Enzimas en aplicaciones de molinería y panadería:

1

Estudio comparativo de sus funcionalidades

Enzimas estudiadas

• Alpha-amilasa

• Xilanasa

• Glucosa-oxidasa y Hexosa oxidasa

2

• Glucosa-oxidasa y Hexosa oxidasa

• Lipasas

• Transglutaminasa

• Amilasa bacteriana

Parte 1

Teoría

3

1. Funcionalidad de la α-Amilasa

Almidón

• Función de la αααα-Amilasa

– Provee azúcar fermentable para la

levadura y el aumento de volumen

– Mejora la estructura de la miga

4

Almidón

Levadura

CO2

– Mejora la estructura de la miga

– Aumenta el color de la corteza

– Corrige la concentración

Funcionalidad de la α-Amilasa

• Substrato de amilasa = almidón dañado

Cadena de alm idón deteriorada

5 Granulo de alm idón

Alm idon : Am ilasa + am ylopectina

Funcionalidad de la α-Amilasa

• Diferente tipos de amilasas

αααα-amylase Glucoamylaseα-amilasa Glucoamilasa

6

ββββ-amylase

Pullullanase

β-amilasa

Pullulanasa

Funcionalidad de la α-Amilasa

• Influencia de la αααα-Amilasa

En el volumen … Y en el color de la corteza

7

2. Funcionalidad de la Xilanasa

• Función de la xilanasa

– Fortalecer la red de gluten

(efecto en el volumen, retención

8

(efecto en el volumen, retención

de agua)

– Estabilizar la variación de la

calidad

– Mejorar la tolerancia de la masa

y la manejabilidad

Funcionalidad de la Xilanasa

• Mecanismo de la xilanasa

– La Xilanasa va a dividir la larga e insoluble cadena de

arabinoxylan y crear fragmentos solubles

9

+Xylanase

arabinoxylan

Soluble

Red de GlutenProteina + arabinoxylan

Insoluble

Funcionalidad de la Xilanasa

10

Hidrólisis del Arabinoxylan

11

12

Efecto endo-xilanasa= efecto deseado

13

Efecto de Exo-xilanasa = efecto no deseado

14

Funcionalidad de la Xilanasa

• Mecanismo de Endo-xilanasa

– Interacción del arabinoxylan soluble con la red de

gluten más redRed compleja

15

H2OH2O H2O

+

Red de gluten arabino-xylans

Soluble

H2O

Red compleja

Funcionalidad de la Xilanasa

• Influencia de la xilanasa

+27%

3000

+19% +21%

16

+1%+6%

+27%

1750

2000

2250

2500

2750

0 25 50 100 150ppm

volu

me

(ml)

+14%+19% +21%

+9%

Xilanasa: bacteriana contra fungalpuro endocontra endo + exo

Comparación de Xilanasas (70 min prueba)

22002250

17

1900195020002050210021502200

0 2 4 6 8 10

Dose (g/100 kg)

volu

me

(ml) bacteriano

fung 1

fung 2

3. Funcionalidad de la Oxidasa

• Mecanismo de la Oxidasa

– Reacción de oxidación “identica” a la funcionalidad del

acido ascorbico

18

acido ascorbico

– Oxidación de los grupos de sulfhidril durante la mezcla

S-H

H-S

S

S

Funcionalidad de la Oxidasa

• Substrato de Glucosa oxidasa = glucosa

• Substrato de Hexosa oxidasa = hexosa

OH O H O

19

C

HCOH

HOCH

HCOH

HCOH

CH 2 OH

C

HCOH

HOCH

HCOH

HCOH

CH 2 OH

O 2 H 2 O 2

glucosa Acido Glutónico

GOX

Agua Oxigenada

4. Funcionalidad de la Lipasa

• Substrato de lipasa = – triglicéridos presentes por naturaleza en la harina (1-1,5%) ”

monogliceridos”

– Polar-lípidos también presentes en la harina “molécula con una parte de polarización mas fuerte como el Datem o SSL”

20

C H

C R H

C O H

H

H

C (CH 2 ) n CH 3

O

G

L

Y

C

E

R

O

L

Ácido graso

R Ácido graso

Ácido graso

C H

C OH H

C O H

H

H

C (CH 2 ) n CH 3

O

G

L

Y

C

E

R

O

L

Ácido graso

OH

Cualidades: ‘Acomplejamiento de

Amilasa’

21

Extremo Hydrofílico

Amilasa Extremo Lipofílico

Impacto de la gelatinización del almidón

Sin monoglicéridos: estiramiento de la

amilasa y ‘retrogradacion’Calentamiento en

22

Almidón crudo

Con monoglicéridos: reducción del estiramiento de la amilasa => menos ‘retrogradación’

Calentamiento en presencia de agua

Funcionalidad de la Phospho-lipasa

• Substrato de lipasas = Grasa naturalmente presente en la harina (2-3%)

C H

C R H

H G

L

Y

C

R Á cid o g raso

Á c id o g raso OHO O

O

HO

HO

O

HO

OH

POLAR

23

APOLAR

POLAR

O

O

O

O

P

O

O-

O N+

C R H

C O H

H

C (C H 2 ) n C H 3

O

C

E

R

O

L

Á cid o g raso

O

O

O

O

OHOHO

APOLAR

POLAR

Digalactosil-diglicéridoTriglicérido

Lecitina

• Phospho-Lipasa transforma

la Lecitina y el DiGalactosil-

Diglycerido en Lyso-Lecitina

y DiGalactosilMonoglycerido

CHOH

CH2 OH

H

C CH CH

O

COOH

O C CH3

O

OCCH3

CH2

O

O

O

APOLAR

POLAR

24

• Estos productos tienen un

fuerte efecto de

emulsificación idéntico al

Datem o SSLC O

-C

CH2

O

O

O

CH3 Na+

APOLAR

POLAR

DATEM

SSL

5. Transglutaminasa

• Proteína = larga cadena de aminoácidos

Ácido glutámico glutamina prolina Leucina Lysine Cysteina

25

Ácido glutámico glutamina prolina Leucina Lysine Cysteina

Funcionalidad de la

Transglutaminasa

• Mecanismo de la transglutaminasa– Interacción de la glutamina

con los residuos de lisina.

26

con los residuos de lisina.

– Inter- y intra- conexión molecular.

6. Funcionalidad de la amilasa bacteriana

• Comparación de la amilasa fungal y bacteriana

Amilasa fungal y bacteriana: Actividad en relación atemperatura

27

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

10 20 30 40 50 60 70 80Temperatura (°C)

Act

ivid

ad (

%) Amilasa fungal

Amilasa bacteriana

Funcionalidad de la amilasa bacteriana

• Substrato de la amilasa bacteriana = almidón

gelatinizadoAlmidón intacto Almidón hinchado Almidón gelatinizado

28

Almidón hinchado Almidón gelatinizado

75 - 95 °C< 75 °C

Funcionalidad de la amilasa bacteriana

• Mecanismo de la amilasa bacteriana – Corta las cadenas de amilasa y

amilopectinaBAGluten

29

amilopectina

– Reduce la retrogradación de la amilasa y amilopectina

– Reduce la sinéresis del almidón con el gluten

– Reduce el envejecimiento del pan

Leached

amylose

BA

Amilopectina

amorfa

PARTE 2

Practica

30

Corrección de la harina estándar: ascórbico, amilasa, xilanasa

Enzyme efficiency

1550

1650

1750

1850

60

80

100

120

70 min. Proofing

120 min. Proofing

31

1250

1350

1450

1550

0 2 4 6 0.5 1 1.5 2 4 6

Acide asc. Amylase Xylanase

Dose (g/100 kg farine)

0

20

40

60 120 min. Proofing

Cost

Otras enzimas

Enzyme efficiency

1750

1850

700

800

70 min. Proofing

120 min. Proofing

Cost

32

1250

1350

1450

1550

1650

1750

0 2 4 6 0.5 1 1.5 2 4 6 5 10 20 10 20 30 40 0.5 1 1.5 3 5 10 20 40

Acide asc. Amylase Xylanase GOX HOX Lipase TG

Dose (g/100 kg flour)

Vol

ume

(ml)

0

100

200

300

400

500

600

cost

(E

uro)

Optimización del ingrediente estándar utilizado en la harina

Enzyme efficiency

2050

2250120

140

70 min. Proofing

120 min. Proofing

Cost

33

1250

1450

1650

1850

2050

0 2 4 6 0.5 1 1.5 2 4 6

Acide asc. Amylase Xylanase Asc +xyl +amyl

Dose (g/100 kg flour)

Vol

ume

(ml)

0

20

40

60

80

100

cost

(E

uro)

Efecto adicional de la enzima sobre esta mezcla optimizada

del ingrediente estandar

utilizado en la harina.Enzyme efficiency: on flour treated with asc. + amyl. + xyl.

2250

700

800

900

70 min. Proofing

120 min. Proofing

Cost

34

1250

1450

1650

1850

2050

0 20 30 40 10 20 40 10 20 40 1 2 3

Asc. +Amyl + xyl

GOX HOX TG Lipase

Dose (g/100 kg flour)

Vol

ume

(ml)

0

100

200

300

400500

600

700

cost

(E

uro)

Conclusiones

• La corrección más eficiente es la mezcla de Ácido ascórbico, Alfa amilasa y Xilanasa.

• La Oxidasa es costosa pero puede ser útil cuando la tolerancia adicional es necesaria.

35

la tolerancia adicional es necesaria. • La Phospho-Lipasa es útil en proceso de larga

fermentación pero depende fuertemente de la composición de la harina.

• La Transglutaminasa como tal o enzima de la corrección estándar no mejora perceptiblemente la harina.

Resumen de la funcionalidad de las

enzimas

Volumen Blandura Absorción ToleranciaXilanasa bacteriana +++ + + +++

Pan Masa

36

Xilanasa bacteriana +++ + + +++Amilasa fungal +++ + (-) (-)Oxidasas + + +++Lipasa ++ ++ ++Transglutaminasa +Amilasa bacteriana +++

Aviso de copyright

BELDEM SA., Groot Bijgaarden, 2003

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37

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