Enzimologia alimentare

Effetto del pH sulla catalisi enzimatica

Le curve sono spostate a dx o sx in funzione del pK del singolo gruppo funzionale (carbossilico o amminico). L'ottimo di pH è il pH al quale ogni enzima ha i gruppi funzionali della catena proteica che hanno il giusto grado di protonazione o dissociazione. Quando ci si allontana dall'ottimo di pH, ad esempio alzando il pH, si ottiene che qualche gruppo funzionale si potrà dissociare, potrebbe quindi cambiare la sua carica. Questo può avere sia un effetto sulla struttura proteica (il cambio di carica potrebbe fare variare i legami elettrostatici, quindi influenzare l'attività dell'enzima); ma se il gruppo che cambia carica appartiene al sito attivo, potrebbe cambiare la sua capacità di legare il substrato o di catalizzare la reazione. La curva a campana riflette questo concetto.

Effetto della temperatura sulla catalisi enzimatica

Tutte le reazioni aumentano la loro velocità.all'aumentare della T. Oltre l'ottimo di temperatura l'enzima si denatura: si perde quindi l'attività catalitica (perché perde la sua struttura nativa) e la reazione rallenta. STABILITÀ DEGLI ENZIMI Denaturanti fisici - Radiazioni ionizzanti: molto utilizzate per trattare i prodotti alimentari. Si utilizzano i raggi gamma perché hanno ottime capacità penetranti negli alimenti, quindi agiscono anche in profondità. I radicali che si formano possono reagire chimicamente con gli enzimi, quindi provocare modificazioni sui gruppi funzionali della proteina, che ne modificano la funzionalità --> possono denaturare le proteine. (processo che serve anche per sterilizzare alimenti) Usati per inattivare microrganismi. - Shear forces - Temperatura: c'è un abbassamento di deltaG anche quando la T si abbassa. La Td (cold), ovvero la T di denaturazione fredda, è la T al di sotto della quale il deltaG

è negativo, ossia al di sotto della quale la proteina è più stabile in formadenaturata. Tuttavia, la denaturazione a basse T è molto lenta.

Pressione: pressioni molto alte o molto basse possono avere effettodenaturante

Denaturanti chimici o chimico-fisici

pH/caotropi : modificando le interazioni ioniche tra amminoacidi di segnoopposto che si trovano anche all'interno della proteina, viene destabilizzata lastruttura proteica --> la proteina si denatura.Quando il pH induce una denaturazione, l'effetto è irreversibile.Quando, invece, l'effetto è solo sulla protonazione di gruppi funzionali ma laproteina non è denaturata, basta ripristinare il giusto pH per avere nuovamentepiena funzionaltà dell'enzima.

I caotropi sono sostanze in grado di destabilizzare le proteine. La loro azione èspiegata nella serie di Hofmeister.

Ci sono alcuni ioni che, per la loro struttura chimica, sono in grado distabilizzare

O destabilizzare la struttura proteica. La serie di Hofmeister descrive gli ioni, diversi dai caotropi come l'urea, la cuiazione è dovuta alla capacità di legare l'acqua.

Solventi immiscibili: la fase idrofobica è separata dalla fase idrofilica in modonetto. La proteina si può denaturare all'interfaccia delle due fasi.

Modalità per stabilizzare un enzima:

• Rimozione acqua: aggiunta di Sali cosmotropi, ossia che aumentano la stabilità della struttura proteica. Molto spesso, questi Sali vengono utilizzati insieme alla liofilizzazione. Il sale rimane legato alla proteina liofilizzata e la proteggono durante il processo.
• Interventi sulla proteina: aggiungendo substrato o inibitori competitivi si creano legami con il sito attivo, quindi si crea, localmente, una struttura più stabile. Questa stabilizzazione conformazionale si trasmette a tutta la proteina.

IMMOBILIZZAZIONE DI ENZIMI

Soprattutto per gli enzimi con

Alto valore economico, che difficilmente vengono aggiunti in un prodotto come enzima da perdere si ricorre all'immobilizzazione per poterli applicare al giusto contesto. Molte volte, l'enzima immobilizzato può avere una stabilità conformazionale maggiore, quindi essere più difficile da denaturare. Oltre alla selettività, può cambiare anche l'affinità per il substrato.

Modalità di immobilizzazione/modificazione:

• Intrappolamento: Contenimento fisico di un enzima in una struttura.
• In matrici polimeriche: le maglie del reticolo devono essere abbastanza fitte da poter trattenere l'enzima. La struttura che contiene l'enzima non è una struttura unica, è separata in tante piccole particelle solide. Ciò ha il vantaggio di aumentare la superficie di scambio tra la particella che immobilizza l'enzima e il mezzo in cui è inserita la particella stessa.
• Acrilamide: si forma un polimero lineare con inserite

anche molecole dimetilene-bis-acrilamide. Il fatto che quest'ultima molecola sia bifunzionale (contiene due molecole di acrilamide), permette all'altra metà della molecola di inserirsi in un secondo polimero lineare di acrilamide. Il reticolante forma così dei legami crociati tra i diversi polimeri lineari, crea un reticolo tridimensionale di acrilamide. È un reticolo covalente: una volta formato è stabile, si può idratare, trattiene l'acqua e quindi permette lo scambio di substrato e prodotto, è stabile alla T. L'epicloridrina può reagire con il gruppo alcolico di due diversi monosaccaridi, formando un legame crociato tra due catene polisaccaridiche: forma quindi dei legami covalenti che permettono di stabilizzare nello spazio un reticolo tridimensionale di polisaccaridi. I polisaccaridi sono molecole idrofiliche, quindi possono idratarsi e formare una sorta di gel, permettendo lo scambio di substrato e prodotto.

prodotto tra l'enzima trattenuto e l'ambiente in cui si trova.

In vescicole:

• Liposomi: la membrana non è permeabile all'enzima, quindi il liposoma viene creato facendolo chiudere attorno all'enzima stesso. Il sistema funziona se il substrato e il prodotto riescono a permeare il doppio strato fosfolipidico.
• Micelle inverse: l'enzima è stabile in soluzione acquosa (in solventi idrofobici potrebbe denaturarsi).

Polimerizzazione interfacciale

Adsorbimento

L'enzima aderisce ad un supporto solido senza formare legami covalenti. Si formano legami deboli. In questo caso non ci sono problemi di permeabilità del substrato verso l'enzima, perché quest'ultimo si trova sulla superficie, quindi liberamente esposto e a contatto con il solvente esterno. Essendo una proteina, l'enzima possiede delle cariche. La carica di una proteina dipende dal pH della soluzione e dal pI.

Covalente

Metodi nei quali si ha una modificazione covalente

dell'enzima.

Cross-linking omo/etero

Bisogna proteggere il sito attivo con la presenza di substrato o di inibitore competitivo --> la funzionalità dell'enzima viene preservata (se il crosslinkantesi lega nel sito attivo, potrebbe inibire l'enzima).

La glutaraldeide è un reattivo bifunzionale, ha due gruppi aldeidici terminali: ciascuno reagisce con il gruppo amminico di una proteina formando un legame crociato tra due strutture proteiche.

Le carbodiimidi non sono reattivi bifunzionali, hanno una chimica tale da fare avvenire un legame tra un gruppo carbossilico di una proteina e un gruppo amminico di un'altra proteina (legame isopeptidico).

Francesca Nasatti

Legame ad un supporto solido

La proteina si lega con il gruppo amminico di un supporto covalente (non di un'altra proteina) "grafting"

Legame tra l'enzima e un gruppo chimico di diversa natura.

Differenza con l'immobilizzazione: nell'immobilizzazione il supporto è

insolubile.Il grafting non ha di per sé lo scopo di immobilizzare l'enzima, ma di modificarlo chimicamente per modulare le sue proprietà chimico-fisiche.

ENZIMI ATTIVI SU CARBOIDRATI

Lisozima: azione antimicrobica, usato nel grana padano come conservante. Derivato dall'uovo, che è un allergene, quindi andrebbe dichiarato in etichetta.

Spesso, sulle etichette, gli enzimi sono indicati come coadiuvanti

Filiera dell'amido

Prodotti derivati dall'amido grazie all'applicazione di enzimi.

L'amido è un polimero del glucosio.

Nelle zone semi-cristalline le catene polisaccaridiche fatte da amilosio e amilopectina hanno una conformazione nello spazio molto regolare.

L'estremità riducente è l'unica che ha il carbonio 1 non impegnato a fare legami con altri zuccheri (carbonio aldeidico). Ce n'è solo una, mentre ci sono tante estremità non riducenti.

Nel glicogeno c'è una frequenza di ramificazioni

molto più alta rispetto all'amilopectina. I polisaccaridi devono essere ridotti a zuccheri semplici dagli enzimi per poi essere fermentati (S. cerevisiae fa fermentazione alcolica e alcol, nella panificazione e produzione della birra).

Le amilasi hanno principalmente origine microbica.

Francesca Nasatti

Destrosio è il glucosio.

Processo di idrolisi

Liquefazione: L'amido, a freddo, è insolubile in acqua (anche per le sue grandi dimensioni). Per questo viene fatto liquefare. Se è insolubile non è digeribile dalle alfa-amilasi, è poco accessibile agli enzimi.

Le proprietà di imbrunimento crescono da low DE a high DE perché c'è un maggior numero di funzioni aldeidiche riducenti libere, che possono dare il via a reazioni di Maillard.

Possono anche modificare le proprietà dell'alimento in cui si trova lo sciroppo di glucosio.

Il livello di destrosio equivalente viene modulato modulando l'intensità

dell'idrolisienzimatica attuata (il tempo), oppure scegliendo il giusto tipo di enzimi per produrreunità di glucosio o maltosio o maltotrioso al termine dell'idrolisi dell'amido.

Isomerizzazione glucosio-fruttosio

A 60°C la costante di equilibrio della conversione di glucosio in fruttosio è più spostata verso il fruttosio, quindi si ha una resa in trasformazione un po' più alta.

Con questo processo si produce un HFCS che ha un titolo di fruttosio del 42%. In commercio si trovano HFCS con titoli più alti, che arrivano fino al 55%. Per fare ciò si utilizzano delle tecniche di cromatografia che separano il glucosio dal fruttosio (90%).

Miglioratori per farine - filiera dei prodotti da forno

Lievitazione: l'impasto dei prodotti da forno è a base di gra