KOLVETNI

1. KOLVETNI • Um 75% af þ.e. massa lífheimsins eru kolefni • Um 80% kaloría í fæðu manna eru kolvetni, aðallega sterkja • Cellulósi er algengasta kolvetnið

2. Kolvetni í matvælum • Eru orkugjafar • Gefa sætt bragð • Gefa lit, bragð og ilm (brúnun) • Binda ilm-og bragðsameindir • Hafa margvísleg hlutverk í matvælavinnslu • Hafa æskileg áhrif á áferð unninna matvæla • Gefa þægilega tilfinningu í munni

3. Hlutfall sykra í plöntuafurðum

4. Áhrif kolvetna í matvælum Kolvetni hafa áhrif á: • Seigju, gelmyndun og ískristöllun • Stöðugleika mismunandi blanda, t.d. ýrulausna • Samspil ýmissa þátta í matvælum

5. Einsykrur Helstu eiginleikar og hlutverk einsykra í matvælum: • Niðurbrot einsykra  endurröðun, efnahvörf  sameining við önnur efni, breytingar á bragði og lit, t.d. Maillard brúnun (óensímatísk brúnun) • Virkni einsykra er algerlega háð byggingu og sérstakri staðsetningu hópa á sameindum

6. Fjölsykrur • Eiginleikar og hlutverk fjölsykra í matvælum: • Sérstakir eðlis- og efnafræðilegir eiginleikar fjölsykra í lausnum • Mjög mikilvægir í matvælum • Flæðni, hegðun fjölsykra í geljum, kristal og lausn • Oft þarf hvörf við málmjónir til þess að geljun geti átt sér stað • Hliðarhópar fjölsykra skipta miklu máli

7. Fjölsykrur • Mikilvægt í matvælaiðnaði: • Skilningur á sambandinu milli niðurröðunar sameinda og geljunar • Sambandið á milli byggingar og virkni sameinda almennt

8. Sykrur Fásykrur • 2-10 sykrueiningar • Vatnsleysanlegar • Myndast í þéttihvarfi einsykra (H2O losnar frá •  eða  glycosíðtengi á milli eininga) Tvísykrur • Algengar tvísykrur: • Súkrósi (glu + fru) • Maltósi (glu + glu) • Laktósi (glu + gal)

9. Aldósar - einsykrur úr D-glyceraldehyde

10. Mutarotation

11. Furanose og pyranose

12. Glúkósa og frúkrósa ísomerar

13. Tegundir tvísykra • Einsleitar: homogegn t.d. maltósi • Margleitar: heterogen, t.d. súkrósi • OH hópur einnar sykru hvarfast við anomeríska kolefni annarrar  glycoside tengi myndast á milli þeirra • Unnt að rjúfa tengið með H+ en ekki OH-

14. Tvísykrur (1/3 Frh...)

15. Tvísykrur (frh.) (2/3 Frh...)

16. Tvísykrur (frh.) (3/3)

17. Umbreyting aldósa í ketósa

18. Myndun HMF

19. Laktósi í mjólkurvinnslu

20. Glycosíð • Lítið er af glycosíðum í fæðunni • Undantekning:glycosíð í tenglsum við oligo- eða fjölsykrur • Sum glycosíð gefa sætt bragð en önnur biturt • Bragðmyndandi N-glycosíð í matvælum - 5´ mónó fosföt af inósíni, guanosíni og xanthosíni • Maillard brúnun - myndun glycosíða (N-glycosíð) • Brotna niður í vatni, verða gul og síðar brún litarefni • Cyanogen glycosíð í möndlum geta verið hættuleg

21. Afoxandi sykrur • Allar einsykrur eru afoxandi, hafa karbonylhóp á virku hemiacetal formi • Eingöngu afoxandi sykrur taka þátt í Maillard brúnun (mjög mikilvægt í matvælaiðnaði) • Afoxandi sykrur + prótein (amín)  brúnun • Mutarotation - opnun og lokun hrings Í vatni er -D-glukósi jafnvægisblanda af  og  formum

22. Efnahvörf sykraA. Vatnsrof • Hægt að nota H+, hátt hitastig T og ensím en -D-anomer súkrósa viðkvæmur fyrir hitun og sýru • HFCS (high fructose corn syrup) gert úr sterkju sem er brotin niður með ensímum eða með öðrum aðferðum: • D-amylasi og glucoamylasi ensím notuð til að framleiða glúkósa og síðan er isomerasi notaður til að breyta hluta glúkósans í frúktósa • HFCS t.d.; 54% D-glu, 42% D-fru • Mikið notað í gosdrykki og sælgæti í stað súkrósa - HFCS er mun ódýrara en súkrósi

23. Efnahvörf sykraA. Vatnsrof • Helsti ókosturinn við notkun HFCS í matvæli er sá að sykrurnar eru afoxandi þannig að notkun HFCS hefur í • för með sér brúnunarvandamál, ólíkt súkrósa • DE: dextrose equivalent = • % afox. sykra í kornsýrópi, m.v. þurrefnismagn • Mælikvarði á hversu mikill hluti sterkju breytist í glúkósa

24. Efnahvörf sykraB. acyclísk hvörf Isomerun D-glu • H+ eða OH- auka hraða mutarotation • Enolisering:D-glu  enediol  D-fru • Afoxandi sykrur eru stöðugar við pH 3-4

25. Efnahvörf sykra C. Afvötnun - niðurbrot með hita • H+ / OH- hvata afvötnun: • Niðurbrot kolefniskeðju  sýrur, alkohol, keton, aldehyd  óæskilegt bragð • Oft eru -D-1,4 tengi stöðugri gagnvart niðurbroti með hita en  og -1,6-D tengi

26. Efnahvörf sykraD. Brúnunarhvörf firjár gerðir brúnunarhvarfa: • 1. C-vítamín oxun (ensímhvötuð) • 2. Ensímatísk brúnun • 3. Óensímatísk brúnun • i) karamellun • ii) Maillard brúnun • iii) bruni

27. Ensímatísk brúnunOxunarhvörf • Ensím hvata hvarf O2 við phenolsambönd og mynda brún litarefni • Óæskilegt t.d. í mörðum eða sködduðum ávöxtum s.s. banönum og eplum eftir skurð • Æskilegt t.d. í te og kaffi • Phenolasar finnast í öllum plöntum og öðrum lífverum en í mis miklu magni– af plöntum er mest í: kartöflum, sveppum, eplum, ferskjum, banönum, avocado, telaufum og kaffibaunum

28. Óensímatísk brúnun -Karamellun (i)Ekki oxunarhvörf • Litarefni mynduð með sýrum/söltum/hvötum og hitun • Aðallega afvötnun sbr. lið C að framan furans  ljósgleypni  litur • Unnt að stjórna lit með sýrum og söltum eða hvötum  mismunandi litarefni • Notagildi karamellunar • Framleiðsla matarlita • Mikilvægt að stjórna efnahvörfum til að hindra myndun biturra bragðefna

29. Litarefni/bragðefni karamellunar Litarefni • Sýrufastir litir (súkrósa, NH4-súlfat) kóladrykkir • Bruggara litur (súkrósa, NH4+)bjór • Bakara litur pyrolisa  brún litarefni brauð Bragðefni • Maltol, isomaltol, ethylmaltol • Karamellu ilmur, aukinn sætleiki • Flauelskennd áferð í munni • Isomaltol er 6x sætara en maltol • Furanones, Karbonyl sambönd, Sýrur, Esterar

30. Óensímatísk brúnun - Mailliardbrúnun (ii) - Ekki oxunarhvörf • Afoxuð sykra + amín + H2O  gul og brún litarefni • Bragð, ilmur (æskil./óæskil.) • Minnkar næringargildi próteina (óæskilegt) • Tap LNAS (lífsnauðsynlegra amínósýra t.d. lys) • Niðurbrot verður áður en litur er merkjanlegur

31. Mailliard brúnun (ii) - 3 skref • 1. Litlaust: - Gleypni á útfjólubláu (uv) sviði minnkar - Afoxunarhæfni eykst • 2. Gul litarefni: - Gleypni á uv sviði eykst - Sykrur afvatnast - HMF (hydroxymethyl furanose) keðjuklofnun - -karbonyl  litarefni - Ef SO32- sulfite er bætt í á þessu stigi  aflitun

32. Mailliard brúnun (ii)- 3 skref 3. Lokaskref: • Rauðbrún/dökkbrún litarefni • SO3- íbót hefur engin áhrif • CO2magn eykst • Ilmur/bragð af karamellum • Aldol condensation (fjölliðun)  óleysanleg melanoid

33. Mailliard brúnun (ii)Upphafsskref (efnahvörf) • Heyns og Amadori (Mynd) • Lýsing á skrefum (Mynd)

34. Maillard - myndun HMF

35. Hvörf Amadori myndefna

36. Mailliard brúnun (ii)Strecker niðurbrot a.s. • Dicarbonylsambönd og -a.s.  LNAS  • Rokgjörn myndefni  ilmur og bragð - ekki brúnun • Maillard og Strecker: myndefni eru ýmist æskileg eða óæskileg í matvælum • Maillard: öll matvæli sem hafa prótein og afoxandi sykrur geta tapað a.s. við lágt TAmínósýran lysine verður oftast takmarkandi t.d. í morgunkorni og mjólk • Fersk mjólk 100°C 2-3 min 5% niðurbrot lysþurrmjólk (án fitu) 150°C 2-3 min 40% “ “

37. Strecker niðurbrot

38. Maillard/Strecker - áhrifaþættir • T, pH, raki, M+, bygging sykru mikilvægt að stjórna • pH  6  lítil brúnun vegna Maillard, NH2 hópur a.s. prótóneraður  kemur í veg fyrir glucosamín myndun • pH 7,8-9,2  prótonering a.s.  • Afvötnunar aðstæður  brúnun  við ákv. pH • H2O  brúnun  • 30% H2O  max brúnun - intermediate rakastig verst • Cu2+, Fe+3, Fe+2 brúnun • Síðari skref Maillard ox./afox hvörf

39. Maillard/Strecker - áhrifaþættir Bygging sykra • D-xylose > L-arab > hexósar (D-gal, D-man, D-glu, D-fru) • D-fru < D-aldósar mism. brúnunarmekanismi • Magn litarefna í réttu hlutfalli við magn “open chain” forms sykru, NH2 hvarfast við opna formið

40. Ráð til að halda Maillard brúnun í skefjum • Raki < 30%, auka þynningu, lækka pH og T • Fjarlægja afoxandi sykru eða a.s. • þurrkuð egg- bæta D-glu oxidasa fyrir þurrkun  magn glu minnkar • Fiskur- brúnun minnkuð með lactobacillus bakteríum sem hafa D-ríbósa oxidasa virkni • SO2 eða súlfít: • draga úr brúnun ef bætt í á ákveðnu stigi

41. Sætleiki kolvetnaBinding bragðefna • Einsykrur- fruktósi > súkrósi > glúkósi > galaktósi > mannósi • Sykur alkohól:- xylitol > maltitol > sorbitol > galactiol > lactitol • Bragðefni bindast kolvetnum ef H2O minnkar • Ein- og fásykrur draga að sér H2O vegna -OH hópa • Bygging áhrif á vatnsbindingu- D-fru > D-glu • Vel kristallaður sykur - mikið um innri vetnistengi lítil tilhneiging til að bindast vatni

42. Einsykrur/fásykrur • Hafa meiri árif á bragð matvæla og tilfinningu þeirra í munni (taste/mouthfeel) en fjölsykrur en hafa minni áhrif á áferð (texture) • Einsykrur og fásykrur - flestar afoxandi  brúnun + ýmis efnahvörf s.s. Maillard, karamellun

43. Fjölsykrur • Fjölsykrur - hafa mikil áhrif á áferð matvælaCellulósi, hemicellulósi og sterkja. Flestar eru fjölsakkaríð (ef undan eru skildir cellulósar) og eru vatnsleysanlegar eða dreifanlegar í vatni. Sterkja tekur lítinn þátt í brúnun nema ef hún brotnar niður í einsykrur við öfgar í T og pH. • i) Áhrif sellullósa og hemicellulósa í matvælum Gefa stinnleika og eru trefjaefniii) Áhrif sterkju í matvælum Gefur stinnleika, ferskleika, þéttleika, þykkingu, seigju og viðloðun. Auk þess mynda sterkjur gel, gefa góða tilfinningu í munni og auðvelda formun matvæla.

44. Fjölsykrur • Homofjölsykrur. Einsleitar - gerðar úr glúkósaeiningum. Dæmi: sterkja, glycogen og cellulósi  eða  tengi á milli eininga • Heterofjölsykrur. Margleitar - gerðar úr ýmsum sykrum og öðrum sameindum. Dæmi: Gúmmíefni og trefjar

45. Bygging sterkju og cellulósa • Sterkja • -1,4 og -1,6 glycoside tengi (Mynd- ) • Meltanleg fyrir menn • Cellulósi • -1,4 glycoside tengi (Mynd- ) • Ómeltanlegur fyrir menn • Menn hafa eingöngu -amylasa en ekki -amylasa (glucosidasa).

46. Sterkja - amylósi og amylopektín • Amylósi (Mynd- ) • Línuleg sameind, eingöngu -1,4 tengi •  pakkast vel  fellur gjarnan út • Amylópektín (Mynd- ) • Greinótt sameind, -1,4 en -1,6 með ákveðnu millibili •  pakkast verr en amylósi fellur síður út en amylósi

47. Amylósi og amýlopektín

48. Amýlopektín í sterkjukornum

49. Geljun sterkju

50. Umbreyting á sterkju