BIOTEHNOLOGII ALIMENTAREOBIECTUL BIOTEHNOLOGIEI

Denumirea de biotehnologie provine de la cuvintele:BIOS care nseamn viaTEHNIKOS- care nseamn tehnicLOGOS- care nseamn studiu alSe aplic n: -agricultur - industrie alimentar - producie industrial - medicin

Conceptul de proces biotehnologic Cerintele consumatorului orienteaza sectoarele economice. Consumatorul are nevoie de:un mediu prielnic, nepoluat;alimente sanatoase;venit corespunzator. dezvoltarea unor activitati noi care sa imbunatateasca viata oamenilor biotehnologia.

Pana in anii 70 conceptul de biotehnologie este, putin folosit;microbiologia industriala, se refera la utilizarea industriala a potentialului productiv al culturilor de microorganisme. revolutia stiintifica din biologie a condus la aparitia si evolutia ingineriei genetice - doua mari etape: - cea a biotehnologiei clasice (traditionale), ca substitut, inlocuitor modern al microbiologiei industriale si, - biotehnologia moderna (noua biotehnologie), care se bazeaza pe ingineria genetica.

La dezvoltarea biotehnologiei moderne au mai intervenit si alte sectoare de activitate ca:Ingineria biochimica, desprinsa din ingineria chimica se contureaza tot mai mult ca o stiinta inginereasca de sine statatoare. Ingineria enzimatica conduce la dezvoltarea industriilor alimentara, farmaceutica, textila, energetica, extractiva etc., care utilizeaza bioconversii si biotransformari in scopuri preparative, asistate de enzime drept catalizatori.

Biotehnologia ofera:noi cai de protejare si imbunatatire ambientala, prin metode de bioremediere

a aerului, a solului a apelor poluate a deseurilor;dezvoltarea unor procese si produse industriale mai curate (biocataliza).

Principalele domenii biotehnologice sunt:Biotehnologia plantelor - reproducere si propagare, modificari genetice, ameliorare a conditiilor de crestere si a unor proprietati, protectia plantelor, biodiversitate, ecologie etc..

Biotehnologia animala - reproducere, productie, ameliorare a cresterii si dezvoltarii, ameliorare si modificare ale unor caracteristici de productie, acvacultura, biodiversitate etc..

Biotehnologia mediului - degradare/transformare a poluantilor, tratare si bioremediere ale solurilor, bioepurare a apelor reziduale, recuperare si biotransformare ale unor produse secundare din ape reziduale etc..

Clasificare:

Biotehnologii rosii(Biotehnologii medicale)

Biotehnologii verzi(Biotehnologii agricole)

Biotehnologii albe(Biotehnologii industriale)

Biotehnologii albastre(Biotehnologii marine)

Biotehnologii medicale

Obtinere de produse farmaceutice (antibiotice, vaccinuri, etc)

Farmacogenetica

Terapie genetica

Clonare

Biotehnologii agricole Reducerea vulnerabilitatii la stresul unor factori de mediu Micropropagare Obtinere de plante transgenice Reducerea dependentei de pesticide Cresterea valorii nutritionale a alimentelor Imbunatatirea aromei, gustului si texturiialimentelor Biotehnologii zootehnice

Biotehnologii industriale Obtinerea si utilizarea enzimelor Obtinerea unor compusi chimici utilifolosind microorganismele Obtinerea de compusi biologic actividin plante Obtinerea de biocombustibili Bioremediere Biodegradare

Biotehnologii alimentare Tehnologii de obtinere a biopreoteinelor Tehnologii de obtinere a lipidelormicrobiene Tehnologii de obtinere si utilizare a glucidelor microbiene si vegetale Tehnologii de obtinere a vitaminelor microbiene Tehnologii de utilizare a enzimelor in produsele agroalimentare

Aplicatii ale biotehnologiilor alimentare Securitatea alimentara

Siguranta alimentara

Alimentatie si sanatatea

Bioaditivi si bioingrediente

Protectia mediului inconjurator

Biotehnologia alimentar se refer la prelucrarea industrial a diferitelor materii prime cu ajutorul microorganismelor i enzimelor proprii sau a unor ageni biologici (microorganisme, enzime) adugai n scopul realizrii unor produse sau ameliorrii unor procese tehnologice.

Rolul biotehnologiei este foarte important n industria alimentar; aceasta este o biotehnologie, deoarece materiile prime agroalimentare sunt produse biologice i prin urmare conservarea lor pn la consum, n stare proaspt sau pn la industrializare implica controlul activitii enzimatice proprii esuturilor vegetale i animale sau a celor elaborate de microflora de contaminare.

Avantaje ale biotehnologiilor alimentare imbunatatesc calitatea, sigurana,valoarea nutriional a produseloralimentare cresc varietatea alimentelor disponibilepentru consum uman sporesc eficienta productiei, procesarii sidistribuirii alimentelor ofera solutii de valorificare superioara asubprodusele si deseurile

Enzimele proprii esuturilor vegetale i animale sunt eseniale n transformrile pe care le ofer produsele agroalimentare: maturarea fructelor i legumelor, cerealelor i finurilor sau diferitelor produse alimentare pe baz de cereale germinate, maturarea brnzeturilor.

Cu ajutorul enzimelor se pot accelera procesele biochimice, se pot perfeciona procesele de producie, se poate mbunti valoarea produselor agroalimentare i se poate mri gradul de diversitate a produciei alimentare.

Rolul microorganismelor este hotrtor , unele avnd aciune duntoare, altele avnd rol esenial n obinerea unor produse alimentare datorit aciunii lor fermentative: produse lactate acide, brnzeturi, bere, vin, salamuri crude,alimente fermentate.

ENZIMELEEnzimele sunt din punct de vedere structural proteine formate din aminoacizi, iar din punct de vedere funcional acioneaz ca nite biocatalizatori biologici care au rolul de a permite realizarea unor reacii cu vitez mrit.Enzimele sunt utilizate drept catalizatori n condiiile n care exist catalizatori chimici, deoarece prezint avantajele:Au capacitatea de a cataliza reaciile chimice n condiii blnde de temperatur, pH, presiune. Aceasta permite un consum mai redus de energie i nu necesit echipamente scumpe rezistente la coroziune.Enzimele sunt catalizatori specifici , care nu conduc la obinerea de produi de reacie secundari nedorii. n aceste condiii nu sunt necesare cheltuieli mari privind rafinarea i purificarea produsului.Comparativ cu procesele chimice, enzimele sunt din punctul de vedere al mediului compui biodegradabili care nu necesit costuri suplimentare de epurare.Anumite enzime nu sunt limitate numai la aciunea n mediul apos, putnd aciona i la interfa dintre dou faze: ap-solvent organic, ap-ulei.

Tipuri de preparate enzimaticeBiotehnologia preparatelor enzimatice este un domeniu de baz al biotehnologiei, avnd drept scop studierea tehnicilor de obinere a preparatelor enzimatice folosind drept materii prime de origine animal, vegetal i microbian pentru a fi folosite ca ageni biologici n industria aliemntar, industria textil, detergenilor, farmaceutic, chimic, etc.Prin utilizarea preparatelor enzimatice, tehnologiile tradiionale se transform n biotehnologii, devenind mai eficiente i mai puin poluante.Tipuri de preparate enzimaticePreparate enzimatice solidePreparate enzimatice brute , sub form de pulbere, obinute prin uscarea i mcinarea mediului fermentat.Preparate sub form cristalizat enzime pure utilizate n chimia analitic i ingineria geneticPreparate liofilizate care sunt enzimele purificate n amestec cu substane crioprotectoare,care sunt urcate n vacuum la temperaturi de -20-500C.

2) Preparate enzimatice lichidePreparate enzimatice brute form sub care se livreaz enzimele extracelulare ( eliberate de ctre microorganisme n timpul fermentaiei)b) Preparate parial purificate n care se adaug conservani pentru a le mri stabilitatea n timp.In figura 1 este prezentat ponderea de utilizare a preparatelor enzimatice n diferite ramuri.

OXIDOREDUCTAZEOxidoreductazele pot interveni pozitiv n:Procese fermentative de obinere a unor produse alimentare care se realizeaz cu ajutorul unor microorganisme;Procese de decolorare a finurilor de gru;Distrugerea apei oxigenate reziduale din produsele alimentare, n care s-a folosit n scopuri de conservare;

Oxidoreductazele pot interveni negativ n;- mbrunarea neenzimatic;Degradarea acidului ascorbic;Degradarea oxidativ a unor produse alimentare

Oxidoreductazele se clasific n:Oxidoreductaze FAD-dependenteOxidoreductaze NAD dependenteOxidaze

HIDROLAZESunt enzime care determin ruperea legturilor moleculare ale unor substane cu ajutorul apei.Au un rol important n timpul germinrii seminelor i n procesul de digestie.Se clasific n

LipazeAmilazeCelulaze i HemicelulazeEnzime pectoliticePeptihidrolaze

LIPAZELELipazele sunt enzime care au nsuirea de a cataliza reacia de scindare hidrolitic reversibil a esterilor grai superiori cu glicerina.Importana lipazelor const din:Hidroliza controlat a trigliceridelor acizilor grai superiori din unele alimente n curs de maturare, cum ar fi brnzeturile, salamurile crude, n care acizii grai eliberai pot participa la aroma produsului respectiv sau se vor constitui ca substraturi pentru formarea altor compui de arom;Degradarea lipidelor necontrolat din produsele alimentare bogate n grsimi (lapte i produse lactate, carne i produse din carne), produsele vegetale bogate n grsimi (arahide, nuci,semine).Alte preparate enzimatice se folosesc pentru -maturarea unor brnzeturi.Dup originea lor lipazele se clasific n:Lipaze de origine microbianLipaze din planteLipaze din lapteLipaze pancreaticeLipaze hormon-senzitive.

AMILAZEAmilazele sunt enzime care catalizeaz scindarea hidrolitic a amilozei, amilopectinei, glicogenului, dextrinelor i n general acioneaz asupra legturilor -glucozidice din poliglucozani.Multe procese industriale folosesc enzime amilolitice pentru a hidroliza amidonul naintea utilizrii acestuia n procesele fermentative sau n procesele biochimice.n general amilazele apar oriunde se gsete amidon, de exemplu n cartofi, cereale, soia. Cantiti mari de amilaze, alturi de alte enzime, apar n boabele de fasole germinate.La animale amilazele se gsesc n concentraie mai mare n pancreas, iar la unele specii n saliv.O surs important de enzime amilolitice o constituie microorgansmele; cea mai stabil i utilizat surs este Bacillus subtilis.Amidonul, glicogenul, polizaharidele i oligozaharidele reprezint substratul natural al enzimelor amilolitice.

CELULAZE I HEMICELULAZESubstratul natural al celulazelor l constituie celulaza. Ea constituie componenta principal a pereilor celulelor vegetale.Se gsete n plante sub form de fibre.Celulazele i hemicelulazele sunt enzime care acioneaz asupra celulozei i repectiv asupra hemicelulozelor.Hemicelulazele sunt heteropolizaharide cu un grad de polimerizare mai mic i sunt mai uor hidrolizabile dect celuloza.Constituenii principali sunt xiloza i arabinoza.Datorit preului de cost sczut celulazele i hemicelulazele au diverse aplicaii industriale:- n industria alimentar celulazele sunt utilizate pentru a facilita filtrarea diverselor suspensii bogate n fibre celulozice folosite n aceast industrie.

ENZIME PECTOLITICEEnzimele utilizate n industria alimentar i n prelucrarea produselor de origine vegetal fac parte din clasa hidrolazelor.Enzimele pectolitice ocup locul cel mai important pentru industria de legume i fructe: ele acioneaz asupra substanelor pectice, care sunt substane gelifiante ce se gsesc n numeroase produse vegetale, n special n mere i citrice.Enzimele pectolitice se pot clasifica n 2 grupe:Enzime saponifiante sau pectinesterazeEnzime depolimerizante sau pectinglicozidazeEnzimele pectolitice catalizeaz desfacerea legturilor 1,4- glicozidice din substanele pectice printr-un mecanism de transeliminare.- Preparatele enzimatice pectolitice sunt utilizate pentru ameliorarea extraciei sucului celular din fructe i legume, pentru macerarea fructelor i legumelor n vederea obinerii de nectaruri i pentru limpezirea diferitelor categorii de sucuri.

UTILIZRI ALE ENZIMELOR N INDUSTRIEFabricarea unor produse prin transformarea enzimatic a amidonuluiFabricarea unor produse alimentare:produse lactate, bere,sucuri,vin, panificaieIndustria textil, hrtiei i a furajelorSinteza catalitic a unor substane chimiceAnaliza alimentelor, diagnoz chimic sau terapieInginerie genetic

SURSE DE ENZIMEPreparatele fabricate la scar industrial folosesc 3 tipuri de surse:1. Surse animale reprezentate de:Subproduse din industria crnii (ficat, pancreas,inim, rinichi) dezavantajul apariiei unor boliSurse microbienePrincipala enzim este RENINA care se extrage din stomacul de miel sau viel i se folosete la COAGULAREA LAPTELUI.2. Surse vegetale reprezentate de semine, rdcini, fructe,frunze.Dezavantaj: substane duntoare (compui fenolici) sau compui toxici de contaminare

Schema tehnologic de obinere a preparatelor enzimatice este: OmogenizateFracionarePreparat enzimatic parial purificat

3)Microorganismele reprezint principala surs de obinere a preparatelor enzimatice. Avantajele folosirii microorganismelor const din:- Microorganismele se pot obine n cantiti mari (biomasa) prin cultivare n instalaii speciale pe medii de cultur ieftine: tr de gru, extract de porumb, roturi de soia sau floarea soarelui);Ciclul de dezvoltare al microorganismelor este foarte scurt fa de cel al plantelor i animalelor ;Producia de enzime de ctre microorganisme poate fi mrit prin selectarea i utilizarea de tulpini mutante i prin stabilirea condiiilor optime fizice i chimice pentru producerea de enzimeProprietile enzimelor i specificitatea de aciune difer cu natura microorganismelor productoare.

Cu ajutorul microorganismelor se pot:Accelera procesele biochimicePerfeciona procesele de producieSe mbuntete calitatea produselor alimentareSe mrete gradul de diversificare a produciei alimentare