Proteiner i livsmedel

1. Proteiner i livsmedel Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

2. Läsförslag • i Laga mat • S 33-35, 39, 48-53,145-150,158-165, 170-175 • i Coulter • Kapitel Protein och kapitel Water, avsnitt Allergens i kapitel Undesirables • På Wikipedia • Aminosyra, protein, skelettmuskel, myofibrill (en), enzyme (en), transglutaminase (en) • http://meat.tamu.edu/color.html • http://www.foodsci.uoguelph.ca/dairyedu/chem.html#protein1 Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

3. Proteiner i livsmedel • Varför proteiner • Vad är protein, vad bestämmer dess form • Hur påverkas protein-vatten systemet av • Joner och deras laddning och storlek • pH • Värme • Opolär gränsyta (luft) • Livsmedelsviktiga proteiner • Lösta/lösbara lagringsproteiner • Mjölk, ägg, soya • Olösbara, strukturproteiner • Kött, cerealier • Allergener • Enzymer • Proteaser, transglutaminaser Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

4. Aminosyror och peptidbindnig 20 aminosyror, med olika sidokedjor. Sidokedjorna polära, opolära, ioniserbara (kan bli positivt eller negativt laddade, beroende på pH) sidokedjornas pKa Asparginsyra 3.9 Glutaminsyra 4.3 Arginin 12.0 Lysin 10.5 Histidin 6.08 Cystein 8.28 (-SH) Tyrosin 10.1 Peptidbindning = mellan aminogruppen och karboxylsyragruppen, inte thermodynamiskt stabil i vatten ! http://en.wikipedia.org/wiki/Amino_acid http://sv.wikipedia.org/wiki/Peptidbindning Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

5. Aminosyror Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

6. Proteinkedja Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

7. Salteffekter • ”salting in” (små) envärda saltjoner binder till motsatt laddade grupper men attraherar även vatten, kan öka lösligheten • Flervärda joner kan binda till motsatt laddade grupper och forma bryggor – aggregat • ”salting out” (mycket höga salthalter) förorsakar att vattnet inte är tillgängligt för proteinet, och proteinet aggregerar • Stora laddade polymerer kan binda till motsatt laddade grupper och • om få – forma bryggor, • om lagom många - stabilisera (pektin i sura mjölkprodukter) Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

8. pH effekter • Laddade grupper ger bra löslighet, nettoladdning orsakar att proteinerna elektrostatiskt stöter bort varandra • Isoelektrisk punkt = pH där proteinet har lika många positiva och negativa laddningar på ytanGer sämst löslighet, dvs oftast (men inte alltid) aggregering Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

9. Värme I • Med ökad temperatur ökar rörelsenergin i molekylen, och samtidigt minskar vattnets ”vilja” att stöta bort opolära substanser, balansen skiftar mot en mer rörlig konformation av proteinkedjan (en ”unfolding”) Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

10. Värme II sk denaturering • Generellt hittar proteinet inte rätt veckning vid avkylning • Vid tillräckligt hög proteinkoncentration kan det bildas • ”fel” hydrophoba bindningar • ”fel” ionpar • ”fel” disulfidbryggor Ger ofta men inte alltid synliga aggregat Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

11. Opolär gränsyta • Den nativa proteinstrukturen förustätter vattenomgivning, vattnets vätebindningar driver hydrophoba sidokedjor in i proteinets inre • Vid t ex luftkontakt kan de hydrophoba sidokedjorna sträcka sig in i luften och proteinet kan vecka ut sig i gränsytan (mer eller mindre, allt efter de olika proteinernas stabilitet) • Ger liknande konsekvenser som vid värme, sk ytdenaturering Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

12. Mjölk I • Mjölk - två klasser av proteiner • Kaseiner (stora proteinaggregat, ca 100 nm) • Vassleproteiner Traditionell skiljelinje: löslighet vid pH ca 4 Kaseiner – lite påverkade av värme, även 140C Vassleproteiner –aggregerar vid pasteuriseringstemperaturer, men det syns inte om kasein närvarande Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

13. Mjölk II • Långsam utfällning av kasein (egentligen av värmeinducerad kasein-vassleproteinaggregat) med pH ger en gel, som i filbunke och set type yoghurt • Med måttlig omrörning av den färdiga gelen får man vanlig filmjölk och yoghurt • Om man genom omrörning stör geluppbyggnaden får man tätare aggregat, färskost, quarg, keso, cream cheese, queso fresco Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

14. Mjölk III • En mycket specifik enzym, chymosin, kan spjälka av en laddad, hydrofil del av kaseinet och får det att aggregera och bilda ostkoagel, som efter värmning och rörning dras ihop för att utgöra basis för vanliga hårdostar • Samma sak kan göras med andra proteolytiska enzymer, men man får en starkare nedbrytning av proteinerna under ostens lagring • Löpe används industriellt för ostframställning, det innehåller oftast chymosin i blandning med pepsin (framställs av kalvmagar) Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

15. Soja Sojaproteiner i form av specifika aggregat • leguminin (11S~350 000 Da) glycinin • vicilin (7S~150 000 Da) beta-conglycinin. • Lösliga i saltlösning, alkali • Kan fällas ut (bildar tofu) • vid pH 4-5 • Med kalcium eller magnesium • Med proteolytiska enzymer Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

16. Äggvita • Blandning av flera proteiner • 54% Ovalbumin denaturerar vid 80C (4 cysteingrupper,) • 12% Ovotransferrin järnbindande, denaturerar vid 62-65C • 11% Ovomucoid ger hög viskositet • Denaturerar lätt vid luftgränsyta – ännu lättare vid något sänkt pH, äggvite pH ~ 9, ovalbumin IP ~ pH 4.7 Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

17. Cerealier • gluteniner och gliadiner, aggregat av flera olika subenheter • Olösliga, men sväller i vatten • Rika på cystein, under degberedning bildas tredimensionellt disulfidbundet nätverk • Vid kokning, bakning etc denaturerar nätverket Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

18. Kött Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

19. Kött II • Muskelproteiner – aktinomyosinkomplex • Ordnat fiberstruktur, ”låses” vid rigor, mjuknar genom enzymet calpain under lagring (hängning) • Vid värmning sammandragning av fibrer, pressar ut vätska mellan fibrerna • Lite: saftigt • Mycket: torrt Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

20. Kött III • Bindväv – kollagener • Fiberstruktur, mängd och tvärbindningsgraden olika i olika muskler och hos olika djur, äldre djur mer tvärbindning • Kontraherar starkt vid värmning >65C • Kan lösas upp vid lång kokning Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

21. Kött Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

22. Kött IV • Myoglobin protein med hemgrupp (som blodets hemoglobin) • Transporterar syre inom cellen till mitochondrier • Mycket myoglobin där långvarigt arbete krävs > rött kött Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

23. Kött V • Färgen beror på oxidationsstatus • Fe2+ utan syre mörkröd, med syre klarröd (oxymyoglobin) • Fe3+ oxiderat, brun (metmyoglobin) • Denaturerat, med histidingrupp på bägge sidor, rosa • Med nitrit (skinka) • Röd • Denaturerat rosa (kokt skinka) • Bakteriepåverkan • Grön, med svavel eller väteperoxid Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

24. Enzymer Proteaser och peptidaser • Kan sönderdela proteiner, specificiteten känd dvs kan angripa specifika sekvenser av aminosyror. • Ger i princip högre löslighet, lägre viskositet, kan ge bismak (bittra peptider) • Kan minska eller eliminera allergeniciteten • (Kan syntetisera ”proteiner” från aminosyror vid låg vattenhalt) Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

25. Enzymer Transglutaminaser • Binder främst glutamin till lysin (förlust av essentiell aminosyra) • Kan ge tvärbindning mellan proteiner • Ökar styvheten av olika proteingeler • Binder samman köttfragment, surimi • GRAS i USA, oklart i Europa Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

26. Allergener En specifik configuration av aminosyror, presenterad av en stor molekyl Värmebehandling / denaturering kan vanligtvis inte påverka allergeniciteten, mycket små mängder är tillräckliga (tex knappt synlig nötfragment) Vanligaste allergener • Alla vanliga mjölkproteiner, fast mest beta-lactoglobulin; från alla mjölkdjur • Fisk och skaldjur • Jordnötter, nötter • Ägg • Soja • Vete Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009

27. Glutenintolerans-celiaki • En speciell typ av allergi-autoimmun sjukdom, ger angrepp på tarmen • Utlöses av gliadin från vete, secalin från råg och hordein från korn, vanliga fall inte av motsvarande avenin från havre eller prolamin från majs. • Kroppsegen transglutaminas som modifierar (deamiderar) gliadinet är involverad i induktionen; ett OBS för tillsats av TG till mjöl Petr DejmekMat, myter och molekyler 2009