enzimi u prehrambenim proizvodima - nasport.pmf.ni.ac.rsnasport.pmf.ni.ac.rs/materijali/2705/enzimi...
Post on 19-Oct-2020
4 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Enzimi u prehrambenim
proizvodima
Enzimi
Enzimi su specifična grupa proteina koju sintetizuju žive ćelije, a
celokupnost svih hemijskih procesa u organizmu koju nazivamo
metabolizmom moguća je samo zbog njihovog delovanja. To su kompleksni
proteini koji deluju kao katalizatori u skoro svim biohemijskim procesima.
Mnogi enzimi sadrže elemente u tragovima, kao što su Mn, Fe ili Zn, bez
kojih ti enzimi ne mogu funkcionisati.
Aktivnost enzima zavisi od prisutnosti adekvatnih vitamina i minerala.
Od njihove aktivnosti zavisi rast, sazrevanje, čuvanje i proizvodnja
namirnica. Važna karakteristika enzima, koja ih razlikuje od neorganskih
katalizatora je njihova specifičnost. Oni poseduju specifičnost prema
supstratu, tj. reaguju sa tačno određenim međuproduktom metabolizma.
Najčešće ne reaguju ni sa vrlo srodnim jedinjenjima. Enzimi pokazuju i
specifičnost delovanja, pa od mnogobrojnih reakcija u koje može ući neki
metabolit katalizovana je samo jedna.
Holoenzim
Kofaktor Apoenzim
Metalni joni Koenzim
Prostetička
grupaKosupstrat
Neorganski kofaktori
Element Enzim
Cu2+ Citohrom-oksidaza
Fe2+, Fe3+ Citohrom-oksidaza, katalaza
K+ Piruvat-kinaza
Mg2+ Heksokinaza, piruvat-kinaza
Mn2+ Arginaza
Mo Dinitrogenaza
Ni2+ Ureaza
Se Glutation
Zn2+ Karbonanhidraza, alkohol-dehidrogenaza
Definicija enzimskih preparata
Enzimski preparati su proizvodi dobijeni iz životinjskih,
biljnih ili mikrobioloških izvora koji sadrže jedan ili više
enzima, a mogu da se sastoje iz celih ćelija, delova ćelija ili
ekstrakata bez ćelija iz polaznog materijala, kao i ostataka
hranljive podloge, rastvarača, aditiva, pomoćnih sredstava
u proizvodnji i drugih supstanci dodatih u skladu sa
dobrom proizvođačkom praksom;
Enzimi su biološki aktivni proteini koji katalitički
ubrzavaju biohemijske reakcije.
(„Sl. list SRJ“, br. 12/2002 i „Sl. list SCG“, br. 56/2003 –
dr. pravilnik i 4/2004 – dr. pravilnik)
Poreklo enzima
Životinjska tkiva koja se koriste za proizvodnju enzimskih preparata moraju da
odgovaraju propisima o kvalitetu i drugim zahtevima za meso, a u proizvodnji se
sa njima mora postupati u skladu sa zahtevima higijenske prakse.
Biljni materijal koji se koristi za proizvodnju enzimskih preparata ne sme da
sadrži sastojke koji u prerađenom prehrambenom proizvodu ostavljaju rezidue
štetne po zdravlje ljudi.
Mikrobiološki materijal koji se koristi za proizvodnju enzimskih preparata mogu
biti prirodni sojevi ili varijeteti mikroorganizama, ili može da bude dobijen iz
prirodnih sojeva ili varijeteta procesima selektivnog serijskog kultivisanja ili
genetskom modifikacijom. Sojevi ili varijeteti moraju da budu stabilni i jasno
diferencirani kao sirovine za proizvodnju enzimskih preparata koji imaju
posebne specifikacije.
Hranljive podloge koje se koriste za kultivisanje mikroorganizama ne smeju da
ostavljaju rezidue štetne po zdravlje ljudi u prerađenom prehrambenom
proizvodu.
Enzimski preparati
Enzimski preparati mogu da se stavljaju u promet kao:
1) tečni enzimski preparati;
2) polutečni (koncentrisani) enzimski preparati;
3) suvi enzimski preparati (enzimski preparati u prahu);
4) imobilizovani enzimski preparati (preparati u kojima su enzimi fizičkim
ili hemijskim postupcima vezani za nerastvorljive nosače).
(„Sl. list SRJ“, br. 12/2002 i „Sl. list SCG“, br. 56/2003 – dr. pravilnik i
4/2004 – dr. pravilnik)
Enzimski preparati mogu da sadrže najviše:
1) 3 mg/kg As;
2) 10 mg/kg Pb;
3) 40 mg/kg teških metala računatih kao Pb.
Digestivni enzimi i enzimi u hrani
Enzimi su u velikim količinama prisutni u sirovim namirnicama i
započinju proces probave u ustima i želucu. Uključuju proteaze za
varenje proteina, lipaze za varenje masnoća i amilaze za varenje UH.
Amilaze iz pljuvačke doprinose razgradnji UH već dok se žvaću i svi
enzimi koji se nalaze u namirnicama nastavljaju ovaj proces u želucu.
Probavne žlezde izlučuju želudačnu kiselinu i pepsinogen koji započinju
razgradnju proteina, kao i faktor potreban za apsorpciju vitamina B12.
Veći broj enzima potrebnih za potpunu probavu hrane izlučuje se tek u
tankom crevu i pankreasu.
Enzimi u sirovoj hrani, posebno u sirovim fermentisanim namirnicama,
pomažu proces probave i smanjuju potrebu tela da proizvodi digestivne
enzime. Svi enzimi se deaktiviraju na temperaturi od 48º C kod kuvanja.
Podela enzima
Enzimi su prema tipu reakcije podeljeni u 6 glavnih grupa:
oksidoreduktaze, transferaze, hidrolaze, liaze, izomeraze i ligaze.
Oksidoreduktaze - enzimi koji katalizuju redoks reakcije. Važni su jer ovi
procesi omogućavaju dobijanje toplote i energije.
Transferaze - enzimi koji katalizuju reakcije transfera funkcionalnih
grupa između dva supstrata.
Hidrolaze - poznati kao i hidrolitički enzimi, katalizuju reakcije hidrolize
UH, proteina i estara.
Liaze - enzimi koji katalizuju reakcije uklanjanja grupa iz supstrata
formiranjem dvostrukih veza.
Izomeraze - enzimi koji katalizuju reakcije izmene cis-trans ili L-D
izomera.
Ligaze - poznate kao sintetaze, katalizuju reakcije kuplovanja dva
supstrata.
Uloga enzima
Oksidoreduktaze
Katalizuju redoks reakcije supstrata
Katalizuju važne reakcije hrane:
Lipoksigenaza – oksiduje masti (dodavanjem kiseonika masnim
kiselinama),
PPO – polifenol oksidaza – doprinosi tamnjenju hrane usled
oksidacije fenola u hrani
Oksidoreduktaze Lipoksigenaze
Nalaze se u mnogim biljkama (mahom mahunarkama) i životinjskim
organima (riblja krljušt). Specifične za oksidaciju masnih kiselina koje
sadrže cis, cis-1,4-dien jedinice (linolna kiselina (2 dvostruke veze),
linoleinska kiselina (3 dvostruke veze) i arahidonska kiselina (4
dvostrukih veza)).
Izbeljuje proteine koji daju boju pšenici i soji. Učestvuje u formiranju
S-S veze u glutenu u testu, pa nije potrebno dodavati hemijske
oksidante.
Produkti raspadanja hidroperoksida daju loš ukus i miris hrani.
Proizvodi oksidacije mogu oksidovati proteine i narušiti teksturu
hrane. Oksidacija masti vodi gubitku esencijalnih polunezasićenih
masnih kiselina čime se smanjuje nutritivna vrednost hrane. Vitamini
takođe mogu podleći reakcijama oksidacije. Može izazvati bledenje
hlorofila i karotena.
Aktivnost lipoksigenaza može se smanjiti korišćenjem antioksidanata.
Polifenol oksidaza (PPO)
Nalazi se u biljkama (voću i povrću),
životinjama, insektima i mikroorganizmima.
Katalizuje oksidaciju fenolnih jedinjenja
(mono i/ili di-fenola) u prisustvu O2 i formira
hinone koji polimerizuju u pigment melanin.
Aktivnost se može inhibirati: uklanjanjem O2,
pH<4,5, askorbinskom kiselinom (vitamin C),
bi-sulfitima, EDTA.
Oksidoreduktaze
Transferaze
Katalizuju prenos funkcionalnih grupa od donora ka akceptorima.
(Kinaza reguliše metabolizam prenošenjem fosfata od ATP ka
drugim molekulima.) Bez značaja u prehrambenim namirnicama
Hidrolaze
Katalizuju hidrolizu supstrata (raskidanje veza u vodenom okruženju)
Najvažniji enzimi u procesu proizvodnje hrane i sa aspekta kvaliteta
hrane
Proteaze (raskidanje peptidne veze) određuju teksturu i
modifikacije proteina
Amilaze (raskidanje glikozidnih veza) i pektinaze određuju
teksturu i modifikacije UH.
Lipaze (raskidanje esternih veza) – razgradnja masti
Hidrolaze
Proteaze (hidrolitičko raskidanje peptidne veze u proteinima)
Papain – nalazi se u papaji. Aktivan u širokom opsegu pH (3-11) i temperaturno stabilan. Koristi se za omekšavanje mesa, ulazi u mišićno tkivo i hidrolizuje proteine vezivnog tkiva (kolagen) i omekšava mišiće. Slično dejstvo imaju ficin (iz smokve), bromelain (iz ananasa), aktinidain (iz kivija).
Invertaze (hidrolitičko raskidanje glikozidne veze između glukoze i fruktoze u sukrozi)
Dobijaju se invertni šećeri, što je pogodno u konditorskoj industriji jer invertni šećeri su slađi i imaju manju tendenciju da kristaliziraju.
Laktaze (hidrolitičko raskidanje glikozidne veze između galaktoze i glukoze u laktozi)
Povećavaju slatkost i rastvorljivost šećera. Koriste se u mlečnoj industriji kako bi se smanjila kristalizacija u sladoledima i proizveli proizvodi bez laktoze. β-galaktozidaze biljnog, životinjskog ili mikrobiološkog porekla.
Pektinaze
Nalaze se uglavnom u voću i povrću i učestvuju u razgradnji pektinskih
supstanci
Pektin-metil-esteraza – hidrolizuje metil-estarske veze pektina, što
rezultuje izbistrivanjem voćnih sokova. Prevodi koloidni pektin u
nekoloidni, te se koristi u proizvodnji bistrih sokova.
Hidrolaze
Liaze
Katalizuju uklanjanje/dodavanje hemijskih grupa supstratu
Dodavanje vode, amonijaka ili CO2 preko dvostrukih veza ili njihovo
uklanjenje uz stvaranje dvostrukih veze. Bez značaja u hrani.
Izomeraze
Katalizuju intramolekulska premeštanja (izomerizacija L u D oblik),
reakcije mutaze (promena grupa)
Glukoza izomeraza- prevodi aldoze u ketoze (Glu→Fru)
Ligaze
Katalizuju reakcije kombinovanja supstrata uz korišćenje energije iz
ATP. Bez značaja u hrani.
Glukozna izomeraza
Katalizuje izomerno preuređivanje glukoze do fruktoze
(aldoze do ketoze)
Dobija se slađi proizvod koji se naziva visokofruktozni
sirup. Dobija se iz kukuruznog skroba, koji se pak
razgrađuje dejstvom α-amilaze
Izomeraze
Enzimi u prehrambenoj industriji
Primena enzima kao industrijskih katalizatora danas je sve češća,
usled širokog spektra reakcija koje mogu katalizovati: redoks
procesi, inter- i intra-molekularni prenosi različitih hemijskih
grupa, hidrolize, cepanje kovalentnih veza, izomerizacija i adicija
hemijskih grupa na dvostruke veze.
Moguće je katalizovati gotovo sve organske i mnoge neorganske
reakcije jednim ili sa više enzima.
Najčešće primenjivani enzimi u raznim granama prehrambene
industrije su oni iz grupe hidrolaza, oksidoreduktaza, kao i neke
izomeraze.
Enzimi u prehrambenoj industrijiIndustrijski enzimi dobijaju se iz:
1. Biljaka (amilaze slada, papain, bromelin, ficin i dr.)
2. Životinja (enzimi pankreasa, katalaza, renin i dr)
3. Mikroorganizama (amilaze, proteaze, pektinaze, invertaze i td).
Industrija šećera je jedan od glavnih potrošača enzima, koje koristi kod
hidrolize skroba u svrhu dobivanja modifikovanog skroba, dekstrina,
glukoze i fruktoze.
U mlečnoj industriji enzim β-galaktozidaza katalizuje razgradnju laktoze -
slabo rastvornog mlečnog šećera, kojeg digestivni trakt ne apsorbuje.
Proizvodi reakcije su konstituenti laktoze, jednostavni šećeri glukoza i
galaktoza. Time se rešava problem organske nepodnošljivosti laktoze koja
zbog nedostatka laktaze u digestivnom traktu, postoji kod velikog dela
stanovništva.
Pekarska industrija je jedan od najstarijih i najvećih korisnika
enzima. Brašno, kao osnovi sastojak pekarskih proizvoda sadrži skrob
kao glavni sastojak ,nešto proteina i nekoliko enzima. Zbog toga je u
pekarstvu, stepen razgradnje skroba od interesa, a on zavisi od
aktivnosti prirodno prisutne amilaze u brašnu. Slabija aktivnost, znači
manje količine glukoze oslobođene iz skroba, što vodi i manjoj
količini CO2 potrebne kvascu. Problemi se rešavaju dodavanjem
fungalne amilaze, koja se inaktivira kod 60º C. Fungalna proteaza se, s
druge strane, dodaje radi promene fizičkih svojstava testa, a lipo-
oksigenaza radi izbeljivanja prirodnih obojenih pigmenata testa.
Amilaze iz gljiva i biljaka se koriste u dobijanju šećera iz skroba u
proizvodnji kukuruznog sirupa.
Katalize se koriste u pretvaranju skroba u šećer i u fermentacionim
procesima kvasca koji dovode do dizanja testa prilikom pečenja.
Proteaze se koriste u proizvodnji biskvita smanjenjem sadržaja proteina.
Tripsin se koristi u pripremi hrane za bebe.
Enzimi iz ječma se uveliko koriste u industriji piva: amilaze, glukanaze,
proteaze, β-glukanaze, arabinoksilaze, amiloglukosidaza,
acetolaktatdekarboksilaze.
Celulaza, pektinaza pomažu u bistrenju voćnih sokova.
Renin se koristi u industriji sireva. Lipaze se koriste za sazrevanje plavih
buđavih sireva. Laktaza razgrađuje laktozu na glukozu i galaktozu.
Papain se koristi za omekšavanje mesa.
Amilaze, amiloglukozidaze i glikoamilaze prevode skrob u glukozu i
sirup.
Glukozna izomeraza poboljšava slatkost i smanjuje kalorijsku vrednost
Primena enzima u prehrambenoj industriji
Enzim Primena
α-amilazaDigestija skroba, poboljšanje kvaliteta hleba, izbistravanje
voćnih sokova
glukoamilazaDigestija maltoze, proizvodnja piva, dobijanje
visokofruktoznog i visokoglukoznog sirupa
proteazeDigestija proteina, omekšavanje mesa, koagulacija mleka,
poboljšanje kvaliteta hleba
laktaza Digestija laktoze,
lipazaDigestija masti, proizvodnja sira čedar, poboljšanje arome
sireva
fosfolipazapoboljšanje arome sireva, proizvodnja lipolizovanih
mlečnih masti
esterazaPoboljšanje ukusa i mirisa voćnih sokova, dobijanje estara
kratkih lanaca
Enzim Primena
celulaza Izbistravanje voćnih sokova
ksilanaza Izbistravanje voćnih sokova, poboljšanje kvaliteta piva
pektinaza Izbistravanje voćnih sokova
glukoza oksidaza Poboljšanje kvaliteta hrane, produženje roka trajanja
katalazaProduženje roka trajanja, uklanjanje vodonik-peroksida iz
mleka pre proizvodnje sira
lakaza Uklanjanje polifenola iz vina,
Invertaza Digestija saharoze
asparaginaza Smanjenje formiranja akrilamida tokom pečenja
peroksidaza Poboljšanje boje, ukusa i nutritivne vrednosti hrane
naringinaza Uklanjanje gorkog ukusa voćnih sokova
Metalni joni kao kofaktori
Mg
Aktivira neke enzime koji hidrolizuju estarske fosfatne veze (fosfataze) ili
prenose fosforne grupe od ATP do akceptora (kinaze). U oba slučaja Mg2+
jon se ponaša kao elektrofilna kiselina, polarizuje P-O vezu fosfatnih
ostataka supstrata i olakšava nukleofilnu reakciju (vode iz hidrolize).
Glukokinaza katalizuje fosforilaciju glukoze do glukoza-6-fosfata uz ATP
kao kosupstrat. Nalazi se u jetri i pankreasu i reguliše metabolizam glukoze
β-galaktozidaza
β-Galaktozidaza je enzim koji se koristi za katalizovanje reakcije
hidroloze laktoze. Za industrijske svrhe dobija se iz mikroorganizama
(Lactobacillus acidophilus, bakterije mlečne kiseline, E. coli). Koristi se u
proizvodnji jogurta, kisele pavlake, nekih sireva koji se tretiraju ovim
enzimom kako bi se razorila laktoza.
β-Galaktozidaza (iz E. coli) je homotetramer, gde svaki monomer čine
1023 aminokiselina koje formiraju 5 definisanih strukturnih domena.
Aktivno mesto se nalazi u trećem domenu
Monovalentni joni Na+, kao i dvovalentni joni Mg2+ neophodni su
za stabilizaciju strukture kako ne bi disosovala na monomere čime
se gubi enzimska aktivnost. Nalaze se u okviru aktivnog mesta, i
dok Na+ jon direktno vezuje se za molekul laktoze, Mg2+ joni ne
učestvuju u vezivanju.
Zamena Mg kalcijumom može dovesti do inhibicije enzima kinaze, jer
je Ca2+ jon slabija kiselina od Mg2+ jona. Povećanje aktivnosti enzima
pomoću Ca2+ jona bazira se na sposobnosti jona da interaguje sa
negativno naelektrisanim mestima na ostacima AK i time doprinosi
stabilizaciji enzimske konformacije (α-amilaza). Aktivnost enzima
može biti uzrokovana i učešćem Ca2+ jona u vezivanju supstrata
(lipaze).
Kalcijum
Kofaktor je enzima koji nisu uključeni u redoks reakcije pod
fiziološkim uslovima. Mg2+ i Zn2+ su kiseline slične jačine pa
zamena Mg2+ jona Zn2+ jonom i obrnuto ne vodi gubljenju
enzimske aktivnosti. Ima ulogu stabilizatora enzimske
konformacije, a direktno učestvuje u katalizi u okviru enzima
alkohol-dehidrogenaze.
Ovaj enzim sadrži dva identična polipeptidna lanca sa po jednim
aktivnim mestom. Dva od četiri Zn2+ jona lako disosuju, pri čemu
se ne narušava kvaternarna struktura, ali se gubi na aktivnosti
enzima. Zn joni polarizuju C-O veze supstrata i olakšavaju transfer
H+ jona ka/od kosupstrata.
Cink
Kofaktor je karboksipeptidaze gde stabilizuje C-O vezu tokom
hidrolize peptidne veze.
Redoks sistem Fe2+/Fe3+ je pogodan za procese prenosa elektrona.
U okviru citohroma ovaj sistem učestvuje u procesu disanja kao i
biosinteze nezasićenih masnih kiselina. Enzimi koji sadrže Fe dele
se na hem i ne-hem proteine (lipoksigenaza, ksantin-oksidaza).
Peroksidaze iz namirnica biljnog porekla i nekoliko katalaza sadrže
Fe3+-protoporfirin (hemin) kao prostetičku grupu i kao hromofore
doprinose braon boji enzima.
Gvožđe
Ksantin-oksidaza iz mleka reaguje sa mnogim elektron donorima i
akceptorima. Ovaj enzim je najaktivniji sa supstratima kao što su
ksantin ili hipoksantin kao elektron donori i O2 kao elektron
akceptor. Enzim sadrži dva aktivna mesta, koja sadrže po 4 Fe-atoma
i 1 Mo-atom. Tokom oksidacije ksantina do mokraćne kiseline
kiseonik se redukuje u dva koraka do H2O2, transferom elektrona:
Molibden
Polifenol oksidaza (PPO) i oksidaza askorbinske
kiseline, enzimi koji se nalaze u hrani, sadrže
redoks sistem Cu2+/Cu+ kao prostetičku grupu.
PPO ima važnu ulogu u određivanju kvaliteta
biljnih namirnica jer uslovljava pojavu
„enzimskog potamnjivanja“. Katalizuje dve
reakcije: hidroksilaciju monofenola do o-difenola
(monofenol-monooksigenaza), koji se oksiduje
do o-hinona (oksigen-oksidoreduktaza).
Bakar
PPO sadrži 2 Cu+ jona sa dva ostatka histidina u aktivnom mestu. Enzim
najpre vezuje kiseonik, formira se intermedijer, a zatim vezuje
monofenol. Novoformirani kompleks jako polarizuje O-O vezu što
dovodi do hidroksilacije do o-difenola. Ciklus se završava sa oksidacijom
o-difenola do o-hinona.
Lakaza
Oksidacioni enzim koji sadrži 4 Cu+ jona,
a koji se može naći kod mnogih biljaka,
gljivica i mikroorganizama. 3 od 4 Cu+
jona čine centar koji učestvuje u
vezivanju molekula O2 i njegove
redukcije do H2O. Svaki Cu+/Cu2+ par
donira po 1 e- neophodan za redukciju.
Četvrti Cu+ jon ne učestvuje u vezivanju
kiseonika, ali predstavlja mesto transfera
elektrona
Učestvuje u degradaciji lignina i otklanjanju fenola,
koji je toksični nusproizvod ovog procesa.
U nekim mikroorganizmima učestvuje u stvaranju
pigmenata
top related