5. Bölüm Sütteki Enzimler -...
Transcript of 5. Bölüm Sütteki Enzimler -...
5. Bölüm
Sütteki Enzimler
Doç. Dr. Ebru ŞENEL
Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Süt Teknolojisi Bölümü
Enzim Canlı hücreler tarafından sentezlenen organik ve
katalitik bileşiklerdir. “Biyokatalizör” olarak
adlandırılmaktadır. Diğer katalizörlerden kolloidal
protein yapılarından dolayı duyarlılıkları ile
ayrılmaktadır. Bu nedenle şöyle tanımlanabilir;
Enzim; organizma tarafından protein yapısında
üretilen ve çok düşük miktarları bile, gerek hücre
içinde ve gerekse hücre dışındaki biyokimyasal
reaksiyonları gerçekleştiren spesifik organik
maddelerdir.
Enzimlerin Sınıflandırılması Hidrolazlar
Oksi-redüktazlar
Transferazlar
Liyazlar
İzomerazlar
Ligazlar
Hidrolazlar Bu grup süt endüstrisi açısından önemli enzimlerdir.
Bu enzimler substrata su vererek hidrolitik bölünmeyi
katalizlemektedir.
Hidrolazlar grubunda;
-ester bağlarına etki yapan ve dolayısıyla oluşumunu
ve parçalanma olayını katalizleyen “esterazlar”
(lipazlar, fosfatazlar, ve sülfatazlar),
-proteinlere etki ederek peptit bağlarının çözünmesini
sağlayan “proteazlar”
- Glukozid bağlara etki eden “karbohidralazlar”
(heksosidazlar, poliazlar) yer almaktadır.
Oksi-redüktazlar
Bu grup, bir maddeden diğer maddeye elektron ve
hidrojen iyonlarını taşıyarak biyolojik oksidasyonu
katalizleyen enzimlerdir.
Oksidasyon ve redüksiyon substratın parçalanma
işlemi ile bağlantılıdır.
Bu ana gruba süt enzimlerinden peroksidaz, katalaz,
ve ksantioksidaz enzimleri girmektedir.
Transferazlar
Grup transferlerini gerçekleştiren molekülün bazı gruplarını
diğer bir substrata taşıyan enzimlere transferaz veya
transfer enzimleri denilmektedir. Bunlarda taşıdıkları
gruplara göre;
Fosfor grubu taşıyan transfosforilazlar
Dezaminleşme ve aminleşmeyi yapan transaminazlar
Metil grubu taşıyan transmetilazlar
Açil grubunu akseptöre taşıyan transaçilazlar
Liyazlar
Çift bağlara grup ekleyen veya bunlardan grup ayıran enzimlerdir. İki bileşiği yeni bir madde verecek şekilde bağlar veya bölerler.
Alkol fermentasyonunda ;
prüvik asidi asetaldehit + CO2 (karboksilazlar)
Aminoasitlerin aminler (dekarboksilazlar)
Hekzodifosfat 2 (triyofosfat) (aldolazlar)
İzomerazlar Molekül içi değişmeleri katalizlerler. Örneğin;
Heksofosfataz,
Glukoz -6-fosfat fruktoz-6-fosfat
katalize eder.
Ligazlar ATP’ nin veya diğer fosfatların prifosfat bağlarını
parçalayıp iki molekül arasında yeni bağların oluşumunu kataliz eden enzimlerdir.
Örneğin; pirüvat karboksilaz, asetil ko-A sentetaz gibi.
Süt teknolojisi açısından önem taşıyan enzimler oksiredüktazlar ve hidrolazlar sınıfında yer almaktadır. Diğer grupta yer alan enzimler süt bileşiminde bulunan maddelerin biyosentezinde veya mikroorganizmaların yer aldığı metabolizmalarda katalitik görev yaparlar.
Enzimlerin yapısı Enzimler protein yapısındadırlar. Bu kısmına apoenzim
denir. Fakat aktif hale gelebilmeleri için protein unsurlarının yanı sıra, bunlarla bağ yapabilecek yardımcı maddelere gereksinim duymaktadır.
Protein yapısında olmayan bu maddelere koenzim veya prostetik grup olarak isimlendirilmektedir.
Apoenzim + koenzim Holoenzim (aktif enzim)
Apoenzim; hücre tarafından yapılan çok karışık protein yapısında ve sıcağa duyarlı bir maddedir. Aktif olmayan polipeptid zincirlerine sahiptir.
Bu kısım enzimin hangi maddeye yani hangi substrata etki edeceğini tayin etmektedir.
Koenzim; basit yapıda olup, küçük moleküllü ve inaktif bir kısımdır. Apoenzimi aktif yapar ve enzimin substrat üzerine nasıl etki edeceğini gösterir. Sıcağa ve dış etkilere karşı dayanıklı olup organik ve inorganik yapıda olabilmektedir. Mineraller ve vitaminler koenzim olarak görev yaparlar.
Enzim aktivitesini etkileyen faktörler
Sıcaklık
pH değeri
İyon bileşimi
Diğer faktörler
Sıcaklık; sıcaklık artışı enzimatik reaksiyonları hızlandırmaktadır. Belirli sıcaklık dereceleri arasında etkilemektedir. Çok yüksek sıcaklıklarda protein yapısında olduklarından katalitik aktiviteleri kaybolmaktadır.
Hayvansal enzimler 37 °C
Bitkisel enzimler 20- 25 °C
Bakteriyel enzimler 20-37 °C
pH değeri; enzimler kolloidal protein yapısında olduklarından pH değişimlerinden etkilenmektedir. optimum pH değerleri enzimlerin karakterize etmektedir. Optimum pH değerlerinin altında veya üstünde enzimatik reaksiyonların hızları düşmektedir.
İyon bileşimi; ortamdaki iz elementlerde anyonlar ve katyonlar aktivatör olarak önem taşımaktadır. Bunların varlığı reaksiyonların gerçekleşip gerçekleşmemesini belirler. Örneğin; rennin enzimi ile peynir pıhtısının oluşumunda enzimatik fazın ikinci aşaması Ca++ iyonlarının varlığı ile oluşmaktadır.
Diğer faktörler;
Enzim konsantrasyonu, redoks potansiyeli ve substrat konsantrasyonu gibi faktörlerde enzim aktivitesine etki etmektedir.
Örneğin; alkol fermantasyonu sonucu oluşan alkol miktarı belirli bir miktarın üzerine çıktığında mikroorganizmaların otolizine yol açar.
Belirli bir dereceden sonra sıcaklık, soğukluk, rutubet eksikliği, ışık gibi etmenler kısmen veya tamamen enzim aktivitesini önlemektedir.
Sütte Bulunan Enzimler İnek sütü çok sayıda doğal enzim (tanımlanmış
yaklaşık 70 enzim) içermektedir ve toplam süt proteinlerinin küçük bir fraksiyonu olmasına rağmen enzimlerin süt teknolojisinde önemli rolleri vardır
En küçük molekül büyüklüğüne sahip enzimde 100 civarında aminoasit bulunmaktadır
Sütte bulunan enzimler 2 kaynaktan ileri gelir;
Sütün “doğal enzimleri”, meme dokusu hücrelerinden, kan plazması ile lökositlerden ve salgı hücre stoplazmasından süte geçmektedir
Süte kontamine olan mikroorganizmalar tarafından sentezlen grup ise “mikrobiyel kaynaklı enzimler” olarak nitelendirilmektedir.
Her iki grupta yer alan enzimler süt ve ürünlerinde meydana gelen biyokimyasal reaksiyonlarda katalizör olarak rol almakta ve sütün yapısında, tat ve aromasında olumlu veya olumsuz bazı değişiklere neden olmaktadır
Bazı doğal süt enzimleri,
süt ve süt ürünlerine uygulanan ısıl işlemin derecesini ve etkinliğini belirlemek için indikatör olarak kullanılmaktadır.
Bazı enzimler ise mastitis gibi meme hastalıklarının belirlenmesinde kullanılmaktadır.
Yeni doğan canlının bağışıklık sisteminin ve bağırsak florasının geliştirilmesi gibi bazı fonksiyonları içermektedir
Çizelge .Sütte bulunan bazı önemli enzimler ve fonksiyonları
Enzim Fonksiyonu/kullanım alanı/etkisi
Proteaz
Lipaz
Alkali fostafaz
–gulutamiltranspeptidaz
Sülfidril oksidaz
Süperoksit dismutaz
Ksantin oksidaz
Laktoperoksidaz
Laktoz sentetaz
N-acetil- β-D-glukozaminidaz
UHT sütün jelleşmesi
Hidrolik ransidite
Pastörizasyon testi
Meme bezlerine aminoasit
konsantrasyonunun artırılmasında
Yanmış/pişmiş tadın uzaklaştırılmasında
Oksidasyonun engellenmesinde
Oksidasyon katalizinde
Bakteri inhibisyonunda
Meme bezlerinde laktoz biyosentezinde
Mastitisin belirlenmesinde
Enzimlerin süt ve ürünlerinde teknolojik olarak sağladığı yararlar ve kullanım alanları şöyle özetlenebilir;
Süte koruyucu amaçla katılan maddelerin ve peroksit varlığının belirlenmesinde,
Pastörizasyon kontrolünde ve ısıl işlemin derecesinin tespitinde,
Meme hastalıkları başta olmak üzere patolojik ve fizyolojik rahatsızlıkların teşhisinde,
Koyulaştırılmış süt, dondurma ve bazı peynirlerde görülen kristalleşme kusurlarının önlenmesinde,
Süt ve süt ürünlerinin tat-aroma niteliğinin geliştirilmesinde,
Krema ve peynirin olgunlaştırılmasında,
Peynir üretiminde sütün pıhtılaştırılmasında
Alkali fosfataz ve Asit fosfataz Fosfataz, fosforik asidin monoesterlerini hidrolize eden
bir fosfomonoesteraz’dır. Sütte farklı pH’larda optimum aktivite gösteren iki farklı fosfataz enzimi bulunmaktadır. Bu enzimler
asit fosfataz (EC 3.1.3.2)
alkali fosfataz (EC 3.1.3.1)
olarak adlandırılmaktadır.
Asit fosfataz, termostabil bir enzimdir ve pastörizasyon sıcaklıkları ile 88 ºC/ 30 dk ısıl işlem koşullarında aktivitesini koruyabilmektedir. Bu enzimin tamamen inaktif olabilmesi için 100 ºC /1 dk ısıl işlem uygulaması gerektiği belirtilmektedir. Asit fosfataz enzimi belirli koşullarda UHT sterilizasyonunda bile aktif kalabilmektedir. Ancak, bu enzimin ısı stabilitesi pH’ya bağlıdır ve düşük pH değerlerinde ısı stabilitesi daha yüksektir
Alkali fosfataz, teknolojik açıdan asit fosfataza göre daha fazla önem taşımaktadır. Bu enzim alkali pH’da çalışan bir hidrolazdır ve asit fosfataz gibi hem serum fazında serbest formda hem de ksantinoksidaz ile birlikte yağ globül membranına absorblanmış mikrozomlarda bulunmaktadır. pH 9.0-10.5 arasında optimum aktivite gösterirken, pH 5.0’de aktivitesi azalmakta ve 63 °C / 30 dk, 70 °C / 90 s, 72 °C / 15 s, 80 °C / 0.45 s ısıl işlem normlarında inaktif duruma geçmektedir. Alkali fosfataz ısıya oldukça duyarlıdır ve sütün pastörizasyon kontrolünde indikatör enzim olarak kullanılmaktadır
Laktoperoksidaz Sütte doğal olarak bulunan laktoperoksidaz ilk
tanımlanan enzimler arasında yer almaktadır. Hidrojen peroksit gibi peroksitleri parçalayarak açığa çıkan oksijen atomunu okside olabilen maddelere taşımaktadır.
Bu enzimin optimum çalışma pH’sı 6.8’dir
Isıl işleme karşı oldukça stabil olup pastörizasyon normlarının üzerinde inaktif hale geçmektedir. Klasik pastörizasyon sıcaklıklarında laktoperoksidaz enzimi önemli ölçüde aktivitesini koruyabildiğinden pastörize sütlerin raf ömrünün uzatılmasında da etkili olabilmektedir
Peroksidaz enzimi sıcaklık zaman kombinasyonlarına bağlı olarak, 72 °C / 30 dk, 75 °C / 2.5 dk, 80 °C / 5 s -3.5 dk, 85 °C / 0.13 s ısı uygulamalarında inaktif olmaktadır.
Bu enzimin reaktive olmadan tamamen inaktivasyonu için 85 °C / 10 s ısıl işlem uygulanması gerektiği bildirilmiştir
Ksantinoksidaz
Ksantioksidaz (XO), sütte serum fazında çözünür formda ve yağ globül membran ile ilişkili halde bulunmaktadır. Büyük oranda yağ globül membranında lipoproteinlere absorlanmış mikrozomlarda alkali fosfataz ile birlikte yer almaktadır .
Ksantinoksidaz; aldehitler, ksantin, hipoksantin, NADH gibi bileşenlerin oksidasyonunu katalize eden spesifik olmayan bir enzimdir
Optimum aktivite pH’sı 6-9 arasındadır
Ksantinoksidaz, pastörizasyon sıcaklığında (75 °C / 15s) aktif iken 70 °C / 4 dk ısıl işlem sonunda inaktif olmaktadır (Metin, 1996). Ancak, bu enzimin tamamen inaktivasyonu için 77 °C / 15 dk ısıl işlem uygulanması gerektiği bildirilmektedir (Kitchen, 1985). Bazı araştırmacılar 80 °C / 15 s ısıl işlem ile ksantioksidazın aktivitesinin %70’ni kaybettiği ifade ederken (Farkye ve Imadifon, 1995) Sharma ve ark. (2009), 85-90 °C’de ısı uygulaması ile ksantinoksidazın tamamen inaktif hale geçtiğini bildirmektedir.
Katalaz Katalaz enzimi hidrojen peroksidi su ve oksijene katalize
edebilme yeteneğine sahip doğal bir süt enzimidir. Somatik hücre sayısı yüksek ve mastitisli sütlerde katalaz aktivitesi artmakta ve dolayısıyla sütte istenmeyen kalitenin bir göstergesi olarak kullanılmaktadır
Bu enzimin optimum çalışma sıcaklığı 38 °C, pH’sı ise 7 civarındadır
Katalaz enziminin ısı stabilitesi yüksektir. Tampon ortamda 70 °C’de 30 dakikalık ısıl işlem sonucunda katalaz aktivitesinin tamamen, 72 °C’de 15 s ısıl işlem sonunda ise %60 oranında kaybolduğu belirlenmiştir
Katalaz enzimi pastörizasyon yeterliliğinin test indikatörlerinden birisi olarak kabul edilmektedir. Son zamanlarda, sütte aktif katalaz enziminin varlığı, termizasyon uygulanmış sütten üretilen peynirler için bir indikatör olarak değerlendirilmektedir.
Proteinazlar Proteinazlar, proteinler üzerine etki eden bir enzim
grubudur. Bazı proteazlar mikrobiyel kaynaklı iken, bazıları kandan süte geçmektedir.
İnek sütünde plazmin, plazminojen, plazminojen aktivatörleri, trombin, katepsin D, asidik süt proteazları ve aminopeptidazları içeren çok sayıda proteaz bulunmaktadır
Proteinazların neden olduğu biyokimyasal değişimler bazı süt ürünlerinin kalite özellikleri üzerine olumlu veya olumsuz etkisi olmaktadır. Örneğin; peynir olgunlaşması sırasında aminoasit birikimi karakteristik tat-aromanın belirginleşmesinde etkili iken, belirli düzeyin üzerinde aminoasit birikimi tat/aroma kusurlarına yol açabilmektedir.
UHT sütlerde ise, depolama süresince karşılaşılan jelasyon proteinazların varlığı ile ilişkilendirilmektedir.
Plazmin, sütün temel proteolitik enzimidir ve yaklaşık pH 7.5’da ve 37°C’de optimum aktivite gösterdiği için genellikle süt alkali proteinazı olarak adlandırılmaktadır .
Plazmin, sütte hem aktif enzim formunda hem de inaktif zimojen ve plazminojen formunda bulunmaktadır ve aktif enzim ile inaktif enzim arasındaki oran 1:5’dir .
Plazminin spesifik aktivitesi plazmin inhibitörleri ve plazminojen aktivatörlerine bağlıdır ve bu enzim ısıya karşı oldukça stabildir. 72 °C’ de 15 saniye süre ile gerçekleştirilen pastörizasyon sonucunda plazmin aktivitesinin sadece %10-17’si azalmaktadır
Plazmin, hem β-CN hem de αs2-CN etki etmektedir. -CN, plazmin ile degradasyona karşı biraz daha dirençlidir. Kazeinin degragasyon ürünleri tat bozukluğu ve acı tadın oluşumuna neden olmaktadır.
Plazmin aktivitesi peynir üretiminde rennet ile koagülasyon süresi, pıhtı sıkılığı ve sinerez gibi özellikleri de etkilemektedir.
Asit proteazların
optimum aktivite gösterdiği pH değeri 4’dür.
Asit proteazlar, alkali proteazlara oranla ısıya karşı daha duyarlıdır. Bu enzim, 60 °C/10 dk ısıl işlemden sonra aktivitesinin %70’ini, 78 °C/10 dk ısıl işlem sonrasında ise aktivitesinin %1’ini koruyabilmektedir.
Asit proteazlar, β- ve -CN’ye oranla α-CN’yi daha fazla hidrolize edebilmektedir ve peynir olgunlaşmasında önemli rol oynamaktadır.
Lipoprotein Lipaz
Lipoprotein lipaz (LPL) sütte trigliseridlerin hidrolizasyonundan (lipoliz) sorumlu doğal bir enzimdir .
LPL, süt türüne göre değişkenlik göstermekle birlikte büyük oranda kazein miselleri ile ilişkili olarak plazmada ve yağ globül membranında yer almaktadır .
Yağ globül membranı herhangi bir fiziksel nedenle hasar görmediği sürece LPL trigliseridler üzerinde etki göstermemektedir
LPL aktivitesi sonucu trigliseridlerden optimum koşullar altında her dakikada 2 μmol serbest yağ asidi oluşmaktadır.
LPL, ısıya oldukça duyarlı bir enzimdir ve pastörizasyon sıcaklığında aktivitesinin büyük kısmını (~%97), 72°C’ de 11.8 s veya 75 °C’de 15 s’de ise aktivitesinin tamamını kaybetmektedir