Aspecte privind bioconversia enzimatic a amidonului în...

Aspecte privind

bioconversia enzimatică a amidonului în

contextul dezvoltării durabile a

biotehnologiilor alimentare

Cercetător post-doctorand

Dr. Ing. Monica MIRONESCU

Tutore

Prof. Dr. Biol. Letiția OPREAN

Obţinerea produşilor de bioconversie enzimatică a amidonului

Amidon

Bioconversia enzimatică

Hidrolizate de amidon (siropuri de glucoză, maltoză)

Lichefiere Enzime de lichefiere

Gelatinizare

Zaharificare

MaltodextrineEnzime de zaharificare

Siropuri de fructoză

Enzime de inversie

Surse de amidon:Cartof, porumb, grâu ...Reziduuri alimentare

Dezvoltarea durabilă asigurată prin:• Folosirea unor resurse vegetale diverse (inclusiv

reziduuri alimentare)

• Obţinerea unor produse de bioconversie variate, cu posibilităţi multiple de aplicare– Produse zaharoase, produse de panificaţie şi patiserie

– Conserve de fructe (gemuri, marmelade, jeleuri, siropuri)

– Produse din lapte (îngheţată, creme, lapte condensat, iaurt)

– Alimente pt. copii (formule pt. sugari, alimente prefabricate)

– Produse deshidratate (supe, sosuri, prod. instant, budinci)

– Băuturi alcoolice şi nealcoolice (Cola)

– Materii auxiliare (suport pentru substanţe de aromă, hidrolizate proteice, edulcoranţi, vitamine, enzime, tablete).

Studiu documentar asupra bioconversiei enzimatice a amidonului:

1. Amidonul, materie primă la obţinerea hidrolizatelor

2. Enzimele amilolitice şi modul lor de acţiune

3. Bioconversia amidonului la hidrolizate de amidon

4. Produşi intermediari şi finali ai bioconversiei amidonului

Studiu documentar:1. Amidonul, materie primă la obţinerea hidrolizatelor

1.1. Structura amidonului

1.2. Sinteza granulei de amidon

1.3. Procesele principale hidrotermice ale amidonului

1.4. Proprietăţile amidonului

1.5. Retrogadarea amidonului

1.6. Tehnici de analiză a caracteristicilor şi proprietăţilor amidonului




Conceptul actual legat de nivelele de organizare a amidonuluiLa nivelul inferior al organizării granulei (1), sunt prezentate inele cristaline (negru) şisemicristaline (alb). Inelele sunt mai subţirila exteriorul granulei (datorită creşterii arieisuprafeţei la o rată de creştere constantă); este vizualizat şi hilul. La un nivel structural superior (2), esteprezentată structura de blocket-uri, asociatăcu structura de inele radiale; mărimeablocket-urilor este mai mică în inelelesemicristaline decât în cele cristaline. La următorul nivel structural (3), este arătatun blocket, care conţine mai multe lamelecristaline şi amorfe. La nivelul cel mai ridicat de organizare (4), este dată structura cristalului de amidon.

Perez şi colab., 2009

1

2

3

4

Waigh et al., Starch, 2000

Modelul comportamentului AMP în prezenţa apeila gelatinizare

a) Procesul cu un singur pas (stagiu) la gelatinizarea amidonului în medii cu conţinut redus de apă.

b) Procesul în doi paşi, implicat în gelatinizarea amidonului, cu apa factor limitant.

c) Procesul în doi paşi, implicat în gelatinizarea amidonului în prezenţa apei în exces. primul pas implică o disociere înceată a helixurilor de tip side-by-side. Imediat are loc o tranziţie helix-ghem, ca efect secundar.

Sunt incluse valorile relative pentru parametrii de ordine orientaţional (φ), lamelar (ψ) şi elicoidal (h)

Analiza DSCFl

uxul

term

ic e

ndot

erm

Temperatura, oC

Termograme DSC pentru suspensii din amidon din orez waxy (a), orez normal (b) şi cartof (c). Temperaturile To şi Tc sunt indicate prin cercuri. Tend este indicată prin sageti

(Vermeylen şi colab., 2006a)

Procesul de gelatinizare este vizualizat în curbele DSC

ca un peak endoterm, pe care se pot determina:

To (onset): temperatura iniţială;

Tp (peak): temperatura la care începe gelatinizarea sau

topirea cristalelor;

Tc (conclusion): temperatura la care toate helixurile

duble de AMP au disociat;

Te (end) sau Tend: temperatura finală a gelatinizării.

∆T = Te-To (intervalul de gelatinizare)

PHI: indexul de înălţime a peak-ului; aceşti doi

parametri sunt folosiţi pentru determinarea omogenităţii

şi uniformităţii gelatinizării amidonului.

(∆H) (entalpia de tranziţie): corespondentul distrugerii

ordonării de tip helix dublu din structura amidonului

Studiu documentar:



2.1. Clasificarea enzimelor amilolitice

2.2. α-1,4 glucanazele

2.3. α -1,6 glucanazele

2.4. Mecanismele hidrolizei enzimatice a legăturilor glicozidice

2.5. Tehnici de analiză a caracteristicilor şi proprietăţilor enzimelor amilolitice



Enzimele amilolitice

α-1,4-Glucanaze

α-1,6-Glucanaze

Endo-α-1,4-Glucanaze α-amilaze

Exo-α-1,4-Glucanaze

Exomaltohexahidrolaze

Exomaltopentahidrolaze

Exomaltotetrahidrolaze

β-amilaze

Glucoamilaze

Izopullulanaze

Endo-α-1,6-Glucanaze

Exo-α-1,6-Glucanaze

Pullulanaze

Izoamilaze

Exopullulanaze

Moduri de acţiune a α-amilazelorTrei tipuri de mecanisme:

1. Acţiune asupra unui singur lanţ; amilaza formează un singur

complex cu o moleculă substrat şi enzima acţionează continuu până

la degradarea completă.

2. Acţiune asupra mai multor lanţuri: amilaza, după ce a rupt

lanţul, se disociază de produşi şi atacă un alt substrat

reducerea în aceeaşi măsură a tuturor moleculelor de substrat.

3. Enzima acţionează de mai multe ori asupra aceluiaşi substrat

(multiatac) înainte de a se disocia şi a acţiona asupra altui

complex. Direcţie atacului multiplu este de la capătul reducător către

cel nereducător.

I: lanţul este rupt şi lanţul din dreapta legăturii rupte se eliberează din site;

II: Lanţul care rămâne în zona activă se repoziţionează pe locurile eliberate;

III: Lanțuri care disociază şi se trece la IV;

IV: procesul se repetă.

I

II

III

IV

Mecanismul de actiune asupra unui singur lant

Studiu documentar:




3.1. Gelatinizarea şi lichefierea

3.2. Zaharificarea

3.3. Purificarea şi concentrarea hidrolizatelor de amidon


Schema tehnologică generală de obţinere a hidrolizatelor de amidon

Gelatinizare

Zaharificare

Purificare

Lichefiere

Decolorare

Demineralizare

Concentrare

Siropuri de glucoză şi maltoză

Usc. prin pulverizare

Izomerizare hidrogenare cristalizare

Decolorare

Demineralizare

Concentrare

concentrare

Demineralizare

Concentrare

Sirop de sorbitol

Uscare prinpulverizare

centrifugare

uscare

Dextroză cristalizatăMaltodextrine/ zahăr total

Fracţionare

Sirop de fructoză 55%F

Sirop de fructoză,42%F

Sorbitol cristalizat

Suspensie de amidon

Fermentare

Alcool

Studiu documentar:





4.1. Tipuri de hidrolizate de amidon

4.2. Proprietăţile hidrolizatelor de amidon

4.3. Tehnici de analiză a caracteristicilor şi propr. hidrolizatelor de amidon

4.4. Domeniile de utilizare ale hidrolizatelor de amidon

Proprietăţi ale hidrolizatelor de amidon

Stabilizator de spume şi emulsii

Acţiune anticristalizatoare asupra zahărului, apeiProprietăţi superficial active

Acţiunea asupra formării gelurilor

Higroscopicitate

SolubilitateProprietăţi de hidratare

Scăderea temperaturii de congelare

Creşterea temperaturii de fierbere

Creşterea presiunii osmoticeColigative

Fizice

Potenţarea , încapsularea aromeiMiros

Puterea de indulcireGust

Formare de culoareCuloare

ViscozitateTexturale

Proprietăţi funcţionale

Aplicaţii ale siropurilor de maltoză. Valoarea DE şi concentraţia de maltoză pot fi modificate conform cerinţelor clienţilor.

DE 38-45; pH 4,6-6,0; Temperatura de fierbere 140-150

Bomboane de maltoză

Produsele cu DE mic sunt greu de scos din forme, dar cele cu DE mare şi temperaturi de fierbere ridicate dau defecte de formare.

DE 40-46; SU 75-85; pH 4,6-6,0; Temperatura de fierbere 150-160

Produse turnate


Bomboane sticloase

Valori DE mici şi temperaturi de fierbere scăzute determină aspect şi rezistenţă bună

DE 35-42; SU 75-85; pH 4.6-6,0; Temperatura de fierbere 138-148

Bomboane cu lapte

Valori DE mai mici cu puncte de fierbere pot cauza strălucire redusă


Bomboane crocante

Controlarea pH pentru a obţine o bună elasticitate

DE 35-40; SU 75-85; pH 5.0-6,0; Temperatura de fierbere 114-125

Caramele moi

Aspecte privind bioconversia enzimatic a amidonului în...

Documents

Transcript of Aspecte privind bioconversia enzimatic a amidonului în...