Le biotecnologie nella produzione trattamento e processing di alimenti.

1. LA BIOCHIMICA DEGLI ALIMENTI • Le biotecnologie nella produzione trattamento e processing di alimenti. • - enzimi alimentari derivati dalle biotecnologie; • - organismi geneticamente modificati utili per il processing degli alimenti

2. ALCUNI ENZIMI COMMERCIALI PRODOTTI BIOTECNOLOGICAMENTE Enzima Applicazione Acetolactate decarboxylase Beer aging and diacetyl reduction (EC 4.1.1.5) (evita che l’alfa acetolattato venga convertito in alfa diacetile sostanza dall’odore sgradevole) α -amylase (EC 3.2.1.1) High fructose corn syrup* (HFCS) production Amylo-1,6-glucosidase High fructose corn syrup (HFCS) (EC 3.2.1.33) production Chymosin (EC 3.4.23.4) Milk clotting in cheese manufacturing Lactase (EC 3.2.1.108) Lactose hydrolysis Glucan 1,4- α -maltohydrolase Anti-staling in bread (maltogenic α-amylase, EC 3.2.1.133) Ciascun paese ha i suoi regolamenti per l’uso Di questi enzimi biotecnologici *55% fruttosio e 45 % glucosio potere dolcificante come saccarosio o miele 13/10/2014 2 2

3. The third step in the processing of high fructose corn syrup is the most expensive. An enzyme called glucose-isomerase is stored in tall columns and the glucose slurry is poured across the top of those columns. The enzyme converts the pure glucose into a combination of fructose and glucose, but not at the final percentages desired. A process called liquid chromatography essentially distills the syrup into 90% fructose. This concentrated fructose product is then blended back into the original mix to create the final 55% fructose, 45% glucose product called high fructose corn syrup. Saccarosio 1,00 Glucosio 0,74 Fruttosio 1,70 varia con la temperatura

4. REAZIONI DI IMBRUNIMENTO Le reazioni di imbrunimento sono importanti fenomeni a carico degli alimenti nel corso del processing e della conservazione.. Reazioni che determinano l’imbrunimento 1- Ossidazione enzimatica di fenoli; 2- Imbrunimento non-enzimatico Imbrunimento enzimatico è uno delle più importanti reazioni che influenzano il colore frutti, vegetali e pesce commestibile e frutti di mare Enzima coinvolto: polifenoloossidasi (1,2 benzendiol; ossigeno ossidoredutatsi, EC 1.10.3.1), conosciuto come fenolossidasi, fenolasi, monofenolo ossidasi, e tirosinasi. La polifenolossidasi (PPO) catalizza l’ossidazione di composti fenolici in chinoni che alla fine polimerizzano a formare melanoidine colorate.

7. Proprietà di PPO- o-difenol ossidasi • Ossidoriduttasi capace di ossidare fenoli utilizzando O2 come accettore • di idrogeno. L’abbondanza di fenoli in piante giustifica il loro nome • come polifenolossidasi (PM 57-62 kDa • Le PPO ossidano due reazioni • Idrossilazione della orto posizione, adiacente ad un gruppo del • substrato fenolico (attività monofenolo ossidasica); • 2) Ossidazione del difenolo ad o-benzochinoni (attività difenolossidasica) • Figura 4.1 • Nelle piante il rapporto monofenolo:difenolo ossidasi è nell’intervallo • di 1:40 ; 1.10 • L’attività monofenolossidasica è considerata più rilevante per crostacei e • insetti in relazione per il suo significato fisiologico in collaborazione con • l’attività difenolasica. • La polifenolo ossidasi è anche indicata come tirosinasi per descrivere • Le atività monofenolo e difenolossidasica ossidasica in animali e piante.

8. La monofenolossidasi vegetale è anche chiamata cresolasi per la sua capacità di impiegare cresolo come substrato. Questo enzima è anche capace di metabolizzare ammine aromatiche ed o-amminofenoli. L’ossidazione di substrati difenolici può essere dovuta a due differenti enzimi: catecolasi (catecolo ossidasi) e laccasi. La laccasi (p-difenol ossidasi DPO) è una polifenolo ossidasi contenete rame. Substrati: polifenoli, fenoli metossi sostituiti, diammine e vari altri composti. La laccasi è presente in molti funghi fitopatoggeni, piante superiori, pesche e albicocche. Catecolo ossidasi e laccasi sono indistinguibili sulla base dei substrati fenolici (4.1) e della specificità degli inibitori. L’attività catecolasica è più importante dell’attività cresocolasica negli alimenti perché molti dei substrati fenolici nei cibi sono diidrofenoli. Fig. 4.2 pH optimum tra 5 e 7 (non molto ripido) a pH 3 vengono inattivate così come l’aggiunta di reagenti che complessano o rimuovono il rame dal gruppo prostetico dell’enzima.

9. Strutturalmente i substrati contengono uno o più gruppi ossidrilici ed altri sostituenti. Fig. 4.3 Table 4.1 Oltre che substrati dell’attività PPO possono agire da inibitori. Come già detto l’imbrunimento enzimatico causa un diminuzione del valore di mercato di sostanza alimentari di origine vegetale o da crostacei. Tagliare Sbucciare Ammaccature sono sufficienti per causare l’imbrunimento enzimatico. La velocità del processo di imbrunimento dipende 1- dal contenuto di polifenoloossidasi dei tessuti. 2- dal contenuto di sostanze fenoliche 3- pH, temperatura e disponibilità di ossigeno. Quindi i metodi per bloccare l’imbrunimento sono orientati verso l’inibizione o la prevenzione dell’attività PPO. I metodi tendono ad eliminare dalla reazione uno o più componenti essenziali O2, enzima, rame, o i substrati.

10. L’imbrunimento enzimatico può riguardare • 1- Frutta • 2- vegetali • 3- pesce commestibile e frutti di mare • Queste reazioni contribuiscono alla generale accettazione di alimenti/bevande • quali • tea, • caffè, • cacao • frutti secchi (uva secca, prugne, datteri, e fichi) • I prodotti dell’imbrunimento enzimatico svolgono ruoli fisiologici importanti. • Le melanoidine, prodotti dall’azione dell’attività polifenolo-ossidasica possono • avere attività antibatterica, antifungina, anticancerosa e antiossidante. • Le polifenolo ossidasi conferiscono notevoli funzioni fisiologiche per lo • sviluppo di organismi acquatici, come la guarigione di ferite e l’indurimento • della conchiglia (scletorizzazione) dopo la muta negli insetti e nei crostacei • come gamberi e aragosta. Il meccanismo della rimarginazione delle ferite • negli organismi acquatici è simile a quello che si verifica nelle piante nel • fatto che i composti che si producono come risultato della polimerizzazione di • chinoni , melanine e melanoidi hanno attività antibatterica e antifungina.

11. Queste attività sono anche importanti nei processi fermentativi. Nonostante questi effetti positivi, l’imbrunimento enzimatico è uno dei fenomeni più devastanti per molti frutti esotici e vegetali. L’imbrunimento enzimatico è specialmente indesiderabile nel caso di frutta affettata e dei succhi di frutta. - Lattuca ed altri prodotti vegetali a foglia verde - Patate ed altre sostanze amidacee come la patata americana - L’albero del pane - Funghi - Mele - Avocados - Banane - Uva - Olive - Pesche - Pere - Vari altri frutti tropicali e subtropicali e vegetali - Crostacei L’imbrunimento può influenzare il colore, l’aroma, e valori nutrizionali di questi rutti e causare immensi danni economici.

13. SUBSTRATI - Tirosina - Acido caffeico - Acido clorogenico Tirosina Acido caffeico Acido clorogenico è una sostanza organica naturale. Chimicamente è l'estere dell'acido caffeico con l'acido (L)-chinico.

14. Tabella 4.2 • Modalità di controllo dell’imbrunimento • Agenti riducenti; • Acidulanti; • Agenti chelanti • Agenti complessanti • Inibitori enzimatici • Trattamento dell’enzima • Lo ione solfito è un anione di formula SO3-2 composto da zolfo e • ossigeno, il primo con stato di ossidazione +4 ed • il secondo con stato di ossidazione -2.

18. Modificazioni degli alimenti Reazione di Maillard • Interessa gli alimenti che contengono zuccheri (o composti carbonilici come aldeidi e chetoni) e proteine (gruppo NH2 terminale o appartenente alle catene laterali di alcuni amminoacidi). Gli zuccheri maggiormente coinvolti sono gli aldosi, ed in particolare il glucosio. • La reazione può essere suddivisa in 3 fasi principali: • La reazione inizia dalla condensazione di uno zucchero riducente, nella forma aperta, e un amminoacido (o gruppo amminico). Si forma una glicosammina che subisce un riarrangiamento: • aldosi riarrangiamento di Amadori • chetosi  riarrangiamento di Heyns • I composti di Amadori_Heyns sono relativamente stabili e rappresentano i prodotti finali, ad esempio, dei processi di sterilizzazione o UHT del latte. Non danno odori né colori marcati, ma riucono la disponibilità degli amminoacidi essenziali.

19. Modificazioni degli alimenti • 2. La seconda fase consiste nella degradazione dei composti di Amadori-Heyns con formazione di composti bruni o fluorescenti responsabili dell’aroma. • La terza fase comporta la formazione di melanoidi, di colore scuro ed elevato peso molecolare. • Gli effetti della reazione di Maillard sulle proteine e, di conseguenza, sugli alimenti sono molteplici. • Effetti sui caratteri organolettici  generalmente, i prodotti della seconda fase sono responsabili del flavour, mentre quelli della terza del colore. • Mentre durante i processi di conservazione si cerca di evitare che la reazione si verifichi Sgradevole sapore di cotto e colore grigio del latte sterilizzato), questa è invece importante e deliberatamente ricercata per il colore e l’aroma che conferisce ai prodotti da forno, ai cereali per la colazione, al caffè, alla birra e al cacao. • Effetti antinutrizionali ridotta disponibilità di amminoacidi essenziali, in particola di lisina; ridotta digeribilità delle proteine. • Questi effetti, tuttavia, non sono di entità tale da costituire un pericolo in una dieta equilibrata e varia

20. Modificazioni degli alimenti Effetto della cottura Le proteine durante la cottura si denaturano, in alcuni casi coagulano, con cambiamento dello stato fisico, come succede, ad esempio, all’albume dell’uovo. L’idrolisi de legame peptidico si verifica frequentemente, soprattutto se l’ambiente è acido: questa trasformazione non modifica minimamente il valore nutritivo dell’alimento che, anzi, risulta più digeribile. In presenza di zuccheri, può avvenire la reazione di Maillard.