişastasındaki fosfor glukoz ile esterleşmiş formdadır.
Nişastanın Jelatinizasyonu
• Nişasta granülleri suda çözünmezler, suyu adsorbe ederek granüller şişer. Su polisakkarit yapıdaki OH gruplarına H-bağı ile bağlanır ve amorf faza adsorblanır. Kristal bölgelerdeki zincirler arası bağlar çok kuvvetli olduğu için suya karşı sterik engel oluştururlar. Nişasta kuru ağırlığının %30 u kadar suyu yapısına alabilir. Granülün şişmesi ile %5 hacim artar (geri dönüşümlü değişimler)
• Sıcaklık artırılırsa, belli bir sıcaklık değerinden sonra (jelatinizasyon sıcaklığı) granül düzenli yapısını ve
çift kırınım özelliğini kaybeder (= jelatinizasyon) Normal buğday nişastası: 50-58°C
• Isıtmanın sürdürülmesiyle nişasta granülleri kısmen çözünür ve çözünen nişasta çözeltiye geçer. Çözünür nişasta suyu bağlayarak viskozitenin artmasına neden
olur (=çirişlenme, pasting, pişme). Tüm granül çözünür hale gelinceye kadar devam eden bir aşamadır, viskozite zamanla artar. (Çözünürlük sıcaklığa bağlıdır)
• Bir süre sonra viskozite düşmeye başlar. Bunun nedeni karıştırmanın etkisi ile amiloz zincirlerinin aynı yönde dizilimidir (=shear thinning, karıştırma ile incelme) Kıvamlı bir ürün üretimi için olumsuz bir özelliktir. (karıştırma süresi!)
• Pişirmenin ardından soğutma uygulandığında moleküller arasında yeni H-bağlarının oluşmasıyla sistemin viskozitesi tekrar artmaya başlar (=set
back, katılaşma), sonunda jel oluşur.
• Jel içinde su tutuklanmış olarak bulunmaktadır, yapıdan dışarı sızmaz. Ancak, bu jel bekletilirse nişasta zincirleri birbirleriyle etkileşime girerek aralarında yeni H-bağları oluşur, yapıdan su sızmaya başlar (= sineresis). Sadece su içeriği yüksek olan sistemlerde gözlenebilir.
• Bekletme devam ederse, zamanla nişasta zincirleri arasındaki etkileşim artar ve nişasta zincirleri hidrojen bağları ile kuvvetlenerek ikili sarmal yapı şeklinde yeniden dizilmeye başlar, kristal yapı oluşur (= retrogradasyon, yeniden kristalizasyon) (Bayatlama)
Nişastanın sulu sistemde sıcaklık değişimi ile viskozitesinde meydana gelen değişimler Amilograf, RVA (Rapid ViscoAnalyzer) gibi cihazlarla incelenmektedir.
…