5. Bölüm Sütteki Enzimler Doç. Dr. Ebru ŞENEL Ankara Üniversitesi

5. Bölüm
Sütteki Enzimler
Doç. Dr. Ebru ŞENEL
Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Süt Teknolojisi
Bölümü
Enzim
Canlı hücreler tarafından sentezlenen organik ve
katalitik
bileşiklerdir.
“Biyokatalizör”
olarak
adlandırılmaktadır. Diğer katalizörlerden kolloidal
protein yapılarından dolayı duyarlılıkları ile
ayrılmaktadır. Bu nedenle şöyle tanımlanabilir;
Enzim; organizma tarafından protein yapısında
üretilen ve çok düşük miktarları bile, gerek hücre
içinde ve gerekse hücre dışındaki biyokimyasal
reaksiyonları
gerçekleştiren
spesifik
organik
maddelerdir.
Enzimlerin Sınıflandırılması
 Hidrolazlar
 Oksi-redüktazlar
 Transferazlar
 Liyazlar
 İzomerazlar
 Ligazlar
Hidrolazlar
Bu grup süt endüstrisi açısından önemli enzimlerdir.
Bu enzimler substrata su vererek hidrolitik bölünmeyi
katalizlemektedir.
Hidrolazlar grubunda;
-ester bağlarına etki yapan ve dolayısıyla oluşumunu
ve parçalanma olayını katalizleyen “esterazlar”
(lipazlar, fosfatazlar, ve sülfatazlar),
-proteinlere etki ederek peptit bağlarının çözünmesini
sağlayan “proteazlar”
- Glukozid bağlara etki eden “karbohidralazlar”
(heksosidazlar, poliazlar) yer almaktadır.
Oksi-redüktazlar
Bu grup, bir maddeden diğer maddeye elektron ve
hidrojen iyonlarını taşıyarak biyolojik oksidasyonu
katalizleyen enzimlerdir.
Oksidasyon ve redüksiyon substratın parçalanma
işlemi ile bağlantılıdır.
Bu ana gruba süt enzimlerinden peroksidaz, katalaz,
ve ksantioksidaz enzimleri girmektedir.
Transferazlar
Grup transferlerini gerçekleştiren molekülün bazı gruplarını
diğer bir substrata taşıyan enzimlere transferaz veya
transfer enzimleri denilmektedir. Bunlarda taşıdıkları
gruplara göre;
Fosfor grubu taşıyan
transfosforilazlar
Dezaminleşme ve aminleşmeyi yapan
transaminazlar
Metil grubu taşıyan
transmetilazlar
Açil grubunu akseptöre taşıyan
transaçilazlar
Liyazlar
Çift bağlara grup ekleyen veya bunlardan grup ayıran
enzimlerdir. İki bileşiği yeni bir madde verecek
şekilde bağlar veya bölerler.
Alkol fermentasyonunda ;
prüvik asidi
asetaldehit + CO2 (karboksilazlar)
Aminoasitlerin
Hekzodifosfat
aminler (dekarboksilazlar)
2 (triyofosfat) (aldolazlar)
İzomerazlar
Molekül içi değişmeleri katalizlerler. Örneğin;
Heksofosfataz,
Glukoz -6-fosfat
katalize eder.
fruktoz-6-fosfat
Ligazlar
ATP’ nin veya diğer fosfatların prifosfat bağlarını
parçalayıp iki molekül arasında yeni bağların
oluşumunu kataliz eden enzimlerdir.
Örneğin; pirüvat karboksilaz, asetil ko-A sentetaz gibi.
Süt teknolojisi açısından önem taşıyan enzimler
oksiredüktazlar ve hidrolazlar sınıfında yer
almaktadır. Diğer grupta yer alan enzimler süt
bileşiminde bulunan maddelerin biyosentezinde veya
mikroorganizmaların yer aldığı metabolizmalarda
katalitik görev yaparlar.
Enzimlerin yapısı
Enzimler protein yapısındadırlar. Bu kısmına apoenzim
denir. Fakat aktif hale gelebilmeleri için protein
unsurlarının yanı sıra, bunlarla bağ yapabilecek
yardımcı maddelere gereksinim duymaktadır.
Protein yapısında olmayan bu maddelere koenzim veya
prostetik grup olarak isimlendirilmektedir.
Apoenzim + koenzim
Holoenzim (aktif enzim)
Apoenzim; hücre tarafından yapılan çok karışık protein
yapısında ve sıcağa duyarlı bir maddedir. Aktif
olmayan polipeptid zincirlerine sahiptir.
Bu kısım enzimin hangi maddeye yani hangi substrata
etki edeceğini tayin etmektedir.
Koenzim; basit yapıda olup, küçük moleküllü ve inaktif
bir kısımdır. Apoenzimi aktif yapar ve enzimin
substrat üzerine nasıl etki edeceğini gösterir. Sıcağa ve
dış etkilere karşı dayanıklı olup organik ve inorganik
yapıda olabilmektedir. Mineraller ve vitaminler
koenzim olarak görev yaparlar.
Enzim aktivitesini etkileyen faktörler




Sıcaklık
pH değeri
İyon bileşimi
Diğer faktörler
Sıcaklık; sıcaklık artışı enzimatik reaksiyonları
hızlandırmaktadır. Belirli sıcaklık dereceleri arasında
etkilemektedir. Çok yüksek sıcaklıklarda protein
yapısında olduklarından katalitik aktiviteleri
kaybolmaktadır.
Hayvansal enzimler
37 °C
Bitkisel enzimler
20- 25 °C
Bakteriyel enzimler
20-37 °C
pH değeri; enzimler kolloidal protein yapısında
olduklarından pH değişimlerinden etkilenmektedir.
optimum pH değerleri enzimlerin karakterize
etmektedir. Optimum pH değerlerinin altında veya
üstünde
enzimatik
reaksiyonların
hızları
düşmektedir.
İyon bileşimi; ortamdaki iz elementlerde anyonlar ve
katyonlar aktivatör olarak önem taşımaktadır. Bunların
varlığı reaksiyonların gerçekleşip gerçekleşmemesini
belirler. Örneğin; rennin enzimi ile peynir pıhtısının
oluşumunda enzimatik fazın ikinci aşaması Ca++
iyonlarının varlığı ile oluşmaktadır.
Diğer faktörler;
Enzim konsantrasyonu, redoks potansiyeli ve substrat
konsantrasyonu gibi faktörlerde enzim aktivitesine
etki etmektedir.
Örneğin; alkol fermantasyonu sonucu oluşan alkol
miktarı belirli bir miktarın üzerine çıktığında
mikroorganizmaların otolizine yol açar.
Belirli bir dereceden sonra sıcaklık, soğukluk, rutubet
eksikliği, ışık gibi etmenler kısmen veya tamamen
enzim aktivitesini önlemektedir.
Sütte Bulunan Enzimler
 İnek sütü çok sayıda doğal enzim (tanımlanmış
yaklaşık 70 enzim) içermektedir ve toplam süt
proteinlerinin küçük bir fraksiyonu olmasına rağmen
enzimlerin süt teknolojisinde önemli rolleri vardır
 En küçük molekül büyüklüğüne sahip enzimde 100
civarında aminoasit bulunmaktadır
Sütte bulunan enzimler 2 kaynaktan ileri gelir;
Sütün “doğal enzimleri”, meme dokusu hücrelerinden,
kan plazması ile lökositlerden ve salgı hücre
stoplazmasından süte geçmektedir
Süte kontamine olan mikroorganizmalar tarafından
sentezlen grup ise “mikrobiyel kaynaklı enzimler”
olarak nitelendirilmektedir.
Her iki grupta yer alan enzimler süt ve ürünlerinde
meydana gelen biyokimyasal reaksiyonlarda katalizör
olarak rol almakta ve sütün yapısında, tat ve
aromasında olumlu veya olumsuz bazı değişiklere
neden olmaktadır
Bazı doğal süt enzimleri,
 süt ve süt ürünlerine uygulanan ısıl işlemin derecesini
ve etkinliğini belirlemek için indikatör olarak
kullanılmaktadır.
 Bazı enzimler ise mastitis gibi meme hastalıklarının
belirlenmesinde kullanılmaktadır.
 Yeni doğan canlının bağışıklık sisteminin ve bağırsak
florasının geliştirilmesi gibi bazı fonksiyonları
içermektedir
Çizelge .Sütte bulunan bazı önemli enzimler ve fonksiyonları
Enzim
Fonksiyonu/kullanım alanı/etkisi
Proteaz
UHT sütün jelleşmesi
Lipaz
Hidrolik ransidite
Alkali fostafaz
Pastörizasyon testi
–gulutamiltranspeptidaz
Meme bezlerine aminoasit
konsantrasyonunun artırılmasında
Sülfidril oksidaz
Yanmış/pişmiş tadın uzaklaştırılmasında
Süperoksit dismutaz
Oksidasyonun engellenmesinde
Ksantin oksidaz
Oksidasyon katalizinde
Laktoperoksidaz
Bakteri inhibisyonunda
Laktoz sentetaz
Meme bezlerinde laktoz biyosentezinde
N-acetil- β-D-glukozaminidaz
Mastitisin belirlenmesinde
Enzimlerin süt ve ürünlerinde teknolojik olarak sağladığı
yararlar ve kullanım alanları şöyle özetlenebilir;
 Süte koruyucu amaçla katılan maddelerin ve peroksit






varlığının belirlenmesinde,
Pastörizasyon kontrolünde ve ısıl işlemin derecesinin
tespitinde,
Meme hastalıkları başta olmak üzere patolojik ve fizyolojik
rahatsızlıkların teşhisinde,
Koyulaştırılmış süt, dondurma ve bazı peynirlerde görülen
kristalleşme kusurlarının önlenmesinde,
Süt ve süt ürünlerinin tat-aroma niteliğinin
geliştirilmesinde,
Krema ve peynirin olgunlaştırılmasında,
Peynir üretiminde sütün pıhtılaştırılmasında
Alkali fosfataz ve Asit fosfataz
Fosfataz, fosforik asidin monoesterlerini hidrolize eden
bir fosfomonoesteraz’dır. Sütte farklı pH’larda optimum
aktivite gösteren
iki
farklı
fosfataz
enzimi
bulunmaktadır. Bu enzimler
 asit fosfataz (EC 3.1.3.2)
 alkali fosfataz (EC 3.1.3.1)
olarak adlandırılmaktadır.
 Asit
fosfataz, termostabil bir enzimdir ve
pastörizasyon sıcaklıkları ile 88 ºC/ 30 dk ısıl işlem
koşullarında aktivitesini koruyabilmektedir. Bu
enzimin tamamen inaktif olabilmesi için 100 ºC /1 dk
ısıl işlem uygulaması gerektiği belirtilmektedir. Asit
fosfataz
enzimi
belirli
koşullarda
UHT
sterilizasyonunda bile aktif kalabilmektedir. Ancak, bu
enzimin ısı stabilitesi pH’ya bağlıdır ve düşük pH
değerlerinde ısı stabilitesi daha yüksektir
Alkali fosfataz, teknolojik açıdan asit fosfataza göre
daha fazla önem taşımaktadır. Bu enzim alkali pH’da
çalışan bir hidrolazdır ve asit fosfataz gibi hem serum
fazında serbest formda hem de ksantinoksidaz ile
birlikte yağ globül membranına absorblanmış
mikrozomlarda bulunmaktadır. pH 9.0-10.5 arasında
optimum aktivite gösterirken, pH 5.0’de aktivitesi
azalmakta ve 63 °C / 30 dk, 70 °C / 90 s, 72 °C / 15 s, 80
°C / 0.45 s ısıl işlem normlarında inaktif duruma
geçmektedir. Alkali fosfataz ısıya oldukça duyarlıdır ve
sütün pastörizasyon kontrolünde indikatör enzim
olarak kullanılmaktadır
Laktoperoksidaz
Sütte doğal olarak bulunan laktoperoksidaz ilk
tanımlanan enzimler arasında yer almaktadır.
Hidrojen peroksit gibi peroksitleri parçalayarak açığa
çıkan oksijen atomunu okside olabilen maddelere
taşımaktadır.
 Bu enzimin optimum çalışma pH’sı 6.8’dir
 Isıl işleme karşı oldukça stabil olup pastörizasyon
normlarının üzerinde inaktif hale geçmektedir. Klasik
pastörizasyon sıcaklıklarında laktoperoksidaz enzimi
önemli ölçüde aktivitesini koruyabildiğinden pastörize
sütlerin raf ömrünün uzatılmasında da etkili
olabilmektedir
enzimi
sıcaklık

zaman
kombinasyonlarına bağlı olarak, 72 °C / 30 dk, 75 °C /
2.5 dk, 80 °C / 5 s -3.5 dk, 85 °C / 0.13 s ısı
uygulamalarında inaktif olmaktadır.
 Bu enzimin reaktive olmadan tamamen inaktivasyonu
için 85 °C / 10 s ısıl işlem uygulanması gerektiği
bildirilmiştir
 Peroksidaz
Ksantinoksidaz
Ksantioksidaz (XO), sütte serum fazında çözünür
formda ve yağ globül membran ile ilişkili halde
bulunmaktadır.
Büyük
oranda
yağ
globül
membranında
lipoproteinlere
absorlanmış
mikrozomlarda alkali fosfataz ile birlikte yer
almaktadır .
Ksantinoksidaz; aldehitler, ksantin, hipoksantin, NADH
gibi bileşenlerin oksidasyonunu katalize eden spesifik
olmayan bir enzimdir
 Optimum aktivite pH’sı 6-9 arasındadır
 Ksantinoksidaz, pastörizasyon sıcaklığında (75 °C /
15s) aktif iken 70 °C / 4 dk ısıl işlem sonunda inaktif
olmaktadır (Metin, 1996). Ancak, bu enzimin
tamamen inaktivasyonu için 77 °C / 15 dk ısıl işlem
uygulanması gerektiği bildirilmektedir (Kitchen, 1985).
Bazı araştırmacılar 80 °C / 15 s ısıl işlem ile
ksantioksidazın aktivitesinin %70’ni kaybettiği ifade
ederken (Farkye ve Imadifon, 1995) Sharma ve ark.
(2009), 85-90 °C’de ısı uygulaması ile ksantinoksidazın
tamamen inaktif hale geçtiğini bildirmektedir.
Katalaz
Katalaz enzimi hidrojen peroksidi su ve oksijene katalize
edebilme yeteneğine sahip doğal bir süt enzimidir.
Somatik hücre sayısı yüksek ve mastitisli sütlerde
katalaz aktivitesi artmakta ve dolayısıyla sütte
istenmeyen
kalitenin
bir
göstergesi
olarak
kullanılmaktadır
 Bu enzimin optimum çalışma sıcaklığı 38 °C, pH’sı ise
7 civarındadır
 Katalaz enziminin ısı stabilitesi yüksektir. Tampon
ortamda 70 °C’de 30 dakikalık ısıl işlem sonucunda
katalaz aktivitesinin tamamen, 72 °C’de 15 s ısıl işlem
sonunda ise %60 oranında kaybolduğu belirlenmiştir
 Katalaz
enzimi pastörizasyon yeterliliğinin test
indikatörlerinden birisi olarak kabul edilmektedir. Son
zamanlarda, sütte aktif katalaz enziminin varlığı,
termizasyon uygulanmış sütten üretilen peynirler için
bir indikatör olarak değerlendirilmektedir.
Proteinazlar
Proteinazlar, proteinler üzerine etki eden bir enzim
grubudur. Bazı proteazlar mikrobiyel kaynaklı iken,
bazıları kandan süte geçmektedir.
İnek sütünde plazmin, plazminojen, plazminojen
aktivatörleri, trombin, katepsin D, asidik süt
proteazları ve aminopeptidazları içeren çok sayıda
proteaz bulunmaktadır
Proteinazların neden olduğu biyokimyasal değişimler
bazı süt ürünlerinin kalite özellikleri üzerine olumlu
veya olumsuz etkisi olmaktadır. Örneğin; peynir
olgunlaşması
sırasında
aminoasit
birikimi
karakteristik tat-aromanın belirginleşmesinde etkili
iken, belirli düzeyin üzerinde aminoasit birikimi
tat/aroma kusurlarına yol açabilmektedir.
UHT sütlerde ise, depolama süresince karşılaşılan
jelasyon
proteinazların
varlığı
ile
ilişkilendirilmektedir.
Plazmin, sütün temel proteolitik enzimidir ve yaklaşık
pH 7.5’da ve 37°C’de optimum aktivite gösterdiği için
genellikle
süt
alkali
proteinazı
olarak
adlandırılmaktadır .
Plazmin, sütte hem aktif enzim formunda hem de
inaktif
zimojen
ve
plazminojen
formunda
bulunmaktadır ve aktif enzim ile inaktif enzim
arasındaki oran 1:5’dir .
Plazminin spesifik aktivitesi plazmin inhibitörleri ve
plazminojen aktivatörlerine bağlıdır ve bu enzim ısıya
karşı oldukça stabildir. 72 °C’ de 15 saniye süre ile
gerçekleştirilen pastörizasyon sonucunda plazmin
aktivitesinin sadece %10-17’si azalmaktadır
 Plazmin, hem β-CN hem de αs2-CN etki etmektedir. -
CN, plazmin ile degradasyona karşı biraz daha
dirençlidir. Kazeinin degragasyon ürünleri tat
bozukluğu ve acı tadın oluşumuna neden olmaktadır.
 Plazmin aktivitesi peynir üretiminde rennet ile
koagülasyon süresi, pıhtı sıkılığı ve sinerez gibi
özellikleri de etkilemektedir.
Asit proteazların
 optimum aktivite gösterdiği pH değeri 4’dür.
 Asit proteazlar, alkali proteazlara oranla ısıya karşı
daha duyarlıdır. Bu enzim, 60 °C/10 dk ısıl işlemden
sonra aktivitesinin %70’ini, 78 °C/10 dk ısıl işlem
sonrasında ise aktivitesinin %1’ini koruyabilmektedir.
 Asit proteazlar, β- ve -CN’ye oranla α-CN’yi daha fazla
hidrolize edebilmektedir ve peynir olgunlaşmasında
önemli rol oynamaktadır.
Lipoprotein Lipaz
Lipoprotein
lipaz
(LPL)
sütte
trigliseridlerin
hidrolizasyonundan (lipoliz) sorumlu doğal bir
enzimdir .
 LPL, süt türüne göre değişkenlik göstermekle birlikte
büyük oranda kazein miselleri ile ilişkili olarak
plazmada ve yağ globül membranında yer almaktadır .
Yağ globül membranı herhangi bir fiziksel nedenle
hasar görmediği sürece LPL trigliseridler üzerinde etki
göstermemektedir
 LPL
aktivitesi sonucu trigliseridlerden optimum
koşullar altında her dakikada 2 μmol serbest yağ asidi
oluşmaktadır.
 LPL, ısıya oldukça duyarlı bir enzimdir ve
pastörizasyon sıcaklığında aktivitesinin büyük kısmını
(~%97), 72°C’ de 11.8 s veya 75 °C’de 15 s’de ise
aktivitesinin tamamını kaybetmektedir