Çağlar Mert AYDIN. Konu Başlıkları 1. Enzimlerin Özellikleri 2. Enzimlerin Üretimi 2.1. Mikrobiyal Enzimler 2.2. Tutuklanmış Enzimler 2.3. Genetik Mühendisliği.

... konulu sunumlar: "Çağlar Mert AYDIN. Konu Başlıkları 1. Enzimlerin Özellikleri 2. Enzimlerin Üretimi 2.1. Mikrobiyal Enzimler 2.2. Tutuklanmış Enzimler 2.3. Genetik Mühendisliği."— Sunum transkripti:

1 Çağlar Mert AYDIN

2 Konu Başlıkları 1. Enzimlerin Özellikleri 2. Enzimlerin Üretimi 2.1. Mikrobiyal Enzimler 2.2. Tutuklanmış Enzimler 2.3. Genetik Mühendisliği Tekniğiyle Üretilen Enzimler 3. Gıda Endüstrisinde Kullanılan Enzimler 3.1. Karbohidrazlar 3.2. Proteazlar 3.3. Lipazlar 3.4. Oksidoredüktazlar 4. Gıda Endüstrisinde Enzimlerin Uygulama Alanları 4.1. Değirmencilik ve Tahıl Ürünleri4.5. Şarap Üretimi 4.2. Nişasta, Şeker ve Şuruplar4.6. Bira Üretimi 4.3. Süt Ürünleri4.7. Et ve Balık Ürünleri 4.4. Meyve ve Sebze Suyu İşleme4.8. Gıda Analizleri 5. Referanslar

3 1. Enzimlerin Özellikleri Enzimler canlılarda bulunan biyolojik katalizörlerdir. Hücrelerde yaşamsal tüm faaliyetler enzimlerin aktivitelerine bağlıdır, diğer bir ifade ile enzimler yaşam anahtarıdır. Enzimler genel olarak apoenzim ve kofaktör olmak üzere iki farklı kısımdan meydana gelirler. Koenzimi ile birleşik halde bulunan apoenzim ve koenzim bütününe ‘haloenzim’ adı verilir. Haloenzim, koenzim veya kofaktörü ile birlikte katalitik olarak aktif durumdadır. Enzimler kimyasal tepkimenin aktivasyon enerjisini düşüren protein yapılı katalizörlerdir. Enzimler tepkime sonunda oluşan ürünün miktarını değiştirmezler. Tepkime yönünü ve tepkime sabitini etkilemezler.

4

5 Enzimlerin etki ettiği maddeye substrat denir. Enzim ve substrat arasında anahtar- kilit (yüzey- kalıp) ilişkisi vardır. Enzim substratın geçici olarak aktif bölgeden bağlanır ve böylece substrat- enzim bileşiği (SE) oluşur. Enzimler kimyasal tepkimeden değişmeden çıkar. Bu nedenle tekrar tekrar kullanılır. Her hücrede tepkime çeşidi kadar enzim çeşidi vardır. Enzimler belirli bir koenzim veya kofaktörle çalışır. Ama bir koenzim veya kofaktör birden fazla enzimle çalışabilir.

6 Apoenzim: Enzimin protein yapıdaki kısmına apoenzim denir. Apoenzim kısmıyla enzim çeşitliliği sağlanır. Amino asit sırası ve sayısı apoenzim kısmıyla ilgilidir. Enzimin türünü ve etkileyeceği substrat maddesini apoenzim kısmı tarafından belirlenir. Apoenzimler tek başına reaksiyonu gerçekleştiremez, ancak koenzim kısmıyla aktifleşerek reaksiyonu gerçekleştirirler. Ayrıca apoenzim üzerinde substrata bağlanacağı aktif bölge bulundurur. Koenzim: Apoenzimi aktifleştirerek, reaksiyonu gerçekleştirirler. Substratın kimyasal bağlarına etki eden moleküllerdir. Koenzimler çoğunlukla fosfat içeren ve protein kısmına göre çok daha küçük moleküllü kısımdır. Bir apoenzim sadece bir koenzimle çalışırken, bir koenzim birden fazla apoenzimle çalışabilir. Enzimde faaliyet gösteren ve esas işi yapan bu kısımdır. Yapılan analizlerde birçok vitamini bünyesinde bulundurduğu saptanmıştır. Tüm vitaminler vücut hücrelerinde koenzimlerin parçası olarak işlev görürler.

7 Bazı enzimlerin aktif hale gelmeleri için protein yapısında bulunmayan metal iyonlarından oluşan ve kofaktör adı verilen yan gruplara ihtiyaç duyulur. Kalsiyum, magnezyum, potasyum, çinko gibi mineraller kofaktör olarak bazı enzimlerin aktiviteleri için şarttır. Örneğin DNA-polimeraz enzimi için çinko, üreaz enzimi için ise nikel yan grup olarak gereklidir. Enzimlerin aktivitesi, ortamın iyonik şiddeti, pH, metal iyonları, sıcaklık vb. faktörler ile substratların ve inhibitörlerin varlığından etkilenmektedir. Dolayısıyla gıda bilimcisi veya teknoloğu istenilen kalitede gıda elde edebilmek için bu koşulları kontrol altına almalı ve enzimlerin özelliklerine vakıf olmalıdır. İkinci önemli husus ise; istenilen etkileri oluşturmak ve hedeflenen kalitede gıda üretebilmek için enzimler "işlem yardımcısı" olarak gıda süreçleri sırasında da kullanılmaktadır. Enzimler gıdanın üretim maliyetinin kontrolünü sağlamaları nedeniyle de gıda üreticileri için önem taşımaktadır.

8 Sıcaklık Enzimler belli sıcaklık aralığında çalışmaktadırlar. Enzimlerin en iyi çalıştığı sıcaklığa optimum sıcaklık denir. (37 0 C) Enzimler protein yapıda oldukları için yüksek sıcaklıkta yapıları tamamen bozulur. Ancak düşük sıcaklıkta inaktif hale gelmektedirler.

9 Sıcaklık gibi pH’de enzimlerin çalışmasına etki etmektedir. Enzimlerin en iyi aktivite gösterdikleri optimum pH bulunmaktadır. Genel olarak enzimler nötr ortamda çalışmaktadır. pH

10 Yeterli substrat ortamda olması durumunda ortama enzim ilave edilmesi tepkime hızını arttırmaktadır. Ancak substrat belli miktarda ortamda bulunması durumunda enzim ilavesi tepkime hızına etki etmemektedir. Enzim Derişimi

11 Enzim etkinliği substratın dış yüzeyinden başladığı için substratın yüzeyi genişledikçe tepkime hızı da artmaktadır. Enzim miktarı sabit tutulup substrat miktarı artırılırsa tepkimenin hızı da artmaktadır. Tepkime hızı en üst düzeye ulaştıktan sonra sabit kalmaktadır. Substrat Yüzeyi ve Derişimi

12 Ortamdaki su miktarı arttıkça enzim aktivitesi de artmaktadır. Ancak ortamdaki su oranı %15’in altına düştüğünde enzimler aktivite gösterememektedirler. Aynı etki bütün kimyasal maddeler için söylenememektedir. Bazı kimyasal maddeler enzim aktivitesini arttırırken (aktivitör), bazıları enzim aktivitesini Azaltmaktadır (inhibitör). Mg, Fe aktivitör olarak etki etmekteyken; kurşun, civa ve siyanür inhibitör etki göstermektedir. Su ve Kimyasal Madde Etkisi

13 Biyokütle Üretiminin Hızı Ekipman Maliyeti Ortam Bileşimi ve Maliyeti Proteinlerin Geri Kazanımı (Atık) ve Saflaştırılması için Ek Süreler Ürün Verimi ve Bulaşma Tehlikesi Enzim üretiminde maliyeti etkileyen ekonomik faktörler: 2. Enzimlerin Üretimi

14 Enzimler hayvan, bitki veya mikroorganizmalardan elde edilirler. Hayvan kaynaklı enzimler arasında en yaygın üretilen enzim rennin’dir. Ancak maliyetinin yüksek olması ve ekstraksiyonunun güçlüğü gibi nedenlerle hayvanlar, enzim üretiminde daha az tercih edilen bir kaynaktır. Bitkiler ise hayvanlara göre daha kısa sürede büyümeleri ve fazla miktarda yetiştirilmelerinin mümkün olması gibi nedenlerle üstünlük taşımaktadırlar. Günümüzde bitki ve hayvanlara göre çok daha kısa sürede gelişmeleri, üretiminin kolaylıkla kontrol altına alınabilmesi, ekstraksiyon yöntemlerinin kolaylığı, kararlı olmaları gibi nedenlerle mikrobiyal kaynaklı enzim üretimi daha yaygındır. Bitkilerin atıklarını biriktirmesi ve bu atıkların bazı durumlarda toksik olmasına karşın, mikroorganizmalarda böyle atık birikiminin olmaması bir diğer üstün özellikleridir. 2. Enzimlerin Üretimi

15 Endüstriyel boyutta enzim üretiminde kullanılan başlıca mikroorganizmalar bakteri ve küflerdir. Diğer taraftan verimin yüksek olması, sürekli üretimin sağlanabilmesi, enzim aktivitesinin korunumu, tekrar kullanılabilmesi ve ekonomik olması gibi üstünlükleri nedeniyle son yıllarda tutuklanmış enzim kullanımı yaygınlaşmaktadır. Enzimlerin Üretimi Metodları; 2.1. Mikrobiyal Enzimler 2.2. Tutuklanmış Enzimler 2.3. Genetik Mühendisliği Tekniğiyle Üretilen Enzimler 2. Enzimlerin Üretimi

16 Enzimlerin önemli bir bölümü katı veya sıvı atıkların ve yan ürünlerin fermantasyonu ile üretilmektedir. Çeşitli gıda atıklarının işlenmesiyle mikrobiyal olarak üretilen enzimler;  Amilazlar  Selülazlar  Hemiselilazlar  Pektinazlar  Proteazlar  Lipazlar Enzim üretiminde yaygın olarak kullanılan mikroorganizmalar, Rhizopus, Aspergillus, Endothia, Bacillus, Mucor, Candida, Micrococcus, Morteirella, Streptomyces, Actinoplanes ve Kluyveromces cinslerine ait bakteri, küf ve mayalardır. 2.1. Mikrobiyal Enzimler

17 Gıda sanayisinde mikroorganizmalardan elde edilen bazı enzimler: İnvertaz (maya) enzimi: Gıda endüstrisinde özellikle şekerleme ve reçel üretiminde en yaygın olarak kullanılan enzim olup sakkarozun glikoz ve fruktoza hidrolizini katalize eder. Fruktozun daha tatlı olması ve kolay kristalize olmaması gibi nedenlerle gıda sanayinde glikoza karşı tercih edildiği durumlarda invertaz enziminden yararlanılmaktadır. Ticari üretiminde Saccharomyces cerevisiae veya S. carlsbergensis mayaları ve Neurospora spp. küfü α-amilaz enzimi: Nişastanın hidrolizi için kullanılmakta olup gıda endüstrisindeki başlıca kullanım alanı glukoz, maltoz ve yüksek oligosakkaritler içeren şeker şuruplarının üretimidir. α-galaktozidaz enzimi: Baklagillerdeki oligosakkaritler insanlarda ve hayvanlarda bağırsakta parçalanmamış şekilde kalırlar ve kalın bağırsakta bakteriler tarafından fermente edilmeleri sonucu insanlarda rahatsızlığa yol açan gaz oluşumuna neden olurlar. Bu nedenle soya fasülyesi ve türevi ürünlerde bu gaz oluşumuna neden olan etmenlerin uzaklaştırılması arzu edilir. Glukoz izomeraz enzimi: Gıda ve içecek endüstrilerinde mısır şuruplarının üretiminde rol alır. Glukozu fruktoza izomerize eden bir enzimdir. Genellikle birçok mikroorganizma tarafından sentezlenmektedir. Özellikle fruktoz içeren mısır şuruplarının üretiminde kullanılmaktadır. Bacillus, Arthrobacter ve Streptomycetes cinsi organizmalardan elde edilir.

18 Enzimler serbest halde olduklarında sadece bir kez kullanılırken, geri kazanılamamakta ve maliyet yükselmektedir. Bu nedenle enzimler bir matrikse tutuklanarak defalarca kullanılabilir ve önemli ekonomik üstünlükler sağlar. Gerek hücre dışı ve gerekse hücre içi enzimlerin tutuklanması için günümüzde çok çeşitli matriksler kullanılmaktadır (reçineler, gözenekli olan veya olmayan polimerik matriksler, inorganik matriksler ve jeller gibi). Enzimlerin tutuklanmasının başlıca avantajları şunlardır; ∑ Stabilite ve verim artışı sağlar ∑ Sürekli üretim ve otomasyon olanağı verir ∑ Proses sonunda kolaylıkla geri kazanımı yapılır ∑ Katalitik proseslerde daha iyi kontrol avantajı sağlar ∑ Maliyetin düşürür ∑ Yeni tıbbi ve endüstriyel uygulamalara olanak tanır 2.2. Tutuklanmış Enzimler

19 ∑ Aynı parti enzimin/hücrenin birden fazla kullanılabilmesini sağlar ∑ Ortamdan kolaylıkla uzaklaştırabilir ∑ Reaksiyon çözeltisinden enzimi uzaklaştırarak reaksiyonu hızlıca durdurabilir ∑ Ürünün enzimi ile kontamine olmaz ∑ Kimyasal kontaminasyon riski yoktur ∑ Analitik yararlar; uzun yarı-ömür, reaktif hazırlamada kolaylık sağlar Hücre ve enzim immobilizasyonlarında (tutuklama işlemi) fiziksel ve kimyasal yöntemler kullanılmaktadır. Fiziksel teknikler daha düşük maliyetli ve daha güvenilirdir. İmmobilizasyon yöntemleri tutunma ve hapsolma olmak üzere başlıca iki grup altında toplanabilmektedir. 2.2. Tutuklanmış Enzimler

20 Tutunma: Enzim molekülünün yüzeyinde bulunan fonksiyonel gruplar, iyonik gruplar ve hidrofobik bölgeler bu bağlanmada rol alırlar. Tutunma için doğal veya sentetik birçok organik ve inorganik materyal kullanılmaktadır. Tutunma iki şekilde olur; Adsorbsiyon; Enzim moleküllerinin taşıyıcıların yüzeyine adsorblanmaları esasına dayanır. Kovalent bağlanma; Enzimler kimyasal olarak kovalent bağlarla selüloz, poliakrilamid gibi suda çözünmeyen taşıyıcılara bağlanırlar Hapsolma: Hapsolma yönteminde, enzim molekülü belirli bir alanda tutulmaya zorlanmaktadır. İki şekilde olmaktadır. 2.2. Tutuklanmış Enzimler

21 Matrikste tutuklanma: Enzimler yapay veya doğal polimer kafesler içinde tutuklanırlar. Substrat, polimer kafesler içine girer, ancak ürün dışarı salınmaz. Mikroenkapsülasyon: Bu yöntem enzim moleküllerinin yarı geçirgen bir membran içinde tutuklanması esasına dayanır. Tutuklanma yöntemleri arasında jel matriksi içinde tutunma yaygın olarak kullanılmaktadır. Jel malzemesi olarak polisakkaritler, proteinler ve sentetik polimerler önde gelmektedir. Tutuklamadan sonra enzimin aktivitesi, optimum pH ve sıcaklığı, substrata ilgisi ve dayanıklılığı değişebilmektedir. Genellikle enzimin aktivitesi ve substrata ilgisi tutuklamadan olumsuz etkilenirken, kararlılığı olumlu yönde etkilenir. Enzimlerdeki bu değişiklikler enzimin yapısına, matriksin tipine ve tutuklama koşullarına göre değişir. 2.2. Tutuklanmış Enzimler

22 Rekombinant DNA teknolojisi sayesinde mikrobiyal bitki veya hayvan hücrelerindeki metabolik yolların, yabancı genlerin ilavesi veya endojen genlerin değiştirilmesiyle yeniden tasarlanması mümkündür. Bu gelişmeler sayesinde enzimlere müdahale edilerek, çeşitli gıda bileşenlerinin kimyasal bileşiminin ve fiziksel özelliklerinin değiştirilmesi olanaklı hale gelmiştir. Bu teknolojiyle enzimlere farklı özellikler kazandırılmaktadır. Genetik mühendisliği ile enzim üretiminde konakçı olarak bitkiler, hayvanlar veya mikroorganizmalar kullanılabilmektedir. Tüm uygulamaların çeşitli üstünlük veya zayıflıkları olup, uygun konak, hedeflenen proteine ve beklenen uygulama alanına bağlı olarak, teknik ve ekonomik koşulları sağlayacak şekilde seçilmelidir. 2.3. Genetik Mühendisliği Tekniğiyle Enzim Elde Edilmesi

23 Gıda sanayinde kullanılan enzimlerin %80'i hidroliz amaçlıdır. Bu nedenle hidrolaz sınıfı enzimler gıda endüstrisinde işlem yardımcıları olarak önemli role sahiptir. Gıda bileşenlerinin üretiminde, ürün kalitesinin geliştirilmesinde ve gıda işleme aşamalarının veriminin artırılmasında bu enzimlere ihtiyaç duyulmaktadır. Hidroliz amaçlı enzimlerin %60‘ı proteazlar, %30'unu karbohidrazlar ve %3 'ünü lipazlar oluşturmaktadır. 2.3. Genetik Mühendisliği Tekniğiyle Enzim Elde Edilmesi

24 3. 1.Karbohidrazlar: Karbohidrazlar glikozidik bağları hidrolitik olarak parçalamaları nedeniyle polisakkaritlerin ve oligosakkaritlerin hidrolizini sağlarlar. Gıda üretim süreçlerinde önemli fonksiyonları olan, en yaygın olarak kullanılan karbohidrazlar; amilaz, pektik enzimler, selülaz, laktaz, invertaz, galaktozidaz ve hemiselülazdır. 3. Gıda Endüstrisinde Kullanılan Enzimler

25 Amilazların substratı amiloz ve amilopektin fraksiyonlarını içeren nişasta’dır. Amilazların nişastaya iki çeşit etki mekanizması bulunmaktadır. Bunlar; endo- amilaz (α-amilaz) ve ekzo- amilaz (β-amilaz)’dır. Endo- amilaz, amiloz ve amilopektinleri α-1,4 bağlarını parçalayarak, ekzo- amilaz ise α-1,4 bağlarını indirgen olmayan uçtan maltoz ünitelerini belirli bir düzen içerisinde hidrolize etmektedir. Amilazların başlıca kullanım alanları nişasta işleme, şeker şurubu üretimi, nişasta jeli elde etme, glukoz eldesi, unlu mamüllerin üretimi, bira üretimi, distile alkollü içki üretimi ve sirke fermantasyonudur. Pektik enzimlerin uygulama alanları meyve ve meyve suyu işleme, şarap üretimi, kahve ve çay fermantasyonudur. Meyve suları ve konsantrelerinde bulanıklığı giderme, meyve suyu konsantrelerinde vizkoziteyi düşürme, şarap ve üzüm suyunda berraklaştırma amaçlı kullanımları yaygındır. 3. Gıda Endüstrisinde Kullanılan Enzimler

26 Pektik enzimlerin temel substratları esas polimeri 1-4-D-poligalakturonik asit olan pektik maddelerdir. Pektik enzimler depolimerize edici veya deesterifiye edicilerdir. Depolimerize ediciler, poligalakturonaz, polimetilgalakturonaz, pektin liyaz ve pektat liyaz iken, deesterifiye ediciler pektin metilesterazlardır. 3. Gıda Endüstrisinde Kullanılan Enzimler

27 Selülaz; bakteri, küf-maya ve bazı bitkilerde (domates) bulunduğu belirtilmektedir. Selülazların gıda sanayinde uygulama alanı çok fazla olmayıp, lifli sebzelerin modifikasyonunda, selüloz kaynaklı bulanıklılığın görüldüğü narenciye sularının berraklaştırılmasında ve biracılıkta mayşeleme aşamasında fermente edilebilir şekerlerin eldesinde kullanılabilmektedir. Bu enzimler aynı zamanda yüksek lif içeren ekmeklerin üretiminde hamurda çok fazla selüloz bulunmasından doğan sorunları (düşük ekmek hacmi, ekmek içi dokusu ve elastisitesinin bozulması) gidermek için formülasyona ilave edilmektedir. Hayvan yemi üretiminde ise bağırsak vizkozitesini azaltmak ve diğer besinlerin emilimini artırmak üzere ilave edilmektedir. 3. Gıda Endüstrisinde Kullanılan Enzimler

28 Laktaz; Süt ve süt ürünlerinde laktoz içeriğini düşürmede kullanılır. Laktaz, laktoz molekülündeki galaktoz ve glukoz arasındaki β-galaktozidik bağı parçalayarak monosakkaritleri serbest hale geçirir. Laktozun varlığı bazı gıdalarda tatlılığının az olması, sınırlı çözünebilirliği ve bazı bireylerin laktozu tolere edememesi nedeniyle istenilmektedir. Laktozsuz süt üretiminde fiziksel yöntemlerin yanı sıra biyokimyasal yöntemler de mevcut olup laktaz enzimi kullanılmaktadır. Laktazın kaynakları küf ve mayalardır. Düşük laktozlu yoğurt, çedar peyniri, krem peynir, laktaz ile muamele edilmiş peynir altı suyu bu enzim kullanılarak üretilen diğer ürünlerdir. İnvertaz enzimi sakkarozun hidrolizini katalizler. İki tip invertaz mevcut olup her biri sakkaroz molekülünün farklı bir noktadan kırma özelliği ile karakterize edilir. Yüksek çözünürlüğü ve düşük kristalizasyon eğilimi nedeniyle de şekerleme endüstrisi tarafından değerli görülmektedir. İnvertaz mayalar ve küflerden elde edilmektedir. 3. Gıda Endüstrisinde Kullanılan Enzimler

29 Hemiselülaz enzimi hemiselüloz polisakkaritini parçalamakta olup çeşitli mikroorganizmalardan elde edilmektedir. Mikrobiyal selülazlar bira üretiminde kullanılmaktadır. Unlu mamüllerde hamur özelliklerinin geliştirir.Beta-glukanaz enzimi aynı zamanda üzüm şarabını berraklaştırmada, çözünür kahve üretiminde müsilajını parçalamak ve sıvı kahve konsantresinin jelleşmesini önlemek amacıyla da kullanılmaktadır. 3. Gıda Endüstrisinde Kullanılan Enzimler

30 3. 2.Proteazlar: Proteolitik enzimler, asit proteazlar, serin proteazlar, sülfidril proteazlar ve metal içeren proteazlardır. Proteazlar gıda endüstrisinde peynir, bira, soya sosu vb. çeşitli gıdaların üretiminde temel gıda bileşeni olan proteinlerin enzimatik parçalanmasında rol oynamaktadır. Gıda proteinlerinin parçalanmasında etkili olan proteazların başlıca kaynakları gıda maddesinin kendisi olabileceği gibi, gıdalarda gelişen mikroorganizmalar tarafından da salgılanabilmekte ve izole edilmiş enzim preperatları şeklinde gıdaya ilave edilmektedir. Örneğin, etin olgunlaştırılmasında veya balık sosu üretiminde gıdanın kendisinde mevcut enzimler kullanılmaktadır. Peynir üretiminde ise hem mikroorganizmanın oluşturduğu enzim hem de enzim preparatları(rennet) etkili olmaktadır. 3. Gıda Endüstrisinde Kullanılan Enzimler

31 3. 3. Lipazlar: Lipazlar hayvan bitki ve mikroorganizmalarda yaygın olarak bulunan ve yağların hidrolizinden sorumlu enzimlerdir. Gıda üretim işlemlerinde genellikle serbest haldeki lipazlar tercih edilmektedir. Mikrobiyal lipazlar gıda, kozmetik, deri, kağıt, deterjan, kimya ve ilaç endüstrilerinde kullanım alanı bulmaktadır. Gıda sektörü dışında;özel yağ- sürfektanların yüzeyden uzaklaştırılmasında, leke çıkarıcı ve yağ sökücü deterjan ve temizlik maddeleri gibi kimyasalların üretiminde yararlı olmaktadır. Gıda sanayinde ise; kakao yağı ve margarinde transesterifikasyon, yağ asitleri, gliserol, mono ve digliserit üretiminde, et ve balık ürünlerinden yağın uzaklaştırılması ve lezzet geliştirmede, mayonez ve soslarda kalitenin iyileştirilmesinde, içeceklerde aromanın arttırılmasında, unlu mamüllerde raf ömrünün uzaklaştırılmasında, ekmek içi yapısının artmasında ve enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonlarının kontrol altına alınmasında, süt ürünlerinde tereyağının ve kremanın modifikasyonunda, peynirin olgunlaştırılmasında kullanım alanı bulmaktadır. 3. Gıda Endüstrisinde Kullanılan Enzimler

32 3. 4. Oksidoredüktazlar Oksidoredüktazlar bir elektronun bir molekülden (indirgenden) diğerine (yükseltgene veya oksidana) aktarılmasını katalizleyen enzimlerdir. 3. Gıda Endüstrisinde Kullanılan Enzimler Oksidoredüktazlar Fenolaz Peroksidaz Katalaz Lipoksigenaz Dehidrojenazlar

33 3. Gıda Endüstrisinde Kullanılan Enzimler 3. 4. 1. Fenolaz Gıdalarda esmerleşme reaksiyonlarından sorumlu olan enzimler bu gruba girmektedir. Enzimatik esmerleşmeden sorumlu enzimler; polifenoloksidazlar ve polifenolazlardır. Bitki dokusunda herhangi bir hasar oluşumunda polifenoloksidaz enzimi faaliyete geçer. Bu reaksiyon bazı gıdalarda (kesilmiş meyve-sebze, mantar, kurutulmuş kayısı vb.) istenmemekle birlikte diğer bazı ürünlerin (çay yaprağı, kahve çekirdeği,kakao vb.) üretiminde bu enzimlerin aktivitelerine gereksinim duyulmaktadır.

34 Ortamdan oksijenin uzaklaştırılması İndirgeme ajanlarının (L-askorbik asit) ilavesi Enzimlerin inaktivasyonu için ısıl işlemler Asit uygulaması ile pH’ ı düşürme Kükürt ve kükürt tuzları uygulama Metal kompleks ajanları ile ortamdaki bakırı uzaklaştırma İstenmeyen enzimatik esmerleşme olaylarını önlemede en etkili yöntemler 3. Gıda Endüstrisinde Kullanılan Enzimler

35 3. 4. 2. Peroksidaz Peroksidazlar bitki dokularında gelişim ve bozulma sırasında önemli role sahiptirler. Etilen sentezinde, olgunlaşmanın ve bozulmanın kontrol altına alınmasında, klorofilin degredasyonunda rol aldığı bilinmektedir. Demir içeren peroksidazlar ve flavoprotein peroksidazlar olarak iki grupta incelenilirler. Isıya oldukça dayanıklıdırlar. 85 °C’da 32 dakikalık ısıl işlem neticesinde sadece % 50 aktivite kaybı yaşamaktadırlar. Bundan dolayı meyve ve sebze işletmeciliğinde haşlama işleminin etkinliğini ölçmede indikatör olarak kullanılırlar. 3. Gıda Endüstrisinde Kullanılan Enzimler

36 3. 4. 3. Katalaz Bu enzim, hidrojen peroksitin oksijen ve suya parçalanmasında katalizör olarak görev yapmaktadır. Bu enzim sebzelerin depolanması sırasındaki oksidatif bozulmadan sorumlu oldukları düşünülmektedir. Ayrıca, glukoz içermeyen diyet içecek ve maltoz üretimi ve fruktoz içermeyen invert şeker eldesinde de kullanılmaktadırlar. Katalaz enzimi bitki, hayvan ve mikroorganizmalarda bulunmaktadır. Meyve ve sebzelerden (domates vb.), baharatlardan (kekik,mercanköşk), süt ve karaciğerden izole edilmiştir. 3. Gıda Endüstrisinde Kullanılan Enzimler

37 3. 4. 4. Lipoksigenaz Bu bitki kaynaklı enzim doymamış yağların oksidasyonunu katalizler. Başlıca kaynakları;soya fasulyesi, baklagiller, bezelye ve diğer fasulyelerdir. Düşük miktarlarda yer fıstığı, buğday, patates ve kırmızı turpta mevcuttur. Genellikle gıdalarda istenmeyen enzim olsalar da, fırıncılıkta ekmek içinin beyazlatılması gibi istenen bazı olumlu etkiler sağlamaları nedeniyle kullanım alanı bulmaktadırlar. 3. Gıda Endüstrisinde Kullanılan Enzimler

38 3. 4. 5. Dehidrojenaz Bu enzim sınıfı özellikle bitki ve hayvanların metabolik fonksiyonları açısından önemli olup gıdalarda veya gıda işlemede sadece birkaçı (alkol dehidrojenaz, malat dehidrojenaz, izositrat dehidrojenaz, laktat dehidrojenaz vb.) kullanım alanı bulmaktadır. Enzimler gıda endüstrisinde hem geleneksel hem de yeni gıda ürünlerinin üretiminde önemli role sahiptirler. Çok çeşitli gıda maddesinin üretiminde kullanıldıkları gibi gıda analizlerinde ve gıda kalite kontrolünde de yaygın olarak kullanım alanı bulmaktadırlar. NAD/NADP veya FAD, FMN vb. flavin koenzim gibi elektron alıcılarına bir veya daha fazla protonu ve elektron çiftini transfer ederek substratını okside eder. 3. Gıda Endüstrisinde Kullanılan Enzimler

39 Alkol dehidrogenaz; etanolün asetaldehite dönüşümünde etkili olmaktadır. Asetaldehit yoğurt ve portakal gibi bazı meyvelerin aromasında etkili olan düşük molekül ağırlıklı aroma bileşenleridir. Bu enzim alkollü içeceklerin üretiminde kullanılan mayalarda (S. cerevisiae veya S. carlsbergensis) da mevcut olup glukozdan etanol elde edilirken son reaksiyonlardan olan asetaldehitin etanole dönüşümü aşamasında etki gösterir. 3. Gıda Endüstrisinde Kullanılan Enzimler

40 Laktat dehidrogenaz; glikolitik yolun son basamağında piruvatı ve NADH’ i laktat ve NAD + ’ a dönüştürmede etkilidirler. Bu enzimler gıdaya ekşi tadı veren laktik asit üretiminde önemli role sahiptirler. Piruvatı kullanarak glikolizi uyarırlar ve NAD + ’ nın geri dönüşümünü sağlarlar. Özellikle süt ürünlerinde bakteriler tarafından laktik asit fermentasyonu sonucu laktik asit oluşumunu gerçekleştirirler. 3. Gıda Endüstrisinde Kullanılan Enzimler

41 4. 1. Değirmencilik ve Tahıl Ürünleri: Un sanayinde enzimlerden; un ve hamur kalitesini iyileştirme, bayatlamayı geciktirme ve hamurun mekanik işlenebilirliğinin kolaylaştırılması gibi alanlarda yararlanılmaktadır. Bunların yanı sıra, ekmek kabuk renginin değiştirilmesi, un renginin açılması, fosfat içeriğinin düşürülmesi gibi konularda da enzimlere gereksinim duyulmaktadır. 4. Gıda Endüstrisinde Enzimlerin Kullanım Alanları

42 Buğday ve buğday unu en temel enzim olarak amilaz içerirler. Amilazlar nişastanın yapısını değiştirerek ekmekte bayatlamayı geciktirmektedir. Ekmeğin bayatlaması temel olarak ekmek iç yapısının sertleşmesi ve elastikliğini kaybetmesi şeklinde ortaya çıkmaktadır. Tahıl ürünlerinde kullanılan diğer önemli bir enzim ise proteazdır. Yüksek miktarda gluten içeren hamurların mekanik olarak işlenmesinde ve sonuçta ekmekte istenilen hacimlere ulaşılmasında güçlüklerle karşılaşılmaktadır. Proteaz ilavesi bu sorunu çözmekte, özellikle bisküvi ve kraker üretiminde proteaz enzimlerinden yararlanılmaktadır. 4. Gıda Endüstrisinde Enzimlerin Kullanım Alanları

43 Değirmencilik ve tahıl ürünleri sektöründe kullanılan bir diğer enzim lipazlardır, hamur özelliklerini iyileştirici olarak da bilinirler. Ekmek üzerindeki olumlu etkileri; ekmek hacminde artış ipeksi beyaz ve tekdüze ekmek içi doluşumu şeklindedir. Diğer önemli bir enzim lipoksigenazdır. Lipoksigenazın, buğday unundaki karotenoidler de ağartma sağlayarak unun rengini açmasının yansıra, buğday ununun ekmek yapım özelliklerini de olumlu yönde etkilemektedir. 4. Gıda Endüstrisinde Enzimlerin Kullanım Alanları

44 EnzimSubstratEtki mekanizmasıSonuç α-amilazUn-nişastaDekstrinlere parçalama İşlenebilir hamur, hamurda yumuşama β-amilazUn-dekstrin Şekere (maltoza) parçalama Maya için şekeri sağlama Ekmek hacminde artış Aroma oluşumu Renk oluşumu, ekmek kabuğu renginde iyileşme ProteinazUn-nişastaGluten ağını gevşetmeGluteni kuvvetlendirme KsilanazUn-pentozan Pentozanların (gamların) kısmen hidrolizi Hamur hacminde artış Dokuda iyileşme Hamur işlenebilirliğinde iyileşme LipazUn-glutenGluteni kuvvetlendirme Hamuru dayanıklı hale getirme Ekmek içi yapısında iyileşme Bayatlamayı önleme LipoksigenazUn Beyazlatmak Un pigmentlerini ağartma Ekmek içini beyazlatma Fosfolipaz Gluten aktivasyonu Hemiselülaz Fermente edilebilirliği geliştirmeHacim artışı Dokuda iyileşme Depolama süresini uzatma 4. Gıda Endüstrisinde Enzimlerin Kullanım Alanları

45 4. 2. Nişasta, Şeker ve Şuruplar: Nişasta hidrolizinde kullanılan bakteriyel ve fungal alfa-amilaz, β-amilaz, glikoamilaz, pullulanaz ve izoamilaz gibi çok sayıda enzim mevcuttur. Bu enzimler nişasta hidrolizinde ilk sıvıştırma basamağında ısıl dayanıklılıkları açısından önemlidirler. İnvertaz enzimi (sakkarozu monosakkaritlere hidrolize ediyor), şekerleme endüstrisinde uzun yıllardan bu yana kremsi dolgulu şekerleme üretiminde kullanım alanı bulmaktadır. Ayrıca invert şeker şurubu ve yapay bal üretiminde de ticari olarak kullanılmaktadır. 4. Gıda Endüstrisinde Enzimlerin Kullanım Alanları

46 4. 3. Süt Ürünleri: Süt ürünleri enzimlerin gıda endüstrisinden en yaygın kullanıldıkları ürün grubudur. Peynir üretiminde sütün pıhtılaştırılmasını sağlayan enzimlerin yanı sıra süt endüstrisinde lipazlar, pıhtılaştırıcı olmayan proteazlar, aminopeptidazlar, laktazlar, lisozim ve laktoperoksidazlar gibi diğer enzimler de kullanılmaktadır. Lipazların aromayı zenginleştirmek için kullanımı geleneksel olarak bilinen uygulamalardır. Laktoz hidrolizi, hızlandırılmış peynir olgunlaştırılması, mikrobiyal bozulmanın kontrol altına alınması ve proteinin fonksiyonel özelliklerinin modifikasyonu gibi alanlarda kullanımları ise nispeten yenidir. 4. Gıda Endüstrisinde Enzimlerin Kullanım Alanları

47 Süt kalitesinin belirlenmesinde de enzimler etkili olmaktadır. Alkalin fosfataz süt pastörizasyonunun etkinliğinde indikatör enzimdir. Peynirin olgunlaştırılması lipit ve protein hidrolizi gibi çok sayıda biyokimyasal değişimi içeren dinamik bir prosestir. Peynir de olgunlaştırmanın hızlandırılması, zenginleştirilmesi veya modifiye edilmesinde proteinazlar, peptidazlar ve lipazlar gibi farklı özellikteki enzimlerden yararlanılmaktadır. 4. Gıda Endüstrisinde Enzimlerin Kullanım Alanları

48 EnzimKullanım alanı Asit proteazPıhtılaştırma, çöktürme Nötral proteaz ve peptidaz Hızlandırılmış peynir olgunlaştırılması Acılığı giderme Enzim ile modifiye peynir üretimi Alerjenik olmayan süt bazlı gıda üretimi Lipazlar Hızlandırılmış peynir olgunlaştırılması Enzim ile modifiye peynir üretimi Aroması modifiye edilmiş peynir üretimi Yapısal olarak modifiye edilmiş süt yağı ürünleri Lizosim‘Emmental’ gibi gözekli peynirlerde LaktoperoksidazSütün soğuk sterilizasyonu Beta-galaktosidazLaktozu azaltılmış peynir altı suyu ürünleri 4. Gıda Endüstrisinde Enzimlerin Kullanım Alanları

49 4. 4. Meyve ve Sebze Suyu İşlemede: Meyve ve sebze suyu endüstrisinde enzimler verimin artırılması, Filtrasyonun iyileştirilmesi, stabilite ve berraklığın artırılması, acılığın giderilmesi gibi amaçlarla kullanım alanı bulunmaktadırlar. Meyve sebze suyu üretiminde kullanılan başlıca enzimler pektik enzimler; selülaz, hemüselülaz, amilaz ve arabinazdır. 4. Gıda Endüstrisinde Enzimlerin Kullanım Alanları

50 EnzimKullanım amacı PektinesterazMeyve suyunda berraklaştırma PoligalakturonazMeyve suyunda viskozite ayarlama Pektin liyazEkstraksiyonlarda yağ/su ayrımı ArabinanazMeyve suyunda berraklaştırma Selülaz / hemiselülazMeyve suyunda ekstraksiyon verimini artırma Naringinaz / limonazAcılığın giderilmesi (greyfurt ve limon suyu) 4. Gıda Endüstrisinde Enzimlerin Kullanım Alanları

51 4.5. Şarap Üretimi Şarap üretiminde mayalardan veya malolaktik fermentasyondaki bakterilerden kaynaklanan çok sayıda enzim rol oynar. Enzim preparatları daha ziyade berraklaştırma ve süzme problemlerini gidermek (pektinaz ksilinaz, glukanaz, proteaz), çeşitli aromaları ortaya çıkarmak (glukozidaz), üzüm suyu ve şarap verimini artırmak, rengin stabilizasyonunu ve ekstraksiyonunu geliştirmek amacıyla ilave edilmektedir. Üzümlerde pektik maddeleri hidroliz eden enzimler; pektin esteraz, poligalakturonaz, pektin liyaz, ramnogalakturonaz, ramnogalakturonan asetilesteraz, arabinaz ve galaktanazdır. 4. Gıda Endüstrisinde Enzimlerin Kullanım Alanları

52 4.6. Bira Üretimi Malt yapım aşamasında arpadaki enzimler (amilazlar, glukanazlar, proteazlar ve hemiselülazlar); nişasta, glukan ve protein gibi bileşenleri daha düşük molekül ağırlıklı bileşenlere parçalamak üzere görev alırlar. Mayşeleme aşamasında öncelikle proteazlar ve peptidazlar (düşük ısı dayanımı nedeniyle, 45-55°C) malt proteinlerini parçalamaya başlar ve serbest aminoasitler, peptitler ve küçük proteinler ortaya çıkar. Hücre duvarının parçalanması glukanazlar tarafından gerçekleştirilir. Hücre duvarının yeterince parçalanmaması mayşenin ve biranın süzülmesinde zorluğa sebep olmakta, biranın koyu renkli olmasına ve son ürün olan birada bulanıklık oluşturmaktadır. Olgunlaştırma aşamasında papain enzimi kullanılarak bulanıklık problemine çözüm getirilmiştir. Düşük kalorili bira üretiminde fermente edilemeyen dekstrinleri uzaklaştırmak için ise amiloglukozidaz kullanılır. 4. Gıda Endüstrisinde Enzimlerin Kullanım Alanları

53 4.7. Et ve Balık Ürünleri Etin gevrekleştirilmesinde proteolitik enzimlerin (papain, bromelain, fişin, pankreatik proteazlar, kollagenaz, mikrobiyal proteazlar) kullanımı uzun yıllardır uygulanan bir işlemdir. Transglutaminaz enzimi proteinin jelleşme, ısıl dayanıklılık ve su tutma kapasitesi gibi özelliklerinde değişime neden olan bir enzimdir. 4. Gıda Endüstrisinde Enzimlerin Kullanım Alanları

54 4.8. Gıda Analizleri AnalitEnzimUygulama GlukozGlukoz oksidazMeyve suları, alkolsüz içecekler GalaktozGalaktoz oksidazSüt ürünleri FruktozFruktoz dehidrojenazBal Sakkarozİnvertaz/glukoz oksidazMeyve suları LaktozLaktazSüt LaktatLaktaz oksidazŞarap ve yoğurt Pirüvik asitLaktat dehidrojenazŞarap, bira, süt FormatFormat dehidrojenazSütün fermentasyonu MalatMalat dehidrojenazŞarap GlutamatGlutamat oksidazAroma artırıcı AskorbatAskorbat oksidazMeyve suları Ürik asitÜrat oksidazBalığın tazeliğinin tespiti EtanolAlkol dehidrojenazAlkollü içecekler PolifenollerLakkazÇay GliserolGliserokinaz/gliserol-3-fosfat oksidazAlkolik fermentasyon LisinLisin oksidazSüt ve makarna LesitinFosfolipaz/kolin oksidazSoya unu ve çikolata AsparajinAsparajinazMeyve ve sebzeler AspartamKimotripsin/alkol oksidazYapay tatlandırıcılar 4. Gıda Endüstrisinde Enzimlerin Kullanım Alanları

55

56 5. Referanslar B. Er, B. Sarımehmetoğlu (2009). Süt Endüstrisinde Mikrobiyel Enzim Kullanımı. Vet Hekim Der Derg. 80(1). 25- 30 N. Aran (2010). Gıda Biyoteknolojisi. Nobel Yayınevi. ISBN 978 S. Fadıloğlu, O. Erkmen (2004). Importance of Enzymes In Food Industry. Gıda. 29(5): 393- 400