1 0726722127 ALCIONA SASU
Enzime utilizate in industria alimentara Clasificarea generala a enzimelor Recenta clasificare şi nomenclatură a enzimelor se bazează pe principiile şi regulile stabilite şi publicate în anul 1964, revizuite şi republicate în 1973 de Comisia de Enzime a Uniunii Internaţionale de Biochimie (I.U.B.) şi a Uniunii Internaţionale de Chimie Pură şi Aplicată (I.U.P.A.C.). In acest sens, enzimele au fost clasificate în 6 clase (numeroase subclase şi subsubclase) şi anume: - oxidoreductaze - catalizează reacţiile de oxidoreducere prin transfer de hidrogen sau electroni, sau prin combinarea unui substrat cu oxigenul; - transferaze - catalizează transferul diferitelor grupări chimice de la un substrat donator la un alt substrat acceptor; - hidrolaze - catalizează scindarea hidrolitică a diferitelor substraturi, prin adiţia apei la nivelul diferitelor grupări chimice; - liaze - catalizează adiţia sau îndepărtarea unor grupări chimice din substraturi, prin mecanisme diferite faţă de hidroliză; - izomeraze - catalizează reactiile de rearanjare intramoleculara; - ligaze (sintetaze) - catalizează sinteza unor noi legături prin unirea a doi compuşi în unul singur, folosind ca sursă energetică nucleozidtrifosfaţii. Clasele de enzime se împart în subclase şi sub-subclase, în funcţie de o serie de detalii privind grupările supuse transformării şi natura cofactorilor implicaţi în reacţia catalizată enzimatic. Unităţi de măsură ale activităţii enzimatice In principiu, determinarea activităţii enzimatice se bazeaza pe: (i) estimarea gradului de transformare a substratului, (ii) măsurarea concentraţiei produsului de reacţie sau (iii) urmarirea cineticii de reacţie într-un anumit interval de timp prin metode fizice sau chimice adecvate. Activitatea enzimelor se exprimă cantitativ în unităţile propuse de Comisia de Enzime (CE) şi anume: Unitatea de activitate enzimatică (U) reprezintă cantitatea de enzima care catalizează transformarea a l mol substrat/min în condiţii standard (25°C, pH şi concentraţie de substrat optime). Katalul (Kat) reprezintă cantitatea de enzimă care catalizează transformarea a l mol substrat/s în condiţii standard. Se foloseşte şi multiplul kilokatal (K Kat) şi respectiv submultiplii milikatul (mKat), microkatul (Kat), nanokatul (nKat) şi picokatul (pKat). Activitatea specifică reprezintă numărul de unităţi enzimatice/mg proteină (respectiv Kat/kg proteină şi Kat/kg proteină). Activitatea enzimatică molară (număr de transfer = turnover number) reprezintă numărul de molecule de substrat transformate de către o moleculă de enzimă în timp de l min sau l s (Kat/mol enzimă). . Preparate enzimatice Preparatele enzimatice folosite în realizarea diferitelor procese biotehnologice din industria alimentară sunt considerate ca adjuvanţi de transformare. In anul 1982, Comitetul mixt FAO/OMS de experţi în aditivi alimentari a stabilit o serie de „norme generale pentru preparatele enzimatice utilizate în prepararea alimentelor". Conform acestui comitet, preparatele enzimatice, folosite ca aditivi în industria alimentară, sunt obţinute din materii prime de origine animală (ficat, pancreas, mucoasa stomacala sau intestinala, inima, rinichi, creier), vegetală (seminte, cereale germinate si negerminate, radacini, seva, latexuri, frunze, si
2 in unele cazuri chiar coaja) sau microbiană (bacterii, drojdii, mucegaiuri), fiind constituite din celule întregi, din părţi de celule sau extracte complet lipsite de celule. Pot conţine una sau mai multe componente enzimatice active, suporturi, solvenţi, agenţi de conservare, antioxidanţi şi alte substanţe necesare şi conforme unei bune practici de fabricare. Ele se pot prezenta sub formă lichidă, semilichidă, uscate sau imobilizate, avînd o culoare care poate să varieze de la qvasi incolor la brun închis. In ceea ce priveşte materiile prime din care sunt obţinute preparatele enzimatice, normele Comitetului mixt FAO/OMS prevăd ca: - ţesuturile de origine animală să răspundă normelor veterinare aplicate cărnii şi manipularea lor să satisfacă exigenţele unei bune practici igienice; - materialele de origine vegetală, folosite ca surse de enzime sau ca ingrediente în prepararea mediilor de cultură pentru microorganismele producătoare de enzime, trebuie să nu elibereze nici un reziduu nociv pentru sănătate, în condiţii normale de utilizare; - preparatele enzimatice de origine microbiană trebuie produse prin folosirea controlată fără penetrare de microorganisme susceptibile de a conduce la apariţia de substanţe toxice sau alte produse nedorite. Preparatele enzimatice folosite în industria alimentară trebuie produse în condiţii similare unei bune practici de fabricare a produselor alimentare, iar prin utilizarea lor să nu se ajungă la o creştere a numărului total de germeni (NTG) şi la creşterea conţinutului în săruri peste limitele admise pentru un anumit produs alimentar luat în considerare. Pentru obţinerea preparatelor enzimatice sunt folosite de obicei surse bogate în enzimele dorite, care sunt ieftine, uşor accesibile şi care se prelucrează uşor. O sursă foarte importantă de enzime, pentru producerea preparatelor enzimatice, o constituie diferitele microorganisme ca: bacteriile, drojdiile şi mucegaiurile. Faţă de sursele de enzime de origine vegetală sau animală, culturile diferitelor microorganisme prezintă o serie de avantaje care explică în mare măsură tendinţa manifestată în ultimele 2—3 decenii de a fi folosite din ce în ce mai mult pentru obţinerea de preparate enzimatice: - Microorganismele pot fi obţinute în cantităţi mari, prin înmulţire în instalaţii speciale, pe medii de cultură ieftine (de obicei subproduse ale industriei alimentare ca: tărîţe de grîu, extract de porumb obţinut prin concentrarea apelor de înmuiere de la fabricarea amidonului, melasă, şroturi de soia şi de floarea-soarelui etc.). - Ciclul de creştere şi dezvoltare al microorganismelor este foarte scurt faţă de cel al plantelor şi animalelor, iar obţinerea microorganismelor în cantităţi mari nu necesită angajarea de terenuri cultivabile, cum este cazul la materiile prime vegetale. - Producţia de enzime cu ajutorul microorganismelor poate fi mult mărită prin selectarea şi utilizarea de tulpini şi mutante înalt productive precum şi prin stabilirea condiţiilor fizice şi chimice optime (medii de cultură şi condiţii optime de cultivare) pentru producerea de enzime In cazul utilizării microorganismelor ca surse de enzime pentru industria alimentară, selectarea acestora se va face luîndu-se în considerare o serie de criterii cum sunt următoarele: să nu manifeste putere patogenă şi să nu producă toxine (endo-, exotoxine sau micotoxine); să nu manifeste activitate antibiotică sau potenţial alergen; să producă cu precădere şi în cantităţi mari enzima sau complexul enzimatic dorit, pe medii de cultură ieftine şi în condiţii avantajoase. Sursele de enzime de origine animala si vegetala prezinta urmatoarele avantaje: sunt sigure din punct de vedere al inocuitatii preparatelor enzimatice care se obtin; asigura obtinerea cu preponderenta a unui anumit tip de enzima;
3 dar prezinta dezavantajele ca sunt limitate cantitativ iar preparatele enzimatice obtinute sunt termosensibile. Indiferent de sursa de materii prime, prelucrarea lor pentru obţinerea de preparate enzimatice de uz alimentar este în linii generale aceeaşi Enzimele obţinute ca preparate brute sau parţial purificate, sub formă lichidă, semilichidă sau uscată sunt utilizate în industria alimentară ca atare, fiind adăugate şi acţionînd în mediile pe care urmează să le transforme ca enzime „libere", respectiv solubilizate în medii apoase şi fără a mai putea fi ulterior recuperate. Activitatea lor, după ce au realizat transformările dorite, este de obicei oprită prin diferite tratamente, mai ales pe cale termică, sau chimica (prin acidulare sau alcalinizare). In unele cazuri ele mai rămîn active şi în produsul finit. Tehnici de obtinere a preparatelor enzimatice de origine microbiana In cazul obtinerii de preparate enzimatice de origine microbiana trebuie avute in vedere urmatoarele aspecte: susa de microorganism folosita trebuie selectionata dupa criterii specifice; inocuitatea microorganismului producator de enzime; productivitatea susei trebuie sa fie maxima in conditii de fermentatie industriala. Se prefera o susa care nu modifica prea mult vascozitatea mediului de cultura in cursul dezvoltarii celulare; stabilitatea genetica in sensul pastrarii caracteristicilor initiale in timpul conservarii si prepararii culturilor de productie. Pentru productia de preparate enzimatice de origine microbiana se pot aplica doua tehnici de baza: fermentatia de suprafata - cand se utilizeaza un mediu solid pe care se cultiva microorganismul (de obicei un mucegai filamentos). Aceasta tehnica are avantajul ca mediul de cultura va prezenta o activitate enzimatica foarte ridicata; fermentatie de profunzime (fermentatie submersa) – se desfasoara in reactoare cu medii lichide, caz in care toti parametrii fermentatiei (temperatura, pH, aerare, agitare, concentratia surselor de C, N etc) sunt perfect controlati. Indepedent de tipul de fermentatie, microorganismul cultivat se va dezvolta si va produce enzima, cele doua procese putand fi simultane sau cateodata complet separate. Astfel putem intalni urmatoarele 3 situatii: cresterea si producerea de enzime sunt asociate (figura 2a); producerea de enzima continua chiar si dupa faza de crestere (figura 2b); exista o faza de latenta intre cresterea microorganismelor in mediul de cultura si producerea de enzime Aspecte biochimice ale fermentatiei principale Alegerea materiilor prime este foarte importanta pentru obtinerea de preparate ezimatice. Mediul de cultura trebuie sa asigure microorganismului: - sursa de carbon (amidon, maltodextrine, celuloza, glucoza, zaharoza); - sursa de azot (surse organica: proteine, hidrolizate proteice, extracte de drojdie, fainuri proteice, uree; anorganica: sulfat de amoniu, nitrati); - saruri minerale – se asigura un minim necesar de Mg, Ca, K, Fe, Mn, Zn precum si de P si S; - factori de crestere (vitamine, aminoacizi); - precursori. . Oxidoreductaze FAD sau FMN dependente Aceste enzime cunoscute şi sub denumirea de flavinenzime au drept coenzime FAD-ul sau FMN-ul care sunt derivaţi ai riboflavinei (vitamina B2). Unele flavinenzime acţionează ca dehidrogenaze anaerobe, iar altele au caracter aerob, putând transfera hidrogenul direct de la substratul donor către oxigenul molecular cu formare de apă oxigenată. In cadrul acestor
4 din urmă enzime se încadrează glucozoxidaza, care îşi găseşte multiple utilizări în industria alimentară. Glucozoxidaza (β-D-glucozo-oxigen-oxidoreductaza, EC1.1.3.4) - este o flavoenzimă care conţine 2 moli de FAD ca grupare prostetică/mol enzimă. Glucozoxidaza catalizeaza reactia de oxidare a glucozei la acid gluconic. Glucozoxidaza prezinta o specificitate de substrat foarte ridicată, β-D-glucoza fiind oxidată de 160 ori mai repede decît α-D-glucoza. Echilibrul intre α şi β-D-glucoză in mediul de ractie poate fi restabilit prin utilizarea mutarotazei (aldozmutarotaza, EC 5.1.3.3.). Oxidarea glucozei la acid gluconic este o reactie foarte importanta la fabricarea albusului de ou praf, unde nu trebuie sa existe glucoza libera care ar putea participa la imbrumare Maillard pe parcursul depozitarii. Preparatele enzimatice cu activitate glucozoxidazica se obţin din Aspergillus niger (S.U.A.), Penicillium amagasakiense (Japonia) şi Penicillium vitale (Rusia). Preparatele brute de glucozoxidaza mai contin mutarotaza, catalaza si lactonaza. Oxidoreductaze NAD+ sau NADP+ dependente Aceste enzime catalizează procesele reversibile de oxidoreducere caracterizate prin transfer de hidrogen de pe un substrat donor pe altul acceptor şi au caracter anaerob, deoarece acceptorul de hidrogen este altul decît oxigenul. Coenzimele lor, NAD+ sau NADP+, care se comportă ca acceptori sau donori intermediari de hidrogen între substraturile participante în reacţie, se detaşează uşor de apoenzimă, putând să-şi exercite acest rol pentru mai multe enzime. Oxidoreductazele NAD+ dependente intervin în numeroase procese catabolice oxidative ale alcoolilor, aldehidelor, aminoacizilor, iar cele NADP+ dependente catalizează mai ales procese anabolice reductive. Ele sunt foarte răspîndite în diverse organe şi ţesuturi animale şi vegetale, precum şi în diferite microorganisme. Dehidrogenazele prezintă deci importanţă şi în numeroase procese fermentative şi în procesul de respiraţie care se desfăşoară în diverse materii prime sau în procesele fermentative de obţinere a unor produse alimentare. Alcool dehidrogenaza (alcool:NAD+-oxidoreductaza) - catalizează oxidarea alcoolilor primari si secundari la aldehide si cetone. Reacţia prezintă importanţă deosebită în procesul de fermentaţie alcoolică; în condiţii aerobe, enzima poate să catalizeze reacţia de oxidare a alcoolului etilic în aldehidă acetică. Lactat dehidrogenaza (L-lactat: NAD+-oxidoreductaza) - catalizează reducerea acidului piruvic cu formare de acid lactic în prezenţă de NADH + H+ conform reacţiei: Acidul lactic constituie etapa finală a glicolizei şi a fermentaţiei lactice. Lactat dehidrogenaza izolată din inima şi muşchii mamiferelor sau din unele bacterii ca, de exemplu, Bacillus subtilis, conduce la formarea de acid L-lactic, deosebindu-se de lactat dehidrogenază obţinută din Lactobacillus plantarum care duce la formarea de acid D-lactic. In general, microorganismele care realizează fermentaţia lactică produc acid lactic racemic, deoarece acidul L-lactic rezultat este parţial izomerizat la acid D-lactic, prin intervenţia unei izomeraze. Malatdehidrogenaza (L-malat: NAD+ - oxidoreductaza) - catalizează reacţia de oxidare a acidului malic în acid oxalilacetic, care este ulterior transformat în acid lactic. Malatoxidaza (malat: NAD+ - oxidoreductaza) - catalizează reacţia de transformare a acidului malic în acid piruvic, acesta fiind apoi transformat în acid lactic. Aceste două enzime intervin în fermentaţia malolactică a vinurilor. Alături de aceste două oxidoreductaze, în fermentaţia lactică a vinurilor intervine şi enzimă malolactică (Lmalat: NAD-carboxiliaza) care catalizează reacţia: Acetaldehiddehidrogenaza (Acetaldehida: NAD-oxidoreductaza) - catalizează oxidarea aldehidei acetice în acid acetic, mai ales în procesul de oţetire a vinurilor. In condiţii aerobe, alcoolul etilic din vin, sub influenţa alcooldehidrogenazei, este transformat în aldehidă acetică iar aceasta sub influenţa acetaldehiddehidrogenazei se oxidează în acid acetic.
5 . Oxidaze Oxidazele catalizează reacţiile de oxidoreducere unor substraturi implicand oxigenul molecular ca acceptor final de electroni. Ca produs de reacţie se formează H2O2. În funcţie de mecanismele de acţiune oxidazele pot fi clasificate astfel: - oxigenaze: dioxigenaze (lipoxigenaza) şi monooxigenaze; - oxidaze transportoare de electroni: citocromoxidaza, polifenoloxidazele, tirozinaza, ascorbatoxidaza etc.; - hidroxiperoxidaze: peroxidaza şi catalaza. Lipoxigenaza este o dioxigenază (lipoxidaza linoleat: oxigenoxidoreductaza, EC 1.13.1.13), cunoscută şi sub denumirea de carotenoxidază. Catalizează oxidarea acizilor graşi polinesaturaţi care conţin legăturile cis, cis- 1,4 pentadienice cu ajutorul O2. Acizii graşi polinesaturaţi oxidaţi sunt acidul linoleic (9,12 octadecadienoic), acidul linolenic (9,12,15 octadecatrienoic) şi acidul arahidonic (5,8,11,14 eicosatetraenoic). Aceşti acizi graşi sunt denumiţi esenţiali. Enzime oligozidazice Dintre oligozidaze, mai importante pentru industria alimentară sunt β-glucozidaza, α-Dgalactozidaza, β-D-galactozidaza, β-D-fructofuranozidaza. β-Glucozidaza, denumită şi emulsină, scindează legătura β-glucozidică din βglucozizii răspîndiţi în plante cum ar fi amigdalină, prunină, naringină, dar şi din celobioză şi gentiobioză. Această enzimă este produsa şi de unele microorganisme: Alcaligenes faecalis, Botryodiplodia theobromae, Phoma strasseri, Septoria lycopersici, Aspergillus niger, Myrothecium verucaris, Trichoderma viride, Saccharomyces lactis etc. β-Glucozidaza poate fi utilizată pentru dezamărârea sucurilor de grefe deoarece hidrolizează naringerina la rutinoză şi naringenină, respectiv la glucoză şi naringerina. α-D-Galactozidaza este prodsuă de B. stearothermophilus, Penicillium duponti, Absidia griseola, Mortierella vinaceae, Aspergillus awamori. Substratul natural al acestei enzime este rafinoza, trizaharid format din galactoză, glucoza şi fructoză. Enzima desface rafinoza în galactoză şi zaharoză şi are aplicaţii în industria zahărului (pentru recuperarea zahărului din melasă) şi industria derivatelor proteice vegetale in vederea eliminării zaharurilor ce provoacă flatulenţă. β-D-Galactozidaza, cunoscută şi sub numele de lactază, hidrolizeză lactoza la glucoza şi galactoză. Este răspândită în unele plante, microorganisme şi în mucoasa intestinală a mamiferelor. Este obţinută din tulpini de mucegaiuri (Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Aspergillus foetidis), din drojdii (Kluyveromyces fragilis, Kluyveromices lactis, Candida pseu-dotropicalis, Torulopsis lactis) şi bacterii (Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus thermophilus). Preparatele enzimatice de lactază se utilizează pentru: - delactozarea produselor lactate destinate persoanelor care prezintă intoleranţă la lactoză; - delactozarea laptelui destinat obtinerii laptelui praf si concentrar; - obţinerea siropului de glucoza+galactoza din lactoza din zer. Invertaza (β-fructozidaza) hidrolizeaza zaharoza: Surse importante de invertaza sunt: Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces carlbergensis, Kluyveromyces fragilis. Invertaza se utilizeaza practic pentru a obtine zaharul invertit, precum si pentru impiedicarea cristalizarii zaharozei in unele produse de bombonerie cu umplutura. Producerea siropurilor de glucoză Siropurile de glucoză sunt îndulcitori importanţi, obţinuţi prin hidroliza amidonului prin: -
metoda acidă;
-
metode acid-enzimă;
6 -
metode enzimă-enzimă.
În funcţie de tehnica folosită siropurile cu acelaşi DE prezintă o structură compoziţională diferită, precum şi proprietăţi funcţionale diferite. Ele se clasică, în funcţie de DE, astfel: -
tip I, siropuri cu grad de conversie scăzut: DE = 20-38;
-
tip II, siropuri cu grad de conversie normal: DE = 38-55;
-
tip III, siropuri cu grad de conversie mediu: DE = 55-73;
-
tip IV, siropuri cu grad de conversie ridicat: DE >73.
Hidroliza acidă a amidonului se foloseşte pentru obţinerea siropurilor de glucoză de tip I şi II, iar metoda acid-enzimatică presupune o etapă de prehidroliză acidă a amidonului, urmată de o zaharificare cu amiloglucozidază pentru obţinerea siropurilor tip III şi IV. În figura 9 este prezentată schema tehnologică de obţinere a siropurilor de glucoză propusă de Corn Refiners Association. Producerea dextrozei Dextroza se obţine numai prin folosirea metodei enzimă-enzimă în vederea hidrolizei totale a amidonului. Procedeul enzimă-enzimă permite obţinerea dextrozei monohidrat, dextrozei anhidre, zahărului total şi a siropului de dextroză folosit la obţinerea izosiropului. Procedeul constă în: - lichefiere a - dextrinizarea amidonului cu o α-amilază bacteriană termodurică; zaharificarea cu glucoamilază fungică şi/sau enzimă de deramificare se realizează discontinuu sau semicontinu în instalaţii prevăzute cu agitatoare. Fermentaţia lactică Fermentaţia lactică este un proces anaerob prin care glucide le fermentescibile sunt metabolizate sub acţiunea echipamentului enzimatic al microorganismelor în acid lactic ca produsprincipal şi produse secundare, cum ar fi: diacetil, acetonă, acid acetic, alcool etilic şi CO2. Calea metabolică de producere a acidului lactic este frecvent întâlnită în lumea microbiană. Randamente superioare de convertire a glucidelor în acid lactic sunt întâlnite la bacterii şi mucegaiuri. Bacteriile lactice, considerate agenţi tipici ai fermentaţiei, sunt folosite industrial în biotehnologii alimentare, la industrializarea laptelui şi a cărnii, în panificaţie, la conservarea produselor vegetale şi la obţinerea acidului lactic. Mucegaiurile selecţionate ale genurilor Aspergillus, Penicillium şi Mucor pot fi cultivate submers cu aerare dirijat, pentru obţinerea industrială a acidului lactic. În condiţii naturale,
7 acidul lactic se poate forma şi în ţesutul muscular prin procesul de glicoliză, prin secvenţe biochimice catalizate de enzime similare cu cele ale celulei microbiene. Caracterele morfo-fiziologice generale ale bacteriilor lactice. Fermentaţia acetică Fermentaţia acetică este un proces aerob prin care substratul (alcoolul etilic) este oxidat în prezenţa oxigenului din aer, sub acţiunea echipamentului enzimatic al bacteriilor acetice, în acid acetic ca produs principal al fermentaţiei. Caracterele morfologice şi fiziologice ale bacteriilor acetice. Bacteriile acetice sunt bacterii strict aerobe, sub formă de bastonaşe, gram-negative, grupate în perechi sau lanţuri, cu dimensiuni variabile (0,5-0,8)x(80,9-4,2) μm. Pot fi imobile sau mobile, cu cili polari sau peritrichi. În mediu acid, în timp, pot apărea forme de involuţie, ramificate, care îşi pierd capacitatea de reproducere. În medii lichide (staţionar) se dezvoltă sub forma unui voal fragil care, cu creşterea în dimensiuni, ascensionează pe pereţii vasului (Acetobacter ascendens, A. aceti). Alte specii, A.xylinum, A. xilinoides formează, în vin oţeţit sau în oţet, un strat gelatinos de natură βglucanică (coloidal şi fibros). Bacteriile acetice sunt mezofile (temperatura optimă 30 oC) şi produc fermentaţia acetică întrun domeniu larg de temperaturi, 0...35 oC. Au o termorezistenţă scăzută în mediu lichid cu pH acid, inactivitatea lor având loc la 60 oC într-un minut, în timp ce bacteriile reţinute pe suporturi solide (doage de lemn) sunt inactivate la temperaturi mai ridicate (100 oC).Bacteriile acetice tolerante la acid şi concentraţii de până la 2o acetice activează creşterea celulară. Rezistenţa la acid acetic se poate explica prin aceea că membrana acestor bacterii are un conţinut ridicat de acizi graşi saturaţi, fiind relativ impermeabilă la acid acetic. Valoarea optimă de pH pentru creştere este 5,5 şi pH-ul limită 2,5. Biotehnologii utilizate in producerea de proteine monocelulare neconventionale Pe plan mondial exista un deficit de proteine, cu toata cresterea de proteine conventionale prin dezvoltarea agriculturii si zootehniei. Necesarul de proteine furajere pentru asigurarea unei alimentatii umane normale este de 100 kg/locuitor, deci un necesar mediu de 500 milioane tone proteine furajere/an. In prezent productia mondiala nu depaseste 100 mil. t. Deficitul de 400 mil. t. se realizeaza pe alte cai. In cadrul surselor noi de proteine sunt sursele semiconventionale (proteine din soia si concentrate de peste) si sursele neconventionale (proteine furnizate de microorganisme: bacterii, drojdii, mucegaiuri, alge).
Deoarece
produsul obtinut contine 25-50% substante neproteice, termenul corect ar fi ―single cell biomass‖, primul fiind folosit doar pentru proteina pura.
8 Folosirea drojdiei in alimentatia copiilor, batranilor are ca rezultat cresterea in greutate si o mai buna sanatate; 5 g drojdie echivaleaza cu 40 g carne. Levurile comercializate pentru hrana omului se prezinta ca prafuri incorporate in lapte, apa, biscuiti, supe, praf, paste tartinabile. Algele de cultura verde si cu gust de spanac sunt mai greu acceptabile (Chlorella). Proteinele din alge se pot adauga la prajituri, inghetata, piscoturi. In general se ajusteaza hrana traditionala cu proteine microbiene. Microorganisme utilizate ca sursa de proteine Microorganismele utilizate pot fi: bacterii, drojdii (levuri), mucegaiuri, alge. 1) Bacterii. Au continut mare de proteine (47-87%) si au un continut mare de vitamine din complexul B. Proteinele contin lizina, triptofan, metionina. Se folosesc bacterii aerobe
din
genurile Pseudomonas,
Micrococcus
Corinebacterium,
Brevibacterium,
Metilophylus. Bacteriile celulozolitice (Celullomonas) cresc rapid dar au un continut ridicat de acizi nucleici (10-20%), ce pot produce perturbari ale metabolismului acidului uric la animale. Separarea celulelor de mediul de cultura este foarte scumpa datorita dimensiunilor mici ale celulelor. 2) Drojdiile. Au intre 46-50% proteine. Comparativ cu bacterii, contin multa lizina dar putina metionina, triptofan, vitamine din complexul B, ergosterol, substante biologic active. Genuri utilizate: Candida, Torulopsis. Drojdiile se separa mai usor de mediul de cultura pentru ca au celulele mai mari, iar cantitatea de acizi nucleici este mai mica (5-10%). 3) Mucegaiuri. Contin 20-40% proteine cu concentratie mare de aminoacizi esentiali, dar concentratii mai mici de metionina, triptofan. Au vitamine din complexul B. Genurile: Penicillium, Fusarium, Rhizopus. Avantaje: au structura de tip filament, care prezinta o separare usoara de mediul de cultura si obtinerea de produse structurate. 4) Algele. Contin 40-60% proteine, sunt sarace in izoleucina, metionina, dar sunt prezenti ceilalti aminoacizi esentiali. Specia:Clorella. Sunt microorganisme auxotrofe, utilizeaza CO2. Tehnologii utilizate in obtinerea de biomasa proteica microbiana Utilizarea drojdiilor Dintre toate microorganismele, drojdiile au fost cele mai studiate pentru obtinerea de biomasa proteica, datorita lipsei de toxicitate pentru organism.
9 Folosirea drojdiilor ca sursa de proteine presupune doua aspecte: - obtinerea de drojdii furajere pentru nutritia animala;- obtinerea de drojdii alimentare pentru nutritia omului. Conditiile tehnice de fabricare sunt similare, insa difera materia prima si tratamentul final al produsului (rafinare pentru drojdia alimentara). Materia prima pentru drojdia alimentara este zerul, melasa. Biotehnologii care utilizeaza bacterii Datorita vitezei mari de multiplicare, bacteriile se preteaza foarte bine pentru obtinerea proteinelor prin biosinteza. Materia prima poate fi: resturi celulozice, N-parafine din petrol, CH4 si CH2OH. Ca si la drojdii, si la bacterii se pune conditia reducerii de aminoacizi (1012%). Utilizarea algelor
Primele experimente s-au facut pe alge verzi din genul Chlorella.Cultura
algelor se poate face in bazine deschise sau inchise, complet automatizate si in flux continuu. Cu toate rezultatele obtinute, cultura algelor nu s-a extins, datorita pretului de cost ridicat. Producerea de proteine neconventionale prin tehnologii de cultivare intensiva a microalgelor Introducerea utilizarii microalgelor ca sursa de proteine neconventionala are originea in studiile fiziologiei vegetale, efectuate pe specii de alge unicelulare ca planta test si care prezinta pentru cercetare urmatoarele avantaje: - in aceste organisme procesele vitale se dezvolta intr-o singura celula care reprezinta individul cu mod de nutritie autrofa, la care procesul de fotosinteza nu este perturbat de alte procese ce apar in plantele superioare (transportul produselor fotosintetizate din celula, frunze in alte organisme, transpiratie etc); - datorita capacitatii de a se inmulti foarte repede, ele reprezinta un material experimental usor accesibil; - culturile de alge pot fi realizate in conditii strict controlate. Caracteristicile microalgelor au condus la ideea utilizarii lor pentru producerea de proteine neconventionale. Avantajele sunt:
10 - viteze foarte mare de inmultire si acumulari cantitative mari de biomasa; - contine cantitati mari de proteine de buna calitate; - cultivarea pe medii nutritive permite controlul cresterii si obtinerea unor randamente maxime in producerea de biomasa. Cercetarile s-au oprit la Spirulina platensis care reprezinta unele avantaje: - este un aliment natural, consumat de unele populatii; - contine 65-70% proteina, raportat la substanta uscata (mai mult decat faina de carne si de peste. Compozitia in aminoacizi a proteinelor seamana cu cea a laptelui si a pestelui. Cantitatea de vitamina B12 este de doua ori mai mare ca in ficat si in plus mai contine vitaminele D, B1, B2, B6, E, PP si provitamine A. Se gasesc de asemenea cantitati apreciabile de fier si acizi grasi polinesaturati; nu contine colesterol. Tehnologia obtinerii de biomasa din spirulina - mediul nutritiv trebuie sa fie bogat in NaHCO3, care aprovizioneaza algele cu CO2, macroelemente (Co, Mg, K) si microelemente (B, Mn, Cu, Zn, Mo); Cresterea algelor se face in instalatii care sa asigure realizarea urmatoarelor operatii: - producere de biomasa intr-un reactor unde au loc reactiile care duc la formarea substantelor organice din CO2, H2O, saruri minerale cu ajutorul luminii; - separarea biomasei din mediul de cultura, care poate fi reciclat; - uscarea biomasei.
