Βιοχημεία Τροφίμων. Εργαστήριο Χημείας, Βιοχημείας, Φυσικοχημείας Τροφίμων. Τμήμα Επιστήμης Διαιτολογίας Διατροφής

Transcript

1 Βιοχημεία Τροφίμων Ενζυμα και τρόφιμα Νίκος Καλογερόπουλος Εργαστήριο Χημείας, Βιοχημείας, Φυσικοχημείας Τροφίμων ΧΑΡΟΚΟΠΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Τμήμα Επιστήμης Διαιτολογίας Διατροφής

2 Ένζυμα Εργαστήριο Χημείας, Βιοχημείας και Φυσικοχημείας Τροφίμων ΧΑΡΟΚΟΠΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Τμήμα Επιστήμης Διαιτολογίας Διατροφής

3 Τι είναι τα ένζυμα Ειδική κατηγορία λειτουργικών πρωτεϊνών που έχουν την ικανότητα να δεσμεύουν εκλεκτικά ορισμένες ουσίες. Στην περίπτωση των ενζύμων: υποστρώματα. Βιοκαταλύτες Επιταχύνουν αντιδράσεις χωρίς να αλλοιώνονται Μειώνουν την ενέργεια ενεργοποίησης ης αντιδράσεων

4 Ενζυμικές αντιδράσεις Τα έζ ένζυμα συνδυάζονται με συγκεκριμένο υπόστρωμα, σχηματίζουν σύμπλοκο ενζύμου υποστρώματος με σχέση κλειδιού κλειδαριάς και στη συνέχεια σχηματίζονται νέα προϊόντα υπόστρωμα προϊόντα ένζυμο

5 Δομή ενζύμων Η κατάλυση των βιολογικών αντιδράσεων γίνεται συχνά με τη βοήθεια ενώσεων μικρού ΜΒ: συνένζυμα ή προσθετικές ομάδες, ανάλογα με το πόσο ισχυρά είναι ενωμένα με το ένζυμο. Τοσυνένζυμοπαίζειτορόλοτουδότηήτουδέκτητωνομάδων προς ή από το υπόστρωμα, ενώ το αποένζυμο (το πρωτεϊνικό μέρος) βοηθά στο να αποκτήσουν το συνένζυμο και το υπόστρωμα κατάλληλη διάταξη στο χώρο, ώστε να γίνει η ανταλλαγή των ομάδων. Πολλά από τα συνένζυμα είναι βιταμίνες Πεπτιδικό τμήμα (αποένζυμο) Ενεργό κέντρο ενζύμου Υπόστρωμα

6 Κατάταξη ενζύμων Οξειδοαναγωγάσες. Καταλύουν οξείδωση ή αναγωγή σε βιολογικά συστήματα. Δεϋδρογονάσες, ρεδουκτάσες, οξειδάσες, οξυγονάσες, υδροξυλάσες, υπεροξειδάσες. Τρανσφεράσες. Καταλύουν τη μεταφορά ομάδων (μεθυλομάδων, αλδεϋδομάδων, κετονομάδων, αμινομάδων, φωσφορικών κτλ.) από ένα υπόστρωμα σε άλλο. Υδρολάσες. Καταλύουν υδρολυτική διάσπαση των δεσμών. Λιπάσες, πρωτεϊνάσες, πηκτινεστεράσες, αμυλάσες, μαλτάσες κτλ. Λυάσες. Καταλύουν μη υδρολυτική διάσπαση δεσμών. Απομακρύνουν ομάδες από το υπόστρωμα με αποτέλεσμα τη δημιουργία διπλών δεσμών (καρβοξυλάσες, αλδεϋδολυάσες, υδρολυάσες). Ισομεράσες. Μεταβάλλουν ισομέρεια υποστρώματος (ρακεμάσες) Λιγάσες (συνθετάσες συνθετάσες). Καταλύουν δημιουργία δεσμών C O, C S, C N, C C. C

7 Ιδιότητες ενζύμων σχετικές με τρόφιμα Ελέγχουν την ωρίμανση Προκαλούν σήψη των τροφίμων Είναι υπεύθυνα για μεταβολές σε άρωμα/γεύση, χρώμα, υφή και διατροφική αξία τροφίμων Μπορούν να αδρανοποιηθούν με θέρμανση για επιμήκυνση διατηρησιμότητας τροφίμων Χρησιμοποιούνται σε ζυμώσεις Μπορούν να ακινητοποιηθούν σε επιφάνειες ή μεμβράνες σε επαφήμετοπροςεπεξεργασίατρόφιμο προς επεξεργασία τρόφιμο

8 Παράγοντες που επηρεάζουν δράση ενζύμων κατά την παρασκευή τροφίμων Εργαστήριο Χημείας, Βιοχημείας και Φυσικοχημείας Τροφίμων ΧΑΡΟΚΟΠΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Τμήμα Επιστήμης Διαιτολογίας Διατροφής

9 Θερμοκρασία ρ Συνήθως μέγιστη δραστηριότητα σε C. Σε θ> 50 C θερμική αδρανοποίηση. Υπάρχουν και εξαιρέσεις: α αμυλάσες του Bacillus amyloliquefaciens και Bacillus liqueniformis με άριστη θ. δράσης 70 CC και 95 C Για καλύτερη διατήρηση των τροφίμων, είναι απαραίτητη η διακοπή της ενζυμικής δραστηριότητας, συνήθως με θέρμανση Αν δεν διακοπεί η ενζυμική δράση μπορεί να α) επιφέρει αλλαγή στο χρώμα χλωροφύλλης & καροτενοειδών, β) προκαλέσει αμαύρωση πολλών τροφίμων, γ) προκαλέσει αλλαγή στη γεύση των υδατανθράκων ή τάγκισμα των λιπών, δ) επηρεάσει τη θρεπτική αξία των πρωτεϊνών και των βιταμινών, ε) επιπλέον, ηδράσηπηκτινολυτικών ενζύμων μπορεί να επιφέρει σοβαρές αλλαγές στη δομή των τροφίμων.

10 Θερμοκρασία ρ Θερμική αδρανοποίηση των ενζύμων σε φρούτα και λαχανικά μέθοδος "blanching με σύντομη έκθεση των προϊόντων σε ατμό ή εμβάπτιση μέσα σε θερμό νερό Η χρήση ατμού προτιμάται επειδή (α) προκαλεί γρήγορη αδρανοποίηση των ενζύμων, (β) οι απώλειες σε υδατοδιαλυτά συστατικά είναι μικρές Το blanching προηγείται της κονσερβοποίησης, διατήρησης υπό ψύξη ή αφυδάτωσης των φρούτων και λαχανικών Άλλη μέθοδος θερμικής αδρανοποίησης είναι η θέρμανση σε υψηλές θερμοκρασίες για μικρό χρόνο (HTST), για αδρανοποίηση των πηκτινολυτικών ενζύμων, ώστε να διατηρείται η εμπορικά επιθυμητή θολερότητα των χυμών Έχουν καταγραφεί περιπτώσεις επανενεργοποίησης ενζύμων προσοχή σε χρόνο και συνθήκες αποθήκευσης τελικών προϊόντων

11 ph Η επίδραση του pη στο ρυθμό των αντιδράσεων που καταλύονται από ένζυμα είναι πολύπλοκη (πλευρικές ομάδες που μπορούν να ιονισθούν, όπως COOH, ΝΗ 2, SH, ΟΗ, στις δραστικές περιοχές των ενζύμων και στο υπόστρωμα) ) Για τα περισσότερα ένζυμα άριστο pη: Αρκετές εξαιρέσεις: πεψίνη με άριστο pη=1.8, Η αργινάση με pη=10η Το βέλτιστο pη εξαρτάται από το είδος του υποστρώματος και τις συνθήκες της αντίδρασης (χρόνος ό και θερμοκρασία επώασης, συγκέντρωση υποστρώματος, ιονική συγκέντρωση κτλ.). Ένζυμα δείχνουν σημαντική δράση σε πολύ στενά όρια pη ρυθμίζουμε το pη του μέσου (αν είναι δυνατόν), ώστε να έχουμε άριστη δραστηριότητα επιθυμητών ενζύμων ή αδρανοποίηση επιβλαβών

12 Συγκέντρωση ενζύμου & υποστρώματος Εφόσον το υπόστρωμα είναι διαθέσιμο σε περίσσεια, καιοιάλλοι παράγοντες συμμορφώνονται με τις βέλτιστες απαιτήσεις, η ταχύτητα της αντίδρασης είναι ευθέως ανάλογη της συγκέντρωσης του ενζύμου Ο ρυθμός της ενζυμικής αντίδρασης αυξάνει, κάτω από κανονικές συνθήκες, όταν αυξάνεται η συγκέντρωση του υποστρώματος μέχρι κάποιας συγκέντρωσης Σε χαμηλές συγκεντρώσεις υποστρώματος η ταχύτητα της αντίδρασης είναι ευθέως ανάλογη της συγκέντρωσης του υποστρώματος (κινητική ή 1 ης τάξης). ) Περαιτέρω αύξηση της C υπόστρωμα προκαλεί μικρή αύξηση στην ταχύτητα της ενζυμικής αντίδρασης. Σε πολύ υψηλές συγκεντρώσεις υποστρώματος η ταχύτητα της αντίδρασης γίνεται ανεξάρτητη της συγκέντρωσής του (κινητική η ή μηδενικής τάξης)

13 Ενεργότητα νερού (α W ) Νερό είναι απαραίτητο για εκδήλωση καταλυτικής δράσης των περισσοτέρων ενζύμων (α) είναι απαραίτητο για τη διατήρηση της δομής του ενζύμου, (β) βοηθά το υπόστρωμα να κατευθύνεται προς τη δραστική πλευρά του ενζύμου, (γ) απομακρύνει τα σχηματιζόμενα προϊόντα, (δ) σε μερικές περιπτώσεις το νερό αποτελεί ένα από τα αντιδρώντα σώματα κατά την καταλυτική δράση των ενζύμων. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ Η λυσοζύμη, εκδηλώνει ενζυμική δραστηριότητα όταν υπάρχει νερό σε συγκέντρωση >0.25 g νερού/g πρωτεΐνης Σε αφυδατωμένα τρόφιμα, παρατηρήθηκε δραστηριότητα σε συγκέντρωση νερού = 0.6 g νερού/g πρωτεΐνης, ενώ κάτω από 0.3 g νερού/g πρωτεΐνης δεν παρατηρήθηκε καμία δραστηριότητα.

14 Αναστολείς και ενεργοποιητές ενζύμων σε τρόφιμα Ενεργοποιητές: ουσίες που προκαλούν αύξηση ταχύτητας ενζυμικών αντιδράσεων Αναστολείς: προκαλούν επιβράδυνση(ιόντα βαρέων μετάλλων,, πχ Hg 2+, Pb 2+ ) και πρωτεΐνες μικρού μοριακού βάρους, αναστολείς π.χ. ιμβερτάσης, θρυψίνης, αμυλάσης που υπάρχουν φυσικά σε τρόφιμα Δεν γίνεται σημαντική χρήση αναστολέων ως προσθέτων στα τρόφιμα για μείωση ή παύση της ενζυμικής δραστηριότητας, λόγω (α) της υποβάθμισης της γεύσης και οσμής του τροφίμου, (β) της τοξικότητας του αναστολέα, (γ) για οικονομικούς λόγους Απενεργοποίηση των αναστολέων γίνεται με θέρμανση ή μεταβολή του pη. Οι ενεργοποιητέςτων ενζύμων έχουν μικρότερη σημασία στη βιομηχανία των τροφίμων από ότι οι αναστολείς. Παράδειγμα οι σουλφυδρυλικές ενώσεις, εώσες, που ενεργοποιούν εργο ο ού την παπαΐνη α και τη βρωμελαΐνη, οι οποίες ο χρησιμοποιούνται για την τρυφεροποίηση του κρέατος

15 Εφαρμογές ενζύμων στην παραγωγή τροφίμων Εργαστήριο Χημείας, Βιοχημείας και Φυσικοχημείας Τροφίμων ΧΑΡΟΚΟΠΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Τμήμα Επιστήμης Διαιτολογίας Διατροφής

16 Πλεονεκτήματα χρήσης ενζύμων σε βιομηχανία τροφίμων Αποφυγή χρήσης συνθετικών χημικών Παραγωγή φιλικότερη προς το περιβάλλον (χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας, και βιοδιασπώμενα αντιδρώντα ή προϊόντα) Υψηλή εξειδίκευση καλύτερες αποδόσεις, λιγότερα παραπροϊόντα, λιγότερα απόβλητα σε σύγκριση με χρήση συνθετικών χημικών Προϊόντα καλύτερης ποιότητας Καθιστούν δυνατές διαδικασίες που θα ήταν αδύνατες χωρίς χρήση ενζύμων πχ παραγωγή διαυγούς χυμού μήλου με χρήση πηκτινασών

17 Πηγές και εφαρμογές εμπορικών ενζύμων Ενζυμο Πηγή Εφαρμογή Ζωϊκά ένζυμα Χυμοσίνη (ρεννίνη) 4ος στόμαχος μηρυκαστικών Τυροκομία Καταλάση Ηπαρ (βόειο) Διάφορα τρόφιμα Λιπάση Πάγκρεας Διάφορα τρόφιμα Φυτικά ένζυμα α και β Αμυλάση Βύνη ζυθοποιίας Ζυθοποιία β Αμυλάση Γλυκοπατάτα Αρτοποιία Λιποξυγονάση Σόγια Δάφ Διάφορα τρόφιμα Βρωμελαΐνη (πρωτεάση) Ανανάς Κρέας και προϊόντα κρέατος Φικίνη (πρωτεάση) Γάλα (latex) συκιάς Κρέας και προϊόντα κρέατος Παπαΐνη Παπάγια Κρέας και προϊόντα κρέατος Βακτηριακά ένζυμα β Αμυλάση Βάκιλλοι Άμυλο Ισομεράση γλυκόζης Βάκιλλοι Σιρόπι φρουκτόζης Πουλουλανάση Klebsiella Άμυλο Ένζυμα μυκήτων α Αμυλάση Aspergillus Αρτοποιία Λακτάση Aspergillus Γαλακτοκομικά Πηκτινάση Aspergillus Ποτά Ένζυμα ζυμών Ιμβερτάση Saccharomyces Ζαχαροπλαστική Λακτάση Kluyveromyces Γαλακτοκομικά Λιπάση Candida Διάφορα τρόφιμα

18 Ένζυμα που υδρολύουν υδατάνθρακες Ένζυμα που υδρολύουν πολυ ή ολιγο σακχαρίτες. Στην επεξεργασία τροφίμων κυρίως: αμυλάσες, ακολουθούμενες από ιμβερτάσες, πηκτινάσες, κυτταρινάσες, ημικυτταρινάσες

19 Αμυλάσες στην αρτοποιία Ι Αμυλόζη Αμυλοπηκτίνη Η ζύμη του ψωμιού αποτελείται από αλεύρι, νερό, αλάτι και παρασκεύασμα ζυμομυκήτων μ (μαγιά). Το αλεύρι περιέχει α και β αμυλάση (ή διαστάσες) που έχουν υπόστρωμα το άμυλο Το άμυλο (80% του αλεύρου) αποτελείται από την αμυλόζη και την αμυλοπηκτίνη Αμυλόζη ευθύγραμμος πολυσακχαρίτης, μονάδες της γλυκόζης ενώνονται με α 1,4 γλυκοζιτικούς δεσμούς, Αμυλοπηκτίνη διακλαδιζόμενος πολυσακχαρίτης: μία γλυκόζη σε κάθε 30 μόρια ενώνεται με διπλανή γλυκόζη με α 1,4 14γλυκοζιτικό δεσμό, αλλά και με μία άλλη γλυκόζη στη θέση 6, δημιουργώντας και α 1,6 γλυκοζιτικό δεσμό

20 Αμυλάσες στην αρτοποιία ΙΙ δεξτρίνη μαλτόζη Η α αμυλάσηαμυλάση προσβάλλει τους α 1,4 δεσμούς της αμυλόζης και αμυλοπηκτίνης στο εσωτερικό των μακρομορίων, με τυχαίο τρόπο. Τα προϊόντα είναι, κυρίως δεξτρίνες μικρού μ.β., μαλτόζη λό και γλυκόζη H β αμυλάση προσβάλλει και αυτή τους α 1,4 δεσμούς, αλλά αποσπά διαδοχικά μόρια μαλτόζης από τα μη ανάγοντα άκρα των μακρομορίων Έτσι, η αμυλόζη μετατρέπεται σε μαλτόζη, και η αμυλοπηκτίνη σε μείγμα μαλτόζης και υψηλού μ.β. δεξτρινών Η μαλτόζη στη συνέχεια διασπάται από το ένζυμο μαλτάση (υπάρχει στους ζυμομύκητες της μαγιάς) σε απλά σάκχαρα (γλυκόζη), που στη συνέχεια ζυμώνονται δίνοντας τελικά προϊόντα αλκοόλη και CO 2. Οι σημερινές τεχνικές συγκομιδής και επεξεργασίας των σιτηρών έχουν ως αποτέλεσμα τη μερική καταστροφή της α αμυλάσης παραγωγή κατώτερης ποιότητας αλεύρου ανάγκη για προσθήκη α αμυλάσης στην αρτοποιία

21 Αμυλάσες στην αρτοποιία ΙΙΙ Εμπορικές πηγές α αμυλάσης είναι μύκητες ς( (Aspergillusp g oryzae), βακτήρια (Bacillus subtilis) και δημητριακά (σίκαλη, φύτρα σίτου). Η θερμοανθεκτικότητά τους μειώνεται κατά σειρά: βακτηριακή αμυλάση > αμυλάση δημητριακών > αμυλάση μυκήτων Θερμική σταθερότητα α αμυλάσης ανάλογα με την προέλευσή της

22 Αμυλάσες στην αρτοποιία IV Ηααμυλά α αμυλάση δρα κατά το στάδιο της ζύμωσης πρώτο στάδιο της αρτοποιητικής επεξεργασίαςκαταλύοντας τη δεξτρινοποίηση των αμυλοκόκκων που έχουν υποστεί καταστροφή κατά το Τύποι καταστροφής αμυλοκόκκων άλεσμα (starch damage). Οι κατεστραμμένοι αμυλόκοκκοι είναι το μόνο διαθέσιμο υπόστρωμα για το ένζυμο αυτό και αποτελούν περιοριστικό παράγοντα κατά την περίοδο της ζύμωσης. Ελέγχοντας την πορεία της άλεσης, μπορεί να παραχθεί το επιθυμητό ποσοστό κατεστραμμένων αμυλοκόκκων, που προσδιορίζει και το βαθμό δεξτρινοποίησης

23

24 Αμυλάσες στην αρτοποιΐα V Κατά το ψήσιμο οι αυξημένες θερμοκρασίες ρ ζελατινοποιούν τους αμυλοκόκκους που δεν καταστράφηκαν Ζελατινοποίηση ητου αμύλου είναι η διόγκωση και τελικά η διάρρηξη των αμυκοκόκκων, όταν αυτοί θερμανθούν πάνω από 50 C παρουσία νερού. Με τη διάρρηξη, μέρος της αμυλόζης βγαίνει από τους αμυλοκόκκους και διασπείρεται. Αν κατά το στάδιο αυτό του ψησίματος παρέμενε η αμυλάση δραστική τότε θα συνέβαινε υπερβολική δεξτρινοποίηση, υπερρευστοποίηση του αμύλου και παραγωγή ψωμιού με μαλακή υφή και πιθανώς σχηματισμό κολλώδους ψίχας. Το πρόβλημα αυτό περιορίζεται με χρήση α αμυλάσης που προέρχεται από μύκητες και είναι θερμοευαίσθητη η δραστηριότητά της μειώνεται γρήγορα καθώς αυξάνει η θερμοκρασία του φούρνου. Αντίθετα στα κέικ φρούτων όπου είναι επιθυμητή η κολλώδης κρούστα χρησιμοποιείται ως συμπλήρωμα και θερμοάντοχη βακτηριακή α αμυλάση.

25 Αμυλάσες και ρευστοποίηση του αμύλου (αμυλοσιρόπιο)i Η παραγωγή σιροπιών γλυκόζης μπορεί να επιτευχθεί με υδρόλυση του αμύλου παρουσία ανόργανων οξέων. Οι βιομηχανίες όμως προτιμούν την ενζυμική κατάλυση, (α) για οικονομικούς λόγους, (β) γιατί παράγονται καλύτερα τελικά προϊόντα. Η υδρόλυση του αμύλου στην περίπτωση αυτή γίνεται με ένα διττό σύστημα ενζύμων

26 Αμυλάσες και ρευστοποίηση του αμύλου (αμυλοσιρόπιο) II Τα κύρια ένζυμα που μετέχουν στο σύστημα είναι η α αμυλάση και η β αμυλάση. Η α αμυλάση προέρχεται κυρίως από βακτήρια (θερμοανθεκτική). Τα περισσότερα είδη αμύλου που χρησιμοποιούνται για παραγωγή αμυλοσιροπίων περιέχουν μεγάλα ποσοστά αμυλοπηκτίνης που διαθέτει α 1,6 16δεσμούς. Οι δεσμοί αυτοί πρέπει να υδρολυθούν ώστε να μεγιστοποιηθεί η δραστηριότητα των αμυλασών. Αυτό επιτυγχάνεται με τη συνδυασμένη δράση δύο αποδιακλαδιζόντων ενζύμων της πουλουλανάσης και της ισοαμυλάσης, η αναλογία των οποίων καθορίζει ρζ τη σύσταση του τελικού μγμ μίγματος Με κατάλληλο συνδυασμό των ενζύμων αυξάνεται η απόδοση, ενώ παράλληλα μειώνεται ο χρόνος σακχαροποίησης ης από 80 σε 30 ώρες Με τη χρήση διαφορετικών μειγμάτων αμυλασών μπορεί να παραχθεί αμυλοσιρόπιο με διαφορετικές περιεκτικότητες σε δεξτρίνη, μαλτόζη και γλυκόζη

27 Ιμβερτάση στη ηζ ζαχαροπλαστική Το ένζυμο υδρολύει την σακχαρόζη (λευκή ζάχαρη) στις πιο γλυκιές γλυκόζη και φρουκτόζη. Δύο κατηγορίες ιμβερτάσης: η γλυκοϋδρολάση του D γλυκοζίτη υδρολύει το μόριο της σακχαρόζης από το άκρο της γλυκόζης, ενώ η φρουκτοϋδρολάση της β D φρουκτοφουρανόζης δρα στο μόριο από την πλευρά της φρουκτόζης. Το μείγμα γλυκόζης φρουκτόζης πλεονεκτεί σε σχέση με τη σακχαρόζη έχοντας: (α) βελτιωμένη γλυκύτητα, (β) μεγαλύτερη διαλυτότητα, (γ) μειωμένη ικανότητα κρυστάλλωσης Η ιμβερτάση παράγεται εμπορικά από ζύμες αρτοποιίας, ζυθοποιίας και από μύκητες. Χρησιμοποιείται κυρίως, στην παρασκευή σιροπιών και τεχνητού μελιού, και στη δημιουργία κρεμώδους μαλακού κέντρου στις καραμέλες, σε διάφορα προϊόντα σοκολατοποιίας (με φρούτα) κλπ. Η ιμβερτάση προστίθεται στο εσωτερικό τμήμα, όπου υδρολύει τη σακχαρόζη δημιουργώντας στο προϊόν ένα μαλακό και γλυκό κέντρο.

28 Λακτάση στη γαλακτοκομία Η λακτάση (β Ο γαλακτοζιδάση) χρησιμοποιείται για τη μείωση της λακτόζης στα γαλακτοκομικά προϊόντα. Η λακτόζη είναι ανεπιθύμητη λόγω (α) χαμηλής γλυκύτητας (β) περιορισμένης διαλυτότητας (γ) δυσανεξίας σε ορισμένα άτομα Υπάρχει η ουδέτερη λακτάση (ph ) του Saccharomyces lactis και η όξινη λακτάση (ph ) του Aspergillus niger Το ένζυμο υδρολύει το β γλυκοζιδικό δεσμό μεταξύ γαλακτόζης και γλυκόζης στο μόριο της λακτόζης, απελευθερώνοντας τους μονοσακχαρίτες (α) αύξηση γλυκύτητας γάλακτος ή ορού, (β) μείωση αμμώδους υφής σε παγωτά άή σε συμπυκνωμένα προϊόντα γάλακτος λόγω της κρυστάλλωσης της λακτόζης. Η χρήση του ενζύμου στο γάλα μπορεί να γίνει με προσθήκη εμπορικού παρασκευάσματος λακτάσης, σε υγρή μορφή ή σκόνη, στον περιέκτη του γάλακτος πριν την προσθήκη του προϊόντος. Ακολουθεί η προσθήκη του γάλακτος, το σφράγισμα της συσκευασίας και η παραμονή υπό ψύξη του γάλακτος για 24 ώρες ώστε να διευκολυνθεί η υδρόλυση της λακτόζης. Η λακτάση χρησιμοποιείται και στην παρασκευή των τυριών τύπου Cottage και Cheddar, στην παρασκευή γιαούρτης με χαμηλό ποσοστό λακτόζης, καθώς στην παραγωγή ορού χωρίς λακτόζη

29 Πηκτινάσες σε οινοποιία και χυμούς φρούτων Πηκτίνη = από τις σημαντικότερες αιτίες εμφάνισης θολερότητας στους χυμούς φρούτων και τα κρασιά. Παρουσία πηκτινασών, τα μόρια της πηκτίνης υδρολύονται σε πηκτικό οξύ, που δεν έχει τις κολλοειδείς ιδιότητες της πηκτίνης Πηκτινάση ονομάζομε ενζυμικό παρασκεύασμα που αποτελείται απο: 1) πηκτινικέςεστεράσες, 2) πολυγαλακτουρονάσες λ και 3) πηκτινικές λυάσες. Παράγεται κυρίως από μύκητες του γένους Aspergillus. Τα ένζυμα αυτά μετατρέπουν την πηκτίνη σε πηκτικό οξύ και άλλα απλούστερα σάκχαρα

30 Κυτταρινάσες Είναι μείγμα ενζύμων, που καταλύει την παρακάτω σειρά αντιδράσεων προσβάλλοντας τους β 1,4 γλυκοζιδικούς δεσμούς της κυτταρίνης Απαντά στα βακτήρια και κυρίως στους μύκητες. Δυστυχώς, οι κυτταρινάσες δεν μπορούν να υδρολύσουν τις κυτταρίνες σε μεγάλη έκταση. Θα πρέπει πρώτα να προσβληθεί το κυτταρινούχο προϊόν από μικροοργανισμούς, ώστε να μπορέσει να δράσει το ένζυμο.

31 Κυτταρινάσες Ημικυτταρινάσες Χρησιμοπούνται σε μικρή έκταση στη βιομηχανία τροφίμων,, επειδή έχουν την ικανότητα να βελτιώνουν τη γεύση ορισμένων κυτταρινούχων τροφών. Χρησιμοποιούνται για τη διαύγαση του χυμού των κίτρων και άλλων φρούτων, όταν η θολερότητα οφείλεται στο σχηματισμό νεφελώματος εξαιτίας της κυτταρίνης. Χρησιμοποιούνται και στην κατεργασία αφυδατωμένων λαχανικών. Αν τα λαχανικά υποστούν, πριν την αφυδάτωση, κατεργασία με ενζυμικά παρασκευάσματα κυτταρινασών μπορούν πιο εύκολα να πάρουν το αρχικό τους μέγεθος κατά την ενυδάτωση. Ημικυτταρινάσες: Χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία του καφέ για την καταστροφή των κόμμεων, που προκαλούν ζελατινοποίηση στα υγρά συμπυκνώματα του καφέ, κατά την παρασκευή του στιγμιαίου καφέ.

32 Πρωτεολυτικά ένζυμα Η ομάδα αυτή των ενζύμων υδρολύει πεπτιδικούς δεσμούς. Ανάλογα με τη θέση των πεπτιδικών δεσμών που υδρολύουν, διακρίνονται σε ενδοπεπτιδάσες, που προσβάλλουν πεπτιδικούς δεσμούς στο εσωτερικό των μορίων των πρωτεϊνών δημιουργώντας πεπτίδια και σε εξωπεπτιδάσες, που προσβάλλουν ακραίους πεπτιδικούς δεσμούς και δημιουργούν διπεπτίδια και απλά αμινοξέα. Οι εξωπεπτιδάσες διακρίνονται σε αμινοπεπτιδάσες, που ελευθερώνουν αμινοξέα από το αμινοτελικό άκρο και καρβοξυπεπτιδάσες, που δρουν στο καρβοξυλικό άκρο.

33 Πρωτεϊνάσες στην αρτοποιία Ι Η γλουτένη σχηματίζεται μετά την ενυδάτωση των κύριων πρωτεϊνών του αλεύρου (γλοιαδίνη, λ γλουτενίνη) ) και η ποσότητα και ποιότητα της καθορίζουν τη δύναμη των αλεύρων. Τα πρωτεολυτικά ένζυμα επηρεάζουν τις ιδιότητες της γλουτένης και κατ' επέκταση την ποιότητα του παραγόμενου ψωμιού. Οι πρωτεϊνάσες επιδρούν κυρίως πάνω στους δισουλφιδικούς δεσμούς της γλουτένης, με αποτέλεσμα να μειώνουν το ιξώδες του ζυμαριού και άρα το χρόνο ζυμώματος που χρειάζεται για την παραγωγή και κατακράτηση αέρα μέσα στο ζυμάρι. Στην περίπτωση που το αλεύρι είναι πολύ δυνατό (π.χ. χ ΗΠΑ,, Καναδάς), είναι απαραίτητη η προσθήκη εξωγενών πρωτεϊνασών, ώστε με την παραγωγή του CO 2 το πλέγμα της γλουτένης να αναπτυχθεί ομαλά, με αποτέλεσμα να προκύψει ζύμη εύκαμπτη, εκτατή και με μειωμένο ιξώδες.

34 Πρωτεϊνάσες στην αρτοποιία ΙΙ Τα ελληνικά αλεύρια όμως (α) έχουν μειωμένη δύναμη, (β) είναι πλούσια σε πρωτεολυτικά άένζυμα. Η αρτοποίηση σε ένα τέτοιο αλεύρι θα οδηγούσε σε ολική ή μερική καταστροφή της γλουτένης και στην παραγωγή ζύμης και ψωμιού με ρωγμές στην επιφάνεια, κολλώδη ψίχα και ανώμαλη διόγκωση. Για αποφυγή αυτών των ανωμαλιών, τα ελληνικά άλευρα υφίστανται θερμική κατεργασία (conditioning) ώστε να καταστρέφεται μεγάλο ποσοστό πρωτεϊνασών και να βελτιώνεται η ποιότητα της γλουτένης. Μειονέκτημα της θερμικής κατεργασίας είναι η αδρανοποίηση και των απαραίτητων ενδογενών αμυλασών των αλεύρων. Αυτό αντιμετωπίζεται με προσθήκη εμπορικών παρασκευασμάτων αμυλασών. Σήμερα, ο καθορισμός της σχέσης αμυλασών πρωτεϊνασών επιτρέπει στη βιομηχανία άρτου να ελέγχει την κατάσταση του ζυμαριού, ανάλογα με τις απαιτήσεις των διαφόρων παρασκευαστών

35 Πρωτεολυτικά ένζυμα & τρυφεροποίηση του κρέατος Ι Παλιότερα για την τρυφεροποίηση του κρέατος, γινόταν ωρίμανση ί του κρέατος (aging) στο σφαγείο με κρέμασμα στους 4 C για 4 βδομάδες. Στο διάστημα αυτό, μετά το πέρας της δυσκαμψίας, ακολουθεί μία αύξηση της τρυφερότητας του κρέατος, που οφείλεται στη δράση ενδογενών πρωτεολυτικών ενζύμων, των καθεψινών που υπάρχουν στους μυς και προκαλούν μερική υδρόλυση των σαρκοπλασματικών κυρίως πρωτεϊνών Για την ταχεία τρυφεροποίηση του κρέατος χρησιμοποιούνται πρωτεολυτικά ένζυμα φυτικής, ζωικής και μικροβιακής προέλευσης, όπως η παπαΐνη, τρυψίνη, βρωμελαΐνη, φικίνη κτλ. Κατά το αρχικό στάδιο της τρυφεροποίησης τα ένζυμα προκαλούν Κατά το αρχικό στάδιο της τρυφεροποίησης, τα ένζυμα προκαλούν διάλυση του σαρκοπλάσματος, η οποία ακολουθείται από διάσπαση των νουκλεοτιδίων

36 Πρωτεολυτικά ένζυμα & τρυφεροποίηση του κρέατος ΙΙ Τα ένζυμα φυτικής προέλευσης χαρακτηρίζονται και από μία έντονη δράση στο συνεκτικό ιστό (κολλαγόνο) που μπορεί να ενταθεί με τη θέρμανση κατά το μαγείρεμα μ του κρέατος. Η παπαΐνη είναι μια σουλφυδρυλική πρωτεϊνάση με άριστο pη 7, η οποία χάνει μόνο το 20% της δραστικότητάς της, όταν θερμανθεί στους 70 C για 30 λεπτά. Υδρολύει την ελαστίνη και το κολλαγόνο καθώς και τις πρωτεΐνες του μυϊκού ιστού. Ακτινίνη από ακτινίδια: σε συνδυασμό με παπαΐνη αΐνη εντονότερη ερη τρυφεροποίηση Για τη χρησιμοποίηση των ενζύμων στην τρυφεροποίηση του κρέατος εφαρμόζονται διάφορες μέθοδοι, που αποβλέπουν στην ομοιόμορφη κατανομή των ενζύμων και στην ελεγχόμενη πρωτεολυτική δράση τους. Τέτοιες μέθοδοι περιλαμβάνουν ψεκασμό του κρέατος με σκόνη ενζυμικού παρασκευάσματος ή εμβάπτισμα του κρέατος μέσα σε υγρό ενζυμικό παρασκεύασμα.

37 Πρωτεολυτικά ένζυμα & τρυφεροποίηση του κρέατος ΙΙΙ Επίσης, μπορεί να γίνει έγχυση του πρωτεολυτικού ενζύμου μέσα στο αγγειακό σύστημα του ζώου πριν από τη σφαγή. Τα μειονεκτήματα της τελευταίας μεθόδου είναι ότι η δομή του κρέατος μειονεκτεί, έναντι αυτής ενός κρέατος καλής ποιότητος και επίσης, μερικά κομμάτια κρέατος μπορεί να υποστούν υπερτρυφεροποίηση. Επίσης, η γεύση και η οσμή διαφέρουν και μερικές ςφορές είναι μη αποδεκτές λόγω έντονης υδρόλυσης των ιστών. Θα πρέπει για περιορισμό των παραπάνω προβλημάτων να χρησιμοποιούνται εξειδικευμένες και καθαρές πρωτεϊνάσες στις κατάλληλες ποσότητες Έχει προταθεί επίσης και η χρησιμοποίηση συστήματος με πολλές βελόνες, οι οποίες διοχετεύουν το ένζυμο κατευθείαν στις μυϊκές ίνες, αμέσως μετά τη σφαγή του ζώου. Η μέθοδος αυτή περιορίζει την υπερτρυφεροποίηση των ιστών

38 Πρωτεολυτικά ένζυμα στην τυροκομία Ι Η χυμοσίνη (ρεννίνη) είναι ένα πρωτεολυτικό ένζυμο που παίζει σημαντικό ρόλο στην παραγωγή του τυριού. Προέρχεται από το 4 ο στομάχι νεαρών μοσχαριών και το εμπορικό παρασκεύασμά του ονομάζεται πυτιά. Προσθήκη πυτιάς στο γάλα (κάτω από ελεγχόμενες συνθήκες) σχηματισμός ορατού πήγματος. Η όλη πορεία ακολουθεί τρεις φάσεις. Η πρώτη φάση είναι μία ειδική δράση της χυμοσίνης στην κ καζεΐνη διασπώντας το δεσμό μεταξύ Phe Met Τα χυμοσίνης στην κ καζεΐνη, διασπώντας το δεσμό μεταξύ Phe 105 Met 106. Τα προϊόντα που δημιουργούνται είναι ένα υδατοδιαλυτό γλυκομακροπεπτίδιο, που απομακρύνεται με τον ορό και η παρα κ καζεΐνη ηοποίαείναιαδιάλυτη που απομακρύνεται με τον ορό και η παρα κ καζεΐνη, η οποία είναι αδιάλυτη και παραμένει στο πήγμα. Κατά τη δεύτερη φάση, που δεν είναι ενζυμική, σχηματίζεται ορατό πήγμα (τυρόπηγμα) με συνένωση των καζεϊνικών χημ ζ ρ ήγμ ( ρ ηγμ ) μ η ζ μυκηλλίων με ιόντα ασβεστίου, μέσω διμοριακών δεσμών. Η τρίτη φάση περικλείει μία γενική πρωτεολυτική δράση της χυμοσίνης στις πρωτεΐνες του γάλακτος (α, β καζεΐνες).

39 Πρωτεολυτικά ένζυμα στην τυροκομία ΙΙ Η συνεχώς αυξανόμενη παραγωγή των τυριών σε συνδυασμό με τη μείωση του αριθμού των μοσχαριών, που θανατώνονται σε νεαρή ηλικία, επέβαλε την εξεύρεση νέων μέσων πήξης του γάλακτος. Έχουν χρησιμοποιηθεί για το σκοπό αυτό πρωτεϊνάσες φυτικής προέλευσης ή μικροβιακής προέλευσης, κυρίως από βακτήρια και μύκητες. Τα τελευταία χρόνια γίνεται, επίσης προσπάθεια επιτάχυνσης της ωρίμανσης των τυριών με χρησιμοποίηση πρωτεολυτικών ενζύμων, καθόσον η ωρίμανση θεωρείται το πιο μακροχρόνιο στάδιο κατά την παρασκευή των τυριών. Κατά το στάδιο αυτό επιτελούνται αντιδράσεις που οδηγούν στην ανάπτυξη της γεύσης, του αρώματος και της υφής των τυριών. Η υδρόλυση των πρωτεϊνών θεωρείται το σπουδαιότερο φαινόμενο κατά την πορεία της ωρίμανσης. Υπάρχουν πολλά εμπορικά ενζυμικά παρασκευάσματα που μπορούν να επιταχύνουν την πρωτεόλυση Χρειάζεται όμως μεγάλη προσοχή στην επιλογή του ενζύμου, στον καθορισμό της σωστής ποσότητας του ενζύμου που προστίθεται, καθώς και στον τρόπο προσθήκης ώστε να έχουμε τα επιθυμητά αποτελέσματα.

40 Πρωτεολυτικά ένζυμα & παρασκευή μπύρας Θολερότητα στην μπύρα: (α) λόγω μικροοργανισμών (βιολογική θολερότητα), (β) ως αποτέλεσμα χημικών αντιδράσεων μεταξύ συστατικών της μπύρας ς(μη βιολογική θολερότητα). Η (β) παραμένει σοβαρό πρόβλημα Η μη βιολογική θολερότητα της μπύρας προέρχεται από αντίδραση μορίων πολυπεπτιδίων και ταννίνης, που γίνεται σε πολλά στάδια. Επειδή το μέγεθος του μορίου του πολυπεπτιδίου είναι μεγαλύτερο από της ταννίνης, αυτό καθορίζει το τελικό μέγεθος του συσσωματώματος. Αν μειωθεί το μέγεθος του πολυπεπτιδίου, με κατάλληλο ένζυμο, αυξάνει ο χρόνος για να γίνουν ορατά τα συσσωματώματα, δηλαδή καθυστερεί να εμφανιστεί θολερότητα. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται τα πρωτεολυτικά ένζυμα παπαΐνη, πεψίνη, φικίνη, βρωμελαΐνη, βακτηριακές πρωτεϊνάσες. ϊά Καλύτερα αποτελέσματα δίνουν παρασκευάσματα παπαΐνης σε συνδυασμό με άλλες πρωτεϊνάσες, διότι είναι θερμοάντοχα στο στάδιο παστερίωσης Όμως η δράση των πρωτεϊνασών πρέπει να είναι ελεγχόμενη, ώστε τελικά να παραμένουν πολυπεπτίδια, που συγκρατούν το CO 2 και δημιουργούν το χαρακτηριστικό αφρό της μπύρας.

41 Λιπολυτικά ένζυμα Οι λιπάσες είναι υπεύθυνες για την υδρόλυση λιπών και ελαίων και είναι διαδεδομένες δ δ σε ζώα, φυτά και μικροοργανισμούς. Η αντίδραση είναι πολύπλοκη καθώς τα λίπη και τα έλαια βρίσκονται στη μη υδατική φάση ενός γαλακτώματος, και η δράση του ενζύμου λαμβάνει χώρα στη διεπιφάνεια λίπους νερού. Οι λιπάσες απαντούν σε δύο τύπους (α) 13λιπάσες 1,3 λιπάσες που υδρολύουν επιλεκτικά εστερικούς δεσμούς στις sn 1 και sn 3 θέσεις ενός τριγλυκεριδίου (λιπάσες του Penicillium roqueforti) και (β) 2 λιπάσες που υδρολύουν εστερικούς δεσμούς στη sn 2 θέση του τριγλυκεριδίου (λιπάσες του Aspergillus flavus) s n 1 OH HO sn 2 sn 3 OH

42 Λιπάσες στην τυροκομία Ι Οι λιπάσες παίζουν σημαντικό ρόλο στην τυροκομία λόγω της παραγωγής ελεύθερων λιπαρών οξέων, που συμβάλλουν στο άρωμα και τη γεύση των τελικών προϊόντων (ευχημικά συστατικά). Σε πολλά είδη τυριών (Romano, Provolone, Parmesan), που επιδιώκεται η εμφάνιση έντονης γεύσης και οσμής, χρησιμοποιούνται διάφορα ενζυμικά παρασκευάσματα ζωϊκών λιπασών, που προστίθενται στο προς τυροκόμηση γάλα. Η λιπόλυση πρέπει να είναι ελεγχόμενη κατά τη διάρκεια της ωρίμανσης των τυριών, ώστε να αναπτύσσεται το χαρακτηριστικό άρωμα, ιδιαίτερα των τυριών ιταλικού τύπου. Ενίσχυση της λιπολυτικής δράσης των μικροοργανισμών μπορεί να γίνει με προσθήκη προγαστρικών λιπασών. Οι λιπάσες αυτές έχουν εξειδίκευση στην απελευθέρωση λιπαρών οξέων με λιγότερα από 10 άτομα άνθρακα. Τα λιπαρά αυτά οξέα είναι ιδιαίτερα σημαντικά για την ανάπτυξη του χαρακτηριστικού αρώματος των τυριών ιταλικού τύπου.

43 Λιπάσες στην τυροκομία ΙΙ Η γαστρική λιπάση δεν μπορεί να αντικατασταθεί από λιπάσες άλλων πηγών, οι οποίες παράγουν λιπαρά οξέα σε διαφορετικές αναλογίες με αποτέλεσμα να δημιουργείται μη τυπική, σαπωνώδης ή ταγκή γεύση. Η παραγωγή π.χ. βουτυρικού οξέος αποτελεί κριτήριο για την ανάπτυξη επιθυμητής γεύσης και αρώματος σε τυριά Provolone και Romano. Σε πολλά τυριά που ωριμάζουν με μύκητες, π.χ. Roquefort, Gorgonzola και Stilton ο μύκητας Penicillium roqueforti, που προστίθεται, παράγει μία λιπάση που υδρολύει το λίπος του γάλακτος, ελευθερώνοντας κορεσμένα λιπαρά οξέα μικρής αλυσίδας, κυρίως καπρυλικό οξύ (C8:0), το οποίο και προσδίδει την έντονη πιπεράτη γεύση στα τυριά αυτά. Το καπρυλικό οξύ μεταβολίζεται περαιτέρω από λιπολυτικούςλ μικροοργανισμούς σε μεθυλοκετόνες, ενώσεις με ευχημικές ιδιότητες, οι οποίες επίσης συμμετέχουν στην τελική γεύση και άρωμα των τυριών που ωριμάζουν με μύκητες.

44 Λιπάσες στην επεξεργασία λιπών Η χρησιμοποίηση λιπασών στην επεξεργασία λιπών περιλαμβάνει κυρίως τρεις τομείς: (α) την ενζυμική υδρόλυση λιπών για παραγωγή λιπαρών οξέων (β) τη σύνθεση λιπιδίων με αναστροφή της υδρόλυσης (γ) την ενζυμική τροποποίηση των λιπιδίων με διεστεροποίηση Στην πρώτη περίπτωση χρησιμοποιείται λιπάση του μύκητα Candida cylindracea, που υδρολύει πλήρως το ελαιόλαδο μέσα σε 4 ώρες, απελευθερώνοντας λιπαρά οξέα, τα οποία έχουν καλύτερο χρώμα και οσμή συγκρινόμενα με εκείνα που παράγονται με τη χρήση χημικών ουσιών Για τη σύνθεση λιπών χρησιμοποιείται λιπάση από το μύκητα Rhizopus arrhizus με εξειδίκευση στη σύνθεση εστέρων με λιπαρά οξέα μακράς αλυσίδας. Με προσεκτική χρήση του ενζύμου αυτού είναι δυνατή η παραγωγή πολύ εξειδικευμένων προϊόντων.

45 Λιπάσες στην επεξεργασία λιπών Η διεστεροποίηση των λιπών χρησιμοποιείται για τροποποίηση της σύστασης και των φυσικών ιδιοτήτων ενός μείγματος τριγλυκεριδίων. Στην επεξεργασία αυτή τα λιπαρά οξέα ενός μορίου τριγλυκεριδίου αντικαθίστανται από άλλα, τα οποία είναι παρόντα στο μέσο της αντίδρασης. Το τελικό προϊόν είναι ένα νέο είδος τριγλυκεριδίου με τελείως διαφορετική σύνθεση λιπαρών οξέων. Τυπικό παράδειγμα ενδοεστεροποίησης με τη βοήθεια λιπασών Τυπικό παράδειγμα ενδοεστεροποίησης με τη βοήθεια λιπασών είναι η παραγωγή συνθετικού βουτύρου κακάο.

46 Οξειδοαναγωγάσες. Λιποξυγονάσες στην αρτοποιία Υπεύθυνες για την καταστροφή των φυτικών χρωστικών. Χρήση στη λεύκανση του αλεύρου ψωμί με λευκή ψίχα. Πολύπλοκη αντίδραση: διπλή οξείδωση καροτενίων και ακόρεστων λιπαρών οξέων, παρουσία ατμοσφαιρικού αέρα. Πηγές του ενζύμου: φύτρο σιταριού και άλευρο σόγιας. Στην παρασκευή ζυμαρικών χρησιμοποιείται σιτάρι με χαμηλή δράση της λιποξυγονάσης, ώστε να παραμείνει ο επιθυμητός κίτρινος χρωματισμός στο προϊόν. Όταν προστεθούν στο αλεύρι μικρές ποσότητες λιποξυγονάσης βελτιώνουν τις ρεολογικές ιδιότητες της γλουτένης. Αυτό οφείλεται, κυρίως, σε οξείδωση των ελεύθερων σουλφυδρυλικών ομάδων της γλουτένης από τα υπεροξείδια που σχηματίζονται με τη δράση της λιποξυγονάσης. Αποτέλεσμα είναι η δημιουργία δισουλφιδικών δεσμών που βελτιώνουν την ποιότητα της γλουτένης.

47 Οξειδάση ητης ης γλυκόζης Χρησιμοποιείται για να απομακρύνει υπολείμματα γλυκόζης και οξυγόνου από ορισμένες τροφές (π.χ. στην αλβουμίνη του αυγού και στη σκόνη αυγού) προφυλάσσοντας τα προϊόντα αυτά, κατά την αποθήκευση, από την υποβάθμιση (εξαιτίας ξ ί της αντίδρασης Maillard). Υπολείμματα οξυγόνου, μπορούν να απομακρυνθούν από διάφορα προϊόντα όπως μπύρα, κρασιά, φρουτοχυμούς ή μαγιονέζα, για να προστατευτούν τα προϊόντα από διάφορες μεταβολές που μπορούν να προκληθούν από ενζυμική αμαύρωση ή οξειδωτικό τάγκισμα. Η οξειδάση της γλυκόζης αρχικά απομονώθηκε από το μύκητα Penicillium notatum και ήταν γνωστό ως "νοτατίνη". Το εμπορικό παρασκεύασμα του ενζύμου σήμερα προέρχεται από το μύκητα Aspergillus niger και περιέχει επιπλέον καταλάση και λακτονάση.

48 Καταλάση Το ένζυμο περιέχει αίμη, ως προσθετική ομάδα και καταλύει την αντίδραση: 2Η 2 Ο 2 2Η 2 Ο + Ο 2 Παρασκευάζεται εμπορικά από συκώτι ζώων, τον Aspergillus niger και το Micrococcus lysodeikticus. Η καταλάση συμμετέχει στην οξειδωτική ήφθορά των λαχανικών κατά την αποθήκευση. Ο ρόλος της καταλάσης σε ζώντες οργανισμούς είναι η διάσπαση του υπεροξειδίου του υδρογόνου. Όπως ήδη αναφέρθηκε, χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με την οξειδάση της γλυκόζης. Επίσης, χρησιμοποιείται και για τη διάσπαση του Η 2 Ο 2, όταν αυτό χρησιμοποιείται ως συντηρητικό, π.χ. κατά την κατεργασία του προς τυροκόμηση η γάλακτος.

49 Ακινητοποιημένα ημ ένζυμα Ι Νέα τεχνική βιομηχανικής χρησιμοποίησης των ενζύμων: καθήλωση των ενζύμων πάνω σε ένα στερεό μέσο. Τρόποι ακινητοποίησης: 1) Σύνδεση ενζύμου μέσου μέσου καθήλωσης με χημικούς δεσμούς, π.χ. σε ιονανταλλακτικές ρητίνες. 2) Προσρόφηση ενζύμου πάνω στο μέσο καθήλωσης, π.χ. σε ενεργοποιημένη επιφάνεια κεραμικού. 3) Εγκλωβισμός του ενζύμου σε πολυμερές, π.χ πολυακρυλαμίδιο. 4) Κάλυψη του ενζύμου με μεμβράνες που δεν επιτρέπουν τη δίοδο των ενζύμων (μακρομόρια) μακρομόρια), επιτρέπουν όμως τη δίοδο των ενζυμικών υποστρωμάτων και των προϊόντων της ενζυμικής δράσης.

50 Ακινητοποιημένα ημ ένζυμα ΙΙ Πλεονεκτήματα της τεχνικής αυτής είναι: 1) Δυνατότητα επανειλημμένης χρησιμοποίησης του ενζύμου, άρα μείωση του κόστους. 2) Μεγαλύτερη σταθερότητα του ενζύμου στις μεταβολές του pη Η και της θερμοκρασίας. 3) Συνεχής παραγωγή των προϊόντων της ενζυμικής δράσης. 4) Ακριβής έλεγχος του τέλους της αντίδρασης. 5) Αποφυγή επιμόλυνσης του προϊόντος. Κύρια μειονεκτήματα για όλες τις περιπτώσεις ακινητοποίησης είναι: 1) Η μικρότερη δραστικότητα του ενζύμου που μειώνεται συνεχώς με τη χρήση. 2) Η οικονομική επιβάρυνση για την προμήθεια του φορέα και των κατάλληλων αντιδραστηρίων. Παρόλα αυτά οι προοπτικές για τη διάδοση της χρήσης ακινητοποιημένων ενζύμων είναι μεγάλες

51 Ακινητοποιημένα ημ ένζυμα III Σε πολλές ςβιομηχανίες τροφίμων φμ εφαρμόζονται ήδη τεχνικές ακινητοποιημένων ημ ενζύμων, όπως: 1) Στη διαύγαση της μπύρας με χρησιμοποίηση καθηλωμένων πρωτεασών, (παπαΐνη, φυκίνη). 2) Στην παραγωγή σιροπιού φρουκτόζης με τη δράση ισομεράσης της γλυκόζης. Το ένζυμο αυτό παρουσιάζει τη μεγαλύτερη εμπορική επιτυχία και το προϊόν που παράγεται προστίθεται στην Coca Cola. 3) Στην ενζυμική υδρόλυση της λακτόζης του τυρογάλακτος από ακινητοποιημένη λακτάση, για παραγωγή μίγματος γλυκόζης γαλακτόζης. Το προϊόν αυτό χρησιμοποιείται ως γλυκαντική ουσία στην αρτοποιία, ζαχαροπλαστική κτλ. Έτσι αξιοποιείται το τυρόγαλα, χωρίς η λακτόζη να δημιουργεί προβλήματα πέψης Καλές προοπτικές έχει και η χρησιμοποίηση ακινητοποιημένης πυτιάς για την παρασκευή τυριών ή η υδρόλυση του αμύλου σε γλυκόζη, με τη χρήση ακινητοποιημένης αμυλάσης.

52 Ένζυμα και ανάπτυξη αρώματος γεύσης Οι ζυμώσεις κατά την παραγωγή γήτροφίμων μπορεί να προκαλούν σχηματισμό ευχημικών ενώσεων μέσω της μετατροπής γλυκοζιτών (γλυκόλυση), λιπιδίων (λιπόλυση) και πρωτεϊνών (πρωτεόλυση) Η γλυκόλυση οδηγεί κυρίως σε σχηματισμό γαλακτικού οξέος, ενώ από το πυροσταφυλικό μπορούν να σχηματισθούν ευχημικές ενώσεις όπως ακετόνη, διακετύλιο, 2,3 βουταδιενόλη, β δ αιθανόλη, ακεταλδεΰδη, οξικό οξύ Η λιπόλυση οδηγεί σε σχηματισμό ελευθέρων λιπαρών οξέων, πρόδρομων άλλων ευχημικών ενώσεων όπως μεθυλοκετόνες, λακτόνες, αλδεΰδες, αλκοόλες Η πρωτεόλυση οδηγεί σε σχηματισμό ευχημικών αλκοολών, ενώσεων θείου, αμινών και οργανικών οξέων

53 Ευχαριστώ για την προσοχή σας Εργαστήριο Χημείας, Βιοχημείας και Φυσικοχημείας Τροφίμων ΧΑΡΟΚΟΠΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Τμήμα Επιστήμης Διαιτολογίας Διατροφής