VÝSKYT, SLOŽENÍ A ZMĚNY BÍLKOVIN V POTRAVINÁCH ŽIVOČIŠNÉHO A ROSTLINNÉHO PŮVODU

CHEMIE POTRAVIN - cvičení

VÝSKYT, SLOŽENÍ A ZMĚNY BÍLKOVIN V POTRAVINÁCH ŽIVOČIŠNÉHO A ROSTLINNÉHO PŮVODU Ústav chemie a analýzy potravin, VŠCHT Praha

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%)

MYOFIBRILÁRNÍ PROTEINY  základní strukturní jednotka kosterních svalů:  SVALOVÉ VLÁKNO =svalová buňka obsahující 100-200 jader + buněčné organely – sarkolema (cytoplasmatická membrána), sarkoplasma (cytosol, masová šťáva) (1) Nervové vlákno (2) Připojení na sval (3) Svalové vlákno (4) Myofibrily

SVALOVÁ BUŇKA MYOFIBRILY (kontraktilní elementy) SARKOMER (strukturní jednotka myofibrily) 2 TYPY MIKROFILAMENTŮ

MYOSIN

AKTIN

TROPONIN,TROPOMYOSIN (REGUL. FCE)

Myofibrila – kontraktivní elementa

+ sarcoplasmatic proteins (enzymes, myoglobin, hemoglobin)

ACTIN

MYOSIN M-linie

SVALOVÁ AKTIVITA MYOSIN

AKTIN

SARKOMER UVOLNĚNÉHO SVALU

SARKOMER PŘI SVALOVÉ KONTRAKCI

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

SVALOVÁ AKTIVITA MYOSIN

AKTIN

SARKOMER PŘI SVALOVÉ KONTRAKCI

RELAXACE SVALU  reakce aktinomyosinu s ATP za vzniku aktinu a ATP-myosin komplexu  následná hydrolýza ATP-myosin komplexu → myosin + ADP + PO43Bežná 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)

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

VADY MASA  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

DŮSLEDKY TEPELNÉHO OPRACOVÁNÍ TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ MASA

SARKOPLASMATICKÉ PROTEINY Globin – bílkovinný řetězec

MYOGLOBIN

Prostetická skupina

Barvivo svalové tkáně, přenašeč O2 ve svalu

HEMOGLOBIN Barvivo červených krvinek, přenašeč O2 z plic do tkání

 Přenos kyslíku z plic do tkání a odvod CO2 z tkání do plic.

 Fe2+ ionty hemu reverzibilně váží molekulu kyslíku (tzv. oxygenace hemoglobinu).

Globin – bílkovinný řetězec

 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

Prostetická skupina

HEMOGLOBIN

STRUKTURNÍ PROTEINY  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

KOLAGEN  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

ochlazení

SOL

GEL

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

Růst vlasu – každou sekundu se vytvoří 9,5 otáčky α-helixu

11 portofibril tvoří mikrofibrilu

Stovky mikrofibril tvoří makrofibrily

VLASOVÝ KERATIN –SH HS– –SH HS– –SH HS–

–SH HS– –SH HS– –SH 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

molekuly kaseinu → submicely → micely NEPOLÁRNÍ ČÁST MOLEKULY (nepolární postranní řetězce)

SUBMICELA KASEINU

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

KASEINY Micela mléka – 20.000 molekul kaseinů

Nevazebná oblast s molekulami κ-kaseinu

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 Blymfocyty)

imunoglobulin

DŮSLEDKY TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ MLÉKA

SRÁŽENÍ A PROTEOLÝZA KASEINŮ  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

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