UNIVERZITET U BEOGRADU
POLJOPRIVREDNI FAKULTET
SEMINARSKI RAD
Primena enzimskih preparata u proizvodnji hrane
TEMA: PRIMENA ENZIMSKIH PREPARATA U
PROIZVODNJI SOKOVA
PROFESOR : STUDENTI:
ZEMUN, 2014.
Primena enzimskih preparata u proizvodnji sokova
SADRŽAJ
1.Uvod
..................................................................................................................................................
3
1.1.Istorijat primene enzima............................................................................................................. 3
1.2.Osnovne karakteristike i podela enzima.....................................................................................4
1.3.Dobijanje enzima za industrijske
primene..................................................................................7
2.Primena enzimskih preparata u prehrambenoj tehnologiji
........................................................8
3. Enzimski preparati u proizvodnji sokova
...................................................................................9
3.1. Primena komercijalnih enzimskih preparata za hidrolizu pektina u sokovima........................9
4. Depektinizacija sokova pektolitičkim enzimima
.......................................................................12
4.1. Depolimerizacioni enzimi.......................................................................................................... 13
4.1.1.Endo-poligalakturonaza.........................................................................................................13
4.1.2.Egzo-poligalaturonaza...........................................................................................................14
4.1.3.Endo-pektat liaze................................................................................................................... 14
4.1.4.Pektin liaza............................................................................................................................15
4.2. Deesterifikacioni enzimi.............................................................................................................15
5.Podela pektolitickih preparata koji se koriste u proizvodnji
..................................................16
5.1.Separacioni pektolitički preparati.............................................................................................16
5.2.Maceracioni pektolitički preparati............................................................................................16
5.3.Ostali enzimi koji se koriste u pektolitičkim preparatima........................................................18
6. Pravilnik o kvalitetu i drugim zahtevima za enzimske preparate za prehrambene proizvode
........................................................................................................................................................ 18
7.ZAKLJUČAK................................................................................................................................. 21
LITERATURA...................................................................................................................................22
2
Primena enzimskih preparata u proizvodnji sokova
U pojmu i shvatanju definicije enzima postoji jedinstvo poimanja da su oni biološki
katalizatori tj. ubrzavaju biohemijske procese , a da se sami pri tome ne menjaju. Enzim
je
svaki protein sposoban da katalizira neku biohemijsku reakciju u živim organizmima. Reakcije koje
se dešavaju u organizmu ne mogu uvek same de se finaliziraju. Tada im pomažu enzimi. Svaka
biohemijska reakcija ima svoj specifični enzim, mada postoje i enzimi koji mogu katalizirati
(pomoći, ubrzati) par reakcija više. Enzimi su bili poznati oduvek i kako se menjao napredak
ljudske civilizacije i življenja tako su nalazili svoju primenu u proizvodnji hrane.
Ekspanzija primene enzima započinje u 20. veku. Moderne nauke biohemija, molekularna
biologija su bazirane na jediničnim procesima u kojima enzimi imaju esencijalnu funkciju. Razvoj
biotehnologije, pogotovo razvoj genetskog inženjerstva baziran je na primeni enzimskih preparata.
1.2. Osnovne karakteristike i podela enzima
Proučavanje hemijskog sastava enzima započelo je izolovanjem prvog enzima u kristalnom
stanju od strane J.Samer-a, 1926. godine, iako su procesi katalizovani enzimima bili poznati od
davnina. Prvi sintetizovan enzim bila je ribonukleaza 1969. godine. To je u isto vreme i najveći
protein dosad sintetizovan. Sastoji se od 124 ostatka aminokiselina i ima molekulsku masu 13.700
Da. Za ispitivanje strukture enzima, naročito strukture ribonukleaze, Ch.Anfinsen, W.H.Stein i
S.Moore su dobili Nobelovu nagradu 1972.godine.
Smatra se da je do danas izolovano i hemijski determinisano oko 3.000 enzima čije
realativne molekulske mase (Mr) imaju vrednost od 12.000 do preko 1.200 000.
Prema hemijskom sastavu enzimi su klasifikovani u 3 grupe:
-prosti proteinski enzimi,
-metalo-proteinski enzimi i
-složeni proteinski enzimi.
Prosti proteinski enzimi
su izgrađeni isključivo iz proteina, odnosno polimerizovanih
aminokiselina i imaju sve hemijske osobine čistih proteina (papain, ribonukleaza i dr.). Oni se
prema složenosti to jest broju polipeptidnih lanaca u molekulu dele na monomerne i oligomerne
enzime. Monomerni enzimi su izgrađeni iz jednog polipeptidnog lanca i ne mogu disosovati u
manje jedinice. Najčešće katalizuju hidrolitičke reakcije i obično su izgrađeni od 100-300
aminokiselinskih ostataka, što je pokazano na slici 1. Vrednosti Mr se kreću od 13.000 do 30.000.
Monomerni enzimi su neke proteinaze i peptidaze (pepsin, tripsin, himotripsin i dr). Oligomerni
enzimi su izgrađeni iz dva ili više polipeptidnih lanaca, koji su povezani nekovalentnim
interakcijama (ali ne i peptidnim vezama), pa se nazivaju dimernim, trimernim ili tetramernim
enzimima čije Mr imaju vrednosti iznad 35.000. Enzimi glikolaze su oligomerni i izgradjeni su od 2
ili 4 podjedinice.
4
Primena enzimskih preparata u proizvodnji sokova
Slika 1. Građa monomernih enzima
Metalo-proteinski enzimi
pored proteinskog dela sadrže i jon metala kao kofaktor, čije je
prisustvo neophodno da bi se ispoljila katalitička aktivnost enzima, slika 2. U metaloenzimima je
metal čvrsto vezan s proteinskim delom molekula, za razliku od jona metala koji imaju ulogu
enzimskih aktivatora ili inhibitora. Metaloenzimi su npr. katalaza koja sadrži gvožđe i
karboanhidraza koja sadrži cink.
Slika 2. Holoenzim i metaloenzim
Pored proteinskog dela u svom molekulu sadrže i neproteinski deo - koenzim ili prostetičnu
grupu (kofaktor). Proteinski deo enzima se naziva apoenzim, a složeni enzim holoenzim. Kod
složenih enzima
proteinska komponenta (apoenzim) i neproteinski deo (koenzim/prostetična grupa)
zajedno izgrađuju kompletan enzim – holoenzim, što se takođe vidi na slici 2. Pojedinačno, ni
apoenzim ni koenzim nemaju katalitičku aktivnost. Apoenzim je nosilac specifičnosti enzima prema
supstratu, dok koenzim/prostetična grupa određuje tip reakcije koju enzim katalizuje. Apoenzim je
makromolekul, daje koloidni rastvor, termolabilan je, ne dijalizuje i taloži se sredstvima koja talože
i druge proteine (solima teških metala, kiselinama, bazama, organskim rastvaračima).
Slika 3. Apoenzim kao enzimski nosilac
5
Primena enzimskih preparata u proizvodnji sokova
1.3.Dobijanja enzima za industrijske primene
Industrijski enzimi dobijaju se iz:
1. Biljaka (amilaze slada, papain, bromelin, ficin i dr.)
2. Životinja (enzimi pankreasa, katalaza, renin i dr)
3. Mikroorganizama (amilaze, proteaze, pektinaze, invertaze i td)
Danas se još uvek dobija znatan broj enzima iz biljaka i životinja. Međutim, iz tehničkih i
ekonomskih i javno zdravstvenih razloga može se očekivati dalje povećanje proizvodnje enzima
mikrobnog porekla. Naime, za dobijanje enzima iz biljaka potrebne su velike površine i dosta radne
snage. Osim toga broj enzima iz biljaka je ograničen. Enzimi iz životinja dobijaju se iz žlezda, koje
služe i za druge svrhe (na pr. iz pankreasa se dobiva insulin), i njihova je količina ograničena.
Aktualni problem mogućnosti prenosa uzročnika bolesti kod životinja na čoveka, dodatni je razlog
za trajni prestanak korištenja enzima dobijenih iz goveđih organa.
Još pre 40-tak godina gotovo sve biološke katalize u industrijskoj proizvodnji bile su
sprovedene upotrebom celih stanica ili tkiva. Međutim, kataliza izvedena pomoću celih
mikroorganizama ima slabiji učinak zbog toga što se velik deo supstrata u fermentacijskoj komini
iskoristi za rast mikroorganizama i sintezu sporednih proizvoda fermentacije.
U poslednim dekadama naglo je porasla upotreba izolovanih enzimskih preparata. Njihove
najvažnije prednosti su: velika efikasnost pri konverziji supstrata, veliki prinos i ujednačenost
proizvoda. Pri tome svakako valja uzeti u obzir i dodatne troškove izolacije i relativno slabu
stabilnost pročišćenog topljivog enzima. Međutim, postupak imobilizacije izoliranih enzima,
smanjuje i ovaj nedostatak i daje preparat veće stabilnosti, koji je uz to podoban za ponovnu
upotrebu.
2. Primena enzimskih preparata u prehrambenoj tehnologiji
Enzimski preparati su biološki aktivni proteini kombinovani metalima, ugljenim hidratima,
odnosno mastima i obuhataju supstance izolovane iz životinjskih, biljnih ili mikrobioloških izvora,
koji sadrže jedan ili više enzima. Ovi preparati mogu da sadrže i cele ćelije, delove ćelija ili
ekstrakte bez ćelija iz polaznog materijala, kao i ostatke hranljive podloge, rastvarača, aditiva,
pomoćnih sredstava u proizvodnji i druge supstance zavisno od tehnologije proizvodnje.
Prednost enzima pred hemijskim katalizatorima, između ostalog, je njihova specifičnost i
sposobnost delovanja na sobnoj temperaturi. Zbog toga je broj sporednih reakcija znatno smanjen,
sačuvana nutritivna vrednost i sprečen nastanak neželjenih promena na namirnicama.
U prehrambenoj industriji enzimi se koriste u svrhu ubrzavanja biohemijskih procesa,
postizanja odredjenih svojstava proizvoda, poboljšavanja ukupnog kvaliteta proizvoda i sl.
Komercijalni enzimi najznačajniju primenu u industriji prerade voća i povrća imaju kod
proizvodnje bistrih sokova gdje sprečavaju pojavu mutnoće i povećavaju stepen iskorišćenja
polazne sirovine. Zatim kod prerade skroba krompira i dobijanja šećera. U oba slučaja dobija se
veći prinos iz polaznih sirovina nego kod procesa proizvodnje gde nisu korišćeni enzimi .
7
