Glucozoxidaza

Glucozoxidaza

Glucozoxidaza este o flavoenzima care contine doi moli de flavinadenindinucleotid (FAD)ca grupare prostenica/mol enzima, utilizand flavinele si oxigenul molecular ca acceptor de hidrogen.

Inca din 1957 se stie ca glucozoxidaza are efecte benefice in maturizarea fainii si in imbunatatirea calitatii produselor de panificatie.

Preparatele comerciale se obtin din Aspergillus niger (SUA), Penicillium amagasakiense (Japonia), Penicillium vitale (Rusia).

Se cunoaste faptul ca pentru intarirea proteinelor glutenice se utilizeaza o serie de oxidanti (KIO₃, KBrO₃, CaO₂, acid ascorbic, ClO₂ si perosulfat de amoniu). Glucozoxidaza- catalaza conduce la o eliminare partiala a oxigenului incorporat in aluat, facand astfel ca acidul ascorbic folosit ca oxidant sa-si poata exercita actiunea in prezenta unei cantitati determinate de oxigen, in functie de calitatea fainii.

Glucozoxidaza, ca atare, (libera de catalaza) poate fi folosita pentru producerea de apa oxigenata, agent de albire al fainii, dar considerat si ca agent de oxidare, deci de intarire a proteinelor glutenice.Glucozoxidaza se poate folosi in depozite de faina, ca agent de maturizare rapida a acesteia.

      A fost cercetat mecanismul de actiune al glucozoxidazei in panificatie prin experimentari realizate cu adaos de glucozoxidaza si bromat de potasiu pe doua fainuri comerciale, cu timpi de fermentare diferiti ai aluatului (45-, 70- si 90 minute).  Glucozoxidaza a imbunatatit volumul painii obtinute prin procese de fermentare. Desi cresterea volumului painii a fost semnificativa, ea a fost mai mica decat cea obtinuta cu doza optima de KBrO₃. In procesul de fermentare de 90 de minute, structura miezului painii a fost similara pentru painile oxidate cu dozele optime de glucozoxidaza sau KBrO₃. Au fost comparate proprietatile reologice ale aluaturilor care au continut glucozoxidaza si care nu au continut oxidant.

      Efectul asupra proprietatilor reologice ale aluatului au fost studiate, experimental, prin determinarea, cu ajutorul unui reometru dinamic, a modulului de elasticitate G' si a modulului de vascozitate G", pentru aluaturile cu adaos de glucozoxidaza, ca si pentru proba martor. Aluaturile realizate cu glucozoxidaza au avut ambele module G^I si G^II mai mari, precum si valori mai mici ale unghiului de faza   fata de aluaturile obtinute fara oxidant. Peroxidul de hidrogen a fost responsabil pentru efectul de uscare in aluaturi. Acest efect de uscare al glucozoxidazei a fost redus, in mod semnificativ, prin incorporarea de antioxidanti liberi in aluat (Vemulapalli, Miller si Hoseney, 1998).

      Mecanismul prin care H₂O₂ isi exercita actiunea este necunoscut. A fost efectuat un studiu prin care s-a incercat sa se determine daca H₂O₂ produsa de glucozoxidaza a influentat proteinele glutenului sau fractia solubila in apa a fainii. Glucozoxidaza nu are efect asupra proteinelor glutenice, masurate prin solubilitatea proteinelor si vascozitatea relativa a proteinei solubile  (solubilizare utilizand 1,5 % SDS w/v). Totusi, glucozoxidaza a influentat fractia solubila in apa. Continutul gruparilor sulfhidril ale fractiei solubile in apa extrasa din faina sau aluat a scazut in prezenta glucozoxidazei. De asemenea, glucozoxidaza a provocat gelatinizarea oxidativa a fractiei solubile in apa extrasa din faina. Totusi, vascozitatea fractiei solubile in apa extrasa din aluaturi fermentate care au continut glucozoxidaza a scazut cand s-au folosit doze mai mari de glucozoxidaza (mai mari sau egale cu 5,0 unitati de glucozoxidaza). Glucozoxidaza pare sa aibe aceeasi actiune de oxidare independent de faptul ca fractia solubila in apa a fost fiarta sau nu.

      Glucozoxidaza catalizeaza reactia:

a-D-glucoza + O₂ + H₂O   Acid D-gluconic + H₂O₂  

      In studii anterioare (Vemulapalli si altii, 1998), s-a gasit ca H₂O₂ produsa de glucozoxidaza a fost responsabila pentru efectul de imbunatatire a calitatii painii. A fost prezentata folosirea glucozoxidazei in combinatie cu alte enzime si surfactanti pentru producerea painii (Haarasilta si altii, 1989; Haarasilta si Vaeisaenen, 1989; Nakai si altii, 1995). Mecanismul prin care glucozoxidaza imbunatateste painea nu este, pe deplin, cunoscut.

Sasse (1918) a gasit ca absorbtia fainii a crescut cu 2 - 2,5 % in prezenta a 0,139 % H₂O₂. De asemenea, Patterson si McLaren (1918) au statuat ca 0,033 % H₂O₂ adaugata la aluat a avut ca rezultat o crestere a absorbtiei. Durham (1925) a prezentat faptul ca H₂O₂ a crescut capacitatea de hidratare a fainii prin actiunea sa asupra fractiei solubile in apa si nu asupra proteinelor glutenice. Totusi, mecanismul de actiune, in detaliu, al H₂O₂ asupra fractiilor din faina solubile si insolubile in apa nu a fost prezentat. S-a incercat determinarea efectelor glucozoxidazei asupra proteinei glutenice si asupra fractiei solubile in apa a fainii.

      Glucozoxidaza nu influenteaza solubilitatea proteinei sau vascozitatea relativa a proteinelor glutenice. Totusi, glucozoxidaza este cunoscuta ca imbunatatind volumul painii si realizand, de asemenea,  o uscare a glutenului. Tratarea fractiei solubile in apa izolate din faina sau a aluatului cu glucozoxidaza a redus continutul SH. Probabil acesta este efectul de oxidare. De asemenea, glucozoxidaza a provocat o crestere a vascozitatii fractiei solubile in apa extrase din faina. Acest lucru pare sa nu fie legat de efectul de oxidare, dar poate fi important in relatie cu uscarea aluatului. Vascozitatea fractiei solubile in apa extrase din aluat fermentat a scazut cu cresterea dozelor de glucozoxidaza, ceea ce sugereaza ca pentozanii solubili in apa au devenit mai putin solubili sau au fost degradati de catre H₂O₂ (Vemulapalli si Hoseney, 1998).  Oxidarea aluatului este mai eficienta prin utilizarea sistemului glucozoxidaza-catalaza (GOD). Dezvoltarea aluatului este un proces anaerobic. Legarea unei cantitati mai mari de oxigen in timpul framantarii conduce la insusiri tehnologice mai bune ale fainii.

Glucozoxidaza are o actiune favorabila in prezenta unor cantitati mai mari de oxigen.

                     Glucozoxidaza 

1. Glucoza + O₂ + H₂O              Acid gluconic + H₂O₂ 

2. H₂O₂          catalaza            H₂O + O₂ 

Glucoza + O₂                 Acid gluconic

Mecanismul de actiune al sistemului glucozoxidaza - catalaza. 

      Surse de glucozoxidaza - o serie de mucegaiuri reprezinta surse bogate in glucozoxidaza, fiind folosite pentru obtinerea preparatelor enzimatice de acest tip.

Efecte ale adaosului de glucozoxidaza in panificatie - adaosul de glucozoxidaza in aluat are ca efect:

• cresterea rezistentei si elasticitatii aluatului;
• cresterea volumului painii;
• imbunatatirea texturii miezului.

      Se obtin si se comercializeaza preparate de glucozoxidaza din Aspergillus niger. Glucozoxidaza se foloseste in doze care depind de calitatea fainii, compozitia si metoda de preparare a aluatului. Acestea variaza intre 2,5 - 50 G.U 100 g faina.

4.Influenta acidului ascorbic asupra calitatilor de panificatie ale fainii

Cercetarile realizate de Tsen (1965) au aratat ca actiunea oxidanta a acidului ascorbic asupra resturilor de cisteina din moleculele proteice ale aluatului se realizeaza datorita acidului L-dehidroascorbic in care acidul ascorbic se transforma prin oxidare. Conform acelorasi cercetari, actiunea amelioratoare a acidului ascorbic se datoreaza unui mecanism enzimatic in care acesta este oxidat la acid dehidroascorbic in prezenta oxigenului si a ascorbat-oxidazei. Aceasta reactie este urmata ulterior de reducerea acidului dehidroascorbic la acid ascorbic in prezenta dehidroascorbat reductazei si a unui donor de hidrogen reprezentat de glutationul redus. Mecanismul este continuat de sistemul glutation redus - glutation oxidat si enzima glutation reductaza. Reactia este finalizata prin oxidarea gruparilor -SH din proteine in prezenta unei dehidrogenaze specifice si a sistemului NADH + H⁺ ↔ NAD

Mecanismul enzimatic de oxidarea a acidului ascorbic dupa Tsen (1965)

Recent, Nakamura si Kurata (1997) au ajuns la concluzia ca efectul acidului ascorbic s-ar putea datora si unor produsi intermediari de oxidare neenzimatica, asa cum ar fi radicalul superoxid. Astfel, oxidarea acidului ascorbic la acid dehidroascorbic ar avea loc prin cedarea unui electron catre oxigenul molecular si formarea intermediara a acidului monodehidroascorbic si a unui radical superoxid (O^2-∙). Acest radical este redus foarte rapid la apa oxigenata printr-o reactie enzimatica de dismutare, insotita de formarea radicalului hidroxiperoxil. Acesta oxideaza radicalul tiolat (RS.) formand legaturi disulfidice. Reactia este mediata de ioni de cupru si fier.

Mecanismul reactiei acidului ascorbic prin intermediul anionului superoxid

Efectul acidului ascorbic este dependent de temperatura aluatului, intensitatea de framantare si prezenta unor oxidanti. Astfel, efectul maxim al acidului ascorbic se atinge la 25 - 26 ⁰C, in cazul framantarii intensive, precum si la adaugarea concomitenta a bromatului de potasiu.

In principiu, doza optima de acid ascorbic trebuie stabilita prin teste de laborator, in functie de scopul urmarit si de calitatile initiale ale fainii. Trebuie tinut cont totodata si de faptul ca acidul ascorbic interactioneaza cu celelalte sisteme oxidoreducatoare (fig. 3) din aluat, efectul acestuia fiind potentat sau diminuat. Un exemplu sugestiv este efectul sinergic al a acidului ascorbic si al glucozoxidazei, acidul si enzima contribuind impreuna la obtinerea unui volum mai bun al produsului finit in raport cu efectele lor individuale.