LA BIOCHIMICA DEGLI ALIMENTI1- Cambiamenti biochimici nei carboidrati alimentari

- cambiamenti dei carboidrati durante la germinazione dei semi;- metabolismo dei carboidrati complessi;- metabolismo del lattosio ed acidi organici nella produzione di formaggio;- la rimozione di glucosio nella produzione di uova in polvere;- La produzione di sciroppi e di zuccheri dall’amido.

2- Cambiamenti biochimici di proteine e di amminoacidi negli alimenti- Proteolisi nei tessuti animali;- Attività transglutaminasica nella lavorazione del pesce;- Proteolisi nella fermentazione del latte;- Proteolisi nella germinazione dei semi;- Proteasi per la riduzione del Chill-Haze nella produzione della birra

3- Cambiamenti biochimici di lipidi negli alimenti- Cambiamenti dei lipidi nei sistemi alimentari - Cambiamenti dei lipidi nella fermentazione del formaggio,- Degradazione dei lipidi nella germinazione dei semi;

4- Maturazione dei frutti 1

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DEGRADAZIONE DELL’AMIDO DURANTE LA GERMINAZIONE DI CHICCHI DI GRANO

Enzyme Reactionα-amylase (EC 3.2.1.1) Starch —> glucose + maltose + maltotriose + α -limited

dextrins + linear maltosaccharides

Hexokinase (EC 2.7.1.1) D-hexose (glucose) + ATP --> D-hexose (glucose)-6-phosphate + ADP

α -glucosidase Hydrolysis of terminal, nonreducing 1,4-linked α -D-glucose (maltase, EC 3.2.1.20) residues with release of α -D-glucose

oligo-1,6 glucosidase α -limited dextrin —> linear maltosaccharides(limited dextrinase, isomaltase, sucrase isomerase,EC 3.2.1.10)

β-amylase (EC 3.2.1.2) Linear maltosaccharides —> β-Maltose

Phosphorylase (EC 2.4.1.1) Linear maltosaccharides + phosphate —> α -D-glucose-1-phosphate(glicogeno fosforilasi)

Phosphoglucomutase α -D-glucose-1-phosphate —> α -D-glucose-6-phosphate (EC 5.4.2.2)

Glucosephosphate isomerase D-glucose-6-phosphate —> D-fructose-6- phosphate(EC 5.3.1.9)

(endoamilasi)

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DEGRADAZIONE DELL’ AMIDO DURANTE LA GERMINAZIONE DI CHICCHI DI GRANO

Enzyme Reaction

UTP-glucose 1-phosphate uridyl UTP + -D-glucose- 1 -phosphate —> UDP-glucose transferase (UDP- glucose pyrophosphorylase; + pyrophosphate glucose 1 -phosphate uridyltransferase,EC 2.7.7.9)

Sucrose phosphate synthetase UDP-glucose + D-fructose-6-phosphate —> sucrose (EC 2.4.1.14) phosphate + UDP

Sugar phosphatase (EC 3.1.3.23) Sugar phosphate (fructose-6-phosphate) —> sugar (fructose) + inorganic phosphate

Sucrose phosphatase (EC 3.1.3.24) Sucrose-6-phosphate —> sucrose + inorganic phosphate

Sucrose synthetase (EC 2.4.1.13) NDP-glucose + D-fructose —> sucrose + NDP(nucleoside difosfato)

-fructose-furanosidase (invertase, Sucrose --> glucose + fructosesuccharase, EC 3.2.1.26)

segue

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DEGRADATION OF COMPLEX CARBOHYDRATESEnzyme Reaction

Cellulose degradation during seed germination

Cellulase (EC 3.2.1.4) Endohydrolysis of 1,4-β-glucosidic linkages in cellulose and cereal β-D-glucans

Glucan 1,4-β-glucosidase Hydrolysis of 1,4 linkages in 1,4 β -D- glucan so as (Exo-1,4-β-glucosidase, to remove successive glucose units EC 3.2.1.74)

Cellulose 1,4-β-cellubiosidase Hydrolysis of 1,4-β-D-glucosidic linkages in cellulose (EC3.2.I.91) and cellotetraose releasing cellubiose from the non-reducing

ends of the chains

β-galactosan degradation β-galactosidase (EC 3.21.1.23) β-(1-4)-linked galactan —> D-galactose

DEGRADATION OF COMPLEX CARBOHYDRATESEnzyme Reaction

β–glucan degradation

Glucan endo-1,6 β -glucosidase Random hydrolysis of 1,6 linkages in 1,6- β-D-glucans(EC 3.2.1.75)

Glucan endo-1,4- β -glucosidase Hydrolysis of 1,4 linkages in 1,4-P-D-glucans so as to (EC 3.2.1.74) remove successive glucose units

Glucan endo-1,3 β -D-glucanase Successive hydrolysis of β -D-glucose units from (EC 3.2.1.58) the nonreducing ends of 1,3-β -D-glucans, releasing β-

glucose

Glucan 1,3-β –glucosidase 1-3- β -D-glucans -> α-D-glucose(EC 3.2.1.39)

Segue

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DEGRADATION OF COMPLEX CARBOHYDRATESEnzyme Reaction

Pectin degradation

Polygalacturonase Random hydrolysis of 1,4-α-D-galactosiduronic linkages (EC 3.2.1.15) in pectate and other galacturonans

Galacturan 1,4- α galacturonidase (1,4- α -D-galacturoniside)n + H2O —> (1,4-a-D‑[Exopolygalacturonase, poly galacturoniside)n-1 + D-galacturonate(galacturonate) hydrolase,EC 3.2.1.67)

Pectate lyase Eliminative cleavage of pectate to give oligosaccharides(pectate transeliminase, with 4-deoxy- α -D-galact-4-enuronosyl groups EC 4.2.2.2) at their nonreducing ends

Pectin lyase (EC 4.2.2.10) Eliminative cleavage of pectin to give oligosaccharides with terminal 4-deoxy-6-methyl--D-galact-4-enduronosyI groups.

SEGUE

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CAMBIAMENTI NEI CARBOIDRATI NELLA PREPARAZIONE DEL FORMAGGIOAzione, Enzyme o Sistema enzimatico ReactionFormation of lactic acid Lactase (EC 3.2.1.108) Lactose + H2O --> D-glucose + D-galactose Tagatose pathway Galactose-6-P —> lactic acid Embden-Meyerhoff pathway Glucose —> pyruvate —> lactic acid

Formation of pyruvate from citric acid Citrate (pro-3S) lyase (EC 4. 1.3.6) Citrate ---> oxaloacetate Oxaloacetate decarboxylase Oxaloacetate —> pyruvate + CO2

(EC 4.1.1.3)

Formation of propionic and acetic acids Propionate pathway 3 lactate —> 2 propionate + 1 acetate + CO2 + H20

3 alanine —> propionic acid + 1 acetate + CO2 + 3 ammonia

Formation of succinic acid Mixed acid pathway Propionic acid + CO2 --> succinic acid

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CAMBIAMENTI NEI CARBOIDRATI NELLA PREPARAZIONE DEL FORMAGGIOAzione, Enzima o Sistema enzimatico Reaction

Formation of butiric acid Butyric acid pathway 2 lactate —> 1 butyrate + CO2 + 2H2

Formation of ethanol Phosphoketolase pathway Glucose —> acetylaldehyde —> ethanol Pyruvate decarboxylase (EC 4.1.1.1) Pyruvate —> acetylaldehyde + CO2

Alcohol dehydrogenase (EC 1.1.1.1) Acetylaldehyde + NADH + H+ —> ethanol + NAD+

Formation of formic acid Pyruvate-formate lyase (EC 2.3.1.54) Pyruvate + CoA —> formic acid + acetyl CoA

Formation of diacetvl, acetoine, 2-3 butylene glycol Citrate fermentation pathway Citrate —> pyruvate —> acetyl CoA —> diacetyl —>

acetoine —> 2-3 butylene glycolFormation of acetic acid Pyruvate-formate lyase (EC 2.3.1.54) Pyruvate + CoA —> formic acid + acetyl CoA Acetyl-CoA hydrolase (EC 3.1.2.1) Acetyl CoA + H2O —> acetic acid + CoA

segue

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LOCALIZZAZIONE E FUNZIONI PRINCIPALI DI PROTEINE MIOFIBRILLARI ASSOCIATE CON L’APPARATO CONTRATTILE E LA STRUTTURA DEL CITOSCHELETRO  Localizzazione Proteina Funzione principale

Contractile apparatus

A-band Myosin Muscle contraction c-protein Binds myosin filaments

F-, H-, I-proteins Binds myosin filaments

M-line M-protein Binds myosin filaments Myomesin Binds myosin filaments

Creatine kinase ATP synthesis

I-band Actin Muscle contractionTropomyosin Regulates muscle contractionTroponins T, I, C Regulates muscle contraction

-, y-actinins Regulates actin filaments

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LOCALIZZAZIONE E FUNZIONI PRINCIPALI DI PROTEINE MIOFIBRILLARI ASSOCIATE CON L’APPARATO CONTRATTILE E LA STRUTTURA DEL CITOSCHELETRO

Localizzazione Proteina Funzione principale

Cytoskeletal framework

GAP filaments Connectin (titin) Links myosin filaments to Z-line

N2-Line Nebulin Unknown

By sarcolemma Vinculin Links myofibrils to sarcolemma

Z-line -actinin Links actin filaments to Z-lineEu-actinin, filamin Links actin filaments to Z-lineDesmin, vimmentin Peripheral structure to Z-lineSynemin, Z-protein, Z-nin Lattice structure of Z-line

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PROTEASES IN ANIMAL TISSUES AND THEIR DEGRADATIONEnzyme Reaction

Acid/aspartyl proteases

Pepsin A (Pepsin, EC 3.4.23.1) Preferential cleavage, hydrophobic, preferably aromatic,residues in PI and P'1 positions

Gastricsin (pepsin C, EC 3.4.23.3) More restricted specificity than pepsin A; high preferential cleavage at Tyr bond

Cathepsin D (EC 3.4.23.5) Specificity similar to, but narrower than that of pepsin A

Serine proteases Trypsin (α- and β-trypsin, EC 3.4.21.4) Preferential cleavage: Arg-, Lys Chymotrypsin (Chymotrypsin A and B, Preferential cleavage: Tyr-, Trp-, Phe-, Leu‑ EC 3.4.21.1) Chymotrysin C (EC 3.4.21.2) Preferential cleavage:Leu-, Tyr-, Phe-, Met-, Trp-, Gln-, Asn Pancreatic elastase (pancreato‑ Hydrolysis of proteins, including elastin. Preferential peptidase E, pancreatic elastase I, cleavage: Ala+ EC 3.4.21.36)

Per rendere la carne più tenera

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PROTEASES IN ANIMAL TISSUES AND THEIR DEGRADATIONEnzyme Reaction

Plasmin (fibrinase, fibrinolysin, Preferential cleavage: Lys- > Arg-; higher selectivity EC 3.4.21.7) than trypsin

Enteropeptidase (enterokinase, Activation of trypsinogen by selective cleavage EC 3.4.21.9) of Lys-Ile bond

Collagenase General term for hydrolysis of collagen into smaller molecules

Thio/cysteine proteases Cathepsin B (cathepsin B l, Hydrolysis of proteins, with broad specificity EC 3.4.22.1) for peptide bonds, preferentially cleaves

Arg-Arg- bonds in small molecule substrates

Papain* (EC 3.4.22.2) Hydrolysis of proteins, with broad specificity for peptide bonds, but preference for an amino acid bearing a large hydrophobic side chain at the P2 position. Does not accept Val in PI'

Elastasi e collagenasi -> demolizione del tessuto connettivo

Segue acid/aspartyl proteases

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PROTEASES IN ANIMAL TISSUES AND THEIR DEGRADATION

Enzyme Reaction

Fiacin* (ficin, EC 3.4.23.3) Similar to that of papain

Bromelain* (3.4.22.4) Broad specificity similar to that of pepsin A

gamma-glutamyl hydrolase Hydrolyzes gamma-glutamyl bonds(EC 3.4.22.12 changed to 3.4.1.99)

Cathepsin H (EC 3.4.22.16) Hydrolysis of proteins; acts also as an aminopeptidase (notably, cleaving Arg bond) as well as an

endopeptidase

Calpain-1 (EC 3.4.22.17 Limited cleavage of troponin I, tropomyosin, and C-protein changed to 3.4.22.50 from myofibrils and various cytoskeletal proteins from

other tissues. Activates phosphorylase, kinase, andcyclic nucleotide-dependent protein kinase

MetalloproteasesProcollagen N-proteinase Cleaves N-propeptide of procollagen chain α1(I) at Pro +(EC 3.4.24.14) Gln and α2(I) at Ala+Gln

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CAMBIAMENTI PROTEOLITICI NELLA PRODUZIONE DI FORMAGGIO

Action and Enzymes Reaction

Coagulation

Chymosin (rennin, K-Casein ->Para-K-casein + glycopeptide, similar to pepsin AEC 3.4.23.4)

ProteolysisProteases Proteins —> high molecular weight peptides + amino acids Amino peptidases, Low molecular weight peptides —> amino acidsdipeptidases, tripeptidases

Proteases, endopeptidases, High molecular weight peptides —> low molecular weight aminopeptidases peptides

CAMBIAMENTI PROTEOLITICI NELLA PRODUZIONE DI FORMAGGIOAction and Enzymes Reaction

Decomposition of amino acids Aspartate transaminase (EC 2.6.1.1) L-Asparate + 2-chetoglutarate —> oxaloacetate + L-glutamate Methionine y-lyase (EC 4.4.1.11) L-methionine —> methanethiol + NH3 + 2-oxobutanolateTryptophanase (EC 4.1.99.1) L-tryptophan + H2O —> indole + pyruvate + NH3

Decarboxylases Lysine —> cadaverineArginine —> putrescine Histidine —> histamine Glutamate —> aminobutyric acidTyrosine —> tyramine Tryptophan —> tryptamine

Deaminases Alanine —> pyruvate Tryptophan —> indole Glutamate —> a-ketoglutarateSerine —> pyruvate Threonine —> a-ketobutyrate

segue

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DEGRADAZIONE DI PROTEINE NEI SEMI IN GERMINAZIONE

Enzyme Reaction

Aminopeptidase (EC 3.4.11.11 deleted in 1992, Neutral or aromatic aminoacyl-peptide + H2O -->referred to corresponding aminopeptidase) neutral or aromatic amino acids + peptide

Carboxypeptidase A (EC 3.4.17.1) Release of a C-terminal amino acid, but little or noaction with -Asp, -Glu, -Arg, -Lys, or -Pro

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La torbidità della birra Chill-Haze

Esistono due tipi di torbidità che possono caratterizzare la birra fatta in casa.

La torbidità propria della birra e quella dovuta al lievito responsabile della rifermentazione in bottiglia. La prima dipende da un imperfetta procedura, mentre la seconda e' in una certa misura, inevitabile. Il primo tipo di torbidita' può essere dovuto a diversi motivi.

I più comuni sono infezioni e proteine. Nel caso di infezioni, che si possono evitare con una buona pulizia e "sanitazione" degli strumenti, potremo avere una birra perennemente torbida. Nel caso delle proteine (e dei polifenoli), avremo il cosiddetto "chill haze", cioè una birra che a temperatura ambiente risulta limpida, diventa torbida una volta raffreddata.

Questo avviene perché le proteine che a temperatura ambiente sono disciolte nella birra, col raffreddamento coagulano. Le proteine, che sono presenti nell'orzo, cominciano a scomporsi già durante la maltazione. Nei malti meno modificati, questa scomposizione sarà minore, mentre in quelli più modificati, sarà maggiore. I malti moderni, soprattutto quelli di alta qualità disponibili per l'homebrewing, sono molto modificati. Quelli inglesi, poi, lo sono tradizionalmente in misura ancora maggiore.

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CAMBIAMENTI BIOCHIMICI DE LIPIDI NEGLI ALIMENTI

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CAMBIAMENTI DEI LIPIDI NELLA PREPARAZIONE DEL FORMAGGIO

Enzima o azione Reazione

Lipolysis

Lipases, esterases Triglycerides —>11-keto acids, acetoacetate,

fatty acidsAcetoacetate decarboxylase Acetoacetate + H+ —> acetone + CO2

(EC 4.1.1.4)

Acetoacetate-CoA ligase Acetoacetate + ATP + CoA —> acetyl CoA

(EC 6.2.1.16) + AMP + diphosphate

Esterases Fatty acids —> esters

Conversion of fatty acidsp-oxidation and 3-Keto acids --> methyl ketonesdecarboxylation

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DEGRADAZIONE DEI LIPIDI NELLA GERMINAZIONE DEI SEMIEnzima o sistema enzimatico Reazione

Lipase (oil body) Triacylglycerol —> diacylglycerol + fatty acid

Triacylglycerol —> monoacylglycerol + fatty acids Diacylglycerol —> monoacylglycerol + fatty acid

Fatty acid + CoA —> acyl CoA

P-oxidation (glyoxysome) Acyl CoA —> acetyl CoA

Glyoxylate cycle (glyoxysome) Acetyl CoA + succinate

Mitochondrion Succinate --> phosphoenol pyruvate

Reverse glycolysis (Cytosol) Phosphoenol pyruvate —> hexoses --> sucrose

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Cadaverina

Istamina

Putresceina

carne in putrefazione e ne reca il caratteristico odore fetido

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Tiramina ha pertanto attività ipertensiva

TriptamminaSvolge nell’uomno ruolo di neuromodulatore e neurotrasmettitore.

La triptamina funge da intermediario al metabolismo dell'ormone vegetale Acido indol-3-acetico.

acido γ-amminobutirrico (GABA) γ-amminoacido, principale neurotrasmettitore inibitorio nei mammiferi, del sistema nervoso centrale. Responsabile nella regolazione dell'eccitabilità neuronale in tutto il sistema nervoso. Negli esseri umani GABA è anche direttamente responsabile per la regolazione del tono muscolare.

Indolo

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Serina ____________ amminoacrilato -> piruvato deidratasi

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Carboidrati complessi

- AMIDO - -GLUCANI

- CELLULOSA- PECTINE- INULINA

β-glucani 3/6 g/die

- I β -glucani (dal lievito di birra-zimosan. Beta glucosio con legami 1-3 e 1-6) sono i maggiori componenti della frazione solubile della fibra alimentare e come tali esercitano, nel nostro organismo, una serie di effetti benefici correlati alla fibra alimentare, quali: rallentamento dello svuotamento gastrico, incremento della peristalsi intestinale. Inoltre, numerose evidenze sperimentali, negli ultimi anni, hanno evidenziato il ruolo dei β-glucani dell’orzo e dell’avena nel contenimento del livello di colesterolo e di glucosio ematico nell’uomo e in animali da laboratorio .

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CELLULOSA

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Attualmente si conoscono tre tipi di emicellulose o glucani concatenati:

• Xilani (xilosio; tegumento dei chicchi dei cereali, crusca;• Galattani-o galattosani/arabinolattani• Mannani/glucomannani

In contrapposizione alla cellulosa, la cui molecola lineare è formata da unità di solo glucosio, le emicellulose sono invece costituite da zuccheri differenti,

Inoltre hanno una struttura ramificata e non fibrosa.

EMICELLULOSE

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XILANI

sono catene polisaccaridiche composte da uno scheletro di β-1,4-xilosio.

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PECTINE

Formate da unità di acido galatturonico

Propectina. Forma colloidi nella parete Conferisce durezza. Alla maturazione vienemetabolizzata in molecole più piccole e quindi i frutti diventano più soffici. Questi cambiamenti sono importanti Nella maturazione di pomodori, meli, caki.Innovazioni tecnologiche: pomodori geneticamente modificati e mele fuji con una più lunga shelf life.Nella matuterazione anche importante l’idrolisi dell’amido.Proprietà gelificante in presenza di zuccheri (naturale in mela, pere, limone.); Integratore commerciale: E440Pectine fluide per aggiunte di metili ai gruppi carbossilici (metilesterasi);Possono contenere ramnosio (metile in posizione 6)

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La catena principale degli xilani è costituita da D-β-xilopiranosio le cui unità sono legate fra loro con legame 1→4; irregolarmente e con frequenza variabile a seconda della specie vegetale e/o della parte della pianta interessata, su questa catena possono innestarsi ramificazioni, costituite ancora da xilosio, oppure da (in ordine di frequenza decrescente): arabinosio (in forma L-arabinofuranosidica), acido 4-O-metil-glucuronico, mannosio, galattosio, rahmnosio.

L'abbondanza delle ramificazioni costituite da arbinosio, nel più dei casi singole unità legate in posizione 2 e/o 3 sullo xilosio, giustifica l'identificazione di una ottoclasse di emicellulose anch'essa molto frequente in natura, gli arbino-xilani.

INULINA (prebiotico-FOS )L'inulina è un polimero glucidico con peso molecolare minore dell'amido, solubile in acqua e totalmente accumulato nei vacuoli . Si ottiene dalla polimerizzazione del β-D-fruttosio. Per azione dell'enzima inulasi l'idrolisi risultante produce fruttosio (zucchero consigliato per i diabetici).

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OSSIDAZIONE ENZIMATICA DEI LIPIDI IN SISTEMI ALIMENTARIEnzima Reazione

Arachidonate-5-lipoxygenase (5-lipoxygenase, Arachidonate + 02 —> (6E, 8Z, I IZ, 14Z)-(5S)-

EC 1.13.11.34) 5-hydroperoxyicosa-6-8-1 I ,14-tetraenoate

Arachidonate-8-lipoxygenase (8-lipoxygenase, Arachidonate + 02 —> (5Z, 9E, I IZ, I4Z)-(8R)-

EC 1.13.11.40) 8-hydroperoxyicosa-5,9,11,14-tetraenoate

Arachidonate 12-lipoxygenase (12-lipoxygenase. Arachidonate + 02 —> (5Z, 8Z, 10E, 14Z)-(12S)-

EC 1.13.11.31) 12-hydroperoxyicosa-5,8,10,14-tetraenoate

Arachidonate I 5-lipoxygenase (15-lipoxygenase, Arachidonate + O2 --> (5Z, 8Z, i IZ, 13E)-(15S)-

EC 1.13.11.33) 15-hydroperoxyicosa-5,8,11,13-tetraenoate

Lipoxygenase (EC 1.13.11.12) Linoleate + 02 --> (9Z, I IE)-(13S)-13-

hydroperoxyoctadeca-9, 11-dienoate

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PRODUZIONE SECONDARIA DI AMMINE IN PRODOTTI ITTICIEnzima reazione

Histidine decarboxyalse (EC 4.1.1.22) L-Histidine —> histamine + CO2

Lysine decarboxylase (EC 4.1.1.18) L-Lysine —> cadaverine + CO2

Ornithine decarboxylase (EC 4.1.1.17) L-Ornithine --> putrescine + CO2

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ALCUN I ENZIMI COMMERCIALI PRODOTTI BIOTECNOLOGICAMENTE

Enzima Applicazione

Acetolactate decarboxylase (EC 4.1.1.5) Beer aging and diacetyl reduction

a-amylase (EC 3.2.1.1) High fructose corn syrup (HFCS) production

Amylo-1,6-glucosidase (EC 3.2.1.33) High fructose corn syrup (HFCS) production

Chymosin (EC 3.4.23.4) Milk clotting in cheese manufacturing

Lactase (EC 3.2.1.108) Lactose hydrolysis

Glucan 1,4-a-maltohydrolase Anti-staling in bread (evita che il pane diventi (maltogenic a-amylase, EC 3.2.1.133) stantio)

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Tagatosio

Si trova in piccole quantità nei latticini e può essere prodotto dal lattosio; l'idrolisi di quest'ultimo dà glucosio e galattosio, il galattosio per trattamento con basi forti - nello specifico, con idrossido di calcio - isomerizza a tagatosio.Trova uso come agente dolcificante alternativo al saccarosio.

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Rimozione di glucosio nella produzione di uova in polvere

intervento di glucosio ossidasi e catalasi

Glucosio +O2 6-gluconolattone + H2O2

catalasi

glucosio ossidasi

H2O