-
ENZIMOLOGIE
Enzimele sunt constitueni proteici (heteroproteici) ai celulelor
vii (animale, vegetale sau microbiene), care catalizeaz reaciile
metabolice de catabolism sau anabolism. Se apreciaz c n materia vie
exist peste 10000 de enzime, dintre care 2000 au fost izolate i
investigate sub aspectul structurii, mecanismului lor de aciune,
etc.Proprietile generale ale enzimelor: Catalizatori cu eficien
maxim (n cantiti extrem de mici:10_6 sau chiar 10_9) induc reacii
cu viteze foarte mari; Enzimele au specificitate de aciune (induc
un anumit tip de reacii: oxidoreducere, hidroliz, sintez etc.) i
specificitate de substrat (acioneaz numai asupra unui reactant sau
grup de substane reactante); Mediile n care se produc reaciile
catabolizate enzimatic sunt compatibile cu viaa (temperatur,
presiune normale, pH neutru sau slab acid alcalin); Intervin n
mecanismele de coordonare, reglare i control ale reaciilor
metabolice celulare.
-
Clasificarea enzimelor
A. Clasificarea enzimelor dup criteriul structural:Enzime de
natur proteic (pepsina, tripsina, papaina etc.);Enzime de natur
heteroproteic, alctuite dintr-o poriune proteic i o component
neproteic (denumit coenzim sau cofactor enzimatic care poate fi
reprezentat de derivai ai hemului, ai unor vitamine din complexul
B, nucleotide, ioni metalici). Cele dou componente separate sunt
inactive din punct de vedere catalitic. n urma cuplrii lor rezult
complexul molecular apoenzim-coenzim (holoenzima), care manifest
activitate catalitic.
B. Clasificarea enzimelor dup organizarea lor:Enzime
monomerice-constituite dintr-un lan polipeptidic;Enzime
oligomerice- alctuite din mai multe lanuri polipeptidice, care n
urma disocierii sau asocierii devin catalitic active.Complexe
multienzimatice- formate din enzime legate prin interaciuni
necovalente, care particip la producerea unor secvene de reacii
biochimice consecutive i nlnuite, unde produsul rezultat n reacia
catalizat de prima enzim (I) devine substratul celei de a doua
enzime (II), iar produsul rezultat din aceast reacie va reprezenta
substratul enzimei III, i astfel pn la realizarea ntregului ir de
reacii prin care este metabolizat un component biochimic.
C. Clasificarea enzimelor dup locul de aciune n raport cu
celula:Enzime fermentative intracelulare;Enzime fermentative
extracelulare;
-
Enzime fermentative intracelulare i extracelulareEnzime
fermentative intracelulareAcioneaz numai asupra compuilor care au
ptruns n interiorul celulelor microbiene (mas mol. mic);Rmn ataate
biomasei dup separarea produilor de reacie obinui prin
fermentaie.Pot fi produse:n cant. mari n faza de multiplicare
logaritmic, au rol esenial n metabolism (au activitate enzimatic de
cel puin 100 UE/ml);n cantiti mici (au rol secundar n metabolism) i
au activitate enzimatic sub 100UE/ml. Pt. a fi utilizate la
randament maxim trebuie s fie imobilizate.
-
Ex: enzime intracelulare: -galactozidaza produs de Saccharomyces
cerevisiaeGlucozoizomeraza produs de Streptomyces sp.Lactaza-
Candida tropicalis;Glucozoxidaza- Aspergillus niger.
-
Enzime fermentative extracelulareSunt secretate de celul n
mediul de cretere- au posibilitatea s acioneze i asupra unor
substraturi macromoleculare din mediu (proteine, amidon).Sinteza
lor este dependent de condiiile de mediu: T, pH, prezena
inductorilor sau represorilor enzimatici.Se pot separa uor de
biomasa celular;Reprezint cca. 80% din enzimele de fermentaieFac
parte din categoria hidrolazelor (amilaze, proteaze, celulaze)
-
ENZIME UTILIZATE MAI FRECVENT N INDUSTRIA ALIMENTAR
OXIDOREDUCTAZELE
Oxidoreductazele catalizeaz reaciile de oxidoreducere prin
diferite mecanisme:
Transfer de hidrogen (transhidrogenaze, dehidrogenaze);Transfer
de electroni (transelectronaze);Combinarea direct a unui substrat
cu oxigenul molecular (oxidaze). Activitatea catalitic a acestor
enzime este exercitat prin intermediul unor coenzime, care se
comport ca acceptori intermediari ntre substratul donor i cel
acceptor, care pot fi: Nicotin-adenindinucleotidice NAD,
NADP+;Flavinice : flavinmononucleotidul FMN sau
flavinadenindinucleotidul FAD
-
Aciunile oxidoreductazelorAciuni favorabile ale
oxidoreductazelor:Procese metabolice (glicoliza, fermentaii, ciclul
acizilor tricarboxilici, respiraia celular etc.) care se desfoar n
materiile prime alimentare;Procese fermentative realizate prin
intermediul microorganismelor, n vederea obinerii unor produse
alimentare;Albirea (decolorarea) finii de gru;Prevenirea mbrunrii
de tip Maillard;ndeprtarea apei oxigenate reziduale.
Aciuni nefavorabile ale oxidoreductazelor:mbrunarea
neenzimatic;Descompunerea acidului ascorbic;Degradarea oxidativ a
alimentelor.
-
Oxidoreductaze
Oxidoreductaze FAD- dependente (flavinenzime sau dehidrogenaze
aerobe)Reprezentani: glucozoxidaza obinut din:Aspergillus
nigerPenicillium vitaleAplicaii: reacia de oxidare a glucozei la
acid gluconic, n tehnologia de obinere a prafului de albu de ou. n
acest produs nu trebuie s se gseasc glucoz liber, care ar participa
la procesul de mbrunare Maillard.
Oxidoreductaze NAD- dependente (dehidrogenaze
anaerobe)Reprezentani i aplicaii: Alcooldehidrogenaza catalizeaz
transformarea alcoolului etilic n acetaldehid.Lactatdehidrogenaza
catalizeaz reducerea acidului piruvic la acid lactic. Acidul lactic
reprezint etapa final a glicolizei i a fermentaiei
lactice.Acetaldehidrogenaza catalizeaz oxidarea aldehidei acetice
(rezultate din transformarea alcoolului etilic din vin sub aciunea
alcooldehidrogenazei, n condiii aerobe) n acid acetic (n procesul
de oeire a vinurilor).
-
Oxidaze
Oxidazele catalizeaz reaciile diferitelor substraturi cu
oxigenul molecular sau cu peroxizii. Oxidazele, n funcie de
mecanismul de aciune, se clasific: oxigenaze (monooxigenaze i
dioxigenaze), oxidaze transportoare de electroni (citocromoxidaza,
cupruoxidazele etc.), hidroxiperoxidaze (catalaze i
peroxidaze).Lipoxigenaza este o dioxigenaz (carotenoxidaz). Se
gsete n soia, mazre, fasole, arahide, cartofi, ridichi.
Temperaturile sczute nu inhib activitatea enzimei, care este
responsabil de producerea mirosurilor nedorite din produsele
vegetale. Lipoxigenaza din soia se utilizeaz la albirea finii de
gru, prin distrugerea carotenilor.Ascorbatoxidaza catalizeaz
oxidarea acidului ascorbic.Aplicaii: enzima este utilizat la
producerea sucurilor de fructe.
-
Peroxidazele catalizeaz reaciile de oxidoreducere n prezena
peroxizilor (de hidogen sau alt peroxid organic). Peroxidaza din
hrean are masa molecular de 40 000 Daltoni i conine un atom de
fier/molecul. Este stabil la pH 4-12 i are pH optim 7,0. Manifest o
mare stabilitate termic (100o C). Peroxidaza din ficat i
lactoperoxidaza prezint proprieti asemntoare. Termostabilitatea
peroxidazelor st la baza determinrii activitii peroxidazice din
legume, fructe, lapte, supuse tratamentelor termice (pasteurizare),
ca indicator al eficienei acestor tratamente.Catalaza reprezint o
peroxidaz special care oxideaz o molecul de H2O2 la oxigen, cu
reducerea simultan a celei de a doua molecule la H2O.2 H2O2 catalaz
2H2O+ O2Surse comerciale de catalaz: ficatul de bovine, Aspergillus
niger, Micrococcus lysodeikticus (enzima este eliberat prin liza
peretelui bacterian sub aciunea muramidazei), Lizozim etc.
Aplicaii: catalaza este utilizat la descompunerea apei oxigenate
reziduale, cnd este folosit pentru sterilizarea la rece a laptelui
la ferm sau dac laptele este utilizat la fabricarea brnzeturilor
(buteizaie).
-
HIDROLAZELE
Aceste enzime scindeaz hidrolitic substraturile, acionnd asupra
legturilor C-O, C-N, C-S, C-C, P-N etc.Principalele hidrolaze de
interes pentru biotehnologiile alimentare sunt:Lipazele, esterazele
i fosfolipazele;Amilazele;Celulazele i hemicelulazeleEnzimele
pectoliticePeptidhidrolazele
-
Lipazele, esterazele i fosfolipazele
Lipazele sunt utilizate n industria alimentar, n diferite etape
tehnologice, cum ar fi:Hidroliza controlat a lipidelor din unele
alimente (brnzeturi, salamuri crude), n faza de finisare
(maturare), cnd acizii grai rezultai pot participa la aroma
produsului;Unele preparate enzimatice se utilizeaz la maturarea
brnzeturilor:Lipaza gastric;Lipaza pancreatic;Esteraze
pregastrice;Esteraze obinute din unele mucegaiuri: Penicillium
caseicolum, Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Mucor miehei sau
esteraze bacteriene produse de Pseudomonas fluorescens i
Pseudomonas fragilis.
-
Mecanisme de aciune ale lipazelor, esterazelor i
fofolipazelor
Lipazele acioneaz asupra trigliceridelor, avnd afinitate pentru
acizii grai cu lan lung;Esterazele acioneaz fa de gliceridele ce
conin acizi grai cu lan scurt;Fosfolipazele (lecitinazele) sunt de
mai multe tipuri, n funcie de legtura asupra creia acioneaz din
cadrul moleculei de fosfolipide.Fosfolipazele sunt activate de Ca2+
i de srurile care menin lipidele n stare de emulsie. Degradarea
necontrolat a lipidelor din unele alimente cu coninut ridicat n
grsimi, conduce la acumularea de acizi grai liberi, ceea ce
determin creterea aciditii produsului i apariia gustului de rnced.
Pentru a diminua lipoliza necontrolat, se recomand: reducerea
coninutului de ap liber a materiei prime, reducerea timpului de
conservare, asigurarea unei temperaturi sczute pe parcursul
depozitrii materiei prime i a produselor.
-
Enzime oligozidazice i poliglucozidazice
-Glucozidaza (emulsina)- este sintetizat de Alcaligenes fecalis,
Aspergillus niger, Saccharomyces lactis;este utilizat pentru
ndeprtarea gustului amar al sucului de grepfruit.-Galactozidaza
este elaborat de Penicillium duponti, Absidia grisela, Aspergillus
awamori, Bacillus stearothermophilus;descompune rafinoza n galactoz
i zaharoz. este utilizat n industria zahrului n scopul recuperrii
zahrului din melas i n industria derivatelor proteice de origine
vegetal, pentru eliminarea glucidelor care fermenteaz n colon i
produc flatulen.
-
-Galactozidaza (lactaza) hidrolizeaz lactoza n glucoz i
galactoz; este sintetizat de Aspergillus niger, Aspergillus oryzae,
Kluyveromyces fragilis i Kluyveromyces lactisse utilizeaz ca
preparate enzimatice n industria laptelui, n special la obinerea
laptelui i a produselor lactate delactozate, destinate copiilor cu
intoleran la lactoz.Invertaza (-Fructozidaza) hidrolizeaz zaharoza
n glucoz i fructoz; este sintetizat de Saccharomyces cerevisiae,
Saccharomyces carlbergensis, Kluyveromyces fragilis; se utilizeaz
la obinerea zahrului invertit. Prin invertirea zaharozei se previne
zaharisirea (cristalizarea n produsele de bombonerie)
-
Amilazele
Amilazele descompun amidonul, care este alctuit din amiloz i
amilopectin.Dup tipul de legturi hidrolizate, amilazele se clasific
astfel:Enzime care hidrolizeaz legturile glucozidice -1,4 (-
amilaza i - amilaza);Enzime care hidrolizeaz legturile glucozidice
-1,6 (pullulanaza i izoamilaza);Enzime care hidrolizeaz att
legturile glucozidice -1,4 ct i -1,6 (amiloglucozidaza sau
glucoamilaza).n general, pentru descompunerea amidonului pe cale
hidrolitic, sunt utilizate 3 enzime:- amilaza bacterian care
acioneaz la pH 6,5 i temperatura de 85C i lichefiaz amidonul care a
fost gelatinizat;
amiloglucozidaza fungic care acioneaz la pH 3,5- 6,5 i
temperatura de 3565C, din care rezult siropul de glucoz;- amilaza i
pullulanaza au acelai pH i aceeai temperatur de aciune ( pH 6,0 i
temperatura de 45C), acioneaz simultan asupra amidonului lichefiat
i l transform n sirop de maltoz.
-
Structura amilozei si amilopectinei
-
Celulazele i hemicelulazeleAceste enzime hidrolizeaz celuloza i
hemicelulozele (- glucani, pentozani, galactomanani).Celulazele
sunt folosite pentru hidroliza celulozei de provenien vegetal, pn
la glucoz. Aplicaii: la obinerea sucurilor de fructe, pentru a
optimiza extracia sucurilor din fructe, a mustului din
struguri.Enzimele pectoliticeEnzimele din aceast grup hidrolizeaz
substanele pectice din unele produse vegetale, n special din mere i
citrice. Substanele pectice au caracter gelifiant (glucide cu
consisten de gel) i sunt reprezentate de polimeri ai acidului
galacturonic. Aceste enzime sunt utilizate n industria sucurilor de
fructe i legume i la obinerea mustului de struguri (optimizarea
gradului de extracie, limpezire- scad vscozitatea i cresc
filtrabilitatea etc).Sunt sintetizate de unii fungi: Aspergillus
niger, A. japonicus, Saccharomyces fragilis etc.
-
PeptidhidrolazeleAceste hidrolaze scindeaz legturile peptidice
din proteine, oligopeptide, avnd ca rezultat obinerea de peptide cu
mas molecular mai mic i aminoacizi. Peptidhidrolazele pot fi de
provenien: vegetal, animal,microbian.Peptidhidrolazele de origine
vegetal sunt proteinazele alcaline (tiolice), utilizate n special n
industria crnii, la procesul de frgezire. Ex: bromelina (obinut din
sucul de ananas), papaina (din latexul fructelor Caryca Papaia) i
ficina (din latexul fructului de smochin).
- Peptidhidrolazele de origine animal sunt chimozina i pepsina cu
aciune coagulant, tripsina cu aciune proteolitic. Chimozina cheagul
sau labfermentul este obinut din prestomace de rumegtoare (viel,
miel, ied); -este elaborat de stomacul gladular al rumegtoarelor
sub form de prochimozin (forma inactiv), care se transform n
chimozin la pH 2,0 i pe cale autocatalitic la pH 5,0. -are pH-ul
optim de aciune de aproximativ 5 i este inactivat n 15 min,la
50C;-are aciune coagulant asupra laptelui i proteolitic asemntoare
pepsinei i este utilizat la prepararea brnzeturilor.Pepsina este
sintetizat sub form de pepsinogen, de glandele gastrice ale
mamiferelor, care se transform n pepsin activ la pH
-
Tripsina este elaborat sub form de tripsinogen de pancreas, care
se transform n tripsin activ n intestin, sub aciunea enterokinazei,
sau autocatalitic (n prezena tripsinei formate anterior);-acioneaz
la pH neutru sau slab alcalin, pH-ul optim este de 8,5. Se
utilizeaz n obinerea de hidrolizate proteice.Catepsinele sunt
peptidhidolaze localizate intracelular, la nivelul lizozomilor, n
esutul muscular, ficat, splin, rinichi, pulmoni etc. Sunt mai multe
tipuri de catepsine (A, B, C, D, E) i acioneaz hidrolitic asupra
proteinelor tisulare n procesele autolitice.
-
Peptidhidrolazele de origine microbian sunt sintetizate de mai
multe microorganisme, ns sunt utilizate n industria alimentar numai
tulpinile nepatogene i netoxigene, aparinnd speciilor: Bacillus
subtilis, Bacillus licheniformis, Bacillus megaterium, Aspergillus
niger, Aspergillus oryzae, Streptomyces sp., Rhizopus sp., Mucor
miehei, Mucor pusillus etc. Proteinazele microbiene sunt asemntoare
celor vegetale sau animale. Dintre aceste amintim: subtilizina,
metaloproteinazele microbiene, proteinazele acide microbiene
etc.IZOMERAZELE Reprezint enzime care catalizeaz rearanjrile
intramoleculare, n structurile asupra crora acioneaz. Exemplu:
glucozizomeraza, care determin conversia D-glucozei n D-fructoz i
este folosit n industria amidonului, pentru obinerea siropului de
glucoz cu coninut ridicat de fructoz.Pentru producerea industrial
de glucozizomeraz se utilizeaz diferite tulpini microbiene de
Streptomyces olivaceus, Streptomyces olivochromogenes, Streptomyces
rubiginosus, Bacillus coagulans etc.