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Enzimas en alimentosEnzimas en alimentos

Enzimas: clasificación, nomenclaturaEnzimas: clasificación, nomenclaturaFactores que afectan actividad: pH, temp, aw, inhibidoresFactores que afectan actividad: pH, temp, aw, inhibidoresUso de enzimas como índices de calidad, reactivación enzimáticaUso de enzimas como índices de calidad, reactivación enzimáticaHidrolasas: carbohidrasas, proteasas, lipasasHidrolasas: carbohidrasas, proteasas, lipasasOxidoreductasas: PPO, reacciones, sustratos y fuentes, prevención del Oxidoreductasas: PPO, reacciones, sustratos y fuentes, prevención del p d mi nt n imátip d mi nt n imáti

Bibliografía

T Richardson y D Hyslop. Capitulo 6. (O Fennema. Química deAlimentos. Edición en español. Ed Acribia. 2001.

pardeamiento enzimáticopardeamiento enzimáticoEnzimas inmovilizadasEnzimas inmovilizadasEfecto de las enzimas sobre la calidad de los alimentosEfecto de las enzimas sobre la calidad de los alimentos

Belitz, H.D. y Grosch, W., Química de los alimentos, capítulo 2. 2ª ed.,Acribia, Zaragoza, 1997.

M Quirasco Baruch y A. Lopez-Mungia Canales. Capítulo 5. Química deAlimentos. S Badui Dergal. Pearson Education. 2006. 4º Edición.

Dra. Carmen A Campos

Enzimas en alimentosEnzimas en alimentos

enzimas

endógenas agregadas Producidas por mo

enzimas

benéficos perjudicialesprocesado preservación

benéficos perjudiciales

benéficos perjudiciales

Indicadores de adecuado procesamiento, pasteurización, escaldado

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Enzimas agregadas

animal

vegetalFuentes de obtención

microbiana bacterias hongos levaduras

CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMASCLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMASEn función de su acción catalítica específica, se En función de su acción catalítica específica, se

clasifican en 6 grandes grupos o clases:clasifican en 6 grandes grupos o clases:

Clase 1: Clase 1: OXIDORREDUCTASASOXIDORREDUCTASAS

Clase 2: Clase 2: TRANSFERASASTRANSFERASAS

Clase 3: Clase 3: HIDROLASASHIDROLASAS

Cl 4 Cl 4 LIASASLIASASClase 4: Clase 4: LIASASLIASAS

Clase 5: Clase 5: ISOMERASASISOMERASAS

Clase 6: Clase 6: LIGASASLIGASAS

3

Clase 1: OXIDORREDUCTASASClase 1: OXIDORREDUCTASASCatalizan reacciones de oxido reducción, según la Catalizan reacciones de oxido reducción, según la reacción general: reacción general:

HH B B BH2 BH2AHAH22 + B+ B A + BH2A + BH2

Ej deshidrogenasas, oxidasas, peroxidasas

Clase 3: HIDROLASASClase 3: HIDROLASASCatalizan las reacciones de hidrólisis: Catalizan las reacciones de hidrólisis: A A –– B + HB + H22O O AH + BAH + B--OH OH

Ej proteasas, estearasas, lipasas

NOMENCLATURA DE LA COMISIÓN ENZIMÁTICANOMENCLATURA DE LA COMISIÓN ENZIMÁTICANombre de cada enzima: Nombre de cada enzima: código numérico, código numérico, EC (enzyme commission) y 4 númerosEC (enzyme commission) y 4 números1º clase 1º clase 1 clase 1 clase 2º subclase 2º subclase 3 y 4º grupos químicos específicos participantes3 y 4º grupos químicos específicos participantes

ATP:glucosa fosfotransferasa (glucoquinasa)ATP:glucosa fosfotransferasa (glucoquinasa) EC 2.7.1.2.EC 2.7.1.2.2 transferasa, 2 transferasa, 7 f f f 7 f f f 7 fosfotransferasa, 7 fosfotransferasa, 1 aceptor es OH, 1 aceptor es OH, 2 es OH de la D2 es OH de la D--glucosa glucosa

4

Factores que afectan las reacciones enzimáticasFactores que afectan las reacciones enzimáticas

ionización de aaestructura 3ºalimentos 3 - 7

pH

a) pepsina, b)peroxidasa, c)tripsina d) fosfatasa alcalina

Temperatura

5

desnaturalización

Act enzimática

Efecto de bajas temperaturas

Actividad de fosfolipasa en músculo de bacalao

6

Presencia de otros agentes

aw

agentes

inhibidores

Uso de enzimas como índices de calidad

Fosfatasa alcalina

peroxidasa Correcto escaldado

Correcta pasteurización

catalasa Medida de contaminación bacteriana

7

Reactivación enzimática

Fosfatasa alcalina

Lipasas

Enzimas pecticos

peroxidasas

Fosfatasa alcalina

+ en leches pasteurizadas HTST

Alta temp hay -SH disponibles provenientes de inmunoglobulinas, necesarios para reactivación

Estructura 3º enzima simple y puede recuperarse

Disociación de Mg2+ y se vuelve a unir en el almacenamiento

HIDROLASAS CARBOHIDRASASPROTEASASLIPASAS

CARBOHIDRASAS

AMILASAS

β-D-GALACTOSIDASA (LACTASA)

ENZIMAS PECTICASENZIMAS PECTICAS

CELULASAS

8

AMILASASα-AMILASA (α 1 4) al azar (endo)β-AMILASA (α 1 4) exo desde extremo no reductorGLUCOAMILASA (α 1 4 y α 1 6) desde extremo no reductor

Almidón dextrinas + maltosa + glucosadextrinas + maltosa + glucosaα- AMILASASm m gm g

Almidón maltosa + dextrinasmaltosa + dextrinas

Almidón glucosaglucosa

α AMILASAS

β- AMILASAS

amiloglucosidasa

enzima endógena: digestión y maduración de frutas, en cebada y trigo en producción de cerveza y pan

amilasas

enzima agregada:

malteo (cebada malta)

panificación para mejorar harinas pobres en amilosa

modificación de almidones

producción de jarabes de maíz

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β-D-GALACTOSIDASA (LACTASA)

Lactosa glucosa + galactosa

Aumenta dulzor solubilidad y aAumenta dulzor, solubilidad y aw

Usos:producción de suero para alimentación animal

Intolerancia a lactosapreviene cristalización de lactosa en helados y D de lechep yElaboración de pan se favorece PNE

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CELULASASHidrolizan enlaces β 1,4, presentes en mo

Celulosa y hemicelulosa celobiosa

Usos:

glucosa

β-glucosidasa

Usos:Ablandar tejidos de frutas y verdurasFacilitar descascarillado de granos de caféFacilitar filtración y clarificación de mostos

ENZIMAS PECTICAS

1 )Pectinometilesterasas(ESTEARASA)Fuente: frutasForman p BM

3) Pectinoliasas (LIASAS)No se encuentran en frutasOrigen por mo: ocasionan deterioro

p

2) Polimetilgalacturonasas(HIDROLASA)Endo y exo enzimas

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Frutas:Frutas:maduración

PectinmetilestearasaPectinmetilestearasapolimetilgalacturonasapolimetilgalacturonasa

pectinas Textura adecuada

p gp g

Jugos viscosidad y turbiedad pectinas en suspensión

pectinasPectinmetilestearasaPectinmetilestearasa

Carboxilos libresInteracción con Ca2+

Mantenimiento de firmeza,Adición de Ca

jugos de fruta con turbiedad inactivar pectinasas endógenas

Para clarificación de jugos de fruta y vinos

Para disminuir la viscosidad de pures y conc. de frutas

enzimas activas

Aplicaciones en el procesado de alimentosAplicaciones en el procesado de alimentos

Modificación de las características de las pectinas Modificación de las características de las pectinas (grado de metilación)(grado de metilación)(grado de metilación)(grado de metilación)

Clarificación de jugos de fruta y vinosClarificación de jugos de fruta y vinos

Liberación de color y jugoLiberación de color y jugo

Disminución de la viscosidad en purés y concentrados Disminución de la viscosidad en purés y concentrados de frutasde frutas

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PROTEASAS

- PROTEASAS ANIMALES: PEPSINAQUIMOSINACOLAGENASA

- PROTEASAS VEGETALES: PAPAINABROMELINAFICINA

-PROTEASAS MICROBIANAS BACTERIAS HONGOS

Usos: elaboración de quesosqpanadería (acción sobre el gluten)cerveza (eliminación de chill haze)tiernización de carneproducción de hidrolizados de proteínas

LIPASAS

Enz actúa en interfase aceite-agua los lípidos debenEstar emulsionados

Origen:

Animal (pancreática leche)

Vegetal (semillas oleaginosas)

Microorganismos ( H y L)

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Lipasas vegetalesLipasas vegetalesgranos de soja molienda favorece acción de la enzimagranos de soja molienda favorece acción de la enzimaAumento de Aumento de acac grasos libresgrasos libres enranciamientoenranciamiento

Lipasas animalesLipasas animalesLecheLeche acac grasos de cadena cortagrasos de cadena corta

rancidezrancidez

Lipasas microbianasLipasas microbianasMaduración de quesoMaduración de quesoManteca y bebidas lácteas Manteca y bebidas lácteas

β-D-FRUCTOFURANOSIDASA (INVERTASA)

SacarosaSacarosa glucosa + fructosaglucosa + fructosa

Esta en frutos y vegetalesEsta en frutos y vegetalesUsos:Usos:Producción de AI para productos de panaderíaProducción de AI para productos de panaderíaRemoción de sacarosa de algunos alimentosRemoción de sacarosa de algunos alimentos

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OXIDORREDUCTASASOXIDORREDUCTASAS

GLUCOSAOXIDASAGLUCOSAOXIDASACATALASALIPOOXIGENASAPOLIFENOLOXIDASAS

GLUCOSAOXIDASA (EC 1.1.3.4)

C6H12O6 + O2 C6H12O7 + H2O2

Usos: eliminación de glu en huevo a deshidratareliminación de O2 de bebidas y aderezos

GO

determinación cuantitativa de glu

Origen: hongos

CATALASA (EC 1.11.1.6)

2 H2O2 2 H2O + O2

Usos: conservanteindicador de contaminaciónen combinación con GO para remover H2O2

Origen: animal, vegetal y fúngico

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LIPOOXIGENASA (EC 1.13.11.12)

Oxigenación de compuestos insaturados (ác grasos libres, triglicéridos, pigmentos)

Origen: Vegetal (semillas oleaginosas)

Animales (escaso)

Funciones:In vivo: síntesis de comp aroma (+)mp m ( )Procesamiento y alm: Oxidación de lípidos (-) Procesamiento de soja (trat. Térmico) inactivación de enzBlanqueo de harinas de cereales usando harina de soja sin procesar

H H H H H CH3—(CH2)4—C= C—C—C= C—(CH2)7—COOH cis H cis ác. linoleico

Sustratos de la enzima: ac grasos con insat no conjugadas, ácidos linoleico, linolénico, araquidónico

H H H H H

—C= C— C—C= C — radical en C-11

Acción de la lipoxigenasa sobre el ácido linoleico.

hidroperóxidos

degradación

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POLIFENOLOXIDASAS

Acción de PPO: deseable en procesamiento de te, café, algunas uvasindeseable en vegetales y crustáceos

PPO catalizan 2 reaccionesPPO catalizan 2 reacciones::a) a) monofenoloxidasamonofenoloxidasa cataliza la cataliza la hidroxilaciónhidroxilación de de monofenolesmonofenoles a a difenolesdifenoles

a) a) monofenoloxidasamonofenoloxidasa cataliza la cataliza la hidroxilaciónhidroxilación de aminas aromáticas y de aminas aromáticas y oo--aminofenolesmonofenolesaminofenolesmonofenoles a a difenolesdifenoles

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b) Difenoloxidasa cataliza la oxidación de difenoles a o-benzoquinonas

Formación de melanina a partir de tirosinaFormación de melanina a partir de tirosina

Vía no enzimáticaenzimática

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SUSTRATOS FENOLICOS Y FUENTES

manzana : ac.clorogenico (fresca), catecol, catequina (piel), ac.cafeico, dopa (3,4dihidroxifenilalanina), ac.3,4-dihidroxi benzoico, p-cresol, 4-metil catecol, leucocianidina

durazno:ac.clorogenico,ac.cafeico,4-metil catecol, catequina epicatequina, ac.galico, d i ll l fl l dopamina, pyrogallol,flavonoles,

banana: dopamine, leucocianidina

granos de cafe: ac.clorogenico, ac.cafeico

te :flavanoles,catequinas,taninos,ac.cinamico y derivados

lechuga: tirosina ac cafeico ac clorogenico y derivados lechuga: tirosina, ac.cafeico, ac.clorogenico y derivados

camarones, langosta :tirosina

hongos:tirosina,catecol,dopa,dopamina, adrenalina, noradrenalina

Pera, papa :ac.clorogenico,catecol,catequina, ac.cafeico, dopa, ac. 3,4-dihidroxibenzoico, p-cresol

Escala de melanosis en langostinoDescripción0 ausente2 ligero, sólo en algunos

4 ligero, en la mayoría

6 moderado, notorio en la mayoría

8 intenso, notorio en la mayoría 10 intenso, totalmente inaceptable

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PREVENCION DEL PARDEAMIENTO ENZIMATICO

♦ VARIEDADES POBRES EN SUSTRATOS FENOLICOS

♦ EVITAR CONTUSIONES

♦ ESCALDADO

♦ DESCENSO DE pH

♦ DESCENSO DE aw

♦ DESCENSO DE TEMPERATURA

♦LIMITAR ENTRADA DE OXIGENO♦LIMITAR ENTRADA DE OXIGENO

♦USO DE QUELANTES PARA ELIMINAR EL Cu

♦ ADICION DE COMPUESTOS REDUCTORES

Acción de compuestos reductoresAcción de compuestos reductores

SO2, HSO-3 SO3

2-

20

Mecanismo de prevención de la formación de Mecanismo de prevención de la formación de

color del ácido ascórbicocolor del ácido ascórbico

ENZIMAS INMOVILIZADAS

enzimas: solubles en medio acuoso no pueden reutilizarseEstabilidad limitada.

ili ió d iInmovilización de enzimas

Proceso por el que se confina la enzima en un soporte adecuado para obtener una forma insoluble de la misma que retiene

su actividad catalítica

Objetivo:Objetivo:

Posibilidad de reutilizar la enzimaAumento de la estabilidad de la enzimaObtención de un producto final libre de enzimasFabricación continuaMenor costo de producción

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Retención física Inmovilización química

Métodos de InmovilizaciónMétodos de Inmovilización

Adsorción EntrecruzamientoUnión covalenteAtrapamiento o inclusión

Métodos de InmovilizaciónInmovilización por Adsorción

Interacción física no específica entre enzima y soporte.

El método más sencilloDe aplicación general

No se modifica la actividad Costo moderado

Estabilidad limitada, se requiere un controlriguroso de las condiciones de trabajo para

UnionesReversibles

Alumina, carbón activado, vidrioResinas cambiadoras

riguroso de las condiciones de trabajo paraevitar pérdidas de enzima por desorción.

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Atrapamiento o inclusión en un gel, polímero o matriz porosa

Formación de un polímero altamente entrecruzadoen presencia de la enzima. Esta queda atrapada enlos poros de la matriz polimérica formada.

Se requiere controlar las condiciones deqpolimerización para que no se produzcanalteraciones en la molécula enzimática

Se puede perder la enzima lentamente Gel de poliacrilamida

Atrapamiento por microencapsulación

Se atrapa la enzima en microcápsulas (1-100 µm diámetro) dentro de membranas semipermeables de polímeros que permiten la difusión de sustratos y productos pero no de la enzima

Inmovilización química

Enlaces covalentes entre enzima y soporte pero no entre las moléculas de enzima. El tipo de soporte determina la química de la inmovilización

Soporte Enzima

Grupo funcional Soporte

-CONH2

-COOH

-NH2 Poliestireno, nylon

Carboxymetilcelulosa

Poliacrilamida

Activación para obtener grupos funcionales reactivos

Unión a través de las cadenas lateralesde los aminoácidos de la secuencia polipeptidica de la proteína

-NH2 Lisina-OH-Ph Tirosina

-SH Cisteina-OH Serina

Asegurar que el centro activo de la enzima no se ve afectado por los reactivosempleados en el proceso de inmovilización.Se puede proteger el centro activo con un análogo del sustrato o un inhibidorcompetitivo durante el proceso de inmovilización.

-OH

-Si(OH)3

Celulosa, agarosa, sephadex

Vidrio poroso

O Tirosina-COOH Aspartato

Glutamato

O Serina-Nimidazol Histidina

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Entrecruzamiento

Enlaces covalentes intermoleculares (entre moléculas de enzima) y entre estas y el soporte

Cantidades altas de proteína inmovilizada resistentes a condicionesextremas de pH y temperatura

Las redes de moléculas entrecruzadas que se forman dificultan elacceso del sustrato al centro activo Pérdidas de actividad

Reactivos bifuncionales más utilizados

N2N2

ICH2 CHN

OCH2IC

HN

O(CH2)6

Diazobenzidina

Hexametileno-bis(iodoacetamida))

(CH2)3

CHO

CHO

Glutaraldehido

Propiedades de las Enzimas Inmovilizadas

Inmovilización Aumento de estabilidadDisminución de la actividad enzimática

Estabilización conformacional de la enzima por uniones multipuntuales enzima-soporte

Mayor resistencia a desactivación térmica o química

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Aplicación de enzimas inmovilizadas en la industria de alimentos

Aplicaciones médicas: ej. tripsina o colagenasa inmovilizadas en celulosa o fibras que forman parte de apósitos a usar para eliminar tejidos muertos en heridas. Ej. Obtención de fármacos

Efecto de las enzimas sobre la calidad Efecto de las enzimas sobre la calidad de los alimentosde los alimentos

Reacciones enzimáticasReacciones enzimáticasReacciones enzimáticasReacciones enzimáticas

color textura flavor

Calidadnutricional

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