Biochemia żywności – wstęp

Zarys tematyki kursu:

• Biochemia surowców

• Biochemia przetwarzania żywności

Literatura:

• Eskin N. A. M. Biochemistry of Foods, Second Edition. Academic Press, San Diego

Zarys tematyki kursu:

• Biochemia surowców:

Mięso, owoce i warzywa, zboża, mleko

• Biochemia przetwarzania żywności

Reakcje brązowienia, ser i jogurt, biokataliza

Budowa i biochemia tkanki mięśniowej

Aspekty nadań nad budową mięśni:

• Warunkują ruch ciała

Ruch szkieletu, przepływ krwi, ruch pokarmu

• Choroby mięśni

Dystrofia (zanik)

• Kontrola masy ciała

Mięśnie wymagają dużych nakładów energii do utrzymania, w czasie diety są utracone szybko o ile nie prowadzi się odpowiednich ćwiczeń

• 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 mięśniowych części dziczyzny, drobiu, ryb oraz 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

• Równe gatunki zwierząt

• Różne tkanki

• Wysoka wartość żywieniowa

W skład mięśni wchodzi wiele białek o bardzo zróżnicowanych właściwościach fizycznych, chemicznych I biochemicznych, stanowią one materiał budulcowy wyspecjalizowanych komórek tworzących dwa podstawowe rodzaje tkanek: mięśniowej i łącznej.

Typy mięśni:

• Mięśnie szkieletowe: poprzecznie prążkowane, zależne od woli

• Mięśnie gładkie, niezależne od woli (jelitowe, naczyń krwionośnych)

• Mięsień sercowy, poprzecznie prążkowany, niezależny od woli

Budowa mięśni szkieletowych

Mięśnie szkieletowe – składają się z tkanki mięśniowej zawierają także elementy tkanki nerwowej, naczyniowej i łącznej. Mięsień jest otoczony tkanką łączną epimysium (omięsna zewnętrzna). Mięsień szkieletowy .

Włókno mięśniowe jest otoczone endomysium.

Włókno mięśniowe

Wielojądrowa cylindryczna komórka otoczona błoną (sarkolemma), wypełniona cytoplazmą (sarkoplazma, „matriks ciekły”). Ponad 80% objętości włókna wypełniają miofibryle. Pomiędzy miofibrylami występuje retikulum sarkoplazmatyczne.

Sarkolemma:

• Typowa błona biologiczna (bilayer fosfolipidowy)

• Białka 60%

• Fosfolipidy 20%

• Cholesterol 20%

• Posiada wgłębienia penetrujące wnętrze komórki (tubule T) oraz połączenia z nerwami ruchomymi.

Sarkoplazma – w niej zlokalizowane są:

• Mitochondria (bardzo liczne, dlaczego)

• Granule glikogenowe

• ATP

• Enzymy

• Kreatyna

• Mioglobina

• Retikulum sarkoplazmatyczne

• Miofibryle

Retikulum sarkoplazamatyczne:

Jest to struktura błoniasta, która akumuluje, wychwytuje i uwalnia jony wapnia w różnych fazach czynnościowych mięśnia.

Dwa (I i II) typy włókien mięśniowych

Typ	I	II
Kolor	czerwony	biały
Sarkoplazmy	dużo	mało
Mioglobiny	dużo	mało
Lipidów	dużo	mało
Mitochondriów	dużo	mało
Średnica	mała	duża
Metabolizm	tlenowy	tlenowy
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 z mikrofibryli (filamentów) grubych i cienkich.

Miofibryle:

• Każdy miofibryl jest zbudowany z tysięcy podjednostek zwanych sarkomerami

• Sarkomer ma uporządkowaną strukturę składającą się z filamentów grubych i cienkich. W sarkomerze występują:

• Obszary filamentów cienkich

• Obszary filamentów grubych

• Obszary filamentów naprzemianległych filamenów grubych i cienkich

Sarkomer – jednostka aktywności kurczliwej

Rys 1. Skurcz i rozkurcz mięśni – układ filamentów

Miofibryle (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:

• Aktyna

• Miozyna

• Białka towarzyszące

• α – aktynina

• β – aktynina

• Tropomiozyna

• Troponina

• Białko C (zaciskowe)

• Białko M

Białka sarkomeru:

• 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 rozciąga się w obu kierunkach do dysków Z.

Rysunek 2. Budowa sarkomeru

Sarkomer:

• 2 grupy białek (dyski Z) ograniczają sarkomer

• Obszar zawierający filamenty grube to pasmo A. Pasmo A zawiera obszar nałożonych filamentów oraz obszar H gdzie występują tylko filamenty grube

• Pasmo I nie zawiera filamentów grubych

• Część centralna pasma A stanowi linia M a pasma I dyski Z

• Białka linii M stabilizują filamenty grube

Gruby filament miozynowy

Budowa miozyny:

• Ciężar cząsteczkowy ok. 500 kDa

• 6 podjednostek:

• 2 łańcuchy ciężkie (heavy chain) HC

• 4 łańcuchy lekkie (LC)

HC:

• długa, liniowa C – końcowa domena α – helisy (1 300 aa – aminokwasów) oraz wyraźna, globularna N – końcowa domena (800 aa)

• 2 podjednostki HC są helikalnie powiązane tworząc długa sztywną superhelikalną strukturę z 2 głowami globularnymi.

• 4 podjednostki LC są powiązane z głowami globularnymi HC

Podjednostki LC:

• Wiążą jony Ca²⁺ z dużym powinowactwem

• Są fosforylizowane przez kinazę miozynowa (myosin ligh chain kinase MLCK)

• Uczestniczą w regulacji aktywności ATP – azowej miozyny

Punkt aktywności trypsynowej = punkt zawiasowy dzieli cząsteczką miozyny na:

• Meramiozynę ciężką HMM

• Metamiozynę LMM

Punkt aktywności papainowej – papaina oddziela obszary helikalne od globularnych

Miejsce aktywności papainowej dzieli cząsteczkę miozyny na :

• Subfragment 1 (SF1) zawierający „głowy” miozyny

• Subfragment 2 (SF2) pozostała część superhelikalna

Aktywność ATP – azowa jest związana z SF1

Punkt zawiasowy uczestniczy w procesie zmiany energii chemicznej ATP na meramiozynę

Papaina – enzym proteolityczny pochodzenia roślinnego, uzyskiwany z Carica papaya

Gruby filament miozynowy:

• Zbudowany z ok. 400 cząsteczek miozyny ułożonych po 200 po każdej ze stron linii M. Cząsteczki te są utrzymywane w wiązkach poprzez pomocnicze białko C (zaciskowe, clamp protein) linii M

• W trypsynowym punkcie zawiasowym maramiozyna ciężka wystaje ostro w górę do osi cząsteczki (osi filamentu grubego) co umożliwia zbliżenie głowy miozyny do cienkich filamentów leżących pomiędzy filamentami grubymi.

Cienki filamet aktynowy

• Zbudowany z wielu podjednostek globularnej G – aktyny (42 kD) 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 przyłączony ATP: ATP → ADP + Pi konformacja aktyny zależy od tego czy w miejscu łączenia nukleotydu jest ATP czy ADP.

Białka towarzyszące:

• Tropomiozyna – na każde 7 par G – aktyny przypadają 2 cząsteczki usztywniającej tropomiozyny

• Troponina – heterotrimer; przyłączony do jednego z końców tropomiozyny oraz do aktyny łączy ze sobą te dwa białka; podjednostki : Tn – C, Tn – D, Tn – I

Skurcz mięśnia – etapy:

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, curare – zatrute strzały, jad żmij)

5. Zmiana potencjały przemieszcza się do wnętrza włókna przez tubule T

6. Depolaryzaja retikulum sarkoplazmatycznego i uwolnienie wapnia

7. Gwałtowny wzrost stężenia Ca²⁺ z 0,1 μM do 10 mM

8. Wiązanie Ca²⁺ przez troponinę Tn – C, uwolnienie miejsc wiązania miozyny w aktynie

9. Tworzenie kompleksu aktomiozyny i skurcz mięśnia

10. Retikulum sarkoplazmatyczne wiąże wapń

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 Ca²⁺) głowa miozyny tworzy z aktyną kompleks aktomiozyny

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: kinaza keratynowa

PCr + ADP Cr + ATP

Cr – kreatyna

PCr – fosfokreatyna

• Reakcja adenylowa: kinaza adenylowa (miokinaza)

ADP + ADP ATP + AMP

Cykl Corih (Coriego)

Pośmiertny metabolizm tkanki mięśniowej

Rigor mortis:

• Konsekwencje śmierci organizmu dla mięśni

• Zanik syntezy ATP: wyłączenie pomp jonowych reakcja Lohmana

• Wzrost stężenia wapnia w mięśniach

• Tworzenie kompleksu aktomiozyny, brak ATP do relaksacji (dla rozkurczu)

Zmiany pośmiertne w tkance mięsnej – 3 fazy:

• Prerigor – spadek stężenie CP, ATP, glikoliza pośmiertna i kumulacja kwasu mlekowego, spadek pH zależy od zawartości glikogenu

• Rigor – tworzenie aktomiozyny, początek 1 – 12 godzin po śmierci, trwa 15 – 20 godzin

• Postrigor – kruchość, da ssaków 2 – 3 tygodni w temperaturze 2^oC po ustąpieniu stężenia

Konsekwencje ustania cyrkulacji krwi

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

Pośmiertne przemiany nukleotydów adenozynowych:

• Zanik fosforylacji oksydacyjnej

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

• Rozkład ATP przez ATP – azę miozynową → Pi

• Wolny Pi stymuluje glikolizę beztlenową

• Reakcja Lohmana: podtrzymywanie stężenie 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

Pośmiertna degradacja ATP

• ATP – azy (miozynowa, sarkoplazmatyczna)

• Miokinaza

• Deaminaza

• IMP, inozyna i hipoksantyna → ważne związki smakowo – zapachowe

Indeks świeżości mięsa

(inozyna + hipoksantyna + ksantyna)

(ATP + ADP + AMP + IMP + adenozyna + inozyna + hipoksantyna + ksantyna)

Indeks świeżości mięsa ryb:

(inozyna + hipoksantyna) * 100%

(ATP + ADP + AMP + IMP)

Nukleotydy adenozynowe a degradacja białek – dane eksperymantalne:

• 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 mięśni

• Glikogen podlega beztlenowej glikolizie do kwasu mlekowego

• Niższe stężenie glikogenu u ryb niż u ssaków oraz u zwierząt wyczerpanych walką

• Istnieją 2 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 tkanki mięśniowej

Pośmiertne zmiany pH:

• U zwierząt ciepłokrwistych fizjologiczne pH tkanki mięśniowej wynosi 7,2 – 7,4

• Pośmiertne pH mięśniowe wynosi 5,3 – 5,5

• Niskie pośmiertne pH jest korzystne, ponieważ:

• Ogranicza rozwój bakterii

• Stabilizuje barwę mięsa

• Końcowa wartość pH 5,3 – 5,5 jest możliwa wyłącznie, gdy zwierzę przed ubojem jest nakarmione, wypoczęte i nie jest stresowane

• Warunki uboju mają wpływ na zawartość glikogeny w tkance mięśniowej zwierząt:

• Uśpienie 8,3 mg/g

• Oszołomienie 6 mg/g

• Długotrwała walka 3,4 mg/g

• DFD: dark, firm, dry (ciemne, zwięzłe, suche) – za wysokie pH

• PSE: pale, soft, exudative (blade, miękkie, z wyciekiem) – za niskie pH

Pośmiertne zmiany pH – zbyt wysokie pH końcowe, DFD:

• Niski poziom glikogenu powoduje podwyższenie końcowego pośmiertnego pH do 6,0 → 6,5

• Efekt DFD (ciemne, zwięzłe, suche, podatne na infekcje bakteryjne)

• Efekt DFD występuje w przedziale pH 5,6 → 6,3 i dotyczy 3 do 8% mięsa wołowego

• Zapobieganie: elektryczna stymulacja

Pośmiertne zmiany pH – zbyt niskie pH końcowe, PSE:

• Zbyt niskie pH końcowe 4,7 → 5,4 powoduje zwiększony wyciek, białą barwę i rozjaśnioną teksturę

• Główny czynnik wywołujący – zbyt niska temperatura (>36^oC)

• Główne zjawiska – denaturacja białek, gdyż punkt izoelektryczny wielu z nich przypada na pH 5,4 – 5,5, utrata zdolności wchłaniania wody

Dynamika zmian pH u ryb:

• Zazwyczaj końcowe pH pośmiertne wynosi 6,2 – 6,6

• W warunkach zmęczenia nawet 7 → 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 – temperatura najmniejszego spadku pH to 8 – 15^oC

Biochemia „skrócenia chłodniczego”:

• Obniżenie temperatury z ~15^oC → 1^oC powoduje:

• 30 – 40 krotny wzrost stężenia Ca²⁺ w miofibrylach

• Wzrost aktywności aktomiozynowej ATP – azy

• Przyspieszoną glikolizę, hydrolizę ATP, stężenie pośmiertne

• Jest to zjawisko odwracalne, związane ze zmianą przepuszczalności błony retikulum sarkoplazmatycznego

• Konsekwencje:

• Niepożądane: mięso należy przetrzymywać w temperaturze nie niższej niż 15^oC aż do spadku pH poniżej 6

• Tusze baranie co najmniej 16 h (przy stymulacji 250 V w 3 h) – opóźnienie w technologii

• Przyspieszenie glikolizy i uzyskanie szybkiego spadku pH < 6 poprzez stymulację elektryczną

Glikoliza a stymulacja elektryczna:

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

• Przy pH > 5,3 fosforylaza jest inhibitowana

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

Zmiany pośmiertne w białkach:

• Wzrost temperatury w mięśniach po uboju 36,7 → 39,5^oC (glikoliza jest egzotermiczna), wolny spadek temperatury w czasie wychładzania – ciepło zwierzęce

• Kombinowany efekt temperatury 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 glikolizy, spadkiem pH i wzrostem temperatury

Fragmentacja miofibryli i przemiany mioglobiny podczas dojrzewania mięsa

Dojrzewanie, kondycjonowanie, postrigor:

• 8 – 11 dni dla wyborowych tusz wołowych

• Podniesienie temperatury do 15^oC przyspiesza dojrzewanie tusz wołowych, lecz jest niemożliwe u tusz wieprzowych ze względu na procesy jełczenia:

• Gdy duża zawartość lipidów z nienasyconymi kwasami tłuszczowymi następuje ich oksydacja w wyniku czego tworzą się formy nadtlenkowe. Efekt: jełkość nadtlenkowa

• Gdy w lipidach występują kwasy nasycone – efekt jełkości hydrolitycznej, który związany jest z hydrolizą lipidów i uwalnianiem krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych o nieprzyjemnym zapachu

Mechanizm dojrzewanie mięsa:

• Czynnik aktywowany wapniem (CAF – calcium activated factor): KALPAINA

• Enzymy lizosomalne (katepsyny)

Mechanizm dojrzewania mięsa:

• Kalpaina (CAF)

• Endogenna proteaza zależna od wapnia

• Hydrolizuje tropomiozynę, troponinę T, troponinę I, filaminę, białko C (troponina T po hydrolizie zostawia charakterystyczny fragment 30 kDa)

• Nie hydrolizuje: miozyny, aktyny, α – aktyniny, troponiny C

• Efekt: fragmentacja miofibryli

• MFI: myofibril fragmentation index:

• Izolacja miofibryli: homogenizacja mięśni w buforze, zawieszenie pellets w buforze

• Rozpuszczenie miofibryli w 1% SDS, 2 – merkaptoetanol, pH 7, 24 h

• Oznaczenie białka w filtracie metodą Coomasi (A₅₉₀)

• MFI = A₅₉₀ x 200

• Liczba ścinania Warner’a – Blatzler’a:

• kg siły ścinającej na cm² (WBS)

• miara kruchości mięsa – im niższa liczba tym bardziej kruche jest mięso

Wpływ czasu przetrzymywania w temperaturze 2^oC na indeks fragmentacji:

• Indeks MFI wzrasta w każdym z typów mięśni wraz z czasem od uboju, ale szybkość wzrostu zależy od typu mięśni

• Liczba W – B spada wraz z upływem czasu, ale intensywność spadku zależy od typu mięśni

• Istnieje zależność między zawartością troponiny T w mięśniach i ich kruchością

Kalpstatyna – endogenny inhibitor kalpainy – cysteinowa proteinaza zależna od wapnia [EC 3. 4. 22. 17] – reguluje aktywność kalpainy w komórkach. Zależności:

KALPST → WBS r = 0,3

MFI → KALPS r = - 0,75

Enzymy lizosomalne – katepsyny:

• Aktywne przy pH 5,5 w 37^oC

• Uwalniane z lizosomów w środowisku kwaśnym po zakończeniu glikolizy

• Hydrolizują – miozynę, aktynę, α – aktyninę

• Łącznie z kalpainą (CAF) degradują miofibryle

Lipoliza podczas dojrzewania mięsa:

• Rozpad fosfolipidów w tkance mięśniowej, potem oksydacja

• W tkance mięśniowej i tłuszczowej rozpad triacylogliceroli, potem oksydacja

• Czynniki fizyczne lipolizy:

• pH

• Czas

• Temperatura

• Aktywność wody

• Potencjał redox tkanki

• Czynniki chemiczne wpływające na lipolizę:

• NaCl

• Glukoza

• Azotany

• Azotyny

• Kwas askorbinowy

Cytoszkielet mięśniowy – zadaniem cytoszkieletu mięśniowego jest utrzymanie kształtu komórki, łączenie organelli między sobą i z błoną komórkową oraz zapewnienie sprawnego aparatu skurczu

Cytoszkielet mięśniowy:

• Wewnątrzmiofibrynalne białka cytoszkieletowe:

• Titina (konektyna) – białko o pojedynczym łańcuchu i masie cząsteczkowej 2,8 x 10⁶ Da, stanowi 10% masy miofibryli, w sarkomerze zlokalizowane osiowo od linii M do dysku Z, w połączeniu z powierzchnią filamentu miozynowego stabilizuje strukturę sarkomery podczas skurczu

• Nebulina – masa cząsteczkowa 8 x 10⁵ Da, 4% masy miofibryli, zlokalizowana wzdłuż filamentów aktynowych

• Cytoszkielet zewnątrzmiofibrynalny – filamenty pośrednie złożone głównie z desminy i skeleniny

• Inne białka cytoszkieletowe – zlokalizowane przy błonie komórkowej tworzą połączenia miofibryli z sarkolemmą oraz synapsy nerwowo – mięśniowe:

• Integryna

• Talina

• Dystrofina

• Spektryna

• Ankiryna

• Acykulina

• Teuryna

• Plektyna

• Kinkulina

Łącznotkankowa matryca zewnątrzkomórkowa:

• Epimysium

• Perimysium

• Endomysium

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

• 19 typów kolagenu

• Epimysium – kolagen I

• Perimysium – kolagen III

• Endomysium – kolagen IV

Kolagen:

• Jest glikoproteiną, składa się z 2 łańcuchów polipeptydowych tworzących potrójną strukturę helikalną

• Zawiera dużą ilość aminokwasów nietypowych – proliny i hydroksyproliny

• Jest nierozpuszczalny 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 uzyskana ze skóry ryb ma większą zdolność żelowania niż kolagen mięśniowy ssaków

• Łańcuchy pro α– kolagenu syntetyzowane w REP (retikulum endoplazmatycznym):

• Hydroksylacja proliny i lizyny (witamina C)

• Glikolizacja

• Następnie tworzy się potrójna α helisa (prokolagen) – trzeciorzędowa struktura α helisy

• Synteza prokolagenu

• Synteza tropokolagenu

• Peptydazy prokolagenowe

• W miarę starzenia się kolagenu tworzą się dodatkowe poprzeczne wiązania disulfidowe zwiększając stabilność jego struktury

Barwniki mięsa

Mioglobina:

• 10% żelaza ogółem w żywym organizmie

• 95% żelaza w tuszach po uboju

• Dlaczego??? Bo w tuszach nie ma krwi a większość żelaza jest we krwi w hemoglobinie

Hem:

• Zbudowany z czterech pierścieni pirolowych połączonych ze sobą mostkami metinowymi oraz za pośrednictwem wiązań koordynacyjnych z centralnie usytuowanym jonem Fe²⁺. Jest to układ żelazoprotporfirynowy

• Część niebiałkowa hemoglobiny

• W mioglobinie, hemoglobinie, cytochromach

• Analogia z chlorofilem!

• Może ulegać utlenowaniu

• Azot z histydyny łączy 5te miejsce koordynacyjne żelaza hemowego

• Tlen łączy się z 6 – tym miejscem koordynacyjnym żelaza proksymalna histydyna (F8) wypełnia 5te miejsce koordynacyjne hemu. Dystalna His (E7) powoduje że hem łączy CO tylko 200, a nie 20 000 razy siniej niż O₂

Hem – czynniki decydujące o kolorze:

• Stopień utlenienia żelaza (Fe²⁺, Fe³⁺)

• Ligand przyłączony do wolnego miejsca koordynacyjnego

Barwa	Nazwa	Fe	Ligand	Uwaga
purpurowoczerwona	mioglobina	2+	H2O
jasnoczerwona	oksymioglobina	2+	O2	utlenowanie
czerwonobrązowa	metmioglobina	3+	OH	utlenienie
czerwona	nitrozomioglobina	2+	NO^2-	peklowanie
			CN^- CO

Dalsze przemiany metmioglobiny:

• Skutek przemian technologicznych

• Skutek zakażeń mikrobiologicznych

• Zielone produkty reakcji:

• Choleglobina

• Sulfmioglobina

Peklowanie – zapobiega zielenieniu – przetrzymywanie mięsa w solankach peklujących lub stosowanie urządzeń nastrzykujących. W skład solanek wchodzą sodowe lub potasowe sole kwasów HNO₂ i HNO₃. W takich warunkach jon NO₂^- tworzy z mioglobiną trwały kompleks o jasnoczerwonej barwie (chemiczne zabezpieczenie hemu przed tworzeniem się metmioglobiny, choleoglobiny czy sulfmioglobiny). Jednakże azotany nie są bezpieczne, gdyż są prekursorami nitrozoamin.

Czynniki sprzyjające tworzeniu metmioglobiny (utlenienie Fe²⁺ → Fe³⁺):

• Wysoka temperatura

• Niskie pH (denaturacja globiny, odsłonięcie hemu)

• Światlo UV

• Obecność soli zmniejsza pojemność buforową mięsa

• Bakterie tlenowe zmniejszają stężenie tlenu w mięśniach

Redukcja metmioglobiny do mioglobiny (Fe³⁺ → Fe²⁺):

• MRA (metmyoglobin reducing activity) reakcja katalizowana enzymatycznie z udziałem:

• Dehydrogenazy bursztynianowej współdziałającej z NAD

• Reduktazy metmioglobinowej

• Czynniki sprzyjające:

• Wyższe pH

• Dostęp tlenu

Konserwacja barwników mięsa:

• Peklowanie

• Przechowywanie w atmosferze gazowej (N₂, CO₂)

• Antyoksydanty:

• PG

• BHA

• Kwas askorbinowy

• Specjalne folie o wysokiej przepuszczalności tlenu (min. 5 l O₂/m²/dzień)

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

Przemiany biochemiczne w surowych 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 (karotenoidy) 0,1 – 0,3

• Włókno surowe 1

• Związki mineralne (K, Ca, Na, Mg) 1

• Związki fenolowe

• Pelargonidyna (rzepa, rzodkiewka)

• Kwas synapowy (kapusta czerwona)

• Cyjanidyna (cebula)

• Witaminy

• Kwas askorbinowy

• Tiamina

• Ryboflawina

• Kwas nikotynowy

• Kwas 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 – 1,5

• Triacyloglicerole

• Glikolipidy

• Fosfolipidy

• Karotenoidy

• Triterpentoidy

• Woski

• Karotenoidy

• 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 – katoren – prowitamina A –wiśnie, czereśnie, gruszki

• Witaminy z grupy B – figi, czarna porzeczka

• Związki mineralne

• K⁺, PO₄^- - sok jabłkowy i pomarańczowy

Akceptacja konsumencka zależy od:

• Zapachu, koloru, kształtu, rozmiaru, braku defektów

• Cechy te zależą od stopnia dojrzałości oraz przemian biochemicznych w okresie zbioru i przechowywania

Podstawowe zjawiska w owocach i warzywach po zbiorze:

• Oddychanie

• Transpiracja

• Infekcje mikrobiologiczne

• Inne przemiany biochemiczne

Oddychanie owoców i warzyw:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + energia (ciepło + ATP)

Podstawowe związki magazynujące energię:

• Sacharoza

• Skrobia

:

Istnieją dwie ścieżki konwersji skrobi lub sacharozy do kwasu pirogronowego :

• Glikoliza

• Cykl pentozofosforanowy

Oddychanie:

Skrobia/sacharoza

Reakcja sumaryczna glikolizy:

C₆H₁₂O₆ + 2 P + 2 ADP → 2 CH₃COCOOH + 2 ATP

CH₃COCOOH + 2 H₂O + 2 O₂ → 2 CO₂ + 4 H₂O + 12 ATP

Oddychanie:

• 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 (klimakteryjny)

• Maksymalna produkcja CO₂ w fazie klimakterium

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:

• Typ 1 – powolny spadek intensywności oddychania w miarę dojrzewania – cytrusy

• Typ 2 – przejściowy wzrost intensywności oddychania. Owoce dojrzewają po osiągnięciu maksimum wydzielania CO₂ – awokado, banany, pomidory

• Typ 3 – maksymalna produkcja CO₂ w fazie pełnej dojrzałości i po niej – truskawki, morele

Oddychanie u warzyw:

• Warzywa można klasyfikować jako silnie, słabo lub średnio oddychające.

• Młode tkanki szparagów i rosnące nasiona groszku zielonego oddychają silnie

• Niska intensywność oddychania w organach przechowalniczych (ziemniaki), korzeniach (słodki ziemniak) czy bulwach (cebula)

• Warzywa liściaste cechuje średnia intensywność oddychania

Dlaczego wzrost syntezy CO₂?

• Zmiany 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

• Nawet minimalne ilości etylenu stymulują aktywność oddechową i indukują dojrzewanie

• U owoców klimakterycznych wrażliwość na etylen występuje tylko przed fazą klimakterium

• U owoców nieklimakterycznych etylen stymuluje aktywności oddechową po zbiorze

• Etylen – „hormon gazowy” H₂C = CH₂

• Sygnalizuje przejście za stanu niedojrzałego do dojrzałego

• Rozpad komponentów ścian 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 nieodwracalnie klimakterium

• U owoców nieklimakterycznych etylen chwilowo stymuluje aktywność oddechową

• Dekarboksylacja jabłczanu i pirogronianu – zmiany w klasycznym cyklu Krebsa (drastyczny wzrost aktywności dekarboksylacy jabłczanowej i dekarboksylazy pirogronianowej podczas dojrzewania)

• Wzrost aktywności fosfofruktokinazy I oraz syntezy 1,6 – bisfosforanu fruktozy

Alternatywna droga transportu elektronów

Teoria Barett’a (1987)

• Aktywacja enzymu fosfotransferazy fruktozo – 6 – fosforanowej (PFP), który katalizuje reakcję identyczną jak fosfofruktokinaza I (PFK1) lecz wykorzystuje fosfor nieorganiczny (PPi) zamiast ATP i jest aktywowany przez fruktozo – 2,6 – bisfosforan

• Rola PFK2

Czynniki wzmożonej aktywności oddechowej w tkance owoców:

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

8. 20 – krotny wzrost aktywności fosfofruktokinazy (PFK)

Fruktozo – 6 – fosforan + ATP → 1,6 – bisfosforan fruktozy

2,6 – bisfosfosforan fruktozy jest aktywatorem

1. Aktywacja enzymu fosfotransferazy fruktoza – 6 – fosforan (PFP)

Fruktozo – 6 – fosforan + PPi → 1,6 – bisfosforan fruktozy

2,6 – bisfosfosforan fruktozy jest aktywatorem

Biosynteza etylenu – cykl metioninowy:

• MTA: 5 – metylotioadenozyna

• MTR: 5 – metylotioryboza

• MTR – 1 – P

• Metionina

• S – adenozylo – L – metionina (SAM) – donor grup metylenowych

Metionina + ATP → 5 – adenozylo – L – metionina (SAM) + P + PPi

ATP – jest donorem reszty adenylowej

• ACC – kwas aminocyklopropano – 1 – karboksylowy

• Etylen

Cykl metioninowy – zarys:

MTA → MTR → MTR – 1 – P → metionina → SAM → ACC → etylen (CH₂ = CH₂)

Substraty m. in.:

• ATP

• O₂

Produkty m. in.:

• CO₂

• HCN

• Etylen

Enzym kluczowy – Syntaza ACC:

SAM → ACC + MTA

Kluczowe reakcje cyklu metioninowego mają charakter utlenienia, dekarboksylacji i transaminacji.

Regulacja syntezy etylenu:

• Enzym regulujący: syntaza ACC, tworzenie ACC z SAM jest etapem decydującym o stężeniu etylenu.

• Zmiany stężenie 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

Regulacja syntezy etylenu:

• Etap ( system) I: wzrost aktywności syntazy ACC → tworzą się „startowe” ilości etylenu

• Etap II: etylen „startowy” indukuje aktywność enzymów rozkładających ACC → gwałtowny wzrost stężenie etylenu

Cyjanki blokują oksydazę cytochromową: rośnie znaczenie łańcucha niewrażliwego na cyjanki

np. dekarboksylaza jabłczanowa i dekarboksylaza pirogronianowa

„Ethylene response factor” (triple response)

• Transkrypcja Syntazy ACC

• Transkrypcja oksydazy ACC (EFE)

• Transkrypcja kinazy białkowej zależnej od wapnia

Syntaza SAM – transferaza adenozylowa metioniny

EFE – ethylene forming enzyme

Regulacja syntezy etylenu:

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

• CO₂ inhibituje syntazę ACC (opóźnia proces dojrzewania owoców: „modyfikowana atmosfera”: 10% CO₂, niskie stężenie O₂)

• Produkcja etylenu jest skorelowana ze stężeniem nadtlenków, aktywnością katalazy, peroksydazy i lipoksygenazy

• H₂O₂ inhibituje EFE oraz lipoksygenazę

Rodniki tlenowe generowane przez lipoksygenazę aktywują EFE

• Lipoksygenaza stymuluje syntezę etylenu

• Syntaza ACC jest aktywowana przez galaktozę

Lipoksygenaza atakuje nienasycone kwasy tłuszczowe.

Zmiany barwy dojrzewających owoców

Związki barwne w żywności

Podstawowe pigmenty żywności:

• Chlorofile – zielone, rozpuszczalne w lipidach

• Karotenoidy – pomarańczowe do czerwonych, rozpuszczalne w lipidach

• Antocyjaniny – niebieskie do purpurowych, rozpuszczalne w wodzie

Zmiany barwy związane są z:

1. Utratą koloru zielonego – degradacja chlorofilu

2. Syntezą i ekspozycją antocyjanin

Etylen, światło i zmiany barwy:

• Etylen stymuluje degradację chlorofilu na świetle

• Etylen stymuluje biosyntezę chlorofilu w ciemności – zjawisko wysoce niepożądane i ma miejsce w nieodpowiednio przechowywanych bulwach ziemniaka

• Etylen stymuluje biosyntezę antocyjanin na świetle

Biosynteza chlorofilu

Związek prekursorowy: kwas δ – aminolewulinowy (ALA)

1. Synteza ALA u roślin, możliwe drogi:

• Bursztynylo – Co – A + glicyna (ziemniaki, analogicznie u zwierząt synteza hemu)

• Glutaminian (ogórek, szpinak, pszenica, kukurydza)

• α - ketoglutaran (2 – oksoglutaran, algi)

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

1. Tworzenie porfobilinogenu

2 ALA PBG (porfobilinogen, aromatyczny) + 2 H₂O

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

1. Deaminaza porfobilinogenu (PBG)

4 PBG → kondensacja „głowa do ogona” powstają pierścienie pirolowe → zamknięcie cząsteczki liniowej i powstanie uroporfirynogen III. Deaminaza porfibilinogenu katalizuje tą reakcję.

Syntaza uroporfibilinogenu III zamienia pierścień tetrapiolu na makrocylkiczny uroporfirynogen III.

1. Dekarboksylacja reszt kwasu octowego i propionowego na pierścieniach pirolowych; wbudowanie wiązań podwójnych (odwodorowanie) → protoporfiryna IX

Cztery reszty acetylowe w wyniku dekarboksylacji dają reszty metioninowe. Oksydacyjne dekarboksylacja zamienia 2 z 4 reszt propionowych do reszt winylowych. Oksydaza protoporfirynowa dodaje wiązania podwójne.

1. Chelatowanie magnezem, metylacja (SAM) i synteza protochlorofilidu.

Ferrochelataza wbudowuje Fe²⁺ do protoporfiryny IX i powstaje hem.

1. Protochlorocylid musi do niego być dosyntetyzowany ogon fitolowy aby powstał chlorofilid

Mechanizm degradacji chlorofilu

Trzy ścieżki degradacji chlorofilu:

• Akcja chlorofilazy (ucięcie ogona)

Chlorofil → chlorofilid + ogon fitolu

Chlorofilid → feoforbid (Mg²⁺ → H⁺)

Blanszowanie owoców i warzyw przed mrożeniem inaktywuje chlorofilazę

• Zmiany pH – zmiana magnezu wodorem w środowisku kwaśnym daje feofitynę (barwa – głęboka oliwkowa zieleń) – pH kwaśne

Przy pH alkalicznym reszty fitylowe i metylowe są usuwane, powstaje jasnozielona chlorofilina

• Bielenie enzymatyczne (lipoksygenaza, peroksydaza lub katalaza i H₂O₂); chlorofil „a” jest bardziej podatny na bielenie

CHLOROFIL

Wpływ aktywności wody na utratę chlorofilu:

Czas 20% utraty chlorofilu w szpinaku w 37^oC, w atmosferze powietrza:

Karotenoidy

Aktywne w fotosyntezie, uczestniczą w:

• Absorpcji światła

• Fotoprotekcji

• Stabilizacji

Żywienie:

• Antyoksydanty

• Procesy widzenia

Ptaki, ryby:

• Odporność

• Estetyka (pociąg seksualny)

Karotenoidy absorbują światło niebieskie i zielone (zielonego nie absorbują chlorofile)

Budowa chemiczna:

• Olbrzymie zróżnicowanie: ponad 700 znanych związków

• Podstawową jednostka: izoprenoidowy, polienowy (wielonienasycony) szkielet C₄₀

• Dodatkowe elementy: metyl, pierścienie, hydroksyle, karbonyle, laktony, alleny

Klasyfikacja karotenoidów:

• Karoteny: karotenoidy węglowodorowe, np. β – karoten, lipoken

• Ksantofile: oksygenacja karotenów z resztami hydroksylowymi, epoksy -, oksy -, pochodne (luteina, astaksantyna, zeaksantyna)

• Apo -/diapo – karotenoidy: usunięte pierścienie końcowe

• Norkarotenoidy: usunięte atomy węgla np. peridinyna

Izomery cis/trans (1056 wariantów likopenu)

Przykłady karotenów: α -, β – karoteny marchwi; likopen pomidora.

Przykłady ksantofili: kapsantyna, kapsorubina czerwonej papryki.

Biosynteza karotenoidów:

• Dezintegracji struktury gronowej chloroplastów towarzyszy tworzenie chromoplastów tj. miejsc syntezy karotenoidów

• Prekursor: acetylo – CoA

• Schemat ogólny:

Acetylo – CoA → kwas mewalonowy → pirofosforan izopentenylu → pirofosforan geranylgeranylu → pirofosforan prefytoenu → fytoen → ψ – karoten → neurosporen → likopen

Owoce pomidora są bardzo dobrym źródłem witaminy C.

Likopen bardzo silny związek przeciwutleniający, nie tworzą się z niego żadne witaminy.

Acetylo – CoA + ATP → Syntetaza acetoacetylo – CoA → acetoacetylo – CoA + acetylo – CoA →

→ Synteza HMG – CoA → hydroksymetyloglutaryloCoA → NADPH i Reduktaza HMG → Kwas mewalonowy (MVA)

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

Biosynteza karotenoidów – schemat szczegółowy:

• MVA + ATP → MVA – 5 – P (kinaza mewalonowa)

• MVA – 5 – P + ATP → MVA – 5 – PP (kinaza 5 – P – MVA)

• MVA – 5 – PP + ATP → IPP + ADP + P + CO₂ (dekarboksylaza mewalonowa syntetyzuje pirofosforan izopentynylu – IPP)

• Izomeryzacja izopentenylowa: pirofosforan izopentenylu → pirofosforan dimetyloallylu

• Reakcje transferaz prenylowych:

• Pirofosforan izopentenylu

• Pirofosforan geranylu

• Pirofosforan farnezylu

• Pirofosforan geranylgeranylu

Na każdym etapie kondensacji dodawana jest reszta IPP

• Kondensacja 2 cząsteczek GGPP (2 X C₂₀)

• Pirofosforan prefitoenu traci proton co powoduje powstanie podwójnego wiązania przy C₁₅.

• Seria reakcji desarutacyjnych (wbudowywanie wiązań podwójnych):

Fitoen → fitofluen → ζ – karoten → neurosporen → likopen

• Cyklizacja jednej lub dwóch grup końcowych

• Cykl ksantofilowy – polega na dobudowaniu reszty hydroksylowej w pozycji C₃ lub grupy 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 – i β – karoten, luteina, wiolaksantyna, neoksantyna)

• Synteza karotenoidów w chromoplastach (kryptoksantyna, zeaksantyna)

Zmiany zawartości karotenoidów podczas przechowywania i przetwarzania:

• Jako związki nienasycone podatne sa na reakcję izomeryzacji i utleniania

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

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

• Karotenoidy są podatne na utlenianie nieenzymatyczne zwłaszcza w postaci odwodnionej (a_w = 0,44 hamuje proces degradacji)

Efekty różnej aktywności wody oraz antyoksydantów

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 , zaznaczono miejsce przyłączenia części cukrowej (glukoza, laktoza, ramnoza, ksyloza)

• Podstawowe antocyjanidyny żywności: pelargonidyna, cyjanidyna, delfinidyna, peonidyna, petuwidyna, malwidyna

• Stopień hydroksylacji odpowiada za odcień niebieski, stopień metoksylacji za kolor czerwony.

Intensywność barwy zależy od:

• Budowy chemicznej

• Stężenia

• pH

• Obecności kopigmentów

• Obecności jonów metali

cyjanidyna → czarna jagoda

cyjanidyna, delfinidyna → czarna porzeczka

cyjanidyna, peonidyna → wiśnie

cyjanidyna, pelargonidyna → truskawki

Antocyjaniny – biosynteza:

• Trzy etapy:

1. Akcja liazy fenyloalaninoamonowej (PAL): fenyloalanina → kwas cynamonowy + NH₄⁺

2. Kwas cynamonowy + 3CH₃ – CO ∼ SCoA → (kondensacja „głowa – ogon”) → chalkon

3. Izomeryzacja: chalkon → flawon

• Biosyntaza antocyjanin jest stymulowana przez światło i niskie temperatury

• Biosynteza antocyjanin 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

Antocyjaniny – wpływ procesów przetwarzania żywności:

• Utrata barwy – termiczna, chemiczna (zakwaszenie), biochemiczna

• Enzymy dekoloryzujące („bielące”)

  • Oksydazy polifenolowe

  • Peroksydaza

  • Antocyjanaza

Inaktywowane blanszowaniem

• Stabilność barwy zależy także od stężenia tlenu, jonów metali oraz pH

• Odbarwianie przechowalnicze – w wyniku degradacji form ketonowych antocyjanin podczas długotrwałego przechowywania powstaje brązowy precypitat

• Tworzenie kompleksów ze związkami polifenolowymi, kwasami nukleinowymi, cukrami, aminokwasami, jonami metali stabilizuje barwę

Witamina C:

• Witamina C – kwas askorbinowy, syntetyzowany przez wiele roślin jest istotnym komponentem diety człowieka

• Jest przeciwutleniaczem, wzmacnia system odpornościowy

Wzmacnia układ krążenia, zapobiega chorobom tkanki łącznej

• Jest konieczna dla 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 u roślin:

Pektyna

↓ Hydroliza

Kwas D - galakturonowy

↓ Reduktaza kwasu D – galakturonowego

Kwas L – galakturonowy

↓ Aldono – laktonaza

L – galakturo – 1,4 – lakton

↓ Dehydrogenaza L – galakturo – 1,4 – laktonu

Kwas askorbinowy

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 Aradopsis ithaliana metodą tranformacji z Agrobacterium tumefaciens

6. Aradopsis ithaliana syntetyzuje 3 x więcej witaminy C

Recykling zużytej witaminy C u roślin

Amplifikacja DHAR:

1. Izolacja cDNA DHAR z pszenicy

2. Transformacja tytoniu (Agrobacterium) i kukurydzy (bombardowanie)

3. Wektor binarny pBI101 ze znacznikiem histydynowym dołączony został pod kontrolę promotora 35S CaMV u tytoniu

4. U kukurydzy wykorzystano promotor ubichitynowy (Ub) i wektor pACH18. Bombardowano tkankę kalusową

5. Amplifikacja: tytoń 32 x, kukurydza ok. 100 x

6. Czterokrotnie podwyższona zdolność biosyntezy witaminy C u obu roślin

Zmiany tekstury dojrzewających owoców i warzyw

Smakowitość (flavour):

• Suma interakcji pomiędzy zapachem (arma) i smakiem (taste)

• Podstawowe związki decydujące o smaku to związki nielotne – cukry, kwasy organiczne

Zapach (aroma):

Podstawowe związki decydujące o zapachu to związki lotne – aldehydy, alkohole, estry, laktony, terpeny, związki siarki

Podczas dojrzewania owoców (ripening, maturation) zapachowe związki lotne powstają z:

• Białek

• Węglowodanów

• Lipidów

• Witamin

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 w owocach pomidora:

• Transaminacja (deaminacja) → kwas α – ketoizokaproikowy

• Dekaroksylacja → 3 – metylo – 1 – butanal

• Hydrogenacja → alkohol izoamylowy

W czasie dojrzewania owoców obserwowano spadek zawartości kwasu linolowego i linolenowego. W procesie tym uczestniczy lipoksygenaza (endogrnny enzym owoców), której inhibitorem jest H₂O₂.

Smak (taste):

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

• Stosunek stężenia cukrów do kwasów jest indeksem dojrzałości dla wielu owoców

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

• Hydrolizowalne (do kwasu 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 → cukier:

1. Sacharoza + UTP → UDP – Glu + fruktozo – 1 – fosforan (transferaza glukozylowa: sacharoza, UDP – Glu)

2. Fruktozo – 1 – fosforan → glukozo – 1 – fosforan (heksokinaza, fosfoglukoizomeraza, fosfoglukomutaza)

3. Glukozo – 1 – fosforan + 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. Sacharoza + H₂O → glukoza + fruktoza (inwertaza)

7. Fruktozo – 6 – fosforan + UDP – Glu → sacharozofosforan + UDP (syntetaza sacharozy)

8. Skrobia + H₂O → maltoza + H₂O → glukoza: hydroliza

9. Skrobia + H₃PO₄ → glukozo – 1 – fosforan: 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 jelita (tak jak niestrawne polisacharydy nie skrobiowe tj.: glukany, ksylany, itp.)

• Aktywność fosforylazy w ziemniakach przechowywanych w 4^oC jest wzmocniona → zimna słodkość, brunatna barwa czipsów (temperatura przechowywania >10^oC)

Kwasy organiczne:

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

• Źródłem kwasów organicznych jest cykl Krebsa

• Pomarańcze, cytryny i truskawki – głównie kwas cytrynowy

• Jabłka, gruszki, śliwki – głównie kwas jabłkowy

• Istotnym kwasem organicznym jest kwas askorbinowy

• 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)

• W kontrolowanej atmosferze (niskie stężenie O₂) hamowane są zjawiska respiracji, dojrzewania, żółcenia

• Warunki atmosfery kontrolowanej zależą od rodzaju owoców i warzyw

1. Metoda Ben – Yehoshua (1979 r.) – indywidualne pakowanie owoców w celu wytworzenia mikroatmosfery przechowalniczej. Stosowana folia polietylenowa wysokiej gęstości nieprzepuszczalna dla wilgoci. Zalety: wydłużony czas przechowywania, zmniejszone ubytki masy, zmniejszone przebarwienie

2. Stosuje się też powłoki woskowe lub olejowe na powierzchni owoców

Ziemniaki: 7 – 10^oC, 90 – 95% wilgotności względnej

Cebula: 1 – 3^oC, 70 – 75% wilgotności względnej

Zawartość fruktozy jest dla cebuli wskaźnikiem jakości przechowalniczej – nie powinna być za niska. Jest to związane z aktywnością inwertazy w tkance.

Dojrzewanie owoców i warzyw – przemiany tekstury i smakowitości

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 r.)

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 pierwotnej ściany komórkowej

• Dojrzewanie warzyw związane jest z utwardzeniem struktury związanym z budową wtórnej ściany komórkowej – głównie z depolaryzacją 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 kwasu α – D – galakturonowego lub jego estru metylowego – połączonego wiązaniami α – 1,4 – glikozydowymi i inkrustowane resztami L – ramnozylowymi

→ ramnogalakturan

• Pektyna:

• Polisacharydy strukturalne roślinnych ścian komórkowych

• Segmenty „gładkie” (łańcuchy częściowo zmetylowanego kwasu α – 1,4 – galakturonowego → ramnoglalakturany 1)

• Segmenty włochate (hairy) łańcuchy kwasu α – 1,4 – galakturonowego oraz α – 1,2 – ramnozy z bocznymi rozgałęzieniami arabinozy i galaktozy → ramnogalakturany 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%) → są to pektyny najbardziej wartościowe technologicznie

• Hemicelulozy:

• Ksylany

• Mannany

• Glukomannany

• Galaktomannany

• 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

• Synapinowego

Biosynteza lignin:

• Wolne alkohole tworzą się z odpowiednich glukozydów z udziałem β – glukozydaz

• Alkohole cynamylowe są atakowane przez peroksydazę w miejscu niepodstawionej reszty p – OH z wytworzeniem rodników O^-

• Rodniki są zdolne do łączenia się z nienasyconymi związkami dalszych cząsteczek alkoholi cynamylowych

• Możliwe reakcje z sacharydami (hemicelulozy)

• Wolne grupy – OH ulegają metylacji oraz estryfikacji z udziałem kwasów cynamylowych

Biosynteza ściany komórkowej:

1. Glukoza + ATP → glukozo – 1 ~ P + ADP

Glukozo – 1 ~ P + ATP → ADP – glukoza + P – P

Lub

1. Glukozo – 1 ~ P + UTP → UDP – glukoza + P – P

ADP – glukoza (UDP – glukoza) + primer (Gn) → 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 łańcuch ramnogalakturonianowy

• 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 ramnopoligalaktouronianu, skutkuje to wytworzeniem metanolu

• Pectin metyl 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 oddechowe

• Uważa się, że demetylacja pektyn jest konieczna do akcji PGA

• Liaza pektynianowa

• Depolimeryzuje łańcuch ramnopoligalakturonowy, ale bez udziału wody

• Niewrażliwa na stopień metylacji pektyny

Degradacja ściany komórkowej:

• W dojrzewających owocach dochodzi do degradacji celulozy przez kompleks hydrolityczny endogrnnych celulaz

Nierozpuszczalna celuloza

Rozpuszczalna celuloza

Celobioza

Glukoza

• Wpływ hormonów roślinnych (etefon → aktywuje spadek twardości, kwas gliberelinowy → hamuje spadek twardości) na aktywność celulazy i twardość owoców pomidora

Mechanizmy degradacji kompleksu ligninocelulozowego wg Leonowicza:

• Lignina → pochodne metoksyfenylowe (ligninaza)

• Pochodne metoksyfenylowe → chinony (lakkaza)

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

• Glukono (ksylano) lakton → cykl 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

Zmiany biochemiczne w ziarnach zbóż

Zboża:

• Główne źródło żywności na świecie, dostarczają ludzkości 70% energii, 50% białka

• W krajach wysokorozwiniętych następuje relatywny spadek konsumpcji produktów zbożowych, które mimo to dostarczają 20% białka, energii, magnezu i cynku, 30 – 40% węglowodanów i żelaza, 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

Struktura ziarna zbożowego:

• Zarodek

• Endosperma – miejsce rezerw, które uwalniane są w procesie kiełkowania zarodka

• Warstwa aleuronowa – synteza enzymów koniecznych do uruchomienia rezerw endospermy

• Okrywa nasienna (otręby)

Endosperma – miejsce depozycji rezerw:

• Enzymatycznych → ziarna skrobiowe

• Białkowych → ciała białkowe

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:

• Ziarna pierwotne – typ A – 20 – 45 µm, 3% ogólnej ilości, 50 – 70% masy

• Ziarna wtórne – typ B – powyżej 10 µm, 97% ogólnej ilości, 20 – 50% masy

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

• Wielkość i kształt ziarna skrobiowego zależy od rodzaju skrobi

• Ziarna skrobiowe są nierozpuszczalne w wodzie, nie są w stanie utworzyć z wodą stabilnej zawiesiny

• Punkt kleikowania – temperatura, w której lepkość gwałtownie wzrasta, gdyż rozpadają się ziarna skrobiowe i skrobia się wylewa

• Ziarna skrobi zbóż zawierają hemicelulozy: ksylany i β – glukany u pszenicy, żyta i jęczmienia. Są one zdolne do wiązania wody, aż do wytworzenia żeli

Skład chemiczny skrobi:

• Amyloza – liniowy łańcuch α – 1,4 – glukopiranozy, DP: 180 – 320, MW ~160, rzadkie rozgałęzienia – co około 200 jednostek glukozowych

• Amylopektyna – liniowy α – 1,4 – glukan z rozgałęzieniami α – 1,6 co około 20 jednostek glukozowych, MW ~10⁸

• Amyloza : amylopektyna → 1 : 3 – skrobie woskowe: 99% amylopektyny

Konwersja sacharoza ↔ skrobia w ziarnach zbóż:

• Sacharoza + UDP → UDP – Glu + fruktozo – 1 – fosforan

Transferaza glukozylowa sacharoza : UDP - Glu

• Fruktozo – 1 – fosforan → glukozo – 1 – fosforan

Heksokinaza, fosfoglukoizomeraza, fosfoglukomutaza

• Glukozo – 1 – fosforan + ATP → ADP – Glu + PPi

Pirofosforylaza ATP – glukozy

• ADP – Glu + primer (Gn) → glukozyloprimer (Gn + 1) + ADP

Syntetaza skrobi (amylozy)

• Sacharoza → H₂O → glukoza + fruktoza

Inwertaza

• Fruktozo – 6 – fosforan + UDP – Glu → sacharozofosforan + UDP

• Skrobia → H₂O → maltoza → H₂O → glukoza (hydroliza)

• Skrobia + H₃PO₄ → glukozo – 1 – fosforan (fosforoliza)

Fosforylaza

Biosynteza skrobi:

• Enzymy kluczowe: pirofosdorylaza ADP – Glukozy i alkaliczna porofosfataza

• Zmiany aktywności pirofosdorylazy ADP – Glukozy i alkalicznej porofosfatazy w czasie dojrzewania ziarna

• Translokacja skrobi tymczasowej z chloroplastów do amyloplastów → 14 dni po anthesis (= dojrzałość pyłkowa rośliny, czas otwarcia kwiatu)

• Maksimum nagromadzenia sacharozy do 7 dni po anthesis, gwałtowny wzrost po 14 dnich, wysoki poziom utrzymuje się

• Aktywność inwertazy spada do zera po 21 dniach po anthesis

• Maksymalna aktywnośc syntezy skrobi – 21 dni

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

• Nieredukujący

Struktura amylozy:

Spirala z dziurą, w którą wchodzą fosfolipidy → kompleksy amylozo – lipidowe, szczególnie występujące w skrobi zbożowej (pszenicznej), najmniej w ryżu i kukurydzy

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 w szorstkim retikulum endoplazmatycznym z aktywnym udziałem aparatu Golgiego

Synteza białka w ziarnach zbóż – etapy:

1. Szybki podział komórek przy niskim poziomie syntezy białka

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 lipidów

• Amyloskrobia → bogata w lipidy

• Główne kwasy:

• Linolowy

• Olejowy

• Palmitynowy

• Linolenowy

Zawartość tłuszczu w ziarnach zbóż:

• Pszenica – 1,8%

• Owies – 5,4%

• Kukurydza – 0,4 – 1,7%

Biosynteza tłuszczu:

• Biosynteza kwasów tłuszczowych: kompleks syntetazy kwasów tłuszczowych

• Estryfikacja glicerolu

Tłuszcze stanowią pierwsze źródło energii podczas kiełkowania zarodka.

Przemiany glicerolu:

1. Aktywacja kinazą glicerolową (transferaza):

2. Utlenianie (dehydrogenacja) dehydrogenazą 3 – fosfoglicerolową

3 – fosfoglicerol + NAD ⁺ → 3 – fosfodihydroksyaceton (3 – fosforan gliceraldehydu) + NADH + H⁺

1. Katabolizm:

3 – fosfodihydroksyaceton → kwas pirogronowy (glikoliza), oksydacyjna dekarboksylacja, cykl Krebsa, łańcuch oddechowy

Anabolizm:

3 – fosfodihydroksyaceton → 1,6 – bisfosforan fruktozy, aldolaza bisfosforanu fruktozy (glukoneogeneza)

β – utlenianie kwasów tłuszczowych:

1. Synteza acylo – koenzymu A (aktywacja)

R – COOH + ATP → A – COO – AMP + P – P

R – COO – AMP + CoA – SH → R – CO ~ S – CoA + AMP

1. Dehydrogenaza acylo – CoA (odwodorowanie I)

R’ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – CO ~ S – CoA + FAD ↔ R – CH = CH – CO ~ S – CoA

1. Hydrataza enoilo – CoA (hydratacja)

R – CH = CH – CO ~ S – CoA + H­₂O ↔ R – CO – CH₂ – CO ~ S – CoA

1. Dehydrogenaza 3 – hydroksyacylo – S – CoA (odwodorowanie II)

R – CO – CH₂ – CO ~ S – CoA + NAD⁺ ↔ R – CO – CH₂ – CO ~ S – CoA + NADH + H⁺

1. Acylotransferaza acetylokoenzymu A (tiolaza)

R – CO – CH₂ – CO ~ S – CoA + Co – SH ↔ R’ – CO ~ S – CoA + CH₂ – CO ~ S - CoA

A – aktywny kwas tłuszczowy skrócony o 2 węgle

Wchodzi do reakcji 2 (odwodorowanie I) i cykl się powtarza

B – acetylokoenzym A → do puli metabolicznej

Bilans energetyczny β – oksydacji:

• Kwas palmitynowy C_{16 : 0} ΔG^o = - 9768 kJ/M

• W jednym obrocie spirali powstaje 1 M FADH₂, 1 M NADH ⁺ + H⁺

• 7 obrotów spirali daje 8 reszt acetylo – CoA

• 44,6% - wydajność energetyczna

Biosynteza tłuszczu – etapy:

1. Inicjacja – acetylo – CoA jest przyłączony do peryferyjnego – SH białka A_cylC_arrieraP_rotein i podany do acylotransferazy acetylowej – „primer 2C”

2. Reakcja malonylowa (równolegle) – drugi acetylo – CoA jest przekształcany do malonylo – CoA przez wbudowanie CO₂ (karboksylację) w formie HCO₃^- przyłączany do centralnego – SH białka ACP - transacylaza acetylu

3. Reakcja kondensacji – grupa malonylowa traci Co₂ i łączy się z grupą acetylową, synteza ketoacylu, uwolnienie peryferyjnej grupy – SH, koniec faz „przygotowania”

4. Pierwsza redukcja (NADPH₂) reduktaza ketoacylu

5. Dehydratacja

6. Druga redukcja (NADPH₂) – koniec fazy „obróbki”. Powstała jednostka4C wchodzi do reakcji z 2 („primer 4C”) jest przerzucany z centralnego na peryferyjny – SH białka ACP.

Podstawowy kwas syntetyzowany to palmitynowy C_16:0. Kwasy nienasycone z kwasami nasyconymi przy udziale desaturaz.

Węgiel metylowy nazywamy omega (ω), kwas omega6 – pierwsze wiązanie podwójne przy 6 węglu od końca.

Kiełkowanie zbóż

• Przemysł wykorzystujący zjawisko kiełkowania – słodownictwo

• Przemysł, gdzie kiełkowanie jest wysoce niepożądane – piekarstwo

• Uwaga lingwistyczna:

Kiełkowanie (pol.) = germination – kiełkowanie zarodka, sproutning, sprouting – porastanie w kłosach

• Wilgotna pogoda powoduje kiełkowanie zarodków ziaren przed osiągnięciem pełnej dojrzałości fizjologicznej:

• 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 na amylozę i amylopektynę, jest to enzym glukogenny – tj. generuje się glukoza; taki enzym posiadają tylko mikroby

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, alb co drugie wiązanie (powolny spadek lepkości, szybki wzrost redukcyjności)

Zmiany zawartości amylaz podczas kiełkowania zbóż:

Enzym	α - amylaza	β – amylaza
Zboże	niekiełkowane	kiełkowane
Pszenica	0,04	200
Jęczmień	0,04	54

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

• K₂SO₄ – działa ochronnie na syntezę α – amylazy, chroni przed ABA

• α – amylaza występuje w ziarnach pod postacią izoenzymów: α – AMY I i α – AMY II:

• α – AMY I – jest silnie hamowana przez ABA

• α – AMY II – 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 CO₂

  • mały wymiar bochna

  • niedobarwienie skórki

Liczba opadania:

• Wskaźnik aktywności α - amylazy w ziarnie lub mące (falling numer) – 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 < 80 s

• 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)

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

Mobilizacja białek w czasie 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

• Uwalnianie aminokwasów w czasie kiełkowania pszenicy (122 h, 16,5^oC)

• 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

Mobilizacja tłuszczów w czasie kiełkowania:

• Wzrost aktywności lipazy, zwłaszcza lipazy triacyloglicerolowej [EC. 3.1.1.30]

• 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 16ºC

• Optymalne warunki przechowywania – w temperaturze 4,5ºC 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

Zmiany biochemiczne mleka surowego

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

• Tłuszcz 3 – 6

• Białko 3 – 4

• Laktoza 5

• Związki mineralne 0,7

• Sucha substancja 12

Sucha masa beztłuszczowa (%):

• Białko 3,2

• Laktoza 4,6

• Minerały 0,7

Suma: 8,5%

Czynniki wpływające na skład chemiczny mleka:

• Rasa bydła

• Pora roku

• Stadium laktacji

• Żywienie

• Wiek

• 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, które 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: C_16:0, C_18:0, C_18:1

• 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 C_16:0

• 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 C_18:2 (linolowy) w plazmie krwi – obserwowano wzrost stężenia C_18:2 w gruczole mlecznym

Białka mleka – kazeiny:

• Fosfoproteiny precypitujące z mleka surowego po zakwaszeniu do pH 4,6 w 20^oC

• Tworzą micele odpowiedzialne za opalizująca barwę mleka

• Główne frakcje stanowią odpowiednio: αs1 – 38, αs2 – 13, β – 13, κ – 36% kazeiny)

• Frakcje kazein wrażliwe na Ca²⁺: αs1 – kazeina, αs i β

• Frakcje kazein niewrażliwe na Ca²⁺: κ – kazeina

• κ – kazeina stabilizuje frakcję αs1 – kazeiny zapobiegając jej precypitacji pod wpływem Ca²⁺

• κ – kazeina stabilizuje micele kazeinowe oraz ogranicza ich rozmiar

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

• Rozpuszczalna przy dużych stężeniach Ca²⁺, które precypitują inne kazeiny

• κ – kazeina jest specyficznie hydrolizowana przez reninę

• Renina hydrolizuje κ – kazeinę uwalniając makropeptyd z jej C – końcowego obszaru, który jest bogaty w reszty cukrowe

• Wiązanie hydrolizowane: Fen (105) – Met (106)

• Reakcja ta destabilizuje micele kazeinowe

• αs1 – kazeina zawiera fosfoproteiny precypitujące przy niskim stężeniu Ca²⁺

• αs1 – 199 aminokwasów, 8 reszt fosfoseryny

• αs2 – 207 aminokwasów, 10 – 13 reszt fosfoseryny

• β – kazeiny – rozpuszczalność białka w obecności Ca²⁺ zależy od temperatury

• γ – kazeiny – C – końcowa część β – kazeiny

• Cząsteczki koloidalne o średniej średnicy ok. 100 nm

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

• W skład CCP wchodzą jony Ca²⁺, Mg²⁺, PO^4-, 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 Ca²⁺, Mg²⁺, PO^4-, cytrynianowy tworzą mostki solne i stabilizują micele

α + Ca²⁺ → ppt. (precypitacja)

β + Ca²⁺ → ppt.

κ + Ca²⁺ → bez ppt.

α + β + κ + Ca²⁺ → rozpuszczalny kompleks

Biosynteza białek mleka

• Genetycznie kontrolowana synteza wysoce specyficznych białek w gruczole mlecznym charakterystycznych dla laktacji

• Biosynteza białka – proces typowy

• Wolne aminokwasy są absorbowane z krwi w procesie aktywnego transportu z udziałem transpeptydazy glutamylowej [EC. 2. 3. 2. 2.]

Glutation + aminokwas (AA) → 5 – glutamylo AA + cysteinyloglicyna

Laktoza:

• β – (1 → 4) galaktozyloglukopiranoza

• Syntetaza laktozy – glukoza jest akceptorem reszty galaktozylowej

• Zawartość 5% - mleko krowie, 7,5% - mleko ludzkie

• Słodkość 1/6 sacharozy

• Nietolerancja laktoz (brak aktywnej β – galaktozydazy) 70% populacji z wyjątkiem Europy północnej

• Konieczna dojrzała mikroflora bakteryjna

Biosynteza laktozy:

1. UDPG – pirofosforylaza

UTP + glukozo – 1 – P → UDPGlu + PPi

1. UDPG – galaktozo – 4 – epimeraza

UDPGlu → UDP – Gal

1. Synteza laktozy

UDPGal + glukoza → laktoza + UDP

Enzym	Substrat	pH	Temperatura (^oC)
			Optymalna
Lipaza	Glicerydy	5,5 – 8,5	38 – 40
Fosfataza	Estry fosforanowe	6,0 – 10	38
Amylaza	Skrobia	5,8 – 6,2	35 – 45
Laktaza	Laktoza	5,0 – 7,5	40
Proteaza	Bialka	6,4 – 7,2	37 – 42
Oksydaza ksantynowa	Ksantyna	6,2
Peroksydaza	H2O2	4,2 – 8,0	50
Katalaza	H2O2	6,0 – 9,0	38

Przetwórstwo mleka

Główne produkty

1. Mleko: pełne (3,2%), 2%, 1,5%, odtłuszczone (0,5%, 0,0%), smakowe np. czekoladowe

2. Napoje mleczne fermentowane: jogurt, kefir, kwaśne mleko

3. Śmietany, śmietanki od 36 – 11%

4. Masło

5. Mleko zagęszczone

6. Mleko w proszku

7. Sery

8. Lody

Produkty uboczne

1. Maślanka

2. Serwatka suszona lub zagęszczona, lub permeat serwatki (bogate źródło glutationu)

Podstawowe etapy produkcji:

1. Standaryzacja – regulacja zawartości tłuszczu

2. Klaryfikacja – usuwanie ciał obcych

3. Pasteryzacja – termiczne niszczenie bakterii

4. Homogenizacja – niszczenie struktur MFGM tak by tłuszcz nie zbierał się na powierzchni

5. Inne specyficzne zabiegi

Produkcja mleka:

1. Klaryfikacja

2. Pasteryzacja

3. Standaryzacja

4. Homogenizacja

5. Pakowanie

6. Rynek

Klaryfikacja:

• Na wirówkach

• Usuwanie zanieczyszczeń

Pasteryzacja:

• Niszczenie mikroflory

• Coxiella burnetii jest najbardziej odporna

• Stosuje się:

• 63^oC 30 min

• 72^oC 15 sec. (HTST)

• 130^oC 5 sec (UHT)

Homogenizacja

• Przetłaczanie mleka przez wąskie szczeliny homogenizatora

• Rozdrobnienie globuli tłuszczowych

• Rozjaśnianie barwy mleka

SER

Ser pochodzi z Dalekiego Wschodu. W czasach cesarstwa rzymskiego rozpowszechnił się w Europie

Ser – definicje:

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).

Ser – kryteria podziału serów:

• Konsystencja

• Stopień dojrzałości

• Metoda ścinania skrzepu

• Zawartość tłuszczu

• Rodzaj mleka (krowie, owcze, kozie, wielbłądzie, ośle)

Ser – sery twarde:

• Silne zakwaszenie

• Wysoka temperatura obróbki skrzepu

• Cheddar, Swiss, Romano

Ser – sery miękkie:

• Wolne zakwaszanie, częściowe wymycie laktozy, niskie temperatury obróbki

• Gouda, Cammembert, Brick

Sery świeże:

• Wolne zakwaszanie bakteryjne

• Cottage (wiejski), Cream (śmietankowy), Quarg

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

Ser – etapy produkcji:

1. Tworzenie skrzepu

2. Dojrzewanie

Ser – etapy produkcji:

1. Zakwaszanie

2. Koagulacja

3. Odwodnienie

4. Dojrzewanie / pleśnienie / kształtowanie

5. Solenie – w niektórych przypadkach

Ser – etapy produkcji – zakwaszanie:

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

• Streptococcus sp. (Cheddar, Gouda, Cottage)

• Lactobacillus acidophilus + Lactobacillus bulgaricus, Propionibacterium shermanii (Swiss, Grana)

Szczepy kultur starterowych:

• Dobra zdolność kwasząca

• Brak aktywnych fagów

• Niska aktywność proteolityczna

Zakwaszanie:

• Obniżanie pH stymuluje akcję reniny podczas produkcji serów podpuszczkowych

• Obniżenie pH do wartości ok 4,6 powoduje wypadanie kazein w punkcie izoelektrycznych. Skrzep twarogowy ma strukturę granulatu i jest mało elastyczny

Koagulacja skrzepu podpuszczkowego:

• Proteinaza asparaginianowa

• Nazwa polska: podpuszczka

• Nazwy anglojęzyczne: renina – obejmuje każdą aktywność tego typu, chymozyna: renina pochodzenia zwierzęcego: różne

• Ang. „renet” – nieoczyszczony ekstrakt enzymów, głównie chymozyna

• W Portugalii tradycyjnie stosowane są proteinazy roślin owadożernych

• Wrażliwe na Ca²⁺ frakcje kazeiny (αs1, αs2, 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 ujemnych na powierzchni miceli, micele ulegają agregacji.

• Agregaty kazeinowe są stabilizowane przez wiązania jonowe i mostki solne z udziałem Ca²⁺

• κ – kazeiny → para – κ – kazeiny + makropeptyd

• Para – κ – kazeinian + αs1, αs2, β + Ca²⁺ → 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 αs2 – kazeiny

• Do czasu odsłonięcia tego wiązania, co związane jest z dość zaawansowaną proteolizą ogólną i zniszczeniem struktury micelarnej κ – kazeina (para – kazeinian) chroni frakcję αs1 – kazeiny przez atakiem chymozyny (reniny)

• Reakcja ta ma istotne znaczenie w procesie dojrzewania serów gdzie wpływa zarówno na teksturę jak i na smakowitość sera

Koagulacja enzymatyczna:

• 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

• Obniżanie pH poprawia zwięzłość tylko do wartości 5,8

• Dodatek CaCl₂ poprawia zwięzłość

• Długotrwałe zimne przetrzymywanie mleka obniża zwięzłość skrzepu i wydłuża okres koagulacji

Typy koagulantów:

• Renina cielęca lub jagnięca:

• ekstrakt z żołądków cieląt lub jagniąt („czwartych” żołądków)

• zawiera enzymy proteolityczne: chymozyna (95%), pepsyna (5%)

• Substytuty reniny:

  • zwierzęce

  • roślinne

  • proteinaza grzybowa np. Mucor miehei

  • genetycznie modyfikowane organizmy – chymozyna rekombinowana

Chymozyna rekombinowana:

• Enzym cielęcy jest produkowany przez genetycznie modyfikowane mikroorganizmy: Escherichia 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

• Stężenie białka

• pH

• 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 4

• 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 CO₂

• 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; plazmina – 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)

• Sól częściowo maskuje gorzki smak

Metabolizm kultury starterowej:

• Długotrwałe przechowywanie jogurtu daje nadmiar formy D

• Kwas mlekowy to nie tylko smak, ale też i konserwant

• 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 – 45ºC

• Syntetyzuje kwas foliowy, niacynę i niacyna, B₆

Streptococcus thermophilus:

• Homofermentacja

• Fermentuje glukozę i laktozę

• Wytwarza kwas mlekowy w stężeniu 1%

• Temperatura optymalna 42 – 48ºC

• Syntetyzuje B₆ i B₁₂

Synergizm:

• Streptococcus thermophilus produkuje kwas formowy, który faworyzuje wzrost Lactobacillus bulgaricus

• Proteoliza przez Lactobacillus bulgaricus dostarcza aminokwasów dla wzrostu Streptococcus thermophilus

Ciemnienie nieenzymatyczne

Reakcje Maillarda – etapy reakcji:

1. Reakcja karbomylaminowa:

   • Kondensacja grupy α – aminowej aminokwasów, peptydów, amin z grupą karbonylową cukrów redukujących

   • Reagują także grupy ε – aminowe lizyny peptydów i białek

D – glukoza → produkt kondensacji → zasada Schiffa → N – podstawiona glukozyloamina

1. Przegrupowanie Amadori:

• N – podstawiona glukozyl amina ulega protonacji i tworzy się nowy związek typu kation zadady Shiffa. Związek ten oddaje proton i następnie poprzez cykl reakcji przegrupowań wewnątrzcząsteczkowych tworzy się typowy związek typu Amadori. Związki takie to alaninofruktoza, leucynofruktoza itp. – połaczenie aminokwasu z fruktozą (zawsze)

• Związki typu Amadori nie mają wpływu na kolor, smak, ale ze względu na to że istotnym reagującym aminokwasem jest lizyna to wejście tego produktu isotnie obniża wartość żywieniową

Wpływ różnych czynników na wstępne etapy reakcji Maillarda:

• pH

• Temperatura

• Zawartość wilgoci

• Rodzaj cukru

• Obecność metali

Wpływ pH

• Reakcja karbonyloaminowa zachodzi zarówno w środowisku kwaśnym jak i zasadowym, lecz środowisko zasadowe jest preferowane: reszty aminowe niezjonizowane, otwarty łańcuch heksoz

• Wiele badań wykazało wzrost intensywności reakcji Maillarda w miarę wzrostu pH

• W układach sacharoza – białko niskie pH jest konieczne dla hydrolizy kwasowej

Wpływ temperatury

• W zakresie 0 – 80^oC prawo Arrhenius’a

• Efekt temperaturowy zawsze w funkcji czasu, np.: 37^oC x 30 dni = 121^oC x 15 minut

• Badania modelowe: glukoza/lizyna w 69^oC. zależność liniowa przez 2 godziny.

Wpływ wilgoci – krzywa dzwonowa – badana poprzez pomiar zmiany barwy oraz pomiar spadku lizyny. Najintensywniej reakcja Maillarda zachodzi przy aktywności wody 0,6 – 0,7. Materiał uwodniony jak i bardzo wysuszony wykazuje mniejszą podatność na tą reakcję

Wpływ rodzaju cukru

• Pentozy łatwiej niż heksozy otwierają łańcuch

• W obrębie heksoz reaktywność:

D – galaktoza > D – mannoza > D - glukoza

Wpływ kationów

• Cu, Fe – katalizują reakcje Maillarda

• Mn – jest inhibitorem

Tworzenie barwników (dwie drogi, zależne od pH):

• Droga I (wyższe pH)

• Enolizacja na pozycjach 2 i 3

• Utrata aminy przy C1

• Droga II (niższe pH)

• Tworzenie 1,2 – eneaminolu

• Utrata hydroksylu przy C3

• Deaminacja przy C1

Drogi alternatywne:

• 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

• Przez degradację Streckera:

• Reakcje z β – alaniną i donorem grupy karbonylowej

• Oksydacyjna degradacja aminokwasów w obecności α – dikarbonyli np. aldehyd pirogronowy (metyloglioksal) – trzecia droga reakcji Maillarda

• Aldehydy izomasłowy, izowalerianowy uczestniczą w tworzeniu związków heterocyklicznych – pirazyn, piroli, oksazoli, oksazolin, tiazoli, które są odpowiedzialne za smakowitośćżywności

Pirazyny:

• Silne związki smakowo – zapachowe żywności izolowane z wołowiny, produktów z soi, kawy, ziemniaków, herbaty

• Podstawowe pirazyny to 2,5 – dimetylopirazyna

• Źródło azotu – octan amonu, glicyna, glutaminian decyduje o ilości i rodzaju pirazyn tworzonych w reakcjach brązowienia

Pirole – bardzo sine związki zapachowe, pochodne furfuralu

Piroliny:

• Pochodne pirolu

• Związek zapachowy – zapach gotowanego ryżu

Oksazole i okazoliny – związki zapachowe m. in.:

• Kawy

• Prażonych orzeszków

• Pieczonych ziemniaków

Tiazole i tiazoliny – tworzone z aminokwasów siarkowych. Związki zapachowe kawy, prażonych orzeszków, chipsów ziemniaczanych, gotowanej wołowiny. Np. 2 – acetylo – 2 – tiazolina

Interakcje białko – lipidy:

• W wyniku reakcji utleniania nienasyconych kwasów tłuszczowych powstają m. in.:

• Aldehydy

• Ketokwasy

• Związki typu „epoksy”

• Związki te reagują z grupami aminowymi aminokwasów i białek

• Interakcja aldehydu malonowego z grupami - aminowymi aminokwasów i białek

• Reaktywność aminokwasów w tych reakcjach

Met > Liz > Tyr > Arg

• Reakcje szczególnie intensywne przy braku protonacji reszt aminokwasowych pH 8,5 – 9

Melanoidy – polimery tworzone w reakcjach Maillarda:

• Natura chemiczna melanolidów (melanoidyn) nie jest rozpoznana mimo wielu badań

• Podział na melanoidy dializowane (Mw <16 kDa) i niedializowalne

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

Podstawowe rodzaje ciemnienia nieenzymatycznego to:

• Reakcja 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) dają podobne związki końcowe reakcji

• Wspólne ścieżki degradacji kwasowej i alkalicznej

• Zastosowania: produkcja karmelu

• Degradacja kwasowa cukrów:

• Transformacja Lobry de Bruyn – Alberda van Eckenstein’a

• Transformacja szczególnie silna przy pH 2,2 – 2,9

• D – glukoza bardzo stabilna w tych warunkach: ogrzewając roztwór glukozy przy pH 3 – 7 powstaje glukoza: ogrzewając roztwórr fruktozy przy pH 3 – 7 powstaje glukoza

• Dehydratacja 1,2 – enediolu do 5 – hydroksymetylofurfuralu

• Istotne związki tworzone: furfural, 2 – hydroksyfurfural, izomaltol

• Degradacja alkaliczna:

• Transformacja Lobry de Bruyn

• Tworzenie kwasu metasacharynowego

• Tworzenie aromatycznych związków np. furanon izobenzenu i związki barwne np. alginetyna

• W wysokich temperaturach reakcje cukrów są szybsze:

• Izomeryzacja

• Eliminacja wody

• Oksydacja

• Reagują wszystkie cukry, także nieredukujące

• Karmelizacja (dekompozycja termiczna) występuje:

• W wysokich temperaturach (ok. 150^oC)

• Przy niskiej aktywności wody, wysokim stężeniu cukru

• Przy braku amin

• Tworzone są enediole, dikarbonyle – powstają z nich związki barwne i zapachowe karmelu.

Utlenianie kwasu askorbinowego:

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

• Reakcje te silnie zależą od pH. Proces brązowienia jest odwrotnie proporcjonalny do pH w przedziale 2,0 – 3,5. Sok pomarańczowy o pH 3,5 lub wyższym nie jest podatny.

• W warunkach beztlenowych brązowienie zachodzi znacznie wolniej (ok. 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 (MPR vs histydyna + glukoza)

• Utrata aktywności antyoksydacyjnej jest mniejsza przy pH niskim np. 2,0 niż przy alkalicznym (8 – 10)

• Dializa powoduje utratę aktywności antyoksydacyjnej (niskocząsteczkowe związki Amadori są istotne)

• Zmiana 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

• Prowadzą do generowania niekorzystnych związków smakowo – zapachowych

• Zmniejszają stężenie niektórych aminokwasów egzogennych np. lizyny

Reakcje Maillarda – 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 najszybsza przy pH alkalicznym

Inhibicja ciemnienie nieenzymatycznego:

• Metody fizyczne:

• Obniżanie temperatury

• Regulacja aktywności wodnej (poza optimum)

• Pakowanie w sztucznej atmosferze gazowej

• Metody chemiczne – SO_2­ siarczany reagują z glukozą dając hydroksysylfoniany, z których SO₂ nie może być uwolniony

• Metody biologiczne:

• Metody fermentacyjne (fermentacja alkoholowa, drożdże)

• Metody enzymatyczne (oksydaza glukozowo – katalozowa)

Reakcja Maillarda – zapobieganie:

• Usuń cukry redukujące lub białka

• Usuń prawie wszystką wodę

• Stosuj możliwie niskie pH

• Utrzymuj niskie temperatury

• Dodaj siarczanów (blokują reakcję dikarbonyli)

Ciemnienie enzymatyczne

Ciemnienie enzymatyczne:

• Występuje w owocach i warzywach (ziemniaki, grzyby kapeluszowe, jabłka, banany)

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

• Związki fenolowe → brązowe melaniny

• Enzymy: monooksydaza fenolowa: tyrozynaza, oksydaza polifenolowa: lakkaza

Enzymy:

• Oksydazy polifenolowe są 2:

• Oksydaza katecholowa [EC 1.10.3.1]

• W funkcji krezolazowej fenol → o – difenol

• W funkcji katecholazowej o – difenol → o – chinon

• Lakkaza [EC 1.10.3.2]

• P – difenol → p – chinon (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 – Cu⁺ + O₂ + 2e^- → 3,4 – hydroksyfenyloalanina + enzym – Cu²⁺ + H₂O

• Aktywność katecholazowa np. katechol → o – benzochinon

katechol + enzym – Cu²⁺+ O₂ → o – benzohinon + enzym – Cu²⁺ + H₂O

• Oksydaza katecholowa jest ihibowana przez CO₂ utlenia tyrozynę

• Lakkaza nie jest inhibowana przez CO₂ 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 70 – tych 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:

• Fenole proste

• np. tyrozyna, katechol, kwas galusowy

• jeden ring fenolowy

• Pochodne kwasu cynamonowego

• 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:

• katechiny (w tym galokatechiny, tj. katechinowe estry kwasy galusowego), np. epigalokatechinian

• galusany (w zielonej herbacie)

• leukoantocyjanidyny (taniny)

• antocyjaniny

• flawonole, np. kwercetyna, kempferol, myricetyna oraz rutyna (skórka jabłka i liścia herbaty)

o – dihydroksyfenole są utleniane szybciej niż monofenole

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 – 95ºC 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

• 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 endogennych tkanki)

• Pasteryzacja HTST (high temperature short time); nie można zagotować powierzchniowo owoców

• Efektywność zależy od pH, optymalna temperatura:

• Morele 25ºC

• Banany 37ºC

• Jabłka 30ºC,

• Winogrona 30ºC

• Ziemniaki 25 – 30ºC

• 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