Enzimas en alimentos

Enzimas en alimentos
Enzimas: clasificación, nomenclatura
Factores que afectan actividad: pH, temp, aw, inhibidores
Uso de enzimas como índices de calidad, reactivación enzimática
Hidrolasas: carbohidrasas, proteasas, lipasas
Oxidoreductasas: PPO, reacciones, sustratos y fuentes, prevención del
p d mi nt enzimático
pardeamiento
n imáti
Enzimas inmovilizadas
Efecto de las enzimas sobre la calidad de los alimentos
Bibliografía
T Richardson y D Hyslop. Capitulo 6. (O Fennema. Química de
Alimentos. Edición en español. Ed Acribia. 2001.
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
benéficos
benéficos
perjudiciales
procesado
perjudiciales
preservación
Indicadores de adecuado procesamiento,
pasteurización, escaldado
1
Enzimas agregadas
animal
Fuentes de
obtención
vegetal
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: OXIDORREDUCTASAS
Clase 2: TRANSFERASAS
Clase 3: HIDROLASAS
Cl
Clase
4:
4 LIASAS
Clase 5: ISOMERASAS
Clase 6: LIGASAS
2
Clase 1: OXIDORREDUCTASAS
„
„
Catalizan reacciones de oxido reducción, según la
reacción general:
AH
H2 + B
A + BH2
Ej deshidrogenasas, oxidasas, peroxidasas
Clase 3: HIDROLASAS
„
Catalizan las reacciones de hidrólisis:
A – B + H2O
AH + B
B--OH
Ej proteasas, estearasas, lipasas
NOMENCLATURA DE LA COMISIÓN ENZIMÁTICA
„
„
„
„
„
„
Nombre de cada enzima:
código numérico,
EC (enzyme commission) y 4 números
1º
1 clase
2º subclase
3 y 4º grupos químicos específicos participantes
ATP:glucosa fosfotransferasa (glucoquinasa) EC 2.7.1.2.
„ 2 transferasa,
„ 7 fosfotransferasa,
f f
f
„ 1 aceptor es OH,
„ 2 es OH de la D
D--glucosa
3
Factores que afectan las reacciones enzimáticas
ionización de aa
estructura 3º
alimentos 3 - 7
pH
a) pepsina, b)peroxidasa, c)tripsina d) fosfatasa alcalina
Temperatura
4
desnaturalización
Act
enzimática
Efecto de bajas temperaturas
Actividad de fosfolipasa en
músculo de bacalao
5
aw
Presencia de
otros
agentes
inhibidores
Uso de enzimas como índices de calidad
Fosfatasa alcalina
peroxidasa
catalasa
Correcta pasteurización
Correcto escaldado
Medida de contaminación bacteriana
6
Reactivación enzimática
Fosfatasa alcalina
Lipasas
Enzimas pecticos
peroxidasas
+ en leches
pasteurizadas HTST
Fosfatasa
alcalina
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
7
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
α
Almidón
β- AMILASAS
Almidón
amiloglucosidasa
dextrinas + m
maltosa + glucosa
g
maltosa + dextrinas
glucosa
amilasas
enzima endógena: digestión y maduración de frutas, en
cebada y trigo en producción de cerveza y pan
enzima agregada:
malteo (cebada
malta)
panificación para mejorar harinas pobres en amilosa
modificación de almidones
producción de jarabes de maíz
8
β-D-GALACTOSIDASA (LACTASA)
„
Lactosa
glucosa + galactosa
„
Aumenta dulzor,
dulzor solubilidad y aw
Usos:
producción de suero para alimentación animal
Intolerancia a lactosa
p
previene
cristalización de lactosa en helados y D de leche
Elaboración de pan se favorece PNE
9
CELULASAS
Hidrolizan enlaces β 1,4, presentes en mo
Celulosa y hemicelulosa
celobiosa
β-glucosidasa
glucosa
Usos:
Ablandar tejidos de frutas y verduras
Facilitar descascarillado de granos de café
Facilitar filtración y clarificación de mostos
„
ENZIMAS PECTICAS
3) Pectinoliasas (LIASAS)
1 )Pectinometilesterasas
(ESTEARASA)
Fuente: frutas
Forman p BM
No se encuentran en frutas
Origen por mo: ocasionan deterioro
2) Polimetilgalacturonasas
(HIDROLASA)
Endo y exo enzimas
10
Frutas:
pectinas
maduración
Textura adecuada
Pectinmetilestearasa
polimetilgalacturonasa
p
g
pectinas
Pectinmetilestearasa
Carboxilos libres
Interacción con Ca2+
Mantenimiento de firmeza,
Adición de Ca
Jugos
viscosidad y turbiedad
jugos de fruta con turbiedad
pectinas en suspensión
inactivar pectinasas
endógenas
Para clarificación de jugos de fruta y vinos
enzimas activas
Para disminuir la viscosidad de pures y conc. de frutas
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
11
PROTEASAS
- PROTEASAS ANIMALES:
PEPSINA
QUIMOSINA
COLAGENASA
- PROTEASAS VEGETALES:
PAPAINA
BROMELINA
FICINA
-PROTEASAS MICROBIANAS
BACTERIAS
HONGOS
Usos:
elaboración de quesos
q
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)
12
Lipasas vegetales
„ granos de soja molienda favorece acción de la enzima
„ Aumento de ac grasos libres
enranciamiento
Lipasas animales
Leche
ac grasos de cadena corta
rancidez
Lipasas microbianas
Maduración de queso
Manteca y bebidas lácteas
„
β-D-FRUCTOFURANOSIDASA (INVERTASA)
„
Sacarosa
„
„
„
„
glucosa + fructosa
Esta en frutos y vegetales
Usos:
Producción de AI para productos de panadería
Remoción de sacarosa de algunos alimentos
13
OXIDORREDUCTASAS
„
„
„
„
„
GLUCOSAOXIDASA
CATALASA
LIPOOXIGENASA
POLIFENOLOXIDASAS
GLUCOSAOXIDASA (EC 1.1.3.4)
C6H12O6 + O2
GO
C6H12O7 + H2O2
Usos: eliminación de glu en huevo a deshidratar
eliminación de O2 de bebidas y aderezos
determinación cuantitativa de glu
Origen: hongos
CATALASA (EC 1.11.1.6)
2 H2O2
2 H2O
+
O2
Usos: conservante
indicador de contaminación
en combinación con GO para remover H2O2
Origen: animal, vegetal y fúngico
14
„
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
mp aroma
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
Sustratos de la enzima: ac grasos con insat no conjugadas, ácidos linoleico, linolénico,
araquidónico
H H
H
H H
CH3—(CH2)4—C= C—C—C= C—(CH2)7—COOH
cis H
cis
ác. linoleico
H H
H H H
—C= C— C—C= C —
radical en C-11
hidroperóxidos
degradación
Acción de la lipoxigenasa sobre el ácido linoleico.
15
„
POLIFENOLOXIDASAS
Acción de PPO: deseable en procesamiento de te, café, algunas uvas
indeseable en vegetales y crustáceos
PPO catalizan 2 reacciones:
reacciones:
a) monofenoloxidasa cataliza la hidroxilación de monofenoles a difenoles
a) monofenoloxidasa cataliza la hidroxilación de aminas aromáticas y
o-aminofenolesmonofenoles a difenoles
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b) Difenoloxidasa cataliza la oxidación de difenoles a o-benzoquinonas
Formación de melanina a partir de tirosina
Vía no
enzimática
17
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
dopamina,
i
pyrogallol,flavonoles,
ll l fl
l
banana: dopamine, leucocianidina
granos de cafe: ac.clorogenico, ac.cafeico
te :flavanoles,catequinas,taninos,ac.cinamico y derivados
lechuga: tirosina,
tirosina ac.cafeico,
ac cafeico ac.clorogenico
ac clorogenico y derivados
camarones, langosta :tirosina
hongos:tirosina,catecol,dopa,dopamina, adrenalina, noradrenalina
Pera, papa :ac.clorogenico,catecol,catequina, ac.cafeico, dopa, ac. 3,4dihidroxibenzoico, 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
inaceptable
18
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
SO2, HSO-3 SO32-
19
Mecanismo de prevención de la formación de
color del ácido ascórbico
ENZIMAS INMOVILIZADAS
enzimas:
solubles en medio acuoso
no pueden reutilizarse
Estabilidad limitada.
Inmovilización
ili
ió d
de enzimas
i
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:
„Posibilidad
de reutilizar la enzima
de la estabilidad de la enzima
„Obtención de un producto final libre de enzimas
„Fabricación continua
„Menor costo de producción
„Aumento
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Métodos de Inmovilización
Retención física
Adsorción
Atrapamiento o
inclusión
Inmovilización química
Unión covalente
Entrecruzamiento
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
Uniones
Reversibles
9 Estabilidad limitada, se requiere un control
riguroso de las condiciones de trabajo para
evitar pérdidas de enzima por desorción.
Alumina, carbón activado, vidrio
Resinas cambiadoras
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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.
9 Se requiere
q
controlar las condiciones de
polimerización para que no se produzcan
alteraciones en la molécula enzimática
Gel de poliacrilamida
9 Se puede perder la enzima lentamente
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
Activación para obtener grupos funcionales reactivos
Grupo funcional
Soporte
-CONH2
Poliacrilamida
-COOH
Carboxymetilcelulosa
-NH2
Poliestireno, nylon
-OH
Celulosa, agarosa, sephadex
-Si(OH)3
Vidrio poroso
Unión a través de las cadenas laterales
de los aminoácidos de la secuencia
polipeptidica de la proteína
-NH2 Lisina
-SH Cisteina
O
Tirosina
-OH-Ph
O Serina
-OH
-COOH Aspartato -Nimidazol Histidina
Glutamato
Asegurar que el centro activo de la enzima no se ve afectado por los reactivos
empleados en el proceso de inmovilización.
Se puede proteger el centro activo con un análogo del sustrato o un inhibidor
competitivo durante el proceso de inmovilización.
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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
9 Las redes de moléculas entrecruzadas que se forman dificultan el
acceso del sustrato al centro activo Æ Pérdidas de actividad
Reactivos bifuncionales más utilizados
CHO
N2
(CH2)3
CHO
N2
Diazobenzidina
Glutaraldehido
O
O
H
H
ICH2 C N (CH2)6 N C CH2I
Hexametileno-bis(iodoacetamida))
Propiedades de las Enzimas Inmovilizadas
Inmovilización
Aumento de estabilidad
Disminución de la actividad enzimática
9 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
de los alimentos
Reacciones enzimáticas
Calidad
nutricional
color
textura
flavor
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25