Ldb agroecologia2 netti_05

1. Seminario 07/07/2014
Conservazione e degradazione
alimenti

2. Alterazione e trasformazione delle sostanze
alimentari
Cause biologiche
 enzimi presenti nell’alimento
 microrganismi (salubrità, caratteri organolettici e valore nutritivo)
Cause fisico-chimiche
 ossigeno
 radiazioni
 calore
 variazione del contenuto idrico

3. Cause biologiche
Le principali reazioni di degradazione (idrolisi e ossidazione) sono
catalizzate da enzimi presenti nell’alimento o appartenenti ai
microrganismi che lo contaminano
• Enzimi presenti nell’alimento
 Gli alimenti naturali sono di origine vegetale o animale, parti o prodotti di essi. I
tessuti e le cellule ne conservano il patrimonio enzimatico.
 Nei lisosomi, corpuscoli presenti (anche diverse centinaia) nel citoplasma delle
cellule eucariote, sono presenti gli enzimi dell’autolisi (sistema digerente
endocellulare), un corredo di oltre 50 enzimi capaci di scindere una grande
varietà di molecole extra o intracellulari: perossidasi, lipasi, glicosidasi,
peptidasi (es. catepsine –frollatura carni). Con la morte dell’organismo, gli enzimi
fuoriescono dando avvio ai fenomeni di autodigestione.
Microrganismi
La maggior parte delle sostanze alimentari costituisce un terreno adatto
all’accrescimento di diversi microrganismi che si sviluppano a spese dei
composti organici. L’azione microbica determina:
 alterazione dei caratteri organolettici e del valore nutritivo
 compromissione della salubrità

4. Struttura proteina

5. Proteine struttura
tridimensionale

6. La Struttura
Terziaria • La struttura terziaria è la
conformazione
tridimensionale assunta
da una proteina.
• È stabilizzata da legami
non covalenti come
ponti idrogeno,
interazioni idrofobiche
tra amminoacidi non
polari e legami ionici.
È indispensabile per la sua
attività biologica.

7. La Struttura
• Ma anche da legTamie rziaria
covalenti, sotto forma di
ponti disolfuro fra due
cisteine.
• Le interazioni che si
instaurano a livello
tridimensionale
coinvolgono amminoacidi
non necessariamente vicini
nella struttura primaria.

8. La Struttura
Terziaria • Include il ripiegamento
delle strutture regolari
(alfa-elica e beta-foglietto)
dando luogo a
combinazioni molto stabili
(domini), che si possono
trovare ripetute nella stessa
proteina.
• gli elementi di struttura
secondaria si trovano
combinati in particolari
motivi strutturali.
Domini nei quali la
struttura secondaria può
disporsi nello spazio.

9. La Struttura
Terziaria
• I gruppi R dei vari
amminoacidi
determinano anche
loro la struttura della
proteina.
• E le sue proprietà
macroscopiche.

10. La Struttura
Terziaria • Quando le interazioni vengono
meno, in presenza di elevate
temperature, di pH non ottimale
o di detergenti, la struttura
tridimensionale viene persa,
così la proteina va incontro a
denaturazione, perdendo la sua
attività biologica.
la denaturazione a volte è
un processo reversibile, e,
allontanando l'agente
denaturante, la proteina
riprende spontaneamente
la sua conformazione
tridimensionale (che è
dettata dalla struttura
primaria).

11. Proteine Fibrose e Globulari
• Le proteine possono
essere divise in due
classi:
Proteine
fibrose
Proteine Globulari

12. Le Proteine Fibrose
• Sono di origine animali,
• insolubili in acqua,
• Assolvono ruoli strutturali per lo più.
Si dividono in tre categorie:
 le cheratine
 i collageni
 le sete
Formano tessuti protettivi
Formano tessuti connettivi
Come i bozzoli dei bachi da seta

13. Le Proteine Fibrose
• Cheratine e collageni
hanno strutture ad
elica,
• Le sete hanno
struttura foglietto
beta
Gruppi apolari e ponti
disolfuro tendono a
conferire rigidità e
insolubilità alle
proteine fibrose.

14. Le Proteine Globulari
• Sono solubili in acqua,
• di forma quasi sferica,
• Assolvono funzioni biologiche.
Possono essere:
• Enzimi
• Ormoni
• Proteine di trasporto
• Proteine di deposito

15. Le Proteine Globulari
• Contengono
amminoacidi con
catene polari e carichi,
• Sono strutture
elicoidali.
Mioglobina, proteina
globulare che trasporta
l’ossigeno nei muscoli. Le interazioni sono dovute a
ponti disolfuro, alla polarità
o meno dei gruppi R, e alla
capacità di formare legame
ad idrogeno.

16. La Struttura Quaternaria
• Ogni proteina tende ad
assumere una sola struttura
terziaria e proteine differenti
assumono conformazioni
differenti. Talvolta le
proteine possono assumere
anche una struttura
quaternaria.
È composta da
aggregati di un certo
numero di subunità Emoglobina di un adulto

17. La Struttura Quaternaria
• L’aggregazione serve ad
evitare alle parti apolari
della superficie proteica
l’esposizione
all’ambiente acquoso
della cellula.

18. Riepilogo

19. G. Enzimi
Sono catalizzatori biologici,
alcuni dei quali agiscono su
substrati specifici.
Gli enzimi possono essere
utilizzati per aiutare i
conservatori, ma sono anche
strumenti essenziali dei
microrganismi nell’attacco
ed assimilazione
dei vari materiali.

20. Cosa fanno gli enzimi?
Sono molecole proteiche naturali che agiscono come
catalizzatori ad elevata efficienza nelle reazioni
biochimiche.
Un catalizzatore è un facilitatore delle reazioni,
che avvengono molto più velocemente in sua
presenza e che non cambia, anche dopo la fine della
reazione.
Alcune razioni sono velocizzate dalla presenza degli
enzimi (in assenza in circa 24 ore mentre in
presenza dell’enzima in 4 ore)
Gli enzimi sono specifici: ognuno catalizza un
ristretto range di reazioni – spesso una sola. Il
primo step è la formazione di un complesso tra il
substrato e l’enzima.

21. Poichè gli enzimi sono
così importanti è
necessario conoscere
quali sono le loro
attività e come si
possono controllare.

22. Che tipi di enzimi ci sono?
• Gli enzimi vengono classificati in base ai composti
sui quali agiscono: le proteasi attaccano le
proteine, le cellulasi la cellulosa, le lipasi
trasformano i grassi in glicerolo e acidi grassi, le
amilasi gli amidi in zuccheri semplici.
• Alcuni enzimi agiscono su un vasto range di
substrati (es. le proteasi), mentre altri sono meno
specifici (es. collagenasi , che idrolizza il collagene
della pelle e cheratinasi, che attacca la cheratina
delle piume).
• Solo gli enzimi di vecchia scoperta non finiscono in
“asi” – es. rennina, pepsina, tripsina.

23. Cosa condiziona l’azione
degli enzimi ?
• Condizioni fisico-chimiche - come
temperatura, pH e forza ionica.
• Tutti gli enzimi hanno un OPTIMUM
di temperatura e pH, al di fuori del
quale sono meno (o per nulla)
efficienti.
• Possono essere inibiti (o distrutti) da
talune sostanze chimiche.

24. Effetti della temperatura
Molti enzimi animali hanno un optimum di temperatura
intorno ai 37oC e sono rapidamente denaturati (distrutti)
a 40oC. Agiscono debolmente a temperatura ambiente e
possono essere conservati a 4oC. Per gli enzimi microbici
invece i valori sono molto più vari.

25. Effetti del pH
Il valore ottimale del pH varia molto tra gli enzimi.
La lipasi dello stomaco ha un optimum a 4-5, mentre
quella del pancreas a pH 8.
L’optimum pH degli enzimi microbici non è
necessariamente uguale a quello della crescita cellulare.

26. Inibitori degli Enzimi
• Possono essere specifici o non-specifici.
Poiché l'enzima deve reagire con il suo
substrato, tutto ciò che "sembra" substrato
reagisce con l'enzima e così inibisce il vero
substrato.
• Questa è l’inibizione specifica - gli enzimi
che agiscono su altri substrati non sono
coinvolti.
• Si chiama "inibizione competitiva", perché
l'inibitore compete con il substrato.

27. Inibizione competitiva dell’enzima
REAZIONE
Enzima
Substrato
Enzima rilasciato
Complesso Enzima-substrato Substrato degradato
Inibitore
INIBIZIONE
Substrato bloccato dalla reazione con l’enzima

28. Inibizione non-specifica
dell’enzima
• Calore (come abbiamo già visto!!)
• Le sostanze chimiche che reagiscono
con l'enzima cambiano la sua
configurazione – ad esempio i solventi.
• Poiché tutti gli enzimi sono proteine ,
molte di queste sostanze agiscono su
tutti gli enzimi. Questa è "l'inibizione
non-competitiva".

29. Inibizione non-competitiva dell’enzima
Enzima
Substrato
Inibitore
L’inibitore causa un
cambiamento nella
conformazione
dell’enzima che
previene la
formazione di un
legame col
subbstrato. Due
esempi:
Denaturazione
dell’inibitore che
cambia la forma della
proteina (enzima)
L’Inibitore non
reagisce (ma induce
un cambiamento)
nel sito di legame
del substrato e
quindi blocca il
legame col
substrato.
?
1
2

30. “Inibizione del Substrato”
• A volte può succedere che l'enzima
venga "inondato" da grandi quantità di
substrato, allora non può agire.
• L'unico modo per aumentare la sua
attività è allora di aumentare la
quantità di enzima (o di ridurre la
quantità di substrato).
• Ricordare che il substrato deve essere
in soluzione perchè l'enzima possa agire
su di esso: un blocco di legno massello
non è "sommerso" dalla Cellulasi!!

31. Dove troviamo gli enzimi?
Quale le loro funzioni nneellll’’aammbbiittoo
biologico – alimentare?

32. Alterazioni dei prodotti vegetali
Reazioni indesiderate:
• ossidazione lipidica
• imbrunimento
• deterioramento dell’aroma
• denaturazione delle proteine
• degradazione di pigmenti e vitamine
Batteri
e
muffe
Enzimi
Enzima Temperatura
ottimale (°C)
Temperatura di
disattivazione (°C)
Perossidasi 45 95
Lipossigenasi 60 95
Polifenolossidasi 40 90
Pectinmetilesterasi 45 70
Pectinliasi 50 70
Poligalatturonasi 35 65
Clorofillasi 30 45

33. Distribuzione di alcuni enzimi nella cellula vegetale
Polifenolossidasi (PPO)
Perossidasi (POD)
Poligalatturonasi (PG)
Pectin metil esterasi (PME)
Pectinliasi (PL)
ENZIMI
DI PARETE Lipossigenasi (LOX)
Clorofillasi
ioni minerali
metaboliti secondari
acidi organici,
glucosidi e tannini,

34. Alterazioni enzimatiche dei prodotti vegetali
• poligalatturonasi (PG)
nelle pectine scindono il legame tra due unità di
acido galatturonico non metilate. Le esoPG
agiscono sulle unità terminalidella catena, le
endoPG agiscono all’interno della catena,
provocando la perdita di consistenza del prodotto
• pectinmetilesterasi (PME)
idrolizzano i gruppi metossilici, rendendo disponibile nuovo substrato per l’azione
delle PG
• pectinliasi (PL)
agiscono tra due unità di acido galatturonico metilate

35. CaCl2 (E509)
Lattato di calcio (E327)
Struttura della parete cellulare
“Many theories to account for the effect of the first
blanching step on the firmness of vegetable tissues
attribute it to pectinesterase activity . According to
Bartolome and Hoff (1972), this pretreatment causes
a loss of membrane selective permeability, giving
rise to diffusion of cations to the cell wall. This
activates the enzyme, leading to the de-esterification
of pectins and facilitates the formation
of bivalent bridges between residues of
galacturonic acid belonging to adjacent pectic
chains. The divalent ion-pectin complex thus formed
acts as an intercellular cement to give firmness to
tissues.”
(da: Alvarez and Canet, 1999. Eur. Food Res
Technol. 210: 102-108)
La prima fase di blanching attiva la pectn metilesterasi (PME) che agendo sulle
catene di pectina (mediante de-esterificazione) favorisce l’esposizione degli acidi
galatturonici all’azione degli ioni Ca2+, a questo punto si ha la formazione del
complesso divalente ione-pectina.
Gluconato di calcio
(E578)
Ca2+
Acido galatturonico
Effetto della temperatura di
blanching sull’attivazione
della PME.
Da: Ni et al., 2005. J. of Food Eng., 70: 546-556.

36. Alterazioni enzimatiche dei prodotti vegetali
I principali enzimi coinvolti nella degradazione qualitativa dei vegetali sono:
• lipossigenasi LOX
catalizza l’ossidazione di acidi grassi polinsaturi con
formazione di idroperossidi coniugati, nei vegetali è
responsabile della comparsa di off‐flavours
• polifenolossidasi PPO
ossida le funzioni fenoliche con formazione di chinoni, prima
tappa del processo di imbrunimento enzimatico dei tessuti
O
OH
HO O
OH
OH
OH
OH
OH
HO
O
O
PPO

37. ENZIMI OSSIDATIVI: LIPOSSIGENASI (LOX)
LIPOSSIGENASI: ENZIMA MOLTO DIFFUSO, SPECIE NEL REGNO
VEGETALE
SPECIFICITA’:
cis cis
CH CH CH CH CH
2
unità cis,cis - penta 1-4 dienica,
avente il gruppo metilenico in
posizione ω8
ω8
AC. -LINOLENICO
SUBSTRATI AC. LINOLEICO
ω6 ω10
AC. -LINOLENICO
COOH
COOH
COOH
L’ENZIMA SI ATTIVA NEL CORSO DELL’ESTRAZIONE DELL’OLIO DI OLIVA ED
E’ IL PRIMO ANELLO DI UNA SERIE DI REAZIONI ENZIMATICHE A CATENA
DETTE “VIA DELLA LIPOSSIGENASI”, CHE PORTANO ALLA FORMAZIONE DI
COMPOSTI CHIAVE IMPLICATI NELL’AROMA DI FRUTTATO DELL’OLIO

38. MECCANISMO D’AZIONE DELLA LIPOSSIGENASI
1) Formazione di un complesso con l’ac. grasso (linoleico o linolenico)
2) Estrazione di un atomo di idrogeno (H•) dal gruppo metilenico ω8, con
formazione del radicale alchilico R•
3) L’elettrone si delocalizza sulla struttura pentadienica
4) Reazione con l’ossigeno a livello del carbonio 9 oppure 13 e formazione del
rispettivo radicale perossidico. Contemporanea coniugazione del doppio
legame e isomerizzazione cis trans del legame che si è spostato
5) Il radicale perossidico estrae un idrogeno dal mezzo, formando l’
idroperossido
6) L’idroperossido dell’ac. grasso si stacca dall’enzima
9-IDROPEROSSIDI
13-IDROPEROSSIDI
SIA PARTENDO DALL’AC.
LINOLEICO CHE DALL’AC.
LINOLENICO, SI FORMANO
DUE SOLI ISOMERI
PROSEGUONO LA
CATENA DI
REAZIONI
CHIMICHE
(OSSIDAZIONE)
PROSEGUONO LA
CATENA DI
REAZIONI
ENZIMATICHE
(VIA DELLA LOX)

39. VIA DELLA LIPOSSIGENASI (LOX)
ACIDO
LINOLEICO
9-idroperossidi
+
lipossigen
asi
O2
13-
idroperossidi
esanal
e
esanol
o
acetato di esile
isomerizzaz.
NADH
Acetil-CoA
idroperossidoliasi
alcoldeidrogenasi
acetiltransferas
i
ACIDO
LINOLENICO
9-idroperossidi
+
lipossigen
asi
O2
13-
idroperossidi
cis-3-
esenale
idroperossidoliasi
t-2-
esenale
cis-3-
esenolo
t-2-
esenolo
cis-3-
esenilacatato
t-2-
esenilacetato
isomera
si
alcoldeidrogen
asi
+Acetil-CoA
acetiltransfera
si
C12-oxoacido
C12-oxoacido
ormone per danno
da ferite (traumatina)

40. PRODOTTI DELLA VIA DELLA LIPOSSIGENASI
RAMO DELL’
AC. LINOLEICO
RAMI DELL’
AC. LINOLENICO
esanale
esanolo
acetato di esile
cis-3-esenale
cis-3-esenolo
cis-3-esenilacetato
t-2-esenale
t-2-esenolo
t-2 -3-esenilacetato
note “verdi” principali
nota “verde-dolce”
nota “verde-amaro-astringente”
indesiderabile (?)
verde erbaceo fresco;
erba tagliata
erbaceo piu’ spento, maturo
floreale
FRUTTATO VERDE
aldeidi
alcoli
esteri

41. Alterazioni enzimatiche dei prodotti vegetali
• clorofillasi
Enzima esterasico, localizzato nei cloroplasti, scinde la
clorofilla con formazione di fitolo, alcol metilico e
clorofillide.
Responsabile della degradazione della clorofilla.
Determinano alterazioni del colore, importante nei
vegetali verdi
Attività enzimatica delle clorofillasi: lettura a 663 nm delle
clorofillidi

42. 1
Utilizzo di enzimi nell’industria
Settore alimentare
Mangimi per animali
Settore tecnico
•Industria dei detergenti
•produzione di amido
•industria tessile
•industria chimica
•industria del pellame
•industria cartaria
•industria farmaceutica
•2% nell’industria del pellame,
•15% nella produzione della carta,
•fino al 25% per enzimi nell’industria alimentare.

43. 2
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Milioni[ di $
1960 1970 1980 190
Attualmente in ITALIA il mercato totale è di 1.4 mld €, e il
mercato degli Enzimi è di 30 mln € (21.4%).
Incrementi annui (AAGR =Average Annual Grow Rate) del 10%

44. 3
6.000
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
0
x 1000 €
CPK ALT Amil AST g-GT ChE LDH ALP Lip ACP HBDH Ald
Alimentazione Detergenti Tessile Carta Chimica
amilasi

45. 4
Settore alimentare
50
40
30
20
10
0
Amido Prodotti
dietetici
Vino,
succhi
di frutta
Birra,
malto,
etc.
Prodotti
da forno
Altro
%
Mondiale
USA

46. 5
SSeettttoorreeaalliimmeennttaarree

47. Un primo impianto industriale nacque in Francia nel 1874 con un
sistema che idrolizzava l’amido usando diastasi (= amilasi) (al posto del
più costoso acido solforico) per ottenere destrina. La destrina veniva
poi utilizzata per la fabbricazione del pane, della birra e del vino.
6
1833 Payen e Persoz
purificano la diastasi
(amilasi) del grano
mediante
precipitazione con
etanolo, dimostrano
che è termolabile e
postulano l’importanza
fondamentale degli
enzimi nei sistemi
biologici.
(enzima = dal greco:
fermento)
Prima classificazione
IUB = 1958

48. ALCUNI DEI PIU’ IMPORTANTI USI
INDUSTRIALI DEGLI ENZIMI IMMOBILIZZATI
I vantaggi degli enzimi immobilizzati su quelli in soluzione sono la maggiore ECONOMICITA’
di esercizio e la grande PRODUTTIVITA’.
Enzyme EC number Product
Aminoacylase 3.5.1.14 L-Amino acids
Aspartate ammonia-lyase 4.3.1.1 L-Aspartic acid
Aspartate 4-decarboxylase 4.1.1.12 L-Alanine
Cyanidase 3.5.5.x Formic acid (from waste cyanide)
Glucoamylase 3.2.1.3 D-Glucose
Glucose isomerase 5.3.1.5 High -fructose corn syrup
Histidine ammonia-lyase 4.3.1.3 Urocanic acid
Hydantoinasea 3.5.2.2 D- and L-amino acids
Invertase 3.2.1.26 Invert sugar
Lactase 3.2.1.23 Lactose-free milk and whey
Lipase 3.1.1.3 Cocoa butter substitutes
Nitrile hydratase 4.2.I.x Acrylamide
Penicillin amidases 3.5.1.11 Penicillins
Raffinase 3.2.1.22 Raffinose-free solutions
Thermolysin 3.2.24.4 Aspartame 7

49. Applicazioni nell’’industria alimentare
Amido: prodotto più utilizzato nell’industria alimentare mondiale
8

50. APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’INDUSTRIA
Enzimi usati nell’idrolisi industriale dell’amido:
Enzima EC Fonte Attività
a-Amilasi 3.2.1.1
Bacillus
amyloliquefaciens
Idrolisi dei soli legami a-1,4-glicosidici per dare a-de-strine
e principalmente maltosio e oligosaccaridi (G2),
G3, G6 e G7.
B. licheniformis
Idrolisi dei soli legami a-1,4-glicosidici per dare a-de-strine
e principalmente maltosio e oligosaccaridi G3,
G4 e G5.
Aspergillus oryzae,
Aspergillus niger
Idrolisi dei soli legami a-1,4-glicosidici per dare a-de-strine
e principalmente maltosio e oligosaccaridi G3.
a-amilasi 3.2.1.1 B. subtilis
(amylosacchariticus)
Idrolisi dei soli legami a-1,4-glicosidici per dare a-de-strine
e principalmente maltosio e oligosaccaridi G3,
G4 e più del 50% (w/w) di glucosio.
b-Amilasi 3.2.1.2 Malto d’orzo Idrolisi dei soli legami a-1,4-glicosidici dall’estremità
non riducente per dare destrine e b-maltosio.
Glucoamilasi 3.2.1.3 Aspergillus niger Idrolisi dei legami a-1,4 e a-1,6-glicosidici dall’estremi-tà
non riducente per dare b-glucosio.
Pullulanasi 3.2.1.41 B. acidopullulyticus Idrolisi dei soli legami a-1,6-glicosidici per dare malto-destrina
a catena lineare.
9
DOLCIARIA

51. La bioraffineria di Terni Qui nasce la plastica pulita
Prodotti ecologici dal mais. La Novamont si distingue
nell'innovazione
15 ottobre 2006 ‐ Stefano Raiola
Fonte: Il Manifesto (http://www.ilmanifesto.it)
Dall'agricoltura alla plastica, senza passare per il petrolio. In un
panorama imprenditoriale nazionale che non brilla certo per la
capacità di innovare, sembra esserci spazio per qualche sorpresa. E' il
caso della Novamont, società italiana che ha lanciato una sfida
«ecologista»: fare a meno del greggio nel processo di produzione
delle materie plastiche.
Catia Bastioli non è solo l'amministratore delegato della società, ma è
soprattutto una chimica che ha dedicato la sua vita alla ricerca, caratteristica
che si riflette nei numeri e nella filosofia dell'azienda: 120 dipendenti (di cui il
30% impiegati in ricerca e sviluppo), ha chiuso il 2005 con un turnover di 35
milioni di euro, il 50% del quale fatturato all'estero, oltre il 10% reinvestito in
Ricerca e Sviluppo, e nella formazione del personale.
Catia Bastioli, la chimica inventrice del Mater Bi, vincitrice del
premio Europeo 2007 quale Inventore Europeo dell’Anno per
l’invenzione del Mater Bi (la sigla significa: materiale biologico e
sta ad indicare una bioplastica completamente degradabile in
poco tempo (12 mesi,cioè cioè un milione di volte più
velocemente della plastica tradizionale).
10

52. Biodegradabile e Compostabile per natura.
Dal Mais al Mater‐Bi™: il nuovo biopolimero
ricavato da materie prime rinnovabili.
Prodotto nello stabilimento di Terni, il Mater‐
Bi™ parte da mais e oli vegetali,
minimizzando l'uso di origine petrolifera». Si
presenta in forma di granulo e può essere
lavorato secondo le più comuni tecnologie di
trasformazione, per produrre prodotti
bioplastici dalle caratteristiche equivalenti
alle plastiche tradizionali ma perfettamente
Biodegradabili e Compostabili. Secondo stime
della compagnia l'impianto di Terni potrebbe
fornire 60 mila tonnellate di bioplastiche
all'anno a partire dal 2008, con l'ambizione di
arrivare fino a 2 milioni di tonnellate (25%
del fabbisogno nazionale di plastiche)
mettendo a colture di mais e oleginose circa
800 mila ettari di terreno.
11

53. APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’’INDUSTRIA DOLCIARIA
Zucchero da tavola
Utilizzati 2*109 Kg nel 1977 solo negli USA
Potere dolcificante = 100
12

54. α –amilasi
+
Glucosio Fruttosio
Potere dolcificante di alcuni edulcoranti naturali
Fruttosio 1,73
Saccarosio 1,00
Miele 0,90
Glucosio 0,74
Maltosio 0,32
Galattosio 0,32
Lattosio 0,16
13
Zucchero da tavola

55. APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’’INDUSTRIA DOLCIARIA
La produzione di zuccheri da amido è l’unica industria nella
biotecnologia industriale che è interamente dipendente dall’uso di
enzimi per una produzione su larga scala a scopo alimentare.
Amido:
Costituito da 2 polimeri del glucosio:
14
Produzione di zuccheri da amido

56. Produzione di zuccheri da amido
‐amilosio
Amilosio: catena non ramificata di unità di
glucosio unite da legami (α 1→ 4). Contiene
fino a 100 residui.
15

57. Produzione di zuccheri da amido
L’amilopectina è costituita da residui di glucosio
legati con legami (1  4) ma presenta anche
ramificazioni del tipo (1  6) ogni 24‐30 residui.
Una molecola di amilopectina contiene fino a 106
residui di glucosio, ed è quindi una tra le molecole
più grandi presenti in natura.
16

58. 17
Demolizione del glicogeno o
dell’amido
L’enzima deramificante ha sia
attività transferasica
che glucosidasica
amido

59. -amilasi
pancreatica
gluco-amilasi
intestinale
Si ottiengono frammenti
polisaccaridici o oligo‐saccaridici,
soprattutto
maltosio e mato‐triosio
18

60. Amido: prodotto più utilizzato nell’industria alimentare mondiale
Glucosio
Glucosio
[α] = + 52,5°
19
Invertasi
Keq ~ 1
Inverte il potere rotatorio della soluzione.
Fruttosio
[α] = ‐ 92°
Potere dolcificante
Fruttosio 1,73
Saccarosio 1,00
Miele 0,90
Glucosio 0,74
Maltosio 0,32
Galattosio 0,32
Lattosio 0,16

61. Amido in
sospensione (40%
w/v) a pH 3,5‐4,2
‐amilasi da Bacillus licheniformis
pH 6,0‐6,2
105°C per 5‐8 min o 95°C per 1‐2 ore
L’alta T è necessaria per l’idrolisi dell’amido
Fase di liquefazione
Si ottiengono frammenti di 10‐13
residui di glucosio
Fase di saccarificazione
gluco‐amilasi e pullulanasi da Aspergillus niger
pH 4,2‐4,5
60°C per 36‐48/96 ore
Fase di isomerizzazione
Glucosio isomerasi o invertasi da Streptomyces immobilizzata
per adsorbimento su DEAE‐cerllulosa
pH 7,8
60°C per 0,3‐3 ore
Si ottiene una soluzione di glucosio
al 95,5%
HFCS High Fructose Corn Syrup.
È una soluzione con circa il 42% di fruttosio
Con potere dolcificante molto più elevato del saccarosio
20
Viene utilizzato amido di mais, grano o tapioca
In batch
In batch

62. 21
‐amilasi
(optimum a T = 95°C).
gluco‐amilasi e pullulanasi
Glucosio isomerasi o invertasi
immobilizzata per adsorbimento su DEAE‐cerllulosa
E’ l’enzima che inizia l’idrolisi dell’amido. Richiede Ca2+. Le
specie Bacillus hanno ‐amilasi estremamente
termostabile. Uno di questi, brevettato come Thermamyl©
ha optimum di attività a 100°C Non riesce ad idrolizzare i
legami (1  6) : si ottiene fino al 8‐10% di glucosio oltre a
frammenti di 10‐13 residui di glucosio e una “destrina
limite”.
L’enzima pullulanasi da Aspergillus niger ha anche
effetto deramificante ma non è molto termolabile
(Tmax = 60°C). L’azione combinata dei 2 enzimi riesce a
ottenere fino al 96% di glucosio
E’ l’enzima finale che serve ad aumentare il potere
dolcificante della soluzione perché la miscela
contiene fino al 46% di fruttosio. Richiede un
quantitativo stechiometrico di ATP (costoso!). Nel
1950 è stato sostituito da una xylosio isomerasi che
ha affinità anche per il glucosio.
Si ottiene un HFCS con un contenuto di fruttosio del
42%. Con tecniche di cromatografia di adsorbimento
si possono ottenere “sciroppi di fruttosio” più dolci
con un contenuto di fruttosio più elevato

63. 22

64. __: 200 U/kg gluco-amilasi;
---: 400 U/kg gluco-amilasi;
…..: 200 U/kg gluco-amilasi
+ 200 U/kg pullulanasi.
23

65. APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’INDUSTRIA
I prodotti di idrolisi dell’amido sono utilizzati nell’industria per AUMENTARE IL SAPORE
DOLCE dei cibi:
Ingrediente nel cibo Dolcezza
relativa
Saccarosio 1.0
Glucosio 0.7
Fruttosio 1.3
Galattosio 0.7
Maltosio 0.3
Lattosio 0.2
Raffinosio 0.2
Ingrediente nel cibo
Dolcezz
a
relativa
Sciroppo di glucosio 11 DE 0.1
Sciroppo di glucosio 42 DE 0.3
Sciroppo di glucosio (HFCS) 97 DE 0.7
Sciroppo di maltosio 44 DE 0.3
Aspartame 180
Saccarosio idrolizzato 1.1
Lattosio idrolizzato 0.7
24
DOLCIARIA
DE = eqiuvalenti di destrosio: indica la % di idrolisi di amido

66. 25
Thermamyl © resiste a
100°C
Man mano che la produzione di zuccheri aumenta, il mercato richiede enzimi
sempre più efficienti per ottenere un prodotto di qualità sempre
maggiore e costi di produzione più bassi, spingendo la ricerca alla
selezione di nuovi enzimi o alla progettazione di nuovi catalizzatori
mediante ingegneria proteica, o mutagenesi sito-specifica o random.

67. 26
HFCS
Utilizzato in tutta l’industria dolciaria mondiale.
Vantaggi:
• a basso costo e grande disponibilità (da amido)
• potere dolcificante più elevato del saccarosio
• cristallizza a temperature più basse del saccarosio
In cioccolatini o biscotti dal “cuore
morbido”

68. APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’’INDUSTRIA DOLCIARIA
Un’altra fonte di zuccheri può essere la cellulosa, molto più abbondante in natura
dell’amido.
La cellulosa è però “contaminata” da lignina e pentosani, e la sua purificazione enzimatica
non è economicamente vantaggiosa.
Le cellulasi in commercio sono in realtà miscele di enzimi:
- endo 1,4-b-glucanasi (EC 3.2.1.4),
- eso-cellobioidrolasi,
- eso-1,4-b-glucosidasi (EC 3.2.1.74),
- cellobiasi (EC 3.2.1.91)
che dovrebbero essere utilizzati per produrre glucosio.
27

69. 28
APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’’INDUSTRIA
LATTIERO-CASEARIA
Latte ad alta digeribilità
E’ latte privo di lattosio
Intolleranza al lattosio = galattosemia
Tra i componenti del latte, il lattosio rappresenta il 5%
circa. Tale quantità diminuisce nello yogurt e nei
formaggi freschi, fino ad azzerarsi nei formaggi più
stagionati a pasta dura.
Il lattosio è un disaccaride formato da glucosio e
galattosio.
Questo disaccaride non si trova solo nei latticini, ma viene
aggiunto anche sottoforma di latte in polvere, durante la
preparazione di vari alimenti come salumi, gnocchi di patate,
salse, budini, pane, alcuni cibi in scatola, prodotti da forno,
pasticcini, minestre, cioccolato al latte e caramelle alla panna.

70. 29
Latte ad alta digeribilità
Gran parte della popolazione mondiale è INTOLLERANTE al lattosio (Tailandia 97%, Cina 90%,
americani di colore 73%; americani bianchi 16%, Svezia 4%) a causa di una deficienza (anche
genetica) di lattasi (b‐galattosidasi). Purtroppo, la quota non digerita risulta del tutto
inassorbibile prosegue lungo l'intestino provocando disturbi come senso di pienezza, mal di
pancia, gonfiori e diarrea.
Il LATTE PRIVO DI LATTOSIO è quindi un alimento fondamentale.
Il lattosio è fonte anche do altri problemi: ha bassa solubilità, forma cristalli
(a concentrazione dell’11% a 4°C) ed è oggetto a contaminazione da
microrganismi.

71. La lattasi si ottiene dal lievito Kluyveromyces fragilis o dal fungo Aspergillus oryzae o A.
niger.
30
Il lattosio deve quindi essere idrolizzato dalla lattasi a glucosio e β-galattosio:
Latte
‐galattosidasi
Latte ad alta digeribilità

72. 31
Potere dolcificante di alcuni
edulcoranti naturali
Fruttosio 1,73
Saccarosio 1,00
Miele 0,90
Glucosio 0,74
Maltosio 0,32
Galattosio 0,32
Lattosio 0,16
Il lattosio ha un basso potere dolcificante.

73. 32
Industria dei gelati
per ottenere un prodotto base:
• auto‐dolcificante e risparmiare sullo zucchero
aggiunto
• più difficilmente contaminabile
•Meno cristallizzabile. Fruttosio 1,73
Saccarosio 1,00
Miele 0,90
Glucosio 0,74
Maltosio 0,32
Galattosio 0,32
Lattosio 0,16
Glucosio e galattosio
dolcificano di più
Il latte è trattato con ‐galattosidasi nella
fabbricazione di gelati, nei dolcificanti,
nel latte condensato e in piccole quantità
nel latte sterilizzato.

74. caglio siero
33
APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’’INDUSTRIA
LATTIERO-CASEARIA

75. 34
APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’’INDUSTRIA
LATTIERO-CASEARIA
Il formaggio deriva da un processo che coinvolge un gran
numero di trasformazioni biochimiche, come idrolisi di
lipidi e proteine, a carico di enzimi di microrganismi che
crescono nel formaggio. Le diverse qualità di formaggio
sono dovute alla presenza di microrganismi diversi.
Microrganismo Reazione Enzimatica coinvolta
Streptococcus lactis
Streptococcus cremoris
Lattosio → lattato
+ proteolisi e lipolisi limitata
Propionobacteria spp
(cresce solo in presenza di acido lattico)
3 Lattato → propionato
+ acetato + CO2 + H2O
Penicillium camemberti
Penicillium roqueforti
proteolisi e lipolisi limitata più
altre attività

76. 35
Propionobacteria spp
LDH
3 CH3CHOHCOO‐ 3 CH3COCOO‐ 2 CH3CH2COO‐ + CH3COO‐+ CO2 + H2O
lattato piruvato propionato
Penicillium camemberti
Penicillium roqueforti
Catalizzano una fermentazione secondaria dopo la produzione di acido lattico.
Possono crescere solo sulla superficie del formaggio per cui si ottengono formaggi di
forma piccola. Il Penicillium roqueforti cresce anche in condizioni anaerobiche.

77. 36
Produzione di L‐‐amminoacidi puri da recemi
E’ la prima produzione industriale nel mondo ottenuta mediante
l’uso di enzimi immobilizzati (Giappone, 1966)
Acetilazione
chimica
D,L –amminocido + anidride acetica D,L‐acetil amminoacido
L‐ammino
acilasi
D,L –Acetil‐amminocido L‐amminoacido + D–Acil‐amminoacido
Racemizzazione
chimica
D‐acetil amminoacido D,L –Acetil‐amminocido

78. 37
Produzione di L‐‐amminoacidi puri da recemi
D,L‐amminoacido
(racemo)
Acetilazione
chimica
L‐ammino
acilasi
immobilizzata
su DEAE ‐
Sephadex
D‐Acetil‐amminoacido
+ L‐amminoacido
Racemizzazione
chimica
D‐acetil
amminoacido
cristallizazione
L‐amminoacido
puro
D,L‐Acetil‐amminoacido
(racemo)

79. 38
Confronto tra diversi metodi di immobilizzazione di
L‐‐amminoacilasi da Aspergillus oryzae
Ionico
(DEAE‐Cellulosa)
Intrappolamento
in gel di
poliacrilammide
Covalente su
Acetil‐cellulosa
Preparazione facile moderata difficile
Attività alta alta alta
Costo basso medio alto
Forza di legame moderata alta alta
Rigenerazione SI NO NO
Stabilità (t1/2) 65 giorni a 50°C 48 giorni a 37°C
ottimale

80. 39
POTERE EDULCORANTE DEI PIÙ COMUNI DOLCIFICANTI
CATEGORIA COMPOSTO POTERE
EDULCORANTE
(saccarosio = 1)
AVVERTENZE
Carboidrati
semplici
Fruttosio 1.5
Polioli
Sorbitolo 0.5
effetto lassativo oltre i
20 g/giorno
Maltitolo 0.7
Xilitolo 0.7
Mannitolo 0.5
Isomalto 0.6
Lactitolo 0.3
Edulcoranti
intensi
Saccarina 300-500 .
Ciclamato 30
Acesulfame-K 20
Aspartame 120-200 controindicato nei
soggetti
fenilchetonurici

81. APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI
NELL’INDUSTRIA DELLE BEVANDE
Essiccato a 85°C fino ad ottenere una soluzione al
4% (w/v)
40
Malto in grani
Bagnato in H2O in cantina (12°C) per 36 ore
Malto impregnato
Germinazione al buio in cantina. Si producono
enzimi idrolitici
Malto germinato
Malto d’orzo

82. APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI
NELL’INDUSTRIA DELLE BEVANDE
BIRRA
Industrialmente si aggiungono:
- a-amilasi e proteasi da Bacillus subtilis per la saccarificazione
dell’amido
- b-glucanasi e proteasi per aumentare la velocità di fermentazione;
- cellulasi e papaina.
DIET BEER
Aggiungendo anche amiloglucosidasi (enzima
deramificante) si ottiene un’idrolisi di amido più
spinta e diminuisce sia il grado alcolico che il
contenuto calorico e si produce la birra “leggera”);
41

83. 42
Allo stesso modo si ottengono tutte le bevande “dietetiche”

84. APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI
NELL’INDUSTRIA DELLE BEVANDE
DISTILLATI ALCOLICI
Sono usate diverse fonti di carboidrati (melassa per il rum, uva per il
brandy, malto d’orzo, grano e segale per il whiskey; lo
Scotch è fatto esclusivamente con malto d’orzo ) per la
saccarificazione ad opera di una a-amilasi.
43

85. APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI
NELL’INDUSTRIA DELLE BEVANDE
DISTILLATI ALCOLICI
Sono usate diverse fonti di carboidrati (melassa per il rum,
uva per il brandy, malto d’orzo, grano e segale
per il whiskey; lo Scotch è fatto esclusivamente
con malto d’orzo ) per la saccarificazione ad opera di una a-amilasi.
44

86. ALCUNI ESEMPI DI APPLICAZIONI INDUSTRIALI DI
ENZIMI IMMOBILIZZATI
RAFFINASI (α-D-galattosidasi) dalla muffa Mortirella vinacea. Si usa per rimuovere il
raffinosio dal latte di soia che provoca problemi digestivi nei pazienti che lo assumono nella
dieta.
PENICILLIN-AMIDASI, ottenuta da Escherichia coli, nella preparazione di antibiotici semi-sintetici
(penicillina G o benzil-penicillina, penicillina V o fenossimetil-penicillina, ampicillina,
cefalosporina).
NITRILE-IDRATASI (o NITRILASI), ottenuta da Rhodococcus, per la preparazione di acri-lonitrile,
un monomero utilizzato per la produzione di polimeri economici. Il quantitativo di
acrilonitrile prodotto nel mondo per via enzimatica è di 400 tonnellate/anno.
46

87. ENZIMI IMMOBILIZZATI COMMERCIALI
47

88. LE MAGGIORI PRODUZIONI MONDIALI
CON PROCESSI BASATI SU ENZIMI - 1
48

89. CONSTITUENT COMPOSITION
(%)
Sodium tripolyphosphate (water softener, loosens dirt)a 38.0
Sodium alkane sulphonate (surfactant) 25.0
Sodium perborate tetrahydrate (oxidising agent) 25.0
Soap (sodium alkane carboxylates) 3.0
Sodium sulphate (filler, water softener) 2.5
Sodium carboxymethyl cellulose (dirt-suspending agent) 1.6
Sodium metasilicate (binder, loosens dirt) 1.0
Bacillus protease (3% active) 0.8
Fluorescent brighteners 0.3
Foam-controlling agents Trace
Perfume Trace
Water to 100%
Attualmente si riduce il contenuto in fosfati (sostituiti da sodio carbonato e proteasi in maggior quantità.
49
APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI
NELL’INDUSTRIA DEI DETERGENTI

90. APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’INDUSTRIA
ALIMENTARE
Le APPLICAZIONI degli enzimi nell’industria alimentare sono molteplici.
La chimosina (rennet), ottenuta dall’abomaso dei vitelli, è utilizzata nella produzione dei
FORMAGGI.
La papaina, ottenuta dalle foglie e dai frutti della papaya (Carica papaya) è utilizzata per
rendere TENERA la carne.
Le proteasi si usano per migliorare il SAPORE dei cibi: aa terminali acidi rendono la carne
polposa e appetitosa (come il glutammato di Na), mentre aa terminali idrofobici rendono
la carne amara, tanto più quanto più lungo è il peptide.
Le proteasi da B. amyloliquefaciens aumentano il SAPORE nei formaggi, mentre le lipasi
da Mucor miehei e da Aspergillus niger lo aumentano nel Gorgonzola.
Dopo la macellazione, l’osso è trattato a 60°C con ALP per rimuovere un ulteriore 5% di
carne, che viene usata IN SCATOLA o per i brodi.
L’emoglobina è trattata con subtilisina per far precipitare l’eme ed utilizzarlo nella
produzione di CARNE AFFUMICATA e SALSE.
Negli animali vecchi si inietta papaina nella giugulare per AMMORBIDIRNE la carne.
50

91. APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’INDUSTRIA
ALIMENTARE
Nell’INDUSTRIA ALIMENTARE è molto utilizzato il sistema enzimatico glucosio-ossidasi/
/catalasi.
La glucosio ossidasi catalizza l’ossidazione del β-glucosio a glucono-1,5-lattone (che si
idrolizza spontaneamente ad acido gluconico):
La glucosio-ossidasi si ottiene da Aspergillus niger e da Penicillum. Il perossido d’idrogeno
(H2O2) è un potente battericida e si può eliminare, dopo l’uso, con la catalasi, che catalizza la
reazione:
2 2 2 2 2H O CATALASI2H O O
Il sistema glucosio-ossidasi/catalasi è utilizzata per RIMUOVERE IL GLUCOSIO e l’O2 dagli
alimenti per aumentare la CAPACITA’ DI CONSERVAZIONE.
Si usa per eliminare l’ossigeno dallo spazio superiore nelle bottiglie e nelle lattine e per ridur-re
il colore scuro nei vini e nella maionese.
51

92. APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’INDU-STRIA
DELLE PELLI E DELLE LANE
Le proteasi alcaline sono spesso utilizzate per rimuovere i PELI dalle PELLI. Questo
proces-so è molto più sicuro del precedente metodo che richiedeva sodio solfito. Dopo
questo trattamento, le pelli che servono per produrre vestiario sono macerate in
soluzione alcalina con enzimi pancreatici per aumentare la loro MORBIDEZZA e
SOFFICITA’.
In passato le proteasi (papaina) erano
utilizzate per la produzione di LANE
IRRESTRINGIBILI aumentando anche la -
LUCENTEZZA del tessuto.
Il metodo è stato poi abbandonato in quanto
antieconomico.
52

93. APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’INDUSTRIA
L’idrolisi del saccarosio (“INVERSIONE”) a glucosio e fruttosio (catalizzata dalla invertasi
da Saccaromyces cerevisiae) permette la produzione di sciroppi molto più stabili di quelli
contenenti saccarosio.
L’invertasi è utilizzata nella produ-zione di dolciumi con il CENTRO LIQUIDO o
MORBIDO. In produzione il centro contiene saccarosio ed invertasi (solido). Dopo alcuni
giorni l’enzima idrolizza il saccarosio e liquefa il centro del dolce.
53
DOLCIARIA

94. APPLICAZIONI DEGLI ENZIMI NELL’INDUSTRIA
DELLE BEVANDE
Il problema maggiore nei SUCCHI DI FRUTTA e nei VINI è la torbidità dovuta a pectine. Le
pectine sono polimeri di acido a-1,4-anidrogalacturonico.
L’unico modo efficace per eliminate la torbidità è l’idrolisi enzimatica delle pectine. Ciò riduce
la viscosità e aumenta il volume (anche del 15%) della soluzione.
Gli enzimi pectolitici commerciali derivano tutti da Aspergillus niger, e consistono in una
miscela di enzimi diversi:
- poligalatturonasi (EC 3.2.1.15),
- pectinasterasi (EC 3.2.1.11),
- pectina liase (EC 4.2.2.10),
- emicellulasi (una miscela di enzimi idrolitici).
.
54

95. Pectinasi
Inibitori di pectinasi
55

96. Nuove Strategie
Strategia classica
Evoluzione molecolare
Enzimi “naturali”
Purificazione
Caratterizzazione
Espressione eterologa
Screenig
Scaling‐up
Produzione industriale
Mutagenesi sito‐specifica
DNA shuffling
Bioinformatica
Base dati sequenze
Predizione struttura
56

97. Enzimi prodotti da microorganismi geneticamente modificati (OGM)
57
*Si possono produrre enzimi con alto grado di specificità e purezza
•Si possono ottenere enzimi altrimenti non disponibili per motivi
economici, ambientali, ecc.
*Vantaggi ambientali in quanto a causa dell’elevata efficienza di
produzione si ottiene un risparmio di energia e minori scarti
*Per enzimi utilizzati nell’industria alimentare ci sono particolari
benefici nella qualità del prodotto e minor uso di conservanti chimici
(juice, baking and starch industry),
* Per enzimi utilizzati in agricoltura ci sono particolari benefici per una
significativa riduzione della quantità di fosforo rilasciato nell’ambiente

98. Pubblicato il 02/03/10
Bruxelles da l'ok alla super patata Ogm
Via libera per la coltivazione di Amflora, creata dalla Basf. Il tubero contiene un gene
che resiste agli antibiotici.
58

99. Bruxelles ha dato l'ok per la coltivazione della super patata Amflora, tubero
transgenico prodotto dalla Basf.
Amflora, modificata in modo da avere un maggior contenuto di amido, è stata a lungo
al centro di una controversia fra l'Efsa (autorità Ue di sicurezza alimentare), con sede a
Parma, che ha dato il suo via libera 'tecnico', e le due autorità sanitarie l'Emea (agenzia
Ue del farmaco) e l'Oms. La controversia riguardava la presenza, nell'Ogm, di un gene
'marker' che conferisce resistenza a un antibiotico importante per la salute umana.
Gli ambientalisti in seno al parlamento europeo si sono detti scioccati per il via libera. Sono
colpito nel vedere che il commissario alla Salute e alla Tutela dei consumatori, John Dalli, non ha
avuto bisogno che di alcune settimane nel suo nuovo incarico per esprimere un sostegno così
palese agli interessi industriali, ha scritto su una nota uno dei leader del movimento verde,
Martin Haeusling, Ci sono preoccupazioni serie a riguardo di un gene della patata Amflora che è
resistente agli antibiotici. E seri dubbi persistono in merito alle possibili conseguenze sulla salute
umana e sull'ambiente, ha aggiunto.
L'Efsa ha dato il suo via libera nonostante la direttiva Ue 2001/18, relativa al rilascio deliberato di Ogm
nell'ambiente, proibisca espressamente l'autorizzazione per gli Ogm contenenti geni di resistenza ad
antibiotici importanti per la salute umana. La decisione della Commissione Ue, ha detto il ministro delle
Politiche agricole Luca Zaia, ci vede contrari. Il fatto di rompere una consuetudine prudenziale che veniva
rispettata dal 1998 è un atto che rischia di modificare profondamente il settore primario europeo. Non solo
non ci riconosciamo in questa decisione ma ci teniamo a ribadire che non permetteremo che questo metta in
dubbio la sovranità degli Stati membri in tale materia. Oltre al ministro sono insorti anche Greenpeace e
Slow food: secondo il movimento con sede a Bologna la concessione segna un passo indietro nel
comportamento che l'Europa seguiva dal 1998, guidato innanzitutto dal principio di precauzione.

100. Quali trattamenti dobbiamo
applicare per eliminare gli
enzimi?

101. Blanching o scottatura
Le finalità dell'operazione sono:
• stabilizzazione qualità inattivazione degli enzimi ;
• risanamento microbiologico diminuzione della carica microbica
(effetto del lavaggio e del calore);
• fissazione del colore allontanamento dell'aria contenuta negli
interstizi dei tessuti ;
• deodorizzazione eliminazione odori sgradevoli,
• allontanamento di residui terrosi e foglie;
• accelerazione della pelatura.
I metodi più comuni di blanching prevedono il passaggio dell'alimento
attraverso:
• un bagno di acqua calda a 70 ÷100 °C (T=90°C; t=90sec);
• un'atmosfera di vapore saturo (escludendo l’O2).

102. Attività enzimatica in funzione della temperatura

103. Valutazione dell’efficacia del trattamento di blanching
L’assenza di attività implica che tutti gli altri enzimi
presenti, meno resistenti al calore, sono stati distrutti
La completa assenza di attività perossidasica indica un
overblanching, cioè il raggiungimento di condizioni tali da
indurre indesiderate alterazioni delle proprietà fisiche e
sensoriali del vegetale.
Per una migliore qualità dei prodotti surgelati la
scottatura deve essere condotta in modo tale che
rimanga un’attività perossidasica residua, circa 1÷ 10%
dell’attività totale (Williams et al. 1986).
PEROSSIDASI
LIPOSSIGENASI
Enzima di riferimento considerato il più appropriato per valutare
l’adeguatezza del blanching, poiché presente in molti vegetali. Il
metodo enzimatico per la sua misura si basa sulla misura dei dieni
coniugati derivanti dall’ossidazione dell’acido linoleico ( 234 nm).

104. L'alimento viene rapidamente riscaldato alla temperatura voluta, mantenuto per un certo
tempo a questa temperatura e quindi raffreddato rapidamente.
A 1
B 1
A2 ˂˂ A1
B2 ˂˂ B1
Vitamine
Aromi
Pigmenti
Texture
Trattamento 1= A1+B1 Trattamento 2= A2+B2
B 2
A 2
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
tempo (secondi)
Temperatura (°C)

105. Tecnologie emergenti per l’inattivazione di enzimi in prodotti vegetali
Tecnologia al plasma
Alte pressioni (HP)
Riscaldamento ohmico
Campi elettrici pulsati
QUARTO STATO DELLA MATERIA:
gas al quale è stata applicata
un’energia elettrica che ne ha
modificato la struttura.
Agenti chimici
Trealosio (Ingrediente Alimentare ai sensi del Reg. 258/97/CE)
Ca2
+ Sali di calcio (Additivi alimentari diversi da coloranti ed edulcoranti; direttiva 95/5/CE)
Irraggiamento
UV IR MW RF
Altri metodi di riscaldamento non
convenzionale

106. 1. nube reattiva di particelle cariche e radicali liberi prodotta
dall'azione di un forte campo elettromagnetico;
3. metodologia adatta per la sterilizzazione di materiali
sensibili al calore (la temperatura di processo non
supera i 50°C);
NO OH
Gas Plasma:
N2
N2
N2
N2
specie radicaliche, che
urtandosi generano energia
sottoforma di raggi UV
protoni ed elettroni
2. l’effetto battericida è il
risultato della loro azione
combinata sulla cellula
idrolisi del DNA
Interazione con le
componenti
chimiche della
membrana cellulare
Tecnologia STERRAD®
Gas plasma prodotto
impiegando H2O2 per la
sterilizzazione di presidi
medici
…il tipo di gas impiegato
determina il tipo di plasma, es:
4. al termine del processo nessun residuo tossico rimane nei materiali trattati.
Ar, O2, N2, H2, NH3

107. Disattivazione enzimatica mediante tecnologia con raggi ultravioletti (UV)
Materiali e metodi: lampada da 15 W con massimo di emissione a 254 nm posizionata in una cella termostatata
equipaggiata di un sistema per il controllo dell’umidità.
Decremento dell’attività liasica dovuta all’irradiazione con UV
Firmness misurata in pezzi di mela esposti e
non ai raggi UV
235 nm
Tutti i trattamenti sono stati condotti a 4°C
per 5 minuti.
Non sono stati osservati incrementi della
temperatura a seguito
dell’irraggiamento.
Attività testata in soluzione modello di
pectinliasi da Aspergillus japonicus
Attività liasica misurata nel succo di
mela

108. Diagramma relativo alla tecnologia “IR dry‐blanching”
Piastre emittenti IR
Campione
Acquisizione dei dati
Termometro per
l’acquisizione dei dati
DIMENSIONI DELLE PIASTRE EMITTENTI: 30x60 cm
Intensità radiante (W/m2) pari a 3000, 4000 e 5000 W/m2

109. Saggio delle polifenolossidasi (PPO)
Il metodo impiegato sfrutta la reazione delll’o-chinone
con il 3-metil-2-benzotiazolinone idrazone (MBTH) a
partire dall’ossidazione dell’acido 3,4- diidrossicinnamico
(DHPPA)
Si misura l’incremento di assorbanza
a 500 nm per un tempo superiore al1
minuto
Campioni di mele esposti alla
tecnologia IRDB impiegando
tempi diversi. Le foto mostrano
come il trattamento disattivi le
polifenolossidasi.
Materiali e metodi
DHPPA
MBTH
Riepilogo dei parametri relativi alla disattivazione della polifenolossidasi (PPO) sottoponendo fette di mela aventi diverso spessore e impiegando 3 differenti intensità
radianti

110. Campioni esposti alla tecnologia IRDB impiegando tempi diversi. Le foto mostrano come il trattamento disattivi le perossidasi (POD).
PERE
CAROTE
PATATE
Materiali e metodi
Saggio delle perossidasi (POD)
Il metodo impiega il 3-metil-2-benzotiazolinone
idrazone (MBTH) per la formazione di un
complesso mediante l’aggiunta del guaiacolo
MBTH
Guaiacolo
Incremento dell’assorbanza
a 500 nm
Peroxidase
from horseradish

111. Disattivazione enzimatica mediante tecnologia con microonde (MW)
Materiali e metodi:
Microwave: trattamento con forno a MW (1000 W)
Ohmic: riscaldamento ohmico mediante corrente alternata
Conventional heating: trattamento con blanching tradizionale
I trattamenti sono stati condotti alle
seguenti condizioni:
• 90°C per 1min
• 90°C per 4min
• 60°C per 10min
• 60°C per 40min
Effetto dei trattamenti sulla consistenza del prodotto finale

112. Analisi della microstruttura (20x)
Campione
non trattato
Campione
trattato con
MW 60° per
40 min

113. Disattivazione enzimatica mediante tecnologia con radiofrequenze (RF)
Materiali e metodi: impianto pilota della potenza di 3,5 kW, con sistema a radiofrequenze di
27,12 MHz.
CAMPIONI
Le purea ottenute dalle due tesi
RF: trattamento con RF (4‐6,9 kV) per 3 min (temperatura al
(RF e C) sono state sottoposte
centro: 98°C; temperatura sulla superficie: 52°C)
ad analisi sensoriale (30
Controllo: trattamento con blanching tradizionale (95°C per 3 min).
assaggiatori).
Decremento dell’attività della PPO dovuta al trattamento con RF Spider‐plot relativo ai parametri dell’analisi sensoriale.

114. TREALOSIO GRAS “Generally Recognised As Safe”. E’ un disaccaride formato da due
molecole di glucosio legate con legame α-(1,1). L’assenza di gruppi funzionali riducenti
questo disaccaride compatibile con le proteine alimentari in quanto non avviene
l’indesiderata “reazione di Maillard” di imbrunimento non enzimatico.
Non trattato
Blanching a vapore
4 min. 3 min.
PATATE CAROTE
blanching
Blanching
+
saccarosio
Blanching
+
trealosio
Non trattato Blanching
Spessore dei campioni : 1 mm, diametro: 20 mm.
Trattamento: i campioni sono stati messi a contato con una soluzione contenetnte
saccarosio o trealosio al 20% e successivamente sottoposti a blanching a vapore.
Dopcampioni (da: Aktas et al., 2007, Food and Biopro. Proc. 85: 178-183).
I campioni sono stati sottoposti al
trattamento di blanching (in acqua a
60°C per 10 min) e successivamente
bagnati con soluzione di trealosio al 5%
e trattati nuovamente con acqua alla
temperatura di 60° C.
Controllo
Acido
ascorbico
Glicerolo
Trealosio
Glicerolo
+
Trealosio
Campioni di lichi essiccato in seguito a
pretrattamenti con diversi agenti. (da: Mahayothee
et al., 2009, Eur. Food Res. Technol. 229:329-
337).
Blanching + saccarosio
Blanching + trealosio

115. Processi e/o tecnologie testati
Termico IR
superficiale
A freddo
Gas
Plasma
Agenti
chimici
Termico
istantaneo
UV
MW
RF

116. Analisi microscopica
Indagine
reologica
Analisi
colorimetrica
Valutazione
sensoriale
Dosaggi enzimatici
dedicati
Saggi analitici
Olfattometro

117. Metodi di estrazione e determinazione delle attività enzimatiche
PATATA SPINACIO Substrato Rif.
ESTRAZIONE
Polifenol ossidasi (PPO) 1 1 Catecolo
(pH6.5)
Terefe et al.,
2010
Ac.diidrossicinnamico
+MBTH
(pH 4.5)
Zhu et al., 2009
Perossidasi (POD) 1 1 Guaiacolo
(pH 6.5)
Lemmens et al.,
2009
Pectin metil esterasi (PME) 1 1 Citrus pectin Lemmens et al.,
2009
Pectin‐liasi (PL) 1 1 Citrus pectin Metodo da
Sigma Aldrich
Poligalatturonasi (PG) 1 1 Acido
poligalatturonico
Anthon and
Barret, 2002
Lipossigenasi (LOX) 1 1 Acido linoleico Gokmen et al.
2005
Clorofillasi 2 Clorofilla a e b Costa et al.
2005

118. Saggi analitici
Olfattometro
Analisi colorimetrica
SPAD-502Plus
Metodo di misura radiometrico fogliare non-distruttivo,
misura l’attenuazione della luce a 650 nm (i.e., vicino al
massimo di assorbimento della clorofilla) e 950 nm da
un’area fogliare di 0.06 cm2. Differenze nell’attenuazione
della luce vengono convertite in unità SPAD, proporzionali
alla concentrazione fogliare di clorofilla.
Colorimetro CR-400
Misura velocemente e con facilità differenze di
colore in molteplici applicazioni.
In special modo, nel settore alimentare, chimico e
delle materie prime.