Nişasta

Nişasta, farin veya amidon, suda çözünmeyen, kompleks bir karbonhidrat. Bitkiler tarafından fazla glikozu depolamak için kullanılır. Endüstride tutkal, kâğıt ve tekstil yapımında kullanılır. Gıda sanayisinde kıvamlandırıcı, yemek yapımında sıvıları koyulaştırmakta kullanılır. Çoğunlukla tahıllardan ve patatesten elde edilen tatsız ve kokusuz bir tozdur.

Kimyası

Kimyasal (CAS kayıt numarası: 9005-25-8) olarak nişasta, amiloz ve amilopektin isimli iki polimerik karbonhidratın (polisakkaritin) birleşimidir. Amiloz, glikoz monomer birimlerinin alfa-1,4 bağlantılılarla uç uca eklenmesinden oluşur. Amilozdan farklı olarak amilopektinde dallanma vardır, ana her 24-30 glikoz monomerinden birinde alfa-1,6 bağlantısı ile bir yan zincir başlar.

Amiloz lineer bir moleküldür, ancak birbirini izleyen glikoz birimlerinin açili olma eğiliminden dolayı bir sarmal oluşturur. İki amiloz molekülü birbirine sarılarak bir çifte sarmal da oluşturabilirler. Bu sarmalın iç yüzeyi hidrofobik olduğu için içinde yer alan su molekülleri kolaylıkla daha hıdrofobik moleküllerle yer değiştirebilir. Nişasta testinde kullanılan iyot molekülleri amiloz sarmallarının içine dizilince mavi bir renk oluşur. Amiloz sarmalları arasında oluşan hidrojen bağları yüzünden içinde çok az su barındıran yoğun bir yapı oluşur.

Amilopektinde dallanma noktalarından sonra birbirine paralel iki zincir birbirlerine sarılarak bir çifte sarmal oluştururlar. Amilopektin, bir çalı gibi, bir merkezden dallandıkça genişleyen bir şekle sahiptir. Dallanmakta noktalarında molekül düzensizdir, iki dallanma noktası arasında ise çifte sarmallar düzgün bir şekilde istiflenerek kristal bir yapı oluştururlar; bu yüzden mikroskopta nişasta taneciklerinde bu düzenli ve düzensiz bölgeler büyüme halkaları gibi görünür.

Bu moleküler yapısından dolayı amilopektin, nişasta taneleri olarak depolanmasını sağlayan sarmal şekilli olur. Hem amilopektin hem de amiloz glikozun polimerleridir ve tipik bir amiloz polimeri 500-20.000 glikoz molekülünden, bir amilopektin molekülü ise yaklaşık bir milyon glikozda oluşur.

Yapısal olarak nişasta, birbirine bağlı, lineer polimer sütunlardan oluşur. Amilopektinde alfa-1,4 bağlantılı zincirler, düzenli aralıklarla alfa-1,6 bağlantılarıyla dallanır. Farklı bitki türlerinde, hatta aynı türün farklı anaçlarında (cultivar) amilozun amilopektine oranı değişir. Örneğin yüksek amilozlu mısır nişastasında % 85 oranında amiloz bulunurken, mumlu (waxy) mısır türünde amilopektin orani %99'dır. Amilopektin sarmalları çoğu tahıl nişastasında sıkı bir şekilde istiflenmişken (A-tipi nişasta), patates ve muz gibi bazı bitkilerde daha aralıklı istiflenirler (B-tipi nişasta). Bazı amilopektinlerde glikozların üzerinde bulunan fosfat grupları nişastanın suyu daha kolay emmesini sağlar. Bitkilerde nişasta çok az su içeren tanecikler halinde depolanır, bu taneciklerin boyutları bitkiden bitkiye değişir.

Bitkilerde nişastanın başlıca işlevi enerji depolamaktır. Bitki hücrelerinde nişastanın oluşumu plastid denen organellerde (kloroplast ve amyloplast) gerçekleşir.

Nişasta suda çözünmez. Sindirilmesi hidroliz yoluyla olur, bu reaksiyonu katalizleyen amilaz enzimleri glikozlar arasındaki bağları keserler. Hayvanlar amilaz enzimlerine sahip olduklarından nişastayı sindirebilirler. Farklı tip amilazlar nişastayı farklı biçimlerde parçalarlar. Nişasta parçalandıkça dekstrin, maltoz ve nihayet glikoza dönüşür. Maltoz ayrıca maltaz enzimi tarafından da sindirilebilir.

İçerdiği glikoz monomerleri sebebi ile ve nişastanın kan şekerine doğrudan etkisi bulunmaktadır.

Jelleşme

Farklı zincir yapılarına sahip olan nişasta türleri su absorbsiyon kapasitesinde ve pişirme sıcaklığında da farklılıklar gösterir. Jelleşme sıcaklık aralığı 50- 85 °C'dir. Örneğin patatesten elde edilen nişastalar 60-65 C°'lerde jelleşme gösteririken, tahıl nişastaları 80-85 C°'lerde jelleşmektedir. Ayrıca patates nişastasının önceliği viskozitesinin yüksekliği ve jelleşme ısısının düşük olmasının yanı sıra jel çözeltisinin son ürüne renk ve parlaklık açısından etkilemeyecek oranda yarı saydam olmasıdır.

Oda sıcaklığında nişasta polimer zincirlerinin birbirine sıkıca kenetlendiği granüllerden oluşur. Suyun normalde içine giremediği granüllerdeki zincirler, yüksek sıcaklıkta birbirlerinden uzaklaşır ve suyla etkileşebilir hale gelirler. Su ve sıcaklığın etkisiyle, nişastadaki polimerler birbirleriyle hidrojen bağları kurmak yerine suya bağlanırlar. Su, nişastanın içine nüfuz ettikçe genel polimer yapısının düzeni bozulmaya başlar, granüllü bölgeler küçülür ve amorflaşır. Suyla etkileşen amiloz, nişasta tanesinden dışarı sızar. Böylece su emip şişen nişastaya jelleşmiş denir.

Jelleşmiş ve ardından kurutulmuş nişastaya prejelatinize edilmiş nişasta denir. Jelleşmiş nişasta doğrudan kurutulabileceği gibi, aşağıda ayrıntılanan şekillerde modifiye edildikten sonra da kurutulabilir.

Sıcaklık azalınca jelleşmiş nişastadaki polimer zincirleri tekrar birbirleriyle etkileşmeye başlarlar ve bağlandıkları su moleküllerini salarlar. Bu arzu edilmeyen bir süreçtir çünkü salınan su, bu nişastayı bulunduran gıda ürünlerinde mikrop üremesine ortam sağlar. Buna engel olmak için nişastanın modifikasyonuna gidilir.

Nişasta modifikasyonu

Nişastanın suyunu salmamasını sağlamak için kullanılan yöntemlerden biri kimyasal olarak çapraz bağlar kurmaktır. Ancak bu işlemden geçen nişastalar dondurulma halinde bozulduklarından bir diğer modifikasyon daha uygulanır, şekerlerin hidroksil gruplarının belli bir oranına şekerlerin birbiriyle etkileşmesine engel olmak için asetil veya hidroproksil grupları eklenir.

Bir başka modifikasyon türü ise jelatinasyon sırasında asit kullanarak polimerlerin az miktarda parçalanarak boylarının kısalmasıdır. Bunun avantajı hidroliz edilmiş nişastanın ısınmayla daha az genişleyip daha az su emmesi, dolayısıyla soğuduğunda da fazla su salmamasıdır.

Polimerlerin boyunu kısaltmanın bir diğer yöntemi de oksidasyondur. Nişastaya sodyum hipoklorit katılınca hem şekerler arasındaki bağlar kopar, hem şeker halkalarının bazılarının parçalanması sonucunda karboksil ve karbonil grupları oluşur. Zincirlerin kısalması nişastanın su emme kapasitesini azaltır, karbonil ve karboksil grupları ise bu nişastayı asit hidrozli nişastadan daha dayanıklı kılar. Oksitlenmiş nişasta ayrıca daha yapışkandır.

Bu modifikasyonların her biri nişastaya farklı özellikler verir ve farklı uygulamalarda kullanılmasını sağlar. Bu modifikasyonlar, endüstriyel ürünlerde kullanımı esnasında pH, sıcaklık, basınç ve diğer faktörlere karşı direnç sağlar. Modifiye nişastalar Çerez, Ketçap, toz içecek ve çorba, et sanayi, unlu mamüller gibi gıda ürünlerinin yanında tekstil, kâğıt ve tutkal sanayinde de geniş bir kullanım alanı sunar.

Fiziksel modifikasyonlarda ürünlerde E numarası bulunmaz. Ancak kimyasal ve enzimatik modifikasyonların hemen hemen tamamında ürüne E numarası eklenir.

Gıda

Nişasta, bitkilerde meyve, tohum, kök gövdesi (rizom) ve yumru köklerde bulunur. Türkiye'de nişastanın başlıca kaynakları buğday, pirinç, patates ve mısırdır. Ekmek önemli bir nişasta kaynağı olup buğdaydan hazırlanır. Yemeklik baklagiller de (bakla, mercimek, bezelye, nohut) nişasta bakımından zengindir.

Dünyada yaygınca kullanılan nişasta kaynakları arasında arrakaça, karabuğday, muz, arpa, manyok, konjak, kudzu, oka, sago, kocadarı (sorgum), taro, Hint yeralması ve tatlı patates sayılabilir.

Nişasta işlenmiş gıdalarda sıkça kullanılan bir katkı maddesidir. Nişasta önceden pişirilip puding tipi gıdalara koyulaştırıcı olarak katılır (agar, pektin, jelatin ve carrageenan da aynı amaçla kullanılır).

Diğer kullanımları

Çamaşır kolası

Kola nişasta ile suyun karıştırılarak (eskiden önceden kaynatılması gerekirdi) hazırlanan bir sıvıdır. Avrupa'da 16. ve 17. yüzyıllarda zenginlerin kullandığı geniş yakaları sertleştirmek için kullanılırdı. 19. ve 20. yüzyıl ilk yarısında erkek gömlek yakalarını ve kız eteklerinin fırfırlarını sertleştirmek için onları ütülürken kola kullanılırdı. Keskin kat yerleri oluşturmanın yanı sıra kolalamanın bir diğer avantajı daha vardı. Gömleği giyen kişinin boyun ve bileklerindeki kir ve ter, kumaşın ipliklerine yapışmak yerine nişastaya yapışır ve yıkanmayla kolayca çıkardı. Her yıkamadan sonra nişasta yeniden uygulanırdı.

İyot testi

Gıda ürünlerinde nişastanın tetkiki iyot testi ile gerçekleştirilmektedir. Ürünün iyot testinde koyu kahve veya mor renge dönüşmesi nişasta içeriğini işaret etmektedir. Bunun mekanizması tam olarak bilinmemekle beraber iyodun I₃^- and I₅^- iyonlarının) amiloz sarmalları arasına girdiği ve oluşan amiloz-iyot kompleksindeki enerji düzeyleri arasındaki farklar ışığın görünür kısmında absorpsiyon spektrumuna karşılık gelmektedir. İyot amilopektinle mavi renk oluşturmaz.

Bu ayıraçı hazırlamak için 4 g suda çözünür nişasta sıcak suya katılır, kullanmadan evvel soğutulur. Nişasta-iyot kompleksi yükseltgenme-indirgenme reaksiyonlarını titre etmek için kullanılır: yükseltgen bir bileşik olduğunda çözelti mavidir, indirgen varsa mavi renk gider çünkü I₅^- iyonları iyot ve iyodüre dönüşür.

Nişasta türevleri

Nişasta asit, enzimler veya bunların bir birleşimi ile hidroliz edilip parçalanabilir. Bu dönüşümün derecesi nişastadaki glikozid bağların kopma yüzdesi olan dekstroz eşdeğeri (DE) ile nicelenir. Bu şekilde üretilen gıda ürünleri arasında aşağıdakiler sayılabilir:

Maltodekstrin az hidroliz edilmiş (DE 10-20) bir nişasta ürünüdür, kıvamladırıcı olarak

kullanılır.

Çeşitli mısır şurupları (DE 30-70) işlenmiş gıda ürünlerinde tatlandırıcı ve kıvamlandırıcı olarak kullanılırlar.
Dekstroz (DE 100) ticari glikoz, nişastanın tam hidrolizi ile elde edilir.
Yüksek früktozlu şurup dekstroz çözeltisinin glikoz izomeraz enzimi eklenerek glikozun büyük oranda früktoza dönüştürülmesi yoluyla üretilir. Tatlandırılmış içeceklerde tatlandırıcı olarak kullanılır.

Dış bağlantılar

Jones, Orlando, "US2000 Improvement in the manufacture of starch^{[ölü/kırık bağlantı]}". (Class: 127/68; 48/119;127/69). Middlesex, England, USPTO. (İngilizce)
Nişastanın modifikasyonu (İngilizce)
Modifiye nişasta türleri (İngilizce)

Kaynakça

Nişastanın moleküler yapısı: https://web.archive.org/web/20120114225823/https://www.lsbu.ac.uk/water/hysta.html