Prof. Dr Midhat Jašić

Tehnološki fakultet, Tuzla
Tel.: +387 61 721060; +387 35 320745
E-mail: jasic_midhat@yahoo.com
E-mail: midhat.jasic@untz.ba
.

.
Prema porijklu u hrani se mogu naći dvije osnovne grupe enzima. To mogu biti autohtoni enzimi u stanicama biljnog ili animalnog tkiva i mikrobni enzimi koji nastaju kontaktom vanjskih mikroba sa hranom.

U nutritivnom pogledu zbog kvantitativno malog sadržaja u hrani enzimi ne predstavljaju važnu komponentu. Kao i drugi proteini oni ne prolaze kroz mukoznu membranu crijevnog sistema bez prethodne razgradnje. Ipak u biološkim sistemima kao što je hrana kao i u procesima prerade hrane enzimi imaju izuzetno značajnu ulogu.

Enzimi su po svom sastavu ili čisti proteini ili sadrže proteinski udio. Neki enzimi su jednostavni proteini izgrađeni samo od aminokiselinskih ostataka. Primjer su digestivni enzimi: tripsin, himotripsin i elastaza. Drugi enzimi predstavljaju složene proteine (proteid-enzime) koji pored aminokiselinskih ostataka sadrže i neaminokiselinske kofaktore. Tada se kompletan aktivan enzim naziva holoenzim, a sastavljen je od proteinskog dijela i kofaktora. Proteinska komponente se još naziva noseća supstanca ili apoenzim. Te dvije komponente same za sebe su nedjelotvorne. Tek kada se udruže (holoenzim) postaju djelotvorne i mogu obavljati svoju funkciju.

HOLOENZIM = APOENZIM + KOFAKTOR

Za katalitičku aktivnost enzima nije neophodan cjelokupni peptidni lanac. Regija u molekulu enzima koja neposredno učestvuje u vezivanju supstrata naziva se aktivni centar. Sastavljen je iz malog broja funkcionalnih grupa, a ukoliko se radi o proteid-enzimu, u sastav aktivnog centra ulazi i kofaktor (koenzim, metalni jon). Osnovna je karakteristika aktivnog centra da hemijske grupe koje ga izgrađuju pripadaju veoma udaljenim aminokiselinskim ostacima, ali su one približene zahvaljujući sekundarnoj i tercijarnoj strukturi enzima.

Enzimi se nalaze u svim živim organizmima i utiču na ukupnu dinamičku biološku ravnotežu. Biohemijske pretvorbe su moguće samo zbog djelovanja određenog enzima na tačno odredjene supstrate. Pri tome supstratima nazivamo spojeve koji se hemijski mjenjaju pod djelovanjem enzima. Enzimi posjeduju specifičnost prema supstratu što znači da su selektivni. U hrani to mogu biti proteini, pa ih razlažu proteaze, lipidi koje razlažu lipaze, škrob amilaze, pektine pektinaze i sl. Svaki hemijski spoj (supstrat) ima svoj odgovarajući enzim koji katalitički djeluje na biohemijske procese tog spoja. Enzimi, osim što djeluju selektivno, mogu utjecati na smjer reakcije (revrezibilan ili ireverzibilan). Imaju svoj životni ciklus i ne djeluju beskonačno, mada se po osnovnoj postavci regeneriraju. Životni ciklus, odnosno vrijeme aktivnosti enzima ovisi o količini supstrata, pH vrijednosti, temperaturi itd. Nalaze se u istoj fazi kao i supstrati. Enzimi ne mogu izazvati hemijsku reakciju niti mogu pomaknuti položaj ravnoteže.

Prema podjeli Međunarodne unije za biohemiju, enzimi su prema tipu reakcije podjeljeni u 6 glavnih skupina: oksidoreduktaze, transferaze, hidrolaze, liaze, izomeraze i ligaze.

Tokom vrlo dinamičnih reakcija, molekule koje sudjeluju u reakcijama (supstrat) vežu se na specifično aktivno mjesto na molekuli enzima stvarajući kratkoživući intermedijer. Kombinacija supstrata i enzima stvara novi reakcioni put u kojem je slobodna energija prelaznog stanja niža nego u reakcijama bez enzima.

To podrazumijeva da se enzimska reakcija odvija u nekoliko faza pri čemu se prvo stvara kompleks enzim-supstrat (ES). Drugi korak je prevođenje substrata u proizvode reakcije (P1 i P2). Enzimi ubrzavaju hemijsku reakciju i nakon reakcije ostaju nepromijenjeni (E). Najveći dio katalitičke snage enzima potiče od usmjeravanja substrata u najpovoljniju orijentaciju za odvijanje hemijske reakcije.

Većina koenzima sadrže u svojim molekulama neki vitamin kao komponentu. Ako funkciju prostetske grupe obavlja mineral onda je to kofaktor. Zbog toga je funkcija esencijalnih nutrijent vitamina i minerala izuzetno značajna za metaboličke procese u organizmu. Hemijski procesi transformacije energije i materije u organizmu su vrlo dinamični. U njima minerali i vitamini kao kofaktori i koenzimi, učestvuju u brojnim enzimskim procesima.

Tabela 4.10.1. Koenzimi i njihovi prekursori iz hrane

Prekursori iz hrane	Koenzim
Biotin	Biocitin
Pantotenska kiselina	Koenzim A
Vitamin B12	Koenzim B12
Riboflavin (vitamin B2)	Flavin adenin dinukleotid
Nikotinska kiselina	Nikotinamid
Pirodoksin (vitaminB6)	Pirodoksal fosfat
Folna kiselina	Tetrahidrofolat
Tiamin (vitamin B1)	Tiamin pirofosfat

Enzimi imaju vrlo važne uloge u biološkim sistemima hrane u svim segmentima prehrambenog lanca. Osobine enzima važne su i u tehnologiji prerade hrane. Djelovanje može biti poželjno i nepoželjno. U svježoj neprerađenoj hrani sudjeluju u različitim fiziološkim procesima. Djeluju za vrijeme prerade i čuvanja hrane. U biljnom i animalnom tkivu enzimi kontroliraju reakcije vezane za zrenje i dozrijevanje. Enzimsko djelovanje se nastavlja i poslije sjetve ili ubiranja plodova, kao i nakon uginuća životinja, kod kojih omogućava sagorijevanje mišićnog tkiva u bole probavljivo meso. Poslije branja, ako nisu inaktivirani zagrijavanjem, hemikalijama ili na drugi način enzimi nastavljaju biohemijske procese, a u mnogim slučajevima izazivaju kvarenje. Zbog toga što učestvuju u mnogim biohemijskim reakcijama u hrani odgovorni su za promjene u aromi, okusu, boji, teksturi i nutritivnim svojstvima. Enzimi imaju optimalnu temperaturu djelovanja kada je njihova aktivnost maksimalna. Proces zagrijavanja hrane za vrijeme prerade uzrokuje ne samo uništavanje mikroorganizama nego i inaktivaciju enzima što omogućava produženje upotrebe. Aktivnost svakog enzima je karakteristika optimalne pH vrijednosti.

Svi enzimi u industrijskoj proizvodnji hrane su registrirani i katalogizirani te je njihova upotreba pod kontrolom. U hrani za dojenčad upotreba enzima nije dopuštena zbog alergije.

Najčešće primjenjivani enzimi u raznim granama prehrambene industrije su iz grupe hidrolaza kao i neke oksidoreduktaze. Industrija šećera je jedan od glavnih potrošača enzima, koje koristi kod hidrolize škroba u svrhu dobivanja modificiranog škroba, dekstrina, glukoze i fruktoze. U proizvodnji aminokiselina moguće je koristiti hemijski i enzimski postupak. Iako je prvi postupak jeftiniji ima veliki nedostatak, a to je stvaranje racemske smjese D i L izomera aminokiselina kao produkata reakcije. Efikasniji način za dobivanje L-izomera je enzimski postupak.

Enzimi u mlijeku i mliječnim proizvodima. U mlijeku je determinirano oko 60 različitih enzima endogenog i egzogenog porijekla. Endogeni potiču iz mliječne žlijezde, a egzogeni od mikroorganizama. Najznačajniji enzimi u mlijeku su: lipaze, fosfataze, alkalna fosfataza, peroksidaze, katalaze, reduktaze itd. Pri višim temperaturama smanjuje se aktivnost enzima, a temperatura inaktivacije ovisi o tipu enzima. Temperatura pasterizacije, naročito pri visokoj temperaturi inaktivira većinu enzima. Inaktivacija nekih enzima može biti reverzibilna. Neki se enzimi aktiviraju u kiseloj sredini kao enzimi plijesni ili kvasaca, a drugi u baznoj. Bakterijski su enzimi uglavnom aktivni pri normalnoj pH-vrijednosti mlijeka (pH oko 6-8). Enzimi mogu uzrokovati bitne promjene sastojaka mlijeka, posebno lipolitičke i proteolitičke, što se može odraziti na lošu senzorsku kvalitetu mlijeka. Prisutnost brojnih enzima može biti dokaz slabe kvalitete mlijeka, a određivanje prisutnosti pojedinih enzima nakon toplinske obrade mlijeka može biti dokaz efikasnosti pasterizacije.
Mikrobne kulture i enzimi se koriste u pripremi različitih proizvoda od mlijeka. Funkcionalna aktivnost takvih enzimi uglavnom prestaje u međuproizvodu tokom proizvodnje ili u finalnom proizvodu. To su starter kulture, enzimi i enzimska sredstva za sirenje odnosno grušanje i drugi.

Sir se proizvodi uz pomoć tradicionalnog enzima renina koji se izolira iz četvrtog dijela želuca goveda. Danas proizvođači sira zamjenjuju renin s koagulantima mikrobnog ili biljnog porijekla. S druge strane, enzimi i enzimske „mješavine“ koje se koriste kako bi pospješilo i ubrzalo sazrijevanje sira su obično sastavljene od više klasa enzima. U ovom procesu koristi se veliki broj hidrolaza kao što su proteinaze, peptidaze i lipaze. Neki od najčešće korištenih enzima su enzimi koji pomažu pri sazrijevanju sira te se kao takvi prodaju kao komercijalni enzimi.

Enzimi u jajima. Lizozim je najpoznatiji enzim u jajima, a općenito je poznat i kao „antibiotik tijela“ jer ubija razne bakterije. Od otkrivanja lizozima do njegove praktične primjene trebalo je proći više od 70 godina. Lizozim se danas izdvaja i koncentrira te dodaje u dječju hranu i u neke druge proizvode, gdje sprečava razvitak mikroflore. Osim u jajima nalazi se i u mnogim dijelovima tijela drugih organizama (npr. u suzama). Lizozim djeluje napadajući peptidoglikan, komponentu prokariotskog staničnog zida. Lizozim bjelanceta se sastoji od 129 aminokiselih ostataka. Zbog svog osnovnog karaktera, lisozim se veže na ovomucin, transferin ili ovalbumin u bjelancetu.

Lizozim je izuzetno stabilan u kiselim otopinama i održava svoju aktivnost čak i nakom 1 – 2 minute zagrijavanja na 100 C.

Tabela 4.10.2. Primjena lizozima

1.	Kapi za oči
2.	Inhibicija bakteria u proizvodnji sira
3.	Sprej za povrće za prevenciju rasta bakterija
4.	Primjena u farmaciji

Bjelance sadrži i druge enzime osim lizozima. To su fosfataza, katalaza, glikozidaza itd. Do sada je pronađeno oko 30 vrsta enzimskih aktivnosti u neoplođenim kokošjim jajima. Većina enzima pronađenih do sada u kokošjem jajetu su kategorizirani kao metabolički enzimi. Važniji enzimi proučavani u neoplođenim jajima su: glikozidaze, fosfataze, trifosfataze, ribonukleaze ribonukleinski kiselinsko-degradirajući enzimi, piruvatne kinaze i glikolitni enzimi i drugi.

Pektinaze. Enzimi se upotrebljavaju u proizvodni voćnih sokova, zbog povećanja prinosa i postizavanja željene bistrine finalnog proizvoda. Pektolitički enzimi su oni koji kataliziraju hidrolizu pektinskog materijala. Kompletna hidroliza ima kao produkt pektinsku kiselinu. Pektinske supstance se mogu naći u osnovi tkiva posebno u voću. Pektinaze se prirodno javljaju kao sastojak voća, a komercijalni enzimi se dobijaju iz plijesni Aspergillus niger. Komercijalni enzimi u preradi voća i povrća su najčešće pektolitički enzimi, posebno pektin-metil-esteraza i poligalakturonaza. Direktna primjena ovih enzima je bistrenje soka i povećanje prinosa soka iz ploda. Tako pektolitički enzimi su važni za proizvodnju koncentrata voćnog soka i pirea. Da bi se dobio bistri sok mora se u toku proizvodnje izvršiti potpuna depektinizacija pomoću pektolitičkih enzima. Pektolitički enzimi se isto tako koriste za regeneraciju i stabilizaciju citrus ulja koja se dobiju iz kore narandže i limuna.

U našem tijelu je identificirano preko 5000 enzima. Predpostavlja se da je za normalnu funkciju tijela potrebno 100.000 enzima, od kojih 95000 i dalje ostaje enigma. U digestivnom sistemu enzimi zajedno sa digestivnim sokovima razgrađuju hranu i prilikom toga se ne mjenjaju. Nalaze se u jetri, želudcu, pankreasu, zidu tankog crijeva i pljuvačnim žlijezdama i drugim organima.

Pekarska industrija je jedan od najstarijih i najvećih korisnika enzima. Stupanj razgradnje škroba ovisi o aktivnosti prirodno prisutne amilaze u brašnu. Slabija aktivnost, znači manje količine glukoze oslobođene iz škroba, što vodi i manjoj količini oslobođenog CO2. Problemi se riješavaju dodavanjem fungalne amilaze, koja se inaktivira kod 60º C. Fungalna proteaza se dodaje radi promjene fizikalnih svojstava tijesta, a lipooksigenaza radi izbjeljivanja prirodnih obojenih pigmenata tijesta.

Bromelain i papain. Bromelain predstavlja skupinu enzima koji sadrže sumpor u svojoj strukturi i služe za razlaganje proteina. To su proteolitički enzimi ili proteaze. Otkriven je u ananasu, a najviše ga ima u samoj stabljici. Upotrebljava se kao dodatak mesu kako bi došlo do razgradnje kolagena unutar samog mesa. Papain je enzim koji se nalazi u listovima papaje. Dodaje se mesu iz istih razloga kao bromelain.
.

Ključni pojmovi

Enzimi su biološki katalizatori, a u svom hemijskom sastavu obavezno sadrže proteinsku komponentu (apoenzim). Njihova količina u hrani u prehrambenom pogledu je zanemarljiva, ali u biološkom sistemu hrane zbog svoje aktivnosti imaju izuzetno značajne funkcije. Prirodno se nalaze u nekim namirnicama kao autohtoni enzimi ili mogu biti mikrobnog porijekla. Značajne uloge imaju u mlijeku, mesu, jajima i drugim vrstama hrane.

Nutritivni kvalitet hrane koju unosimo upravo je u njenoj svježini i tvarima koje je karakterišu, a jedna od tih tvari su i enzimi prisutni u svježoj, sirovoj i neprerađenoj hrani.

Alkohol. Akohol po svoj funkciji u organizmu se svrsatva u depresante. Kalorijska vrijednost mu je 7 kcal/g, ali sa nutritivnog aspekta to su „prazne“ kalorije. U ljudskoj prehrani najviše upotrebljavan alkohol je etilni alkohol ili etanol (C2H5OH). Metilni alkohol je potencijalno otrovan, ostećuje očnu mrežnicu (retinu) i izaziva sljepoću. Alkoholna pića uglavnom se sastoje od vode i etanola. Sadržaj alkohola u svim pićima nije jednak. Pivo sadrži otprilike 40-50 g/l alkohola, vina i kokteli oko 120 g/l, žestoka alkoholna pića 400 – 500 g/l. U nekim slučajevima ovisno o vrsti alkoholnog pića može sadržavati i različite količine ugljikohidrata te zanemarive količine proteina, vitamina i minerala. Sadržaj ugljikohidrata u alkoholnim pićima razlikuje se od pića do pića. Konjak i votka ne sadrže šećere, vina sadrže od 2 do 10 g šećera/l, pivo oko 30 g/l, likeri oko 120 g/l.

Alkohol se nalazi u malim količinama u mnogim namirnicama. Ima ga u kruhu do 0,5 %, fermentiranim mliječnim proizvodima (kefir), prezrelom voću i brojnim drugim namirnicama.

Literatura

Spisak korišćene literature možete naći u Literatura – Hemija hrane.