Produse obtinute din activitatea microorganismelor

Produse obtinute din activitatea microorganismelor

Un numar foarte mare de MO sunt inportante in diferite aplicatii , in primul rand datorita activitatii lor metabolice complexe.

Directii de utilizare ale MO

obtinerea de culturi starter (culturi pure)

obtinerea de nzime

obtinerea de biomasa

obtinerea de metaboliti (primari si secudari)

Culturile starter sunt culturi de MO initiatoare de procese biochimice (fermentatii , acidifiere , proteoliza, lipoliza ) , utilizate cu succes in industria alimentara.

Ele pot fi de 2 feluri :

- culturi starter de productie

culturi starter de concentrate

Produsul finit , obtinut cu ajutorul culturilor starter poate fi consumat:

impreuna cu celulele culturii starter (ex. vii sau inactive termic)in produsele de panificatie , respectiv in salamuri , branzeturi , muraturi sau

separat de acestea (bere , vin cidru , alcool otet)

Culturile starter de productie sunt culturi celulare din MO selectionate (bacterii, drojdii, mucegaiuri)care pot fi folosite ca atare in industria laptelui(la obtinerea preparatelor din lapte), in industria carnii, panificatiei, la fermentarea legumelor si fructelor, a sucurilor, la obtinerea berii, vinului.

ele se obtin din culturi pure de MO (colectii) prin trecerea acestora de pe un mediu de cultura pe altul (pasaje). Culturile pure pot fi formate dintr-un singur MO sau mai multe.

Ele trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

Sa fie cat mai pure (sa nu contina MO nedorite , substante toxice sau antibiotice),

Sa nu fie patogene,

Sa nu produca metaboliti.

Exemple:

culturi starter mezofile ce pot contine urmatoarele specii de bacterii: Lactococcus lactis, Lactococcus cremoris, Streptococcus lactis etc.

culturi starter termofile ce pot contine urmatoarele specii de bacterii:Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus bulgaricus , Streptoccocus thermophilus etc.

Culturile starter concentrate sunt culturile de MO ce se dezvolta controlat in volume mici , apoi sunt conservate prin liofilizare sau congelare in azot lichid , putand fi stocate si transportate . Au avantajul ca reduce volumul de manipulari si se obtin produse mai de calitate.

Exemple: - in industria laptelui bacteriile propionice,

in industria carnii Lactobacillus plantarum , Lactobacillus sake, Pediococcus acidilacti, Staphylococcus carnosus etc.

Metaboliti primari si secundari sunt substante care rezulta in urma metabolismului microbian.

Metabolitii primari se obtin in faza de crestere logaritmica a MO. Exemple: Alcooli(etilic, glicerol, sorbitol), acizii organici(acid acetic , acid lactic,ascorbic,citric), aminoacizii(histidina, valina,alanina),vitaminele (din complexul B,vit.D etc.)

Metabolitii secundari - se obtin in finalul fazei de crestere logaritmica si la inceputul fazei stationare si spre deosebire de cei primari sunt sintetizati de un numar restrans de MO .

Exemple: - Metaboliti de interes agroalimentar: metaboliti de aroma,compusi peptidici.

- Metaboliti de interes industrial- antibiuiotice(Peniciline,Cefalosporine, Tetracicline etc.)

- hormoni(Insulina, Cortizonul etc.)

- agenti antitumorali(Interferon),

- vaccinuri, anticorpi etc.

Toti metabolitii secudari sunt si micotoxinele fungilor filamentosi.

ENZIMELE sunt proteine cu molecule complexe cu rol de biocatalizatori deoarece au capacitatea de a cataliza si de a regla reactiile biochimice din organismele vii. Initial enzimele au fost denumite fermenti.

Se gasesc in toate tipurile de celule vii, atat in organismele superioare (vegetale si animale) cat si in cele ale microorganismelor si sunt produse de organismele vii.

Sursele de obtinere a preparatelor enzimatice : semintele, mugurii, polenul, radacini, frunze, fructe, rinichii, ficatul, pancreasul, vezica biliara, mucoasa stomacala, microorganismele.

Pe plan industrial enzimele au fost utilizate pentru prima data in Japonia (in 1894) cand s-a fabricat un preparat enzimatic koji extras din orez fermentat (bogat in α-amilaza). in Germania s-au folosit excrementele cainilor sau porcilor pentru curatirea pieilor etc. Dezvoltarea biotehnologiilor enzimatice s-au dezvoltat mult dupa 1940,

Denumirea enzimelor se face, de regula prin adaugarea sufixului aza la radacina cuvantului respectiv. Exemplu: lactaza ,ma!taza, zimaza, celulaza, zaharaza, amilaza etc.

Clasificarea enzimelor:

-este complexa, in sensul ca ea se realizeaza in clase, subclase, subsubclase.

Cea mai simpla sistematizare a lor se face in 6 clase:

o Oxidoreductaze - catalizeaza reactiile de oxidoreducere

o Transferazele - catalizeaza transferul unor grupari chimice

o Hidrolazele - catalizeaza reactiile de hidroliza, in legaturi peptidice, glucozidice etc.

o Izomerazele - catalizeaza rearanjarea unor molecule

o Ligazele - catalizeaza formarea unor legaturi chimice

o Liazele - catalizeaza scindarea unor legaturi chimice

In industria alimentara enzimele sunt foarte importante deoarece in produsele agroalimentare produc transformari esentiale, in sensul ca le matureaza si le aromatizeaza.

Cele mai importante enzime utilizate in biotehnolgiile agroalimentare:

1. Oxidoreductazele : catalizeaza reactiile de oxido-reducene

Glucozoxidaza (produsa in specia! de fungi dar si de unele bacterii) este utilizata pentru eliminarea oxigenului din cutiile de conserve, din butoaiele de bere, fiind cel mai important antioxidant biochimic. Poate distruge vit. C;

Alcooldehidrogenaza catalizeaza transformarea alcoolului etilic in acid acetic;

Lipoxigenazele sunt benefice in panificatie, deoarece determina intarirea glutenului, pot produce anumite arome in fructe si legume dar pot produce rancezirea carnii;

Polifenoxidazele sunt responsabile de imbrumarea enzimatica a produselor vegetale si animale;

Peroxidazele au rol in aromatizarea branzeturilor cu mucegaiuri de suprafata, in conservarea laptelui;

2. Hidrolazele:

Lipazele catalizeaza hidroliza grasimilor, cu formare de acizi grasi si glicerol.

Fosfolipazele participa ia maturarea branzeturi lor, a salamurilor crude, produc compusi de aroma dar pot produce si rancezirea unor alimente ce contin grasimi.

Amilazele hidrolizeaza amidonul in produse de hidroliza:dextrine, maltoza, glucoza.

Celulazele hidrolizeaza celuloza, obtinandu-se, in finalul hidrolizei,  glucoza si

pentoze. Se utilizeaza la limpezirea berii, a mustului, sau in panificatie, pentru marirea efectului de expandare al aluatului.

Enzlmele pectolitice actioneaza asupra substantelor pectice. Se utilizeaza in industria sucurilor, vinului, ceaiului, cafelei, ca adaos la furaje.

Enzimele proteolitice elibereaza peptide cu mase moleculare mai mici si chiar aminoacizi. Se utilizeaza in ind. carnii la fragezirea carnii,la prepararea berii si a vinului, ia digestia fibrelor de colagen sau a celor musculare, ia coagularea laptelui (chimozina, renina, pepsina), adjuvant la Coca Cola (pepsina).

Izomerazele: gluco-izomeraza utilizata la transformarea glucozei in fructoza.

Importanta enzimelor:

- in prezent se acorda o mare importanta enzimelor industriale, iar firmele producatoare comercializeaza preparatele enzimatice sau enzime purificate , specificand microorganismul de la care acestea provin.

- Pana in prezent au fost izolate,purificate sau obtinute ca preparate enzimatice aproximativ 5000 de enzime.

- Piata enzimelor este dominata astazi, in biotehnologia agroalimentara , de glicozidaze (20 % din piata).In general cele mai comercializate preparate enzimatice sunt proteinazele bacteriene alcaline utilizate in detergenti (80 % clin piata). In lume se comercializeaza anual, in toate domeniile, cantitati mari de enzime purificate (proteaze bacilare - 550t), amiloglucozidaza (350 t), amilaza bacilara (350 t), amilaza fungica (20 t), pectinaze (20 t), proteaze fungice (15 t).

- Pretul enzimelelor pure folosite in laboratoare pot ajunge la un pret de 100.000 $/kg . Cea mai mare producatoare de enzime este Danemarca, urmata de Olanda si USA.

CURSUL 5. BIOTEHNOLOGII IN INDUSTRIA PRELUCRARII LEGUMELOR SI FRUCTELOR

Fructele si legumele (din productia interna sau din import) reprezinta pentru industria alimentara materii prime foarte importante deoarece ele au un continut bogat in glucide, proteine, enzime, vitamine, saruri minerale,lipide.

q    Bogate in mono-,di- si ologoglucide sunt :

strugurii, perele, caisele, piersicile, visinile, ciresele, prunele,merele dar si sfecla de zahar, mazarea,fasolea.

q    Pectinele si acizii organici se gasesc in cantitate mare in: mere, corcoduse,gutui, lamai, caise, visine,coacaze, zmeura, tomate, sfecla etc.

q    Continut mare in lipide au alunele, nucile, semintele, gutuile etc iar mazarea, fasolea, soia, lintea, alunele, nucile contin multe proteine.

Biotehnologiile aplicate fructelor si legumelor sunt directionate pe 2 activitati:

Prepararea sucurilor

Prepararea conservelor

Transformari ale fructelor si legumelor in diferite faze ale evolutiei lor

Peretii vegetali ai fructelor si legumelor au in compozitie

v    pectine

v    poliglucide (celuloza, arabani, xilani),

v    enzime (peroxidaze, fosfataze, glucozidaze).

In timpul coacerii fructele si legumele sufera o serie de transformari biochimice:

v    polimerii biochimici: amidonul, pectinele, celuloza, proteinele sufera scindari si se transforma in glucide mai simple, respectiv in aminoacizi, concomitent cu inmuierea peretilor vegetali.

Spre exemplu, celuloza este degradata de celulaze provenite din anumite microorganisme. Alte enzime: glucanazele (actioneaza asupra glucanilor), xilanazele (actioneaza asupra xilanilor), pectinazele (actioneaza asupra pectinelor) etc.

Maturarea vegetalelor este insotita deseori de inmuiere, fenomen care se datoreaza enzimelor pectice saponifiante (pectindemetoxilazele, pectindepolimerazele).

Tot pe parcursul maturarii scade continutul de acizi organici, determinata in special activitatii dehidrogenazelor.

Etapa maturarii este importanta pentru ca este etapa in care este favorizata formarea compusilor de aroma: aldehide, cetone, esteri, alcooli etc.

Este foarte important ca la extractia sucurilor din legume si fructe sa se faca asa incat esterii sa treaca in sucuri inainte de a fi degradati de hidrolazele specifice.

Maturarea este determinata de hormonul vegetal etilena cat si de compusii cu rol in crestere: auxine, gibereline, citokinine

La depozitarea vegetalelor pot aparea transformari de culoare imbrunari), datorita atacului:

v    polifenoxidazelor

v    peroxidazelor si

v    catalazelor -- asupra compusilor fenolici, pigmentilor antocianici si pigmentilor flavonici.

In perioada de depozitare a legumelor si fructelor se reduce si concentratia vitaminelor, de exemplu vitamina C care se poate oxida rapid.