The effect of enzyme use on the formation of carbonyls and structural properties of cakes

Abstract

Enzymes are used as additives to improve the quality parameters of cakes. However, high temperature conditions produce carbonyl-containing compounds as precursors of toxic maillard reaction products. In this study three food grade enzymes were used as agents to decrease the formation of carbonyl-containig compounds while preserving the cake quality factors. For this purpose transglutaminase, lipase and amylase enzymes were used. All of the three enzymes lowered the amounts of carbonyls with the largest decrease by lipase of 31.83% (p<0.05) with respect to the control cake. Transglutaminase and lipase addition changed the carbonyl profile of cakes. Both transglutaminase and lipase caused important changes in protein secondary structures with large increases in alpha helix, turns and anti-parallel beta structures, however, amylase did not cause such large changes. The three enzymes used caused the lipid/protein ratio to decrease. The level of lipid unsaturation did not change for transglutaminase and lipase, however, the level unsaturation decreased in the case of amylase indicating the formation of dicarbonyls was via Maillard reaction not due to lipid peroxidation. However, the GC-MS analysis results indicated that there was no change in the formation of neither the Maillard reaction products nor the lipid oxidation products in the head space analysis. The amorphous structure of the starch in cake samples increased depending on the enzyme concentration used.

Enzimler keklerin kalite parametrelerini geliştirmek amacıyla kullanılırlar. Ancak keklerin üretiminde kullanılan yüksek sıcaklık dereceleri keklerde Maillard Reaksiyon ürünlerinin öncülleri olan karbonil içeren bileşiklerin oluşumuna da sebep olurlar. Bu çalışmada enzimler karbonil içeren bileşiklerin oluşumunu azaltırken keklerin kalite parametrelerini arttıran ajanlar olarak kullanılmışlardır. Bu amaçla transglutaminaz, lipaz ve amilaz enzimleri kullanılmıştır. Bu üç enzim oluşan karbonil içeren bileşik oranlarını düşürmüşlerdir, en büyük düşüş kontrol kekine göre 31.83% (p<0.05) oranla lipazla elde edilmiştir. Transglutaminaz ve lipaz eklenmesi karbonil profilini önemli oranda değiştirirken amilaz ciddi farklara sebep olmamıştır. Transglutaminaz ve lipaz kek proteinlerinin alfa heliks ve dönme, anti paralel beta tabakaları ve random koil ile ikincil yapılarında önemli değişikliklere sebep olurken amilazın etkisi kısıtlı kalmıştır. Üç enzim de lipit/protein oranında düşüşe sebep olmuştur. Lipit doymamışlığı transglutaminaz ve lipaz'da değişmezken amilaz azalmaya sebep olmuştur, bu da keklerde oluşan karbonillerin kökenlerinin Maillard Reaksiyonu ürünü oluşumuyla meydana geldiği ama lipit peroksidasyonu ile oluşmadığını işaret etmiştir. Ancak GC-MS ile gerçekleştirilen gaz analizlerinde Maillard reaksiyonu ürünlerinin ve Lipid Oksidasyonu ürünlerinin oluşumunda bir farklılık gözlenmemiştir. Kullanılan üç enzim de nişastanın amorf yapısını kullanıldıkları konsantrasyona bağımlı olarak arttırmıştır.