Τα ένζυμα είναι εξειδικευμένοι βιολογικοί καταλύτες, κυρίως πρωτεϊνικής φύσης, που επιταχύνουν τις χημικές αντιδράσεις στους ζωντανούς οργανισμούς, καθιστώντας τα απαραίτητα για τον μεταβολισμό. Χαρακτηρίζονται από υψηλή εξειδίκευση και κάθε ένζυμο μπορεί να καταλύσει μια συγκεκριμένη μόνο αντίδραση.
Τα ένζυμα χρησιμοποιούνται εδώ και αιώνες στην παραγωγή τροφίμων, π.χ. για την παρασκευή τυριών, την παρασκευή μπύρας. Για μεγάλο χρονικό διάστημα, οι βιοχημικές τους ιδιότητες ήταν άγνωστες. Τον εικοστό αιώνα, τα ένζυμα άρχισαν να απομονώνονται από ζωντανά κύτταρα, γεγονός που οδήγησε στην ευρύτερη εφαρμογή τους στον τομέα των τροφίμων.
Εκτελούν τεχνολογική λειτουργία για ένα ευρύ φάσμα πρώτων υλών κατά την επεξεργασία των προϊόντων τροφίμων ή των συστατικών τροφίμων. Παραδείγματα περιλαμβάνουν τη διάσπαση των κυτταρικών τοιχωμάτων των φρούτων για την εξαγωγή χυμών ή τη μετατροπή του αμύλου σε σάκχαρα κατά την παραγωγή αλκοόλης. Επίσης, κάποια οικιακά είδη περιέχουν ένζυμα ώστε να αυξήσουν την ταχύτητα κάποιας αντίδρασης, όπως για παράδειγμα τα απορρυπαντικά.
Ονομασία
Ο όρος ένζυμο καθιερώθηκε από τον F. Kϋhne το 1878, για να δηλώσει τις δραστικές ουσίες που βρίσκονται μέσα στα κύτταρα των ζυμών (μονοκύτταροι μύκητες). Προήλθε από τις ελληνικές λέξεις εν και ζύμη. Τυπικά, ένα ένζυμο αυξάνει την ταχύτητα μιας αντίδρασης από ένα εκατομμύριο έως και ένα τρισεκατομμύριο φορές. Η ονομασία των ενζύμων εκτός από εκείνων που παρέμεινε από παλαιότερα (π.χ, θρεψίνη, πεψίνη κ.λπ.) έχει καθοριστεί, να λαμβάνει ως πρώτο συνθετικό τη θεματική ονομασία του υποστρώματος (της ένωσης επί της οποίας γίνεται η χημική μεταβολή) με την κατάληξη -άση. Έτσι το ειδικό ένζυμο που έχει λιπολυτική δράση ονομάζεται «λιπάση», το ένζυμο που καταλύει το άμυλο αμυλάση.
Παράγοντες ενζυμικής λειτουργίας
Υπάρχει μια ποικιλία παραγόντων που επηρεάζουν την δράση των ενζύμων οι πιο βασικές είναι:
- Θερμοκρασία (μέγιστη δραστηριότητα 30-40°C)
- Η οξύτητα (μέγιστη δράση σε pH 4.5 – 8)
- Η συγκέντρωση του ενζύμου και του υλικού-υποστρώματος που αντιδρούν
- Ελεύθερο νερό (υψηλή υγρασία ευνοεί ενζυμικές δράσεις)
- Παρουσία ενεργοποιητών και αναστολέων που εμποδίζουν τη δράση τους
Τα ένζυμα τροφίμων μπορούν να ταξινομηθούν με δύο τρόπους: αυτά που προστίθενται στα τρόφιμα για να προκαλέσουν μια επιθυμητή αλλαγή και αυτά που υπάρχουν στα τρόφιμα και να είναι υπεύθυνα για αντιδράσεις που είτε βελτιώνουν την ποιότητα των τροφίμων είτε την μειώνουν.
Οι λειτουργίες των ενζύμων
Μια μεγάλη ποικιλία ενζύμων χρησιμοποιείται στην αρτοποιία για τη δράση τους στα διάφορα συστατικά των αλεύρων, ιδιαίτερα σε υδατάνθρακες, πρωτεΐνες και λιπίδια.
Αμυλάση
Η αμυλάση είναι ένα ένζυμο-κλειδί που διασπά το άμυλο του αλευριού σε απλούστερα σάκχαρα (όπως μαλτόζη και γλυκόζη), προσφέροντας πολλαπλά οφέλη στη ζύμη και το τελικό προϊόν. Οι κύριες δράσεις της αμυλάσης στη ζύμη περιλαμβάνουν:
- Τροφοδοσία της Ζύμης (Fermentation): Από τη διάσπαση του αμύλου παράγονται ζυμώσιμα σάκχαρα που χρησιμοποιούνται ως τροφή από τους ζυμομύκητες της μαγιάς. Με την αύξηση της διαθεσιμότητας των σακχάρων, διεγείρουν έτσι τη ζύμωση και την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα, που απαιτείται για το σωστό φούσκωμα της ζύμης.
- Βελτίωση Χρώματος και Γεύσης: Τα σάκχαρα που δεν θα καταναλωθούν από τη μαγιά συμμετέχουν στις αντιδράσεις Maillard και καραμελοποίησης κατά το ψήσιμο, προσδίδοντας στο ψωμί χρυσαφένιο χρώμα στην κόρα και ενισχύοντας τη γεύση και το άρωμά του.
- Βελτίωση της Υφής και του Όγκου: Η αμυλάση (ειδικά η α–αμυλάση) μειώνει το ιξώδες της ζύμης και βοηθά στην καλύτερη διόγκωση στα πρώτα στάδια του ψησίματος στο φούρνο (oven spring), δημιουργώντας ένα πιο αφράτο ψωμί.
- Βελτίωση της Φρεσκάδας (Anti-staling): Μεταβάλλοντας τη δομή του αμύλου, η αμυλάση καθυστερεί το μπαγιάτεμα (staling) της ψίχας διατηρώντας το ψωμί μαλακό για περισσότερο χρονικό διάστημα.
- Ρύθμιση της Συμπεριφοράς της Ζύμης: Μειώνει την κολλώδη υφή της ζύμης και βελτιώνει τον χειρισμό της.
Στην αρτοποιία χρησιμοποιείται η α-αμυλάση: όπου διασπά το άμυλο σε δεξτρίνες, βελτιώνοντας τον όγκο και το χρώμα. Και η β-αμυλάση: όπου διασπά το άμυλο σε μαλτόζη, παρέχοντας ζυμώσιμα σάκχαρα για τη μαγιά.
Όταν το αλεύρι έχει χαμηλή περιεκτικότητα σε ένζυμα, για να ενισχυθεί η δραστηριότητα της ζύμης, μπορεί να προστεθεί διαστατική βύνη (diastatic malt) ή μυκητιακή αμυλάση.
Ξυλανάση (Ημικυτταρινάση)
Συχνά αναφέρτε και σαν πεντοζανάση και υδρολύει την ημικυτταρίνη σε μικρότερες μονάδες σακχάρου, βελτιστοποιώντας την ισορροπία μεταξύ της απορρόφησης νερού και του σχηματισμού δικτύου γλουτένης. Ενισχύει τη σταθερότητα και την αντοχή της ζύμης στη μηχανική επεξεργασία, την ελαστικότητα, υφή και τη δομή της ψίχας. Τα τελικά προϊόντα έχουν ομοιόμορφη και πιο απαλή ψίχα, μεγαλύτερο όγκο, και τραγανή κόρα. Με τη διατήρηση της υγρασίας στην ψίχα, καθυστερούν το μπαγιάτεμα. Χρησιμοποιούνται ως φυσική εναλλακτική λύση για τη βελτίωση των αλεύρων, αντικαθιστώντας χημικά πρόσθετα.
Πρωτεάσες
Οι πρωτεάσες δρουν στις πρωτεΐνες του αλεύρου και τις διασπούν, αποδυναμώνοντας έτσι το δίκτυο γλουτένης. Η χαλάρωση αυτή αυξάνει την εκτακτότητα της ζύμης. Η αποδυνάμωση αυτή χρησιμοποιείται κυρίως σε άλευρα για την παραγωγή κράκερ, μπισκότων και γκοφρετών.
Λιπάση (Φωσφολιπάση)
Η λιπάση διασπά τα λίπη και τις ουσίες που μοιάζουν με λίπος ή υπάρχουν φυσικά στο αλεύρι, καθώς και τα προστιθέμενα λιπαρά, σε ουσίες που μπορούν να ενσωματωθούν πιο εύκολα με γαλακτωματοποίηση (π.χ. μονο- και διγλυκερίδια). Λόγω των αλληλεπιδράσεών τους με τα άλλα συστατικά της ζύμης, η χρήση λιπάσης και ιδιαίτερα της φωσφολιπάσης βοηθά έτσι στην αύξηση του όγκου του προϊόντος μέσω της ενίσχυσης του πλέγματος της γλουτένης και τη βελτίωση της δομής της ψίχας. Επίσης με την ιδιότητά τους να ενισχύουν τη ζύμη, είναι δυνατή η μείωση της χρήσης γαλακτωματοποιητών ή ακόμη και να αντικαταστήσουν τα βελτιωτικά όπως το DATEM και το SSL, προσφέροντας ένα πιο «καθαρό» προϊόν (clean label). Μειώνει τον ρυθμό μπαγιατέματος, διατηρώντας το ψωμί μαλακό για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.
Οξειδάση γλυκόζης
Η οξειδάση της γλυκόζης οξειδώνει το ασκορβικό οξύ σε δεϋδροασκορβικό οξύ, όπου ενισχύει το πλέγμα της γλουτένης σχηματίζοντας δεσμούς που αυξάνουν τη δύναμή της, και τη σταθερότητα της ζύμης. Συμβάλλει επίσης στην καλύτερη κατακράτηση αερίων της ζύμωσης και σε μεγαλύτερο όγκο στα αρτοσκευάσματα.
Η κατανόηση των ενζύμων στα προϊόντα αρτοποιίας είναι το πρώτο βήμα στην επιλογή αυτών.
Τα ένζυμα παρέχουν πολλά από τα ίδια οφέλη με τα χημικά βελτιωτικά ζύμης, αλλά μπορούν να παρέχουν μια επιλογή καθαρής ετικέτας. Τα ένζυμα αδρανοποιούνται κατά το ψήσιμο, και ως βοηθητικά μέσα επεξεργασίας, δεν χρειάζεται να επισημαίνονται στο τελικό προϊόν.
Τα ενζυμικά παρασκευάσματα που κυκλοφορούν στο εμπόριο είναι μείγματα που συνήθως περιέχουν περισσότερες από μία ιδιότητες.
Τα επίπεδα προσθήκης και οι συγκρίσεις προϊόντων θα πρέπει να βασίζονται και σε δοκιμές αρτοποίησης και όχι μόνο στις γενικές προδιαγραφές χρήσης. Με αυτές θα διαπιστωθεί η ισχύς της ενζυμικής δραστηριότητας και το βέλτιστο αποτέλεσμα.
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
1.Marion Bennion ‘THE SCIENCE OF FOOD’ – WILEY N. Y – (1980)
2.https://www.efsa.europa.eu/el/topics/topic/food-enzymes
3.Van Oort, M. “Enzymes in Bread Making.” Enzymes in Food Technology, 2nd edition,
4.K. Kulp, “Enzymes as dough improvers,” in Advances in Baking Technology, eds. Basil S. Kamel and Clyde E. Stauffer (New York: Springer, 1993)
5.R. Carl Hoseney, Principles of Cereal Science and Technology, 2nd ed. (St. Paul: American Association of Cereal Chemists, 1998)
6. Lin Carson, “Dough Conditioners,” BAKERpedia.com, http://bakerpedia.com/ingredients/dough-conditioners/# (accessed September 28, 2017).
