Kierunek: Technologia Żywności i Żywienie Człowieka

Przedmiot: Enzymologia

Temat ćwiczenia:

OCENA WYBRANYCH HANDLOWYCH PREPARATÓW ENZYMATYCZNYCH.

Wprowadzenie:

W przemyśle spożywczym zastosowanie ma wiele preparatów enzymatycznych, zarówno pochodzenia zwierzęcego, roślinnego, jak i mikrobiologicznego. Do najczęściej stosowanych enzymów pochodzenia zwierzęcego należą: pepsyna, podpuszczka, trypsyna, chymotrypsyna, α-amylaza trzustkowa, pankreatyna. Spośród enzymów roślinnych najczęściej stosuje się papainę, bromelainę oraz α-amylazę słodową. Obecnie, ze względu na łatwość pozyskania, największe zastosowanie mają jednak enzymy pochodzenia mikrobiologicznego, np. Alkalaza, Flavourzyme, Neutraza, Protamex, Proteopol BP, Amylopol P.

•Pepsyna pH 1-2 aktywowana przez jony H+ kwasu solnego (aktywacja z pepsynogenu przez odszczepienie fragmentu zasłaniającego centrum aktywne). Składnik soku żołądkowego, endopeptydaza. Hydrolizuje wiąz. peptydowe w sąsiedztwie aa aromatycznych, leucyny i kwasu glutaminowego. W przemyśle spożywczym pepsyna wieprzowa i wołowa zastępują renninę przy produkcji serów. Pepsynę otrzymuje się z błony śluzowej żołądka świń lub bydła. W celu osiągnięcia jej stabilizacji, przechowuje się ją czasami w nasyconym roztworze siarczanu magnezu lub uciera z sacharozą albo laktozą (sproszkowana pepsyna).

•Rennina (podpuszczka) pH 5,5-7,0 w obecności jonów Ca2+. Endoproteinaza aspartylowa. Występuje w żołądku młodych ssaków.

Przekształca kazeinę w parakazeinian wapnia - ścina białka mleka, ułatwiając trawienie przez pepsynę. Preferuje rozszczepianie wiązań peptydowych utworzonych przez jedną lub dwie reszty leucyny. W technologii żywności stosowana do ścinania mleka „na słodko”, hydrolizuje także dalej frakcje kazeinowe w czasie dojrzewania sera, powodując ich częściowe doprowadzenie do stadium peptydów. Podpuszczka cielęca zastępowana jest pepsyną wołową i wieprzową, a ostatnio także enzymami pochodzenia mikrobiologicznego, głównie pleśniowego.

•Trypsyna pH 7,9 (aktywacja z trypsynogenu). Składnik soku trzustkowego, endopeptydaza. Hydrolizuje wiąz. peptydowe utworzone przez lizynę i argininę we wszystkich białkach.

•

Chymotrypsyna pH 8,0 aktywowana przez trypsynę (aktywacja z chymotrypsynogenu). Składnik soku trzustkowego, endopeptydaza. Atakuje wiąz. peptydowe w sąsiedztwie aa aromat., leucyny i metioniny - aa hydrofobowych - powoduje powstawanie gorzkich peptydów.

•Papaina pH 5-9, opt. 6-7, w zależności od substratu, endoproteza cysteinowa. Podczas hydrolizy może wchodzić w interakcje z produktami pośrednimi, dlatego niemożliwe jest prognozowanie składu produktów hydrolizy. Papainę otrzymuje się z zielonych owoców drzewa malonowego - papai (Carica papaya).

Papaina służy np. do produkcji odpornych na niskie temperatury gatunków piwa, do produkcji preparatów zmiękczających mięsa i w medycynie.

•Ficyna pH 4,5-8,3, opt. 6,8, pod względem specyficznej aktywności podobna do papainy, również endopeptydaza cysteinowa, rozszczepiająca wiązania przy aminokwasach hydrofobowych i zasadowych, jednak rozcina inne wiązania w tym samym substracie (np.w insulinie). Ficynę otrzymuje się z mlecznego soku pewnych odmian drzew figowych.

•Bromelaina pH 6,8, endoproteaza cysteinowa, podobna do papainy, glikoproteina. Preferuje rozszczepianie wiązań peptydowych utworzonych przez Arg w przypadku małych cząsteczek lub reszty aminokwasów polarnych w przypadku białek. Bromelainy uzyskuje się z łodyg i z owoców ananasa, jest to kilka proteaz, z których 80-90% aktywności enzymatycznej przypada na główną endoproteazę, która determinuje właściwości preparatu.

∙Pankreatyna jest mieszaniną różnych enzymów proteolitycznych (głównie trypsyny, chymotrypsyny i karboksypeptydazy), amylolitycznych oraz lipolitycznych i innych, produkowanych w trzustce. Otrzymywana jest ze świeżej trzustki wołowej lub wieprzowej. Hydrolizuje białka i polipeptydy, optymalnie w temp. Ok. 40^oC i pH 7-9. Wykorzystywana jest do produkcji serów i tenderyzacji mięsa.

Proteazy pochodzenia mikrobiologicznego

∙Alkalaza jest preparatem endopeptydazy, produkowanej przez szczep Bacillus licheniformis. Jej głównym składnikiem jest gliceryna, w której rozpuszczona jest Subtylizyna A. Alkalaza jest enzymem stosunkowo termoopornym, optymalną aktywność wykazuje w temp. 60±5°C przy pH 7,5 do 8,5. Wraz ze spadkiem pH jej termoodporność maleje. Może ona równocześnie atakować siedem różnych typów wiązań, utworzonych zarówno przez reszty aminokwasów hydrofobowych (szczególnie od strony karboksylowej), jak i przez reszty aminokwasów obojętnych lub kwaśnych. Odszczepiając aminokwasy obojętne lub kwaśne prowadzi do powstania gorzkich peptydów, zaś peptydy powstające przy odszczepianiu aminokwasów hydrofobowych są mniej gorzkie. Z tego względu Alkalazę stosuje się najczęściej z innymi enzymami jako pierwszy etap hydrolizy.

∙Flavourzyme to mieszanka proteazy i peptydazy, otrzymywana za pomocą wybranych szczepów Aspergillus oryzae. Stosuje się ją do intensywnej hydrolizy białek (do 70% DH) i gorzkich hydrolizatów białkowych, w celu usunięcia z nich goryczki, w obojętnym lub lekko kwaśnym środowisku. Optymalne pH dla Flavourzyme mieści się w zakresie 5,0-7,0, przy czym dla egzopeptydazy wynosi ok. 7,0. Optymalna temp. to ok. 50°C, chociaż w temperaturze 30°C i 60°C Flavourzyme zachowuje 50-60% pierwotnej aktywności.

•Neutraza jest preparatem metaloendoproteaz wytwarzanych przez Bacillus amyloliquefaciens. Optymalne pH to ok. 6,5, przez co zaliczana jest do proteaz obojętnych. Optymalna temperatura hydrolizy wynosi od 45 do 55°C, lecz w praktyce lepiej jeśli nie przekracza 50°C. Jest ona mniej odporna na wysokie temperatury. Jak większość metaloproteinaz, jest stabilizowana przez jony Ca2+.

•Protamex jest kompleksem proteaz otrzymywanym ze szczepu bakterii Bacillus. Protamex umożliwia otrzymanie bezgoryczkowych hydrolizatów białkowych jeśli stopień hydrolizy nie jest zbyt wysoki. Optymalne warunki hydrolizy pod wpływem enzymu zachodzą przy pH 5,5-7,5, w temperaturze 35-60°C. Dla inaktywacji enzymu przy pH 4,0 niezbędne jest trzydziestominutowe ogrzewanie w temp. 50°C, jeżeli natomiast pH mieszaniny zostanie obniżone poniżej pH 4,0, inaktywacja enzymu zachodzi bez ogrzewania.

∙Proteopol BP-S jest preparatem enzymatycznym zawierającym enzymy proteolityczne, otrzymywane w procesie biosyntezy z wykorzystaniem szczepu bakterii Bacillus subtilis. Enzymy te hydrolizują białka do polipeptydów, peptydów i aminokwasów w środowiskach o odczynie zbliżonym do obojętnego. Stosowany jest w produkcji pieczywa cukierniczego - do częściowej biodegradacji glutenu mąki przy wyrobie kruchych ciast cukierniczych (krakersy, wafle), gdzie umożliwia otrzymanie jednorodnej, kruchej, lekko łamliwej konsystencji wypieku, oraz w produkcji piwa, jako uzupełnienie enzymów proteolitycznych słodu lub ich częściowe zastąpienie przy przerobie zbożowych surowców niesłodowanych.

∙Amylopol P jest skoncentrowanym preparatem enzymatycznym zawierającym kompleks enzymów amylolitycznych, proteolitycznych i celulolitycznych otrzymywanym w procesie biosyntezy z wykorzystaniem szczepu Aspergillus oryzae. Przeznaczony jest do likwidacji zmętnień skrobiowych, białkowych i śluzowych w surowych ekstraktach kawy zbożowej przed koncentracją i suszeniem oraz do wstępnej hydrolizy skrobi przy produkcji syropów ziemniaczanych. Stosowany jest do likwidacji zmętnień skrobiowych, białkowych i śluzowych w surowych ekstraktach kawy zbożowej przed koncentracją oraz do wstępnej hydrolizy skrobi zawartej w surowcach roślinnych (zboża, ziemniaki).

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z wybranymi preparatami enzymów hydrolitycznych.

Wykonanie ćwiczenia:

Zadanie 1. Ocena organoleptyczna wybranych preparatów enzymatycznych.

Preparat enzymatyczny	Alkalaza	Neutraza	Protamex	Flavourzyme	Trypsyna	Pankreatyna	Proteopol BP	Amylopol P
Postać Wygląd Barwa itd.
Skład
Główny enzym
Charakterystyka enzymu
Zastosowanie preparatu
Aktywność
Uwagi

Zagadnienia do przygotowania:.

1. Enzymy proteolityczne, amylolityczne, lipolityczne.

2. Preparaty enzymatyczne.

3. Zastosowanie enzymów w przemyśle spożywczym.

Literatura:

1. Kołakowski E., Bednarski W., Bielecki S. (red.): „Enzymatyczna modyfikacja składników żywności”, Akademia Rolnicza w Szczecinie, Szczecin 2005.

2. Bednarski W., Reps A. (red.): „Biotechnologia żywności”, WNT Warszawa, 2003.

---