Окисление фенолов в процессе хранения пищевых продуктов ферментом полифенолоксидозой

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Федеральное агентство по образованию 
Московский государственный университет технологий и управления.

 

Кафедра технологии продуктов питания и экспертизы товаров

Реферат

 

по биохимии на тему:

 

«Окисление фенолов в процессе хранения пищевых продуктов ферментом полифенолоксидозой. Значение фенольных соединений для технологии переработки пищи.»

 

 

 

 

Студент: Акрамов И.С. 
Специальность: 260100.62 
Курс: 2                          Преподаватель: профессор, доктор химических наук, Евтушенко    Анатолий Михайлович

 

 

 

 

МОСКВА-2015

ПЛАН: 

1.Фенолы

2.Антиоксиданты

3.Ферменты

4.Полифенолоксидаза

5.Значение фенольных соединений для технологии

 переработки пищи.

6.Практическое использование ферментов в пищевой промышленности и других отраслях

7.Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Фенолы

Представляют ароматические углеводороды , вкоторых один или несколько атомов         водорода бензольного или вообще ароматического ядра замещеныгидроксилами              (ОН). По числу этих замещающих водород гидроксилов Ф. разделяются на одно-, дву- ,трехатомные и т. д. до шестиатомных. Согласно теории строения Ф.,                                  заключая в себе группировку CH(ОН),являются аналогами третичных спиртов,              однако резко отличаются от них, главным образом, своим кислымхарактером и                прочностью, с которой в них связан гидроксил с ароматическим кольцом. Ф.                    являются весьмаважными соединениями благодаря разнообразным их применениям       в технике, медицине и т. д.; многие изних встречаются в природе в виде своих                 ближайших производных в растительном и животном царствах иобразуются в                довольно значительных количествах при сухой перегонке смол, торфа, каменного            угля и т. д.

Из соединений фенола следует отметить такие бактерицидные препараты, как 0-фенилфен, дифенил, пентахлорфенол и 8-оксихинолин. Препаратом 0-фенилфеном обрабатывают тару для хранения и транспортировки ягод с целью предотвращения микробиологического инфицирования плесневыми грибами, дифенилом пропитывают обертки для цитрусовых плодов, так как дизенфектант тормозит рост микрофлоры, вызывающей гниение плодов. Пентахлорфенол применяют для приготовления антигрибковых красок, а его натриевую соль — для предотвращения слизеобразования в технической воде для промышленных предприятий. К недостаткам последнего препарата следует отнести приспособляемость и рост при обычно летальных концентрациях таких слизеобразующих микроорганизмов, как, например, Aerobacter aerogenes. 8-Оксихинолин нерастворим в воде, но хорошо растворяется в маслах и используется для приготовления красок, обладающих антигрибковым действием. Препарат малотоксичен для человека и экономичен в практическом использовании. Антигрибковую активность этого препарата объясняют образованием внутрикомплексных соединений с металлами, например, кобальтом, предохраняющими важные ферментные системы микробной клетки, с последующим катализированным медью окислением фермента. Покрытие стен и потолка производственных помещений колбасных и сыроваренных предприятий краской с 0,73%-й концентрацией 8-оксихинолина меди в течение года предотвращает рост плесеней при относительной влажности воздуха 90%.

Представления о механизме антимикробного действия фенола и его соединений не сформировались окончательно. Полагают, что молекулы фенола в связи с хорошей растворимостью в липоидах накапливаются в микробной клетке и, реагируя с бактериальным протеином, образуют нерастворимые альбуминиты, тем самым нарушая коллоидное состояние клетки и обусловливая ее гибель. С другой стороны, считают, что фенол вызывает изменение проницаемости стенок клетки, что приводит к утечке таких важных компонентов, как аминокислоты.

Фенолы представляют собой полярные соединения (диполи). Бензольное кольцо является отрицательным концом диполя, группа — OH — положительным. Дипольный момент направлен в сторону бензольного кольца.

Электронное строение фенола

Как известно, гидроксильная группа -OH является заместителем I рода, то есть она способствует повышению электронной плотности в бензольном кольце (особенно в орто- ипара-положениях). Это обусловлено тем, что одна из неподелённых пар электронов атома кислорода OH-группы вступает в сопряжение с π-системой бензольного кольца. Смещение неподелённой пары электронов атома кислорода в сторону бензольного кольца приводит к увеличению полярности связи O-H. Таким образом, имеет место взаимное влияние атомов и атомных групп в молекуле фенола. Это взаимное влияние отражается в свойствах фенола.[1]

Во-первых, повышается способность к замещению атомов водорода в орто- и пара-положениях бензольного ядра, и в результате реакций замещения обычно образуются три-замещённые производные фенола.

Во-вторых, увеличение полярности связи O-H под действием бензольного ядра и появление достаточно большого положительного заряда на атоме водорода приводит к тому, что молекулы фенола диссоциируют в водных растворах по кислотному типу.

Фенол является слабой кислотой. В этом состоит главное отличие фенолов от спиртов, которые являются неэлектролитами.

Окисление фенолов окислителями может осуществляться по разл. механизмам с образованием разнообразных соединений. Окисление фенолов в бескислородной среде под действием K3[Fe(CN)6], PbO2, Ag2O и др. приводит к образованию ароксилъныхрадикалов, стабильность к-рых зависит от кол-ва и строения алкильных заместителей в ароматич. ядре. Одноатомные фенолы под действием O2 воздуха или K2S2O8 (по Эльбса реакции)превращаются в двухатомные, к-рые в свою очередь под действием I2, Ag2O и др. легко превращаются в орто- и пара-хиноны. При этом первой стадией окисления является образование орто- или пара-семихинонных радикалов (см. Сем ихиноны).

В биол. объектах фенолы участвуют в окислит.-восстановит. р-циях обмена в-в, включая фотосинтез у растений. Являются регуляторами процессов жизнедеятельности, оказывая как ингибирующее, так и стимулирующее действие.

Фенолы применяют в производстве различных феноло-альдегидных смол, полиамидов, полиарилатов, полиариленсульфонов, эпоксидных смол, антиоксидантов, бактерицидов и пестицидов (например, нитрафен). Алкилфенолы используют в производстве ПАВ, стабилизаторов и присадок к топливам. Двухатомные фенолы и их производные входят в состав дубителей для кожи и меха, модификаторов и стабилизаторов резин и каучуков, применяются для обработки кино- и фотоматериалов. В медицине фенолы и их производные используют в качестве антимикробных (фенол, резорцин), противовоспалительных (салол, осарсол), спазмолитических (адреналин, папаверин), жаропонижающих (аспирин, салициловая кислота), слабительных (фенолфталеин), адренолитических (мезатон), вяжущих (таннины) и других лекарственных средств, а также витаминов E и P.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Антиоксиданты

Антиоксиданты (антиокислители, консерванты) — ингибиторы окисления, природные или синтетические вещества, способные замедлять окисление. Рассматриваются преимущественно в контексте окисления органических соединений.

Наиболее известные антиоксиданты: аскорбиновая кислота (витамин С), токоферол (витамин Е), ß-каротин (провитамин А) и ликопин (в томатах). К ним также относят полифенолы: флавин и флавоноиды (часто встречаются в овощах), танины (в какао, кофе, чае), антоцианы (в красных ягодах).

1. Антирадикальные средства
1. Эндогенные соединения: α-Токоферол (витамин Е), β-каротин (провитамин А), ретинол (витамин А), кислота аскорбиновая (витамин С), глутатион восстановленный (татионил), кислота α-липоевая (тиоктацид), карнозин, убихинон (кудесан)
2. Синтетические препараты: ионол (дибунол), тиофан, ацетилцистеин (АЦЦ), пробукол (фенбутол), сукцинобукол (AGI-1067), диметилсульфоксид (димексид), тирилазад мезилат (фридокс), эмоксипин, олифен (гипоксен), эхинохром-А (гистохром), церовив (NXY-059)
2. Антиоксидантные ферменты и их активаторы
1. Препараты супероксиддисмутазы: эрисод, орготеин (пероксинорм)
2. Препараты ферроксидазы церулоплазмина: церулоплазмин
3. Активаторы антиоксидантных ферментов: натрия селенит (селеназа)
3. Блокаторы образования свободных радикалов: аллопуринол/милурит, оксипуринол, антигипоксанты

 Окисление углеводов, спиртов, кислот, жиров и других веществ свободным кислородом представляет собой цепной процесс. Цепные реакции превращений осуществляются с участием активных свободных радикалов — пероксидных (RO2*), алкоксильных (RO*), алкильных (R*), а также активных форм кислорода (супероксид-анион, синглетный кислород). Для цепных разветвлённых реакций окисления характерно увеличение скорости в ходе превращения (автокатализ). Это связано с образованием свободных радикалов при распаде промежуточных продуктов — гидроперекисей и др.

Механизм действия наиболее распространённых антиоксидантов (ароматические амины, фенолы, нафтолы и др.) состоит в обрыве реакционных цепей: молекулы антиоксиданта взаимодействуют с активными радикалами с образованием малоактивных радикалов. Окисление замедляется также в присутствии веществ, разрушающих гидроперекиси (диалкилсульфиды и др.). В этом случае падает скорость образования свободных радикалов. Даже в небольшом количестве (0,01—0,001 %) антиоксиданты уменьшают скорость окисления, поэтому в течение некоторого периода времени (период торможения, индукции) продукты окисления не обнаруживаются. В практике торможения окислительных процессов большое значение имеет явление синергизма — взаимного усиления эффективности антиоксидантов в смеси, либо в присутствии других веществ.

Антиоксиданты широко применяют на практике. Окислительные процессы приводят к порче ценных пищевых продуктов (прогорканию жиров, разрушению витаминов), потере механической прочности и изменению цвета полимеров (каучук, пластмасса, волокно), осмолению топлива, образованию кислот и шлама в турбинных и трансформаторных маслах и др.

В пищевой промышленности для увеличения стойкости пищевых продуктов, содержащих жиры и витамины, используют природные антиоксиданты — токоферолы (витамины Е), нордигидрогваяретовую кислоту и др. — и синтетические антиоксиданты — пропиловый и додециловый эфиры галловой кислоты, бутилокситолуол (ионол) и др.

Антиоксиданты, используемые как пищевые добавки:

• Пектин
• Аскорбиновая кислота (витамин C)
• Лимонная кислота
• Бутилгидроксианизол (BHA), бутилгидрокситолуол (BHT)
• Антоцианины
• Дигидрокверцетин

Дополнительные компоненты для связывания ионов переходных металлов:

• Трилон Б (ЭДТА)

 

3.Ферменты

Ферменты (от лат. fermentum - брожение, закваска), специфические белки,

присутствующие во всех живых клетках и играющие роль биологических

катализаторов. Через их посредство реализуется генетическая информация и

осуществляются все процессы обмена веществ и энергии в живых организмах.

Ферменты бывают простыми или сложными белками, в состав которых наряду с

белковым компонентом (апоферментом) входит небелковая часть - кофермент.

Эффективность действия ферментов определяется значительным снижением энергии

активации катализируемой реакции в результате образования промежуточных

фермент-субстратных комплексов. Присоединение субстратов происходит в активных

центрах, которые обладают сходством только с определенными субстратами, чем

достигается высокая специфичность (избирательность) действия ферментов. Одна из

особенностей ферментов - способность к направленному и регулируемому действию.

За счёт этого контролируется согласованность всех звеньев обмена веществ. Эта

способность определяется пространственность структурной молекулы ферментов. Она

реализуется через изменение скорости действия ферментов и зависит от

концентрации соответствующих субстратов и кофакторов, рH среды, температуры, а

также от присутствия специфических активаторов и ингибиторов (например,

адениловых нуклеотидов, карбонильных, сульфгидрильных соединений и др.).

История изучения

Термин фермент предложен в XVII веке химиком ван Гельмонтом при обсуждении механизмов пищеварения.

В кон. ХVIII — нач. XIX вв. уже было известно, что мясо переваривается желудочным соком, а крахмал превращается в сахар под действием слюны. Однако механизм этих явлений был неизвестен[2].

В XIX в. Луи Пастер, изучая превращение углеводов в этиловый спирт под действием дрожжей, пришёл к выводу, что этот процесс (брожение) катализируется некой жизненной силой (ферментом), находящейся в дрожжевых клетках, причём он считал, что эти «силы» неотделимы от структуры живой клетки дрожжей. Эта точка зрения господствовала в науке в течение длительного времени[3] и шла в разрез с господствовавшей тогда теорией брожения Ю. Либиха, согласно которой все процессы брожения представлялись чисто химическими явлениями каталитического характера (будто бы спиртовое брожение происходит вследствие того, что молекулярные колебания разлагающихся частиц дрожжей передаются сахару и сахар начинает распадаться на спирт и углекислый газ; таким образом дрожжи вызывают брожение не при жизни, а только после своей смерти)[4].

Различные точки зрения о природе спиртового брожения в теоретическом споре Л. Пастера с одной стороны, и механицистов М. Бертло и Ю. Либиха — с другой привели к разделению в научной среде двух соответствующих терминов. Собственно ферментами (от лат. fermentum — закваска) стали называть «организованные ферменты», то есть сами живые микроорганизмы. В противовес этому подходу в 1876 году В. Кюне предложил термин энзим (от греч. ἐν- — в- и ζύμη — дрожжи, закваска, то есть «в дрожжах») для обозначения «неорганизованных ферментов», секретируемых клетками, например, в желудок (пепсин) или кишечник (трипсин, амилаза).