Biochemia żywnosci wykłady

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI

!!!!!!!!!!SPIS TREŚCI JEST Z TYŁU!!!!!!!!!!

W1, 18.02.2013

prof. Krzysztof Żyła

Zarys tematyki kursów:

1. Biochemia surowców

a) mięso,
b) owoce i warzywa,
c) zboża,
d) mleko

2. Biochemia przetwarzania żywności

a) rekcje brązowienia, ser i jogurt, biokataliza

Literatura:
Eskin N.A.M. - Biochemistry of foods 1990

BIOCHEMIA TKANKI MIĘŚNIOWEJ

Aspekty badań nad budową mięśni
1. Warunkują ruch ciała – ruch szkieletu, przepływ krwi, ruch pokarmu
2. Choroby mięśni – dystrofia – zanik
3. Kontrola masy ciała – wymagają dużych nakładów energii do utrzymania, w czasie diety tracone szybko o ile nie
prowadzi się odpowiednich ćwiczeń fizycznych
4. Są źródłem żywności

Mięso

Mięśnie szkieletowe zwierząt rzeźnych wraz z naczyniami krwionośnymi oraz błonami tkanki łącznej i okrywami
tłuszczowymi. Termin ten odnosi się również do mięśniowej części dziczyzny, drobiu, ryb, ssaków i
bezkręgowców morskich, a nawet wszystkich jadalnych części zwierząt rzeźnych.
FDA: Meat is that derived from the muscles of animals closely related to man biochemically and therefore of high
nutritional value.

Co wynika z definicji?

•

Mięso → mięśnie

•

różne gatunki zwierząt

•

różne tkanki

•

wysoka wartość żywieniowa

Mięśnie = tkanka mięśniowa + tkanka łączna. Obie te tkanki mają zróżnicowane właściwości biochemiczne,
chemiczne i fizyczne.

Typy mięśni:

–

szkieletowe

–

gładkie

–

mięsień sercowy

Budowa mięśni szkieletowych:
Mięsień - omięsna - Wiązka włókien mięśniowych – włókno – miofibryla - mikrofibryla

Mięśnie szkieletowe składają się z tkanki mięśniowej oraz elementów tkanki naczyniowej, nerwowej i łącznej.
Mięsień jest otoczony tkanką łączną epimysium (omięsna zewnętrzna).

perymysium – omięsna wewnętrzna

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

endomysium – otacza włókno mięśniowe

Włókno mięśniowe:
Wielojądrowa, cylindryczna komórka otoczona błoną (sarkolema) wypełniona cytoplazmą (sarkoplazma, matriks
ciekły). Ponad 80% objętości włókna wypełniają miofibryle, pomiędzy nimi znajduje się retikulum
sarkoplazmatyczne.

Sarkolema
Typowa błona biologiczna (bilayer fosfolipidowy)

•

białka 60%

•

fosfolipidy 20%

•

cholesterol 20%

Sarkolema posiada wgłębienia penetrujące wnętrze komórki (tubule T) oraz połączenia z nerwami ruchowymi.

Sarkoplazma:
w niej zlokalizowane są: mitochondria (bardzo liczne), granule glikogenowe, enzymy, ATP, kreatyna, mioglobina,
retikulum sarkoplazmatyczne, miofibryle.

Retikulum sarkoplazmatyczne:
Struktura błoniasta, która akumuluje, wychwytuje i uwalnia jony wapnia w różnych fazach czynnościowych
mięśnia.

Dwa typy włókien mięśniowych

TYP

Kolor

Czerwony

Biały

Sarkoplazmy

Dużo

Mało

Mioglobiny

Dużo

Mało

Lipidy

Dużo

Mało

Mitochondria

Dużo

Mało

Średnica

Mało

Dużo

Metabolizm

Tlenowy

Beztlenowy

Kurczą się

Wolno

szybko

Miofibryle:
Zawierają do 60% białek włókien mięśniowych
Zbudowane z wielu jednostek strukturalnych zwanych SARKOMERAMI.

Sarkomery stanowią jednostkę aktywności kurczliwej mięśnia, rozciągają się od linii Z do linii Z, zbudowane są z
mikrofibryli (filamentów) grubych i cienkich.

Sarkomer ma uporządkowaną strukturę. W każdym sarkomerze występują:
-obszary filamentów cienkich
-obszary filamentów grubych
-obszary naprzemianległego usytuowania filamentów grubych i cienkich.

Schemat budowy sarkomeru

Centralna część – linia M

W obszarze dysku Z dominują filamenty cienkie

Kurczenie sarkomeru – schemat

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

Mikrofibryle (filamenty)

•

Aktynowe – prążki ciemne – cienkie filamenty zbudowane z setek monomerów aktynowych tworzących
podwójną helisę

•

Miozynowe – prążki jasne – grube filamenty zbudowane z długich, mobilnych cząsteczek miozyny.

Białka sarkomeru:
1. Aktyna
2. Miozyna
3. Białka towarzyszące:

•

α-aktynina

•

β-aktynina

•

troponina

•

tropomiozyna

•

białko zaciskowe C

•

białko M

Białka linii (dysku) Z: α-aktynina – matryca utrzymująca jeden z końców filamentów aktynowych. Drugi koniec
jest nakryty β-aktyniną.

Białka linii M: matryca podtrzymująca dla grubych filamentów miozynowych, które od linii M rozciągają się w
obu kierunkach do dysków Z. (białko C)

Sarkomer:
Pasmo A zawiera obszar nałożonych filamentów oraz obszar H, gdzie występują tylko filamenty grube. Pasmo I nie
zawiera filamentów grubych. Część centralną pasma A stanowi linia M, natomiast część centralną pasma I stanowią
dyski Z. Białka M stabilizują filamenty grube.

Gruby filament miozynowy:

Miozyna:
ciężar cząsteczkowy ok 500 kDa
6 podjednostek: 2 łańcuchy ciężkie (heavy chain HC) i 4 łańcuchy lekkie (light chain LC)

→ HC – długa, liniowa c-końcowa domena α-helisy (1300 aminokwasów) oaz wyraźna, globularna, N-końcowa
domena (800 aa); 2 podjednostki HC są helikalnie powiązane tworząc długą, sztywną, superhelikalną strukturę z 2
głowami globularnymi.

→ 4 globularne podjednostki LC się powiązane z głowami globularnymi HC. (na każdej z 2 głów po 2 jednostki
LC); podjednostki LC:

•

wiążą Ca

z dużym powinowactwem

•

są fosforylowane prze kinazę miozynową (myosin light chain kinase MLCK)

•

uczestniczą w regulacji aktywności ATP-azowej miozyny.

☼

Punkt aktywności trypsynowej

, punkt zawiasowy (hinge region)– dzieli cząsteczkę miozyny na:

meramiozynę ciężką (HMM)
meramiozynę lekką (LMM)

Punkt zawiasowy uczestniczy w procesie zamiany energii chemicznej ATP na mechaniczną (skurcz i rozkurcz
mięśnia).

☼

Punkty aktywności papainowej

– oddzielenie obszarów helikalnych od globularnych.

Miejsce aktywności papainowej dzieli cząsteczkę miozyny na

•

subfragment 1 SF1 zawierający głowy miozyny (tu aktywność ATP-azowa)

•

subfragment 2 SF2 – pozostałą część helikalną

Schemat miozyny

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

Papaina – enzym proteolityczny pochodzenia roślinnego, (z lateksu drzewa Carica papaya)

Gruby filament miozynowy
zbudowany z ok. 400 cząsteczek miozyny ułożonych po 200 po każdej stronie linii M. Cząsteczki te są
utrzymywane w wiązkach przez pomocnicze biało C (zaciskowe, clamp protein) linii M.

W trypsynowym punkcie zawiasowym meramiozyna ciężka wystaje ostro w w górę od osi cząsteczki (osi
filamentu grubego), co umożliwia zbliżenie głowy miozyny do ciężkich filamentów aktynowych leżących między
filamentami grubymi.

Cienki filament aktynowy:

Zbudowany z wielu podjednostek globularnej G-aktyny (42 kDa) i białek towarzyszących. G- aktyna jest
polimeryzowana w długie, włókienkowate struktury (F-aktyny), które zwijają się helikalnie parami.

Każda cząsteczka G-aktyny posiada miejsce łączenia ATP/ADP uczestniczące w procesie polimeryzacji aktyny.
Oprócz miejsca łączenia ATP/ADP każda cząsteczka G-aktyny posiada miejsce wysokiego powinowactwa do
głowy miozyny.

Białka towarzyszące filamentu aktynowego regulują dostępność tego miejsca dla głowy miozyny.

Monomer aktyny posiada 4 poddomeny.
ATP jest przyłączane razem z Mg

w głębokiej szczelinie między poddomenami 2 i 4.

Aktyna może hydrolizować przyłączone ATP.
ATP → ADP + P

Konformacja aktyny zależy od tego, czy w miejscu łączenia nukleotydów jest ATP czy ADP.

Cienki filament aktynowy:
Białka towarzyszące

•

tropomiozyna – na każde 7 par G-aktyny przypadają 2 cząsteczki usztywniającej tropomiozyny

•

troponina – heterotrimer, połączony do jednego z końców tropomiozyny oraz do aktyny łączy ze
sobą te dwa białka. Podjednostki: Tn-C, Tn-T, Tn-I.

Etapy skurczu mięśnia

1. Impuls nerwowy dociera do sarkolemmy
2. Uwolnienie acetylocholiny
3. Acetylocholina zmienia przepuszczalność jonową sarkolemmy
4. Acetylocholina jest hydrolizowana przez esterazę cholinową (interferencja z C. botulinum, curarre – zatrute

strzały, jad żmij)

5. Zmiana potencjału przemieszcza się do wnętrza włókna przez tubule T
6. Depolaryzacja retikulum sarkoplazmatycznego i uwolnienie wapnia
7. Gwałtowny wzrost stężenia Ca

z 0,1 μM do 10 mM.

8. Wiązanie Ca

przez troponinę Tn-C, uwolnienie miejsc wiązania miozyny w aktynie.

9. Tworzenie kompleksu aktomiozyny i skurcz mięśnia
10. Retikulum sarkoplazmatyczne wiąże wapń.

W2. 25.02.2013

PRZEMIANY ATP

W stanie spoczynku miozyna występuje w konformacji aktywnej (M*) gotowej do skurczu. Aktywacja miozyny:

M + ATP → M* + ADP + Pi (naciąganie spustu)

Gdy połączenie jest możliwe (stężenie Ca

), głowa miozyny tworzy z aktyną kompleks aktomiozyny:

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

M* = A → M*A

M*A → MA (skurcz, pociągnięcie za spust)

Pi i ADP są uwalniane z głowy miozyny.
Przyłączenie ATP do głowy miozyny, które usuwa głowę miozyny z aktyny, kompleks aktomiozyny się rozpada.

ŹRÓDŁA ATP

Zasadnicze

: fosforylacja oksydacyjna

Reakcja Lohmana (katalizowana przez kinazę kreatynową)
PCr + ADP ↔ Cr + ATP
(←umożliwia magazynowanie nadmiaru energii w mięśniach w cząsteczkach fosfokreatyny,
→ uwolnienie energii)

Reakcja adenylowa (w mięśniach, katalizowana przez kinazę adenylanową, miokinazę)
ADP + ADP → ATP + AMP

Cykl Cori

c h (Coriego)

– w przypadku małego natlenienia tkanki (intensywny, gwałtowny wysiłek) – redukcja

kwasu pirogronowego (z glikolizy) przez NADH (też z glikolizy), wytwarza się kwas mlekowy (fermentacja
mleczanowa). Enzym – dehydrogenaza mleczanowa – wykazuje zdolność do reakcji w obu kierunkach, a więc też
utlenia mleczan do pirogronianu.

schemat cyklu Corich

W wątrobie – glukoneogeneza

Bilans cyklu Corich: -4 ATP, czyli niekorzystny, ale umożliwia przystosowanie się organizmu do warunków
wysiłku fizycznego.

RIGOR MORTIS – konsekwencje śmierci organizmu dla mięśni:

•

zanik syntezy ATP: wyłączenie pomp jonowych, zachodzi reakcja Lohmana

•

wzrost stężenia wapnia w tkance (wyłączenie aktywności pomp jonowych)

•

tworzenie kompleksu aktomiozyny, brak ATP do relaksacji mięśni (rozkurczu)

Zmiany pośmiertne w tkance mięsnej:

FAZA 1: prerigor – spadek stężenia CP, ATP; glikoliza pośmiertna i kumulacja kwasu mlekowego; spadek pH
zależny od zawartości glikogenu

FAZA 2: rigor – tworzenie aktomiozyny, początek 1-12 godzin po śmierci, trwa 15-20 godzin (sztywność mięśni)

FAZA 3: postrigor – kruchość, dla ssaków 2-3 tygodnie w temperaturze 2

C po ustąpieniu stężenia

(przemienienie tkanki mięśniowej w mięso)
Konsekwencje ustania cyrkulacji krwi

Krew jako doskonałe środowisko dla rozwoju mikroorganizmów musi być usuwana (wykrwawianie zwierząt i
dużych ryb).

schemat

Pośmiertne przemiany nukleotydów adenozynowych:

•

zanik fosforylacji oksydacyjnej

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

•

glikoliza beztlenowa: glikogen → kwas mlekowy (3 ATP/mol heksozy zamiast 39)

•

rozkład ATP przez ATP-azę miozynową → stężenie Pi rośnie i pobudza glikolizę beztlenową

•

reakcja Lohmana: podtrzymywanie stężenia ATP
◦

wzrost stężenia kreatyny

◦

mięśnie ssaków utrzymują stały poziom ATP przez wiele godzin po uboju

◦

u ryb znacznie szybszy spadek stężenia ATP

•

spadek stężenia ATP i tworzenie kompleksu aktomiozyny (gdy możliwości resyntezy ATP w wyniku
reakcji Lohmana są wyczerpane)

Pośmiertna degradacja ATP:

•

ATP-azy (miozynowa, sarkoplazmatyczna)

•

miokinaza

•

deaminaza

IMP, inozyna i hipoksantyna → ważne związki smakowo-zapachowe mięsa

Stężenie IMP spada ze wzrostem czasu przechowywania, a stężenie hipoksantyny w tym czasie rośnie w mięsie
ryby.

Indeks świeżości mięsa:
(inozyna + hipoksantyna + ksantyna) / (ATP + ADP + AMP + IMP + adenozyna + inozyna + hipoksantyna +
ksantyna)

Dla ryb: (inozyna + hipoksantyna) * 100% / (ATP + ADP + AMP + IMP)

Nukleotydy adenozynowe a degradacja białek – dane eksperymentalne:

•

ekstrakcja aktomiozyny i analiza aktywności Ca-ATP-azy jako miary stopnia denaturacji białek

•

zależności pomiędzy aktywnością Ca-ATP-azy miozynowej i:
◦

zawartością ATP + ADP + AMP + IMP: r = 0,78

◦

zawartością inozyny + hipoksantyny, r = -0,80

Wniosek: możliwe uczestnictwo nukleotydów adenozynowych w procesie denaturacji białek.

GLIKOLIZA POŚMIERTNA

•

brak dopływu tlenu do mięśniowej

•

glikogen podlega beztlenowej glikolizie do kwasu mlekowego

•

niższe stężenie glikogenu u ryb oraz u zwierząt wyczerpanych walką niż u ssaków

•

istnieją dwie ścieżki degradacji glikogenu w mięśniach:
◦

I: ścieżka hydrolityczna ( głównie u ryb – glikogen podlega standardowej hydrolizie do dekstryn i
maltozy, w efekcie syntetyzowana jest glukoza, która zanim wejdzie w przemiany glikolityczne musi
podlegać reakcji heksokinazowej wymagającej ATP = wynik 1 mol ATP/mol glukozy)

◦

II: ścieżka fosforolityczna (u ssaków – umożliwia bezpośrednią syntezę glukozo 1- fosforanu z
glikogenu – izomeryzacja bez udziału energii, nie występuje reakcja heksokinazowa, więc oszczędza
się 1 mol ATP/mol glukozy= wynik 2 mole ATP/mol glukozy netto)

◦

podstawowe drogi katabolizmu glukozy są wspólne

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA GLIKOLIZĘ POŚMIERTNĄ

•

typ włókna

•

sekrecja hormonów

•

temperatura

•

intensywność stymulacji nerwowej przed i w czasie uboju

•

intensywność glikolizy decyduje o pH mięśniowym

Pośmiertne zmiany pH:

•

u zwierząt ciepłokrwistych fizjologiczne pH tkanki mięsnej wynosi 7,2-7,4, pośmiertne 5,3-5,5

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

•

niskie pośmiertne pH jest korzystne, gdyż:
◦

ogranicza rozwój bakterii

◦

stabilizuje barwę mięsa

•

końcowa wartość pH 5,3-5,5 jest możliwa wyłącznie wtedy, gdy zwierzę przed ubojem jest nakarmione,
wypoczęte i nie jest stresowane

Wpływ warunków uboju na zawartość glikogenu w tkance mięsnej kurcząt

•

uśpienie – 8,3 mg/g

•

oszołomienie – 6,0 mg/g

•

długotrwała walka – 3,4 mg/g

Związek pomiędzy typem spadku pH i właściwościami mięsa
5,3-5,7 – stopniowy – normalne mięso
5,3 – 5,6 – szybkie – normal to slighty dark

POŚMIERTNE ZMIANY PH – niekorzystne efekty:
Efekt DFD – dark, firm, dry – (ciemne, zwięzłe, suche, podatne na infekcje bakteryjne) – gdy zakwaszenie tkanki
jest niewystarczające

•

niski poziom glikogenu powoduje podwyższenie końcowego pośmiertnego pH do 6,0-6,5,

•

dotyczy gł. mięsa wołowego (3-8%),

•

zapobieganie: stymulacja elektryczna

Efekt PSE – pale, soft, exudative – blade, miękkie, cieknące – gdy szybki spadek pH do wartości poniżej wartości
optymalnych, a więc zbyt duże zakwaszenie.

•

zbyt niskie pH końcowe 4,7-5,4 powoduje zwiększony wyciek, białą barwę i rozluźnioną teksturę

•

główny czynnik wywołujący: zbyt wysoka temperatura >36

•

główne zjawisko: denaturacja białek, bo punkt izoelektryczny wielu z nich przypada na pH 5,4-5,5,
utrata zdolności wchłaniania wody

Dynamika zmian pH zależy również od rodzaju zwierzęcia.

U ryb:

•

zazwyczaj końcowe pH pośmiertne wynosi 6,2-6,6

•

w warunkach zmęczenia nawet 7,0 – stężenie alkaliczne

•

ryby powinny wypoczywać po połowie, a przed ubojem

Wpływ temperatury na glikolizę pośmiertną – skrócenie chłodnicze (cold shortening) – efekt zbyt szybkiego
spadku pH w niskich temperaturach

•

obniżenie temperatury z ~15 → 1

C powoduje

◦

ok 30-40-krotny wzrost stężenia Ca

w miofibrylach

◦

wzrost aktywności aktomiozynowej ATP-azy

◦

przyspieszona glikoliza, hydroliza ATP, stężenie pośmiertne

•

Jest to zjawisko odwracalne związane ze zmianą przepuszczalności błony retikulum sarkoplazmatycznego

•

zależność między szybkością spadku pH i temperaturą

•

temperatura najmniejszego spadku pH 8-15

C (poniżej 8

C spadek pH będzie intensywniejszy)

Konsekwencje skrócenia chłodniczego:

•

Zjawisko niekorzystne – mięso należy więc przetrzymywać w temperaturze nie niższej niż 15

C aż do

spadku pH poniżej 6,0

•

Tusze baranie winny być przetrzymywane w tych warunkach nim. 16h – opóźnienia w technologii

•

Możliwą techniką przyspieszenia glikolizy i uzyskania szybkiego spadku pH<6 jest stymulacja
elektryczna.

Glikoliza a stymulacja elektryczna:

•

stymulacja elektryczna przyspiesza glikolizę ok. 150 razy działając aktywująco na fosforylazę glikogenu

•

przy pH poniżej 5,3 fosforylaza jest inhibowana

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

•

inne enzymy kontrolujące glikolizę pośmiertną to fosfofruktokinaza (I-fruktozo-2-6-bisfosforan –
znaczenia sygnalizacyjne; II- fruktozo-1,6-bisfosforan – do metabolizmu) i kinaza pirogronianowa, ich
aktywność jest inna w mięśniach „wolno” i „szybko” glikolizujących

Zmiany pośmiertne w białkach

•

wzrost temperatury w mięśniach po uboju 36,7 → 39,5

C (glikoliza jest egzotermiczna), wolny spadek

temperatury w czasie wychładzania – ciepło zwierzęce,

•

kombinowany efekt T i pH – białka sarkoplazmy ulegają denaturacji i są łączone na powierzchni
filamentów, powodując odbarwienie (jaśnienie) mięsa, a skutkiem tego mniejszą zdolność wchłaniania
wody. Utrata wody zależy od odległości od powierzchni mięśnia, im głębiej tym zjawisko jest bardziej
intensywne, ma bezpośrednio związek z szybkością glikilozy, spadkiem pH i wzrostem temperatury.

W3, 04.03.2013

Dojrzewanie, kondycjonowanie, postrigor

•

8-11 dni dla wyborowych tusz wołowych

•

podniesienie temp do 15

C przyspiesza dojrzewanie tusz wołowych, lecz jest niemożliwe u tusz

wieprzowych ze względu na procesy jełczenia (gdy duża zawartość lipidów z nienasyconymi kwasami
tłuszczowymi – ich oksydacja – tworzenie form nadtlenkowych, efekt: jełkość nadtlenkowa!, gdy
kwasy nasycone – efekt jełkości hydrolitycznej, związane z hydrolizą lipidów i uwalnianie
krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych o nieprzyjemnym zapachu)

MECHANIZM DOJRZEWANIA MIĘSA:

•

czynnik aktywowany wapniem (CAF – calcium activated factor) – KALPAINA

•

enzymy lizosomalne (katepsyny)

Kalpaina – endogenna proteaza zależna od wapnia, która hydrolizuje:
tropomiozynę, troponinę T, troponinę I, filaminę, białka C (troponina T po hydrolizie zostawia charakterystyczne
fragmenty o masie 30 kDa)

Kalpaina NIE hydrolizuje: miozyny, aktyny, α-aktyniny, troponiny C

EFEKT: fragmentacja miofibryli.

•

Oznaczanie:
•

MFI – myofibril fragmentation index
◦

izolacja miofibryli: homogenizacja mięśni w buforze, wirowanie, zawieszenie peletu w buforze

◦

rozpuszczenie miofibryli w 1% SDS, 2-merkaptoetanol, pH 7, 24h

◦

oznaczenia białka w filtracie metodą Coomasi (z błekitem brylantowym)(A

590

)

◦

MFI = A

590

x 200

Metoda Coomasi – analiza polega na dodaniu odczynnika do wzorca o danej zawartości białka i próbach
badanych i natychmiastowym odczycie.
Do reakcji wchodzą też białka globularne, a więc po intensywnej hydrolizie zdolność takiej mikstury jest mniejsza.

•

Liczba ścinania Warner'a-Blatzler'a
◦

teksturometr – jednostka: [kg siły ścinającej na cm

(WBS)]

◦

miara kruchości mięsa, im niższa liczba, tym bardziej kruche jest mięso

◦

wpływ czasu przetrzymywania w temperaturze 2

C na indeks fragmentacji miofibryli

•

Istnieje zależność między zawartości troponiny T w mięśniach i ich kruchością

Kalpstatyna – endogenny inhibitor kalpainy – cysteinowa proteinaza zależna od wapnia
[E.C. 3.4.22.17] – reguluje aktywność kalpainy w komórkach

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

Zależności:

kalpstatyna → WBS r=0,3
MFI → kalpstatyna r=-0,75

Enzymy lizosomalne: katepsyny

•

aktywne przy pH 5,5, 37oC

•

uwalniane z lizosomów w środowisku kwaśnym po zakończeniu glikolizy

•

hydrolizują: miozynę, aktynę, α-aktyninę

•

łącznie z kalpainą (CAF) degradują miofibryle

Generowanie wolnych aminokwasów – koleeeeejny wykres

Lipoliza podczas dojrzewania mięsa:

•

rozpad fosfolipidów w tkance mięśniowej, potem oksydacja

•

w tkance mięśniowej i tłuszczowej rozpad triacylogliceroli, potem oksydacja

Oba skutkują uwolnieniem lotnych, silnie zapachowych związków (volatile compounds)

Czynniki fizyczne lipolizy:
pH, temp, a

, potencjał redoks tkanki

Czynniki chemiczne lipolizy:
NaCl, azotany, kwas askorbinowy, glukoza

Cytoszkielet mięśniowy:
Zadaniem cytoszkieletu mięśniowego jest utrzymywanie kształtu komórek tkanki mięśniowej, łączenie organelli
między sobą i z błoną komórkową orz zapewnienie sprawnego aparatu skurczu

Cytoszkielet mięśniowy

1. Wewnątrzmiofibrylarne białka cytoszkieletowe

1. titina (konektyna) – białko o pojedynczym łańcuchu i masie cząsteczkowej 2,8 x 10 ^6 Da ,stanowi

10% masy miofibryli, w sarkomerze zlokalizowane osiowo od linii M d dysku Z, w połączeniu z
powierzchnią filamentu miozynowego stabilizuje strukturę sarkomeru podczas skurczu.

2. nebulina – masa cząsteczkowa 8 x 10^5 Da, 4% masy miofibryli, zlokalizowana wzdłuż filamentów

aktynowych

2. Cytoszkielet zewnątrzmiofibrylarny

1. Filamenty pośrednie złożone głównie z desminy i skeleniny

3. Inne białka cytoszkieletowe: zlokalizowane przy błonie komórkowej tworzą połączenia miofibryli z

sarkolemą oraz synapsy nerwowo-mięśniowych:
1. integryna,
2. talina,
3. dystrofina,
4. spektryna,
5. ankiryna,
6. acykulina,
7. teuryna,
8. plaktyna,
9. kinkulina

Łącznotkankowa matryca zawnątrzkomórkowa:

•

EPI-

•

PERI-

MYSIUM

•

ENDO-

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

•

Głównym składnikiem białkowym tkanki łącznej jest kolagen (90% perimysium)

•

19 typów kolagenu

•

epimysium – kolagen I

•

perimysium – kolagen III

•

endomysium – kolagen IV

KOLAGEN

•

glikoproteina składająca się z 2 długich łańcuchów polipeptydowych tworzących potrójną strukturę
helikalną stabilizowaną prze mostki disiarczkowe – w miarę starzenia się kolagenu tworzą się dodatkowe
mostki coraz bardziej stabilizujące jego strukturę

•

zawiera dość dużo aminokwasów nietypowych: proliny i hydroksyproliny

•

jest nierozpuszczany w wodzie, podczas gotowania przekształca się w rozpuszczalną żelatynę, która jest
zbudowana z pojedynczych łańcuchów polipeptydowych

•

2% roztwór żelatyny tworzy twardy żel rozpuszczający się podczas ogrzewania (przemysł spożywczy,
mikrobiologia)

•

żelatyna z kolagenu skóry ryb ma większą zdolność żelowania niż z kolagenu mięśniowego ssaków

•

łańcuchy pro-α-kolagenu syntetyzowane w RER

•

hydroksylacja proliny i lizyny (witamina C)

•

glikozylacja

•

potrójna α-helisa (prokolagen)

•

sekrecja prokolagenu

•

synteza tropokolagenu

•

peptydazy prokolagenowe

BARWNIKI MIĘSA

MIOGLOBINA

•

10% żelaza ogółem w żywym organizmie

•

95% żelaza w tuszach po uboju

Dlaczego? Bo w tuszach nie ma krwi przecież.

Chromoproteina (z niebiałkowym elementem chromoforowym - absorpcja światła)

Część niebiałkowa mioglobiny: HEM

•

zbudowany z czterech pierścieni pirolowych połączonych ze sobą mostkami metinowymi oraz za
pośrednictwem wiązań koordynacyjnych z centralnie usytuowanym jonem Fe

. Jest to układ

żelazoporfirynowy.

•

Gdzie?: mioglobina, hemoglobina, cytochromy

•

hem jest w znacznym stopniu analogiem chlorofilu

Utlenowanie:
Jedno z wiązań w hemie jest wolne, więc może przyłączać różne podstawniki – wchodzi w procesy fizyczne zwane
utlenowaniem – koordynacyjne przyłączenie cząsteczki tlenu w strukturze hemu. Jest w pełni odwracalne, co
decyduje o roli transportowej hemu dla tlenu w tkankach.
Nie mylić z utlenianiem, co jest zmianą wartościowości żelaza w hemie.

Ważna rola: histydyna proksymalna i dystalna (bliższa i dalsza względem atomu żelaza w hemie)
N z His F8 łączy piąte miejsce koordynacyjne żelaza hemowego, natomiast tlen łączy się z szóstym miejscem
koordynacyjnym hemu.

Proksymalna His F8 wypełnia 5. miejsce koordynacyjne hemu, dystalna His E7 powoduje, że hem łączy CO tylko
200, a nie 20 000 razy silniej niż tlen.

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

Hem: czynniki decydujące o kolorze:

•

stopień utlenienia Fe 2+ lub 3+

•

ligand przyłączony do wolnego miejsca koordynacyjnego

Barwa

Nazwa

Ligand

Uwagi

Purpurowoczerwona

Mioglobina

Jasnoczerwona

Oksymioglobina

Utlenowanie

Czewonobrązowa

Metmioglobina

Utlenienie

Czerwona

Nitrozomioglobina

Peklowanie

, CO

Schemat:

mioglobina (Mb, Fe2+)

oksydacja

oksymioglobina (MbO, Fe2+)

deoksygenacja

redukcja

oksydacja

metmioglobina (MetMb, Fe3+)

Dalsze przemiany metmioglobiny:

•

skutek przemian technologicznych

•

skutek zakażeń mikrobiologicznych

•

ZIELONE produkty reakcji: choleglobina, sulfmioglobina

•

peklowanie – zapobiega zielenieniu – przetrzymywanie go w solankach peklujących lub stosowanie
urządzeń nastrzykujących takie solanki do miejsc w tkance mięśniowej. W skład takich solanek wchodzą
sodowe lub potasowe sole kwasów HNO

i HNO

W takich warunkach jon NO

tworzy z mioglobina

trwały kompleks, który ma barwę jasnoczerwoną (chemiczne zabezpieczenie hemu przed tworzeniem się
metmioglobiny, choleglobiny czy sulfmioglobiny)

•

azotany są niebezpieczne, bo są prekursorami do nitrozoamin, ale ostatnio podważa się to i uważa, że
azotany są jednak prozdrowotne

Czynniki sprzyjające tworzeniu metmioglobiny (utlenienie Fe

→ Fe

)

•

wysoka temperaturach

•

niskie pH (denaturacja globiny, odsłonięcie hemu)

•

obecność soli, zmniejsza pojemność buforową mięsa

•

bakterie tlenowe, zmniejszają stężenie tlenu w mięśniach

W4, 11.03.2013

Redukcja metmioglobiny do mioglobiny(Fe

→ Fe

•

MRA: metmyoglobin reducing activity, reakcja katalizowana enzymatycznie z udziałem
◦

DEHYDROGENAZY BURSZTYNIANOWEJ WSPÓŁDZIAŁAJĄCEJ Z NAD

◦

REDUKTAZA METMIOGLOBINOWA

•

Czynniki sprzyjające: wyższe pH, dostęp tlenu

Konserwacja barwników mięsa:

•

peklowanie (uwaga na nitrozoaminy!),

•

przechowywanie w atmosferze gazowej (N

, CO

•

antyoksydanty: PG, propyl gallate, BHA, butylated hydroksyanizole, kwas askorbinowy,

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

•

specjalnie folie o wysokiej przepuszczalności tlenu (min. 5 l O

/dzień)

W atmosferze nadmiaru tlenu możliwa jest przemiana mioglobiny do oksymioglobiny oraz inhibicja tworzenia
metmioglobiny.

PRZEMIANY BIOCHEMICZNE W OWOCACH I WARZYWACH

Skład chemiczny warzyw

(%):

•

woda

80-90

•

związki azotowe

1-5

▫ białka 35-85%
▫ wolne aminokwasy
▫ aminy

•

węglowodany

3-20

▫ mono- i oligosacharydy (glukoza, fruktoza, sacharoza)
▫ polisacharydy (skrobia, pektyna)

•

tłuszcze

0,1-0,3

▫ karotenoidy

•

włókno surowe 1

•

związki mineralne

▫ K, Ca, Na Mg

•

związki fenolowe
▫ pelargonidyna (rzepa, rzodkiewka), kwas synapowy (kapusta czerwona), cyjanidyna (cebula)

•

witaminy
▫ kwas askorbinowy, tiamina, ryboflaiwina, kwas nikotynowy, kas foliowy

•

kwasy organiczne
▫ kwas cytrynowy

Skład chemiczny owoców

•

związki azotowe (0,1 – 1,5%)
▫ białka, wolne aminokwasy

•

węglowodany
▫ mono- i oligosacharydy
▫ polisacharydy

•

lipidy (0,1 – 0,5%)
▫ triacyloglicerole
▫ glikolipidy
▫ fosfolipidy
▫ karotenoidy
▫ triterpentaoidy
▫ woski

•

kwasy organiczne
▫ kwas jabłkowy
▫ kwas cytrynowy

•

związki fenolowe
▫ kolor, smak: w procesach przetwarzania tworzą kompleksy z metalami – dekoloracja)

•

witaminy
▫ witamina C: czarna porzeczka 300 mg, truskawka 60 mg, pomarańcz 50 mg, grapefruit 40 mg/100g
▫ β-karoten-prowitamina A – wiśnie, czereśnie, gruszki
▫ witaminy z grupy B – figi, aprikoty, czarna porzeczka

•

związki mineralne
▫ K+, Po40 – sok jabłkowy i pomarańczowy

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

Akceptacja konsumencka zależy od:
→ zapach, kolor, kształt, rozmiar, brak defektów
→ cechy te zależą od: stopnia dojrzałości oraz przemian biochemicznych w okresie zbioru i przechowywania

Podstawowe zjawiska zachodzące w owocach i warzywach po zbiorze:

•

oddychanie

•

transpiracja

•

infekcje mikrobiologiczne

•

inne przemiany biochemiczne

Oddychanie owoców i warzyw
→ podstawowe związki magazynujące energię:

•

sacharoza

•

skrobia

→ istnieją dwie ścieżki konwersji skrobi lub sacharozy do kwasu pirogronowego: glikoliza oraz cykl
pentozofosforanowy

Skrobia/sacharoza

glukozo-6-P

ścieżka glikolizy (70%)

cykl pentozofosforanowy (30%)

fruktozo-6-P

fruktozo-1,6-diP

rybulozo-5-P

fosforan triozy

tłuszcze białka

kwas 3-P-glicerynowy
fosfonolopirogronian

kwas pirogronowy

acetylo-CoA → C. Krebsa

→ intensywność oddychania:

•

intensywność oddychania zależy od stanu fizjologicznego (wieku) rośliny

•

intensywność oddychania zwiększa się wraz z rozwojem rośliny potem się obniża przy pełnej dojrzałości

•

gwałtowny wzrost intensywności oddychania to wzrost KLIMAKTERYCZNY (-yjny)

•

maksymalna produkcja CO

w fazie klimekterium

→ owoce można klasyfikować jako:

•

klimakteryczne: jabłka, awokado, banany, gruszki, morele, mango, śliwki, mirabelki, pomidory

•

nieklimakteryczne: ananasy, pomarańcze, truskawki, figi, wiśnie, melony, winogrona, porzeczki, cytryny

→ owoce można klasyfikować wg zmian w oddychaniu po zbiorze jako:

•

Typ1: powolny spadek intensywności oddychania w miarę dojrzewania – cytrusy

•

Typ2: przejściowy wzrost intensywności oddychania. Owoce dojrzewają po osiągnięciu maksimum
wydzielania CO

– awokado, banany, pomidory

•

Typ3: maksymalna produkcja CO

w fazie pełnej dojrzałości i po niej – truskawki, morele

→ warzywa można sklasyfikować jako silnie, średnio bądź słabo oddychające

•

młode tkanki szparagów i rosnące nasiona groszku zielonego oddychają silnie

•

niska intensywność oddychania w organach przechowalniczych (ziemniaki), korzeniach (słodki ziemniak –
batat) czy bulwach (cebula)

•

warzywa liściaste cechuje średnia intensywność oddychania

→ dlaczego wzrost syntezy CO2?

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

•

zmiany w przepuszczalności skórki dla gazów: produkcja wosków i olejów, kumulacja CO2 wewnątrz
owocu

•

wzrost biosyntezy białka, rośnie zapotrzebowanie na ATP co napędza oddychanie

Inicjacja dojrzewania

•

etylen to hormon roślinny (oh, rly?)

•

nawet minimalne ilości etylenu stymulują aktywność oddechową i indukują dojrzewanie

•

u owoców klimakterycznych wrażliwość na etylen występuje tylko przed klimakterium

•

u owoców nieklimakterycznych etylen stymuluje aktywność oddechową zawsze

'dodawali figi do maku, żeby mieć figę z makiem'

•

sygnalizuje przejście od stanu niedojrzałego do dojrzałego
•

rozpad komponentów ściany komórkowych

•

rozpad skrobi i kwasów organicznych daje efekt wzrostu słodkości i aromatyczności

•

następuje zmiana pigmentacji

•

inhibicja kwitnienia

•

etylen stymuluje własną biosyntezę

•

stosowanie etylenu u owoców klimakterycznych przyspiesza nieodwracalne klimakterium

•

u owoców nieklimakterycznych etylen chwilowo stymuluje aktywność oddechową

•

dekarboksylacja jabłczanu i pirogronianu – zmiany w klasycznych cyklu Krebsa (drastyczny wzrost
aktywności dekarboksylazy jabłczanowej i dekarboksylazy pirogronianowej podczas dojrzewania

•

wzrost aktywności fosfofruktokinazy I oraz syntezy 1,6-bis-P-fruktozy

Teoria Baretta
→ aktywność enzymu fosfotranserazy frukrozo-6-P (PFP), który katalizuje reakcję identyczną jak PFK1 lecz
wykorzystuje PPi zamiast ATP i jest aktywowany przez fruktozo-2,6-bis-P [który jest związkiem sygnalizacyjnym,
np. jako aktywator PFK1 i PFP, podczas gdy fruktozo-1,6-bis-P wchodzi do glikolizy]
→ rola PFK2

Czynniki towarzyszące wzmożonej aktywności oddechowej

1. wzrost przepuszczalności membran komórkowych
2. wzrost syntezy białka
3. wzmożona synteza ATP
4. aktywność oddechowa mitochondriów nie ulega zmianie <!>
5. wzrost aktywności oddechowej niewrażliwej na cyjanki (inhibitor oksydazy cytochromowej i fosforylacji

oksydacyjnej)

6. wzrost aktywności aldolazy
7. drastyczny wzrost aktywności dehydrogenazy jabłczanowej i dekarboksylazy pirogronianowej (enzymy

niewrażliwe na cyjanki)

8. 20-krotny wzrost aktywności fosfofruktokinazy (PFK)

fruktozo-6-P + ATP → 1,6-bisfosforan glukozy [aktywator: 2,6-bisfosforan glukozy]

9. aktywacja enzymu fosfotransferazy fruktozo-6-P (PFP)

fruktozo-6-P + PPi → 1,6-bisfosforan glukozy [aktywator: 2,6-bisfosforan glukozy]

BIOSYNTEZA ETYLENU – cykl metioninowy

–

MTA: 5-metylotioadenozyna

–

MTR: 5-metylotioryboza

–

MTR-1-P

–

metionina

–

S-adenozylo-L-metionina (SAM) [ATP jako koenzym transferaz w funkcji donora reszty adenozylowej!
Met + ATP = SAM + P + PPi

–

ACC

–

etylen

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

Cykl metioninowy:

•

SAM: donor grup metylowych

•

zarys reakcji:
MTA → MTR → MTR-1-P → SAM → ACC → etylen

•

substraty min.: ATP, O2

•

produkty min.: CO2, HCN, etylen

W5, 18.03.2013

Cykl metioninowy cd.:
→ syntaza ACC – kluczowy enzym cyklu

SAM → ACC(substrat syntazy ACC) + MTA(wchodzi w cykl) → etylen + CO

+ H

O + HCN(inhibicja

oksydazy cytochromowej)

→ kluczowe reakcje:

•

ulenienienie

•

dekarboksylacja

•

transaminacja

→ regulacja syntezy etylenu:

–

enzym regulujący: syntaza ACC, tworzenie ACC z SAM jest etapem decydującym o stężeniu etylenu

–

zmiany stęzenia ACC w dojrzewającym owocu awokado:
▫ faza przedklimakteryjna: < 0,1 nM/g
▫ gwałtowny wzrost (do 45 nM/g) – poprzedza syntezę etylenu
▫ spadek do 5 nM/g w dojrzałym owocu

–

uszkodzenie tkanki wzmaga syntezę ACC

–

etap (system) I

: wzrost aktywności syntazy ACC → tworzą się „startowe” ilości etylenu;

etap II: etylen „startowy” indukuje aktywność enzymów rozkładających ACC → gwałtowny wzrost
stężenia etylenu;
cyjanki blokują oksydazę cytochromową; rośnie znaczenie łańcucha niewrażliwego na cyjanki (np.
dekarboksylaza jabłczanowa i dekarboksylaza pirogronianowa)

–

„ethylene response factor”
▫ transkrypcja syntazy ACC
▫ transkrypcja oksydazy ACC (EFE)
▫ transkrypcja kinazy białkowej zależnej od wapnia

–

w niedojrzałych owocach niewielkie ilości etylenu mogą być syntetyzowane z kwasów organicznych
(propionowy, masłowy)

–

inhibuje syntazę ACC (opóźnia proces dojrzewania owoców; „modyfikowana atmosfera”: 10% CO

niskie stężenie O

)

–

produkcja etylenu jest skorelowana ze stężeniem związków o charakterze nadtlenków, aktywnością
katalazy, peroksydazy i lipoksygenazy

–

inhibuje EFE i lipoksygenazę; rodniki tlenowe generowane przez lipoksygenazę aktywują EFE;

lipoksygenaza stymuluje syntezę etylenu

–

syntaza ACC jest aktywowana przez galaktozę

ZMIANA BARWY DOJRZEWAJĄCYCH OWOCÓW

Związki barwne w żywności (owocach)

→ chlorofile – zielone (rozpuszczalne w tłuszczach)
→ karotenoidy – pomarańczowe do czerwonych (jw.)
→ antocyjaniny – niebieskie do purpurowych (rozpuszczalne w wodzie)

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

Zmiany barwy:

1. utrata koloru zielonego (degradacja chlorofilu)
2. synteza i ekspozycja antocyjanin

•

etylen stymuluje degradację chlorofilu na świetle

•

etylen stymuluje biosyntezę chlorofilu w ciemności

•

etylen stymuluje biosyntezę antocyjanin na świetle

CHLOROFIL

Biostynteza chlorofilu:
→ związek prekursorowy: kwas delta aminolewulinowy (ALA)

COOH

C=O

1. synteza ALA u roślin:

1. bursztynylo-CoA + glicyna (ziemniaki, analogicznie u zwierząt do syntezy hemu)
2. glutaminian (ogórek, szpinak, pszenica, kukurydza)
3. α-ketoglukaran (2-oksyglutaran, algi)

☼ Biosynteza hemu zaczyna się od kondensacji glicyny z bursztynylo CoA, po dekarboksylacji powstaje
kwas δ-aminolewulinowy (ALA). Syntaza ALA jest kluczowa w biosyntezie hemu, transkrypcja wyłączana
hemem.

2. tworzenie porfobilinogenu

(etap 2)

ALA – – – – – dehydraza ALA (ALAD) – – – → porfobilinogen (PBG)

–

ALAD reguluje syntezę chlorofilu u roślin

☼ Syntaza porfobilinogenu (dehydraza ALA, ALAD) katalizuje kondensację dwu cząsteczek ALA tworząc
pierścień porfobilinogenu.

3. deaminacja porfobilinogenu

kondensacja 4 cząsteczek w sposób „głowa do ogona”, powstają pierścienie pirolowe, w efekcie tworzony
jest uroporfirynogen III; uczestniczy deaminaza pofrobilinogenu

☼ W hemie syntaza uroporfirynogenu III zamienia pierścień tetrapirolu na makrocykliczny
uroporfirynogen III.

4. tworzenie protoporfiryny IX

dekarboksylacja reszt kwasu octowego i propionowego na pierścieniach pirolowych; wbudowanie wiązań
podwójnych (odwodornienie)

☼ cztery reszty acetylowe w wyniku dekarboksylacji dają reszty metylowe. Oksydacyjna dekarboksylacja
zamienia 2 z 4 reszt propionowych do reszt winylowych. Oksydaza protoporfirynogenu dodaje wiązania
podwójne.

5. chelatowanie magnezem, metylacja (SAM) i synteza protochlorofylidu

wysokie stężenie ATP; potrzebny SAM

☼ ferrochelataza wbudowuje Fe2+ do protoporfiryny IX i powstaje hem

6. dosyntezowanie ogona fitolu

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

Degradacja chlorofilu:
→ trzy ścieżki degradacji:

•

akcja chlorofilazy → odcina ogon fitolu; powstaje chlorofilid i ogon fitolu; chlorofilid pozbawiony Mg

tworzy feoforbid (Mg

→ H

)

•

zmiany pH → środowisko kwaśne: zamiana Mg

na 2H

, powstaje feofityna (głęboka oliwkowa zieleń);

środowisko zasadowe: reszty fitolowe i metylowe są usuwane, powstaje chlorofilina

•

bielenie enzymatyczne (lipoksygenaza, peroksydaza lub katalaza i H

); BLANSZOWANIE inaktywuje

→ chlorofil „a” jest bardziej podatny na bielenie

KAROTENOIDY

→ fotosynteza:

•

absorpcja światła

•

fotoprotekcja

•

stabilizacja

→ żywienie:

•

antyoksydanty

•

procesy widzenia

→ ptaki, ryby:

•

odporność

•

estetyka (pociąg seksualny)

! absorbują światło niebieskie i zielone

Budowa chemiczna:

–

olbrzymie zróżnicowanie (ponad 700 związków)

–

podstawowa jednostka: izoprenoiodowy, polienowy szkielet C

–

dodatkowe elementy: metyl, pierścienie, hydroksyle, karbonyle, laktony, alleny

Klasyfikacja karotenoidów:

•

karoteny:

karotenoidy węglowodorowe (np. β-karoten, likopen)

•

ksantofile

: oksydacja karotenów, hydroksy-, epoksy-, oksy-, pochodne (np. luteina, astaksantyna,

zeaksantyna)

•

apo/diapo-karotenoidy

: usunięte pierścienie końcowe

•

norkarotenoidy:

usunięte atomy węgla (np. peridynina)

! izomery cis/trans (1056 wariantów likopenu)

Biosynteza karotenoidów:
→ dezintegracja struktury gronowej chloroplastów towarzyszy tworzenie chromoplastów, tj. miejsc syntezy
karotenoidów; prekursor: acetylo-CoA

→ schemat ogólny:

acetylo-CoA → kwas melawonowy → pirofosforan izopentenylu → pirofosforan geranylgeranylu →
pirofosforan prefytoenu → fytoen → psi-karoten → neurosporen → likopen

→ reakcja – szczegóły

•

syntetaza acetoacetylo-CoA

•

syntetaza HMG-CoA (hydroksymetyloglutaryloCoA)

•

reduktaza HMG

•

kwas mewalonowy (MVA)

•

odległe analogie (kondensacja łańcucha, redukcja): biosynteza kwasów tłuszczowych

•

nie wiem, co to, do cholery, jest, ale napiszę:

◦

WVA + ATP → MVA-5-P (kinaza mewalonowa)

◦

WVA-5-P + ATP → MVA-5-PP (kinaza 5-P-MVA)

◦

MVA-5-PP + ATP → IPP + ADP + P + CO

(dekarboksylaza mewalonowa syntetyzuje pirofosforan

izopentenylu – IPP)

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

◦

izomeraza izopentenylowa: pirofosforan izopentenylu → pirofosforan dimetyloallylu

•

reakcje transferaz prenylowych:
◦

pirofosforan izopentenylu

◦

pirofosforan geranylu

◦

pirofosforan farnezylu

◦

pirofosforan geranylgeranylu

[to jest takie waka-waka]

•

kondensacja 2 cz. GGPP (2x 20);

•

pirofosforan prefitoenu traci proton, co powoduje powstanie podwójnego wiązania przy C15

•

seria reakcji desaturacyjnych (wbudowywanie wiązań podwójnych):
fitoen → fitofluen → ζ-karoten → neurosporen → likopen

W6, 25.03.2013

[cd. poprzedniego]

•

cyklizacja jednej lub dwóch grup końcowych (otrzymujemy α-karoten lub ε-karoten, ewentualnie γ-karoten
i w efekcie …)

•

cykl ksantofilowy – polega na dobudowaniu reszty hydroksylowej do węgla przy pozycji 3 lub reszty
epoksydowej w pozycjach 5 i 6 → ksantofile (kapsorubina, kapsantyna)

Zmiany zawartości karotenoidów podczas dojrzewania

–

ciągły spadek zawartości chlorofili (α- i β-)

–

spadek zawartości karotenoidów syntetyzowanych w chloroplastach (α-, β-karoten, luteina, wiolaksantyna,
neoksantyna)

–

synteza karotenoidów w chromoplastach (kryptoksantyna, zeaksantyna)

Zmiany zawartości karotenoidów podczas przechowywania i przetwarzania

–

jako związki nienasycone podatne są na reakcje izomeryzacji i utleniania

–

akcja katalitycznej lipoksygenazy towarzyszy utrata barwy, nieprzyjemne zapachy i spadek wartości
odżywczej

–

ogrzewanie bez dostępu powietrza oraz niskie pH wywołuje izomeryzację (trans → cis) efektem której jest
spadek intensywności zabarwienia

–

karotenoidy są podatne na utlenianie nieenzymatyczne zwłaszcza w postaci odwodnionej (aw = 0,44
hamuje proces degradacji)

ANTOCYJANINY

•

związki odpowiedzialne za atrakcyjny kolor różowy, czerwony, purpurowy, niebieski kwiatów, liści,
owoców i warzyw

•

związki rozpuszczalne w wodzie, akumulowane w komórkach epidermy podczas dojrzewania

•

związki wabiące owady, ptaki (zapylanie, rozsiewanie nasion)

•

budowa glikozydowa: AGLIKON to sole flawyliowe czyli antocyjanidyny

•

rozpuszczalne w wodzie → straty podczas gotowania, blanszowania

•

reagują z metalami, np. opakowania dając szarożółte zabarwienie

•

zmiany barwy zależne od pH

Kation flawyliowy → przy -OH w miejscu 3 przyłączają się części cukrowe – glukoza, laktoza, ramnoza, ksyloza.

•

podstawowe antocyjanidyny żywności:
◦ pelargonidyna
◦ cyjanidyna (praktycznie wszędzie ;P – jeżyna, czarna porzeczka, wiśnia, truskawka)
◦ delfinidyna (czarna jagoda)
◦ peonidyna (wiśnia)
◦

petuwidyna

◦ malwidyna

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

•

stopień hydroksylacji odpowiada za odcień niebieski, stopień metoksylacji za kolor czerwony

•

intensywność barwy zależy od:
◦ natura pigmentu (budowa chemiczna)
◦ stężenie
◦ pH
◦ obecność kopigmentu
◦ obecność jonów metali

Biosynteza antocyjanin:
Trzy etapy:

1. Akcja liazy fenyloalaninoamonowej (PAL): fenyloalanina → kwas cynamonowy + NH

2. Kwas cynamonowy + 3CH3-CO~SCoA → chalkon
3. Izomeryzacja: chalkon → flawon

→ biosynteza antocyjanin stymulowana jest przez światło i niskie temperatury
→ podlega zjawisku podlega fotoregulacji przez fitochromy
→ fitochrom: fotoreceptor roślinny występujący w dwóch formach: nieaktywnej fizjologicznie, absorbującej przy
664 nm oraz aktywnej fizjologicznie absorbującej daleką czerwień 730 nm
→ fitochromy występują w membranach komórkowych i kontrolują:

•

aktywny transport

•

hormony związane z membraną

•

białka związane z membraną

•

biosyntezę antocyjanin

Wpływ procesów przetwarzania żywności na antocyjaniny

•

utrata barwy: termiczna, chemiczna (zakwaszenie), biochemiczna

•

enzymy dekoloryzujące („bielące”):
◦ oksydazy polifenolowe
◦ peroksydaza

INAKTYWOWANE BLANSZOWANIEM

◦ antocyjanaza

•

stabilność barwy zależy także od:
◦ stężenia tlenu
◦ jonów metali
◦ pH

•

odbarwianie przechowalnicze: w wyniku degradacji form ketonowych antocyjanin podczas długotrwałego
przechowywania powstaje brązowy precypitat

•

tworzenie kompleksów ze związkami polifenolowymi, aminokwasami, jonami metali stabilizuje barwę

WITAMINA C

–

witamina C (kwas askorbinowy), syntetyzowana przez wiele roślin jest istotnym komponentem diety
człowieka

–

jest przeciwutleniaczem, wzmacnia system odpornościowy

–

jest konieczna do bioprzyswajalności żelaza

–

większość zwierząt syntetyzuje endogenny kwas askorbinowy; człowiek nie posiada enzymu
oksydoreduktazy L-gulono-1,4-laktonu [EC 1.1.3.8]

Biosynteza witaminy C:

•

amplifikacja genu GalUR zwiększa zdolność rośliny do biosyntezy witaminy C:

1. izolacja i charakterystyka genu GalUR z truskawki
2. amplifikacja genu metodą PCR
3. klonowanie do wektora binarnego pod kontrolę promotora 35S CaMV
4. transformacja E. coli; przeniesienie do Agrobacterium
5. wprowadzenie wektora do rośliny Arabidopsis thaliana metodą transformacji z Agrobacterium

tumefaciens

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

6. Arabidopsis thaliana syntetyzuje 3x więcej witaminy C

•

szlak:

pektyna

kwas D-galakturonowy

kwas L-galakturonowy

lakton kwasu 1,4-L-galaktonowego

kwas askorbinowy

Recykling zużytej witaminy C u roślin:
→ w wyniku utleniania kwasu askorbinowego tworzony jest monodehydroaskorbinian, a z niego
dehydroaskorbinian (DHA); reduktaza monodehydroaskorbinianowa wykazuje zdolność do redukcji
monodehydroaskorbinianu do kwasu askorbinowego, zaś reduktaza dehydroaskorbinianowa (DHAR) wykazuje
zdolność do redukcji dehydroaskorbinianu do kwasu askorbinowego; jest jeszcze reduktaza glutationowa,

ale

cholera wie, po co nam ona!

[2G-SH + NADH → G-S-S-G + NADPH]

GLUTATION = γ-glutanylo-cystynylo-glicyna

G-S-S-G →

Amplifikacja DHAR:

1. izolacja cDNA DHAR z pszenicy
2. transformowanie tytoniu (Agrobacterium) i kukurydzy (bombardowanie)
3. wektor binarny pBI101 ze znacznikiem his dołączony został pod kontrolę promotora 35S CaMV (tytoń); u

kukurydzy wykorzystano promotor ubichitynowy (Ub) i wektor pACH18, bombardowano tkankę kalusową

4. amplifikacja: tytoń 32x, kukurydza ok. 100x
5. czterokrotnie podwyższona zdolność do biosyntezy witaminy C u obu roślin

ZMIANY SMAKOWITOŚCI DOJRZEWAJĄCYCH OWOCÓW I WARZYW

Smakowitość (flavour) – suma interakcji pomiędzy zapachem (aroma) i smakiem (taste).

•

podstawowe związki decydujące o smaku to związki nielotne: cukry, kwasy organiczne

•

podstawowe związki decydujące o zapachu to związki lotne:
◦ aldehydy
◦ alkohole
◦ estry
◦ laktony
◦ terpeny
◦ związki siarki

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

ZAPACH (aroma):

•

podczas dojrzewania owoców (ripening, maturation) zapachowe związki lotne tworzone są z białek,
lipidów, witamin i węglowodanów

•

krótkołańcuchowe nienasycone aldehydy i alkohole są istotną częścią lotnych związków zapachowych
syntetyzowanych podczas dojrzewania owoców (faza klimakterium) zasadniczo z:
◦

aminokwasów

◦

kwasów tłuszczowych

•

biosynteza alkoholu izoamylowego (3-metylo-1-butanol) z L-leucyny

W7, 08.04.2013

ZAPACH (cd.)

•

biosynteza alkoholu izoamylowego z L-leucyny w owocach pomidora

1. transaminacja (deaminacja) → kwas α-ketoizokaproikowy
2. dekarboksylacja → 3-metylo-1-butanal
3. hydrogenacja → alkohol izoamylowy (3-metylo-1-butanol)

•

W czasie dojrzewania owoców obserwowano spadek zawartości kwasu linolowego i linolenowego. W
procesie tym uczestniczy lipoksygenaza (enzym endogenny owoców), której inhibitorem jest H

SMAK (taste)

•

Charakterystyczny smak owoców jest wynikiem syntezy cukrów prostych oraz syntezy kwasów
organicznych.

•

Stosunek stężenia cukrów do kwasów jest indeksem dojrzłaości dla wielu owoców.

•

Inne związki mające istotny wpływ na smak to taniny, które dzielą się na:
◦

hydrolizowalne (do kw. galusowego i glukozy)

◦

niehydrolizowalne (nadają cierpkość owocom niedojrzałym)

•

Zanik cierpkości podczas dojrzewania:
◦

reakcja tanin z aldehydem octowym

◦

reakcja tanin z białkami

•

Parametry dojrzałości jabłek: sacharoza, kwas-L-jabłkowy, profil białkowy

Konwersja skrobia → cukier:

•

Cukry i „skrobia tymczasowa” syntetyzowane u roślin podczas fotosyntezy przekształcane są do sacharozy

•

W formie sacharozy cukry są transportowane do tkanek, gdzie są deponowane jako skrobia.

Konwersja sacharoza → skrobia:

1. sacharoza + UTP → UDP-Glu + fruktozo-1-P (transferaza glukozylowa: sachroza, UDP-Glu)
2. fruktozo-1-P → glukozo-1-P (heksokinaza, fosfoglukoizomeraza, fosfoglukomutaza)
3. glukozo-1-P + ATP (UTP) → ADP-Glu (UDP-Glu) + PPi (pirofosforylaza ADP-glukozy)
4. PPi + H2O → Pi +Pi (alkaliczna fosfataza)
5. ADP-Glu (UDP-Glu) + primer (Gn) → glukozyloprimer (Gn+1) + ADP (syntetaza amylozy)
6. sacahroza +H2O → glukoza + fruktoza (inwertaza)
7. fruktozo-6-P + UDP-Glu → sacharozo-P + UDP (syntetaza sacharozy)
8. skrobia + H2O → maltoza + H2O → glukoza: hydroliza
9. skrobia + H3PO4 → glukozo-1-P: fosforoliza

Konwersja sacharoza → skrobia:

•

w okresie po zbiorze owoców skrobia jest przekształcana do sacharozy, glukozy i fruktozy

•

intensywność przemiany zależy od temperatury i czasu

•

zmiany zawartości skrobi w owocach w okresie klimakterium mogą być drastyczne

•

banany niedojrzałe (22%, skrobia oporna) → banany dojrzałe (1%)

•

skrobia oporna – nie podlega hydrolizie enzymatycznej w przewodzie pokarmowym, jedynie jest
fermentowana przez mikroorganizmy w końcowym odcinku (tak jak niestrawne polisacharydy
nieskrobiowe, takie jak glukany, ksylany itp.)

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

•

aktywność fosforylazy w ziemniakach przechowywanych w 4ºC jest wzmocniona → zimna słodkość,
brunatna barwa czipsów (temp. przechowywania > 10ºC)

Kwasy organiczne

•

Maksimum syntezy kwasów zachodzi podczas wzrostu owoców na drzewie. Podczas przechowywania
zawartość kwasów spada z intensywnością zależą od temperatury

•

Źródłem kwasów organicznych jest cykl Krebsa

•

Pomarańcze, cytryny i truskawki (gł. kwas cytrynowy)

•

Jabłka, gruszki, śliwki (gł. kwas jabłkowy)

•

Istotnym kwasem organicznym jest również kwas askorbinowy.

•

Kwas szczawiowy

•

W czasie dojrzewania owoców spadkowi zawartości skrobi towarzyszy spadek stężenia kwasów
organicznych (kwasowości)

PRZECHOWYWANIE OWOCÓW I WARZYW

1. Schładzanie (cold storage)
2. Przechowywanie w atmosferze kontrolowanej (obie metody są drogie)
3. W kontrolowanej atmosferze (niskie stężenie O2) hamowane są zjawiska respiracji, dojrzewania, żółcenia
4. Warunki atmosfery kontrolowanej zależą od rodzaju owoców i warzyw.

•

Metoda Ben-Yehoshua (1979) indywidualne pakowanie owoców w celu wytworzenia mikroatmosfery
przechowalniczej. Stosowana folia polietylenowa wysokiej gęstości nieprzepuszczalna dla wilgoci
◦

Zalety: wydłużony czas przechowywana, zmniejszone ubytki masy, zmniejszone przebarwienie

•

Stosuje się także powłoki woskowe lub olejowe na powierzchni owoców.

Ziemniaki 7-10ºC, 90-95% wilgotności względnej
Cebula 1-3ºC, 70-75% wilgotności względnej
Zawartość fruktozy jest dla cebuli wskaźnikiem jakości przechowalnicznej – nie powinna być za niska. Jest to
związane z aktywnością inwertazy w tkance

ZMIANY TEKSTURY DOJRZEWAJĄCYCH OWOCÓW I WARZYW

Tekstura

•

Tekstura owoców i warzyw jest związana ze strukturą i organizacją roślinnych ścian komórkowych oraz
międzykomórkowymi związkami cementującymi

•

Struktura ścian komórkowych była przedmiotem wielu badań i obecnie uważa się, że roślinne ściany
komórkowe zbudowane są z:
◦

fibryli celulozowych zlokalizowanych w matrycy

◦

związków pektynowych

◦

hemicelulozy

◦

białek

◦

ligniny

◦

niskocząsteczkowych związków rozpuszczonych

◦

wody

Budowa ściany komórkowej wg Hayashi (1989)
Białka bogate w hydroksyprolinę są powiązane kowalencyjnie ze związkami pektynowymi poprzez ksyloglukan.

•

W dojrzałych owocach nie występuje wtórna ściana komórkowa

•

Podczas dojrzewania owoców zmiany tekstury (spadek jędrności) związane są z rozkładem (enzymatyczną
degradacją) składników pierwotne ściany komórkowej

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

•

Dojrzewanie warzyw związane jest z utwardzeniem struktury związanym z budową wtórnej ściany
komórkowej - głównie z depozycją ligniny.

Składniki ściany komórkowej:

•

Celuloza
◦

tworzy agregaty liniowe – fibryle

◦

wiązania β-1,4-glikozydowe

◦

fibryle celulozowe tworzą obszary krystaliczne i amorficzne

◦

łańcuchy celulozy stabilizowane są wiązaniami wodorowymi pomiędzy hydroksylami węgla C6
jednego łańcucha i tlenem glikozydowym łańcucha sąsiedniego

•

Związki pektynowe
◦

stanowią ½ suchej masy pierwotnej ściany komórkowej owoców i warzyw

◦

łańcuchy α-D-galakturonowego lub jego estru metylowego – połączonego wiązaniami α-1,4-
glikozydowymi i inkrustowane resztami L-ramnozylowymi

◦

→ ramnogalaktouran

•

Pektyna
◦

współczynnik metylacji pektyn ??

◦

polisacharydy strukturalne roślinnych ścian komórkowych

◦

segmenty „gładkie” (łańcuchy częściowo zmetylowanego kwasu α-1,4-galakturonowego
(ramnogalakturonany 1)

◦

segmenty włochate (hairy) łańcuchy kwasu α-1,4-galakturonowego oraz α-1,2 ramnozy z bocznymi
rozgałęzieniami arabinozy i galaktozy. (ramnogalakturonany 2 i 3)

◦

demetylacja → grupy kwasowe zjonizowane

◦

grupy te odpychają się nawzajem, co daje strukturę spirali i w konsekwencji żel

◦

żele niskometylowe stabilizują kationy dwuwartościowe, np. Ca2+; wiązania jonowe tworzą się
między łańcuchami; odwracalne

◦

żele wysokozmetylowane – żel tworzy się przez dodatek sacharozy; sacharoza odwadnia pektynę →
reszty metoksylowe oddziałują między sobą, oddziaływania hydrofobowe; nieodwracalne

pektyny owoców cytrusowych i jabłek charakteryzuje najwyższy stopień metylacji (ok.90%) i są to pektyny
najbardziej wartościowe technologicznie.

W8, 15.04.2013

•

Hemicelulozy
→ ksylany
→ mannany
→ glukomannany
→ galaktomannany
→ galaktany
→ arabogalaktany

•

Ligniny
◦

syntetyzowane na etapie tworzenia wtórnej ściany komórkowej (dojrzałe warzywa)

◦

polimery jednostek fenylopropanoidowych

◦

biosynteza lignin rozpoczyna się od hydrolizy glikozydów alkoholi cynamylowych: kumarylowego,
koniferylowego, synapilowego

◦

biosynteza lignin:

1. wolne alkohole tworzą się z odpowiednich glukozydów z udziałem bete-glukozydaz
2. alkohole cynamylowe są atakowane przez peoksydazę w miejscu niepodstawionej reszty p-OH

z wytworzeniem rodników O-

3. rodniki są zdolne do łączenia się z nienasyconymi związkami dalszych cząsteczek alkoholi

cynamylowych

4. możliwe reakcje z sacharydami (hemicelulozy)
5. wolne grupy OH ulegają metylacji oraz estryfikacji z udziałem kwasów cynamylowych

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

Biosynteza ściany komórkowej

1. glukoza + ATP → glukozo-1~P + ADP
2. glukozo-1~P + ATP → ADP-glukoza +P-P

lub

3. glukozo-1~P +UTP → UDP-glukoza + P-P
4. ADP-glukoza (UDP-glukoza) + primerGn → glukozyloprimer (Gn+1) + ADP

Degradacja ściany komórkowej

•

mięknięcie owoców podczas dojrzewania jest związane z degradacją związków pektynowych

•

zmniejszenie stężenia pektyn nierozpuszczalnych tzw. „protopektyny”

•

zwiększenie stężenia pektyn rozpuszczalnych

Enzymatyczna degradacja pektyn

–

czy istnieje protopektynaza (??)

–

poligarakturonaza EC. 3.2.1.15 – depolimeryzuje ramnopoligalakturoniany; jest endo- (tnie na bokach
łańcucha; w owocach dojrzałych) i egzo- (tnie w środku łańcucha; w owocach niedojrzałych); nie działa w
przypadku pektyn mocno zmetylowanych

–

esteraza pektynianowa (PME) EC. 3.1.1.11 – hydrolizuje reszty metylowe, które występują w cząsteczkach
ramnopoligalakturonianu, skutkuje to wytworzeniem metanolu
▫ pectin methyl esterase: aktywność szeroko rozpowszechniona szczególnie w owocach bananów,

truskawek, brzoskwini

▫ nie odgrywa istotnej roli w procesie mięknięcia owoców, ponieważ jest aktywna także u owoców

niedojrzałych (banany, pomidory)

▫ w owocach awokado – drastyczny spadek aktywności PME przed dojrzewaniem: 50% spadek

aktywności poprzedza klimakterium oddechowej

▫ uważa się, że demetylacka pektyn jest konieczna dla akcji PGA

–

liaza pektynianowa – też depolimeryzuje, ale bez udziału wody; niewrażliwa na stopień metylacji pektyny

•

w dojrzewających owocach dochodzi do degradacji CELULOZY przez kompleks hydrolityczny
endogennych celulaz

INSOLUBLE

CELLULOSA

CELLULASE

SOLUBLE

CELLULOSE

DERIVATIVES

CELLULASE

CELLULOBIOSE

CELLOBIASE

(

-1,4,-

GLUCOSIDASE

)

GLUCOSE

•

wpływ hormonów roślinnych (etefon, kwas giberelinowy) na aktywność celulazy i twardość owców
pomidora

•

mechanizmy degradacji kompleksu ligninocelulozowego wg Leonowicza:
•

lignina → pochodne metoksyfenylowe (LIGNINAZA)

•

pochodne metoksyfenylowe → chinony (lakkaza)

•

polisacharydy → glukoza (glikozydazy)

•

glukoza + chinony → difenole + glukozo(ksylano)lakton (oksydaza glukozowa, ksylozowa)

•

glukono(ksylano)lakton → cylk pentozofosforanowy

•

difenole + O2 → oksokwasy (dioksygenazy)

•

oksokwasy → cykl Krebsa

•

β-galaktozydaza
•

w czasie dojrzewania owoców następuje spadek stężenia galaktozy w strukturach ściany komórkowej

•

rozkład β-1,4-galaktanów

•

zamrażanie eliminuje aktywność β-galaktozydazy

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

ZBOŻA

→ główne źródło żywności na świecie, dostarczają ludzkości: 70% energii, 50% białka
→ w krajach wysoko rozwiniętych następuje relatywny spadek konsumpcji produktów zbożowych, które mimo to
dostarczają: 20% białka, energii, Mg i Zn, 30-40% węglowodanów i Fe, 20-30% ryboflawiny i niacyny, 40%
tiaminy
→ główne zboża:

–

pszenica

–

kukurydza

–

jęczmień

–

owies

–

ryż

→ wspólna cecha: nasiona zawierają depozyty (ziarna) skrobiowe
→ produkcja światowa (w tysiącach ton)

–

pszenica 510

–

kukurydza 490

–

jęczmień 178

–

owies 45

–

ryż 466

W9, 22.04.2013

Struktura ziarna zbożowego:

→ tkanki:

–

zarodek

–

endosperma – miejsce rezerw (rezerwy te uruchamiane są w procesie kiełkowania zarodka):

•

energetycznych (ziarna skrobiowe) → skrobia jest odkładana w plastydach tworząc tzw. amyloplasty;
w dojrzałej endospermie pszenicy, jęczmienia i żyta skrobia jest odkładana w postaci dwóch różnych
rodzajów ziaren różniących się wielkością:
–

ziaren pierwotnych [typ A o średnicy od 20 do 45 μm, stanowią 3% ogólnej ilości, 50-70% masy]

–

i ziaren wtórnych [typ B, o średnicy <10 μm, 97% ilości, 20-50% masy]

Wyizolowane ziarna skrobiowe obu typów zawierają także białka, z których część jest łatwo
wymywalna wodą, reszta roztworami soli.

~wiskoamylograf – urządzenie do badania zmian lepkości związanych ze zmianami
temperaturowymi [kleikowanie – wiskoamylogram; punkt kleikowania (temperatura gdzie lepkość
gwałtownie wzrasta, bo rozpadają się ziarna skrobiowe i skrobia się wylewa); temperatura
kleikowania (max. lepkość)]

Ziarna skrobiowe zawierają również hemicelulozy: ksylany (polimery ksylozy [pentozy], które
stanowią istotny element strukturalny)(gł. we frakcji hemiceluloz pszenicy i pszenżyta) i β-glukany (gł.
w ziarnach żyta i jęczmienia). Są one zdolne do wiązania wody, aż do tworzenia żeli.

•

białkowych (ciała białkowe)

–

warstwa aleuronowa – synteza enzymów koniecznych do uruchomienia rezerw endospermy

–

okrywa nasienna

SKROBIA

Skład chemiczny skrobi:

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

•

amyloza – liniowy łańcuch α-1,4-glukopiranozy; DP: 180-320, MW~106; rzadkie rozgałęzienia co około
200 jednostek glukozowych

•

amylopektyna – liniowy α-1,4-glukan z rozgałęzieniami α-1,6 co około 20 jednostek glukozowych;
WM~108

•

amyloza:amylopektyna => 1:3
•

skrobie woskowe: 99% amylopektyny

•

amyloskrobie (matacje) …. ?

Biosynteza skrobi:

1. sacharoza + UDP → UDP-glukoza + fruktozo-1-P [transferaza glukozylowa sacharoza:UDPGlu]
2. fruktozo-1-P → glukozo-1-P [I. heksokinaza; II. fosfofruktoizomeraza, III. fosfoglukomutaza]
3. glukozo-1-P + ATP (UTP) → ADP-glukoza (UDP-glukoza) + PPi [pirofosforylaza ADP-glukozy]
4. ADP-glukoza (UDP-glukoza) + primer (Gn) → glukozyloprimer (Gn+1) + ADP [syntetaza skrobi

(amylozy)]
------------------------

5. sacharoza –H

O→ glukoza + fruktoza [inwertaza]

6. frruktozo-6-P + UDP-glukoza → sacharoza-P + UDP [syntetaza sacharozy]

skrobia –H

O→ maltoza –H

O→ glukoza (hydroliza) [amylazy]

skrobia +H

→ glukozo-1-P (fosforoliza) [fosforylaza]

! kluczowe enzymy:

•

pirofosforylaza ADP-glukozy

•

alkaliczna pirofosfataza

→ zmiany aktywności pirofosforylazy ADP-glukozy i alkalicznej pirofosfatazy w czasie dojrzewania ziarna
[rysunek]:
(anthesis – dojrzałość pyłkowa rośliny; czas otwarcia kwiatu)

–

7 dni po anthesis: niski poziom skrobi

–

14 dni: translokacja skrobi tymczasowej z chloroplastów do amyloplastów – konwersja skrobi do
sacharozy, transport i konwersja sacharozy do skrobi; gwałtowny wzrost poziomu skrobi, wysoki poziom
utrzymuje się

–

21 dni: aktywność inwertazy spada do zera, maksymalna aktywność syntetazy skrobi

Synteza amylopektyny:

•

enzym wprowadzający rozgałęzienia α-1,6-glikozydowe w strukturę α-glukanu to Q-enzym EC. 2.4.1.18;
Q-enzym losowo łączy liniowe odcinki glukanowe

•

amyloza i amylopektyna syntetyzowane są równocześnie z wydajnością względną 1:4

•

Q-enzym jest hamowany przez fosfolipidy; pochodne fosfolipidowe amylozy unikają rozgałęzień

Końce amylozy → redukujący i nieredukujący.
Struktura amylozy → spirala z dziurą, w którą wchodzą fosfolipidy → kompleksy amylozo-lipidowe, występujące
szczególnie w skrobi zbożowej (pszenicznej); najmniej w ryżu, kukurydzy
~owies – najwięcej tłuszczu

BIAŁKA

Ciała białkowe

•

organella komórkowe związane z membranami zawierające białka zapasowe ulokowane w endospermie
skrobiowej (plus ew. krople tłuszczu – liposomy)

•

ciała białkowe występują także w warstwie aleuronowej gdzie pełnią funkcje związane z syntezą i sekrecją
enzymów do endospermy

•

synteza ciał białkowych odbywa się na szorstkim retikulum endoplazmatycznym z aktywnym udziałem
aparatu Golgiego

Etapy syntezy białka w ziarnach zbóż:

1. szybki podział komórek przy niskim poziomie syntezy białka

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

2. zanik podziału komórek; wzrost ilościowy szorstkiego retikulum endoplazmatycznego
3. wzrost poziomu transkrypcji mRNA i translacji
4. synteza białek i ich asocjacja z pęcherzykami Golgiego
5. zwolnienie syntezy białek i koalescencja pęcherzyków
6. utrata membran i dalsza koalescencja

Klasyfikacja białek roślinnych wg Osborna (1895)

•

albuminy – rozpuszczalne w wodzie (zwłaszcza w pszenicy)

•

globuliny – rozpuszczalne w roztworach soli (zwłaszcza w owsie)

•

prolaminy – rozpuszczalne w 70% EtOH (bardzo typowe białka zbożowe)

•

gluteliny – rozpuszczalne w rozcieńczonych zasadach (zwłaszcza w ryżu)

Prolaminy zbożowe:

•

pszenica – gliadyna

•

kukurydza – zeina

•

jęczmień – hordeina

•

owies – awenina

TŁUSZCZE ZBOŻOWE

–

sferosomy (liposomy) – warstwa aleuronowa, krople bogate w triacyloglicerole

–

lipidy monoacylowe i fosfolipidy w ziarnach skrobiowych endospermy

–

korelacja między zawartością amylozy i lipidów, skrobia woskowa → znikoma zawartość lipidw,
amyloskrobia → bogata w lipidy

–

główne kwasy: linolowy, olejowy, palmitynowy, linolenowy

W10, 06.05.2013

Zawartość tłuszcz w ziarnach zbóż:

–

pszenica 1,8%

–

owies 5,4%

–

kukurydza 0,4-1,7%

BIOSYNTEZA TŁUSZCZU

I. biosynteza kwasów tłuszczowych: kompleks syntetazy kwasów tłuszczowych
II. estryfikacja glicerolu

→ tłuszcze stanowią pierwsze źródło energii podczas kiełkowania zarodka

Przemiany glicerolu:

1. aktywacja kinazą glicerolową (transferaza):

glicerol + ATP → 3-P-glicerolu + ADP

2. utlenianie (dehydrogenacja) dehydrogenazą 3-P-glicerolową

3-P-glicerolu + NAD+ → 3-P-dihydroksyaceton (3-fosforan gliceraldehydu) + NADH + H+

KATABOLIZM: 3-P-dihydroksyaceton → kwas pirogronowy (glikoliza), oksydacyjna dekarboksylacja,
cykl Krebsa, łańcuch oddechowy
ANABOLIZM: 3-P-dihydroksyaceton → 1,6-bisfosforan fruktozy, aldolaza bisfosforanu fruktozy
[glukoneogeneza]

Utlenianie kwasów tłuszczowych (β-oksydacja):

1. [aktywacja] synteza acylo-koenzymu A

RCOOH + ATP → ACOO-AMP +P-P
RCOO-AMP + CoA-SH → RCO~S-CoA + AMP

2. [odwodordnienie] dehydrogenaza acylo-CoA

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

R'-CH

-CH

-CO~S-CoA + FAD ↔ R-CH=CH-CO~SCoA + FADH

3. [hydratacja] hydrataza enoilo-CoA

R-CH=CH-CO~S-CoA + H

O ↔ R-CHOH-CH

-CO~S-CoA

4. [odwodorowanie II] dehydrogenaza 3-hydroksyacylo-S-CoA

R-CHOH-CH

-CO~S-CoA + NAD+ ↔ R-CO-CH

-CO~S-CoA + NADH + H

5. acylotransferaza

R-CO-CH

-CO~S-CoA + CoA-SH ↔ R'-CO~S-CoA + CH

-CO~S-CoA

Bilans energetyczny β-oksydacji:
→ kwas palmitynowy C

16:0

tutaj jest coś co ma Kasia:)

Biosynteza KT jest odwrotna do β-oksydacji kwasów tłuszczowych.

Desaturazy
→ kiedy szkielet węglowy osiągnie 16 atomów węgla i zostanie dany jako primer 16-sto węglowy na sulfhydryl, to
specjalny enzym uwalnia resztę -SH z kompleksu, dlatego podstawowym kwasem tłuszczowym jest kwas
palmitynowy (C

16:0

). Oznacza to, że zarówno krótsze jak i dłuższe kwasy są generowane z kwasu palmitynowego, a

po wtóre kwasy nienasycone generowane są z kwasów nasyconych w wyniku akcji katalitycznej enzymów
zwanych DESATURAZAMI
→ wielonienasycone długołańcuchowe kwasy tłuszczowe zaczynają się od C

16:1

a kończą na C

24:5

; są

syntetyzowane w wyniku ciągu reakcji elongacyjnych i desaturacyjnych
→ dla człowieka dobre są kwasy ω-3 – czyli jeśli wiązanie podwójne jest trzecie od węgla ω czyli ostatniego

KIEŁKOWANIE ZBÓŻ

–

przemysł wykorzystujący zjawisko kiełkowania: słodownictwo

–

przemysł, gdzie kiełkowanie jest wysoce niepożądane: piekarstwo

–

uwaga natury lingwistycznej :)
kiełkowanie = germination – kiełkowanie zarodka, sproutning, sprouting – porastanie w kłosach
→ obniżenie wydajności zbioru
→ spadek jakości mąki

Enzymatyczny rozkład skrobi:
Akcja katalityczna:

•

α-amylaz (endoamylaza – hydroliza wiązań typu α-1,4 [nie hydrolizuje α-1,6])

•

β-amylaz roślinnych (egzoamylaza – rozpoczynają od końca nieredukującego i generują maltozę [wiązania
α-1,4], enzym maltozogenny; co więcej po napotkaniu rozgałęzienia akcja enzymu się zatrzymuje –
zostanie β-dekstryna graniczna)

•

glukoamylazy mikrobiologicznej (egzoamylaza, zaczyna od końca nieredukującego, trawi wiązania α-1,4 i
α-1,6, jest to enzym glukogenny – tj. generuje się glukoza; taki enzym posiadają tylko mikroby)

na amylozę i amylopektynę.

Łańcuchy biopolimerów:
red----------------------------niered

→ cukry

N------------------------------C

→ białka

5'------------------------------3'

→ kwasy nukleinowe

! enzymy typu endo- → dzielą na pół (szybki spadek lepkości)
! enzymy typu egzo- → odszczepiają z końca (jedne wolą koniec red a inne niered) albo po kolei wiązania, albo co
drugie wiązanie (powolny spadek lepkości, szybki wzrost redukcyjności)

W11, 13.05.2013

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

[cd. kiełkowania]

Biosynteza α-amylazy w ziarnach zbóż:

•

w zarodku produkowany jest hormon roślinny – kwas giberelinowy (GA3), który włącza syntezę de novo
α- amylazy w warstwie aleuronowej

•

wzrost stężenia mRNA α-amylazy

•

inny hormon roślinny – kwas abscysynowy – występuje w warstwie aleuronowej i inhibituje translację
α- amylazy

•

: działa ochronnie na syntezę α-amylazy, chroni przed ABA

•

α-amylaza występuje w ziarniach pod postacią izoenzymów: α-AMYI i α-AMYII

•

α-AMYI: jest silnie hamowana przez ABA

•

α-AMYII: biosynteza silnie stymulowana przez GA3

•

α-amylaza wydzielana jest z warstwy aleuronowej do endospermy, gdzie zachodzi hydroliza skrobi,
towarzyszy temu naruszenie struktury ziarna skrobi (ale nie likwidacja), wzrost stężenia cukrów
redukujących

Wpływ porastania ziarna na jakość mąki:

–

gorsze własności wypiekowe mąki: mniejsza zdolność wchłaniania wody

–

zbyt wysoka aktywność α-amylazy w mące jest niepożądana

–

istnieje pewne optimum aktywności

–

klimat ciepły i wilgotny (podatność na porastanie, wysoka aktywność α-amylazy):
•

mniejsza zdolność wchłaniania wody

•

otwarta struktura miękiszu

•

mała siła miękiszu

•

intensywny kolor skórki

•

lepkie bochny

•

zamulanie maszyn formujących

–

klimat suchy (zbyt niska aktywność α-amylazy):
•

niska produkcja dekstryn

•

niska zdolność wytwarzania i retencji CO

•

mały wymiar bochna

•

niedobarwienie skórki

Liczba opadania – wskaźnik aktywności α-amylazy w ziarnie lub mące [falling number] – odpowiada czasowi
(w sec) potrzebnemu do opadnięcia mieszadełka w skleikowanej zawiesinie mąki lub śruty (7g + 25 ml wody)
w probówce reakcyjnej aparatu Hagberga. Dla mąk o dużej aktywności α-amylazy l.o. jest niewielka: dla mąk
żytnich <70 s, dla pszennych < 80s; dla mąk o niskiej aktywności α-amylazy odpowiednio 250 i 300 s. l.o. jest
wykorzystywana do oceny jakości technologicznej ziarna, optymalna wynosi ok. 200 s.

Endogenna α-amylaza ziaren:

•

możliwe korekty aktywności

•

jeżeli zbyt niska: możliwość suplementacji mąki grzybową α-amylazy z Aspergillus oryzae (ale nie
bakteryjną!) → wynika z termostabilności α-amylazy, która jest zbliżona do endogennej (zaś bakteryjna
jest dużo bardziej stabilna i wyjdą karmelki ;D)

•

jeżeli zbyt wysoka: dodatek inhibitorów, np. fosforan trójsodowy, kwas cytrynowy, kwas askorbinowy

Mobilizacja białek w czasssie kiełkowania:

•

kiełkowanie ziarna pszenicy, jęczmienia, owsa, ryżu powoduje wzrost stężenia aminokwasów niezbędnych
np. lizyny i tryptofanu

•

wzrost stężenia tych aminokwasów jest bezpośrednio związany z zawartością prolamin w ziarnie

•

…

•

w czasie kiełkowania ma miejsce mobilizacja białek zapasowych, znacząca proteoliza, która określa
stopień podkiełkowania ziarna, oprócz aminokwasów wytwarzane są niskocząsteczkowe peptydy

•

aktywacja enzymów proteolitycznych, głównie egzopeptydaz (karboksypeptydaz) endospermy;
endopeptydazy wykazują ograniczone aktywności

•

wzrost aktywności lipazy, zwłaszcza lipazy triacyloglicerolowej EC. 3.1.1.30

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

•

najwyższą aktywność lipazy wykazuje ziarno jęczmienia (nie owsa!)

•

wzrost aktywności lipazy ma miejsce głównie w warstwie aleuronowej; w endospermie nie występuje.

Problemy analizy aktywności lipazy:

–

nierozpuszczalność substratu w wodzie

–

odmienna kinetyka reakcji: stopień dyspersji a nie stężenie substratu decyduje o szybkości reakcji (lipaza
łączy się z substratem na granicy faz)

–

rozwiązania:
✗

substraty syntetyczne rozpuszczalne w wodzie np. PNP-maślan

✗

stabilne emulsje oleju oliwkowego

✗

metody radiochemiczne, znaczone radiochemicznie reszty kwasów tłuszczowych w substratach

PRZECHOWYWANIE ZIARNA

→ przemiany biochemiczne w składowanych ziarnach zbóż zależy głównie od intensywności transpiracji
→ intensywność transpiracji zależy od różnych czynników (temperatura, stężenie tlenu) lecz głównie od

wilgotności ziarna

→ w ziarnie suchym transpiracja zanika
→ graniczna wartość wilgotności ziarna to 14%; powyżej tej wartości:

◦

transpiracja gwałtownie rośnie

◦

wzrost intensywności oddychania i ciepła wydzielanego przez ziarno

◦

wzrost podatności na rozwój pleśni, głównie Aspergillus i Penicillium

→ suche ziarno pobiera wilgoć z otoczenia aż do uzyskania stanu równowagi
→ zależność między wilgotnością względną powietrza i zawartością wilgoci w ziarnie określa izoterma

sorpcji

→ po osiągnięciu 80% wilgotności względnej powietrza zawartość wilgoci w ziarnie rośnie wykładniczo z

dalszym wzrostem wilgotności otoczenia

→ 70% wilgotności względnej – wartość bezpieczna
→ 75% – powyżej tej wartości stymulowany jest wzrost mikroorganizmów
→ w warunkach klimatu wilgotnego, deszczowej pogody w czasie zbioru, ziarno musi być suszone po zbiorze

przed przechowywaniem

→ temperatura przechowywania: wartość krytyczna 16 ºC
→ optymalne warunki przechowywania:

◦

w temperaturze 4,5 ºC przy wilgotności ziarna 13%, ziarno może być przechowywane przez długi czas
(np. 16 lat) bez strat wartości odżywczej (witamina B1) i zmian jakości wypiekowej mąki

MLEKO

Mleko – (wg United States Public Health Service) wolna od colostrum (siary) wydzielina gruczołów mlecznych
jednej lub więcej zdrowych krów zawierająca nie mniej niż 8,25% suchej wartości substancji beztłuszczowej i nie
mniej niż 3,25% tłuszczu mlecznego.

Mleko – skład chemiczny (%)

•

woda 86-88 88

•

tłuszcz

•

białko

•

laktoza

•

związki mineralne

•

sucha substancja

Sucha masa beztłuszczowa:
białko

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

Kuźwa!

Czynniki wpływające na skład chemiczny mleka:

•

rasa bydła

•

pora roku

•

stadium laktacji

•

żywienie

•

wiek (bydła)

•

częstotliwość udoju

Tłuszcz mleka :

•

kuleczki tłuszczu o średnicy 0,1-20 μm otoczone międzyfazową warstwą membrany globuli tłuszczowej,
milk fat globule membrane (MFGM)

•

kuleczki lub kropelki tłuszczu tworzą w mleku suspensję

•

mają niską gęstość dlatego powoli wypływają na powierzchnię tworząc warstwę śmietany

•

aby przyspieszyć proces flotacji tłuszczu stosuje się wirówki, które oddzielają fazę śmietany –
otrzymujemy mleko odłuszczone

•

w procesie homogenizacji kulki tłuszczu zostają zmniejszone i pozostają w stanie suspensji

•

w procesie zmaślania kulki tłuszczu łączą się ze sobą tworząc masło

MFGM – skład:

•

triacyloglicerole

•

diacyloglicerole

•

monoglicerole

•

fosfolipidy

•

ślady estrów cholesterolu

•

pod powierzchnią membrany znajduje się białko enzymu oksydazy ksantynowej, zaś na powierzchni
zewnętrznej – 5'-nukleozydaza

Biosynteza tłuszczów mleka

•

większość kwasów tłuszczowych C16-C18 pochodzi z tłuszczów diety (żywienie) czerpanych
z krwioobiegu, kwasy C4-C14 są syntetyzowane de novo w gruczole mlecznym

•

kwasy tłuszczowe diety są transportowane z jelita cienkiego do gruczołu mlecznego i innych tkanek przez
chylomikrony

•

chylomikrony to wysokocząsteczkowe lipoproteiny, są tworzone w jelitowych komórkach kosmkowych
z lipidów zaabsorbowanych w jelicie i transportowane przez limfę naczyniami limfatycznymi do
limfatycznego przewodu piersiowego

•

chylomikrony to sferyczne cząsteczki składające się z jądra triacyloglicerolowego zawierającego ślady
estrów cholesterolu; otoczone są pojedynczą warstwą filmu 25-30 A fosfolipidowo-białkowego

•

główne kwasy tłuszczowe cyrkulujące w organizmie i wykorzystywane do syntezy triacylogliceroli w
gruczole mlecznym to: C16:0, C18:0, C18:1

•

w warunkach normalnego żywienia frakcja kwasów tłuszczowych równoważna ilości kwasów
tłuszczowych uwolnionych do krwi przez hydrolizę chylomikronów triacylogliceroli jest pobierana do
syntezy tłuszczu mleka

•

u zwierząt synteza kwasów tłuszczowych wymaga NADPH i tworzy głównie C16:0

•

terminacja syntezy: akcja deacylazy lub tioesterazy, która hydrolizuje wiązanie tioestrowe w acylo-4-
fosfopantotenalu

•

inhibicja tioesterazy powoduje elongację łańcucha C16 do C22 jednak z małą wydajnością

•

enzymy wydłużające vs. enzymy terminujące

•

aktywność desaturazy w tkance gruczołu mlecznego daje nienasycone kwasy tłuszczowe

•

karmienie bydła olejem słonecznikowym pod postacią cząstek oleju otoczonym powłoką kazeinową
wzmocnioną formaldehydem zapobiegało rozkładowi tłuszczu w żwaczu i powodowało wzrost zawartości
kwasów C18:2 (linolowy) w plazmie krwi; obserwowano wzrost stężenia C18:2 w gruczole mlecznym

Białka mleka:

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

–

kazeiny (αs1-, αs2-, β-, kappa-)

–

białka serwatkowe (β-laktoglobuliny, α-laktoglobuliny)

–

inne białka (albuminy serum krwi, immunoglobuliny, lektoferyna)

W12, 20.05.2013

Kazeiny

•

fosfoproteiny precypitujące z mleka surowego po zakwaszeniu do pH 46 w 20 ºC

•

tworzą micele odpowiedzialne za opalizującą barwę mleka

•

frakcje kazeiny wrażliwe na Ca

: αs-1, αs-2 i β

•

frakcja kazein niewrażliwa na Ca

: κ

•

κ-kazeina:
•

stabilizuje frakcję αs-1 kazeiny zapobiegające jej precypitacji pod wpływem Ca2+

•

stabilizuje micele kazeinowe oraz ogranicza ich rozmiar

•

169 aminokwasów, 12% to prolina, tylko jedna reszta fosfoseryny

•

rozpuszczalna przy dużych steżeniach Ca2+ (wszystkie inne precypitują)

•

jest specyficznie hydrolizowana przez reninę; renina hydrolizuje κ-kazeinę uwalniając makropeptyd z
C-końcowego obszaru, który jest bogaty w reszty cukrowe

•

wiązanie hydrolizowane: Fen(105)-Met(106)

•

reakcja ta destabilizuje micele kazeinowe

•

αs-1-kazeina:
•

zawiera fosfoproteiny precypitujące przy niskim stężeniu Ca2+

•

199 aminokwasów, 8 reszt fosfoseryny

•

αs-2-kazeina
•

207 aa, 13 reszt

•

β-kazeina:
•

rozpuszczalność białka w obecności Ca2+ zależy od temperatury

•

γ-kazeina:
•

C-końcowa część kazeiny β

Micele kazeinowe:

–

cząsteczki koloidalne o średniej średnicy 100 nm

–

składają się z białka (94%) oraz „koloidalnego fosforanu wapnia – CCP”

–

w skład CCP wchodzą jony Ca

, Mg

, PO

, cytrynian

–

submicelowy model miceli kazeinowej:
–

micela kazeinowa składa się z kulistych cząstek (submiceli) o średnicy 10-15 nm

–

główne komponenty: α- i β-kazeiny zachowują się jak komponenty hydrofobowe (pozostają w głębi
miceli) natomiast κ-kazeiny w części zewnętrznej

–

jony Ca

, Mg

, PO

, cytrynianowy tworzą mostki solne i stabilizują micele

–

α + Ca

→ ppt

β + Ca

→

κ + Ca

→ bez ppt

α + β + κ + Ca

→ rozpuszczalny kompleks

Biosynteza białek mleka

•

genetycznie kontrolowana wysoce specyficznych białek w gruczole mlecznym charakterystyczna dla
laktacji

•

biosynteza – proces typowy

•

wolne aminokwasy są absorbowane z krwi w procesie aktywnego transportu z udziałem
TRANSPEPTYDAZY GLUTAMYLOWEJ (EC. 2.3.2.2):
glutation + aminokwas → 5-glutamyloaminokwas + cysteinyloglicyna

>> glutation – jest to bardzo silny przeciwutleniacz, pozyskiwany z prermeatu serwatki

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

Laktoza

–

β-(1→4)-galaktozyloglukopiranoza

–

syntetaza laktozy (EC. 2.4.1.77) – glukoza jest akceptorem reszty galaktozydowej

–

zawartość 5% w mleku krowim, 7,5% w mleku ludzkim

–

słodkość 1/6 sacharozy

–

nietoleracja laktozy (brak aktywnej β-galaktozydazy) 70% populacji z wyjątkiem Europy północnej

–

konieczna dojrzała mikroflora bakteryjna

Biosynteza laktozy

•

UTP + glukuzo-1-P → UDP-Glu + PPi

UDPG-pirofosforylaza

•

UDP-Glu → UDP-Gal

UDPG-galaktozo-4-epimeraza

•

UDP-Gal + glukoza → laktoza + UDP

syntaza laktozy (glukozylotransferaza)

Enzymy mleka

Enzym

Substrat

Temperatura

optymalna

inaktywacji

lipaza

glicerydy

5,5-8,5

38-40

80 – natychmiast

fosfataza

estry fosf.

6,0-10,0

72 x 16 sec

amylaza

skrobia

5,8-6,2

35-45

65 x 30 min

laktaza

laktoza

5,0-7,5

proteaza

białka

6,4-7,2

37-42

oksydaza
ksantanowa

ksantyna

6,2

80 x 10 sec

peroksydaza

h2o2

4,2-8,0

85 – natychmiast

katalalza

6,0-9,0

63 x 30 min

Główne produkty:

•

mleko:
•

pełne (3,2%), 2%, 1,5%

•

odtłuszczone (0,5%, 0,0%)

•

smakowe, np. czekoladowe

•

napoje mleczne fermentowane:
•

jogurt

•

kefir

•

kwaśne mleko

•

śmietana, śmietanka od 36 do 11%

•

masło

•

mleko zagęszczone

•

mleko w proszku

•

sery

•

lody

Produkty uboczne:

•

maślanka

•

serwatka (permeat serwatki – po zagęszczeniu/wysuszeniu/ultrafiltracji)

Podstawowe etapy produkcji:

1. standaryzacja – regulacja zawartości tłuszczu
2. klaryfikacja – usuwanie ciał obcych

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

3. pasteryzacja – termiczne niszczenie bakterii
4. homogenizacja – niszczenie struktur MFGM tak by tłuszcz nie zbierał się na powierzchni
5. inne specyficzne zabiegi

Produkcja mleka

klaryfikacja

↓

pasteryzacja

↓

standaryzacja

↓

homogenizacja

↓

pakowanie

↓

rynek

Klaryfikacja:

–

na wirówkach

–

usuwanie osadów

Pasteryzacja:

–

niszczenie mikroflory

–

Coxiella burnetii jest najbardziej oporna

–

stosuje się:
–

63 ºC, 30 min

–

72 ºC, 15 sec (HTST)

–

130/140 ºC, 5 sec (UHT)

Homogenizacja:

–

przetłaczanie mleka przez wąskie szczeliny homogenizatora

–

rozdrabnianie globuli tłuszczowych

–

rozjaśnienie barwy mleka

SER – produkt otrzymany ze skrzepu mleka krowiego lub innego zwierzęcia przez enzymatyczną (renina) lub
kwasową (zwykle kwas mlekowy) koagulację kazein, poddany lub nie poddany procesom cieplnym, ciśnieniowym,
soleniu i dojrzewający lub niedojrzewający z udziałem mikroorganizmów (fermentacja).

Kryteria podziału serów:

1. konsystencja
2. stopień dojrzałości
3. metoda ścinania skrzepu
4. zawartość skrzepu
5. rodzaj mleka (krowie, owcze, kozie, wielbłądzie)

Sery twarde:

–

silne zakwaszanie

–

wysoka temperatura obróbki skrzepu

–

Cheddar, Swiss, Romano

Sery miękkie:

–

zakwaszanie wolne, częściowe wymycie laktozy, niskie temperatury obróbki

–

Gouda, Camembert, Brick

Sery świeże:

–

wolne zakwaszanie bakteryjne

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

–

Cottage (wiejski), Cream, Quark

Sery dojrzewające:

–

szeroki asortyment serów, zwłaszcza podpuszczkowych,

–

w tym sery pleśniowe

Sery twarogowe i podpuszczkowe:

–

różne metody koagulacji skrzepu kazeinowego

–

koagulacja kwasowa, w tym mikrobiologiczna – twaróg

–

koagulacja enzymatyczna – sery podpuszczkowe, tworzą para-kazeinian wapnia

Ser – zawartość tłuszczu:

–

sery z mleka pełnego, np. Cheddar

–

sery z mleka odtłuszczonego, np. cottage (ew. dresing śmietaną)

–

sery z mleka mieszanego np. Swiss, Edam

Etapy produkcji

1. zakwaszanie

◦

kultury starterowe bakterii kwasu mlekowego (fermentacji mlekowej: laktoza → kwas mlekowy)

◦

Streptococcus sp. (Cheddar, Gouda, cottage)

◦

Lactobacillus acidofilus + Lactobacillus bulgaricus, Propionibacterium shermanii (Swiss, Grana)

◦

szczepy kultur starterowych:
▪

dobra zdolność kwasząca

▪

brak aktywnych fagów

▪

niska aktywność proteolityczna

◦

obniżenie pH stymuluje akcję reniny podczas produkcji serów podpuszczkowych

◦

obniżanie pH do wartości ok. 4,6 powoduje wypadanie kazeiny w punkcie izoelektrycznym; skrzep
twarogowy ma strukturę granulatu i jest mało elastyczny

2. koagulacja

▪ koagulacja enzymatyczna

▪ enzym EC 3.4.23.4 (proteinaza asparaginianowa)
▪ nazwa polska: podpuszczka
▪ nazwy anglojęzyczne: renina – obejmuje każdą aktywność tego typu; chymozyna – renina

pochodzenia zwierzęcego: różne

▪ ang. „rennet” – nieoczyszczony ekstrakt enzymów, głównie chymozyna
▪ w Portugalii – enzymy roślin owadożernych
▪ wrażliwe na Ca2+ frakcje kazeiny (αs-1, αs-2, β) znajdują się we wnętrzu miceli i są chronione

przed precypitacją przez niewrażliwą na wapń frakcję κ-kazeiny

▪ hydroliza uwalnia makropeptyd o silnym ładunku ujemnym
▪ destabilizacja miceli wynika z ponad 50% spadku ładunków ujemych na powierzchni miceli,

które...

▪ agregaty kazeinowe są stabilizowane przez wiązania jonowe i mostki solne z udziałem Ca2+
▪ κ- kazeiny + H2O → para-κ-kazeina + makropeptyd
▪ para-κ-kazeinian + αs-1, αs-2, β + C2+ → parakazeinian wapnia
▪ optymalne pH reakcji: 5,8-6,5 (pI=4,8)
▪ 6% aktywności chymozyny jest zachowana w skrzepie i uczestniczy jako aktywność proteolityczna

w procesie dojrzewania

▪ chymozyna wykazuje aktywność hydrolityczną wobec wiązania Phe-Met w κ-kazeinie (uwalnianie

makropeptydu) lecz także wobec wiązania Phe23-Phe24 we frakcji αs-1 kazeiny

▪ do czasu odsłonięcia tego wiązania, co związane jest z dość zaawansowaną proteolizą ogólną i

zniszczeniem struktury micelarnej, κ-kazeina (para-kazeinian) chroni frakcję αs-1 przed atakiem
chymozyny (reniny)

▪ reakcja ta ma istotne znaczenie w procesie dojrzewania sera gdzie wpływa zarówno na teksturę jak

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

i na smakowitość sera

▪ zwięzłość skrzepu wzrasta wraz z dodatkiem reniny w zakresie 5-30 mL/100 L mleka, potem bez

znaczenia

▪ zwięzłość skrzepu wzrasta wraz z temperaturą do 40 ºC, potem spada
▪ obniżenie pH poprawia zwięzłość tylko do wartości 5,8
▪ dodatek CaCl poprawia zwięzłość
▪ długotrwałe zimne przetrzymywanie mleka wydłuża okres koagulacji oraz obniża zwięzłość

powstałego skrzepu

▪ w następstwie akcji katalitycznej chymozyny na cząsteczki κ-kazeiny następuje agregacja

zdestabilizowanych miceli kazeinowych i tworzenie koagulum sera

▪ akcja chymozyny ….

3. odwodnienie
4. dojrzewanie/pleśnienie/kształtowanie
5. solenie

W13, 27.05.2013

Koagulacja enzymatyczna cd.

•

zależność między stopniem konwersji κ-kazeiny a zmętnieniem konwersji κ-kazeiny (wykres)

•

???

Typy koagulantów:

–

renina cielęca lub jagnięca
a) ekstrakt z żołądków cieląt lub jagniąt („czwartych” żołądków)
b) zawiera enzymy proteolityczne: chymozyna (95%), pepsyna (5%)

–

substytuty reniny
a) zwierzęce
b) roślinne
c) proteinaza grzybowa np. Mucor miehei
d) genetycznie modyfikowane organizmy – chymozyna rekombinowana

Chymozyna rekombinowana:

•

enzym cielęcy jest produkowany przez genetycznie modyfikowane mikroorganizmy:
•

Escherichia coli (E. coli), Kluyveromyces lactis i Aspergillus niger

•

pierwszy GMO w żywności zatwierdzony przez FDA

•

stosowany powszechnie w Europie (90% w UK z E. coli)

•

jest identyczna z chymozyną cielęcą: sekwencja aminokwasów, zasad w mRNA

•

nie zawiera komórek E. coli

•

ser nie jest produktem typu GMO bo enzym jest degradowany podczas dojrzewania sera

•

do produkcji nie jest wykorzystywany GMO lecz produkt GMO

ODWADNIANIE SERA:

•

cięcie skrzepu na kawałki (poziomo i pionowo – wywołuje synerezę)

•

ogrzewanie sera

•

prasowanie na specjalnych prasach „cheddarujących” umożliwia osiągnięci odpowiedniej kwasowości (pH
5,4-5,5) i włóknistej struktury

transformacja skrzepu (opcja)
→ ułatwia koalescencję skrzepu, co prowadzi do wytworzenia unikalnej (charakterystycznej dla danego sera)
tekstury, np. cheddarowanie serów Cheddar, rozciąganie serów Mozarella (zaparzanie w gorącej serwatce)

Czynniki spływające na zwięzłość skrzepu:

•

skład mleka

•

zawartość wapnia

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

•

stężenie białka

•

źródło reniny

•

termiczna obróbka mleka

SOLENIE:

–

zanurzanie w roztworze solanki lub solenie powierzchniowe solą suchą

–

zawartość soli w różnych serach (%):
–

emmentaler

0,7

–

cheddar

1,7

–

gouda

2,5

–

blue

–

feta

5-6

–

dalsze odwadnianie i inhibicja wzrostu bakterii

BIOCHEMIA DOJRZEWANIA SERÓW:

•

dojrzewanie serów ma na celu zmianę tekstury i smakowitości sera

•

podstawowe zmiany biochemiczne podczas dojrzewania:
•

fermentacja laktozy (kwas mlekowy + octowy, propionowy i CO2)

•

proteoliza wpływająca na teksturę i smakowitość

•

lipoliza zmieniająca smakowitość

Fermentacja:

–

prowadzona jest przez kultury starterowe

–

zakażanie bakteriami typu E. coli, Aerobacter aerogenes powodują wytwarzanie kwasy octowego,
masłowego i CO

–

bakterie niestarterowe: bakterie środowiska stopniowo opanowują środowisko (Lactobacillus,
Enterococcus, Micrococcus, Pediococcus)

–

niektóre bakterie nie fermentują galaktozy

PROTEOLIZA:

–

przekształcanie para-kazeinianu wapnia głównie do podhydrolizowanych białek, peptonów, peptydów i
aminokwasów oraz amoniaku zasadniczo przez reninę resztkową (10% aktywności)

–

ponieważ ser jest siecią białkową z zatrzymanymi cząstkami tłuszczu, zmiany w ilości i rodzaju białka
mają decydujący wpływ na teksturę

–

zawartość wilgoci (stopień odwodnienia) decyduje o intensywności hydrolizy

–

źródła proteaz w serze:
–

enzymy natywne mleka (pepsyna, trypsyna – termolabilne, mało aktywne w warunkach produkcji;
plamina – stabilna i aktywna)

–

bakterie (starterowe i niestarterowe)

–

pleśnie (gdy dodano)

–

renina resztkowa hydrolizuje głównie αs1- i β-kazeinę

–

frakcja αs1- kazeiny jest hydrolizowana szybciej,tworzy się αs1-I-kazeina

–

sól inhibuje hydrolizę β-kazeiny bardziej efektywne

–

degradacja białek związana jest także z aktywnością proteolityczną bakteryjnych kultur starterowych
(egzo- i endopeptydazy)

–

proteoliza enzymatyczna dominuje przez 1 miesiąc, potem bakteryjna

Proteoliza a smakowitość sera:

•

związkami nadającymi smak i prekursorami związków zapachowych są aminokwasy

•

istnieje korelacja między azotem aminokwasowym (rozpuszczalnym w kwasie fosforowolframowym) i
smakowitością

•

zbyt daleko posunięta hydroliza (renina mikrobiologiczna, roślinna) powoduje generowanie krótkich
gorzkich peptydów z dużą zawartością hydrofobowych (leucyna, fenyloalanina)

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

•

sól częściowo maskuje gorzki smak

Lipoliza

•

…

cośtam cośtam

Metabolizm kultury starterowej:

1. …
2. …
3. …
4. …
5. Długotrwałe przechowywanie jogurtu daje nadmiar formy D
6. Kwas mlekowy to nie tylko smak, ale też i konserwant
7. Lactobacillus bulgaricus wytwarza aminokwasy konieczne do wzrostu Streptococcus thermophilus – efekt

synergii

Lactobacillus bulgaricus:

–

homofermentacja

–

fermentuje glukozę i laktozę

–

wytwarza kwas mlekowy w stężeniach >1,5%

–

temperatura optymalna 42-45 ºC

–

syntetyzuje kwas foliowy, niacynę i niacyna, B6

Streptococcus thermophilus

–

homofermentacja

–

fermentuje glukozę i laktozę

–

wytwarza kwas mlekowy w stężeniu 1%

–

temperatura optymalna 42 – 48 ºC

–

syntetyzuje B6 i B12

Synergizm:

•

Str. thermophilus produkuje kwas formowy, który faworyzuje wzrost Lb bulgaricus

•

Proteoliza przez Lb bulgaricus dostarcza aminokwaów dla wzrostu Str thermophilus

TU CHYBA CZEGOŚ BRAKUJE!

W14, 03.06.2013

Reakcje Maillarda – etapy reakcji:

•

reakcja karbomylaminowa
•

kondensacja grupy α-aminowej aminokwasów, pepetydów, amin z grupą karbonylową cukrów
redukujących

•

reagują także grupy ε-aminowe lizyny peptydów i białek
D-glukoza → produkt kondensacji → zasada Schiffa → N-podstawiona glukozyloamina

•

przegrupowanie Amadori
•

poprzez cykl przegrupowań wewnątrzcząsteczkowych tworzy się typowy związek Amadori

•

są to: alanino-fruktoza, leucyno-fruktoza, hydroksyprolina-fruktoza (coś-fruktoza)

•

nie mają wpływu na kolor, smak, ale obniżają wartość żywieniową (bo lizyna wchodzi w związek
Amadori)

•

tworzenie barwników (dwie drogi, zależne od pH)

Wpływ różnych czynników na reakcje Maillarda:

–

pH (reakcja karbonylaminowa zachodzi zarówno w środowisku kwaśnym jak w zasadowym lecz

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

środowisko zasadowe jest preferowane: reszty aminowe niezjonizowane, otwarty łańcuch heksoz; wile
badań wykazało wzrost intensywności reakcji Maillarda w miarę wzrostu pH; w układach sacharoza-białko
niskie pH jest konieczne dla hydrolizy kwasowej)

–

temperatura (w zakresie 0 – 80 ºC prawo Arrheniusa – efekt temperaturowy zawsze w fukcji czasu, np.
37ºC x 30 dni = 121ºC x 15 min; badania modelowe; glukoza/lizyna w 69ºC, zależność liniowa przez 2
godziny, ekstrapolowano czas potrzebny do 90% redukcji lizyny...)

–

zawartość wilgoci (krzywa dzwonowa – najbardziej w aw=0,6-0,7)

–

rodzaj cukru (pentozy łatwiej otwierają łańcuch; w obrębie heksoz reaktywność: D-galaktoza > D-
mannoza > D-glukoza

–

obecność metali (miedź oraz żelazo katalizują, mangan inhibuje)

* Tworzenie barwników:

I. Droga I (wyższe pH): enolizacja na pozycjach 2 i 3 B, utrata aminy przy C1
II. Droga II (niższe pH): tworzenie 1,2-eneaminolu, utrata hydroksylu C3, deaminacja przy C1, odwodnienie

Alternatywne drogi tworzenia Amadori – przez związki C2:

–

odwrócona reakcja kondensacji aldolowej – C2 ulegają kondensacji, tworząc pierścienie, które mają
charakter rodników i w wyniku reakcji łańcuchowej dają produkty odpowiedzialne za ciemnienie

Alternatywne drogi tworzenia Amadori – poprzez degradację Streckera:

–

reakcje z β-alaniną i donorem grupy karbonylowej, którym mogą być monocukrym ale też …

–

oksydacyjna degradacja aminokwasów w obecnośći α-dikarbonyli, np. aldehyd pirogrnowy
(metyloglioksal)

–

aldehydy: izomasłowy, izowalerianowy uczestniczą w tworzeniu związków heterocyklicznych: pirazyn,
piroli, oksazoli, oksazolin, tiazoli, które są odpowiedzialne za smakowitość żywności

Pirazyny:

•

silne związki samakowo-zapachowe izolowane z wołowiny, produktów z soi, kwasy, herbaty, ziemniaków

•

podstawowe pirazyny to 2,5-dimetylopirazyna, trimetylopirazyna (zapach ziemi, orzechów, pieczeni,
cynamonu, karmelu)

•

tworzone są w wyniku reakcji związków α-dikarbonylowych z aminokwasami

•

źródło azotu: octan amonu, glicyna, glutaminian decyduje o ilości i rodzaju pirazyn tworzonych w
reakcjach brązowienia

(s)Pirole:

•

pochodne furfuralu, bardzo silne związki zapachowe

Piroliny:

•

pochodne pirolu

•

związek zapachowy: zapach gotowanego ryżu

•

np. 2-acetylo-1-pirolina

Oksazole i oksazoliny:

•

związki zapachowe kawy, pieczonych ziemniaków, prażonych orzeszków, gotowanej wołowiny

Tiazole i tiazoliny:

•

tworzone z udziałem aminokwasów siarkowych

•

związki zapachowe kawy, prażonych orzeszków ziemnych, gotowanej wołowiny, chipsów ziemniaczanych

•

np. 2-acetylo-2-tiazolina

Interakcje białko-lipidy

–

w wyniku reakcji utleniania nienasyconych kwasów tłuszczowych powstają m.in.:
–

aldehydy

–

ketokwasy

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

–

związki typu „epoksy”

–

związki te reagują z grupami aminowymi aminokwasów i białek

–

interakcja aldehydu malonowego z grupami ε-aminowymi lizyny

–

reaktywność aminokwasów:
Met>Liz>Tyr>Arg

–

reakcje szczególnie intensywne przy braku protonacji reszt aminokwasowych (pH 8,5-9,0)

Melanoidyny – polimery polimery tworzone w reakcjach Maillarda:

•

natura chemiczna melanoidyn (melanoidów) nie jest rozpoznana mimo wielu badań

•

podział na melanoidy dializowalne (Mw<16 kDa) i niedializowalne

•

związki te ulegają sorpcji na silnych anionitach i mogą być potem wymyte kwasem

Podstawowe rodzaje ciemnienia nieenzymatycznego:

–

reakcje Maillarda

–

reakcje karmelizacji

–

utlenianie kwasu askorbinowego

Reakcje karmelizacji

•

cukry ogrzewane powyżej temperatury topnienia brązowieją przy pH kwaśnym lub alkalicznym

•

karmelizacja różnych cukrów (sacharoza, glukoza, skrobia) daje podobne związki końcowe reakcji

•

wspólne ścieżki degradacji kwasowej i alkalicznej

•

zastosowanie: produkcja karmelu

Środowisko kwasowe:

•

degradacja kwasowa cukrów: Transformacja Lobry de Bruyn – Alberda van Eckenstein's (rodzaj
izomeryzacji)

•

transformacja szczególnie silna przy pH 2,2-2,9

•

D-glukoza bardzo stabilna w tych warunkach: ogrzewając r-r glukozy przy pH 3-7 powstaje glukoza,
natomiast ogrzewając r-r fruktozy w pH 3-7 powstaje glukoza

•

dehydratacja 1,2-endiolu do 5-hydroksymetylo-2-furfuralu

•

istotne związki tworzone: furfural, 2-hydroksyfurfural, izomaltol
Środowisko alkaliczne:

•

tworzenie kwasu metasacharynowego

•

również Transformacja Albercika

•

w wysokich temperaturach reakcje cukrów są szybsze:
•

izomeryzacja

•

eliminacja wody; reagują wszystkie cukry, także nieredukujące

•

oksydacja

•

karamelizacja (dekompozycha termiczna) występuje:
•

w wysokich temperaturach (~150 ºC)

•

niska aktywność wody, wysokie stężenie cukru

•

brak amin

•

tworzone są:
•

endiole

•

dikarbonyle

→ powstają z nich związki barwne i zapachowe karmelu

•

tworzenie aromatycznych związków np. furanon izobenzenu i związki barwne np. alginetyna

Utlenianie kwasu askorbinowego

(kwas askorbinowy jest także utleniany enzymatycznie: oksydaza kwasu

askorbinowego!):

•

kwas askorbinowy jest odpowiedzialny za brązowienie soków cytrusowych i koncentratów z cytryn i
grapefruitów

•

reakcje te silnie zależą od pH, proces ten jest odwrotnie proporcjonalny do pH w przedziale 2,0-3,5; sok

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

pomarańczowy o pH 3,5 lub wyższym nie jest podatny

•

w warunkach beztlenowych brązowienie zachodzi znacznie wolniej (10% szybkości); odgazowywanie
soków pod próżnią

•

brązowienie soków cytrusowych przebiega także klasyczną drogą Maillarda zwłaszcza przy pH <4,0

Aktywność antyoksydacyjna produktów ciemnienia nieenzymatycznego (MRP):

•

MRP zapobiegają jełczeniu tłuszczów

•

są bardziej aktywne w atmosferze beztlenowej

•

są mało stabilne po izolacji (MRP vs histydyna + glukoza)

•

utrata aktywności jest mniejsza przy pH niskim np. 2,0 niż przy alkalicznym (8-10)

•

wpływ stosunku molowego aminokwas/cukier na aktywność antyoksydacyjną

•

dializa powoduje utratę aktywności antyoksydacyjnej (niskocząsteczkowe związki Amadori są istotne)

•

zamiana sacharozy na glukozę oraz dodatek hydrolizatów białkowych podwyższały stabilność ciast na
jełczenie

•

Arg + ksyloza → najlepsza aktywność antyoksydacyjna w badaniach modelowych

•

efekt antyoksydacyjny kwasu dehydroaskorbinowego + tryptofan porównywalny z BHA

Reakcje Maillarda – skutki:

•

prowadzą do generowania przyjemnego zapachu i smaku

•

generują niekorzystne związki smakowo-zapachowych

•

zmniejszają stężenie niektórych egzogennych aminokwasów, np. lizyny

Podsumowanie:

•

pomiędzy cukrami redukującymi i resztami aminowymi

•

fruktoza mniej reaktywna od aldoz

•

ogrzewanie zwiększa szybkość:
•

brązowienie szybsze w żywności gotowanej

•

następuje powoli lecz istotnie w niższych temperaturach

•

reakcja jest najszybsza przy pH alkalicznym

Inhibicja:

1. metody fizyczne:

1. obniżanie temperatury
2. regulacja aktywności wodnej (poza optimum)
3. pakowanie w sztucznej atmosferze gazowej

2. metody chemiczne

1. SO

, siarczyny, sole wapnia (SO

/siarczyny reagują z glukozą dając hydroksysulfoniany, z których SO

nie może być uwolniony; stąd SO

„wolny”, „związany”, „ogólny”)

3. metody biologiczne:

1. metody fermentacyjne (fermentacja alkoholowa, drożdże)
2. metody enzymatyczne (oksydaza glukozowa – katalaza)

Zapobieganie:

•

usuń cukry redukujące lub białka

•

usuń prawie wszystką wodę

•

stosuj możliwie niskie pH

•

utrzymuj niskie temperatury

•

dodaj siarczynów (blokują reakcję dikarbonyli?)

CIEMNIENIE ENZYMATYCZNE:

•

występuje w owocach, warzywach (ziemniaki, grzyby kapeluszowe, jabłka, banany)

•

ekspozycja tkanki na działanie powietrza (obicie, cięcie, obieranie, uszkodzenie, choroba)

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

•

związki fenolowe → brązowe melaniny

•

enzymy: monooksydaza fenolowa: tyrozynaza, oksydaza polifenolowa: lakkaza

•

oksydazy polifenolowe są dwie:
► oksydaza katecholowa (EC 1.10.3.1)

▪ w funkcji krezolazowej (fenol → orto-difenol)
▪ w funkcji katecholazowej (o-difenol → o-chinony)

► lakkaza (EC 1.10.3.2)

▪ utlenia p-difenol do p-chinonów (reakcja charakterystyczna)
▪ o-difenol → o-chinon
▪ !szersza specyficzność substratowa
▪ nie utlenia tyrozyny
▪ utlenia kwas askorbinowy

Oksydazy polifenolowe:

•

katalizują dwa typy reakcji:
•

hydroksylację monofenoli do o-difenoli (aktywność krezolazowa, np. tyrozynaza)
tyrozyna + enzym z miedzą Cu

+ O

+ 2e

→ 3,4-hydroksyfenyloalanina + enzym-Cu

+ H

•

aktywność katecholazowa (np. katechol → o-benzochinon)
katechol + enzym-Cu

+ O

→ o-benzohinon + enzym-Cu

+ H

W15, 10.06.2013

Ciemnienie enzymatyczne cd.

•

oksydaza katecholowa jest ihibowana przez CO, utlenia tyrozynę

•

lakkaza nie jest inhibowana przez CO, utlenia p-difenole

•

są to oksydazy miedzioproteinowe pozamitochondrialne

•

aktywują tlen czterema elektronami

•

przenoszą elektrony z o- lub p-fenoli oraz endioli na tlen

•

produktem reakcji jest woda

•

etap przejściowy: tworzenie oksytyrozyny <??>

Biologiczne znaczenie oksydaz polifenolowych:

–

końcowa oksydaza w procesie oddychania (1955)

–

udział w biosyntezie lignin (1955)

–

w latach 70tych odkryto wyłączny udział peroksydazy w procesie polimeryzacji rozpuszczalnych fenoli do
ligniny

–

występują wyłącznie w plastydach

–

związki fenolowe (substraty) zlokalizowane w wakuolach izolowanych od chloroplastów

–

w zdrowych, zielonych roślinach występują jako nieaktywny enzym związany z błoną tylakoidów

–

aktywowana w komórkach roślin starych, przejrzałych i uszkodzonych

–

jedna z teorii: w chloroplastach być może uczestniczą w pewnych fragmentach transportu tlenu: mediacja
procesu fosforylacji fotosyntetycznej pseudocyklicznej

–

PPO odgrywa rolę w oporności roślin na infekcję wirusowe, grzybicze czy bakteryjne → nierozpuszczalne
polimery działają jako bariera przed rozprzestrzenianiem się infekcji, przyłączają się do cząsteczek
wirusów i enzymów

–

malenina i chinony inaktywują częściowo wirusa zarazy ziemniaczanej

Związki fenolowe w żywności:

1. fenole proste

◦

np. tyrozyna, katechol, kwas galusowy

◦

jeden ring fenolowy

2. pochodne kwasu cynamonowego

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

◦

jeden ring fenolowy + stercząca reszta karboksylowa

◦

kwas cynamonowy jest dość mocno reaktywny, dlatego mówimy raczej o jego pochodnych

◦

np. kwas chlorogenowy (difenol złożony z reszty kwasu chinonowego i kawowego),
kwas p-kumarowy

flawonoidy
◦

zawierają pierścień flawonu

◦

dzielą się na:
1. katechiny (w tym galokatechiny, tj. katechinowe eksty kwasy galusowego), np. epigalokatechinian

galusanu [w zielonej herbacie]

2. leukoantocyjanidyny (taniny)
3. antocyjaniny
4. flawonole, np. kwercetyna ☺, kempferol, myricetyna oraz rutyna (skórka jabłka i liścia herbaty)

Specyficzność substratowa oksydaz :

•

o-dihydroksyfenole są utleniane szybciej niżmonofenole

•

rekacja utlenienia o-di do o...

•

….

szlag.

Inhibitory:

–

analogi substratów (hamowanie kompetycyjne)
→ estry metylowe (np. gwajakol)
→ m-difenole (np. rezorcynol, floroglucynol)

–

związki chelatujące (inhibitory metaloenzymów)
→ EDTA, azydek sodu

–

inhibitory specyficzne
→ CO
→ cysteina, kwas askorbinowy (związki redukujące, które łączą się ze związkami pośrednimi)

Oksydazy polifenolowe w przetwórstwie żywności:

•

produkcja czarnej herbaty zależy od zmian oksydazyjnych w polifenolach liści herbaty

•

proces oksydacji jest konieczny do uzyskania:
▪ pełnego koloru
▪

redukcji gorzkiego smaku nieutlenionych tanin

•

główne frakcje polifenolowe liści herbaty:
▪ katechiny
▪ epikatechiny
▪ gallokatechiny
▪ epigalokatechiny
▪ epikatechinian galusanu
▪ epigalokatechinian galusanu – główny składnik

•

etapy produkcji herbaty:
▪ bielenie – „withering” – suszenie na słońcu
▪ zwijanie liści na zwijarkach powoduje uszkodzenie tkanek liści umożliwiając proces oksydacji
▪ fermentacja – przetrzymywanie fragmentów liści w temperaturze pokojowej przy wysokiej wilgotności

i przy ciągłym napowietrzaniu

▪ „palenie” – suszenie w temperaturze 90-95 ºC do zawartości wilgoci 3-4%

epikatechinian galusanu →oksydacja→ o-chinony →oksydacja→ teaflawiny →oksydacja→ teorubiginy

▪ zawartość tealfawin w herbacie koreluje z jakością napoju

•

produkcja herbaty zielonej
▪ jest to herbata niefermentowana

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

▪ cieplna inaktywacja oksydaz we wczesnych etapach produkcji

•

produkcja krewetek:
▪ w niektórych partiach krewetek spotyka się przebarwienia tkanki – ciemne punkty, tzw. melanoza →

produkt nieatrakcyjny

▪ w 1988 r. wyizolowano oksydazę polifenolową z krewetek i stwierdzono jej miedzioproteinowy

charakter

Metody inhibicji i kontroli ciemnienia enzymatycznego:

•

kategorie metod inhibicji PPO:
▪ eliminacja ważnych reagentów np. tlenu

▫ przed gotowaniem zanurzenie w wodzie (np. ziemniaki)
▫ powierzchniowe traktowanie roztworem kwasu askorbinowego, który wiąże tlen (np. mrożone

krojone brzoskwinie)

▪ denaturacja białka enzymatycznego

▫ blanszowanie (inaktywacja enzymów engogennych tkanki)
▫ pasteryzacja HTST (high temperature short time); nie można zagotować powierzchniowo owoców
▫ efektywność zależy od pH, optymalna temperatura: morele 25 ºC, banany 37 ºC, jabłka 30 ºC,

winogrona 30 ºC, ziemniaki 25-30 ºC

▪ interakcja z grupą prostetyczną miedzi

▫ kwasowa kontrola ciemnienia enzymatycznego:

•

kwas askorbinowy:
→ obniża pH (do ok. 3)
→

łączy się z miedzią w centrum aktywnym enzymu

→ „zwraca” reakcję
→ dodatkowo zużycie tlenu rozpuszczonego w soku, jest witaminą, dawka zazwyczaj

300 mg/lb

•

kwaśny pirosiarczan sodowy:
→ jest inhibitorem ciemnienia enzymatycznego, który zapobiega wtórnemu ciemnieniu, np.

ziemniaków

→ zazwyczaj stosowany łącznie z kwasem cytrynowym (ziemniaki, jabłka, brzoskwinie)
→ zalety: można go stosować, gdy metody cieplne dają niepożądane zmiany, ma właściwości

aseptyczne, tani i łatwy w użyciu, modyfikuje białko PPO

→ wady: nieprzyjemny zapach, przyspiesza korozję opakowań, toksyczny w wyższych

stężeniach, destrukcyjnie działa na tiaminę (B1), zakazany do konserwacji świeżych
owoców i warzyw w USA, efekt inhibicji zależy od pH

•

kwas cynamonowy działa podobnie

▪ interakcja z substratem fenolowym lub chinonami
▪ inhibitory kiełkowania np. izopropylo-N-3(chlorofenylokarbaminian) - CIPC, inhibuje PPO

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

Spis treści

BIOCHEMIA TKANKI MIĘŚNIOWEJ.....................................................................................................................1

Mięso.....................................................................................................................................................................1
Mięśnie..................................................................................................................................................................1

Dwa typy włókien mięśniowych.......................................................................................................................2
Gruby filament miozynowy..............................................................................................................................3
Cienki filament aktynowy:................................................................................................................................4
Etapy skurczu mięśnia......................................................................................................................................4
Przemiany ATP.................................................................................................................................................4
Źródła ATP.......................................................................................................................................................5

RIGOR MORTIS...................................................................................................................................................5

Glikoliza pośmiertna.........................................................................................................................................6
Mechanizm dojrzewania mięsa.........................................................................................................................8

Cytoszkielet mięśniowy.........................................................................................................................................9

BARWNIKI MIĘSA.................................................................................................................................................10

Mioglobina..........................................................................................................................................................10

PRZEMIANY BIOCHEMICZNE W OWOCACH I WARZYWACH......................................................................12

Skład chemiczny warzyw....................................................................................................................................12
Skład chemiczny owoców....................................................................................................................................12
Oddychanie owoców i warzyw............................................................................................................................13
Inicjacja dojrzewania...........................................................................................................................................14
Czynniki towarzyszące wzmożonej aktywności oddechowej..............................................................................14

Cykl metioninowy..........................................................................................................................................14

ZMIANA BARWY DOJRZEWAJĄCYCH OWOCÓW...........................................................................................15

Związki barwne w żywności (owocach)..............................................................................................................15
Zmiany barwy......................................................................................................................................................16
Chlorofil..............................................................................................................................................................16
Karotenoidy.........................................................................................................................................................17
Antocyjaniny.......................................................................................................................................................18
Witamina C..........................................................................................................................................................19

ZMIANY SMAKOWITOŚCI DOJRZEWAJĄCYCH OWOCÓW I WARZYW.....................................................20

Zapach.................................................................................................................................................................21
Smak....................................................................................................................................................................21

PRZECHOWYWANIE OWOCÓW I WARZYW....................................................................................................22
ZMIANY TEKSTURY DOJRZEWAJĄCYCH OWOCÓW I WARZYW................................................................22

Tekstura...............................................................................................................................................................22
Składniki ściany komórkowej..............................................................................................................................23
Biosynteza ściany komórkowej...........................................................................................................................24
Degradacja ściany komórkowej...........................................................................................................................24

ZBOŻA.....................................................................................................................................................................25

Struktura ziarna zbożowego.................................................................................................................................25
Struktura ziarna zbożowego.................................................................................................................................25
Skrobia.................................................................................................................................................................25

Skład chemiczny skrobi..................................................................................................................................25
Biosynteza skrobi...........................................................................................................................................26

Białka...................................................................................................................................................................26
Tłuszcze zbożowe................................................................................................................................................27
Kiełkowanie zbóż................................................................................................................................................28
Przechowywanie ziarna.......................................................................................................................................30

MLEKO....................................................................................................................................................................30

Mleko – skład chemiczny....................................................................................................................................30
Czynniki wpływające na skład chemiczny mleka................................................................................................31
Tłuszcz mleka......................................................................................................................................................31

Biosynteza tłuszczów mleka...........................................................................................................................31

Białka mleka........................................................................................................................................................31

Kazeiny...........................................................................................................................................................32

BIOCHEMIA ŻYWNOŚCI - wykłady

Biosynteza białek mleka......................................................................................................................................32
Laktoza................................................................................................................................................................33

Biosynteza laktozy..........................................................................................................................................33

Enzymy mleka.....................................................................................................................................................33
Produkcja mleka..................................................................................................................................................34

SER...........................................................................................................................................................................34

Etapy produkcji....................................................................................................................................................35
Biochemia dojrzewania serów.............................................................................................................................37

Reakcje Maillarda.....................................................................................................................................................38
Podstawowe rodzaje ciemnienia nieenzymatycznego...............................................................................................40

Reakcje karmelizacji............................................................................................................................................40
Utlenianie kwasu askorbinowego........................................................................................................................40

CIEMNIENIE ENZYMATYCZNE..........................................................................................................................41

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Biochemia żywności wykłady
chemia zywności wykłady, Zachomikowane, Naukowe, Medycyna, Biochemia, Skrypty
Biochemia TZ wyklad 12 integracja metabolizmu low
biochemia I koło wykładowe, 2 rok, Biochemia
ch zywnosci wyklad 4 lipidy low
Biochemia TZ wyklad 3 enzymy low
Chemia żywności wykład 7
TiAZ- produkcje, studia, bio, 3rok, 5sem, technologia i analiza żywności, wykład
Biochemia żywności egzamin 14
Biochemia 13 wykład nr
Biochemia 13 wykład nr 5
chemia zywnosci wyklady mini sciaga, Dietetyka 2012,2013, Chemia żywności
Wybrane Technologie Przetwazania Zywnosci WYKLADY. , WNOŻCiK wieczorowe, semestr V, wybrane tech prz
Biochemia 13 wykład nr 8
Biochemia węglowodany wykład
Chemia Żywności wykłady (1)
wykład 3, Analiza żywności wykład 6

więcej podobnych podstron