enzimas en los alimentos
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diferentes tipos de enzimas propias o añadidas en los alimentos, utilizadas en la industria alimentaria.TRANSCRIPT
ENZIMAS EN LOS ALIMENTOS
ENZIMA
Es un catalizador biológico que lleva a cabo reacciones bioquímicas a muy alta velocidad y con un elevado grado de especificidad.
Su nombre proviene del griego “en la levadura”
Animales, vegetales, hongos, levaduras, bacterias, sintetizan enzimas Su acción esta ligada a cualquier etapa biológica en todos los tejidos
activos (nacimiento, germinación, desarrollo, reproducción y muerte). Los alimentos contienen una gran variedad de enzimas: endógenas, adicionadas las que provienen de
contaminación microbiana
La enzimologia y la tecnología que emplean enzimas es una disciplina nueva Sin embargo su uso en la elaboración de alimentos se
remonta desde épocas muy antigüas El vino lo conocian los egipcios y los asirios 3,000
años antes de Cristo
Muchos pueblos utilizaban las hojas de algunas plantas para envolver la carne, lo que facilitaba la acción de proteasas vegetales (papaína, bromelina y ficina) sobre las proteínas animales, provocando su ablandamiento
El estomago de cordero y becerros ha sido utilizado para elaborar alimentos menos perecederos a partir de la leche de diferentes especies
Actualmente se conocen 2,000 enzimas
Su estructura química es de caracter proteínico globular, generalmente de una sola cadena polipeptídica
Activas cuando se forma su conformación tridimensional del sitio activo
Su velocidad de acción algunas tienen la capacidad de transformar más de un millón de moléculas de sustrato por segundo por molécula de enzima
Solo acelera la velocidad de las reacciones que termodinamicamente son posibles
Las Enzimas Muchas enzimas estan integradas por una parte
proteica (apoenzima) y otra que no lo es (cofactor). Cofactor, bajo peso molecular, estable al calor, hay
diversos grados de unión con la apoenzima Principales cofactores: Vitaminas (tiamina, niacina, piridoxina, riboflavina
y ácido pantoténico) Cationes (cobre, molibdeno, zinc, magnesio, hierro,
manganeso y calcio) Aniones (cloruros)
Debido a su naturaleza química a las enzimas les afectan los mismos factores que alteran a las proteínas
Para actuar en forma óptima requiere de ciertas condiciones como la temperatura, el pH, la fuerza iónica, concentración de enzima, concentración de sustrato, etc.
Especificidad (4 grupos)
Especificidad esteroquímica Baja especificidad Especificidad de grupo Especificidad absoluta
Especificidad (4 grupos)
Especificidad esteroquímica; normalmente se utilza como sustrato D o L isomeros (monosacaridos D isomeros, aminoácidos serie L)
Baja especificidad; las enzimas actúan en un determinado tipo de enlace químico, sin importar la naturaleza del sustrato (lipasa hidrolizan enlaces éster entre ácidos y alcoholes de diversas moléculas)
Especificidad (4 grupos)
Especificidad de grupo; las enzimas actúan sobre un sustrato que tiene un grupo químico específico al lado de éste (tripsina hidroliza los enlaces peptidicos en los que el grupo carboxilo del enlace está dado por lisina o arginina. Las proteasas vegetales papaina y ficina por leucina o glicina adyacentes. La pepsina actúan sobre enlaces químicos que contienen aa aromáticos o ác. carboxilicos)
Especificidad absoluta; más común, la enzima utiliza como sustrato una sola sustancia muy específica
NomenclaturaComisión de Enzimas de la Unión Internacional de Bioquímica (4 digitos)
1er Dígito Corresponde a la clase de enzima1. Oxidorreductasas: catalizan reacciones de oxidorreducción2. Transferasas: promueven transferencias de distintos grupos
químicos3. Hidrolasas: Llevan a cabo la ruptura de enlaces químicos
con la introducción de una molécula de agua4. Liasas: rompen los enlaces sin participación de agua5. Isomerasas: catalizan las isomerizaciones de distintos
compuestos6. Ligasas: promueven la unión de dos moléculas por
mediación de ATP o de un compuesto similar
NomenclaturaComisión de Enzimas de la Unión Internacional de Bioquímica (4 digitos)
2o. DígitoCorresponde a la subclase de enzima
Por ej.
Las hidrolsas se refiere al tipo de enlace que hidroliza el 3.1 es enlace éster, 3.2 de glucosídicos, 3.4 de peptídicos.
NomenclaturaComisión de Enzimas de la Unión Internacional de Bioquímica (4 digitos)
3er. DígitoCorresponde a la división
Ofrece más información del sustrato que utiliza la enzima
Por ej.
Las hidrolasas de uniones éster, 3.1 el 3er número indicará si es un enlace éster carboxilico (3.1.1) , tioéster (3.1.2), monofosfato (3.1.3) etc.
NomenclaturaComisión de Enzimas de la Unión Internacional de Bioquímica (4 digitos)
4o. DígitoCorresponde a la subdivisión
Indica específicamente la acción de la enzima
Los 6 grupos de enzimas indicados
desempeñan papeles muy importantes
en el metabolismo celular.
Enzimas importantes en tecnología de alimentos
Oxidorreductasas Fenolasa Ácido ascórbico oxidasa Catalasa Peroxidasa Lipoxigenasa Glucosaoxidasa
Enzimas importantes en tecnología de alimentos
Hidrolasas Lipasas Proteasas CarbohidrasaLiasas PectinliasaIsomerasas Glucosa isomerasa Racemasas
Sitio activo
Es aquella porción de la proteína que participa directamente en la unión y la transformación del sustrato
Integrado por ciertos aa selectos que integran un microambiente característico dentro de la propia cadena y que llevan a cabo la reacción
Las enzimas adquieren su poder cartalítico cuando presentan una estructura secundaria y terciaria muy específica
La acción de la temperaturas extremas (altas o bajas), disolventes, pH drásticos, fuerza iónica y varios agentes químicos producen la desnaturalización de la enzima
Cuando el agente desnaturalizante no es muy intenso, se puede regenerar nuevamente su actividad y adquierir nuevamente su estructura tridimensional original
Efecto del pH
La actividad de la enzima depende de la concentración de iones hidrógeno en el medio, ya que afecta el grado de ionización del aa en el sitio activo de la enzima o del complejo enzima-sustrato
El pH de la mayoría de los alimentos varía entre 3.0 y 7.0
Efecto de la Temperatura
La velocidad de las enzimas aumenta con la temperatura, en el intervalo en que la enzima es estable y retiene su capacidad catalítica
En casos extremos la enzima se desnaturaliza y pierde el poder cataltíco
Cada enzima tiene un intervalo óptimo de temperatura
La mayoría entre 30 a 45o C Se inactiva a 55o C
En la industria alimentaria se utilizan comúnmente los tratamientos térmicos como métodos conservación
No solo se eliminan los microorganismos, sino que inactivan las enzimas que causan daños indeseables
Las temperaturas bajas modifican la actividad enzimtica
Algunas pueden actuar bién < a 10o C
Efecto de otros agentes
Metales pesados (Hg, Ag y Pb) inhiben Ca, Mg, Na, K, Mn, Fe y Zn, Actúan como agentes
activadores Productos de origen animal o vegetal como
Inhibidores que evitan la acción de las proteasas que se encuentran en las leguminosas, maíz, trigo, arroz, papa (Bowman-Birk y Kunitz de la soya)
Otros inhibidores de proteasas; ovomucoide y ovoinhibidor de la clara de huevo
Los cereales contienen inhibidores de amilasa (F: proteger de los depredadores) impideindo la degradación del almidón
Inhibidores de lipasa y algunas enzimas pécticas
Uso de las enzimas como índices de calidad
La presencia o ausencia de algunas enzimas se realciona con una determinada condición microbiológica o química del producto
La fosfatasa alcalina se utiliza para verificar la efectividad de la pasteurización de la leche (71oC dte 15 seg) para destruir el bacilo de la Tb y Coxiella burnetti causante de la fiebre Q
La catalasa se utiliza para medir la contaminación microbiana en alimentos
Bacterias catalasa positivos: Bacillus ssp, Pseudomonas spp. Enterobacterias
La peroxidasa se ha utilizado como indicador de la eficiencia del escaldado de productos vegetales (se recomienda la lipoxigenasa)
Invertasa; pasteurización de la cerveza Amilasa; determina un calentamiento exesivo de
mieles N-acetil-a-D-glucoaminidasa; destrucción de
Salmonella en huevos pasteurizados Deshidrogenas; contaminación microbiana de la
leche
El uso de las enzimas
Limitante el costo de algunas enzimas A medida que aparecen nuevos método de
producción y purificación más económicos se favorece el análisis
Mediante el uso de las enzimas se puede cuantitificar muchos hidratos de carbono (glucosa, fructosa, lactosa, maltosa, ácido ascórbico, láctico y citrico
Enzimas endogenas de los alimentos
Enzima Alimento Acción Uso industrialAmilasa Malta
germinadaConvierte el almidón del endospermo en azúcares fermentables por la levadura (cerveza)
El malteado el contenido de amilasas para hidrolizar el almidón que proviene de la malta y otros cereales
Papa Convierte el almidón en azúcar
Precalentamiento activa la enzima, que produce de azúcares y dulzura
Papa Cataliza el equilibrio entre el almidón y azúcares
El almacenamiento a To óptima cambia el equilibrio hacia la acumulación de almidón la glucosa el obscurecimiento dte el freido
Enzimas endogenas de los alimentos
Enzima Alimento Acción Uso industrialPeroxidasa Vegetales Cusa olores indeseables
durante el almacenamiento
Los tratamientos térmicos inactivan la enzima
Catepsina Carne Cambios autocatalíticos en el tejido, lo que resulta en un ablandamiento natural sin cambio visible en la membrana externa de las fibras musculares
La carne es almacenada a 4o C para su ablandamiento. Las irradiaicones controlan el crecimiento microbiano y permiten usar To más para > el ablandamiento
Invertasa Miel Las abejas producen en forma natural azúcar invertido
Las abejas construyen los panales para lograr una máxima producción de azúcar invertido en la miel
Enzimas endogenas de los alimentosEnzima Alimento Acción Uso industrialMirosinasa Mostaza
rabano
Convierte los tioglucósidos (responsables del aroma) en isotiocianatos y azúcares cuando el alimento sufre daños físicos en los tejidos
Para optimizar la retención del olor hay que cortar el alimento justo antes de consumirse
Lipasa Leche Hidroliza las grasas y produce un sabor desagradable en productos lácteos
Los tratamientos térmicos desnaturalizan la enzima
Queso Hidroliza las grasas y produce un sabores deseable caractrísticos
En leche sin pasteurizar para la producción de quesos, aunque éstos se tienen que madurar por largos periodos para asegurar la destrucción de los moo patógenos
Enzimas endogenas de los alimentos
Enzima Alimento Acción Uso industrialProteasa Harinas de
trigoDegrada el gluten, lo que causa una reducción en el volúmen del pan
Las proteasas se inactivan por agentes oxidantes como los bromatos
Esterasa Frutas Produce ésteres durante la maduración que son responsables del olor y el sabor
El sabor, el olor y la textura de las frutas determinan las condiciones de la cosecha, almacenamiento y procesamiento
Aliinasa Cebolla
Apio
Produce olores al actuar sobre sus correspondientes precursores cuando el tejido se daña mecánicamente
Para optimizar la retención del olor hay que cortar el alimento justo antes de consumirse
Enzimas endogenas de los alimentosEnzima Alimento Acción Uso industrialPolifenol-oxidasa
Frutas y Vegetales
Oscurecimiento aeróbico del alimento durante el daño físico del tejido
Las frutas se pueden proteger por la adición de SO2, ác. Ascórbico y cítrico o bien al evitar su su exposición al oxígeno, el escaldado destruye la enzima
Sistema Enzimatico de la glucólisis
Carne El glucógeno se convierte en ác. láctico y < el pH de 7 a 5.4
Deseable para producir un buen color y la calidad microbiológica de la carne. Cuando el animal realizo ejercicio antes de su muerte el pH solo baja a 6.6 y la carne adquiere un color oscuro y daño por microorganismos
El sacrificio se efectúa con animales bien alimentados y descansados
Uso Industrial de las Enzimas
Solo algunas se producen en forma industrial para emplearse en alimentos y materia prima para su elaboración
Ventajas Origen Natural, no toxicas Especificas en su manera de actuar (no rx secundarias indeseables)
Uso Industrial de las Enzimas
Ventajas Funcionan en condiciónes moderadas de To y pH
(no drásticas que alteren al alimento) Actúan a bajas cancentraciones Su velocidad puede ser ajustada por el pH, To y
concentración de la enzima Fácilmente inactivadas una vez alcanzado el
grado de transformación deseado
Limitante: algunas son muy caras
Las enzimas deben cumplir con determinadas condiciones de calidad, sobre todo en toxicidad o la del microoganismo que la produce
Las enzimas que se utilizan en la industria no son muy puras ( costo en su purificación completa)
Una preparación enzimática comerciales, en realidad, una mezcla de enzimas en la que en una de ellas predomina en actividad
La presencia de metales o compuestos inhibidores en bajas concentraciones puede provocar modificaciones sustanciales en la velocidad de reacción
Fuentes comerciales de preparación enzimática
Vegetal
Malta
Trigo
Piña
Higo
Papaya
Soya
Animal
Estómago de porcino
Páncreas
Estómago de rumiante
Estómago de rumiante
Higado bovino
- Amilasa, - Amilasa, - Glucanasa
-Amilasa
Bromelina
Ficina
Papaína
Lipoxigenasa
Pepsina
Tripsina, Lipasa
Renina
Lipasa
Catalasa
Fuentes comerciales de preparación enzimática
Hongos
Aspergillus oryzae
Aspergillus Niger
Rizopus oryzae
Mucor pusillus
Mucor miehei
Trichoderma reesei
Levaduras
Sacharomyces sp.
- Amilasa, glucoamilasa, lactasa, proteasa, lipasa
- Amilasa, glucoamilasa, - glucanasa celulasa, hemicelulasa, lactasa, pectinasa, proteasa, lipasa, catalasa, glucosa oxidasa, naranginasa, pululanasa
- Amilasa, glucoamilasa, pectinasa
Proteasa, sustituto de renina
Proteasa, sustituto de renina
Proteasa, sustituto de renina
Invertasa
Fuentes comerciales de preparación enzimática
Bacterias
Bacillus subtilis
Bacillus licheniformisBacillus polymyxaBacillus cereusMicrococcus lysodeikticusBacillus coagulansStreptococcus olivacensStreptococcus olivochromogenesStreptococcus rubiginosusStreptococcus mitis
- Amilasa, - glucanasa, proteasas neutras y alcalinas
- Amilasa, proteasa
- Amilasa
- Amilasa
Catalasa
Glucosa isomerasaGlucosa isomerasa Glucosa isomerasa
Glucosa isomerasaPululanasa
