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Enzimas en alimentosEnzimas en alimentos
Enzimas: clasificación, nomenclaturaEnzimas: clasificación, nomenclaturaFactores que afectan actividad: pH, temp, aw, inhibidoresFactores que afectan actividad: pH, temp, aw, inhibidoresUso de enzimas como índices de calidad, reactivación enzimáticaUso de enzimas como índices de calidad, reactivación enzimáticaHidrolasas: carbohidrasas, proteasas, lipasasHidrolasas: carbohidrasas, proteasas, lipasasOxidoreductasas: PPO, reacciones, sustratos y fuentes, prevención del Oxidoreductasas: PPO, reacciones, sustratos y fuentes, prevención del p d mi nt n imátip d mi nt n imáti
Bibliografía
T Richardson y D Hyslop. Capitulo 6. (O Fennema. Química deAlimentos. Edición en español. Ed Acribia. 2001.
pardeamiento enzimáticopardeamiento enzimáticoEnzimas inmovilizadasEnzimas inmovilizadasEfecto de las enzimas sobre la calidad de los alimentosEfecto de las enzimas sobre la calidad de los alimentos
Belitz, H.D. y Grosch, W., Química de los alimentos, capítulo 2. 2ª ed.,Acribia, Zaragoza, 1997.
M Quirasco Baruch y A. Lopez-Mungia Canales. Capítulo 5. Química deAlimentos. S Badui Dergal. Pearson Education. 2006. 4º Edición.
Dra. Carmen A Campos
Enzimas en alimentosEnzimas en alimentos
enzimas
endógenas agregadas Producidas por mo
enzimas
benéficos perjudicialesprocesado preservación
benéficos perjudiciales
benéficos perjudiciales
Indicadores de adecuado procesamiento, pasteurización, escaldado
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Enzimas agregadas
animal
vegetalFuentes de obtención
microbiana bacterias hongos levaduras
CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMASCLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMASEn función de su acción catalítica específica, se En función de su acción catalítica específica, se
clasifican en 6 grandes grupos o clases:clasifican en 6 grandes grupos o clases:
Clase 1: Clase 1: OXIDORREDUCTASASOXIDORREDUCTASAS
Clase 2: Clase 2: TRANSFERASASTRANSFERASAS
Clase 3: Clase 3: HIDROLASASHIDROLASAS
Cl 4 Cl 4 LIASASLIASASClase 4: Clase 4: LIASASLIASAS
Clase 5: Clase 5: ISOMERASASISOMERASAS
Clase 6: Clase 6: LIGASASLIGASAS
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Clase 1: OXIDORREDUCTASASClase 1: OXIDORREDUCTASASCatalizan reacciones de oxido reducción, según la Catalizan reacciones de oxido reducción, según la reacción general: reacción general:
HH B B BH2 BH2AHAH22 + B+ B A + BH2A + BH2
Ej deshidrogenasas, oxidasas, peroxidasas
Clase 3: HIDROLASASClase 3: HIDROLASASCatalizan las reacciones de hidrólisis: Catalizan las reacciones de hidrólisis: A A –– B + HB + H22O O AH + BAH + B--OH OH
Ej proteasas, estearasas, lipasas
NOMENCLATURA DE LA COMISIÓN ENZIMÁTICANOMENCLATURA DE LA COMISIÓN ENZIMÁTICANombre de cada enzima: Nombre de cada enzima: código numérico, código numérico, EC (enzyme commission) y 4 númerosEC (enzyme commission) y 4 números1º clase 1º clase 1 clase 1 clase 2º subclase 2º subclase 3 y 4º grupos químicos específicos participantes3 y 4º grupos químicos específicos participantes
ATP:glucosa fosfotransferasa (glucoquinasa)ATP:glucosa fosfotransferasa (glucoquinasa) EC 2.7.1.2.EC 2.7.1.2.2 transferasa, 2 transferasa, 7 f f f 7 f f f 7 fosfotransferasa, 7 fosfotransferasa, 1 aceptor es OH, 1 aceptor es OH, 2 es OH de la D2 es OH de la D--glucosa glucosa
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Factores que afectan las reacciones enzimáticasFactores que afectan las reacciones enzimáticas
ionización de aaestructura 3ºalimentos 3 - 7
pH
a) pepsina, b)peroxidasa, c)tripsina d) fosfatasa alcalina
Temperatura
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desnaturalización
Act enzimática
Efecto de bajas temperaturas
Actividad de fosfolipasa en músculo de bacalao
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Presencia de otros agentes
aw
agentes
inhibidores
Uso de enzimas como índices de calidad
Fosfatasa alcalina
peroxidasa Correcto escaldado
Correcta pasteurización
catalasa Medida de contaminación bacteriana
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Reactivación enzimática
Fosfatasa alcalina
Lipasas
Enzimas pecticos
peroxidasas
Fosfatasa alcalina
+ en leches pasteurizadas HTST
Alta temp hay -SH disponibles provenientes de inmunoglobulinas, necesarios para reactivación
Estructura 3º enzima simple y puede recuperarse
Disociación de Mg2+ y se vuelve a unir en el almacenamiento
HIDROLASAS CARBOHIDRASASPROTEASASLIPASAS
CARBOHIDRASAS
AMILASAS
β-D-GALACTOSIDASA (LACTASA)
ENZIMAS PECTICASENZIMAS PECTICAS
CELULASAS
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AMILASASα-AMILASA (α 1 4) al azar (endo)β-AMILASA (α 1 4) exo desde extremo no reductorGLUCOAMILASA (α 1 4 y α 1 6) desde extremo no reductor
Almidón dextrinas + maltosa + glucosadextrinas + maltosa + glucosaα- AMILASASm m gm g
Almidón maltosa + dextrinasmaltosa + dextrinas
Almidón glucosaglucosa
α AMILASAS
β- AMILASAS
amiloglucosidasa
enzima endógena: digestión y maduración de frutas, en cebada y trigo en producción de cerveza y pan
amilasas
enzima agregada:
malteo (cebada malta)
panificación para mejorar harinas pobres en amilosa
modificación de almidones
producción de jarabes de maíz
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β-D-GALACTOSIDASA (LACTASA)
Lactosa glucosa + galactosa
Aumenta dulzor solubilidad y aAumenta dulzor, solubilidad y aw
Usos:producción de suero para alimentación animal
Intolerancia a lactosapreviene cristalización de lactosa en helados y D de lechep yElaboración de pan se favorece PNE
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CELULASASHidrolizan enlaces β 1,4, presentes en mo
Celulosa y hemicelulosa celobiosa
Usos:
glucosa
β-glucosidasa
Usos:Ablandar tejidos de frutas y verdurasFacilitar descascarillado de granos de caféFacilitar filtración y clarificación de mostos
ENZIMAS PECTICAS
1 )Pectinometilesterasas(ESTEARASA)Fuente: frutasForman p BM
3) Pectinoliasas (LIASAS)No se encuentran en frutasOrigen por mo: ocasionan deterioro
p
2) Polimetilgalacturonasas(HIDROLASA)Endo y exo enzimas
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Frutas:Frutas:maduración
PectinmetilestearasaPectinmetilestearasapolimetilgalacturonasapolimetilgalacturonasa
pectinas Textura adecuada
p gp g
Jugos viscosidad y turbiedad pectinas en suspensión
pectinasPectinmetilestearasaPectinmetilestearasa
Carboxilos libresInteracción con Ca2+
Mantenimiento de firmeza,Adición de Ca
jugos de fruta con turbiedad inactivar pectinasas endógenas
Para clarificación de jugos de fruta y vinos
Para disminuir la viscosidad de pures y conc. de frutas
enzimas activas
Aplicaciones en el procesado de alimentosAplicaciones en el procesado de alimentos
Modificación de las características de las pectinas Modificación de las características de las pectinas (grado de metilación)(grado de metilación)(grado de metilación)(grado de metilación)
Clarificación de jugos de fruta y vinosClarificación de jugos de fruta y vinos
Liberación de color y jugoLiberación de color y jugo
Disminución de la viscosidad en purés y concentrados Disminución de la viscosidad en purés y concentrados de frutasde frutas
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PROTEASAS
- PROTEASAS ANIMALES: PEPSINAQUIMOSINACOLAGENASA
- PROTEASAS VEGETALES: PAPAINABROMELINAFICINA
-PROTEASAS MICROBIANAS BACTERIAS HONGOS
Usos: elaboración de quesosqpanadería (acción sobre el gluten)cerveza (eliminación de chill haze)tiernización de carneproducción de hidrolizados de proteínas
LIPASAS
Enz actúa en interfase aceite-agua los lípidos debenEstar emulsionados
Origen:
Animal (pancreática leche)
Vegetal (semillas oleaginosas)
Microorganismos ( H y L)
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Lipasas vegetalesLipasas vegetalesgranos de soja molienda favorece acción de la enzimagranos de soja molienda favorece acción de la enzimaAumento de Aumento de acac grasos libresgrasos libres enranciamientoenranciamiento
Lipasas animalesLipasas animalesLecheLeche acac grasos de cadena cortagrasos de cadena corta
rancidezrancidez
Lipasas microbianasLipasas microbianasMaduración de quesoMaduración de quesoManteca y bebidas lácteas Manteca y bebidas lácteas
β-D-FRUCTOFURANOSIDASA (INVERTASA)
SacarosaSacarosa glucosa + fructosaglucosa + fructosa
Esta en frutos y vegetalesEsta en frutos y vegetalesUsos:Usos:Producción de AI para productos de panaderíaProducción de AI para productos de panaderíaRemoción de sacarosa de algunos alimentosRemoción de sacarosa de algunos alimentos
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OXIDORREDUCTASASOXIDORREDUCTASAS
GLUCOSAOXIDASAGLUCOSAOXIDASACATALASALIPOOXIGENASAPOLIFENOLOXIDASAS
GLUCOSAOXIDASA (EC 1.1.3.4)
C6H12O6 + O2 C6H12O7 + H2O2
Usos: eliminación de glu en huevo a deshidratareliminación de O2 de bebidas y aderezos
GO
determinación cuantitativa de glu
Origen: hongos
CATALASA (EC 1.11.1.6)
2 H2O2 2 H2O + O2
Usos: conservanteindicador de contaminaciónen combinación con GO para remover H2O2
Origen: animal, vegetal y fúngico
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LIPOOXIGENASA (EC 1.13.11.12)
Oxigenación de compuestos insaturados (ác grasos libres, triglicéridos, pigmentos)
Origen: Vegetal (semillas oleaginosas)
Animales (escaso)
Funciones:In vivo: síntesis de comp aroma (+)mp m ( )Procesamiento y alm: Oxidación de lípidos (-) Procesamiento de soja (trat. Térmico) inactivación de enzBlanqueo de harinas de cereales usando harina de soja sin procesar
H H H H H CH3—(CH2)4—C= C—C—C= C—(CH2)7—COOH cis H cis ác. linoleico
Sustratos de la enzima: ac grasos con insat no conjugadas, ácidos linoleico, linolénico, araquidónico
H H H H H
—C= C— C—C= C — radical en C-11
Acción de la lipoxigenasa sobre el ácido linoleico.
hidroperóxidos
degradación
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POLIFENOLOXIDASAS
Acción de PPO: deseable en procesamiento de te, café, algunas uvasindeseable en vegetales y crustáceos
PPO catalizan 2 reaccionesPPO catalizan 2 reacciones::a) a) monofenoloxidasamonofenoloxidasa cataliza la cataliza la hidroxilaciónhidroxilación de de monofenolesmonofenoles a a difenolesdifenoles
a) a) monofenoloxidasamonofenoloxidasa cataliza la cataliza la hidroxilaciónhidroxilación de aminas aromáticas y de aminas aromáticas y oo--aminofenolesmonofenolesaminofenolesmonofenoles a a difenolesdifenoles
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b) Difenoloxidasa cataliza la oxidación de difenoles a o-benzoquinonas
Formación de melanina a partir de tirosinaFormación de melanina a partir de tirosina
Vía no enzimáticaenzimática
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SUSTRATOS FENOLICOS Y FUENTES
manzana : ac.clorogenico (fresca), catecol, catequina (piel), ac.cafeico, dopa (3,4dihidroxifenilalanina), ac.3,4-dihidroxi benzoico, p-cresol, 4-metil catecol, leucocianidina
durazno:ac.clorogenico,ac.cafeico,4-metil catecol, catequina epicatequina, ac.galico, d i ll l fl l dopamina, pyrogallol,flavonoles,
banana: dopamine, leucocianidina
granos de cafe: ac.clorogenico, ac.cafeico
te :flavanoles,catequinas,taninos,ac.cinamico y derivados
lechuga: tirosina ac cafeico ac clorogenico y derivados lechuga: tirosina, ac.cafeico, ac.clorogenico y derivados
camarones, langosta :tirosina
hongos:tirosina,catecol,dopa,dopamina, adrenalina, noradrenalina
Pera, papa :ac.clorogenico,catecol,catequina, ac.cafeico, dopa, ac. 3,4-dihidroxibenzoico, p-cresol
Escala de melanosis en langostinoDescripción0 ausente2 ligero, sólo en algunos
4 ligero, en la mayoría
6 moderado, notorio en la mayoría
8 intenso, notorio en la mayoría 10 intenso, totalmente inaceptable
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PREVENCION DEL PARDEAMIENTO ENZIMATICO
♦ VARIEDADES POBRES EN SUSTRATOS FENOLICOS
♦ EVITAR CONTUSIONES
♦ ESCALDADO
♦ DESCENSO DE pH
♦ DESCENSO DE aw
♦ DESCENSO DE TEMPERATURA
♦LIMITAR ENTRADA DE OXIGENO♦LIMITAR ENTRADA DE OXIGENO
♦USO DE QUELANTES PARA ELIMINAR EL Cu
♦ ADICION DE COMPUESTOS REDUCTORES
Acción de compuestos reductoresAcción de compuestos reductores
SO2, HSO-3 SO3
2-
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Mecanismo de prevención de la formación de Mecanismo de prevención de la formación de
color del ácido ascórbicocolor del ácido ascórbico
ENZIMAS INMOVILIZADAS
enzimas: solubles en medio acuoso no pueden reutilizarseEstabilidad limitada.
ili ió d iInmovilización de enzimas
Proceso por el que se confina la enzima en un soporte adecuado para obtener una forma insoluble de la misma que retiene
su actividad catalítica
Objetivo:Objetivo:
Posibilidad de reutilizar la enzimaAumento de la estabilidad de la enzimaObtención de un producto final libre de enzimasFabricación continuaMenor costo de producción
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Retención física Inmovilización química
Métodos de InmovilizaciónMétodos de Inmovilización
Adsorción EntrecruzamientoUnión covalenteAtrapamiento o inclusión
Métodos de InmovilizaciónInmovilización por Adsorción
Interacción física no específica entre enzima y soporte.
El método más sencilloDe aplicación general
No se modifica la actividad Costo moderado
Estabilidad limitada, se requiere un controlriguroso de las condiciones de trabajo para
UnionesReversibles
Alumina, carbón activado, vidrioResinas cambiadoras
riguroso de las condiciones de trabajo paraevitar pérdidas de enzima por desorción.
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Atrapamiento o inclusión en un gel, polímero o matriz porosa
Formación de un polímero altamente entrecruzadoen presencia de la enzima. Esta queda atrapada enlos poros de la matriz polimérica formada.
Se requiere controlar las condiciones deqpolimerización para que no se produzcanalteraciones en la molécula enzimática
Se puede perder la enzima lentamente Gel de poliacrilamida
Atrapamiento por microencapsulación
Se atrapa la enzima en microcápsulas (1-100 µm diámetro) dentro de membranas semipermeables de polímeros que permiten la difusión de sustratos y productos pero no de la enzima
Inmovilización química
Enlaces covalentes entre enzima y soporte pero no entre las moléculas de enzima. El tipo de soporte determina la química de la inmovilización
Soporte Enzima
Grupo funcional Soporte
-CONH2
-COOH
-NH2 Poliestireno, nylon
Carboxymetilcelulosa
Poliacrilamida
Activación para obtener grupos funcionales reactivos
Unión a través de las cadenas lateralesde los aminoácidos de la secuencia polipeptidica de la proteína
-NH2 Lisina-OH-Ph Tirosina
-SH Cisteina-OH Serina
Asegurar que el centro activo de la enzima no se ve afectado por los reactivosempleados en el proceso de inmovilización.Se puede proteger el centro activo con un análogo del sustrato o un inhibidorcompetitivo durante el proceso de inmovilización.
-OH
-Si(OH)3
Celulosa, agarosa, sephadex
Vidrio poroso
O Tirosina-COOH Aspartato
Glutamato
O Serina-Nimidazol Histidina
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Entrecruzamiento
Enlaces covalentes intermoleculares (entre moléculas de enzima) y entre estas y el soporte
Cantidades altas de proteína inmovilizada resistentes a condicionesextremas de pH y temperatura
Las redes de moléculas entrecruzadas que se forman dificultan elacceso del sustrato al centro activo Pérdidas de actividad
Reactivos bifuncionales más utilizados
N2N2
ICH2 CHN
OCH2IC
HN
O(CH2)6
Diazobenzidina
Hexametileno-bis(iodoacetamida))
(CH2)3
CHO
CHO
Glutaraldehido
Propiedades de las Enzimas Inmovilizadas
Inmovilización Aumento de estabilidadDisminución de la actividad enzimática
Estabilización conformacional de la enzima por uniones multipuntuales enzima-soporte
Mayor resistencia a desactivación térmica o química
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Aplicación de enzimas inmovilizadas en la industria de alimentos
Aplicaciones médicas: ej. tripsina o colagenasa inmovilizadas en celulosa o fibras que forman parte de apósitos a usar para eliminar tejidos muertos en heridas. Ej. Obtención de fármacos
Efecto de las enzimas sobre la calidad Efecto de las enzimas sobre la calidad de los alimentosde los alimentos
Reacciones enzimáticasReacciones enzimáticasReacciones enzimáticasReacciones enzimáticas
color textura flavor
Calidadnutricional
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