enzimas endógenas agregadas Producidas por mo

(1)

Enzimas en alimentos

Enzimas: clasificación, nomenclatura

Factores que afectan actividad: pH, temp, aw, inhibidores Factores que afectan actividad: pH, temp, aw, inhibidores Uso de enzimas como índices de calidad, reactivación enzimática Uso de enzimas como índices de calidad, reactivación enzimática Hidrolasas: carbohidrasas, proteasas, lipasas

Hidrolasas: carbohidrasas, proteasas, lipasas

Oxidoreductasas: PPO, reacciones, sustratos y fuentes, prevención del Oxidoreductasas: PPO, reacciones, sustratos y fuentes, prevención del p d mi nt n imáti

p d mi nt n imáti

Bibliografía

T Richardson y D Hyslop. Capitulo 6. (O Fennema. Química de Alimentos. Edición en español. Ed Acribia. 2001.

pardeamiento enzimático pardeamiento enzimático Enzimas inmovilizadas Enzimas inmovilizadas

Efecto de las enzimas sobre la calidad de los alimentos Efecto 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 de Alimentos. S Badui Dergal. Pearson Education. 2006. 4º Edición.

Dra. Carmen A Campos

Enzimas en alimentos

enzimas

endógenas

agregadas

Producidas por mo

enzimas

benéficos perjudiciales procesado preservación

benéficos _{perjudiciales} benéficos perjudiciales

(2)

Enzimas agregadas

animal

vegetal

Fuentes de obtención

microbiana

bacterias _hongos

levaduras

CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS

En función de su acción catalítica específica, se

clasifican en 6 grandes grupos o clases:

Clase 1:

Clase 1: OXIDORREDUCTASAS

OXIDORREDUCTASAS

Clase 2:

Clase 2: TRANSFERASAS

TRANSFERASAS

Clase 3:

Clase 3: HIDROLASAS

HIDROLASAS

Cl

4 Cl

4 LIASAS

LIASAS

Clase 4:

Clase 4: LIASAS

LIASAS

Clase 5:

(3)

Clase 1: OXIDORREDUCTASAS

Catalizan reacciones de oxido reducción, según la

reacción general:

H

H B

B

BH2

AH

₂₂

+ B

A + BH2

Ej deshidrogenasas, oxidasas, peroxidasas

Clase 3: HIDROLASAS

Catalizan las reacciones de hidrólisis:

A

A –– B + H

B + H

₂₂

O

AH + B

AH + B--OH

OH

Ej proteasas, estearasas, lipasas

NOMENCLATURA DE LA COMISIÓN ENZIMÁTICA

Nombre de cada enzima:

código numérico,

EC (enzyme commission) y 4 números

1º clase

1 clase

2º subclase

3 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,

(4)

Factores que afectan las reacciones enzimáticas

ionización de aa estructura 3º alimentos 3 - 7

pH

a) pepsina, b)peroxidasa, c)tripsina d) fosfatasa alcalina

(5)

desnaturalización

Act enzimática

Efecto de bajas temperaturas

Actividad de fosfolipasa en músculo de bacalao

(6)

Presencia de

otros

agentes

aw

agentes

inhibidores

Uso de enzimas como índices de calidad

Fosfatasa alcalina

peroxidasa Correcto escaldado Correcta pasteurización

(7)

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

CARBOHIDRASAS

PROTEASAS

LIPASAS

CARBOHIDRASAS

AMILASAS

β

-D-GALACTOSIDASA (LACTASA)

ENZIMAS PECTICAS

CELULASAS

(8)

AMILASAS

α-AMILASA (α 1 4) al azar (endo)

β-AMILASA (α 1 4) exo desde extremo no reductor

GLUCOAMILASA (α 1 4 y α 1 6) desde extremo no reductor

Almidón m α- AMILASAS dextrinas + maltosa + glucosadextrinas + maltosa + glucosamm gg

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

(9)

β

-D-GALACTOSIDASA (LACTASA)

Lactosa

glucosa + galactosa

Aumenta dulzor solubilidad y a

Aumenta dulzor, solubilidad y a

_w

Usos:

producción de suero para alimentación animal Intolerancia a lactosa

previene cristalización de lactosa en helados y D de leche

p y

(10)

CELULASAS

Hidrolizan enlaces β 1,4, presentes en mo

Celulosa y hemicelulosa

celobiosa

Usos:

glucosa

β-glucosidasa

Usos:

Ablandar tejidos de frutas y verduras

Facilitar descascarillado de granos de café

Facilitar filtración y clarificación de mostos

ENZIMAS PECTICAS

1 )Pectinometilesterasas (ESTEARASA) Fuente: frutas Forman p BM 3) Pectinoliasas (LIASAS) No se encuentran en frutas Origen por mo: ocasionan deterioro

p

2) Polimetilgalacturonasas (HIDROLASA)

(11)

Frutas:

maduración Pectinmetilestearasa Pectinmetilestearasa polimetilgalacturonasa polimetilgalacturonasa

pectinas Textura adecuada

p g

Jugos viscosidad y turbiedad pectinas en suspensión

pectinas Pectinmetilestearasa Pectinmetilestearasa Carboxilos libres Interacción 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 alimentos

Modificación de las características de las pectinas

(grado de metilación)

Clarificación de jugos de fruta y vinos

Liberación de color y jugo

Disminución de la viscosidad en purés y concentrados

de frutas

(12)

PROTEASAS

- PROTEASAS ANIMALES: PEPSINA QUIMOSINA COLAGENASA - PROTEASAS VEGETALES: PAPAINA

BROMELINA FICINA

-PROTEASAS MICROBIANAS BACTERIAS HONGOS Usos: elaboración de quesosq

panadería (acción sobre el gluten) cerveza (eliminación de chill haze) tiernización de carne

producción de hidrolizados de proteínas

LIPASAS

Enz actúa en interfase aceite-agua

los lípidos deben Estar emulsionados

Origen:

Animal (pancreática leche) Vegetal (semillas oleaginosas) Microorganismos ( H y L)

(13)

Lipasas vegetales

granos de soja molienda favorece acción de la enzima

Aumento de

Aumento de ac

ac grasos libres

grasos libres

enranciamiento

Lipasas animales

Leche

ac

ac grasos de cadena corta

grasos de cadena corta

rancidez

Lipasas microbianas

Maduración de queso

Manteca y bebidas lácteas

β

-D-FRUCTOFURANOSIDASA (INVERTASA)

SacarosaSacarosa glucosa + fructosaglucosa + fructosa

Esta en frutos y vegetalesEsta en frutos y vegetales

Usos:Usos:

Producción de AI para productos de panaderíaProducción de AI para productos de panadería

(14)

OXIDORREDUCTASAS

GLUCOSAOXIDASA

CATALASA

LIPOOXIGENASA

POLIFENOLOXIDASAS

GLUCOSAOXIDASA (EC 1.1.3.4)

C6H12O6 + O2 C6H12O7 + H2O2

Usos: eliminación de glu en huevo a deshidratar

eliminación 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: conservante

indicador de contaminación

(15)

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 enz Blanqueo 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

(16)

POLIFENOLOXIDASAS

Acción de PPO: deseable en procesamiento de te, café, algunas uvas indeseable en vegetales y crustáceos

PPO catalizan 2 reacciones

PPO 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

(17)

b) Difenoloxidasa cataliza la oxidación de difenoles a o-benzoquinonas

Formación de melanina a partir de tirosina

Vía no enzimática enzimática

(18)

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 langostino

Descripción 0 ausente

2 ligero, sólo en algunos 4 ligero, en la mayoría 6 moderado, notorio en la mayoría

8 intenso, notorio en la mayoría 10 intenso, totalmente

(19)

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

♦USO DE QUELANTES PARA ELIMINAR EL Cu

♦ ADICION DE COMPUESTOS REDUCTORES

Acción de compuestos reductores

(20)

Mecanismo de prevención de la formación de

color del ácido ascórbico

ENZIMAS INMOVILIZADAS

enzimas: solubles en medio acuoso no pueden reutilizarse Estabilidad limitada.

ili

ió d

i

Inmovilización 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 enzima

(21)

Retención física Inmovilización química

Métodos de Inmovilización

Adsorción Atrapamiento o Unión covalente Entrecruzamiento inclusión

Métodos de Inmovilización

Inmovilización por Adsorción

Interacción física no específica entre enzima y soporte.

9 El método más sencillo 9 De aplicación general 9No se modifica la actividad 9 Costo moderado

9 Estabilidad limitada, se requiere un control riguroso de las condiciones de trabajo para

Uniones Reversibles

Alumina, carbón activado, vidrio

riguroso de las condiciones de trabajo para evitar pérdidas de enzima por desorción.

(22)

Atrapamiento o inclusión en un gel, polímero o matriz porosa

Formación de un polímero altamente entrecruzado

en presencia de la enzima. Esta queda atrapada en los poros de la matriz polimérica formada.

9Se requiere controlar las condiciones deq polimerización para que no se produzcan alteraciones en la molécula enzimática

9Se 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 laterales de los aminoácidos de la secuencia polipeptidica de la proteína -NH2 Lisina -OH-Ph Tirosina -SH Cisteina -OH Serina -OH -Si(OH)3

Celulosa, agarosa, sephadex Vidrio poroso O Tirosina -COOH Aspartato Glutamato O Serina -NimidazolHistidina

(23)

Entrecruzamiento

Enlaces covalentes intermoleculares

(entre moléculas de enzima) y entre estas y el soporte

9 Cantidades altas de proteína inmovilizada resistentes a condiciones extremas de pH y temperatura

9Las redes de moléculas entrecruzadas que se forman dificultan el acceso del sustrato al centro activo Æ Pérdidas de actividad

Reactivos bifuncionales más utilizados

N2 N2 ICH2 C H N O CH2I C H N O (CH2)6 Diazobenzidina Hexametileno-bis(iodoacetamida)) (CH2)3 CHO CHO Glutaraldehido

Propiedades de las Enzimas Inmovilizadas

Inmovilización Aumento de estabilidad

Disminución de la actividad enzimática

9Estabilización conformacional de la enzima por uniones multipuntuales enzima-soporte

Mayor resistenciaa desactivación térmica o química

(24)

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