Ldb agroecologia2 netti_05

Seminario 07/07/2014

Conservazione e degradazione

alimenti

Alterazione e trasformazione delle sostanze alimentari

Cause biologiche enzimi presenti nell’alimento microrganismi (salubrità, caratteri organolettici e valore nutritivo)

Cause fisico-chimiche ossigeno radiazioni calore variazione del contenuto idrico

Cause biologicheLe principali reazioni di degradazione (idrolisi e ossidazione) sonocatalizzate da enzimi presenti nell’alimento o appartenenti aimicrorganismi che lo contaminano

• Enzimi presenti nell’alimento Gli alimenti naturali sono di origine vegetale o animale, parti o prodotti di essi. I

tessuti e le cellule ne conservano il patrimonio enzimatico. Nei lisosomi, corpuscoli presenti (anche diverse centinaia) nel citoplasma delle

cellule eucariote, sono presenti gli enzimi dell’autolisi (sistema digerenteendocellulare), un corredo di oltre 50 enzimi capaci di scindere una grandevarietà di molecole extra o intracellulari: perossidasi, lipasi, glicosidasi,peptidasi (es. catepsine –frollatura carni). Con la morte dell’organismo, gli enzimifuoriescono dando avvio ai fenomeni di autodigestione.

MicrorganismiLa maggior parte delle sostanze alimentari costituisce un terreno adattoall’accrescimento di diversi microrganismi che si sviluppano a spese deicomposti organici. L’azione microbica determina: alterazione dei caratteri organolettici e del valore nutritivo compromissione della salubrità

Struttura proteina

Proteine struttura

tridimensionale

La Struttura Terziaria

• La struttura terziaria è la conformazione tridimensionale assunta da una proteina.

• È stabilizzata da legami non covalenti come ponti idrogeno, interazioni idrofobiche tra amminoacidi non polari e legami ionici.

È indispensabile per la sua

attività biologica.

La Struttura Terziaria • Ma anche da legami

covalenti, sotto forma di

ponti disolfuro fra due

cisteine.

• Le interazioni che si

instaurano a livello

tridimensionale

coinvolgono amminoacidi

non necessariamente vicini

nella struttura primaria.


• Include il ripiegamento

delle strutture regolari

(alfa-elica e beta-foglietto)

dando luogo a

combinazioni molto stabili

(domini), che si possono

trovare ripetute nella stessa

proteina.

• gli elementi di struttura

secondaria si trovano

combinati in particolari

motivi strutturali.

Domini nei quali la

struttura secondaria può

disporsi nello spazio.


• I gruppi R dei vari

amminoacidi

determinano anche

loro la struttura della

proteina.

• E le sue proprietà

macroscopiche.


• Quando le interazioni vengono meno, in presenza di elevate temperature, di pH non ottimale o di detergenti, la struttura tridimensionale viene persa, così la proteina va incontro a denaturazione, perdendo la sua attività biologica.

la denaturazione a volte è un processo reversibile, e, allontanando l'agente denaturante, la proteina riprende spontaneamente la sua conformazione tridimensionale (che è dettata dalla struttura primaria).

http://www.unisr.it/biotechbook/view.asp?id=177


http://www.unisr.it/BiotechBook/view.asp?id=113


Proteine Fibrose e Globulari

• Le proteine possono essere divise in due classi:

Proteine fibrose

Proteine Globulari

Le Proteine Fibrose

• Sono di origine animali, • insolubili in acqua, • Assolvono ruoli strutturali per lo più.

Si dividono in tre categorie: le cheratine i collageni le sete

Formano tessuti protettivi

Formano tessuti connettivi

Come i bozzoli dei bachi da seta

Le Proteine Fibrose • Cheratine e collageni

hanno strutture ad elica,

• Le sete hanno struttura foglietto beta

Gruppi apolari e ponti disolfuro tendono a conferire rigidità e insolubilità alle proteine fibrose.

Le Proteine Globulari • Sono solubili in acqua,

• di forma quasi sferica,

• Assolvono funzioni biologiche.

Possono essere:

• Enzimi

• Ormoni

• Proteine di trasporto

• Proteine di deposito

Le Proteine Globulari • Contengono

amminoacidi con catene polari e carichi,

• Sono strutture elicoidali.

Mioglobina, proteina globulare che trasporta l’ossigeno nei muscoli. Le interazioni sono dovute a

ponti disolfuro, alla polarità o meno dei gruppi R, e alla capacità di formare legame ad idrogeno.

La Struttura Quaternaria

• Ogni proteina tende ad

assumere una sola struttura

terziaria e proteine differenti

assumono conformazioni

differenti. Talvolta le

proteine possono assumere

anche una struttura

quaternaria.

È composta da

aggregati di un certo

numero di subunità Emoglobina di un adulto






La Struttura Quaternaria

• L’aggregazione serve ad evitare alle parti apolari della superficie proteica l’esposizione all’ambiente acquoso della cellula.

Riepilogo

G. Enzimi

Sono catalizzatori biologici, alcuni dei quali agiscono su substrati specifici. Gli enzimi possono essere utilizzati per aiutare i conservatori, ma sono anche strumenti essenziali dei microrganismi nell’attacco ed assimilazione dei vari materiali.

Cosa fanno gli enzimi? Sono molecole proteiche naturali che agiscono come catalizzatori ad elevata efficienza nelle reazioni biochimiche. Un catalizzatore è un facilitatore delle reazioni, che avvengono molto più velocemente in sua presenza e che non cambia, anche dopo la fine della reazione. Alcune razioni sono velocizzate dalla presenza degli enzimi (in assenza in circa 24 ore mentre in presenza dell’enzima in 4 ore) Gli enzimi sono specifici: ognuno catalizza un ristretto range di reazioni – spesso una sola. Il primo step è la formazione di un complesso tra il substrato e l’enzima.

Poichè gli enzimi sono così importanti è

necessario conoscere quali sono le loro attività e come si

possono controllare.

Che tipi di enzimi ci sono?

• Gli enzimi vengono classificati in base ai composti sui quali agiscono: le proteasi attaccano le proteine, le cellulasi la cellulosa, le lipasi trasformano i grassi in glicerolo e acidi grassi, le amilasi gli amidi in zuccheri semplici.

• Alcuni enzimi agiscono su un vasto range di substrati (es. le proteasi), mentre altri sono meno specifici (es. collagenasi, che idrolizza il collagene della pelle e cheratinasi, che attacca la cheratina delle piume).

• Solo gli enzimi di vecchia scoperta non finiscono in “asi” – es. rennina, pepsina, tripsina.

Cosa condiziona l’azione degli enzimi ?

• Condizioni fisico-chimiche - come temperatura, pH e forza ionica.

• Tutti gli enzimi hanno un OPTIMUM di temperatura e pH, al di fuori del quale sono meno (o per nulla) efficienti.

• Possono essere inibiti (o distrutti) da talune sostanze chimiche.

Effetti della temperatura

Molti enzimi animali hanno un optimum di temperatura intorno ai 37oC e sono rapidamente denaturati (distrutti) a 40oC. Agiscono debolmente a temperatura ambiente e possono essere conservati a 4oC. Per gli enzimi microbici invece i valori sono molto più vari.

Effetti del pH

Il valore ottimale del pH varia molto tra gli enzimi. La lipasi dello stomaco ha un optimum a 4-5, mentre

quella del pancreas a pH 8. L’optimum pH degli enzimi microbici non è

necessariamente uguale a quello della crescita cellulare.

Inibitori degli Enzimi • Possono essere specifici o non-specifici.

Poiché l'enzima deve reagire con il suo substrato, tutto ciò che "sembra" substrato reagisce con l'enzima e così inibisce il vero substrato.

• Questa è l’inibizione specifica - gli enzimi che agiscono su altri substrati non sono coinvolti.

• Si chiama "inibizione competitiva", perché l'inibitore compete con il substrato.

Substrato

Enzima

Inibizione competitiva dell’enzima

Complesso Enzima-substrato Substrato degradato

Enzima rilasciato

Substrato bloccato dalla reazione con l’enzima

Inibitore

REAZIONE

INIBIZIONE

Inibizione non-specifica dell’enzima

• Calore (come abbiamo già visto!!) • Le sostanze chimiche che reagiscono con l'enzima cambiano la sua configurazione – ad esempio i solventi.

• Poiché tutti gli enzimi sono proteine , molte di queste sostanze agiscono su tutti gli enzimi. Questa è "l'inibizione non-competitiva".

Enzima

Substrato

Inibizione non-competitiva dell’enzima

Inibitore

L’inibitore causa un cambiamento nella conformazione dell’enzima che previene la formazione di un legame col subbstrato. Due esempi:

Denaturazione dell’inibitore che cambia la forma della proteina (enzima)

?

L’Inibitore non reagisce (ma induce un cambiamento) nel sito di legame del substrato e quindi blocca il legame col substrato.

1

2

“Inibizione del Substrato” • A volte può succedere che l'enzima venga "inondato" da grandi quantità di substrato, allora non può agire.

• L'unico modo per aumentare la sua attività è allora di aumentare la quantità di enzima (o di ridurre la quantità di substrato).

• Ricordare che il substrato deve essere in soluzione perchè l'enzima possa agire su di esso: un blocco di legno massello non è "sommerso" dalla Cellulasi!!

Dove troviamo gli enzimi?

Quale le loro funzioni nell’ambito Quale le loro funzioni nell’ambito

biologico – alimentare?

Alterazioni dei prodotti vegetaliReazioni indesiderate:• ossidazione lipidica• imbrunimento• deterioramento dell’aroma• denaturazione delle proteine• degradazione di pigmenti e vitamine

Enzima Temperatura ottimale (°C)

Temperatura di disattivazione (°C)

Perossidasi 45 95

Lipossigenasi 60 95

Polifenolossidasi 40 90

Pectinmetilesterasi 45 70

Pectinliasi 50 70

Poligalatturonasi 35 65

Clorofillasi 30 45

Batteri e

muffe

Enzimi

Perossidasi (POD)

Polifenolossidasi (PPO)

Poligalatturonasi (PG)

Pectin metil esterasi (PME)

Pectinliasi (PL)

ENZIMI DI PARETE Lipossigenasi (LOX)

Clorofillasi

Distribuzione di alcuni enzimi nella cellula vegetale

ioni minerali

metaboliti secondari

acidi organici, glucosidi e tannini,

• poligalatturonasi (PG)nelle pectine scindono il legame tra due unità diacido galatturonico non metilate. Le esoPGagiscono sulle unità terminalidella catena, leendoPG agiscono all’interno della catena,provocando la perdita di consistenza del prodotto

Alterazioni enzimatiche dei prodotti vegetali

• pectinliasi (PL)agiscono tra due unità di acido galatturonico metilate

• pectinmetilesterasi (PME)idrolizzano i gruppi metossilici, rendendo disponibile nuovo substrato per l’azionedelle PG

CaCl2 (E509)

Struttura della parete cellulare

Lattato di calcio (E327)

“Many theories to account for the effect of the firstblanching step on the firmness of vegetable tissuesattribute it to pectinesterase activity . According toBartolome and Hoff (1972), this pretreatment causesa loss of membrane selective permeability, givingrise to diffusion of cations to the cell wall. Thisactivates the enzyme, leading to the de-esterification of pectins and facilitates the formationof bivalent bridges between residues ofgalacturonic acid belonging to adjacent pecticchains. The divalent ion-pectin complex thus formedacts as an intercellular cement to give firmness totissues.”(da: Alvarez and Canet, 1999. Eur. Food ResTechnol. 210: 102-108)

La prima fase di blanching attiva la pectn metilesterasi (PME) che agendo sullecatene di pectina (mediante de-esterificazione) favorisce l’esposizione degli acidigalatturonici all’azione degli ioni Ca2+, a questo punto si ha la formazione delcomplesso divalente ione-pectina.

Gluconato di calcio (E578)

Ca2+

Acido galatturonico

Effetto della temperatura diblanching sull’attivazionedella PME.

Da: Ni et al., 2005. J. of Food Eng., 70: 546-556.

I principali enzimi coinvolti nella degradazione qualitativa dei vegetali sono:

• polifenolossidasi PPOossida le funzioni fenoliche con formazione di chinoni, primatappa del processo di imbrunimento enzimatico dei tessuti

• lipossigenasi LOXcatalizza l’ossidazione di acidi grassi polinsaturi conformazione di idroperossidi coniugati, nei vegetali èresponsabile della comparsa di off‐flavours


O

OH

OH

OHOH

OH O

OHOH

OH

O

OPPO

ENZIMI OSSIDATIVI: LIPOSSIGENASI (LOX)

LIPOSSIGENASI: ENZIMA MOLTO DIFFUSO, SPECIE NEL REGNOVEGETALE

SPECIFICITA’:CH CH CH CH CH

ciscis2

unità cis,cis - penta 1-4 dienica,avente il gruppo metilenico inposizione ω8

ω8

AC. LINOLEICOSUBSTRATIAC. -LINOLENICO

L’ENZIMA SI ATTIVA NEL CORSO DELL’ESTRAZIONE DELL’OLIO DI OLIVA EDE’ IL PRIMO ANELLO DI UNA SERIE DI REAZIONI ENZIMATICHE A CATENADETTE “VIA DELLA LIPOSSIGENASI”, CHE PORTANO ALLA FORMAZIONE DICOMPOSTI CHIAVE IMPLICATI NELL’AROMA DI FRUTTATO DELL’OLIO

ω6 ω10

AC. -LINOLENICO

COOH

COOH

COOH

MECCANISMO D’AZIONE DELLA LIPOSSIGENASI

1) Formazione di un complesso con l’ac. grasso (linoleico o linolenico)

2) Estrazione di un atomo di idrogeno (H•) dal gruppo metilenico ω8, conformazione del radicale alchilico R•

3) L’elettrone si delocalizza sulla struttura pentadienica

4) Reazione con l’ossigeno a livello del carbonio 9 oppure 13 e formazione delrispettivo radicale perossidico. Contemporanea coniugazione del doppiolegame e isomerizzazione cis trans del legame che si è spostato

5) Il radicale perossidico estrae un idrogeno dal mezzo, formando l’idroperossido

6) L’idroperossido dell’ac. grasso si stacca dall’enzima

9-IDROPEROSSIDI

13-IDROPEROSSIDI

SIA PARTENDO DALL’AC. LINOLEICO CHE DALL’AC.

LINOLENICO, SI FORMANO DUE SOLI ISOMERI

PROSEGUONO LA CATENA DI REAZIONI ENZIMATICHE (VIA DELLA LOX)

PROSEGUONO LA CATENA DI REAZIONI CHIMICHE (OSSIDAZIONE)

ACIDOLINOLEICO

9-idroperossidi +

13-idroperossidi

lipossigenasi

O2

esanale

esanolo

acetato di esile

NADH

Acetil-CoA

idroperossidoliasi

alcoldeidrogenasi

acetiltransferasi

ACIDOLINOLENICO

9-idroperossidi +

13-idroperossidi

lipossigenasi

O2

cis-3-esenale

t-2-esenale

cis-3-esenolo

t-2-esenolo

cis-3-esenilacatato

t-2-esenilacetato

idroperossidoliasi

isomerasi

alcoldeidrogenasi

acetiltransferasi

VIA DELLA LIPOSSIGENASI (LOX)

+Acetil-CoA

C12-oxoacido C12-oxoacido

ormone per danno da ferite (traumatina)

isomerizzaz.

PRODOTTI DELLA VIA DELLA LIPOSSIGENASI

RAMO DELL’

AC. LINOLEICO

RAMI DELL’

AC. LINOLENICO

esanale

esanolo

acetato di esile

cis-3-esenale

cis-3-esenolo

cis-3-esenilacetato

t-2-esenale

t-2-esenolo

t-2 -3-esenilacetato

note “verdi” principali

nota “verde-dolce”

nota “verde-amaro-astringente”

indesiderabile (?)

verde erbaceo fresco; erba tagliata

erbaceo piu’ spento, maturo

floreale

FRUTTATO VERDE

aldeidi

alcoliesteri

• clorofillasiEnzima esterasico, localizzato nei cloroplasti, scinde laclorofilla con formazione di fitolo, alcol metilico eclorofillide.Responsabile della degradazione della clorofilla.Determinano alterazioni del colore, importante neivegetali verdi


Attività enzimatica delle clorofillasi: lettura a 663 nm delle clorofillidi

1

Settore alimentareSettore alimentare

Mangimi per animaliMangimi per animali

Settore tecnicoSettore tecnico•Industria dei detergenti•produzione di amido•industria tessile•industria chimica•industria del pellame•industria cartaria•industria farmaceutica

•2% nell’industria del pellame, •15% nella produzione della carta, •fino al 25% per enzimi nell’industria alimentare.

Utilizzo di enzimi nell’industria

2

0

200

400

600

800

1 000

1200

1400

1600

1800

Mili

onix 1

0 d

i $

1960 1970 1980 1990 2000 2014

Attualmente in ITALIA il mercato totale è di 12.4 mld €, e il mercato degli Enzimi è di 30 mln € (21.4%).

Incrementi annui (AAGR =Average Annual Grow Rate) del 10%

3

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000x

1000

0 €

CPK ALT Amil AST g-GT ChE LDH ALP Lip ACP HBDH Ald

Alimentazione Detergenti Tessile Carta Chimica

amilasi

4

Settore alimentare

0

10

20

30

40

50

Amido Prodottidietetici

Vino,succhi

di frutta

Birra,malto,etc.

Prodottida forno

Altro

%

MondialeUSA

5

Settore alimentareSettore alimentare

6

Un primo impianto industriale nacque in Francia nel 1874 con un sistema che idrolizzava l’amido usando diastasi (= amilasi) (al posto del più costoso acido solforico) per ottenere destrina. La destrina veniva poi utilizzata per la fabbricazione del pane, della birra e del vino.

1833 Payen e Persoz purificano la diastasi (amilasi) del grano mediante precipitazione con etanolo, dimostrano che è termolabile e postulano l’importanza fondamentale degli enzimi nei sistemi biologici.(enzima = dal greco: fermento)

Prima classificazione IUB = 1958

ALCUNI DEI PIU’ IMPORTANTI USI INDUSTRIALI DEGLI ENZIMI IMMOBILIZZATI

I vantaggi degli enzimi immobilizzati su quelli in soluzione sono la maggiore ECONOMICITA’di esercizio e la grande PRODUTTIVITA’.

Enzyme EC number ProductAminoacylase 3.5.1.14 L-Amino acidsAspartate ammonia-lyase 4.3.1.1 L-Aspartic acidAspartate 4-decarboxylase 4.1.1.12 L-AlanineCyanidase 3.5.5.x Formic acid (from waste cyanide)Glucoamylase 3.2.1.3 D-GlucoseGlucose isomerase 5.3.1.5 High -fructose corn syrupHistidine ammonia-lyase 4.3.1.3 Urocanic acidHydantoinasea 3.5.2.2 D- and L-amino acidsInvertase 3.2.1.26 Invert sugarLactase 3.2.1.23 Lactose-free milk and wheyLipase 3.1.1.3 Cocoa butter substitutesNitrile hydratase 4.2.I.x AcrylamidePenicillin amidases 3.5.1.11 PenicillinsRaffinase 3.2.1.22 Raffinose-free solutionsThermolysin 3.2.24.4 Aspartame

7

Applicazioni nellApplicazioni nell’’industria alimentareindustria alimentare

AmidoAmido : prodotto più utilizzato nell’industria alimentare mondiale

8

Enzimi usati nell’idrolisi industriale dell’amido:Enzima EC Fonte Attività

a-Amilasi 3.2.1.1

Bacillus amyloliquefaciens

Idrolisi dei soli legami a-1,4-glicosidici per dare a-de-strine e principalmente maltosio e oligosaccaridi (G2), G3, G6 e G7.

B. licheniformisIdrolisi dei soli legami a-1,4-glicosidici per dare a-de-strine e principalmente maltosio e oligosaccaridi G3, G4 e G5.

Aspergillus oryzae, Aspergillus niger

Idrolisi dei soli legami a-1,4-glicosidici per dare a-de-strine e principalmente maltosio e oligosaccaridi G3.

a-amilasi 3.2.1.1 B. subtilis(amylosacchariticus)

Idrolisi dei soli legami a-1,4-glicosidici per dare a-de-strine e principalmente maltosio e oligosaccaridi G3, G4 e più del 50% (w/w) di glucosio.

b-Amilasi 3.2.1.2 Malto d’orzo Idrolisi dei soli legami a-1,4-glicosidici dall’estremitànon riducente per dare destrine e b-maltosio.

Glucoamilasi 3.2.1.3 Aspergillus niger Idrolisi dei legami a-1,4 e a-1,6-glicosidici dall’estremi-tà non riducente per dare b-glucosio.

Pullulanasi 3.2.1.41 B. acidopullulyticus Idrolisi dei soli legami a-1,6-glicosidici per dare malto-destrina a catena lineare.

9

APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’INDUSTRIA DOLCIARIA

La bioraffineria di Terni Qui nasce la plastica pulitaProdotti ecologici dal mais. La Novamont si distingue

nell'innovazione15 ottobre 2006 ‐ Stefano Raiola

Fonte: Il Manifesto (http://www.ilmanifesto.it)Dall'agricoltura alla plastica, senza passare per il petrolio. In un panorama imprenditoriale nazionale che non brilla certo per la capacità di innovare, sembra esserci spazio per qualche sorpresa. E' il caso della Novamont, società italiana che ha lanciato una sfida «ecologista»: fare a meno del greggio nel processo di produzione delle materie plastiche.

Catia Bastioli non è solo l'amministratore delegato della società, ma èsoprattutto una chimica che ha dedicato la sua vita alla ricerca, caratteristica che si riflette nei numeri e nella filosofia dell'azienda: 120 dipendenti (di cui il 30% impiegati in ricerca e sviluppo30% impiegati in ricerca e sviluppo), ha chiuso il 2005 con un turnover di 35 milioni di euro, il 50% del quale fatturato all'estero, oltre il 10% reinvestito in Ricerca e Sviluppo, e nella formazione del personale.

Catia Bastioli, la chimica inventrice del Mater Bi, vincitrice del premio Europeo 2007 quale "Inventore Europeo dell’Anno" per l’invenzione del Mater Bi (la sigla significa: "materiale biologico" e sta ad indicare una bioplastica completamente degradabile in completamente degradabile in poco tempo (12 mesi,ciopoco tempo (12 mesi,cioèè ciocioèè un milione di volte piun milione di volte piùùvelocemente della plastica tradizionale).velocemente della plastica tradizionale).

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Biodegradabile e Compostabile per natura. Dal Mais al Mater‐Bi™: il nuovo biopolimero ricavato da materie prime rinnovabili. Prodotto nello stabilimento di Terni, il Mater‐Bi™ parte da mais e oli vegetali, minimizzando l'uso di origine petrolifera». Si presenta in forma di granulo e può essere lavorato secondo le più comuni tecnologie di trasformazione, per produrre prodotti bioplastici dalle caratteristiche equivalenti alle plastiche tradizionali ma perfettamente Biodegradabili e Compostabili. Secondo stime della compagnia l'impianto di Terni potrebbe fornire 60 mila tonnellate di bioplastiche all'anno a partire dal 2008, con l'ambizione di arrivare fino a 2 milioni di tonnellate (25% del fabbisogno nazionale di plastiche) mettendo a colture di mais e oleginose circa 800 mila ettari di terreno.

11

Utilizzati 2*109 Kg nel 1977 solo negli USA

Potere dolcificante = 100Potere dolcificante = 100

Zucchero da tavola

12

APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELLAPPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’’INDUSTRIA DOLCIARIAINDUSTRIA DOLCIARIA

Glucosio Fruttosio

+

α –amilasi

Potere dolcificante di alcuni edulcoranti naturali

Fruttosio 1,73

Saccarosio 1,00

Miele 0,90

Glucosio 0,74

Maltosio 0,32

Galattosio 0,32

Lattosio 0,16

13

Zucchero da tavola

Amido: Amido: Costituito da 2 polimeri del glucosio:

14

La produzione di zuccheri da amido è l’unica industria nella biotecnologia industriale che è interamente dipendente dall’uso di enzimi per una produzione su larga scala a scopo alimentare.

Produzione di zuccheri da amidoAPPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELLAPPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’’INDUSTRIA DOLCIARIAINDUSTRIA DOLCIARIA

Produzione di zuccheri da amido

‐amilosio

Amilosio:Amilosio: catena non ramificata di unità di glucosio unite da legami (α 1→ 4). Contiene fino a 100 residui.

15

Produzione di zuccheri da amido

L’amilopectinaamilopectina è costituita da residui di glucosio legati con legami (1 4) ma presenta anche ramificazioni del tipo (1 6) ogni 24‐30 residui.

Una molecola di amilopectina contiene fino a 106 residui di glucosio, ed è quindi una tra le molecole più grandi presenti in natura.

16

17

L’enzima deramificante ha sia attività transferasica

che glucosidasica

amido

Demolizione del glicogeno o dell’amido

-amilasi pancreatica

gluco-amilasi intestinale

Si ottiengono frammenti polisaccaridici o oligo‐saccaridici, soprattutto maltosio e mato‐triosio

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Glucosio

Glucosio[α] = + 52,5°

19

Keq ~ 1

Invertasi

Inverte il potere rotatorio della soluzione.

Fruttosio[α] = ‐ 92°

AmidoAmido : prodotto più utilizzato nell’industria alimentare mondiale

Fruttosio 1,73

Saccarosio 1,00

Miele 0,90

Glucosio 0,74

Maltosio 0,32

Galattosio 0,32

Lattosio 0,16

Potere dolcificante

Amido in sospensione (40% w/v) a pH 3,5‐4,2

‐amilasi da Bacillus licheniformis

pH 6,0‐6,2 105°C per 5‐8 min o 95°C per 1‐2 oreL’alta T è necessaria per l’idrolisi dell’amido

Fase di liquefazione

Si ottiengono frammenti di 10‐13 residui di glucosio

Fase di saccarificazionepH 4,2‐4,5 60°C per 36‐48/96 ore

gluco‐amilasi e pullulanasi da Aspergillus niger

Fase di isomerizzazionepH 7,8 60°C per 0,3‐3 ore

Glucosio isomerasi o invertasi da Streptomyces immobilizzata per adsorbimento su DEAE‐cerllulosa

Si ottiene una soluzione di glucosio al 95,5%

HFCS High Fructose Corn Syrup.È una soluzione con circa il 42% di fruttosioCon potere dolcificante molto più elevato del saccarosio

20

Viene utilizzato amido di mais, grano o tapioca

In batch

In batch

21

‐amilasi(optimum a T = 95°C).

gluco‐amilasi e pullulanasi

Glucosio isomerasi o invertasiimmobilizzata per adsorbimento su DEAE‐cerllulosa

E’ l’enzima che inizia l’idrolisi dell’amido. Richiede Ca2+. Le specie Bacillus hanno ‐amilasi estremamente termostabile. Uno di questi, brevettato come Thermamyl©ha optimum di attività a 100°C Non riesce ad idrolizzare i legami (1 6) : si ottiene fino al 8‐10% di glucosio oltre a frammenti di 10‐13 residui di glucosio e una “destrina limite”.

L’enzima pullulanasi da Aspergillus niger ha anche effetto deramificante ma non è molto termolabile (Tmax = 60°C). L’azione combinata dei 2 enzimi riesce a ottenere fino al 96% di glucosio

E’ l’enzima finale che serve ad aumentare il potere dolcificante della soluzione perché la miscela contiene fino al 46% di fruttosio. Richiede un quantitativo stechiometrico di ATP (costoso!). Nel 1950 è stato sostituito da una xylosio isomerasi che ha affinità anche per il glucosio.Si ottiene un HFCSHFCS con un contenuto di fruttosio del 42%. Con tecniche di cromatografia di adsorbimento si possono ottenere “sciroppi di fruttosiosciroppi di fruttosio” più dolci con un contenuto di fruttosio più elevato

__: 200 U/kg gluco-amilasi;

---: 400 U/kg gluco-amilasi;

…..: 200 U/kg gluco-amilasi + 200 U/kg pullulanasi.

23

I prodotti di idrolisi dell’amido sono utilizzati nell’industria per AUMENTARE IL SAPORE DOLCE dei cibi:

Ingrediente nel cibo Dolcezza relativa

Saccarosio 1.0Glucosio 0.7Fruttosio 1.3Galattosio 0.7Maltosio 0.3Lattosio 0.2Raffinosio 0.2

Ingrediente nel cibo Dolcezz

a relativa

Sciroppo di glucosio 11 DE <0.1Sciroppo di glucosio 42 DE 0.3Sciroppo di glucosio (HFCS) 97 DE 0.7Sciroppo di maltosio 44 DE 0.3Aspartame 180Saccarosio idrolizzato 1.1Lattosio idrolizzato 0.7

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DEDE = eqiuvalenti di destrosio: indica la % di idrolisi di amido

25

Man mano che la produzione di zuccheri aumenta, il mercato richiede enzimi sempre più efficienti per ottenere un prodotto di qualità sempre maggiore e costi di produzione più bassi, spingendo la ricerca alla selezione di nuovi enzimi o alla progettazione di nuovi catalizzatorimediante ingegneria proteica, o mutagenesi sito-specifica o random.

Thermamyl © resiste a 100°C

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HFCS

Utilizzato in tutta l’industria dolciaria mondiale.

Vantaggi:• a basso costo e grande disponibilità (da amido)• potere dolcificante più elevato del saccarosio• cristallizza a temperature più basse del saccarosio

In cioccolatini o biscotti dal “cuore morbido”

Un’altra fonte di zuccheri può essere la cellulosa, molto più abbondante in natura dell’amido.La cellulosa è però “contaminata” da lignina e pentosani, e la sua purificazione enzimatica non è economicamente vantaggiosa. Le cellulasi in commercio sono in realtà miscele di enzimi:- endo 1,4-b-glucanasi (EC 3.2.1.4),- eso-cellobioidrolasi,- eso-1,4-b-glucosidasi (EC 3.2.1.74),- cellobiasi (EC 3.2.1.91)che dovrebbero essere utilizzati per produrre glucosio.

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APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELLAPPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’’INDUSTRIA DOLCIARIAINDUSTRIA DOLCIARIA

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Latte ad alta digeribilità

E’ latte privo di lattosio

Intolleranza al lattosio = galattosemia

Tra i componenti del latte, il lattosio rappresenta il 5% circa. Tale quantità diminuisce nello yogurt e nei formaggi freschi, fino ad azzerarsi nei formaggi piùstagionati a pasta dura.

Il lattosio è un disaccaride formato da glucosio e galattosio.

Questo disaccaride non si trova solo nei latticini, ma viene aggiunto anche sottoforma di latte in polvere, durante la preparazione di vari alimenti come salumi, gnocchi di patate, salse, budini, pane, alcuni cibi in scatola, prodotti da forno, pasticcini, minestre, cioccolato al latte e caramelle alla panna.

APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELLAPPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’’INDUSTRIA INDUSTRIA LATTIEROLATTIERO--CASEARIACASEARIA

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Gran parte della popolazione mondiale è INTOLLERANTE al lattosio (Tailandia 97%, Cina 90%, americani di colore 73%; americani bianchi 16%, Svezia 4%) a causa di una deficienza (anche genetica) di lattasi (b‐galattosidasi). Purtroppo, la quota non digerita risulta del tutto inassorbibile prosegue lungo l'intestino provocando disturbi come senso di pienezza, mal di pancia, gonfiori e diarrea.

Il LATTE PRIVO DI LATTOSIO è quindi un alimento fondamentale.

Il lattosio è fonte anche do altri problemi: ha bassa solubilità, forma cristalli(a concentrazione dell’11% a 4°C) ed è oggetto a contaminazione da microrganismi.

La lattasi si ottiene dal lievito Kluyveromyces fragilis o dal fungo Aspergillus oryzae o A. niger.

30

Il lattosio deve quindi essere idrolizzato dalla lattasi a glucosio e β-galattosio:

Latte

‐galattosidasi


31

Potere dolcificante di alcuni edulcoranti naturali

Fruttosio 1,73

Saccarosio 1,00

Miele 0,90

Glucosio 0,74

Maltosio 0,32

Galattosio 0,32

Lattosio 0,16

Il lattosio ha un basso potere dolcificante.

32

Industria dei gelati

per ottenere un prodotto base:• auto‐dolcificante e risparmiare sullo zucchero aggiunto• più difficilmente contaminabile•Meno cristallizzabile. Fruttosio 1,73

Saccarosio 1,00

Miele 0,90

Glucosio 0,74

Maltosio 0,32

Galattosio 0,32

Lattosio 0,16

Glucosio e galattosio dolcificano di più

Il latte è trattato con ‐galattosidasi nella fabbricazione di gelati, nei dolcificanti, nel latte condensato e in piccole quantitànel latte sterilizzato.

caglio siero

33


34


Il formaggio deriva da un processo che coinvolge un gran numero di trasformazioni biochimiche, come idrolisi di lipidi e proteine, a carico di enzimi di microrganismi che crescono nel formaggio. Le diverse qualità di formaggio sono dovute alla presenza di microrganismi diversi.

Microrganismo Reazione Enzimatica coinvolta

Streptococcus lactisStreptococcus cremoris

Lattosio → lattato+ proteolisi e lipolisi limitata

Propionobacteria spp(cresce solo in presenza di acido lattico)

3 Lattato → propionato+ acetato + CO2 + H2O

Penicillium camemberti Penicillium roqueforti

proteolisi e lipolisi limitata piùaltre attività

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3 CH3CHOHCOO‐ 3 CH3COCOO

‐ 2 CH3CH2COO‐ + CH3COO

‐+ CO2 + H2OLDH

lattato piruvato propionato

Propionobacteria spp

Penicillium camemberti Penicillium roqueforti

Catalizzano una fermentazione secondaria dopo la produzione di acido lattico. Possono crescere solo sulla superficie del formaggio per cui si ottengono formaggi di forma piccola. Il Penicillium roqueforti cresce anche in condizioni anaerobiche.

36

Produzione di LProduzione di L‐‐amminoacidi puri da recemiamminoacidi puri da recemi

E’ la prima produzione industriale nel mondo ottenuta mediante l’uso di enzimi immobilizzati (Giappone, 1966)

D,L –Acetil‐amminocido L‐amminoacido + D–Acil‐amminoacido

D,L –amminocido + anidride acetica D,L‐acetil amminoacido

D‐acetil amminoacido D,L –Acetil‐amminocido

Acetilazione chimica

L‐ammino acilasi

Racemizzazione chimica

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Produzione di LProduzione di L‐‐amminoacidi puri da recemiamminoacidi puri da recemi

D,L‐amminoacido (racemo)

Acetilazione chimica

L‐ammino acilasi immobilizzata su DEAE ‐Sephadex

D‐Acetil‐amminoacido + L‐amminoacido

cristallizazione

L‐amminoacido puro

D‐acetil amminoacido

Racemizzazione chimica

D,L‐Acetil‐amminoacido (racemo)

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Confronto tra diversi metodi di immobilizzazione di Confronto tra diversi metodi di immobilizzazione di LL‐‐amminoacilasi da amminoacilasi da Aspergillus oryzaeAspergillus oryzae

Ionico (DEAE‐Cellulosa)

Intrappolamento in gel di poliacrilammide

Covalente su Acetil‐cellulosa

Preparazione facile moderata difficile

Attività alta alta alta

Costo basso medio alto

Forza di legame moderata alta alta

Rigenerazione SI NO NO

Stabilità (t1/2) 65 giorni a 50°C 48 giorni a 37°C

ottimale

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CATEGORIA COMPOSTO POTERE EDULCORANTE

(saccarosio = 1)

AVVERTENZE

Carboidrati semplici

Fruttosio 1.5

Polioli

Sorbitolo 0.5

effetto lassativo oltre i 20 g/giorno

Maltitolo 0.7Xilitolo 0.7Mannitolo 0.5Isomalto 0.6Lactitolo 0.3

Edulcoranti intensi

Saccarina 300-500 .Ciclamato 30Acesulfame-K 20Aspartame 120-200 controindicato nei

soggetti fenilchetonurici

POTERE EDULCORANTE DEI PIÙ COMUNI DOLCIFICANTI

APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’INDUSTRIA DELLE BEVANDE

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Malto in grani

Germinazione al buio in cantina. Si producono enzimi idrolitici

Bagnato in H2O in cantina (12°C) per 36 ore

Malto impregnato

Malto germinato

Malto d’orzo

Essiccato a 85°C fino ad ottenere una soluzione al 4% (w/v)


DIET BEERAggiungendo anche amiloglucosidasi (enzima deramificante) si ottiene un’idrolisi di amido piùspinta e diminuisce sia il grado alcolico che il contenuto calorico e si produce la birra “leggera”);

41

BIRRA

Industrialmente si aggiungono:

- a-amilasi e proteasi da Bacillus subtilis per la saccarificazione dell’amido- b-glucanasi e proteasi per aumentare la velocità di fermentazione;- cellulasi e papaina.

42

Allo stesso modo si ottengono tutte le bevande “dietetiche”


DISTILLATI ALCOLICISono usate diverse fonti di carboidrati (melassa per il rum, uva per il brandy, malto d’orzo, grano e segale per il whiskey; lo Scotch è fatto esclusivamente con malto d’orzo ) per la saccarificazione ad opera di una a-amilasi.

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DISTILLATI ALCOLICISono usate diverse fonti di carboidrati (melassa per il rum, uva per il brandy, malto d’orzo, grano e segaleper il whiskey; lo Scotch è fatto esclusivamente con malto d’orzo ) per la saccarificazione ad opera di una a-amilasi.

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ALCUNI ESEMPI DI APPLICAZIONI INDUSTRIALI DI ENZIMI IMMOBILIZZATI

RAFFINASI (α-D-galattosidasi) dalla muffa Mortirella vinacea. Si usa per rimuovere il raffinosio dal latte di soia che provoca problemi digestivi nei pazienti che lo assumono nella dieta.

PENICILLIN-AMIDASI, ottenuta da Escherichia coli, nella preparazione di antibiotici semi-sintetici (penicillina G o benzil-penicillina, penicillina V o fenossimetil-penicillina, ampicillina, cefalosporina).

NITRILE-IDRATASI (o NITRILASI), ottenuta da Rhodococcus, per la preparazione di acri-lonitrile, un monomero utilizzato per la produzione di polimeri economici. Il quantitativo di acrilonitrile prodotto nel mondo per via enzimatica è di 400 tonnellate/anno.

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ENZIMI IMMOBILIZZATI COMMERCIALI

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LE MAGGIORI PRODUZIONI MONDIALI CON PROCESSI BASATI SU ENZIMI - 1

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CONSTITUENT COMPOSITION (%)

Sodium tripolyphosphate (water softener, loosens dirt)a 38.0Sodium alkane sulphonate (surfactant) 25.0Sodium perborate tetrahydrate (oxidising agent) 25.0Soap (sodium alkane carboxylates) 3.0Sodium sulphate (filler, water softener) 2.5Sodium carboxymethyl cellulose (dirt-suspending agent) 1.6Sodium metasilicate (binder, loosens dirt) 1.0

Bacillus protease (3% active) 0.8Fluorescent brighteners 0.3Foam-controlling agents TracePerfume TraceWater to 100%

Attualmente si riduce il contenuto in fosfati (sostituiti da sodio carbonato e proteasi in maggior quantità.

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APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’INDUSTRIA DEI DETERGENTI

APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’INDUSTRIA ALIMENTARE

Le APPLICAZIONI degli enzimi nell’industria alimentare sono molteplici.

La chimosina (rennet), ottenuta dall’abomaso dei vitelli, è utilizzata nella produzione dei FORMAGGI.

La papaina, ottenuta dalle foglie e dai frutti della papaya (Carica papaya) è utilizzata per rendere TENERA la carne.Le proteasi si usano per migliorare il SAPORE dei cibi: aa terminali acidi rendono la carne polposa e appetitosa (come il glutammato di Na), mentre aa terminali idrofobici rendono la carne amara, tanto più quanto più lungo è il peptide.

Le proteasi da B. amyloliquefaciens aumentano il SAPORE nei formaggi, mentre le lipasida Mucor miehei e da Aspergillus niger lo aumentano nel Gorgonzola.

Dopo la macellazione, l’osso è trattato a 60°C con ALP per rimuovere un ulteriore 5% di carne, che viene usata IN SCATOLA o per i brodi.

L’emoglobina è trattata con subtilisina per far precipitare l’eme ed utilizzarlo nella produzione di CARNE AFFUMICATA e SALSE.

Negli animali vecchi si inietta papaina nella giugulare per AMMORBIDIRNE la carne. 50

APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’INDUSTRIA ALIMENTARE

Nell’INDUSTRIA ALIMENTARE è molto utilizzato il sistema enzimatico glucosio-ossidasi/ /catalasi.La glucosio ossidasi catalizza l’ossidazione del β-glucosio a glucono-1,5-lattone (che si idrolizza spontaneamente ad acido gluconico):

La glucosio-ossidasi si ottiene da Aspergillus niger e da Penicillum. Il perossido d’idrogeno (H2O2) è un potente battericida e si può eliminare, dopo l’uso, con la catalasi, che catalizza la reazione:

Il sistema glucosio-ossidasi/catalasi è utilizzata per RIMUOVERE IL GLUCOSIO e l’O2 dagli alimenti per aumentare la CAPACITA’ DI CONSERVAZIONE.

Si usa per eliminare l’ossigeno dallo spazio superiore nelle bottiglie e nelle lattine e per ridur-re il colore scuro nei vini e nella maionese.

2222 22 OOHOH CATALASI

51

APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’INDU-STRIA DELLE PELLI E DELLE LANELe proteasi alcaline sono spesso utilizzate per rimuovere i PELI dalle PELLI. Questo proces-so è molto più sicuro del precedente metodo che richiedeva sodio solfito. Dopoquesto trattamento, le pelli che servono per produrre vestiario sono macerate in soluzione alcalina con enzimi pancreatici per aumentare la loro MORBIDEZZA e SOFFICITA’.

In passato le proteasi (papaina) erano utilizzate per la produzione di LANE IRRESTRINGIBILI aumentando anche la -LUCENTEZZA del tessuto.

Il metodo è stato poi abbandonato in quanto antieconomico.

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L’idrolisi del saccarosio (“INVERSIONE”) a glucosio e fruttosio (catalizzata dalla invertasida Saccaromyces cerevisiae) permette la produzione di sciroppi molto più stabili di quelli contenenti saccarosio.L’invertasi è utilizzata nella produ-zione di dolciumi con il CENTRO LIQUIDO o MORBIDO. In produzione il centro contiene saccarosio ed invertasi (solido). Dopo alcuni giorni l’enzima idrolizza il saccarosio e liquefa il centro del dolce.

53



Il problema maggiore nei SUCCHI DI FRUTTA e nei VINI è la torbidità dovuta a pectine. Le pectine sono polimeri di acido a-1,4-anidrogalacturonico.L’unico modo efficace per eliminate la torbidità è l’idrolisi enzimatica delle pectine. Ciò riduce la viscosità e aumenta il volume (anche del 15%) della soluzione.Gli enzimi pectolitici commerciali derivano tutti da Aspergillus niger, e consistono in una miscela di enzimi diversi:- poligalatturonasi (EC 3.2.1.15), - pectinasterasi (EC 3.2.1.11), - pectina liase (EC 4.2.2.10), - emicellulasi (una miscela di enzimi idrolitici).

.

54

PectinasiInibitori di pectinasi

55

Nuove StrategieNuove Strategie

Strategia classicaStrategia classica

Enzimi “naturali”

Espressione eterologa

Scaling‐up

Produzione industriale

Evoluzione molecolare

Screenig

PurificazioneCaratterizzazione

Mutagenesi sito‐specifica

DNA shuffling

BioinformaticaBase dati sequenzePredizione struttura

56

57

Enzimi prodotti da microorganismi geneticamente modificati (OGM)

*Si possono produrre enzimi con alto grado di specificità e purezza

•Si possono ottenere enzimi altrimenti non disponibili per motivieconomici, ambientali, ecc.

*Vantaggi ambientali in quanto a causa dell’elevata efficienza di produzione si ottiene un risparmio di energia e minori scarti

*Per enzimi utilizzati nell’industria alimentare ci sono particolari benefici nella qualità del prodotto e minor uso di conservanti chimici (juice, baking and starch industry),

* Per enzimi utilizzati in agricoltura ci sono particolari benefici per una significativa riduzione della quantità di fosforo rilasciato nell’ambiente

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Pubblicato il 02/03/10

Bruxelles da l'ok alla super patata OgmVia libera per la coltivazione di Amflora, creata dalla Basf. Il tubero contiene un gene che resiste agli antibiotici.

Bruxelles ha dato l'ok per la coltivazione della super patata Amflora, tubero transgenico prodotto dalla Basf.

Amflora, modificata in modo da avere unmaggior contenuto di amido, è stata a lungo al centro di una controversia fra l'Efsa (autorità Ue di sicurezza alimentare), con sede a Parma, che ha dato il suo via libera 'tecnico', e le due autorità sanitarie l'Emea (agenzia Ue del farmaco) e l'Oms. La controversia riguardava la presenza, nell'Ogm, di un gene 'marker' che conferisce resistenza a un antibiotico importante per la salute umana.Gli ambientalisti in seno al parlamento europeo si sono detti "scioccati" per il via libera. "Sono colpito nel vedere che il commissario alla Salute e alla Tutela dei consumatori, John Dalli, non ha avuto bisogno che di alcune settimane nel suo nuovo incarico per esprimere un sostegno cosìpalese agli interessi industriali", ha scritto su una nota uno dei leader del movimento verde, Martin Haeusling, "Ci sono preoccupazioni serie a riguardo di un gene" della patata Amflora "che èresistente agli antibiotici. E seri dubbi persistono in merito alle possibili conseguenze sulla salute umana e sull'ambiente", ha aggiunto.

L'Efsa ha dato il suo via libera nonostante la direttiva Ue 2001/18, relativa al rilascio deliberato di Ogm nell'ambiente, proibisca espressamente l'autorizzazione per gli Ogm contenenti geni di resistenza ad antibiotici importanti per la salute umana. La decisione della Commissione Ue, ha detto il ministro delle Politiche agricole Luca Zaia, "ci vede contrari. Il fatto di rompere una consuetudine prudenziale che veniva rispettata dal 1998 è un atto che rischia di modificare profondamente il settore primario europeo. Non solo non ci riconosciamo in questa decisione ma ci teniamo a ribadire che non permetteremo che questo metta in dubbio la sovranità degli Stati membri in tale materia". Oltre al ministro sono insorti anche Greenpeace e Slow food: secondo il movimento con sede a Bologna la concessione "segna un passo indietro nel comportamento che l'Europa seguiva dal 1998, guidato innanzitutto dal principio di precauzione".

Quali trattamenti dobbiamo

applicare per eliminare gli

enzimi?

Blanching o scottatura

Le finalità dell'operazione sono:• stabilizzazione qualità inattivazione degli enzimi ;• risanamento microbiologico diminuzione della carica microbica

(effetto del lavaggio e del calore);• fissazione del colore allontanamento dell'aria contenuta negli

interstizi dei tessuti ;• deodorizzazione eliminazione odori sgradevoli,• allontanamento di residui terrosi e foglie;• accelerazione della pelatura.

I metodi più comuni di blanching prevedono il passaggio dell'alimentoattraverso:• un bagno di acqua calda a 70 ÷100 °C (T=90°C; t=90sec);• un'atmosfera di vapore saturo (escludendo l’O2).

Attività enzimatica in funzione della temperatura

Valutazione dell’efficacia del trattamento di blanching

L’assenza di attività implica che tutti gli altri enzimipresenti, meno resistenti al calore, sono stati distrutti

La completa assenza di attività perossidasica indica unoverblanching, cioè il raggiungimento di condizioni tali daindurre indesiderate alterazioni delle proprietà fisiche esensoriali del vegetale.

Per una migliore qualità dei prodotti surgelati lascottatura deve essere condotta in modo tale cherimanga un’attività perossidasica residua, circa 1÷ 10%dell’attività totale (Williams et al. 1986).

PEROSSIDASI

LIPOSSIGENASIEnzima di riferimento considerato il più appropriato per valutarel’adeguatezza del blanching, poiché presente in molti vegetali. Ilmetodo enzimatico per la sua misura si basa sulla misura dei dieniconiugati derivanti dall’ossidazione dell’acido linoleico ( 234 nm).

A 1

B 1

Trattamento 1= A1+B1 Trattamento 2= A2+B2

A2 ˂˂ A1

B2 ˂˂ B1

L'alimento viene rapidamente riscaldato alla temperatura voluta, mantenuto per un certo tempo a questa temperatura e quindi raffreddato rapidamente.

VitamineAromi

PigmentiTexture

B 2

A 2

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

tempo (secondi)

Tem

pera

tura

(°C

)

Tecnologie emergenti per l’inattivazione di enzimi in prodotti vegetali

Alte pressioni (HP)

Campi elettrici pulsati

Riscaldamento ohmico

Tecnologia al plasma QUARTO STATO DELLA MATERIA:gas al quale è stata applicataun’energia elettrica che ne hamodificato la struttura.

Agenti chimiciTrealosio (Ingrediente Alimentare ai sensi del Reg. 258/97/CE)

Ca2+ Sali di calcio (Additivi alimentari diversi da coloranti ed edulcoranti; direttiva 95/5/CE)

Irraggiamento

IRUV MW RF

Altri metodi di riscaldamento non convenzionale

NO OH

N2N2

N2

N2

Gas Plasma:

3. metodologia adatta per la sterilizzazione di materialisensibili al calore (la temperatura di processo nonsupera i 50°C);

1. nube reattiva di particelle cariche e radicali liberi prodottadall'azione di un forte campo elettromagnetico;

specie radicaliche, cheurtandosi generano energiasottoforma di raggi UV

protoni ed elettroni

2. l’effetto battericida è ilrisultato della loro azionecombinata sulla cellula

idrolisi del DNA

Interazione con lecomponentichimiche dellamembrana cellulare

Tecnologia STERRAD®

Gas plasma prodottoimpiegando H2O2 per lasterilizzazione di presidimedici

4. al termine del processo nessun residuo tossico rimane nei materiali trattati.

…il tipo di gas impiegato determina il tipo di plasma, es:

Ar, O2, N2, H2, NH3

Disattivazione enzimatica mediante tecnologia con raggi ultravioletti (UV)

Decremento dell’attività liasica dovuta all’irradiazione con UV Firmness misurata in pezzi di mela esposti enon ai raggi UV

Materiali e metodi: lampada da 15 W con massimo di emissione a 254 nm posizionata in una cella termostatataequipaggiata di un sistema per il controllo dell’umidità.

235 nm

Tutti i trattamenti sono stati condotti a 4°Cper 5 minuti.

Non sono stati osservati incrementi dellatemperatura a seguitodell’irraggiamento.

Attività testata in soluzione modello dipectinliasi da Aspergillus japonicus

Attività liasica misurata nel succo dimela

Diagramma relativo alla tecnologia “IR dry‐blanching”

Piastre emittenti IR

Campione

Termometro per l’acquisizione dei dati

Acquisizione dei dati

DIMENSIONI DELLE PIASTRE EMITTENTI: 30x60 cmIntensità radiante (W/m2) pari a 3000, 4000 e 5000 W/m2

Riepilogo dei parametri relativi alla disattivazione della polifenolossidasi (PPO) sottoponendo fette di mela aventi diverso spessore e impiegando 3 differenti intensitàradianti

Campioni di mele esposti allatecnologia IRDB impiegandotempi diversi. Le foto mostranocome il trattamento disattivi lepolifenolossidasi.

Materiali e metodi

Saggio delle polifenolossidasi (PPO)Il metodo impiegato sfrutta la reazione delll’o-chinonecon il 3-metil-2-benzotiazolinone idrazone (MBTH) apartire dall’ossidazione dell’acido 3,4- diidrossicinnamico(DHPPA)

Si misura l’incremento di assorbanzaa 500 nm per un tempo superiore al1minuto

DHPPA

MBTH

PERE

CAROTECampioni esposti alla tecnologia IRDB impiegando tempi diversi. Le foto mostrano come il trattamento disattivi le perossidasi (POD).

PATATE

Materiali e metodi

Saggio delle perossidasi (POD)Il metodo impiega il 3-metil-2-benzotiazolinoneidrazone (MBTH) per la formazione di uncomplesso mediante l’aggiunta del guaiacolo

MBTH

Guaiacolo

Incremento dell’assorbanza a 500 nm

Peroxidasefrom horseradish

Disattivazione enzimatica mediante tecnologia con microonde (MW)

Materiali e metodi:Microwave: trattamento con forno a MW (1000 W)Ohmic: riscaldamento ohmico mediante corrente alternataConventional heating: trattamento con blanching tradizionale

I trattamenti sono stati condotti alleseguenti condizioni:

• 90°C per 1 min• 90°C per 4 min• 60°C per 10 min• 60°C per 40 min

Effetto dei trattamenti sulla consistenza del prodotto finale

Analisi della microstruttura (20x)

Campione non trattato

Campione trattato con MW 60° per 40 min

Disattivazione enzimatica mediante tecnologia con radiofrequenze (RF)

Materiali e metodi: impianto pilota della potenza di 3,5 kW, con sistema a radiofrequenze di27,12 MHz.CAMPIONIRF: trattamento con RF (4‐6,9 kV) per 3 min (temperatura alcentro: 98°C; temperatura sulla superficie: 52°C)Controllo: trattamento con blanching tradizionale (95°C per 3 min).

Le purea ottenute dalle due tesi(RF e C) sono state sottopostead analisi sensoriale (30assaggiatori).

Decremento dell’attività della PPO dovuta al trattamento con RF Spider‐plot relativo ai parametri dell’analisi sensoriale.

TREALOSIO GRAS “Generally Recognised As Safe”. E’ un disaccaride formato da duemolecole di glucosio legate con legame α-(1,1). L’assenza di gruppi funzionali riducentiquesto disaccaride compatibile con le proteine alimentari in quanto non avvienel’indesiderata “reazione di Maillard” di imbrunimento non enzimatico.

Spessore dei campioni : 1 mm, diametro: 20 mm.Trattamento: i campioni sono stati messi a contato con una soluzione contenetntesaccarosio o trealosio al 20% e successivamente sottoposti a blanching a vapore.Dopcampioni (da: Aktas et al., 2007, Food and Biopro. Proc. 85: 178-183).

CAROTEPATATE

Non trattato

blanching

Blanching+

saccarosio

Blanching +

trealosio

Blanching a vapore

4 min. 3 min.

Controllo

Acido ascorbico

Glicerolo

Trealosio

Glicerolo+

Trealosio

Campioni di lichi essiccato in seguito apretrattamenti con diversi agenti. (da: Mahayotheeet al., 2009, Eur. Food Res. Technol. 229:329-337).

I campioni sono stati sottoposti altrattamento di blanching (in acqua a60°C per 10 min) e successivamentebagnati con soluzione di trealosio al 5%e trattati nuovamente con acqua allatemperatura di 60° C.

Blanching + saccarosio

BlanchingNon trattato

Blanching + trealosio

Processi e/o tecnologie testati

IR Termico superficiale

A freddo

Gas Plasma

Agenti chimici

Termico istantaneo

UV

MW

RF

Analisi microscopica

Indagine reologica

Analisi colorimetrica

Valutazione sensoriale

Dosaggi enzimatici dedicati

Saggi analitici

Olfattometro

PATATA SPINACIO Substrato Rif.

ESTRAZIONE

Polifenol ossidasi (PPO) 1 1 Catecolo(pH6.5)

Terefe et al., 2010

Ac.diidrossicinnamico+MBTH (pH 4.5)

Zhu et al., 2009

Perossidasi (POD) 1 1 Guaiacolo (pH 6.5)

Lemmens et al., 2009

Pectin metil esterasi (PME) 1 1 Citrus pectin Lemmens et al., 2009

Pectin‐liasi (PL) 1 1 Citrus pectin Metodo da Sigma Aldrich

Poligalatturonasi (PG) 1 1 Acido poligalatturonico

Anthon and Barret, 2002

Lipossigenasi (LOX) 1 1 Acido linoleico Gokmen et al. 2005

Clorofillasi 2 Clorofilla a e b Costa et al. 2005

Metodi di estrazione e determinazione delle attività enzimatiche

Analisi colorimetrica

Saggi analitici

Olfattometro

SPAD-502Plus

Misura velocemente e con facilità differenze dicolore in molteplici applicazioni.In special modo, nel settore alimentare, chimico edelle materie prime.

Colorimetro CR-400

Metodo di misura radiometrico fogliare non-distruttivo,misura l’attenuazione della luce a 650 nm (i.e., vicino almassimo di assorbimento della clorofilla) e 950 nm daun’area fogliare di 0.06 cm2. Differenze nell’attenuazionedella luce vengono convertite in unità SPAD, proporzionalialla concentrazione fogliare di clorofilla.

Ldb agroecologia2 netti_05

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