VÝSKYT, SLOŽENÍ A ZMĚNY BÍLKOVIN V POTRAVINÁCH ŽIVOČIŠNÉHO A ROSTLINNÉHO PŮVODU

Transkript

1 CHEMIE POTRAVIN - cvičení VÝSKYT, SLOŽENÍ A ZMĚNY BÍLKOVIN V POTRAVINÁCH ŽIVOČIŠNÉHO A ROSTLINNÉHO PŮVODU Ústav chemie a analýzy potravin, VŠCHT Praha

2 MASO, MASNÉ VÝROBKY, DRŮBĚŽ, RYBY Svaly savců obsahují průměrně 20% bílkovin Myofibrilární především myosin (29%) a aktin (13%) Sarkoplasmatické - především různé enzymy (asi 24,5%), myoglobin (asi 1,1%) a hemoglobin s ostatními extracelulárními proteiny (asi 3,3%) Pojivové strukturní - zastoupeny především kolagenem (5,2%), keratinem, elastinem (0,3%) a mitochondriálními proteiny (asi 5%)

3 MYOFIBRILÁRNÍ PROTEINY základní strukturní jednotka kosterních svalů: SVALOVÉ VLÁKNO =svalová buňka obsahující jader + buněčné organely sarkolema (cytoplasmatická membrána), sarkoplasma (cytosol, masová šťáva) SVALOVÁ BUŇKA MYOFIBRILY (kontraktilní elementy) (1) Nervové vlákno (2) Připojení na sval (3) Svalové vlákno (4) Myofibrily SARKOMER (strukturní jednotka myofibrily) 2 TYPY MIKROFILAMENTŮ MYOSIN AKTIN TROPONIN,TROPOMYOSIN (REGUL. FCE)

4 Myofibrila kontraktivní elementa + sarcoplasmatic proteins (enzymes, myoglobin, hemoglobin)

5 ACTIN M-linie MYOSIN

6 SVALOVÁ AKTIVITA MYOSIN AKTIN SARKOMER UVOLNĚNÉHO SVALU SARKOMER PŘI SVALOVÉ KONTRAKCI KONTRAKCE SVALU uvolnění Ca 2+ iontů ze sarkoplasmatického retikula (v důsledku nervového impulsu) vazba Ca 2+ iontů na troponin konformační změna tropomyosinu a následne i aktinu reakce aktinu s myosinem vznik aktinomyosinu a zkrácení sarkomeru

7 SVALOVÁ AKTIVITA MYOSIN AKTIN SARKOMER PŘI SVALOVÉ KONTRAKCI RELAXACE SVALU reakce aktinomyosinu s ATP za vzniku aktinu a ATP-myosin komplexu následná hydrolýza ATP-myosin komplexu myosin + ADP + PO 4 3- Bežná svalová práce: zisk ATP aerobně z (metabolismus cukrů a tuků oxidace Glu na pyrohroznová kyselina a ATP). Svalová práce při velké námaze: zisk ATP anaerobně (glykolýza mléčná kyselina ATP)

8 POSTMORTÁLNÍ ZMĚNY MASA post mortem ve svalech živočichů probíhá mnoho biochemických, strukturních a funkčních změn, které mají vliv na kvalitu masa po dobu aktivity glykolických enzymů probíhá pouze anaerobní glykolýza (za vzniku ATP) vzniká mléčná kyselina dochází ke snižování ph z 6,8 na ph < 5,8 denaturace enzymů stále jsou uvolňovány Ca 2+ ionty indukující tvorbu A-M komplexu, není však k dispozici ATP k jeho rozkladu RIGOR MORTIS ve stavu RM nelze maso tepelně opracovat, nemá žádoucí organoleptické vlastnosti RM odezní po 2-3 dnech působení proteas a kolagenas

9 VADY MASA PSE (Pale-Soft-Exudative): maso světlé, měkké a vodnaté. V důsledku rychlejší a rozsáhlejší glykolýzy, resp. tvorby mléčné kyseliny má maso nižší ph než maso normální. Denaturace proteinů světlá barva, snížená schopnost vázat vodu. Maso není konzumovatelné, převážně u prasat, souvisí s geneticky danou náchylností prasat na stres DFD (Dark-Firm-Dry): maso tmavé, tuhé a suché. V důsledku ztráty mléčné kyseliny vykrvením nebo u zvířat vyčerpaných před porážkou (spotřebují veškeré zásoby glykogenu) má maso vyšší ph vysoká schopnost vázat vodu, tmavá barva a malá údržnost. Běžně u skotu, je konzumovatelné

10 DŮSLEDKY TEPELNÉHO OPRACOVÁNÍ TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ MASA

11 SARKOPLASMATICKÉ PROTEINY MYOGLOBIN Globin bílkovinný řetězec Prostetická skupina Barvivo svalové tkáně, přenašeč O2 ve svalu HEMOGLOBIN Barvivo červených krvinek, přenašeč O2 z plic do tkání

12 Přenos kyslíku z plic do tkání a odvod CO2 z tkání do plic. Fe2+ ionty hemu reverzibilně váží molekulu kyslíku (tzv. oxygenace hemoglobinu). Schopnost navázání O2 a ztráta CO2 na železnatém ionu je úměrný parciálnímu tlaku dýchacích plynů - v plicích má kyslík vyšší parciální tlak než oxid uhličitý ve tkáních je tomu naopak. Oxygenace hemoglobinu spojena se změnou barvy krve: deoxyhemoglobin je tmavě červený, oxyhemoglobin světle červený Globin bílkovinný řetězec Prostetická skupina HEMOGLOBIN

13 STRUKTURNÍ PROTEINY ochranná a podpůrná funkce, malá nebo žádná biologická hodnota KOLAGEN obsaženy téměř ve všech pojivových tkáních (kůže, chrupavky, kosti) kolagenní vlákna tvořena vlákny TROPOKOLAGENU (3 vzájemně stočené šroubovice) vysoký obsah Gly (~30%), Pro (~12%), přítomnost hydroxyprolinu 3 ŠROUBOVICE TROPOKOLAGENU KOLAGENOVÁ VLÁKNA

14 KOLAGEN kolagen je nerozpustný ve studené vodě, v roztocích solí a zředěných kyselinách a zásadách zkracování (smršťování) molekuly v důsledku zahřívání (45-65 C) při t > 90 C: porušení struktury vazeb mezi molekulami tropokolagenů, uvolnění kolagenových vláken sol rozpustné želatiny po ochlazení - vznik gelu = želatiny (váže značné množství vody) potravinářská želatina kolagen kostí a kůží extrahován vodou po částečné alkalické / zásadité hydrolýze ochlazení SOL GEL

15 ELASTIN obsažen ve šlachách, stěnách cév a blanách pojivových tkání síťová pružná struktura tvořené příčně provázanými vlákny TROPOELASTINU (je tvořen jedním polypeptidovým řetězcem)

16 KERATIN obsažen v epitelu - srst, peří, rohy, kopyta vlasový keratin potravinářský keratin používán ve směsi s jinými surovinami k výrobě bílkovinných hydrolyzátů (kyselou hydrolýzou) alkalickou hydrolýzou se z keratinu vyrábí lepidlo Fluorescenčně obarvená intermediární filementa z keratinu

17 VLASOVÝ KERATIN Základ proteinový α-helix Růst vlasu každou sekundu se vytvoří 9,5 otáčky α-helixu 11 portofibril tvoří mikrofibrilu Stovky mikrofibril tvoří makrofibrily

18 VLASOVÝ KERATIN SH HS SH HS SH HS SH HS SH HS SH HS

19 MLÉKO A MLÉČNÉ VÝROBKY

20 MLÉKO A MLÉČNÉ VÝROBKY Syrovátka - mléčné sérum - tekutina, která zbyde po sražení kasseinu (vznik tvarohu) Sušená syrovátka vit. sk. B, C a E, ML (Mg, P, Ca, K, Na, Zn), laktózu,

21 KASEINY αs-, ß-, γ- kasein obsahují fosfátovou skupinu (fosfoserin) κ-kasein obsahuje oligosacharid (přes threonin) typicky (při běžných teplotách, > 5 C) se nevyskytují ve formě monomerů tvorba micel molekuly kaseinu submicely micely SUBMICELA KASEINU NEPOLÁRNÍ ČÁST MOLEKULY (nepolární postranní řetězce) POLÁRNÍ ČÁST MOLEKULY (fosfoserinové zbytky, threoninové zbytky s oligosacharidy Polární části molekul interagují s mol. vody a Ca 2+ Submicely se spojují do micel přímo prostřednictvím fosfátových skupin α s - a ß-kaseinu a Ca 2+ iontů nebo nepřímo pomocí volných fosfátů a citrátů

22 KASEINY Micela mléka molekul kaseinů Nevazebná oblast s molekulami κ-kaseinu Submicely se spojují do micel přímo prostřednictvím fosfátových skupin α s - a ß-kaseinu a Ca 2+ iontů nebo nepřímo pomocí volných fosfátů a citrátů

23 ALBUMINY A GLOBULINY (proteiny syrovátky) Hlavními bílkovinami syrovátky jsou beta-laktoglobulin (asi 50%) a alfa-laktalbumin - optimální složení aminokyselin plnohodnotné bílkoviny Minoritní laktoferrin transport Fe (účinek antioxidační, imunomodulační, bakteriotoxický, antivirový, atd.) Vysokomolekulární globulární glykoproteiny účinnost protilátek (během imunitní odpovědi organismu syntetizovány B- lymfocyty) imunoglobulin

24 DŮSLEDKY TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ MLÉKA

25 SRÁŽENÍ A PROTEOLÝZA KASEINŮ normální hodnota ph v mléku 6,50 6,75 při snížení ph (na ~ 4,6) precipitace kaseinů tvaroh zbývá syrovátka (sérum) ke snížení ph dochází v průběhu skladování mléka, činností mikroorganismů výroba jogurtů a tvarohových sýrů částečné srážení kaseinů charakteristická gelová struktura Streptococcus thermophillus, Lactobacillus bulgaricus

26 SRÁŽENÍ A PROTEOLÝZA KASEINŮ výroba tvrdých sýrů typu Cheddar, Emmental, aj. okyselení mléka na ph zhruba 5,5 (Streptococcus, Lactobacillus) + přídavek protolytického enzymu rennin (chymosin/sýřidlo) SPECIFICKÉ ŠTĚPENÍ κ-kaseinu

27 SRÁŽENÍ A PROTEOLÝZA KASEINŮ vznik silných vazeb mezi micelami za účasti Ca 2+ sýřenina sýřenina po několika hodinách získává tuhost, zvyšuje se její kyselost, nasoluje se zrání účinkem mikroorganismů a enzymu renninu dochází k částečné proteolýze a lipolýze mléčného tuku - nutné pro vznik charakteristické textury, chutě a vůně SÝŘENINA

28 PROTEINY VEJCE vejce obsahují značné množství proteinů (cca 13% jedlého podílu) proteiny s vysokou nutriční hodnotou celkové množství proteinů: bílek 53%, žloutek 47% Obsah živin ve slepičích vejcích:

29 Složení proteinů žloutku a bílku

30 Vlastnosti proteinů vejce PROTEINY BÍLKU Při skladování vzniká z ovoalbuminu A ovoalbumin S (reakce thiolových a disulfidových skupin) Ovoglobuliny G2 a G3: stabilita šlehaného bílku Ovotransferrin: váže Fe, antimikrobní účinky Ovomukoid a ovomucin: dávají gelovou konzistenci bílku PROTEINY ŽLOUTKU žloutek: emulze tuku ve vodě 1/3 sušiny žloutku = bílkoviny, 2/3 lipidy Proteiny granulí tuku: lipovitellin a fosvitin Proteiny plasmy: lipovitellenin a livetin

31 ZMĚNY PŘI SKLADOVÁNÍ A ZPRACOVÁNÍ Dlouhodobé skladování surových vajec: závady vůně a chuti (sirné a dusíkaté sloučeniny) Šlehání: mechanická denaturace bílkovin stabilita pěny dána denaturovanými bílkovinami na fázovém rozhraní se vzduchem Tepelné zpracování: denaturace při 57 C, v rozmezí C denaturace většiny bílkovin Mrazírenské skladování: roste viskozita, funkční vlastnosti nezměněny

32 POTRAVINY ROSTLINNÉHO PŮVODU Hlavní část bílkoviny obsahují semena rostlin Velké množství asparagové a glutamové kyseliny Nízká výživová hodnota, nedostatkové esenciální AMK (limitující aminokyseliny) CEREÁLIE A PSEUDOCEREÁLIE:

33 PROTEINY PŠENICE a dalších cereálií Obsah proteinů: 7 13% Z toho 20% bílkoviny rozpustné ve vodě - enzymy (proteasy, lipasy, α-,β- amylasy, aj. enzymy), 80% tvoří prolaminy a gluteliny. PROLAMINY (gliadiny): obsahují velké množství Gln,Pro,Asp,Glu GLUTELINY (GLUTENIN): polypeptidové řetězce spojené disulfidovými vazbami Lepek - gluten Celiakie bezlepková dieta tvorbu protilátek vyvolávají sekvence prolaminů gliadinu (pšenice), hordeinu (ječmen) a sekalinu (žito)

34 TVORBA TĚSTA: voda + mouka, elasticita a tuhost (zadržení CO 2 tvořeného kvasinkami) díky struktuře gliadinů a glutelinů = viskozní, tuhá, elastická hmota LEPEK (gluten)

35 LUŠTĚNINY, OLEJNINY Obsah proteinů v luštěninách: % Nedostatkové sirné AMK Proteiny většinou globuliny: legumin a vicilin Sójové boby (až 80% bílkovin): hlavní globulin GLYCININ Obsah proteinů v olejninách: % řepka, slunečnice, sója, arašídy, mandle, ořechy Změny při skladování denaturace bílkovin, doba skladování, aktivita vody, teplota pečení, extruze výrobků, Maillardova reakce