Facultatea de Științe

Specializarea: Biologie

ENZIME ÎN FERMENTAȚIE

Lăutaru Alexandra Lavinia

Cuprins

1

Universitatea din Pitești

1. Proprietățile generale și modul de acțiune al enzimelor2. Nomenclatură și clasificare3. Proprietățiile generale ale enzimelor3.1. Constituția enzimelor 3.2.Activitatea generală și specificitatea enzimelor3.3. Condiții de acțiune ale enzimelor4. Fermentațiile4.1 Utilizarea enzimelor in panificatie4.2. Fermentația alcoolică

2

1. Proprietățile generale și modul de acțiune al enzimelor

Un rol hotărâtor în transforimările metabolice, care constituie unul din criteriile fundamentale ale vieții vegetale și animale. revine unor substanțe numite enzime, ce se găsesc în cantitate mică în toate organismele vii.

Pentru ca multiplele reacții chimice au loc simultan în orice moment într-un organism viu, să se poată desfășura cu viteza necesară în condițiile existente în natură, deci la temperaturi joase, în mediu apos apropiat de punctul de neutralitate, organismele vii dispun de substanțe organice care accelerează reacțiile chimice. În lipsa unor astfel de substanțe majoritatea reacțiilor chimice s-ar desfășura, în condițiile din organismele vii, cu viteză foarte mică sau în unele cazuri practic chiar deloc. Substanțele organice din organismele vii care ușurează reacțiile chimice sunt în ceea ce privește acțiunea lor comparabile cu catalizatorii anorganici și organici folosiți în laborator și industrie. Deoarece activitatea acestor ”biocatalizatori” a fost studiată mai întâi în unele procese fermentative, cum este fermentația alcoolică cauzată de drojdii, li s-a dat numele de fermenți sau enzime, de la cuvântul elin (=aluat), adică substanțe din interiorul aluatului respectiv al drojdiilor.Încă în prima jumătate a secolului trecut s-au obținut primele indicații mai concrete asupra existenței unor substanțe cu activitate specială în organismele vegetale. După ce s-a observat că extractele de orz încolțit sunt capabile de a transforma amidonul în zahăr (Kirchoff,1815), a fost izolată din malț o substanță, numită astăzi amilază, care degradează amidonul. Răspândirea mai alergă a unor ”forțe catalitice” în organismele vii a fost recunoscută mai întâi de I. Berzelius (1837). A urmat izolarea, în toate cazurile în stare impură, a altor enzie din plante și organisme animale și anume a pepsinei, emulsinei, invertazei, lipazei, zimazei, etc. Conccepții contradictorii au existat în secolul trecut cu privire la fermentațiile cauzate de microorganisme. Teoriei vitaliste, care admitea că fermentația alcoolică și lactică este o manifestare a activității vitale a celulelor microorganismelor, susținută de Th. Schwann (1837) și Cagnard-Latour (1838) și apărată de L. Pasteur (1857), s-au opus mai întâi J. Liebig și F. Wӧhler (1839), care considerau că degradarea fermentativă a zăhărului s-ar datora unor substanțe care se găsesc în celulele microorganismelor. Controvdersa a fost lămurită prin experiențele lui E. Büchner, care au demonstrat că sucuri acelulare obținute din drojdie produc fermentația alcoolică tot atât de bine ca și drojdia vie. Prin aceasta s-a dovedit a fi eronată și părearea că fermentațiile s-ar datora unor ”fermenți formați sau figurați” care nu ar fi activi decât în interiorul celulelor vii sau moarte. Spre deosebire de ”fermenții formați” din interiorul celulelor, fermenții din lichidele și sucurile biologice erau numiți ”fermenți neformați sau solubili”. Astăzi se folosește în locul denumirii de fermenți mai mult aceea de enzime. În organismele vii enzimele se găsesc pretutindeni, absorbite de nucleul celulelor, în citoplasmă, sucul celular și în toate lichidele biologice. Unele enzime care activează în organismele vii numai în interiorul celulelor sunt numite endoenzime sau enzime intracelulare, spre deosebire de enzimele lichidele extracelulare, numite exoenzizme. După ce au fost obținute enzime în stare pură s-a stabilit că ele sunt substanțe de natură proteică, unele fiind holoproteide, majoritatea însă heteroproteide, dipunând de grupări catalitic active.

3

2. Nomenclatură și clasificare

Nomenclatura Enzimele sunt în general denumite după substanța, numită substrat, a cărei transformare o

catalizează sau după reacția catalizată, prin folosirea sufixului –ază. Astfel de exemplu ezinma care scindează maltoza este numită maltază, enzimele care catalizează reacții de hidroliză se numesc hidrolaze, cele care catalizează decarboxilarea acizilor organici, decarboilaze etc. Enzimele care catalizează reacții de transfer a unor electroni, atomi sau grupe de atomi, numite în general transferaze poartă în afară de sufixul –ază și ărefixul –trans, de exemplu transelectronază, transhidrogeneză, transmetilază, transfosfatază etc.

Prin combinări de denumire se poate indica mai precis acțiunea enzimelor, de exemplu lactodehidrogenază (lactodehidrază), pentru enzima care catalizează reacția de dehidrogenare a acidului lactic, acid ascorbi-oxidază, care catalizează oxidarea prin dehidrogenare a acidului ascorbic în acid dehidroascorbic, etc.

Pentru anumite enzime cunoscute mai de mult, înainte ca regulile generale de nomenclatură mai sus arătate să fie adoptate, se păstrează denumiri speciale, ca papaină, tripsină, emulsină, etc.

ClasificareDeoarece o clasificare a enzimelor pe baza structurii lor chimice nu este astăzi încă posibbilă, ele

se grupează pe baza acțiunii lor. Încă mai de mult enzimele au fost clasificate în trei grupe mari: hidrolaze, desmolaze și oxidoreductaze.

În literatura de specialitate mai nouă sunt preconizate o serie de alte clasificări. Una din cele mai frecvente este următoarea:

-hidrolaze, care catalizează reacții de hidroliză;-transferaze, care catalizează transferul unor grupări de atomi;-oxidoreductaze, care catalizează reacții de oxidoreducere;-liaze și sinteaze, care cataliează reacții de degradare și de sinteză, în care nu intervine hidroliza

sau oxidoreducere;-izomeraze și racemaze, care catalizează reacții de izomerizare și racemizare.O comisie a Uniunii internaționale de biochimie a propus la al V-lea congres internațional de

biochimie de la Moscova din 1961 o împărțire a enzimelor în șase clase mari, subdivizate în subclase care la rândul lor împărțite în unități. Cele șase clase sunt:

-Oxidoreductaze-Transferaze-Hidrolaze-Liaze-Izomeraze-LigazeNici această clasificare și nici altele care au mai fost propuse nu sunt perfecte. De fapt se poate

obiecta între altele, ca hidroliza esterilor și transesterificarea sunt catalizate de aceleasi enzime sau că multe dintre oxidoreductaze sunt transmițătoare de hidrogen sau electroni și în consecință s-ar încadra în grupa transferazelor. Se desprinde de aici pentru enzimologia modernă necesitatea găsirii

4

unei clasificări a enzimelor care să fie unanim adoptată. Dacă se ține seama de faptul că în organismele vii aproape toate reacțiile chimice atât de numeroase și variate, sunt catalizate de o către enzimă, deschiderea în cadrul grupelor mari de enzime a unor subgrupe speciale pentru fiecare tip de reacții catalizate sau pentru fiecare substanță transformată enzimatic, duce pe măsură ce se izolează mereu noi enzime la o sporire necontenită a numărului deja foarte mare de subgrupe. O limitare în clasificarea enzimelor la anumite grupe mai mari pare pentru viitor o soluție mai potrivită.

3. Proprietățiile generale ale enzimelor

Enzimele endocelulare se găsesc asociate în celulele asociate de cele mai multe ori cu alți coloizi, în majoritatea lor de natură proteică, formând sisteme care au fost denumite ”simplexe”. Există indicații că și enzimele exocelulare s-ar găsi în țesuturi de multe ori asociate cu alte substanțe. Prin extragere aceste asociații se desfac parțial sau total. Din celule enzimele sunt eliberate prin autoliză.

Enzimele purificate se prezintă de obicei ca pulbere sau paiete albe sau gălbui. În stare perfect pură multe enzime sunt cristaline. Cu puține excepții ele sunt solubile în apă și solvenți organici puternic polari, ca glicol și glicerol, puțin solubile în etanol, acetonă și dioxan, ceea ce permite separearea în lipide.

În ceea ce privește solubilitatea enzimelor există în general analogie cu aceea a proteidelor. Solubilitatea în apă este mult influențată de alte substanțe asociate sau prezente. În celule unele enzime, numite lizoenzime, se găsesc sub formă solubilă în apă, altele, numite desmoenzime, sub formăgreu solubilă.

În soluții enzimele au caracterul unor coloizi liofili, amfoteri, cu sarcină electrică care variază în funcție de pH. De exemplu amilaza și catalaza prezintă sarcină pozitivă în mediu acid și negativă în mediu alcalin. Viteza de migrare în câmpul electric este o caracteristică a diferitelor enzime care poate servi la separearea lor. Punctele izoelectrice sunt de asemenea diferite, de exemplu al ureazei la pH 5,05 al catalazei la pH 5,58 al zaharazei la pH 8,25 etc.

Greutățile moleculare ale enzimelor sunt în general de aceeași ordine și mărime ca ale proteidelor. Ele variază între limite largi, de la 14 000 până la 500 000. Astfel de exemplu pentru citocromul c au fost găsite valori între 13 000 și 16 500, pentru papaină 21 000, fermentul galben 75 000-80 000, catalază amorfă 248 000 etc.

Pentru stabilirea greutăților moleculare se face de obicei uz de metodele folosite la proteide. De substanțe însoțitoare, cu greutate moleculară mică, enzimele se separă prin dializă sau ultrafiltrare.

5

3.1. Constituția enzimelor

Enzimele au o constituție chimică foarte complexă; ele conțin atât substanțe organice cât și substanțe minerale.

În 1897, Gabriel Bertrand a observat că unele enzime de oxidare sunt alcătuite din doi componenți: un component coloidal, proteic, termolabil, nedifuzabil prin membranele permeabile, și alt component metalic, difuzabil și termorezistent. Dacă se separă acești doi componenți prin osmoză, acțiunea enzimatică a fiecăruia este nulă, dacă cei doi componenți sunt împreună; acțiunea enzimatică este maximă, ceea ce arată că enzima respectivă acționează prin cei doi componenți care o alcătuiesc.

În 1905, Harden și Young au observat că zimaza extrasă din drojdie care determină fenomenul de fermentație alcoolică poate fi separată în două componente: un component coloidal, proteic, termolabil, nedifuzabil pe care l-a numit apozimază și o fracțiune cu greutate moleculară mică, termostabil, difuzabil, care a primit denumirea de coenzimă sau grupă prostetică.

Cercetări ulterioare au arătat că zimaza este un complex de enzime, fiecare alcătuită din apoenzimă de natură proteică și coenzimă de natură neproteică. Mai recent s-a dovedit că mușchii vertebratelor conțin același complex enzimatic ca și drojdia de bere. Metabolismul glucidic al vegetalelor și animalelor depinde de același sistem de apoenzime și coenzime.

Componentul proteic al unei enzime, apoenzima, împreună cu specificitatea enzimei, iar componentul neproteic este partea activă a enzimei și nespecifică (două enzime care au aceeași coenzimă, dar apoenzime diferite, acționează asupra unor substraturi diferite).

Componentul neproteic, coenzima, este partea activă a enzimei. Acest compoent poate fi un elemt mineral: Cu, Fe, care acționează în fenomene biologice de oxido-reducere, de exemplu respirația, sau substanțe organice. Multe coenzime conțin ca elemnt caracteristic una din vitaminele hidrosolubile ala grupului B. Astfel putem da câteva exemple:

-cocarboxilaza: pirofosfat de aneurină (vitamina B1)-coenzima de dehidrogenare: nucleoid cu nicotinamidă (vitamina pelagro-preventivă)-coenzima fermentului galben: nucleotid cu riboflavină (vitamina de creștere B2)

-coenzima A de acetilare conține acid pantotenic -coenzima de transaminare și decarboxilare a aminoacizilor fosfat de piridoxal (vitamina B6)

Apoenzima, componentul proteic, se găsește în cantități foarte mici în celula animală sau vegetală. Coenzima se găsește în cantități de până la 1000 de ori mai mari decât apoenzima.

Apoenzima, în cazul enzimelor cristaline, reacționează de 10 000 la 20 000 de ori pe minut cu coenzima ceea ce dovedește un consum foarte economic al proteinelor celulare. În schimb, foarte multe coenzime ușor solubile în toate lichidele organismului sunt continuu pierdute de organismul animal, mai ales vertebratele superioare. Acestea nu pot efectua sinteza elementului esențial al coenzimei, fiind din acest punct de vedere dependete de organisemele vegetale. Astfel, substanțe ca vitaminele: B1, B2, B6, PP, acidul pantotenic sunt indispensabile organismului animal și carența lor produce tulburări grave ale metabolismului.

Cu toate că procesele metabolice ale celulei vegetale sau animale sunt asemănătoare, încât se poate vorbi de metabolismul celular general, organismele animale depinde de cele vegetale, care le procură o serie de substanțe a căror lipsă le produce moartea.

6

3.2.Activitatea generală și specificitatea enzimelor.

Enzimele catalizează ca și catalizatorii neenzimatici, numai reacții chimice termodinamic posibile. Acțiunea lor se supune principial legilor generale ale catalizei studiate de chimie generală. Există însă numeroase și în unele privințe importante deosebiri între catalizatorii neenzimatici și enzime.

În majoritatea cazurilor reacțiile enzimatice decurg în absența enzimelor cu viteză atât de mică încât aceasta nu poate fi practic determinată. Se poate chiar afirma, că cel puțin unele enzime nu au numai proprietatea generală a catalizatorilor de a modifica viteza unei reacții chimice, ci și aceea de a declanșa reacții care au loc în absență de enzime. În cazul reacțiilor reversibile enzimele catalizează reacția în ambele sensuri. Catalizarea reacției într-un singur sens sau altul depinde de factori încă prea puțini cunoscuți. În cazul hidrolazelor s-a putut arăta că ele acționează în sensul hidrolizei atunci când se găsesc asociate cu proteide solubile, iar în direcția sintezei când sunt asociate cu proteide insolubile.

Reversibilitateea reacțiilor enzimatice a mai putut fi dovedită la numeroase alte sisteme în echilibru, ca de exemplu la următoarele:

7

Una dintre caracteristicile cele mai remarcabile ale enzimelor este înalta lor specificitate. Pe când majoritatea catalizatorilor anorganici activează un număr mare de reacții de același tip, cum ar fi de exemplu hidroliza esterilor, emidelor, glicozizilor, etc. de către ionii H+ și OH-, o anumită enzimă nu acționează decât asupra unui număr restrâns de substraturi, sau de mai multe ori asupra unui singur substrat, respectiv catalizează un grup restrâns de reacții sau numai o singura reacție. Specificitatea enzimelor este în unele cazuri deosebit de strictă. Se disting din acest punct de vedere specificități de natură și grad diferit.

Specificitatea numeroaselor enzime este foarte des întâlnită de natură stereochimică. Se cunosc astfel enzime care produc hidroliza ozidelor care conțin în moleculă α-glucoză, α-glucosidaze, dar care nu au nici o acțiune asupra β-glucosizilor care conțin în moleculă celălalt anomer al glucozei.

Specificitatea enzimelor depinde de natura celor doi componenți apoenzimă și coenzimă, cu toate că există enzime care au aceeași coenzimă, dar apoenzime diferite.

3.3. Condiții de acțiune ale enzimelor

Enzimele acționează asupra substratului respectiv numai în anumite condiții bine determinate fizice și chimice ale mediului. În mod special se poate considera influența pH-ului, a temperaturii, aunor săruri minerale.

Influența pH-uluiConcentrația de ioni de hidrogen a mediului în care acționează o enzimă exercită o influență

primordială asupra comportării acesteia. Fiecare enzimă nu poate acționa decât între anumite limite de pH, optimum de acțiune exercitându-se deseori la limite foarte strânse. Astfel, pepsina, enzimă proteolitică ce se găsește în stomacul omului și al animalelor. Atacă proteinele hidrolizându-le, numai în mediu puternic acid (pH= 1,6-1,8), tripsina, altă enzimă proteolitică secretată de pancreas acționează (după pepsină) asupra proteinelor mai simple, albumozele și peptonele, în mediul alcalin (pH=8-9). Zaharoza acționează în mediu slab acid, dar pH-ul optim variază nu numai cu natura enzimei, ci și cu proveniența ei: mamifere, insecte, drojdii. Sub un Ph minim peste un pH maxim, enzimele sunt inactive.

Influența temperaturiiProcesele enzimatice depinde strict de temperatură. Există pentru fiecare enzimă, începând de la

0oC, temperatură la care cataliza este practic nulă, un minimum termic la care enzima începe să acționeze, un optimum în jurul a 40-50oC la care activitatea enzimei este maximă și un maximum de 70oC peste care enzima nu mai poate acționa. Astfel, optimum de activitae pentru amilaze este de 55oC etc. pentru zaharoză 50oC etc. Temperaturi mai ridicate de 70oC produc o inactivare definitivă a majorității enzimelor. Unele totuși rezistă la o încălzire de 100oC sau chiar 150oC. Temperaturile joase par să nu le altereze prea mult.

Influența unor substanțe chimiceAcțiunea enzimelor depinde și de prezența unor substanțe chimice în mediul respectiv. Unele

substanțe activează enzimele și se numesc activatori, iar altele inhibă activitatea enzimelor și se numesc inhibitori.

8

4. Fermentațiile

Fermentațiile sunt procese exotermice, în care însă nu se eliberează toată energia conținută în moleculele degradate și adeseori cantitatea de substanțe transformate este foarte mare în comparație cu necesitățile agentului de fermentație.

S-a arătat la studiul catabolismului că degradarea substanțelor numite metaboliți poate avea loc în două procese: în respirație și fermentație. În celulele superioare vegetale se pot întâlni în condiții de anaerobioză alcoolică. În organismele animele, tot în condiții de anaerobioză, fermentația speficică fiind fermentația lactică.

4.1 Utilizarea enzimelor in panificatie

Procesele biochimice ce au loc în aluat.

Prin fermentare se întelege complexul de procese care au loc în aluatul de panificatie, în intervalul de timp cuprins între sfârsitul operatiei de framântare si începutul coacerii. Scopul tehnologic al acestei operatii este maturarea biochimica a aluatului format.

Glucide - se gasesc în aluatul framântat sub doua grupe de componente: glucide fermentescibile si amidon granular.

Desi, glucide fermentescibile se gasesc în cantitate mica (1 – 1,5 %), ele au o importanta deosebita în declansarea proceselor fermentative. Datorita cantitatii mici, ele sunt consumate în prima jumatate de ora a procesului.

Amidonul granular, prin interventia enzimelor amilolitice este transformat, partial, în maltoza si amidon granular corodat. Daca nu am avea acest amidon granular corodat, nu am avea miez, ci numai o solutie de maltoza. Amidonul granular corodat absoarbe apa si se transforma în miez. Glucidele, prin transformarile pe care le sufera, constituie principala sursa de carbon, necesara culturii de drojdii si bacterii.

Proteine - desi în cantitate mai mica, prin calitatea si cantitatea lor influenteaza direct prepararea tehnologica a aluatului, reteaua si volumul miezului. Glutenul atacat de enzime duce la formarea asa-numitului gluten modificat enzimatic, care are o structura cuaternara (cu legaturi disulfurice, ionice, de hidrogen, hidrofobe, Van der Waals). Unele ramuri periferice ale glutenului pot fi generatoare de surse de azot (aminoacizi periferici).

Lipide - se gasesc în cantitati extrem de mici, dar cu o importanta tehnologica foarte mare, datorita actiunii lor hidrofobe. Sub actiunea enzimelor specifice se transforma în acizi grasi (saturati sau nesaturati), glicerina si polioli. Poliolii, sunt de regula, hidrofili.

Fitina - apare ca sare a acidului fitic cu calciu si magneziu. Sub actiunea fitazei, fitina se transforma în fosfor fitinic (necesar, mai ales, culturii de drojdii) si inozitol (precursor al factorului de crestere – BIOS II).

Substante minerale - sunt necesare cresterii si dezvoltarii drojdiei.

Vitamine - desi sunt în cantitate mica, au un rol deosebit în mediul nutritiv.

9

Apa - necesara formarii aluatului, se recomanda a avea o duritate mai mare, astfel încât, prin sarurile de calciu si magneziu pe care le contine, sa determine întarirea scheletului glutenic si formarea legaturilor de hidrogen.

Sare - care se adauga sub forma de solutie, poate duce la modificarea sarcinilor electrice ale ionilor. Clorura de sodiu actioneaza asupra legaturilor ionice din reteaua scheletului glutenic.

Drojdie - obtinuta din melasa printr-un proces aerob, sufera un proces de adaptare, pentru declansarea, în aluat, a proceselor fermentative în mediu anaerob. Modificarea temperaturii între anumite limite poate influenta intensitatea reactiilor enzimatice, a proceselor microbiologice si a proprietatilor fizico-coloidale ale aluatului format. Domeniul optim de temperatura pentru tehnologia clasica de panificare este cuprins între 28…32°C (Bantea, 1998).

Enzimele sunt utilizate de foarte mult timp pentru transformarea glucidelor în procedee de fermentatie complexe. Exceptând transformarea glucozei în prezenta glucozoizomerazei si folosirea de ciclodextrin glucozil transferaza, enzimele utilizate pentru glucide sunt de tip hidrolitic. Reducerea dimensiunii macromoleculelor este principala transformare suferita. În fapt, progresele obtinute în enzimologie permit întelegerea si modelarea tuturor transformarilor biochimice.

Enzimele amilolitice sunt hidrolaze capabile sa degradeze legaturile glicozidice specifice amidonului si produselor sale de degradare pâna la stadiul de oligoglucide. Participa la numeroase procese biologice, cum ar fi maturarea si germinarea cerealelor, digestia substraturilor amidonoase de catre animale si de catre microorganisme. Ele sunt, pe de alta parte, apreciate în industrie unde aptitudinea lor de a depolimeriza amidonul este la baza transformarilor tehnologice importante cum ar fi prepararea siropului de glucoza sau în panificatie (Vasilescu, 1961).

Obiectivul panificatiei este transformarea fainii, la care se adauga, eventual, alte ingrediente (drojdie, sare, malt, lapte, grasimi) într-un aliment preparat si usor de conservat, prin operatii de fermentare alcoolica si de coacere. Fermentatia alcoolica este o etapa clara pentru a întelege rolul crucial al amilazelor (Godon, 1991).

În general, procesele biochimice sunt catalizate de enzime. Se apreciaza ca cele mai importante procese biochimice sunt amiloliza si proteoliza.

Amiloliza - este procesul de hidroliza a amidonului sub actiunea - si -amilazei. Procesul este deosebit de important în aluat, deoarece glucidele proprii ale fainii sunt insuficiente pentru a întretine procesul de fermentare pe toata durata procesului tehnologic de panificare. Pâinea obtinuta numai din fermentarea glucidelor proprii ale fainii are un volum redus, este densa si nedezvoltata. Maltoza provenita din hidroliza amidonului este principalul glucid fermentescibil care este fermentat si, deci, asigura volumul de gaze necesar în partea finala a procesului tehnologic. Din aceasta cauza, amidonul este considerat ca fiind principala sursa de glucide fermentescibile din aluat. Într-un proces normal de panificare se hidrolizeaza 6…12 % din amidon, în aluat (Dubois, 1996).

10

Amilazele permit producerea de glucoza si de maltoza, care apoi, sunt fermentate, o fermentare insuficienta determinând o crestere mai mica a pâinii. Procentajul scazut de glucide continute initial în faina (0,5 la 2 %) implica o hidroliza a amidonului în proportie de 1 – 2 %.

-amilaza (-1,4-glucan–maltohidrolaza, EC 3.2.1.2) se gaseste în cantitati egale în cerealele germinate si negerminate, iar activitatea acesteia provine de la trei izoenzime A, B si E; -amilaza (-1,4-glucan–4-glucanohidrolaza, EC 3.2.1.1) este prezenta în cantitati mici în grânele negerminate, dar creste considerabil la germinare.

Actiunea amilazelor în aluat este influentata de conditiile de mediu: gradul de hidratare al aluatului, temperatura si starea de degradare a granulelor de amidon (Dubois, 1995).

Coacerea aluatului determina cresterea progresiva a temperaturii în interior pâna la 100°C, având actiune dubla asupra activitatii enzimatice si starii fizice a amidonului. Totusi, la suprafata, temperatura va fi in jur de 250°C.

Se pot distinge trei zone de temperatura:

pâna la 50°C; - degradarea amidonului nativ este realizata, în principal, de -amilaze;

- deteriorarea granulelor de amidon în urma procesului de macinare, duce la actiunea

combinata a si -amilazei;

- fractiunea de amidon deteriorat reprezinta 5 – 10 % într-o faina normala si este degradata mult mai rapid.

între 50 si 70°C; - activitatea enzimelor si -amilaza, ale caror temperaturi optime de actiune sunt 60 – 66°C si, respectiv 48 – 51°C, este sensibil marita;

- începând de la 55°C, amidonul este progresiv gelatinizat, facilitând astfel, atacul enzimelor.

peste 75°C; - activitatea enzimatica descreste pâna dispare complet, datorita fenomenului de denaturare termica a enzimelor (80 si 70°C pentru si, respectiv -amilaza).

În timpul cresterii temperaturii, exista o perioada mai lunga sau mai scurta (in functie de modul de coacere) în care pot actiona enzimele.

Amilazele sunt active de la adaugarea apei în procesul de fabricare a aluatului. Numai -amilaza este capabila sa degradeze amidonul nativ, dar viteza acestui proces este destul de mica. Dar, la producerea fainii au loc mai multe operatii în cursul carora granulele de amidon sunt degradate; acestea reprezinta 5 – 10 % dintr-o faina normala si vor fi degradate mult mai repede cu participarea si -amilazei (Cheftel si altii, 1977).

Grânele sticloase duc la deteriorari ale granulelor mai mari decât grânele fainoase supuse la acelasi proces de macinare. -amilaza poate degrada semnificativ granula de amidon deteriorata (Giurca si altii, 1988).

11

Daca activitatea -amilazei este scazuta, cantitatea de granule de amidon deteriorate constituie un factor limitant. În aceste conditii, adaosul de -amilaza îmbunatateste conditiile de fermentatie ale aluatului. Productia de glucide fermentescibile depinde, deci, de cantitatea de enzime prezente si de starea de deteriorare a granulei de amidon.

Fermentatia aluatului si, mai ales, producerea de dioxid de carbon sunt legate de prezenta acestor glucide fermentescibile, având o viteza de transformare a maltozei mai lenta decât pentru glucoza. Dextrinele contribuie, de asemenea, la gustul caracteristic al miezului si la coloratia si aroma crustei prin reactii de caramelizare si reactii Maillard (Colonna si altii, 1992).

O activitate -amilazica excesiva are efecte importante asupra capacitatii de absorbtie a apei de catre aluat si asupra formarii miezului. O activitate excesiva determina o supraproductie de dextrine, care conduce la un miez colorat, cu pori mari, si o crusta foarte colorata (Pomeranz, 1987). Activitatea amilolitica prea mare se repercuteaza si asupra proprietatilor reologice ale aluatului.

Raportul dintre activitatea si -amilazei influenteaza calitatea pâinii; daca exista un exces de -amilaza în raport cu -amilaza, aceasta nu poate hidroliza toate dextrinele formate si acestea duc la formarea unui aluat lipicios. În situatia inversa, dextrinele hidrolizate determina o coloratie brun-roscata a cojii (Giurca si altii, 1972; Leloup si altii, 1991; Dubois, 1995).

Proteoliza - la fermentarea aluatului, rezistenta proteinelor la atacul enzimelor proteolitice scade, datorita modificarii potentialului de oxido-reducere din aluat, în sensul intensificarii proprietatilor reducatoare, ceea ce face ca proteoliza sa se accentueze. Procesul este important din punct de vedere tehnologic, deoarece conduce la modificarea însusirilor reologice ale aluatului, adica la micsorarea elasticitatii si la cresterea extensibilitatii aluatului.

Sunt prezente în faina doua tipuri de enzime proteolitice:

– proteinaze, care sunt endopeptidaze si dezvolta o degradare superficiala, care poate fi însotita, însa, de modificarea însusirilor reologice ale proteinelor si aluatului;

– exopeptidaze, care determina hidroliza lanturilor polipeptidice pâna la aminoacizi.Primul tip de degradare, realizata de proteinaze, afecteaza legaturile interne ale asociatiilor de

molecule, din cadrul structurii cuaternare. Are loc, în acest fel, o distrugere a gradului de complexare al glutenului, o înrautatire a însusirilor lui reologice. Aceasta degradare este cu atât mai puternica, cu cât gradul de asociere sau complexare al glutenului este mai mic, cu cât numarul si rezistenta legaturilor de asociere sunt mai mici.

Actiunea exopeptidazelor, care nu afecteaza, în general, insusirile reologice ale aluatului, este însotita de eliberarea de aminoacizi, care, pe masura ce se formeaza, sunt utilizati de catre drojdii.

Deci, actiunea exopeptidazelor este importanta pentru acizii formati, care constituie o sursa de azot pentru microflora aluatului si intervin în procesele de melanoidinizare, care conduc la colorarea cojii si formarea substantelor de aroma (Popineau si altii, 1991; Belitz si altii, 1993).

În unele cazuri, la fainurile slabe, se constata o formare insuficienta de azot aminic si atunci, un adaos de azot mineral stimuleaza activitatea fermentativa.

12

În concluzie, activitatea fermentativa a microflorei este dependenta de dinamica formarii azotului aminic, iar proprietatile fizice ale aluatului sunt influentate de prezenta microflorei, care modifica potentialul de oxido-reducere si introduce glutationul în sistem.

O parte din enzimele proteolitice sunt de tip tiol (au grupari –SH). Aceste enzime sunt active, când sunt în forma redusa si pot reactiona cu proteina usor atacabila (sub forma redusa), asa cum se poate vedea in figura de mai jos:

Mecanismul posibil de actiune al enzimelor proteolitice.

Daca proteina este sub forma oxidata, ea este greu atacabila, pentru ca nu poate forma complecsi cu enzima. În prezenta glutationului, însa, proteina ajunge la o forma usor atacabila:

Mecanismul de actiune al glutationului asupra proteinei oxidate.

De aceea, se considera ca glutationul si cisteina sunt activatori de peptidaze (ca, de altfel, si substantele reducatoare). Se stie ca enzimele proteolitice sunt concentrate în embrion (ca peptidaze) si în stratul aleuronic (atât peptidaze, cât si proteinaze) (Leloup si altii, 1991; Popineau si altii, 1991; Bantea, 1998).

13

4.2. Fermentația alcoolică

Fermentația alcoolicp este un fenomen specific regnului vegetal, se poate realiza în organismele vegetale superioare și poate fi produsă de microorganisme specifice drojdiile și unele mucegaiuri.

Fermentația alcoolică, specifică regnului vegetal, poate fi produsă de: drojdii Saccharomyces, mucegaiuri, vegetale superioare.

Fermentația alcoolică produsă de drojdii a fost studiată de Pasteur, care a constatat că în aerobioză drojdiile respiră și se dezolvtă normal, iar în anaerobioză ele produc fermentația alcoolică și nu se mai dezvoltă aproape deloc. În acest fenomen glucidele dispar și apar produși ca: alcool etilic, bioxid de carbon, glicerină, acid succinic, alcooli superiori, iar temperatura mediului crește.

Zaharoza fermentează după hidroliză prin acțiunea sucrazei (invertazei) din drojdii care o desfac în glucoză și fructoză. Maltoza fermentează după dedublare sub acțiunea maltazei în două molecule de glucoză.

14

Bibliografie

1. Cornel Bodea- Tratat de biochimie vegetală partea I Fitochimie, Editura Academiei Replubicii Populare Române, 1964

2. Elena Stancu-Chimie biologică, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1970 3. Enuţa Iorga, Gh. Campeanu- Utilizarea enzimelor in panificatie

15