Agronomski i Prehrambeno tehnološki fakultet

Sveučilišta u Mostaru

Danijela Alilović

Enzimi i njihova uloga u prehrambenoj industriji

Seminarski rad

Mostar, 2012.

Agronomski i Prehrambeno tehnološki fakultet

Sveučilišta u Mostaru

Enzimi i njihova uloga u prehrambenoj industriji

Seminarski rad

Kolegij: Uvod u znanstveno istraživački rad

Mentor: Zrinka Knezović, doc.dr.sc.

Student: Danijela Alilović

Broj indeksa: 112/DS

Mostar, 2012.

SADRŽAJ

1. Uvod...................................................................................1

2. Struktura i opće karakteristike enzima................................2

3. Mehanizam i kinetika enzimske reakcije............................4

4. Nomenklatura i klasifikacija enzima...................................6

5. Enzimi u prehrambenoj industriji........................................7

6. Važnost enzima u prehrani.................................................10

7. Zaključak............................................................................12

8. Literatura............................................................................13

1. UVOD

Enzimi su specifična skupina proteina koju sintetizira živa stanica, neophodni za normalno i zdravo funkcioniranje metabolizma. Bez njihova prisustva bilo bi nemoguće zamisliti odvijanje metaboličkih reakcija brzinom kojom se danas odvijaju. Pogreška jednog, jedinog enzima može biti uzrok ozbiljnih genetskih poremećaja. Tako primjerice u slučaju pogreške enzima fenilalanin hidroksilaze, koja katalizira prvi korak degradacije fenilalanina, dolazi do mentalne retardacije. Kao i svi katalizatori, enzimi funkcioniraju na način da snižavaju energiju aktivacije pojedine reakcije, te je na taj način ubrzavaju, i do nekoliko milijuna puta. Enzim ostaje nepromijenjen čitavim trajanjem reakcije na koju utječe što mu omogućava da, kad se jedna reakcija privede kraju, uključi u drugu potpuno nepromijenjen.1

Činjenica je da se primjenjuju već tisućama godina, pa tako imamo primjer fermentacije alkohola u šećer djelovanjem enzima kvasaca. To je ujedno i primjer jednog od prvih biotehnoloških procesa uopće. Unatoč tomu, znanstvenici su tek nedavno uspjeli u potpunosti proučiti svojstva proteina te ih shodno tomu počeli primjenjivati u raznim biotehnološkim procesima, uključujući i one prehrambene. To nam je otvorilo pregršt opcija u razvijanju novih prehrambenih proizvoda i omogućilo jasniji uvid u funkcioniranje našeg vlastitog probavnog sustava i načina kako mu pomoći u funkcioniranju. Govoreći o prehrambenoj industriji, primjenu enzima možemo promatrati na dva načina. Prvo tu je njihova primjena u prerađivačkoj industriji i to pekarstvu, obradi voća i voćnih sokova, pivarstvu, obradi mliječnih proizvoda, obradi mesa i ribe te ulja i masti. Zatim upotrebu enzima možemo promatrati u kontekstu njihove upotrebe u svakodnevnoj prehrani. Tu postaju zanimljive brojne studije prema kojima enzimi pomažu liječenju poremećaja iz autističnog spektra, te svih vrsta bolesti probavnog sustava (Aehle, 2008). Budućnost enzima u prehrambenoj tehnologiji zasigurno podrazumijeva njihovu ekspanziju. Veće prehrambene i gurmanske potrebe stanovništva, veća ekološka svijest ljudi, kao i bolja obavještenost o nutritivnoj vrijednosti namirnica, čimbenici su njihove još značajnije uporabe u proizvodnji namirnica (Papić, 2012).

1 http://hr.wikipedia.org/wiki/Enzim, 20.12.2012.

1

2. STRUKTURA I OPĆE KARAKTERISTIKE ENZIMA

Već smo rekli da su enzimi specifična grupa proteina koju sintetizira živa stanica, a upravo zahvaljujući njihovu djelovanju omogućena je cjelokupnost svih kemijskih pretvorbi u organizmu koju nazivamo metabolizam (Papić, 2012). Radi se o globularnim makromolekulama tercijarne ili kvarterne strukture koji na površini imaju većinu aminokiselinskih ostataka, dok su nepolarni ostaci okrenuti prema unutrašnjosti molekule. Uglavnom su izolirani u kristalnom obliku i struktura im je određena rendgenskom difrakcijom. Prvi takav izolirani enzim bila je ureaza (Miloš, 2009). Tridesetih godina prošlog stoljeca, kada su enzimi prvi put zadobili pažnju biokemičara, identificirano je oko 80, a do danas otkriveno preko 5000. Pretpostavlja se da je za normalnu funkciju tijela potrebno 100.000 enzima, od kojih 95 000 i dalje ostaje enigma. U digestivnom sustavu enzimi zajedno sa digestivnim sokovima razgrađuju hranu i prilikom toga se ne mijenjaju. Nalaze se u jetri, želudcu, pankreasu, zidu tankog crijeva, pljuvačnim žlijezdama i drugim organima (Jašić, 2009). Njihov prvotni naziv bio je fermenti sve do 1878. godine kada Fridrich Wilhelm Kuehne prvi upotrebljava naziv enzimi (grč. en-u, zime- dizano tijesto) kako bi označio katalitički aktivne tvari koje posjeduju izvanrednu specifičnost kako za tip reakcija koje kataliziraju, tako i za vrstu supstrata čiju promjenu pospješuju. Budući da se radi o prirodnim molekulama ta sposobnost se razvila evolucijski.2 Naime, oni reagiraju s točno određenim produktima metabolizma. Najčešće jedan te isti enzim ne reagira ni s vrlo sličnim spojevima. Budući da posjeduju i specifičnost djelovanja, od mnogobrojnih reakcija u koje može ući neki metabolit katalizirana je samo jedna. Zbog toga se ti katalizatori razlikuju od nespecifičnih postupaka ubrzanja reakcija kao što su povišena temperatura, razni tipovi hidroliza i sl. Uostalom, primjenom enzima mnogo je manje oštećenje struktura nativnih elemenata neke namirnice kada se upotrebljavaju konkretno tijekom procesiranja (Papić, 2012). Pojedini enzimi su građeni isključivo od proteinskog djela molekule, ali ipak većina njih pored proteinskih sadrže i neproteinske dijelove molekule i upravo na taj način postižu svoju katalitičku moć. Proteinski dio molekule naziva se apoenzim, a neproteinski kofaktor. Spoj kofaktora i apoenzima nazivamo holoenzim. Kofaktor može biti anorganske prirode (Mn,

, Zn i sl.) ili se može raditi o kompleksnoj organskoj molekuli. U tom slučaju dobiva

naziv koenzim. Koenzimi su po svom kemijskom sastavu organski spojevi koji su povezani s apoenzimom najčešće kovalentnim vezama. Odgovorni su za katalitičku aktivnost enzima kao što su biotin, ATP, NADP, koenzim A i dr. Funkcioniraju kao akceptori ili donori elektrona, cijelih kemijskih grupa ili primjerice molekula vodika, koje vode od supstrata ili ih dovode k njemu, ovisno o vrsti reakcije. Koenzime čvrsto povezane s apoenzimom nazivamo prostetskim skupinama. Govoreći o njihovoj aktivnosti bitno je napomenuti kako imaju

sposobnost povećati brzinu neke reakcije čak i do puta smanjujući njenu energiju

aktivacije. Naime, energija aktivacije je najmanja količina energije koju čestica mora posjedovati da stupi u kemijsku reakciju. Snižavajući je, enzimi uvelike olakšavaju i ubrzavaju reakcijske korake pretvorbe supstrata u željeni reakcijski produkt.

2 http://eskola.chem.pmf.hr/odgovori/odgovor034.htm, 20.12.2012.

2

Slika 1: Promjena energije aktivacije tijekom enzimske reakcijeIzvor: http://hr.wikipedia.org/wiki/Datoteka:Activation_energy.svg, 27.12.2012.

Dakle, oni ne mijenjaju smjer kemijske reakcije nego ju ubrzavaju obostrano, a da pri tom iz reakcije izlaze nepromijenjeni (Panesar i sur., 2010).

3

3. MEHANIZAM I KINETIKA ENZIMSKE REAKCIJE

Prilikom ispitivanja strukture enzima otkriveno je da za njegovu katalitičku aktivnost nije neophodan peptidni lanac nego aktivno mjesto enzima. Naime svaki enzim posjeduje aktivno mjesto koje predstavlja mali broj aminokiselina smještenih u unutrašnjosti u hidrofobnom djelu proteinske molekule, čije prostorno uređenje odgovara molekuli supstrata. Upravo je takav trodimenzijski prostor u hidrofobnoj unutrašnjosti enzima odgovoran za njegovu katalitičku moć. Enzim djeluje tako što na aktivno mjesto veže jednu ili dvije molekule supstrata. Enzim i supstrat zajedno tvore enzim-supstrat kompleks. Njihova međudjelovanja naprežu ili slabe neke od kemijskih veza prisutnih u molekuli supstrata. Upravo ta naprezanja omogućuju stvaranje nove kemijske veze između dva supstrata što dovodi do stvaranja nove molekule, odnosno proizvoda. Taj proizvod se onda otpušta s aktivnog mjesta, enzim poprima svoj specifičan oblik i spreman je za ponovno djelovanje. Aktivno mjesto enzima je modelirano tako da se supstrat savršeno prostorno uklopi u njega, onemogućivši vezivanje drugih molekula neodgovarajućeg oblika. Zbog toga kažemo da reagiraju prema modelu ključ-brava.3

Slika 2: Mehanizam enzimske reakcije Izvor: Papić, Jasminka: Enzimi u prehrambenoj industriji, 2012.,

(http://www.hzjz.hr/zdr_ekologija/priopcenja/enzimi/index.htm), 20.12.2012.

Početna brzina enzimske reakcije proporcionalno ovisi o koncentraciji enzima. Pri konstantnoj koncentraciji supstrata, maksimalna brzina enzimske reakcije raste s porastom koncentracije enzima do određene vrijednosti, nakon čega ostaje konstantna. Maksimalna brzina enzimske reakcije ovisi o prirodi i koncentraciji enzima. Ako se poveća koncentracija supstrata, a da koncentracija enzima ostaje nepromijenjena, tada početna brzina nastajanja produkata enzimske reakcije raste analogno s porastom koncentracije supstrata. Brzina enzimske reakcije raste progresivno da bi dostigla maksimalnu vrijednost koja ne ovisi o danjem povećanju koncentracije supstrata. Ta vrijednost također ovisi o prirodi i koncentraciji enzima (Miloš, 2009). Brzina enzimskih reakcija ovisi o nizu čimbenika, prvenstveno temperaturi, pH vrijednosti te koncentraciji enzima. Zbog temperaturne osjetljivosti proteina neki su enzimi reverzibilno oštećeni već pri temperaturi od 40 do 50 °C, a rijetki su još aktivni iznad 60 °C. Niske temperature usporavaju enzimsku aktivnost, pa je djelovanje enzima na oko 0 °C neznatna, a na još nižim temperaturama potpuno prestaje, što je razlog zašto namirnice pri nižim temperaturama ostaju dulje svježe. Za enzimsku aktivnost u našem 3 http://www.neodidacta.com/multimedija/covjek_zdravlje_i_okolis/index.html, 27.12.2012.

4

organizmu optimalna je temperatura oko 37 °C (tjelesna temperatura). Već pri temperaturi od 38 °C smanjuje se njihov rad, dok visoka temperatura, oko 40 °C, inaktivira enzimsku aktivnost. Većini je enzima optimalna pH vrijednost u neutralnom ili slabo kiselom području. Ekstremne vrijednosti pokazuju neki enzimi probave, primjerice pepsin želuca (od 1,5 do 2,5) ili tripsin gušterače (od 7,5 do 10). Govoreći o koncentracijama enzima vrijedi pravilo da što je veća koncentracija enzima veća je i brzina njegove aktivnosti (Divković, 2012).

5

4. NOMENKLATURA I KLASIFIKACIJA ENZIMA

Enzim obično dobiva ime na način da se na ime supstrata, koji se treba transformirati doda sufiks – aza, primjerice ureaza za enzim koji hidrolizira ureu, ili fosfataza u slučaju enzima koji hidrolizira fosfatne grupe. Drugi enzimi dobivaju imena koja se odnose na njihovu aktivnost, kao npr. katalaza - enzim koji razgrađuje peroksid, ili proteaza - proteolitički enzim digestivnog trakta (tripsin i pepsin). Kako bi se izbjegla zabuna stvorena ovakvom aproksimativnom nomenklaturom, 1961. god. je osnovana Međunarodna enzimska komisija. Ona je definirala sistematsku osnovu za nomenklaturu enzima. Iako trivijalna imena mnogih enzima i dalje ostaju u upotrebi, svi se enzimi sada klasificiraju i imenuju u ovisno o reakciji koju kataliziraju. Enzimska komisija je uzela u obzir šest klasa reakcija. U svakoj klasi postoje podklase, a svaka od ovih je podijeljena u podpodklase u okviru kojih su nabrojani pojedinačni enzimi. Klase, podklase, podpodklase i pojedinačni (individualni) brojevi su označeni brojevima. Na taj način dobivamo seriju od četiri broja koje označavaju jedan enzim. Svakom enzimu, također, se daje i sistematsko ime koje opisuje reakciju

kataliziranu enzimom (Nikolić, 2007). Tako razlikujemo šest osnovnih grupa enzima s obzirom na tip reakcije u kojoj sudjeluje:

Oksidoreduktaze, Hidrolaze, Transferaze, Liaze, Izomeraze i Ligaze.

Oksidoreduktaze tako kataliziraju oksidacijske ili redukcijske reakcije uz primanje ili otpuštanje vodikovih atoma ili elektrona, a dijele se na četiri osnovne skupine: dehidrogenaze, oksidaze, peroksidaze te oksigenaze.Hidrolaze su enzimi koji pospješuju reakcije hidrolitične razgradnje spojeva dok transferaze kataliziraju transfer funkcionalnih grupa s jedne molekule na drugu.Liaze pak kataliziraju reakcije eliminacije uz stvaranje dvostruke veze ili adicije na dvostruku vezu.Izomeraze kataliziraju predgradnju unutar molekula, a ligaze stvaraju novu vezu uz istodobno cijepanje molekula ATP-a.4

4 http://sharepoint.zvu.hr/katedre/323/Nastavni%20matrijali/Dijetetika4b.pdf, 20.12.2012.

6

5. ENZIMI U PREHRAMBENOJ INDUSTRIJI

Prema podrijetlu u hrani se mogu naći dvije osnovne grupe enzima. To mogu biti autohtoni enzimi u stanicama biljnog ili animalnog tkiva te mikrobni enzimi koji nastaju kontaktom vanjskih mikroba sa hranom. U nutritivnom pogledu zbog kvantitativno malog sadržaja u hrani, enzimi ne predstavljaju važnu komponentu. Kao i drugi proteini oni ne prolaze kroz mukoznu membranu crijevnog sustava bez prethodne razgradnje. Ipak u biološkim sustavima kao što je hrana kao i u procesima prerade hrane enzimi imaju izuzetno značajnu ulogu. Njihovo djelovanje može biti poželjno i nepoželjno. U svježoj neprerađenoj hrani sudjeluju u različitim fiziološkim procesima. Djeluju za vrijeme prerade i čuvanja hrane. U biljnom i animalnom tkivu enzimi kontroliraju reakcije vezane za zrenje i dozrijevanje. Enzimsko djelovanje se nastavlja i poslije sjetve ili ubiranja plodova, kao i nakon uginuća životinja, kod kojih omogućava sagorijevanje mišićnog tkiva u bolje probavljivo meso. Poslije branja, ako nisu inaktivirani zagrijavanjem, kemikalijama ili na drugi način enzimi nastavljaju biokemijske procese, a u mnogim slučajevima izazivaju kvarenje. Zbog toga što sudjeluju u mnogim biokemijskim reakcijama u hrani odgovorni su za promjene u aromi, okusu, boji, teksturi i nutritivnim svojstvima. Enzimi imaju optimalnu temperaturu djelovanja kada je njihova aktivnost maksimalna. Proces zagrijavanja hrane za vrijeme prerade uzrokuje ne samo uništavanje mikroorganizama nego i inaktivaciju enzima što omogućava produženje upotrebe. Tako da je aktivnost svakog enzima karakteristika optimalne pH vrijednosti (Jašić, 2009). Postoji niz slučajeva u kojima se nastoji različitim postupcima spriječiti djelovanje prirodno prisutnih enzima zbog kojeg propadaju uskladištene namirnice, ali je njihova namjerna i kontrolirana primjena daleko značajnija i u mnogim slučajevima neizostavna. Enzimi se koriste tisućama godina za kataliziranje različitih reakcija koje su dio procesa pri proizvodnji vina, kruha, piva ili sira. Munjevit napredak biokemijske znanosti u prošlom stoljeću omogućio je bolje razumijevanje uloge enzima u svim životnim procesima i proizvodnji najrazličitijih vrsta proizvoda. Rezultat toga je industrijska proizvodnja i široka primjena enzima za kataliziranje mnogih industrijskih i medicinskih postupaka. Nova postignuća genetskog inženjeringa, izolacije i stabilizacije enzima doprinijeli su daljem širenju primjene. Industrijski enzimi dobivaju se iz:

1. Biljaka ( amilaze slada, papain, bromelin, ficin i dr.),

2. Životinja (enzimi pankreasa, katalaza, renin i dr.) i

3. Mikroorganizama (amilaze, proteaze, pektinaze, invertaze i dr.).

Danas se još uvijek dobiva znatan broj enzima iz biljaka i životinja. Međutim, iz tehničkih i ekonomskih i javno zdravstvenih razloga može se očekivati dalje povećanje proizvodnje enzima mikrobnog podrijetla. Naime, za dobivanje enzima iz biljaka potrebne su velike površine i dosta radne snage. Osim toga broj enzima iz biljaka je ograničen. Enzimi iz životinja dobivaju se iz žljezda, koje služe i za druge svrhe (na pr. iz pankreasa se dobiva insulin), i njihova je količina ograničena. Aktualni problem mogućnosti prijenosa uzročnika goveđe spongiformne encefalopatije (GSE), dodatni je razlog za trajni prestanak korištenja enzima dobivenih iz goveđih organa (Papić, 2012). Svi enzimi u industrijskoj proizvodnji

7

hrane su registrirani i katalogizirani te je njihova upotreba pod kontrolom. U hrani za dojenčad upotreba enzima nije dopuštena zbog alergije. Najčešće primjenjivani enzimi u raznim granama prehrambene industrije su iz grupe hidrolaza kao i neke oksidoreduktaze. Industrija šećera je jedan od glavnih potrošača enzima, koje koristi kod hidrolize škroba u svrhu dobivanja modificiranog škroba, dekstrina, glukoze i fruktoze. U proizvodnji aminokiselina moguće je koristiti kemijski i enzimski postupak. Iako je prvi postupak jeftiniji ima veliki nedostatak, a to je stvaranje racemske smjese D i L izomera aminokiselina kao produkata reakcije. Efikasniji način za dobivanje L-izomera je enzimski postupak. U mlijeku je pak determinirano oko 60 različitih enzima endogenog i egzogenog porijekla. Endogeni potječu iz mliječne žlijezde, a egzogeni od mikroorganizama. Najznačajniji enzimi u mlijeku su: lipaze, fosfataze, alkalna fosfataza, peroksidaze, katalaze, reduktaze itd. Pri višim temperaturama smanjuje se aktivnost enzima, a temperatura inaktivacije ovisi o tipu enzima. Temperatura pasterizacije, naročito pri visokoj temperaturi inaktivira većinu enzima. Inaktivacija nekih enzima može biti reverzibilna. Neki se enzimi aktiviraju u kiseloj sredini kao enzimi plijesni ili kvasaca, a drugi u baznoj. Bakterijski su enzimi uglavnom aktivni pri normalnoj pH-vrijednosti mlijeka (pH oko 6-8). Enzimi mogu uzrokovati bitne promjene sastojaka mlijeka, posebno lipolitičke i proteolitičke, što se može odraziti na lošu senzorsku kvalitetu mlijeka. Prisutnost brojnih enzima može biti dokaz slabe kvalitete mlijeka, a određivanje prisutnosti pojedinih enzima nakon toplinske obrade mlijeka može biti dokaz efikasnosti pasterizacije. Mikrobne kulture i enzimi se koriste u pripremi različitih proizvoda od mlijeka. Funkcionalna aktivnost takvih enzimi uglavnom prestaje u međuproizvodu tokom proizvodnje ili u finalnom proizvodu. To su starter kulture, enzimi i enzimska sredstva za sirenje odnosno grušanje i drugi. Sir se proizvodi uz pomoć tradicionalnog enzima renina koji se izolira iz četvrtog dijela želuca goveda. Danas proizvođači sira zamjenjuju renin s koagulantima mikrobnog ili biljnog porijekla. S druge strane, enzimi i enzimske „mješavine“ koje se koriste kako bi pospješilo i ubrzalo sazrijevanje sira su obično sastavljene od više klasa enzima. U ovom procesu koristi se veliki broj hidrolaza kao što su proteinaze, peptidaze i lipaze. Ovo su i najčešće korišteni enzimi te se kao takvi prodaju kao mi. Još jedna namirnica bogata enzimima su i kokošja jaja. Lizozim je primjerice najpoznatiji enzim u jajima, a općenito je poznat i kao “antibiotik tijela” jer ubija razne bakterije. Od otkrivanja lizozima do njegove praktične primjene trebalo je proći više od 70 godina. Lizozim se danas izdvaja i koncentrira te dodaje u dječju hranu i u neke druge proizvode, gdje spriječava razvitak mikroflore. Osim u jajima nalazi se i u mnogim dijelovima tijela drugih organizama (npr. u suzama). Lizozim djeluje napadajući peptidoglikan, komponentu prokariotskog staničnog zida. Lizozim bjelanceta se sastoji od 129 aminokiselih ostataka. Zbog svog osnovnog karaktera, veže se na ovomucin, transferin ili ovalbumin u bjelancetu. Izuzetno je stabilan u kiselim otopinama i održava svoju aktivnost čak i nakom 1 – 2 minute zagrijavanja na 100 ˚C. Bjelance sadrži i druge enzime osim lizozima. To su fosfataza, katalaza, glikozidaza itd. Do sada je pronađeno oko 30 vrsta enzimskih aktivnosti u neoplođenim kokošjim jajima. Većina enzima pronađenih do sada u kokošjem jajetu su kategorizirani kao metabolički enzimi. Važniji enzimi proučavani u neoplođenim jajima su: glikozidaze, fosfataze, trifosfataze, ribonukleaze ribonukleinski kiselinsko-degradirajući enzimi, piruvatne kinaze i glikolitni enzimi i drugi. Vrlo često upotrebljavani enzimi u prehrambenoj tehnologiji su i pektinaze. Ti enzimi se upotrebljavaju u proizvodni voćnih sokova, zbog povećanja prinosa i postizavanja željene bistrine finalnog proizvoda. Pektolitički enzimi kataliziraju hidrolizu pektinskog materijala. Pektin je anionski polisharid građen od više jedinice

8

galakturonske kiseline međusobno povezaih α-glikozidnim vezama sa različitim stupnjem esterifikacije metilnim grupama. Kompletna hidroliza ima kao produkt pektinsku kiselinu. Pektinske supstance se mogu naći u osnovi tkiva, posebno u voću. Pektinaze se prirodno javljaju kao sastojak voća, a komercijalni enzimi se dobijaju iz plijesni Aspergillus niger. Komercijalni enzimi u preradi voća i povrća su najčešće pektolitički enzimi, posebno pektin-metil-esteraza i poligalakturonaza. Direktna primjena ovih enzima je bistrenje soka i povećanje prinosa soka iz ploda. Tako su pektolitički enzimi važni za proizvodnju koncentrata voćnog soka i pirea. Kako bi se dobio bistri sok mora se u toku proizvodnje izvršiti potpuna depektinizacija pomoću pektolitičkih enzima. Pektolitički enzimi se isto tako koriste za regeneraciju i stabilizaciju citrus ulja koja se dobiju iz kore narandže i limuna. Osim toga se koriste i u proizvodnji vina. Pekarska industrija je jedan od najstarijih i najvećih korisnika enzima. Stupanj razgradnje škroba ovisi o aktivnosti prirodno prisutne amilaze u brašnu. Slabija aktivnost, znači manje količine glukoze oslobođene iz škroba, što vodi i manjoj količini oslobođenog CO2. Problemi se riješavaju dodavanjem fungalne amilaze, koja se inaktivira kod 60 ºC. Fungalna proteaza se dodaje radi promjene fizikalnih svojstava tijesta, a lipooksigenaza radi izbjeljivanja prirodnih obojenih pigmenata tijesta (Jašić, 2009).

9

6. VAŽNOST ENZIMA U PREHRANI

Kada govorimo o enzimima u kontekstu njihove prisutnosti u ljudskom organizmu i sudjelovanja u procesu probave možemo ih podijeliti u tri osnovne kategorije. Najveći su metabolički enzimi koji djeluju u svim tjelesnim procesima uključujuci disanje, govor, kretanje, razmišljanje, ponašanje i održavanje imunološkog sustava. Neki od ovih enzima djeluju tako da neutraliziraju otrovne supstance i kancerogene, kao što su razni zagađivači, DDT i duhanski dim, mijenjajući ih u manje toksične forme koje tijelo onda može eliminirati. Druga kategorija su probavni enzimi, kojih ima oko 22. Većina ovih enzima se proizvodi u gusterači odakle se izlučuju u dvanaesterac (gornji dio tankog crijeva) gdje razgrađuju djelomično probavljenu hranu koja dolazi iz želuca. To bi primjerice bili razne proteaze, amilaze, lipaze i dr. Oni najbitniji za našu prehranu su prehrambeni enzimi koji čine treću kategoriju. Prisutni su u velikim količinama u sirovim namirnicama i započinju proces probave u ustima i želucu. I u ovom slučaju kao primjere imamo razne amilaze, proteinaze i sl. Amilaze iz sline pridonose razgradnji ugljikohidrata već dok se žvaču i svi enzimi koji se nalaze u namirnicama nastavljaju ovaj proces u želucu. Stomačne žijezde izlučuju želučanu kiselinu i pepsinogen koji započinju razgradnju proteina kao i unutarnji faktor potreban za absorpciju vitamina B12. Veći broj enzima potrebnih za potpunu probavu hrane izlučuju se tek u tankom crijevu. No, kako bismo na neki način rasteretili ove enzime koje izlučuju naši probavni organi postavlja se pitanje je li moguće da dio posla obave i enzimi prirodno prisutni u namirnicama. Na taj način bi hrana dolazila u tanko crijevo s većim stupnjem probavljivosti što bi smanjilo količinu iskorištenog enzimskog potencijala. Ova ideja postaje dodatno primamljiva uzmemo li u obzir da prema mišljenju pojedinih znanstvenika preopterećenje probavnog sustava skraćuje životni vijek, dovodi do raznih bolesti te povećava količinu stresa. Stoga enzimi u sirovoj hrani, pogotovo u sirovim fermentiranim namirnicama, pomažu proces probave i smanjuju potrebu tijela za proizvodnjom prehrambenih enzima. Koliko je zaista svježa, sirova hrana uistinu prisutna u našoj prehrani je već drugo pitanje. Temperatura deaktivacije enzima prilikom kuhanja je 48 ˚C, a u suhom stanju 65 ˚C. Ono što je zanimljiv je to da hranu i piće na 48 ˚C možemo dodirnuti, a da pritom nema opasnosti da ćemo se opeći. S druge strane, situacija s tekućinom je potpuno drugačija i već pri 49 ˚C se možemo opeći. Na taj način imamo ugrađen mehanizam zahvaljujući kojemu možemo odrediti sadrži li hrana koju konzumiramo još uvijek aktivne enzime. Prehrana koja se bazira na kuhanoj hrani, predstavlja ozbiljno opterećenje za gušteraču smnajujući njene razerve. Rezultat toga biti će inhibicija funkcija gušterače. Upravo zbog ovih razloga dolazi do preopterećenja enzimskog potencijala koji se troši na izlučivanje enzima iz gušterače i drugih probavnih organa. Pokojni doktor Edward Howell uložio je velike napore upravo u istraživanju ove tematike. Tako je došao do spoznaja da ljudi i životinje čija se prehrana temelji na kuhanim namirnicama, naročito žitaricama, imaju povećanu gušteraču, dok im se drugo organi, naročito mozak, zapravo smanjuju. Iz ovog zaključujemo kako zdravlje leži u cjelovitoj hrani. Okrenemo li se natrag u povijest možemo vidjeli da je prisutnost ovakvih namirnica u svakodnevnoj prehrani

10

bila jako česta. Pri tom ne radi se isključivo o konzumaciji sirovog povrća, nego i sirovim životinjskim proteinima i masnoćama u obliku mliječnih proizvoda od neobrađenog (sirovog) mlijeka, sirovoj ribu kao i iznutricama životinja. Ove kulture su također tradicionalno uključivale određenu količinu kultiviranih ili fermentiranih namirnica, čiji se sadržaj enzima jos vise obogaćuje fermentiranjem i kultiviranjem. Na primjer, prehrana Eskima sadržavala je velike količine sirove ribe koja je prošla proces ”predprobavljanja” i kao takva pridonosila njihovoj izdržljivosti. Kultiviranje mliječnih proizvoda kod skoro svih predindustrijskih kultura, obogaćivalo je sadržaj enzima u mlijeku, vrhnju, maslacu i siru. Etničke grupe koje se konzumirale velike količine kuhane hrane često su uključivale u prehranu fermentirane namirnice kao sto su kiseli kupus i drugo ukiseljeno povrće. Kultivirani sojini proizvodi u Aziji kao natto i miso takodjer su dobar izvor enzima jedu li se bez zagrijavanja. No, čak i nakon zagrijavanja, fermentirana hrana se lakše absorbira jer je vec predprobavljena uz pomoć enzima. Slično tome, kuhano meso koje je prethodno stajalo, primjerice u marinadi, predstavlja manji napor za probavni mehanizam zbog djelomične predprobavljenosti. Žitarice, orašasti proizvodi, mahunarke i sjemenje bogati su enzimima, kao i ostalim nutrijentima, ali sadrže i inhibitore enzima. Ukoliko se ovi inhibitori ne deaktiviraju, oni predstavljaju veliki napor za probavni sistem. Klijanje, natapanje u toploj kiselkastoj vodi, kiselo kvasanje, kultiviranje i fermentacija, sve su to procesi koji su se koristili u tradicionalnim kuhinjama, a i danas se mogu koristiti kako bi deaktivirali enzime i na taj način omogućavali lakše iskorištenje hranjivih tvari bilo u žitaricama, orašastim plodovima i sličnim namiricama. Većina voća i povrća sadrži manje količine enzima, s izuzetkom biljnih namirnica čuvenih po svom visokom sadržaju enzima kao što je djevičansko maslinovo ulje i druga nerafinirana ulja, sirovi med, grozđe, smokve i mnoge vrste tropskog voća kao avokado, datulje, banane, papaja, ananas, kivi i mango. Koliko god je važno uključiti mnoštvo sirovih namirnica u našu prehranu, moramo povesti računa da se nijedan tradicionalni način prehrane ne bazira samo na sirovoj hrani. Određeni nutrijenti postaju lakše dostupni za absorpciju upravo kuhanjem i kuhanje također neutralizira mnoge toksine koji se prirodno nalaze u biljnoj hrani. Poznato je da je hrana jedan kompleksan sustav, gdje svaki pojedini sastojak ima svoja karakteristična obilježja i karakteristična vid interakcije s drugim sastojcima. Sve to moramo imati u vidu tijekom pripreme namirnice. Ono što općeni to vrijedi je da žitarice, mahunarke i određene vrste povrća trebamo kuhati dok bi namirnice životinjskog porijekla trebalo konzumirati i sirove i kuhane (Šupe, 2012).

11

7. ZAKLJUČAK

Enzimi su jedan u nizu „darova“ koji nam omogućuju život kakvim ga danas poznajemo. Kada promatramo organizam kao cjelinu postajemo svjesni o kakvom savršenom stroju se radi i koliku preciznost zahtjeva pa i najmanja metabolička reakcija koja nam se možda čini banalna i sasvim razumljiva. Enzimi su ti koji u konačnici omogućuju svaku reakciju spajajući se sa supstratom preciznim mehanizmom ključ-brava. Osim tako važne uloge koju igraju u našem organizmu primjenu nalaze i izvan njega. Uzmimo za primjer procese fermentacije zahvaljujući kojima dobivamo kruh, sir, alkohole i najrazličitije druge proizvode. Također se radi o procesima koji se odvijaju posredovanjem enzima mikrooorganizama. Nakon što su znanstvenici spoznali kako zaista djeluju omogućena je njihova primjena u najrazličitijim poljima industrije s naglaskom na medicinu gdje su se pokazali ključnim u liječenju bolesti probavnog sustava. No, tko god da je otac bolesti, loša prehrana je njena majka. To nam je otvorilo vrata upotrebe enzima u svakodnevnoj prehrani. Radi se o svježim ili eventualno minimalno procesiranim namirnicama prirodno bogatim enzimima čijom konzumacijom bitno rasterećujemo organe našeg probavnog sustava i na taj način smanjujemo stres kojemu je organizam izložen. Mi smo generacija koja uživa u masnoj, pečenoj, prženoj hrani koja je daleko od mimimalno procesirane. Poražavajuće je i jedno dvotjedno istraživanje u SAD-u gdje je potvrđeno da djeca u srednjim školama u dva tjedna, koliko je trajalo istraživanje, nisu konzumirali niti jednu namirnicu u svježem stanju. Situacija je kod nas zasigurno nešto bolja no pitanje je do kada. Svjedoci smo sve veće pojave pretilosti kao i pojave bolesti probavnog sustava. Kako bismo spriječili ove stvari moramo mijenjati određene stvari u prehrani. Enzimi su tu kao prirodni dar koji bi trebali iskoristiti u te svrhe. Osim toga zahvaljujući njima lagano se ruše sve barijere koje smo prije imali glede procesiranja namirnica što je prehrambena tehnologija objeručke prihvatila i danas ubrzano radi na mogućnostima njihove sve šire primjene.

12

8. LITERATURA

Aehle, Wolfang: Enzymes in industry, John Wiley and Sons, 2008.

Divković, Slađana : Snaga enzima probave, 2012.,(http://www.zdravzivot.com.hr/index.php?cat=snaga_enzima_probave&nrsp=0#dRsBrowser), 27.12.2012.

Jašić, Midhat: Enzimi u hrani, Tehnologija hrane, 28.6.2009., (http://www.tehnologijahrane.com/hemijahrane/enzimi-hrani), 21.12.2012.

Miloš, Mladen: Osnove biokemije, Kemijsko-tehnološki fakultet, Split, 2009.

Nikolić, Jasmina: Biohemija za studente poljoprivrednog fakulteta, Poljoprivredni fakultet, Banja Luka, 2007.

Papić, Jasminka: Enzimi u prehrambenoj industriji, 2012., (http://www.hzjz.hr/zdr_ekologija/priopcenja/enzimi/index.htm), 20.12.2012.

Panesar, Parmjit; Marwaha, Satwinder; Chopra, Harish: Enzymes in Food Processing: Fundamentals and Potential Applications, I K International Publishing Housee Pvt. Ltd , New Delhi, 2010.

Šupe, Anita: Istine i laži o hrani, Primula d.o.o., Ičići, 2012.

http://hr.wikipedia.org/wiki/Enzim, 20.12.2012.

http://eskola.chem.pmf.hr/odgovori/odgovor034.htm, 20.12.2012.

http://hr.wikipedia.org/wiki/Datoteka:Activation_energy.svg, 27.12.2012.

http://www.neodidacta.com/multimedija/covjek_zdravlje_i_okolis/index.html, 27.12.2012.

http://sharepoint.zvu.hr/katedre/323/Nastavni%20matrijali/Dijetetika4b.pdf, 20.12.2012.

13

14