Ldb agroecologia2 netti_05
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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.
La Struttura Terziaria
• 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.
La Struttura Terziaria
• I gruppi R dei vari
amminoacidi
determinano anche
loro la struttura della
proteina.
• E le sue proprietà
macroscopiche.
La Struttura Terziaria
• 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).
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
Alterazioni enzimatiche dei prodotti vegetali
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
Alterazioni enzimatiche dei prodotti vegetali
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
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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
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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:
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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.
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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
18
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
22
__: 200 U/kg gluco-amilasi;
---: 400 U/kg gluco-amilasi;
…..: 200 U/kg gluco-amilasi + 200 U/kg pullulanasi.
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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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APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’INDUSTRIA DOLCIARIA
DEDE = eqiuvalenti di destrosio: indica la % di idrolisi di amido
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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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Latte ad alta digeribilità
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
Latte ad alta digeribilità
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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.
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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
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APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELLAPPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’’INDUSTRIA INDUSTRIA LATTIEROLATTIERO--CASEARIACASEARIA
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APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELLAPPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’’INDUSTRIA INDUSTRIA LATTIEROLATTIERO--CASEARIACASEARIA
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.
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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)
APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’INDUSTRIA DELLE BEVANDE
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.
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Allo stesso modo si ottengono tutte le bevande “dietetiche”
APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’INDUSTRIA DELLE BEVANDE
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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APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’INDUSTRIA DELLE BEVANDE
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.
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APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’INDUSTRIA DOLCIARIA
APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’INDUSTRIA DELLE BEVANDE
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
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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.