CHEMIE POTRAVIN - cvičení

Ústav chemie a analýzy potravin, VŠCHT Praha

VÝSKYT, SLOŽENÍ A ZMĚNY BÍLKOVIN V POTRAVINÁCH

ŽIVOČIŠNÉHO A ROSTLINNÉHO PŮVODU

MASO, MASNÉ VÝROBKY, DRŮBĚŽ, RYBY

Svaly savců obsahují průměrně 20% bílkovin

Myofibrilární – především myosin (29%) a aktin

(13%)

Sarkoplasmatické - především různé enzymy (asi

24,5%), myoglobin (asi 1,1%) a hemoglobin s ostatními

extracelulárními proteiny (asi 3,3%)

Pojivové strukturní - zastoupeny především

kolagenem (5,2%), keratinem, elastinem (0,3%) a

mitochondriálními proteiny (asi 5%)

základní strukturní jednotka kosterních svalů:

SVALOVÉ VLÁKNO =svalová buňka obsahující 100-200 jader

+ buněčné organely – sarkolema (cytoplasmatická membrána),

sarkoplasma (cytosol, masová šťáva)

SVALOVÁ BUŇKA

MYOFIBRILY (kontraktilní elementy)

SARKOMER (strukturní jednotka myofibrily)

2 TYPY MIKROFILAMENTŮ

MYOSIN AKTIN

(1) Nervové vlákno (2) Připojení na sval (3) Svalové vlákno (4) Myofibrily

TROPONIN,TROPOMYOSIN (REGUL. FCE)

MYOFIBRILÁRNÍ PROTEINY

+ sarcoplasmatic

proteins (enzymes,

myoglobin,

hemoglobin)

Myofibrila –

kontraktivní elementa

ACTIN

MYOSIN M-linie

KONTRAKCE SVALU

uvolnění Ca2+ iontů ze sarkoplasmatického retikula (v důsledku

nervového impulsu)

vazba Ca2+ iontů na troponin → konformační změna tropomyosinu a

následne i aktinu

reakce aktinu s myosinem → vznik aktinomyosinu a zkrácení

sarkomeru

SARKOMER

UVOLNĚNÉHO SVALU

SARKOMER PŘI SVALOVÉ

KONTRAKCI

AKTIN

MYOSIN

SVALOVÁ AKTIVITA

RELAXACE SVALU

reakce aktinomyosinu s ATP za vzniku aktinu a ATP-myosin

komplexu

následná hydrolýza ATP-myosin komplexu → myosin + ADP + PO43-

Bežná svalová práce: zisk ATP aerobně z (metabolismus cukrů a tuků –

oxidace Glu na pyrohroznová kyselina a ATP).

Svalová práce při velké námaze: zisk ATP anaerobně (glykolýza – mléčná

kyselina – ATP)

SVALOVÁ AKTIVITA

SARKOMER PŘI SVALOVÉ

KONTRAKCI

AKTIN

MYOSIN

POSTMORTÁLNÍ ZMĚNY MASA

post mortem ve svalech živočichů probíhá mnoho biochemických,

strukturních a funkčních změn, které mají vliv na kvalitu masa…

po dobu aktivity glykolických enzymů probíhá pouze anaerobní

glykolýza (za vzniku ATP) → vzniká mléčná kyselina

dochází ke snižování pH z 6,8 na pH < 5,8 – denaturace enzymů

stále jsou uvolňovány Ca2+ ionty indukující tvorbu A-M komplexu,

není však k dispozici ATP k jeho rozkladu → RIGOR MORTIS

ve stavu RM nelze maso tepelně opracovat, nemá žádoucí

organoleptické vlastnosti

RM odezní po 2-3 dnech – působení proteas a kolagenas

PSE (Pale-Soft-Exudative): maso světlé, měkké a vodnaté.

V důsledku rychlejší a rozsáhlejší glykolýzy, resp. tvorby mléčné

kyseliny má maso nižší pH než maso normální. Denaturace

proteinů → světlá barva, snížená schopnost vázat vodu.

Maso není konzumovatelné, převážně u prasat, souvisí s

geneticky danou náchylností prasat na stres

DFD (Dark-Firm-Dry): maso tmavé, tuhé a suché.

V důsledku ztráty mléčné kyseliny vykrvením nebo u zvířat

vyčerpaných před porážkou (spotřebují veškeré zásoby

glykogenu) má maso vyšší pH → vysoká schopnost vázat vodu,

tmavá barva a malá údržnost.

Běžně u skotu, je konzumovatelné

VADY MASA

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ MASA

DŮSLEDKY TEPELNÉHO OPRACOVÁNÍ

SARKOPLASMATICKÉ PROTEINY

MYOGLOBIN

HEMOGLOBIN

Barvivo červených krvinek,

přenašeč O2 z plic do tkání

Barvivo svalové tkáně, přenašeč

O2 ve svalu

Prostetická

skupina

Globin –

bílkovinný řetězec

Přenos kyslíku z plic do tkání

a odvod CO2 z tkání do plic.

Fe2+ ionty hemu reverzibilně

váží molekulu kyslíku (tzv.

oxygenace hemoglobinu).

Schopnost navázání O2 a

ztráta CO2 na železnatém ionu

je úměrný parciálnímu tlaku

dýchacích plynů - v plicích má

kyslík vyšší parciální tlak než

oxid uhličitý – ve tkáních je tomu

naopak.

Oxygenace hemoglobinu

spojena se změnou barvy krve:

deoxyhemoglobin je tmavě

červený, oxyhemoglobin světle

červený HEMOGLOBIN

Prostetická

skupina

Globin –

bílkovinný řetězec

ochranná a podpůrná funkce, malá nebo žádná biologická hodnota

KOLAGEN

obsaženy téměř ve všech pojivových tkáních (kůže, chrupavky, kosti)

kolagenní vlákna tvořena vlákny TROPOKOLAGENU (3 vzájemně

stočené šroubovice)

vysoký obsah Gly (~30%), Pro (~12%), přítomnost hydroxyprolinu

3 ŠROUBOVICE TROPOKOLAGENU

KOLAGENOVÁ VLÁKNA

STRUKTURNÍ PROTEINY

kolagen je nerozpustný ve studené vodě, v roztocích solí a

zředěných kyselinách a zásadách

zkracování (smršťování) molekuly v důsledku zahřívání (45-65°C)

při t > 90°C: porušení struktury vazeb mezi molekulami

tropokolagenů, uvolnění kolagenových vláken → sol rozpustné

želatiny

po ochlazení - vznik gelu = želatiny (váže značné množství vody)

potravinářská želatina – kolagen kostí a kůží extrahován vodou po

částečné alkalické / zásadité hydrolýze

KOLAGEN

SOL GEL

ochlazení

ELASTIN

obsažen ve šlachách, stěnách cév a blanách pojivových tkání

síťová pružná struktura tvořené příčně provázanými vlákny

TROPOELASTINU (je tvořen jedním polypeptidovým řetězcem)

KERATIN

obsažen v epitelu - srst, peří, rohy, kopyta

vlasový keratin

potravinářský keratin – používán ve směsi s jinými surovinami

k výrobě bílkovinných hydrolyzátů (kyselou hydrolýzou)

alkalickou hydrolýzou se z keratinu vyrábí lepidlo

Fluorescenčně obarvená intermediární

filementa z keratinu

VLASOVÝ KERATIN Základ – proteinový α-helix

11 portofibril tvoří mikrofibrilu

Stovky mikrofibril tvoří

makrofibrily

Růst vlasu –

každou sekundu

se vytvoří 9,5

otáčky α-helixu

VLASOVÝ KERATIN

–SH

–SH

–SH

HS–

HS–

HS–

–SH

–SH

–SH

HS–

HS–

HS–

MLÉKO A MLÉČNÉ VÝROBKY

MLÉKO A MLÉČNÉ VÝROBKY

Syrovátka - mléčné sérum - tekutina, která zbyde po sražení kasseinu

(vznik tvarohu)

Sušená syrovátka – vit. sk. B, C a E, ML (Mg, P, Ca, K, Na, Zn), laktózu,

KASEINY

αs-, ß-, γ- kasein obsahují fosfátovou skupinu (fosfoserin)

κ-kasein obsahuje oligosacharid (přes threonin)

… typicky (při běžných teplotách, > 5°C) se nevyskytují ve formě

monomerů… tvorba micel

SUBMICELA KASEINU

NEPOLÁRNÍ

ČÁST MOLEKULY

(nepolární

postranní řetězce)

POLÁRNÍ ČÁST

MOLEKULY

(fosfoserinové

zbytky,

threoninové zbytky

s oligosacharidy

Polární části molekul interagují s

mol. vody a Ca2+

Submicely se spojují do micel

přímo prostřednictvím fosfátových

skupin αs- a ß-kaseinu a Ca2+ iontů

nebo nepřímo pomocí volných

fosfátů a citrátů

molekuly kaseinu → submicely → micely

Nevazebná oblast s

molekulami κ-kaseinu

Micela mléka – 20.000 molekul

kaseinů

KASEINY

Submicely se spojují do micel

přímo prostřednictvím fosfátových

skupin αs- a ß-kaseinu a Ca2+ iontů

nebo nepřímo pomocí volných

fosfátů a citrátů

ALBUMINY A GLOBULINY (proteiny syrovátky)

Hlavními bílkovinami syrovátky jsou beta-laktoglobulin (asi 50%)

a alfa-laktalbumin - optimální složení aminokyselin – plnohodnotné

bílkoviny

Minoritní – laktoferrin – transport Fe (účinek antioxidační,

imunomodulační, bakteriotoxický, antivirový, atd.)

Vysokomolekulární globulární glykoproteiny – účinnost

protilátek (během imunitní odpovědi organismu syntetizovány B-

lymfocyty)

imunoglobulin

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ MLÉKA

DŮSLEDKY TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ

normální hodnota pH v mléku 6,50 – 6,75

při snížení pH (na ~ 4,6) – precipitace kaseinů – tvaroh – zbývá

syrovátka (sérum)

ke snížení pH dochází v průběhu skladování mléka, činností

mikroorganismů

výroba jogurtů a tvarohových sýrů – částečné srážení kaseinů –

charakteristická gelová struktura

Streptococcus thermophillus, Lactobacillus bulgaricus

SRÁŽENÍ A PROTEOLÝZA KASEINŮ

výroba tvrdých sýrů typu Cheddar, Emmental, aj.

okyselení mléka na pH zhruba 5,5 (Streptococcus, Lactobacillus) +

přídavek protolytického enzymu – rennin (chymosin/sýřidlo)

SPECIFICKÉ ŠTĚPENÍ κ-kaseinu

SRÁŽENÍ A PROTEOLÝZA KASEINŮ

vznik silných vazeb mezi micelami za účasti Ca2+ → sýřenina

sýřenina po několika hodinách získává tuhost, zvyšuje se její

kyselost, nasoluje se…

zrání – účinkem mikroorganismů a enzymu renninu dochází k

částečné proteolýze a lipolýze mléčného tuku - nutné pro vznik

charakteristické textury, chutě a vůně

SRÁŽENÍ A PROTEOLÝZA KASEINŮ

SÝŘENINA

PROTEINY VEJCE

vejce obsahují značné množství proteinů (cca 13% jedlého podílu)

proteiny s vysokou nutriční hodnotou

celkové množství proteinů: bílek 53%, žloutek 47%

Obsah živin ve slepičích vejcích:

Složení proteinů žloutku a bílku

Vlastnosti proteinů vejce

PROTEINY BÍLKU

Při skladování vzniká z ovoalbuminu A – ovoalbumin S (reakce

thiolových a disulfidových skupin)

Ovoglobuliny G2 a G3: stabilita šlehaného bílku

Ovotransferrin: váže Fe, antimikrobní účinky

Ovomukoid a ovomucin: dávají gelovou konzistenci bílku

PROTEINY ŽLOUTKU

žloutek: emulze tuku ve vodě

1/3 sušiny žloutku = bílkoviny, 2/3 lipidy

Proteiny granulí tuku: lipovitellin a fosvitin

Proteiny plasmy: lipovitellenin a livetin

ZMĚNY PŘI SKLADOVÁNÍ A ZPRACOVÁNÍ

Dlouhodobé skladování surových vajec: závady vůně a chuti

(sirné a dusíkaté sloučeniny)

Šlehání: mechanická denaturace bílkovin

stabilita pěny dána denaturovanými bílkovinami na fázovém

rozhraní se vzduchem

Tepelné zpracování: denaturace při 57°C, v rozmezí 65 – 70 °C

denaturace většiny bílkovin

Mrazírenské skladování: roste viskozita, funkční vlastnosti

nezměněny

POTRAVINY ROSTLINNÉHO PŮVODU

Hlavní část bílkoviny obsahují semena rostlin

Velké množství asparagové a glutamové kyseliny

Nízká výživová hodnota, nedostatkové esenciální AMK

(limitující aminokyseliny)

CEREÁLIE A PSEUDOCEREÁLIE:

PROTEINY PŠENICE a dalších cereálií

Obsah proteinů: 7 – 13%

Z toho 20% bílkoviny rozpustné ve vodě - enzymy (proteasy, lipasy,

α-,β- amylasy, aj. enzymy), 80% tvoří prolaminy a gluteliny.

PROLAMINY (gliadiny): obsahují velké množství Gln,Pro,Asp,Glu

GLUTELINY (GLUTENIN): polypeptidové řetězce spojené

disulfidovými vazbami

Lepek - gluten

Celiakie – bezlepková dieta – tvorbu protilátek vyvolávají

sekvence prolaminů – gliadinu (pšenice), hordeinu (ječmen) a

sekalinu (žito)

TVORBA TĚSTA: voda + mouka,

elasticita a tuhost (zadržení CO2

tvořeného kvasinkami) díky struktuře

gliadinů a glutelinů = viskozní, tuhá,

elastická hmota LEPEK (gluten)

LUŠTĚNINY, OLEJNINY

Obsah proteinů v luštěninách: 20 – 45 %

Nedostatkové sirné AMK

Proteiny většinou globuliny: legumin a vicilin

Sójové boby (až 80% bílkovin): hlavní globulin GLYCININ

Obsah proteinů v olejninách: 20 – 35 %

řepka, slunečnice, sója, arašídy, mandle, ořechy

Změny při skladování

denaturace bílkovin, doba skladování, aktivita vody, teplota –

pečení, extruze výrobků, Maillardova reakce