Termodinamik analizler, proseslerin fizibilitesini test etmek ve enerji veya
ekserji verimliliğini tahmin etmek için yapılır. Termodinamik analiz tıpkı kimyasal
sistemler gibi biyokimyasal sistemlere uygulanır. Biyolojik sistemler için
termodinamik analizler, belirli bir dizi reaksiyonun veya sürecin sistem için faydalı
olup olmadığını, yani enerjiye değip değmediğini değerlendirmek için kullanılır.
Biyolojik enerji kaynakları üzerine yapılan çalışmaların çoğu karbonhidratlar
üzerinde yapılmıştır.
Bu çalışmada, yaygın olarak tüketilen sekiz gıda üzerinde iki yöntemle
termodinamik analizi yapılmıştır. Seçilen gıdalardan dördü bitkisel iken dördü
hayvansal gıdalardır. Seçilen bitkisel gıdalar bezelye, kinoa, mantar ve yulaf iken;
hayvansal gıdalar balık, sığır eti, tavuk ve yumurtadır. Termodinamik analizler için
uygulanan ilk yöntemde gıdaların sadece protein içerikleri ele alınmış, içerdikleri
amino asitlerin tamamının oksidasyona uğradığı ve ATP üretiminin gerçekleştiği
kabul edilmiş, metabolik ekserji kaybı her gıda için ayrı ayrı hesaplanmıştır. Bu
yöntemi uygulamak için öncelikle 20 amino asidin oksidasyon reaksiyonları
sadeleştirilmiş ve reaksiyonların ekserji kayıpları hesaplanmıştır. Her amino asidin
oksidasyon reaksiyonlarının termodinamik analizi ilk kez bu çalışmada yapılmıştır.
Yapılan hesaplama sonucunda bitkisel kaynaklı gıdalardan mantarın metabolik
ekserji kaybının 0.993 MJ/kg ile en düşük iken; kinoanın metabolik ekserji kaybı
ise 2.308 MJ/kg ile en yüksektir. Hayvansal kaynaklılar ise en düşük metabolik
ekserji kaybına uğrayan gıda 11,169 MJ/kg ile yumurta iken, diğer üç gıdanın
ekserji kaybının birbirlerine daha yakın olduğu görülmüştür. Bu grupta en fazla
ekserji kaybına uğrayan gıda 25,239 MJ/kg ile sığır eti olmuştur.
Gıdaların termodinamik analizlerinin yapıldığı ikinci yöntemde ise gıdanın
barındırdığı tüm enerji kaynakları ele alınmıştır. Burada kullanılan termodinamik
değerler glikoz ve yağ asitleri için literatürdeki benzer yöntemle hesaplamalar
yapılan çalışmalardan edinilmiştir. Proteinler için literatürde ayrıntılı bir değer
bulunmadığı için 20 amino asidin eşit miktarda bulunduğu bir peptit zinciri ele
alınmıştır ve çalışma kapsamında hesaplanan değerler kullanılmıştır. Bu
hesaplamalar sonucunda hayvansal ve bitkisel kaynaklı gıdalar için ilk yöntemle
paralel sonuçlar elde edildiği görülmüştür. Her iki gıda grubunda da en yüksek
ekserji kaybına uğrayan gıdalar ile en düşük ekserji kaybına uğrayan gıdaların
değişmediği görülmüştür.
Yapılan çalışma sonucunda bitkisel kaynaklı gıdaların ekserji kayıpları
hayvansal kaynaklı gıdaların ekserji kayıplarına göre oldukça düşük çıkmıştır. Bu
durum, kıyaslanan gıdalardan bitkisel kaynaklı olanların metabolik işe
yararlılığının enerji açısından daha verimli olduğunu göstermiştir.Thermodynamic analyses are performed to test the feasibility of processes
and to estimate energy or exergy efficiency. The thermodynamic analysis is
applied to biochemical systems just like chemical systems. Thermodynamic
analyses for biological systems are used to assess whether a particular set of
reactions or processes are beneficial to the system, ie, whether it is worth the
energy. Most of the studies on biological energy sources have been done on
carbohydrates.
In this study, the thermodynamic analysis was performed on eight
commonly consumed foods by two methods. Four of the selected foods are
vegetable and four are animal foods. The selected vegetable foods were peas,
quinoa, mushrooms, and oats; animal foods are fish, meat, chicken, and eggs. In
the first method applied for thermodynamic analysis, only protein contents of
foods were considered, all of the amino acids contained were oxidized and ATP
production was realized and metabolic exergy loss was calculated separately for
each food. To apply this method, oxidation reactions of 20 amino acids were
simplified and exergy losses of the reactions were calculated. The thermodynamic
analysis of the oxidation reactions of each amino acid was made for the first time
in this study. As a result of the calculation, the fungal metabolic exergy loss of
plant-derived foods was the lowest with 0.993 MJ / kg; metabolic exergy loss of
quinoa is highest with 2,308 MJ / kg. On the other hand, while the food with the
lowest metabolic exergy loss was 11,169 MJ / kg, it was seen that the exergy loss
of the other three foods was closer to each other. In this group, the highest exergy
loss was meat with 25,239 MJ / kg.
In the second method in which thermodynamic analysis of food is carried
out, all energy sources of food are discussed. The thermodynamic values used
here are derived from the studies performed by a similar method in the literature
for glucose and fatty acids. Since there is no detailed value in the literature for
proteins, a peptide chain with equal amounts of 20 amino acids is considered and
the values calculated in the study are used. As a result of these calculations, it was
seen that parallel results were obtained with the first method for animal and
vegetable origin foods. It was observed that the foods with the highest exergy loss
and the foods with the lowest exergy loss did not change in both food groups.
As a result of the study, exergy losses of plant-derived foods were
considerably lower than those of animal-derived foods. This showed that the
metabolic usefulness of plant-derived foods compared to foods was more energy
efficient
