WYKŁAD 4

Białka żywności i peptydy

Białko – polimery zbudowane z łańcuchów (jednego lub więcej) aminokwasów, połączonych
ze sobą wiązanie peptydowym.



Dolna granica pomiędzy białkami a polipeptydami ustalona jest umownie – 100
aminokwasów masy cząsteczkowej białek wynoszą od 10 do kilku milionów kDa



Niektóre białka zawierają inne dodatkowe komponenty (cukry, tłuszcz, nukleotydy,
atomy metali, inne związki organiczne) są to tzw. białka złożone

Aminokwasy – element budulcowy białek



W białkach występuje do 20 różnych aminokwasów o konfiguracji (19 – α –
aminokwasów i iminokwasów – proliny).



Arginina, histydyna, fenyloalanina, prolina, tryptofan, tyrozyna.

Struktura peptydów i białek

Łańcuch aminokwasów:



H-10 –aligo



10-100 – polip



> 10 – białko

 Struktura pierwszorzędowa – sekwencja aminokwasów w łańcuchu peptydowym.
 Odmienna ilość i kolejność ułożenia aminokwasów w liniowych łańcuchach

polimerowych – różnorodność trójwymiarowych struktur.

 Polimer 100 – aminokwasy
 Możliwe są 20

100

różnych sekwencji

Sekwencja środowiskowa Struktura

Sekwencje aminokwasów białka determinują jego strukturę przestrzenną.

Funkcje białek:

1) Ochronna
2) Hormony
3) Strukturalne
4) Ruchowe
5) Enzymy
6) Transportowe

Białka w żywności:

1) Własności żywieniowe (źródło aminokwasów, biologicznie aktywnych peptydów,

alergenów).

2) Własności funkcjonalne (cechy technologiczne).

Źródła białka:

1. Surowce wysokobiałkowe (nasiona roślin strączkowych, mleko, ryby, białka jajek).
2. Surowce niekonwencjonalne (liście i niejadalne części roślin np. motylkowate,

organizmy jednokomórkowe – bakterie, drożdże, glony, niejadalne produkty
poubojowe – krew, skóry, skrawki, odpady)

MODYFIKACJE BIAŁEK: ENZYMATYCZNE

1) Kierunkowy atak na określone wiązania peptydowe – łatwość kontrolowania

reakcji i minimalna ilość produktów ubocznych.

2) Możliwość zastosowania znacznie łagodniejszych warunków niż w

modyfikacjach chemicznych – nie powoduje rozkładu aminokwasów.

Kierunki enzymatycznej modyfikacji białek

Redukcja alergenów

Modyfikacja

właściwości

funkcjonalnych

Wydzielenie

lub

usuwanie frakcji

Hydrolizaty

Biotiny

Plasteiny

Odgoryczanie

Modyfikacje enzymatyczne:



Hydroliza (łagodna i pełna)



Reakcje sieciowania katalizowane transglutaminazą



Plasteinowanie (produkt o strukturze żelu) – hydroliza + przyłączenie reszty
konkretnych aminokwasów.

Stopień enzymatycznej hydrolizy białka (DH) procentowo definiuje się jako stan
uwolnionego azotu aminowego azotu ogólnego zawartego w hydrolizie.

Aby oznaczyć produkt hydrolizy wykorzystuje się metody pośrednie (np. pomiary pH) i
bezpośrednie (np. przyrost ilości azotu niebiałkowego rozpuszczalnego w 5-10% w kwasie
trichlorooctowym.

Rodzaj enzymu



Endoproteazy



Endopeptydazy + endoproteazy

Hydroliza łagodna (limitowana) – polega na rozszczepieniu pojedynczych (niewielkich
ilości) wiązań peptydowych głównie na powierzchni cząsteczki białka.



Inkubacja mieszaniny w temperaturze niższej od optymalnej (<15-30°C) dla danego
enzymu przez stosunkowo krótki czas (5-30 minut)



Niskie stężenie hydrolizy – od kilku do kilkunastu procent



Stosowanymi enzymami są endopeptydazy – np.

 podpuszczka rozszczepia wiązania peptydowe w k-kazeinie (pomiędzy Phe

105 i Met 106) w wyniku czego kazeina ulega przekształceniu w skrzep

 Trypsyna i chymotrypsyna o dobrze znanej specyfikacji
 Proteazy - papaina, bromelina, ficyna, termolizyna oraz niektóre preparaty

proteolityczne pochodzenia bakteryjnego.



Częściowa hydroliza białek:

 Zmniejszenie masy cząsteczkowej
 Wzrost dostępności aminokwasów (zmiana równowagi hydrofobowo-

hydrofilowej).

 Zmiana własności funkcjonalnych (np. wzrost rozpuszczalności).

Własności funkcjonalne białek – to specyficzne własności, dzięki którym w produktach
żywnościowych poddanych obróbce przy optymalnych parametrach wytworzą się pożądane
cechy sensoryczne – określające wygląd zewnętrzny, tekturę, soczystość oraz barwę żywności

Właściwości funkcjonalne białek – wynikają z oddziaływań z innymi składnikami
żywności:

1) Wodą
2) Innymi białkami
3) Jonami
4) Lipidami
5) Sacharydami

Właściwości funkcjonalne



Rozpuszczalność



Wiązanie wody



Lepkość



Żelowanie



Emulsyjność



Pianotwórczość

Produkty



Napoje



Mięso, wędliny i chleb



Zupy, sosy



Mięso galarety sery



Wędliny zupy ciasta



Kremy, desery biszkopty

Enzymatyczne modyfikacje własności funkcjonalnych



Funkcjonalne właściwości hydrolizatów białek determinuje specyficzność enzymów i
zakres proteolizy (np. dla białek izolatów sojowych optymalna zdolność emulgująca
przy DH ~ 5%)



Czynnikiem krytycznym jest minimalna masa cząsteczkowa uwalnianych peptydów
2 kDa lub 5 kDa (dla białek serwatkowych).

Hydroliza:

1) Poprawienie rozpuszczalności
2) Obniżenie lepkości
3) Poprawa własności powierzchniowych przy umiarkowanej hydrolizie, szcegulnie

białek o upakowanej strukturze (wzrost dostępności aminokwasów hydrofobowych)

4) Pogorszenie właściwości powierzchniowych przy przedłużonej hydrolizie

Poprawa rozpuszczalności:



Częściowe zhydrolizowanie, nierozpuszczalność lub trudna rozpuszczalność białek na
mniejsze fragmenty mające zdolność rozpuszczania się w roztworach wodnych.



Usuwanie hydrofobowych resztek aminokwasów polipeptydowych białkowych



Dołączanie hydrofilowych aminokwasów do łańcucha polipeptydowego



Hydroliza naturalnych osłon pochodzenia białkowego utrudniającego wnikanie
rozpuszczalników do głębiej położonych zespołów białek, np. skarkolemma
otaczająca włókna mięśni



Rozszczepienie naturalnych połączeń białka z innymi składnikami żywności czy
wtórnych biopolimerów powstałych w wyniku interakcji między białkami lub z
innymi substancjami

Hydrofobowość powierzchniowa – właściwość ta wynika z niepolarnych reszt
aminokwasów rozmieszczonych na powierzchni cząsteczki.

Hydrofobowość ogólna białka jest sumą hydrofobowości wszystkich zawartych w nim
aminokwasów – wywiera ona znaczny wpływ na konformację białek.

Hydrofobowość aminokwasów

Aminokwasy niepolarne:



Alifatyczne (Leu, Ile, Val, Ale, Gly )



Aromatyczne (Phe, Tyr, Trp) aminokwasy o niewielkiej polarności związanej z

występowaniem grup niedysocjujących

 OH (Ser, Thr)
 SH (Cys, Met)

Aminokwasy polarne:



Kwaśne (Asp, Glu)



Zasadowe (Lys, Arg, His)



Obojętny (Asn, Gln)

Zastosowanie procesu hydrolizy enzymatycznej:



W serowarstwie



W produkcji tradycyjnych przetworów sojowych



W browarnictwie – odpowiednia klarowność, pienistość smak piwa



W celu uzyskania pulchności pieczywa



Przyspieszenie dojrzewania mięs (głównie wołowego)



Modyfikacja funkcjonalnych właściwości izolatów białkowych

Hydroliza pełna – degradacja białek możliwie małych fragmentów, głównie aminokwasów i
oligopeptydów



W optymalnych dla danego enzymu wartości inkubacji



Stosowana do otrzymania preparatów aminokwasowych, hydrolizatów białkowych np.
hydrolizaty o ściśle zdefiniowanym profilu peptydowym stosowane w produkcjach
dietetycznych

Hydrolizat – mieszaniny składająca się głównie z poli- i oligopeptydów oraz wolnych
aminokwasów otrzymywane w wyniku hydrolizy enzymatycznej, kwasowej, zasadowej
białek.

Metody otrzymywania hydrolizatów:

Hydroliza enzymatyczna – enzymy proteolityczne hydrolizują wiązania łańcuchowe
peptydowego białka umożliwiając zachowanie wartości biologicznej.
Konieczność stosowania hydrolizy kontrolowanej przy optymalnych parametrach procesu
(czas, temperatura, pH, stosunek E-S)

Autoliza

Hydroliza białek może być prowadzona w systemie:

1) Jednoetapowym – przebieg w sposób ciągły z zastosowaniem preparatów

zawierających mieszaninę endopeptydaz i egzopeptydaz, które daje znacznie wyższy
stopień hydrolizy niż typowe endoprotezy, bez pojawienia się goryczki w
hydrolizatach (powstawanie dużej ilości hydrofobowych peptydów o gorzkim smaku)

 Przyjmuje się, że goryczka w hydrolizatach białkowych pojawia się już przy

DH powyżej 10% (ale np. hydrolizat z kazeiny wykazuje goryczkę przy ok.
1% DH)

2) Dwuetapowy – stosowane są różne enzymy –

 Najczęściej endoprotezy w pierwszym etapie i egzopeptydazy w drugim (co

pozwala otrzymać hydrolizaty białka prawie całkowicie pozbawione goryczki)

 Lub różne pH początkowe w poszczególnych etapach przy tym samym

enzymie

Hydroliza enzymatyczne (odżyw.)

Surowce białkowe

Enzymy – egzo- i endopeptydazy

HYDROLIZA

Inaktywacja enzymatyczne

Ultrafiltracja

Dodatkowe modyfikacje pohydrolityczne

Suszenie

MODYFIKACJE BIAŁEK: CHEMICZNE

1) Hydroliza kwasowa

 Wady: rozpad tryptofanu, tyrozyny, cysteiny, powstawanie związków

złożonych (huminy)

 Zastosowanie: głownie jako komponenty pożywek mikrobiologicznych, w

przemyśle kosmetycznym

2) Hydroliza alkaliczna:

 Wady: rozkład aminokwasów siarkowych: seryna, treonina, racemizacja

aminokwasów z formy L na D oraz utworzenie związków toksycznych, np.
lizynoalaniny

 Zastosowanie: głównie jako komponent pożywek mikrobiologicznych

Hydrolizaty przyprawowe

 Otrzymuje się je głównie z mąki z nasior roślin strączkowych (soja), kazeiny, albumin

mleka, glutenu

 W wyniku hydrolizy kwasowej w temperaturze około 110

o

C w roztworze kwasu

solnego lub siarkowego

 Dalsza obróbka, dojrzewanie
 Reakcje z sacharydami – preparaty o aromacie gotowanego, pieczonego mięsa

Mogą zawierać chlorowcopochodne lipidów i steroli, w tym rakotwórcze
(3-monochloropropen-1,2-diol, czyli 3-MCPD)

Najwyższy dopuszczalny poziom 3-MCPD (Rozporządzenie WE): hydrolizowane białka
roślinne, sos sojowy – 20 µg/kg)

Modyfikacja enzymatyczne

 Wytwarzanie sieciujących wiązań międzycząsteczkowych

Np. transglutaminaza katalizuje reakcję pomiędzy grupą amidową Gln a grupami
aminowymi Lys lub N-końcowym łańcuchami polipeptydowymi:

R-CONH

2

+ H

2

N-R  R-CONHR + NH

3

 Teksturowanie białek, poprawa wartości odżywczej białek bogatych w Lys (ochrona

podczas obróbki)

 Transglutaminazę stosuje się do wspomagania żelowania białek w farszach

wędliniarskich, wiązania kawałków mięsa

Zastosowanie transglutaminazy

Jogurty
Świeże serki
Sery świeże i dojrzewające
Lody

Wzrost tworzenia żelu, spadek synerezy
Wzrost wydajności, spadek synerezy
Wzrost zdolności wiązania wody

Wpływ modyfikacji enzymatycznej na właściwości funkcjonalne białek:

Wiązanie sieciujące:

 Wzrost lepkości
 Spadek rozpuszczalności (przy daleko posuniętym sieciowaniu)
 Silne sieciowanie – tworzenie żelu w temperaturze pokojowej (często o innych

właściwościach reologicznych – żel miękki)

 Umiarkowane sieciowanie – spadek zdolności sieciowania (utrudnienie powstawania

naturalnych połączeń międzycząsteczkowych)

Modyfikacje enzymatyczne

Reakcje plasteinowania – enzymatyczne przyłączenie pożądanych aminokwasów do
peptydów hydrolizatu poprzez utwardzanie wiązań peptydowych podczas kilkudniowej
inkubacji. Stężanie hydrolizatu białka z estrami etylowymi wybranych aminokwasów w
obecności odpowiedniej endopeptydazy (przy pH innym niż optymalne dla reakcji hydrolizy)

Reakcja plasteinowania:

 Wbudowanie aminokwasów egzogennych w białka i peptydy
 Usuwanie niepożądanych aminokwasów przy stosowaniu specjalnej diety np.

fenyloalaniny w przypadku fenyloketonurii

 Usuwanie niepoządanych związków zapachowych z surowcow białkowych
 Teksturowanie i strukturowanie mechaicznie odkostnionego mięsa
 Otrzymywanie bioaktywnych peptydów
 Usuwanie gorzkiego smaku z koncentratów białkowych

Białko natywne

Hydrolizat

Endopeptydaza A

Zagęszczanie

Koncentrat oligopeptydów

(30-40%)

Ewentualna zmiana pH
Endopeptydaza B

Plasteina nierozpuszczalna

Etap hydrolizy

Etap resyntezy

Problem gorzkiego smaku hydrolizatów:

 Spowodowany obecnością krótkich i średnich peptydów zawierajacych hydrofobowe

reszty aminokwasowe w pozycji C-końcowej łańcuchów peptydowych, zazwyczaj
stanowią 5 – 10% suchej masy hydrolizatu

 Gorzkie aminokwasy wolne – aminokwasy hydrofobowe (z wyjątkiem alaniny i

proliny) oraz dwa aminokwasy zasadowe – histydyna i arginina,

 Wyczuwalność gorzkiego smaku w aminokwasach hydrofobowych jest znacznie

słabsza nię z odpowiadających im oligopeptydach

Usuwanie gorzkiego smaku hydrolizatów:

 Poprzez hydrolizę gorzkich peptydów (aminopeptydazami alkalicznymi lub

obojętnymi peptydazami, karbopeptydazami – najczęściej bakterii i grzybów)

 Poprzez resyntezę peptydów za pomocą peptydaz w reakcji plasteinowania

Modyfikacje enzymatyczne:

 Biofilmy (powłoki jadalne)
 Tworzenie usieciowionej struktury białek serwatkowych (α-la, β-lg lub ich mieszaniny

w proporcji masowej 1:1) w 3-5% roztworze z wytworzeniem wewnątrz- i
międzycząsteczkowych poprzecznych wiązań katalizowane transglutaminazę –
umożliwia otrzymywanie żeli, które po dehydratacji mogą być stosowane jako jadalne
osłonki produktów żywnościowych.

Osłonki są oporne na rozpuszczanie w środowisku o pH 3-8 i na ogrzewanie (w temperaturze
100

o

C przez 10 min po 24h i inkubacji)

Powłoki białek serwatkowych:

 Utrudniają migrację wilgoci do produktu (zapobiegają utracie chrupkości przez

chrupki, wafle)

 Zapobiegają uwalnianiu się substancji smakowych i zapachowych z produktu do

otoczenia, co może znaleźć zastosowanie przy przechowywaniu owoców i warzyw, do
pakowania wędlin i mięsa

Preparaty białek sojowych:

 Dzięki właściwościom żelującym wykorzystywane są jako składniki powłok

jadalnych (o małej przepuszczalności pary wodnej i tlenu) na świeże owoce,
warzywa, gdzie zapewniają im połysk i jędrność, pełnią funkcję naturalnych wosków
roślinnych, które chronią tkanki przed niepożądanymi czynnikami środowiska,
chorobotwórczymi drobnoustrojami, a także ograniczają utratę wody.

 Na innych produktach spożywczych pełnią rolę nośników przypraw, barwników i

dodatków – chrponią przed utratą aromatów.

Modyfikacje fizyczne – polegają na dostosowaniu warunków uzyskiwania preparatów białek
w celu poprawy jego czystości (izolacja i frakcjonowanie) lub właściwości jego
komponentów.

 Zastosowanie odpowiedniego pH przy frakcjonowaniu białek serwatkowych w celu

uzyskania praparatów wzbogaconych w poszczególne frakcje (selektywne wytrącanie)

 Zastosowanie odpowiedniego pH roztworu podczas uzyskiwania preparatu białek w

celu wymuszenia przekształceń konformacyjnych korzystnych dla jego właściwości
powierzchniowych

 Ogrzewanie białek w celu częściowej denaturacji i wzrost dostępności aminokwasów

(rozfałdowanie cząsteczek)

Denaturacja białek:

Zniszczenie struktury wyższego rzędu połączone z rozwinięciem łańcucha polipeptydowego i
utratą biologicznej aktywności (np. enzymatycznej).