Activitatea enzimatica a graului

Activitatea enzimatică a grâului este dependentă în principal de gradul de maturitate biologică a bobului, de soi, de condiţiile climaterice ale perioadei de recoltare şi de eventualele degradări la care acesta a fost expus înainte sau după recoltare (atacuri de dăunători, infecţii microbiene etc). Gradul de extracţie influenţează cantitatea în care enzimele originare ale bobului de grâu ajung în făină, iar regimul tehnologic de măciniş modulează activitatea acestora prin modul în care condiţionează substratul). Principalele enzime pe care le conţine bobul de grâu sunt: amilazele, proteazele, lipazele, fosfatazele, oxidazele şi peroxidazele. Acestea sunt localizate de regulă în embrion, la periferia endospermului şi în stratul aleuronic.

Amilazele sunt reprezentate de a – şi b – amilază. Acţiunea lor este interdependentă şi conjugată, avănd drept efect hidroliza amidonului la dextrine, maltoză, izomaltoză şi glucoză (în funcţie de gradul de înaintare al hidrolizei). Activitatea a – amilazei este influenţată de starea şi mărimea granulei de amidon, aciditatea mediului, precum şi de activitatea enzimelor proteolitice (Pace, W., Parlamenti, P., Ur Rab, A., Silano, V.,Vittozzi, L., 1978).

În făinurile provenite din grâne normale, activitatea este redusă deoarece enzima se găseşte fixată pe structuri inactive. Enzimele proteolitice pot elibera a – amilaza din aceste structuri, motiv pentru care în grânele atacate de ploşniţa grâului există cantităţi mari de dextrine (Finney, P.L., 1985).

Activitatea b – amilazei este dependentă în principal de starea granulei de amidon (fig. 6), de prezenţa substanţelor care conţin gruparea –SH (activatori) precum şi de substanţele care oxidează această grupare (inhibitori).

Dintre amilaze, mai pot fi prezente şi o serie de 1,6 – amilaze care scindează legăturile 1,6 glicozidice din dextrinele limită. Acestea pot acţiona independent sau cuplate cu o serie de fosforilaze atât asupra amidonului cât şi asupra legăturilor 1,6 a – glicozidice din izomaltoză (Tipples, K.H., 1969).

În condiţiile unui exces al activităţii a – amilazei, calităţile de panificaţie a făinii se înrăutăţesc, urmare a acumulării unor cantităţi prea mari de dextrine. Pâinea obţinută are volum mic, tendinţă de aplatizare, miez lipicios şi porozitate grosieră. În condiţiile în care activitatea a – amilazică este mică, lipsa dextrinelor şi a ozelor fermentescibile conduce la obţinerea unor produse cu volum mic, aromă slabă (ca urmare a lipsei de precursori specifici pentru ciclul de reacţii Maillard), coajă palidă şi miez uscat (Pomeranz, Y., Shellenberger, J.A., 1962).

Enzimele proteolitice se găsesc în scutellum, axul embrionar şi la limita dintre stratul aleuronic şi endosperm. Datorită acestei distribuţii, activitatea proteolitică în diferite părţi anatomice ale bobului de grâu este diferită, influenţând activitatea proteolitică a făinii în funcţie de gradul de extracţie (Hildebrand, F. C., 1940).

Activitatea proteolitică poate creşte de 10 până la 15 ori în cazul boabelor atacate de Eurigaster sp.

Enzimele proteolitice sunt sensibile la o serie de factori, precum: temperatura, aciditatea mediului, structura proteinelor glutenice, conformaţia acestora, prezenţa grupărilor sulfhidrilice, carboxilice sau aminice libere etc. Activitatea proteolitică a unei suspensii de făină şi apă este optimă la 45 -47 0C şi la un pH de 4 – 4,5. Conformaţia sferică a proteinelor glutenice este mai greu atacabilă de către enzimele proteolitice, datorită barierei pe care o exercită grupările hidrofile din catenele laterale ale aminoacizilor constituenţi. Dacă proteina este întinsă, legăturile peptidice din catena principală sunt mai expuse atacului enzimatic (Baltsavias şi colab. 1999).

Blocarea grupărilor carboxilice prin acetilare sau benzoilare determină scăderea vitezei de scindare hidrolitică a proteinei. În cazul proteinelor cu un număr redus de grupări disulfurice viteza de scindare proteolitică creşte. Enzimele proteolitice sunt activate de o serie de substanţe care conţin gruparea activă -SH (glutationul redus, cisteina). Principalii inhibitori ai proteolizei sunt agenţii oxidanţi, sărurile de mercur şi iodul.

Făinurile cu activitate proteolitică mare formează reţele glutenice cu o capacitate redusă de reţinere a gazelor. Ca urmare, produsele rezultate vor avea volum mic şi tendinţă de aplatizare.

Făinurile cu activitate proteolitică mică formează reţele glutenice puternice dar cu o capacitate de expansiune redusă, necorelată cu retenţia de gaz. Ca urmare, produsele obţinute din acestea au volum mic şi miez dens (Johnson, J.A., Miller, B.S., 1953).

Rezultatul proteolizei îl constituie acumularea în aluat de aminoacizi, aşa cum este şi tirozina. Acest aminoacid constituie substratul tirozinazei care în prezenţa oxigenului atmosferic catalizează producerea de melanine, cu efect de închidere a culorii aluatului şi a miezului pâinii.

Lipazele sunt repartizate neuniform în bobul de grâu, găsindu-se preponderent în embrion, înveliş şi mai puţin în endosperm. Ca urmare, activitatea lipazică este mai puternică în făinurile de extracţie mare. Principalii factori care condiţionează activitatea lipazică sunt: temperatura, aciditatea, umiditatea, gradul de fineţe şi extracţie a făinii, prezenţa substanţelor activatoare.

Studiile efectuate de Rothe şi Stockel au arătat că activitatea optimă a lipazelor corespunde unui interval de temperatură de la 36 0C la 40 0C, respectiv unui interval de pH de la 5,5 la 8,2. Totodată, la 15,1 % umiditate, activitatea lipolitică a fost de 5 ori mai mare decât la 8 %.

Lipazele acţionează la interfaţa apă – lipide. În consecinţă, activitatea lor este dependentă de factori care modifică suprafaţa de contact dintre apă şi lipide, aşa cum sunt sărurile biliare, Ca2+, CN-, Fe2+, Hg2+, glutationul, a -tocoferolul etc.

Rezultatul activităţilor lipazice constă în creşterea cantităţii de acizi graşi liberi, cu influenţe asupra comportamentului tehnologic al făinii. Ca inhibitori ai lipolizei pot fi utilizate o serie de substanţe, precum: p – clormercurbromat şi o – iodobenzoat mercuric.

Dintre oxidoreductaze, cea mai importantă enzimă este lipoxigenaza. Aceasta catalizează oxidarea acizilor graşi polinesaturaţi (linoleic, linolenic, arahidonic), cu formare de peroxizi, aldehide, cetone, oxiacizi, acizi cu catenă scurtă etc. Activitatea lipoxigenazei este condiţionată de starea structurii celulare a substratului, temperatură, umiditate şi aciditate.

Valoarea optimă de pH pentru activitaea lipoxigenazei este de 6,5 iar temperatura de 30 0C. Cele mai importante efecte ale enzimei constau în: distrugerea vitaminei A, râncezire, decolorarea pigmenţilor şi apariţia gustului specific de vechi. Cei mai puternici inhibitori ai enzimei sunt antioxidanţii lipidelor (tocoferolii) (Delcros, J.-F., Rakotozafy, L., Boussard, A., Davidou, S., Porte, C., Potus, J., Nicolas, J., 1998).

Honold şi colab. au constatat că în făină există o serie de dehidrogenaze, precum: gluco-6-fosfat-dehidrogenaza, 6-fosfogluconat-dehidrogenaza, malat-dehidrogenaza, izocitrat-dehidrogenaza, succinat-dehidrogenaza, glutamat-dehidrogenaza, alcool-dehidrogenaza, lactat dehidrogenaza etc. Activitatea acestor enzime este mai intensă în fracţiunea subaleuronică a endospermului, precum şi în grânele de primăvară faţă de cele de toamnă.

De asemenea, în făina de grâu sunt prezente în diferite cantităţi, ascorbat-oxidaza, citocromoxidaza, oxidaza acidului indolilacetic, polifenoloxidaza şi catalaza (Carter, J.E., Page, J., 1965).

Din făină au fost separate unele fosfataze, cum ar fi: fitaza, hexozodifosfataza, tiamin-monofosfataza, disodium-fenilfosfataza, a- şi b- glicofosfataza, adenozin-trifosfataza. Cea mai importantă fosfatază este fitaza care hidrolizează sărurile insolubile de calciu şi magneziu ale acizilor inozitolhexa-, penta- şi tetra- fosforic.Pentozanazele şi celulazele se găsesc în cantităţi de cca. 0,8 unităţi/g (pentozanazele) şi 0,4 unităţi/g, carboximetilceluloza. Activitatea acestor enzime determină, ca urmare a depolimerizării pentozanilor şi celulozei, creşterea capacităţii de frământare a aluatului, îmbunătăţirea comportamentului la coacere, creşterea volumului, a stabilităţii produsului, îmbunătăţirea texturii miezului şi diminuează viteza de învechire a pâinii (Tamba-Berehoiu, R., Popa, N.C., Balan, D., Popescu, S., Iancu, A., 2004). Temperatura optimă de acţiune este de 47 – 53 0C pentru pentozanaze şi 60 0C pentru carboximetilcelulază, iar aciditatea optimă corespunde unui pH de 4 – 6.