ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΑΛΕΞΙΟΣ ΒΛΑΜΗΣ ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑΣ. εαρινό εξάμηνο

Transcript

1 ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΑΛΕΞΙΟΣ ΒΛΑΜΗΣ ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑΣ εαρινό εξάμηνο

2 Τα ένζυμα στην τεχνολογία των τροφίμων

3 Α. Εισαγωγή

4 Ένζυμα, γενικά χαρακτηριστικά Δεσμεύουν εκλεκτικά τα υποστρώματά τους. Καταλύουν τη μετατροπή των υποστρωμάτων σε προϊόντα. Συχνά η κατάλυση χρησιμοποιεί συνένζυμα ή προσθετικές ομάδες. Αποένζυμο: ένζυμο χωρίς προσθετική ομάδα. Απόλυτη, υψηλή και χαμηλή εξειδίκευση.

5 ΟΝΟΜΑΤΟΛΟΓΙΑ ΕΝΖΥΜΩΝ Η Επιτροπή Ενζύμων (Enzyme Commission) χώρισε τα ένζυμα σε έξι κατηγορίες σύμφωνα με την καταλυτική τους φύση (την αντίδραση που καταλύουν). Σε κάθε ένζυμο αντιστοιχεί ένας κωδικός αριθμός (Enzyme code: EC) ο οποίος αποτελείται από 4 επιμέρους αριθμούς. Ο πρώτος τέτοιος αριθμός ή ψηφίο δηλώνει την κύρια κατηγορία αντίδρασης που ανήκει το ένζυμο: Πρώτο ψηφίο Κύρια κατηγορία 1 Οξειδοαναγωγάσες Οξείδωση και αναγωγή Είδος καταλυώμενης αντίδρασης 2 Μεταφοράσες Μεταφορά ατόμου ή ομάδας μεταξύ δύο μορίων 3 Υδρολάσες Υδρολύσεις 4 Λυάσες Απομάκρυνση μιας ομάδας από το υπόστρωμα χωρίς υδρόλυση 5 Ισομεράσες Ισομεριώσεις 6 Λιγάσες ή συνθετάσες Συνένωση δύο μορίων με διάσπαση πυροφωσφορικού δεσμού τρισφορο-νουκλεοζίτη Το δεύτερο και τρίτο ψηφίο δηλώνει το είδος της καταλυτικής αντίδρασης. Το τέταρτο διαφοροποιεί ένζυμα που καταλύουν πολύ παρόμοιες αντιδράσεις, πχ υδρόλυση διαφορετικών εστέρων ενός καρβοξυλικού οξέος.

6 Παράγοντες που επηρρεάζουν την ενεργότητα-δράση των ενζύμων κατά την επεξεργασία των τροφίμων: 1. Θερμοκρασία 2. ph 3. Συγκέντρωση ενζύμου 4. Συγκέντρωση υποστρώματος 5. Ενεργότητα νερού 6. Παρουσία αναστολέων και ενεργοποιητών

7 Τα ένζυμα στην τεχνολογία των τροφίμων Προσθήκη εξωγενών παρασκευασμάτων που προέρχονται από φυτικά συμπυκνώματα, ιστούς ζώων και μικροοργανισμούς

8 Π.χ. Ένζυμα που υδρολύουν υδατάνθρακες Υδρόλυση πολυσακκχαριτών, ολιγοσακχαριτών Με σειρά σπουδαιότητος: Αμυλάσες Ινβερτάσες Πηκτινάσες Κυτταρινάσες Ημικυτταρινάσες

9 Αμυλάσες, γενικά χαρακτηριστικά Υπόστρωμα το άμυλο αποτελούμενο από αμυλόζη και αμυλοπηκτίνη Είδη αμυλάσης 1. α-αμυλάση: υδρολύει α-1,4 δεσμούς αμυλόζης και αμυλοπηκτίνης στο εσωτερικό των μορίων (ενδοαμυλάση). Προϊόντα: χαμηλού μοριακού βάρους δεξτρίνες, μαλτόζη και γλυκόζη. 2. β-αμυλάση: υδρολύει α-1,4 δεσμούς αμυλόζης και αμυλοπηκτίνης από τα μη ανάγοντα άκρα των μορίων με αποτέλεσμα η αμυλόζη να μετατρέπεται σε μαλτόζη, η δε αμυλοπηκτίνη σε μείγμα μαλτόζης και δεξτρινών υψηλού μβ. Η παραγόμενη μαλτόζη διασπάται από την μαλτάση των ζυμομηκύτων της μαγιάς σε απλά σάκχαρα (ακολουθεί ζύμωση των σακχάρων σε αλκοόλη και CO 2 ).

10 a(1 4) αμυλόζη αμυλοπηκτίνη

11 Δεξτρίνη (εδώ κομμάτι αμυλοπηκτίνης)

12 Οι σημερινές τεχνικές συγκομιδής και επεξεργασίας των σιτηρών καταστρέφουν μερικώς την ενδογενή α-αμυλάση ανάγκη για εξωγενή προσθήκη. Eμπορικές πηγές α-αμυλάσης: 3. Μύκητες (Aspergillus oryzae) θερμοευαίσθητες 4. Βακτήρια (Bacillus subtilis) θερμοάντοχες 5. Δημητριακά (σίκαλη, βλαστημένοι σπόροι σίτου) θερμοάντοχες Δραστικότητα σε ph 5-6, μεγάλη διαφορά στην θερμοαντοχή:

13 Ειδικό θέμα: Ζελατινοποίηση του αμύλου

14 Ζελατινοποίηση του αμύλου Η διαδικασία κατά την οποία το άμυλο διαλυτοποιείται, δεσμεύει νερό και σχηματίζει πηκτή. Mοριακή εξήγηση: Θερμότης δόνηση των ατόμων σπάσιμο δεσμών Η σπάσιμο και ξεχώρισμα των κλώνων αμύλου. Το παγιδευμένο νερό αυξάνει το ιξώδες. Σχηματισμός νέων δεσμών Η ζελατινοποίηση. Παράγοντες που επηρρεάζουν τη ζελατινοποίηση του αμύλου Περιεχόμενο νερού. Συγκέντρωση αμύλου. Είδος αμύλου. Αποδομούντα ένζυμα Λιπίδια, περιεχόμενο πρωτεϊνών, θερμοκρασία. Άλλοι περιβαλλοντικοί παράγοντες.

15 Α. Άμυλο Β. Άμυλο μετά την θέρμανση C. Κρυστάλλωση του ζελατινοποιημένου αμύλου

16 Ο ρόλος της θερμότητας στην ζελατινοποίηση του αμύλου Η ζελατινοποίηση συμβαίνει μόνο παρουσία νερού και θερμότητος. Ξηρή θέρμανση δεξτρίνες. Αμυλόκοκκοι από καλαμπόκι

17 5 % καλαμποκάλευρο: στους 30 ºC το νερό προσροφάται στην επιφάνεια των αμυλοκόκκων οι οποίοι συσσωματώνονται.

18 Στους 40 ºC περισσότερο νερό απορροφάται και οι αμυλόκοκκοι ξεχωρίζουν.

19 Στους 65 ºC περισσότερο νερό απορροφάται και οι κόκκοι αρχίζουν να διαρρηγνύονται.

20 Στους 70 o C οι κόκκοι σπάνε και το νερό φεύγει.

21 Χρονοδιάγραμμα ζελατινοποίησης του αμύλου

22 Zελατινοποίηση αμύλου από διαφορετικές πηγές

23 Β. Εφαρμογές των ενζύμων στην τεχνολογία των τροφίμων (περιγράφονται 13 κατηγορίες εφαρμογών)

24 Στα κέικ, επιθυμητή η κολλώδης κρούστα χρήση θερμοάντοχης βακτηριακής αμυλάσης. 1. Δεξτρινοποίηση του αμύλου από τη α-αμυλάση: πρώτο στάδιο αρτοποιητικής επεξεργασίας, κατάλυση δεξτρινοποίησης των αμυλοκόκκων που έχουν καταστραφεί κατά τη μηχανική επεξεργασία (παράγονται κατά το άλεσμα). Το ποσοστό κατεστραμμένων αμυλοκόκκων προσδιορίζει και το βαθμό δεξτρινοποίησης. 2. Στάδιο ψησίματος: ζελατινοποίηση (διόγκωση και διάρρηξη) αμυλοκόκκων στους 50 ºC παρουσία νερού. Δραστική αμυλάση σε αυτό το στάδιο σημαίνει υπερευστοποίηση του αμύλου και παραγωγή άρτου με μαλακή υφή και κολλώδη ψίχα χρήση θερμοευαίσθητων αμυλασών από μύκητες.

25 Ελάττωση της ενεργότητος των αμυλασών με χρήση χαμηλού ph Βέλτιστο ph 5-6, σε ph 3,3-4 περιορισμός ενεργότητος. Παρασκευή ψωμιού από σίκαλη (πλούσια σε θερμοάντοχες α-αμυλάσες). Μείωση του ph του ζυμαριού με προσθήκη οργανικών οξέων (κιτρικό τρυγικό) περιορίζει τη δράση των αμυλασών.

26 3. Παραγωγή σιροπιών γλυκόζης (αμυλοσιρόπι) «χημικά»: υδρόλυση αμύλου παρουσία ανοργάνων οξέων. Προτιμάται (βιομηχανίες) η ενζυμική κατάλυση για λόγους οικονομίας και καλυτέρων τελικών προϊόντων. Κύρια ένζυμα: α και β αμυλάση. α-αμυλάση: διασπά τον α-1,4 γλυκοζιτικό δεσμό στο μέσον της αλυσίδας (ενδοαμυλάση). Προέλευση από Bacillus subtilis (θερμοάντοχη), τελευταία από B. licheniformis (καλύτερη ενεργότητα). β-αμυλάση: διασπά τον α-1,4 γλυκοζιτικό δεσμό στό μη ανάγον άκρο (γλυκοαμυλάση, εξωαμυλάση). a(1 6) a(1 6) a(1 4) a(1 4) a(1 4)

27 4. Υδρόλυση του α-1,6 γλυκοζιτικού δεσμού μέσω πουλουλανάσης και ισοαμυλάσης Από τη δράση α και β αμυλασών προκύπτουν δεξτρίνες με α-1,6 γλυκοζιτικούς δεσμούς που πρέπει να υδρολυθούν για να μεγιστοποιηθεί η δράση των αμυλασών. Χρήση δύο αποδιακλαδιζόντων ενζύμων της πουλουλανάσης και της ισοαμυλάσης. Η πουλουλανάση από είδη Bacillus είναι θερμοάντοχη και διατηρεί το 80% της ενεργότητάς της μετά από 3 μέρες στους 60 ºC και ph 4,25-5,2. Συνδυασμός πουλουλανάσης και β αμυλάσης από Αspergillus niger αυξάνει τα επίπεδα της παραγόμενης γλυκόζης. Ανάλογα με τη χρήση διαφορετικών μειγμάτων αμυλασών μπορεί να παραχθεί αμυλοσιρόπι με διαφορετική περιεκτικότητα σε δεξτρίνη, μαλτόζη και γλυκόζη.

28 Π.χ. Αποτυχημένοι άρτοι: Α) Αλεύρι σίτου με ανεπάρκεια ενζύμου: πολύ λίγο άμυλο αποδομείται κατά τη διάρκεια του ψησίματος, οπότε η ζύμη είναι πολύ σφιχτή και η ψίχα αφήνει μια εντύπωση όταν μασιέται ότι είναι πολύ σφιχτή και ξηρή. Επιπλέον, είναι άγευστο και δεν φαίνεται φρέσκο. Β) Αλεύρι σίτου πλούσιο σε ένζυμα: Πολύ μεγάλη αποδόμηση του αμύλου υπερβολικά μαλακή ζύμη, το ψωμί εμφανίζει πολύ μικρή συνοχή. Λόγω της ανεπαρκούς ικανότητας για συγκράτηση αερίων από τη μαλακή ζύμη, οι πόροι είναι πολύ ακανόνιστοι και είναι δύσκολο να εφαρμοστεί στρώση στις φέτες (το ψωμί διαλύεται). Γ) Αλεύρι σίκαλης με έλλειψη ενζύμου: αν υπάρχει έλλειψη ενζύμων ή η ζύμη είναι πολύ όξινη, αποδομείται πολύ λίγο άμυλο. Η ζύμη γίνεται πολύ σφιχτή και το ψωμί που προκύπτει μοιάζει υγρό, με λίγα στοιχεία φρεσκάδας. Δ) Αλεύρι σίκαλης πλούσιο σε ένζυμα: υπερβολική αποδόμηση αμύλου λόγω πολύ ενζύμου ή πολύ λίγης οξίνισης, απελευθερώνεται υπερβολικό διοξείδιο του άνθρακα σε μια πολύ μαλακή ζύμη. Σχηματίζονται κοιλότητες, το ψωμί στερείται ελαστικότητας και τείνει να σχηματίζει υγρές μάζες. Part_2.html

29 5. Yδρόλυση ζάχαρης σε γλυκόζη και φρουκτόζη από την ινβερτάση στην ζαχαροπλαστική: πιο γλυκά από την αρχική σακχαρόζη, μεγαλύτερη διαλυτότητα, μειωμένη κρυστάλλωση. Δύο ένζυμα για την υδρόλυση: Γλυκοϋδρολάση του D-γλυκοζίτη Φρουκτοϋδρολάση της β-d-φρουκτοφουρανόζης Ινβερτάση: από ζύμες αρτοποιίας, ζυθοποιίας και μύκητες. Χρήση: παρασκευή σιροπιών, τεχνητού μελιού, δημιουργία κρεμώδους μαλακού κέντρου στις καραμέλες, σε προϊόντα σοκολατοποιίας. Η ινβερτάση προστίθεται στο εσωτερικό τμήμα για να δώσει μαλακό και γλυκό κέντρο. Ρύθμιση των ολικών στερεών στο πάνω από 75 % για αποφυγή μολύνσεων Αδρανοποίηση του ενζύμου για συγκεντρώσεις σακχάρου πάνω από 82 % στους 80 ºC.

30 6. Χρήση λακτάσης στη γαλακτοκομία Λακτόζη: γενικά ανεπιθύμητη λόγω: Χαμηλής γλυκύτητας περιορισμένης διαλυτότητας Μειωμένης ανεκτικότητας Απομάκρυνση λακτόζης με φυσική υπερδιήθηση και χρησιμοποίηση λακτάσης. Λακτάση: υδρόλυση της λακτόζης σε γλυκόζη και γαλακτόζη. Μείωση της περιεκτικότητας λακτόζης στο γάλα και τα γαλακτοκομικά προϊόντα Αυξάνεται η γλυκύτητα του γάλακτος, μειώνεται η αμμώδης υφή στο παγωτό (κρυστάλλωση λακτόζης). Πηγές λακτάσης: Saccharomyces lactis (πλέον χρησιμοποιούμενη, βέλτιστο ph 6,6-6,7) Aspergillus niger (βέλτιστο ph 3,5-4,5). Η λακτάση προστίθεται στον περιέκτη (συσκευασία) του γάλακτος πριν προστεθεί το γάλα. Συνήθης αλληλεπίδραση 24 ώρες υπό ψύξη. Χρήση: παρασκευή ειδικών τυριών, ειδικής γιαούρτης, παραγωγή ορού χωρίς λακτόζη, που χρησιμοποιείται στη βιομηχανία τροφίμων για παρασκευή γλυκισμάτων, προϊόντων αρτοποιίας και σιροπιών.

31 Δυσανεξία λακτόζης τοις εκατό

32 7. Χρήση πηκτινασών στην οινοποιία και βιομηχανία χυμού φρούτων Η θολερότητα σε χυμούς φρούτων και κρασιά, οφείλεται στην παρουσία πηκτικών ουσιών και ιδιαίτερα της πηκτίνης. Διαύγαση μπορεί να επιτελεστεί με τη χρήση πηκτινασών: (1) πηκτινικές εστεράσες, (2) πολυγαλακτουρονάσες, (3) πηκτινικές λυάσες Πηγή: Aspegillus. (1) Πηκτινικές εστεράσες: προσβάλλουν εστέρες πηκτίνης και δίνουν ελεύθερες καρβοξυλικές ομάδες και μεθανόλη. Η πηκτίνη μετετρέπεται σε πολυγαλακτουρονικό ή πηκτινικό οξύ.

33 7. Χρήση πηκτινασών στην οινοποιία και βιομηχανία χυμού φρούτων (2) Πολυγαλακτουρονάσες: Υδρολύουν α 1,4 γλυκοζιδικούς δεσμούς μεταξύ των υπολειμμάτων των γαλακτουρονικών οξέων. Στο σχήμα έχουμε τη δράση ένδο και έξω πολυγαλακτουρονασών.

34 7. Χρήση πηκτινασών στην οινοποιία και βιομηχανία χυμού φρούτων (2) Πολυγαλακτουρονάσες: Υδρολύουν α 1,4 γλυκοζιδικούς δεσμούς μεταξύ των υπολειμμάτων των γαλακτουρονικών οξέων. Στο σχήμα έχουμε τη δράση ένδο και έξω πολυμεθύλγαλακτουρονασών.

35 7. Χρήση πηκτινασών στην οινοποιία και βιομηχανία χυμού φρούτων (3) Πηκτινικές λυάσες: Διασπούν τους 1,4 γλυκοζιδικούς δεσμούςσχηματίζοντας ένα μεθυλικό γαλακτουρονίδιο με ένα διπλό δεσμό μεταξύ του 4 ου και 5 ου ατόμου άνθρακα. Προκαλούν σημαντική μείωση του ιξώδους.

36 8. Κυτταρινάσες Μείγμα ενζύμων που προσβάλλει τους β-1,4 γλυκοζιδικούς δεσμούς της κυτταρίνης. Πηγή: βακτήρια και μύκητες. Η υδρόλυση είναι περιορισμένη. Χρήσεις: στη διαύγαση του χυμού των κίτρων και άλλων φρούτων στους οποίους ο σχηματισμός νεφελώματος-θολούρας οφείλεται στην κυτταρίνη. Στην κατεργασία λαχανικών πριν υποστούν αφυδάτωση-κατά την ενυδάτωση τα λαχανικά ανακτούν το αρχικό τους μέγεθος.

37 9. Ημικυτταρινάσες Χρησιμοποιούνται για την καταστροφή των κόμμεων στη βιομηχανία του καφέ. Τα κόμμεα προκαλούν ζελατινοποίηση στα υγρά συμπυκνώματα του καφέ κατά την παρασκευή στιγμιαίου καφέ.

38 Πρωτεάσες Λιπάσες Οξειδοαναγωγάσες

39 10. Πρωτεολυτικά ένζυμα (πρωτεάσες=πρωτεϊνάσες=πεπτιδάσες) Υδρόλυση πεπτιδικών δεσμών, ενδοπεπτιδάσες, εξωπεπτιδάσες, αμινοπεπτιδάσες και καρβοξυπεπτιδάσες Πρωτεϊνάσες και παρασκευή άρτου Η έμμεση δράση των α-αμυλασών παράγει CO 2 το οποίο εγκλωβίζεται στο πλέγμα γλουτένης διόγκωση του ψωμιού. Γλουτένη: ενυδάτωση γλιαδίνης και γλουτενίνης. Υπεύθυνη για της ρεολογικές (ιξωδοελαστικές) ιδιότητες των αλεύρων («δύναμη»). Τα πρωτεολυτικά ένζυμα καθορίζουν τις ιδιότητες της γλουτένης και κατ επέκτασιν, τις ιδιότητες του παραγόμενου ψωμιού. Οι πρωτεάσες μειώνουν το ιξώδες του ζυμαριού οπότε και το χρόνο ζυμώματος Η κυστεΐνη και γλουταθειόνη αλεύρων (αναγωγή δισουλφιδίων) μειώνουν τη «δύναμη» (μειώνουν το ιξώδες του ζυμαριού ) των αλεύρων. Στα ισχυρά άλευρα (Αμερική, Καναδάς) είναι απαραίτητη η προσθήκη εξωγενών πρωτεασών. Το ελληνικό αλεύρι αφενός έχει χαμήλή δύναμη, αφετέρου είναι πλούσιο σε πρωτεάσες μερική ή ολική καταστροφή της γλουτένης, ρωγμές στην επιφάνεια κολλώδης ψίχα, διόγκωση. Η θερμική κατεργασία βελτιώνει την ποιότητα γλουτένης, αλλά αδρανοποιεί τις αμυλάσες προσθήκη εξωγενών παρασκευασμάτων. Ισορροπία αμυλασών-πρωτεασών ανά τύπο αλεύρου.

40 γλουτένη

41 Σχηματισμός δισουλφιδίων σε κυστεΐνες διαφορετικών πρωτεϊνών Part_2.html

42 10.2 Πρωτεϊνάσες και τρυφεροποίηση του κρέατος Xρήση παπαΐνης από τους Ινδιάνους του Μεξικού εδώ και 400 χρόνια! 1949, εμπορική χρήση στις ΗΠΑ. Ωρίμανση: 4 εβδομάδες στους 0-4 ºC, δράση ενδογενών καθεψινών, περιορισμένη υδρόλυση των σαρκοπλασματικών πρωτεϊνών πρόδρομες ενώσεις γεύσης και αρώματος. Γρήγορη τρυφεροποίηση: χρήση διαφορετικών πρωτεασών φυτικής, ζωικής και μικροβιακής προέλευσης. Επιτάχυνση και έλεγχος του φαινομένου. Eξωγενείς πρωτεάσες: Θρυψίνη, βρωμελαΐνη, φυκίνη, ροζύμη Ρ-11 (από Aspergillus flavus, A. oryzae). Γνωστή δράση. Πορεία πρωτεόλυσης: Διάλυση του σαρκοπλάσματος, διάσπαση των νουκλεοτιδίων και μετατροπή τους σε αμμωνία, ανόργανο Ρ, ριβόζη, ξανθίνη και υποξανθίνη. Τα φυτικά ένζυμα υδρολύουν έντονα το κολλαγόνο, το φαινόμενο γίνεται εντονότερο με θέρμανση κατά το μαγείρεμα.

43 10.2 Πρωτεϊνάσες και τρυφεροποίηση του κρέατος Παπαΐνη: Σουλφυδριλική πρωτεϊνάση, άριστο ph 7, απώλεια ενεργότητας 20 % μετά από θέρμανση στους 70 ºC για 30. Υδρολύει ελαστίνες, κολλαγόνο και πρωτεΐνες του μυικού ιστού. Η ακτινομυοσίνη και μυοσίνη υδρολύονται αργά, η ακτίνη γρήγορα. Συνδυασμός παπαΐνης-ακτινίνης (από τα ακτινίδια) προκαλεί εντονότερη τρυφεροποίηση. Τρόποι διοχέτευσης πρωτεασών Ανάγκη για ομοιόμορφη κατανομή: ψεκασμός με σκόνη, εμβάπτιση, έγχυση στο αγγειακό σύστημα πριν τη σφαγή-πιθανή υπερτρυφεροποίηση τοπικά, ανεπιθύμητες γεύση και οσμή-ανάγκη για εξειδικευμένες και καθαρές πρωτεάσες σε κατάλληλες ποσότητες. Έγχυση πρωτεασών στο φρέσκο, κατεψυγμένο ή αφυδατωμένο κρέας από πολλές βελόνες-περιορίζει υπερτρυφεροποίηση.

44 10.3 Πρωτεϊνάσες και τυροκομία Yδρολυτική δραστηριότητα που εξαρτάται από την μικροχλωρίδα των τυριών. Παραγωγή τυρών, ο ρόλος της χυμοσίνης Χυμοσίνη: από τα στομάχια νεαρών μοσχαριών (πυτιά), τρεις φάσεις: Α. Υδρόλυση κ-καζεΐνης από χυμοσίνη (ένζυμο 4 ου στομάχου βοοειδών) στο Phe 105 -Met 106 Δίνει την αδιάλυτη και υδρόφοβη παρα-κ-καζεΐνη και ένα διαλυτό γλυκομακροπροπεπτίδιο Β. Η αδιάλυτη παρα-κ-καζεΐνη σχηματίζει τηρόπηγμα (πρόδρομο τυριού) από τη συνένωση των καζεϊνικών μικκυλίων με ιόντα ασβεστίου, βασική πρώτη ύλη για την κατασκευή τυριών. Γ. Γενική υδρόλυση των πρωτεϊνών του γάλατος (α s και β καζεΐνες) από την χυμοσίνη.

45 10.3 Πρωτεϊνάσες και τυροκομία Πρωτεϊνάσες φυτικής προέλευσης από τους καρπούς της Withania coagulans, Βακτήρια (Bacillus subtilis), Μύκητες (Rhizomucor miehei, Rhizomucor pucillus, Endothia parasitica). Προσπάθεια επιτάχυνσης της ωρίμανσης Πλέον μακροχρόνιο στάδιο, δίνει γεύση, άρωμα, υφή. Ύπαρξη πολλών εμπορικών ενζυμικών παρασκευασμάτων.

46 10.4 Πρωτεϊνάσες και ζυθοποιεία Καταπολέμιση μη βιολογικής θολερότητος. Θολερότητα, 2 στάδια: 1. Πολυμερισμός μορίων ταννίνης μαζί με ανθοκυανίνες, καφεϊκό και γαλλικό οξύ σε δραστικά πολυμερή. 2. Αντίδραση δραστικών πολυμερών και πεπτιδίων. Αρχικά χαλαρή συνένωση με δεσμούς υδρογόνου (υδροξύλια ταννίνης με καρβοξύλια των πρωτεϊνών). Ακολουθεί σχηματισμός ομοιοπολικού δεσμού. Καθοριστικός παράγοντας για το μέγεθος του συσσωματώματος είναι το μέγεθος του πολυπεπτιδίου. Ελάττωση του μεγέθους του αυξάνει το χρόνο που τα συσσωματώματα εμφανίζουν σαν θολερότητα. Χρήση παπαΐνης, πεψίνης, φυκίνης, βρωμελαΐνης και βακτηριακών πρωτεασών. Συνδυασμός παπαΐνης (θερμοάντοχη στο στάδιο παστεριοποίησης) με άλλες πρωτεϊνάσες. Ανάγκη για ελεγχόμενη και περιορισμένη δράση-τα πολυπεπτίδια συγκρατούν CO 2, δίνουν χαρακτηριστικό αφρό.

47 11. Λιπολυτικά ένζυμα (λιπάσες) Απαντούν σε ζώα, φυτά και μικροοργανισμούς. Υδρόλυση λιπών και ελαίων (μόνο, δι και τριγλυκεριδίων). Πολύπλοκη αντίδραση, συμβαίνει στην διεπιφάνεια λίπους-νερού. 1, 3 και 2-λιπάσες H 2 C O HC O H 2 C O O O O R R R lipase H 2 O H 2 C OH HC OH H 2 C OH + 3 HO O R Λιπάσες στην τυροκομία και επεξεργασία λιπών.

48 Σημείο τήξεως και διαλυτότητα στο νερό Διαλυτότης Λιπαρό οξύ Σ.Τ.(C) mg/100 ml στο H 2 O C4-8 - C C C C C C C

49 Σημείο τήξεως και διαλυτότητα στο νερό x Σημείο τήξεως x x x x Διαλυτότητα Μήκος ανθρακικής αλυσίδας

50 11.1 Λιπάσες και τυροκομία Παραγωγή ελευθέρων λιπαρών οξέων που συμβάλλουν στο άρωμα και γεύση του τελικού προϊόντος. Χρήση διαφορετικών παρασκευασμάτων λιπασών ζωικής προέλευσης (από αδένες προβάτων, αγελάδων, αιγών) τα οποία προσθέτονται στο γάλα και δίνουν γεύση στα τυριά. Οι λιπάσες από ζώα έχουν ειδικότητα σε μικρά λιπαρά οξέα (λιγότερο από 10 άνθρακες) Η υδρόλυση των μικρών λιπαρών οξέων είναι επιθυμητή και δίνει ωραίο άρωμα και γεύση. Οι μικροβιακές λιπάσες έχουν μικρότερη ειδικότητα και αν υδρολύσουν μεγαλύτερα λιπαρά οξέα η παραγόμενη γεύση μπορεί να είναι σαπωνώδης, ταγγή. Ο μύκητας Penicillium roqueforti παράγει λιπάση που υδρολύει το λίπος παράγοντας λιπαρά οξέα μικρής αλυσίδας, κυρίως το καπρυλικό οξύ που προσδίδει πιπεράτη γεύση στα τυριά αυτά. Τα παραγόμενα λιπαρά οξέα μεταβολίζονται από λιπολυτικούς οργανισμούς σε μεθυλοκετόνες, ενώσεις που επίσης προσδίδουν άρωμα και γεύση στα τυριά που ωριμάζουν με μύκητες. Καπροϊκό (C6), καπρικό (C10) και καπρυλικό οξύ (C8): 15 % συνολικού λίπους γάλακτος αιγός.

51 11.2 Λιπάσες και επεξεργασία λιπών 1. Παραγωγή λιπαρών οξέων μετά από ενζυμική υδρόλυση των λιπών Λιπάση μύκητος Candida cylindracea: υδρολύει το ελαιόλαδο απελευθερώνονατς λιπαρά οξέα με καλλίτερο χρώμα και οσμή από τα συνθετικώς παραγόμενα. 2. Σύνθεση λιπιδίων με αναστροφή της υδρόλυσης. Χρήση της λιπάσης από το μύκητα Rhizopus arrhizus με εξειδίκευση στη σύνθεση εστέρων με λιπαρά οξέα μακράς αλυσίδος. Παραγωγή εξειδικευμένων προϊόντων. 3. Ενζυμική τροποποίηση λιπιδίων με διεστεροποίηση. Τροποποίηση της σύστασης και φυσικών ιδιοτήτων μείγματος τριγλυκεριδίων. Αντικατάσταση των λιπαρών οξέων ενός τριγλυκεριδίου με άλλα που είναι παρόντα στο μέσο αντίδρασης. Προκύπτει νέο τριγλυκερίδιο με διαφορετική σύνθεση λιπαρών οξέων, πχ παραγωγή συνθετικού βουτύρου κακάο. Like+Fat+from+Interesterification+of+Vegetable+Oils&rls=com.microsoft:sv:IE- SearchBox&ie=UTF-8&oe=UTF-8&sourceid=ie7&rlz=1I7GGIE_en

52

53 12. Οξειδοαναγωγάσες 12.1 Λιποξυγονάσες και παρασκευή άρτου. Υπάρχουν στο σπέρμα του σιταριού και το αλεύρι της σόγιας. Υπεύθυνες για την καταστροφή των φυτικών χρωστικών (οξείδωση καροτενίων και ακορέστων λιπαρών οξέων). Επιθυμητές για τη λεύκανση αλεύρων για παρασκευή άρτου με άσπρη ψίχα. Επιθυμητό κίτρινο χρώμα στα ζυμαρικά. Προσθήκη τους στο αλεύρι βελτιώνει ρεολογικές ιδιότητες γλουτένης (οξείδωση ελευθέρων SH σε δισουλφιδικούς δεσμούς με βελτιωμένη ποιότητα) Οξειδάση της γλυκόζης Απομάκρυνση υπολειμμάτων γλυκόζης και οξυγόνου από πχ αλβουμίνη αυγού και σκόνη αυγού (αποφυγή αντιδράσεων Μεγιάρ). Απομάκρυνση οξυγόνου από μπύρα, κρασιά φρουτοχυμούς, μαγιονέζα (αποφυγή ενζυμικού μαυρίσματος, οξειδωτικής τάγγισης). Το εμπορικό παρασκεύασμα του ενζύμου περιέχει επιπλέον καταλάση και λακτονάση.

54

55

56 12.3 Καταλάση Καταλάση Συμμετέχει στην οξειδωτική φθορά των λαχανικών κατά την αποθήκευσή τους. Χρησιμοποιείται για την διάσπαση του υπεροξειδίου όταν αυτό υπάρχει ως συντηρητικό (πχ κατεργασία γάλακτος προς τυροκόμηση).

57 13. Ακινητοποιημένα ένζυμα Καθήλωση σε στερεό μέσο όπως: Ιοντοανταλλακτικές ρητίνες. Προσρόφηση (πχ ενεργοποιημένη επιφάνεια κεραμικού). Εγκλωβισμός σε πολυμερές (πχ πολυακρυλαμίδιο). Περιτύλιξη σε μεμβράνες που κατακρατούν το ένζυμο, επιτρέπουν τη δίοδο υποστρωμάτων-προϊόντων. Πλεονεκτήματα Επαναχρησιμοποίηση του ενζύμου (κόστος). Σταθερότητα σε μεταβολές ph, θερμοκρασίας. Συνεχής παραγωγή των προϊόντων της ενζυμικής δράσης. Ακριβής έλεγχος του τέλους της αντίδρασης. Αποφυγή μόλυνσης του προϊόντος. Μειονεκτήματα Μικρότερη και ελλατούμενη ενεργότητα (ή δραστικότητα) του ενζύμου Κόστος φορέα και αντιδραστηρίων ακινητοποίησης.

58 13. Ακινητοποιημένα ένζυμα Εφαρμογές Διαύγαση της μπύρας με χρήση καθηλωμένων πρωτεασών (παπαΐνη, φυκίνη). Παραγωγή σιροπιού φρουκτόζης από ισομεράση της γλυκόζης Μεγάλη εμπορική επιτυχία. Το προϊόν προστίθεται στην Κόκα-Κόλα. Παραγωγή μείγματος γλυκόζης-γαλακτόζης από υδρόλυση της λακτόζης τυρογάλακτος από ακινητοποιημένη λακτάση. Το προϊόν χρησιμοποιείται σαν γλυκαντική ουσία στην αρτοποιία, ζαχαροπλαστική κλπ Αξιοποίηση τυρογάλακτος χωρίς η λακτόζη να δημιουργεί προβλήματα πέψης. Χρήση ακινητοποιημένης πυτιάς για παρασκευή τυριών, υδρόλυση του αμύλου σε γλυκόζη από ακινητοποιημένη αμυλάση. Παραγωγή τροφίμων υψηλής ποιότητος με χαμηλό κόστος.

59 Παρασκευή γάλακτος χωρίς λακτόζη χρησιμοποιώντας ελεύθερη λακτάση. Ι. Κλώνης, Ενζυμική Βιοτεχνολογία, Ηράκλειο 2010

60 Παρασκευή συμπυκνωμένου τυρογάλακτος χωρίς λακτόζη χρησιμοποιώντας ακινητοποιημένη λακτάση. Ι. Κλώνης, Ενζυμική Βιοτεχνολογία, Ηράκλειο 2010

61 Παρασκευή πρωτεϊνικού διαλύματος σόγιας χρησιμοποιώντας διαλυτή πρωτεάση. Ι. Κλώνης, Ενζυμική Βιοτεχνολογία, Ηράκλειο 2010

62

63 ΤΕΛΟΣ