Biotehnologii in Industria Alimentara - VCURS .doc

8/10/2019 Biotehnologii in Industria Alimentara - VCURS .doc

1/75


2/75

-ele mai multe cercet%ri, cu cele mai multe rezultate au fost realizate n domeniulmedicinei i industriei farmaceutice+ producia de hormoni, de antigene, de enzime, de reactivinecesari diagnostic%rii'

*n domeniul industriei, biotehnologiile asigur% valorificarea deeurilor industriale pentruobinerea de materiale plastice, combustibili sau substane chimice '

0icroorganismele sunt utilizate s% transforme biomasa necomestibil% n hran% i energieA ap%rut aadar o ramur% a ingineriei genetice, biotehnologia modern%, care foloseste ca mainii aparatede producie microorganismele sau diferii constitueni celulari ai microorganismelor '

Dezvoltarea biotehnologiilor va determina schimb%ri fundamentale n domeniulagroalimentar' Astfel prin tehnologia manipularii materialului genetic, ADN recombinat, seanticipeaz% o cale de realizare de recolte mai bogate prin transferul genelor fiatoare de azot laplantele de interes ma1or din punct de vedere al alimentatiei '

Au fost realizate astfel materii prime vegetale cu coninut nutritiv mai ridicat, mairezistente la boli i atacul d%un%torilor, secet%, frig'

2ste posibil, spun specialitii, ca peste !33 de ani, configuraia plantelor de cultur% iconfiguraia animalelor s% fie foarte diferite fa% de cele din zilele noastre'

*ndustria alimentar% este poate cel mai vechi utilizator al biotehnologiilor, fermentaia caproces biotehnologic fiind cunoscut% de milenii' *n antichitate, dro1diile erau folosite pentrufabricarea pinii, vinului , berii' *n urm% cu #333 de ani sumerienii fabricau 43 de tipuri de bere'

5iotehnologiile moderne au un domeniu vast de eploatare n industria modern%'Acrescut producia mondial% de enzime eogene, utilizate n aproape toate ramurile industriale,sinteza de aminoacizi eseniali cu a1utorul bacteriilor, obinerea de alcool folosit ca substituent alpetrolului sau producerea de biomasa% prin valorificarea pe calea fermentaiei a unor plante cucretere rapid%'

Beneficiile biotehnologiilor moderne au impus dezvoltarea lor foarte rapid% la nivelmondial '

1.Creterea i diversificarea produciei vegetale

Primele generaii de produse alimentare modificate genetic .607 sau 706/ au fost bineprimite de fermieri n 89A, prin creterea produciei agricole' 8pre eemplu, studiile au ar%tatc%, o specie de porumb modificat% genetic, rezistent la aciunea d%un%toare a insectelor, amanifestat o rezisten% crescut% i la la aciunea altor microorganisme+ fungi, mucegaiuri careatacau porumbul nemodificat'

De asemenea, nivelul de micotoine produse de diferite specii de mucegaiuri sunt multmai mici la porumbul706'

2.Beneficii nutritive i igienice

6 mare varietate de produse biotehnologice din clasa uleiurilor sau gr%similor alimentaresunt de1a pe pia%'-u a1utorul biotehnologiilor vegetale a fost redus coninutul de acizi graisaturai din cteva sortimente de uleiuri vegetale '

Prin biotehnologie a fost rezolvat% o problem% de igien% alimentar%, atunci cnd uleiurilevegetale erau hidrogenate pentru cretera stabilit%ii la tratament termic sau pentru obinereamargarinei'

-ercetarile biotehnologice au vizat de asemenea creterea coninutului proteic alcartofului' Aceti cartofi transgenici conin un num%r important de aminoacizi, care n modnormal nu se g%sesc n cartof' Pentru orz au fot create specii bogate n vitaminaA sau cu unconinut mai bogat de fier'

4


3/75

A fost creat% o roie modificat% genetic care conine de trei ori mai mult antioidantlicopen'-onsumul de licopen este asociat cu sc%derea riscului producerii cancerului i sc%dereanivelului colesterolului din snge '

Din punct de vedere al igienei alimentare, biotehnologia ncearc% s% resolve iurm%toarele probleme+

*dentificarea proteinelor alergenice din lapte, soia, alune i eliminarea lor dinproduciile vegetale viitoare

Descreterea coinutului natural de substane toice, prezente n produselealimentare

3. Creterea calitii produselor

5iotehnologiile sunt de asemenea utilizate pentru modificarea caracteristicilor materiilorprime pentru a fi mai atractive pentru consumator i mai uor de procesat' -ercetarile efectuateau determinat+

creterea conservabilit%ii fructelor i vegetalelor proaspete ardeii, morcovii i salata sunt mai crocante obinerea de soiuri cu smburi puini pentru pepeni i struguri

creterea sezonalit%ii soiurilor de tomate, c%puni creterea aromei roiilor, ardeilor, perelor crearea de specii de ceai i cafea f%r% cofein%

-ercet%torii 1aponezi au identificat enzima care produce substana care declaneaz%l%crimarea atunci cnd t%iem ceapa' 2ste numai o problem% de timp pn% cnd va fi creat% ospecie de ceap% f%r% aceast% enzim%'

:oarte multe cercet%ri au fost efectuate pentru schimbarea raportului ap%amidon dindiferite leguminoase' Astfel, un cartof cu un coninut ridicat de amidon, va fi mai s%n%tos pentruom, deoarece el va absorbi mai puin ulei n timpul pr%1irii' De asemenea, obinerea amidonuluidin cartof se va face cu un consum energetic mult mai redus' -u aceleai scopuri, este ncercetare i o specie de tomate pentru obinerea pastei de tomate' -reterea cu !'4; a substanei

uscate din cartofi, ar aduce o economie energetic% de $# milioane de < procesatorilor americani 'De beneficiile biotehnologiilor beneficiaz% i industria de lactate' 8pecialitii din Noua

=eeland% utilizeaz% n present biotehnologiile animale pentru creterea coninutului de cazein%din lapte cu !$; , pentru obinerea unei cantit%i m%rite de brnzeturi'

ORGANISMELE MODIFICATE GENETIC

1. Organisme modifia!e gene!iAvnd n vedere reacia consumatorilor privind introducerea pe pia% a unor plante, dar i

la adresa alimentelor i fura1elor modificate genetic, este necesar% cunoaterea noiunii de 607 ,

aa cum este cunoscut% pe plan naional i internaional '*n 7ermania organismele modificate genetic(OMG sunt organisme al cror material

genetic a fost modificat !ntr"un mod care nu e#ist !n natur !n condiii naturale sau de

reco$inare natural. OMG tre$uie s fie o unitate capa$il de autoreplicare sau transmitere amaterialului genetic .

*n 89A, OMG se refer la plante i animale care conin gene transferate de la altespecii% pentru a o$ine anumite caracter % precum re&istena la anumite pesticide i ier$icide.

$


4/75

*n (omnia, conform ordonanei de guvern 67 nr'>"?4333, OMG este un organism careconine o com$inaie nou de material genetic% o$inut prin te'nicile $iote'nologiilor moderne

care !i confer noi caracteristici.

". Ingineria gene!i#

*ngineria genetic% poate fi definit% ca un ansamblu de metode i tehnici care permitintroducerea n patrimonial genetic al unei celule a uneia sau a mai multor gene noi, numitede interes% fie modificarea unor gene prezente de1a n celul%'

7enele trasferate sunt denumite transgene. *ngineria genetic% mai este denumit% imodificare genetic, transformare genetic sau transgene&% iar produsele produsele obinutepoart% numele de organisme modificate geneticsau organisme transgenice'

Pentru modificarea genetic% a plantelor este nevoie de + gene de interes metoda de integrare a transgenelor n nucleul celulei care va fi originea noii plante selectarea plantelor la care transgena se eprim% la un nivel ridicat , adecvat

scopului.rezisten% la ierbicid, culoare, arom%/

-omparativ cu metoda clasic% de ameliorare, transformarea prin inginerie genetic% are celpuin dou% avanta1e+ permite introducerea unui singur caracter la o varietate gena transferat% poate proveni din orice surs%, ceea ce etinde n mod nelimitat

posibilit%ile de eploatare-ercet%rile de inginerie genetic% necesit% laboratore scumpe, echipamente, reactivi

speciali i specialiti vizionari' *n aceste condiii este evident c% cercet%rile de inginerie genetic%sau dezvoltat prioritar n %rile cu mai multe resurse financiare i umane'

$.%osi&i'e'e rea(ii ad)erse a'e organisme'or modifia!e gene!i607 sunt subiectul unor dezbateri aprinse, pe de o parte din motive etice, iar pe

de alt% parte din motive legate de riscul utiliz%rii i consum%rii lor' -a urmare a presiuniiconsumatorilor, consiliul -omunit%ii 2uropene a emis directive care se refer% laobinerea, utilizarea, eliberarea deliberat% n mediu i comercializarea 607urilor i aalimentelor obinute din materii prime modificate genetic'

*n directive nr'!@?433!?-22 sunt menionate potenialele efecte adverse aleeliber%rii 607urilor n mediu+

apariia unor boli umane prin efecte toice i alergice apariia unor boli la plante i animale prin efecte toice i alergice efecte negative asupra dinamicii i diversit%ii genetice a populaiilor de

specii din mediu diminuarea rezistenei la patogeni

compromiterarea tratamentelor profilactice sau terapeutice vegetale,veterinare sau umane, prin transferul de gene care confer% rezisten% laantibioticele utilizate n medicina uman% i veterinar%

efecte asupra ciclului biogeochimic.ciclul compuilor n natur%, n specialciclul - i N/

Aceast% directiv% stabilete c% introducerea alimentelor obinute din 607uri s% se realizeze prinmetoda pas cu pas' 2tichetarea, care este obligatorie pentru toate produsele care conin 607 ,asigur% consumatorii c% pot alege un produs modificat genetic sau unul tradiionale'

>


5/75

BIOTEHNOLOGII ALIMENTARE * DEFINI+IE. OBIECTUL BIOTEHNOLOGIEI

5iotehnologia este o tiin% comple%, ce se caracterizeaz% prin utilizarea integrat% a biochimiei,microbiologiei, biologiei celulare i a ingineriei genetice' .fig' !'!/'

Fig,ra 1.1. 5iotehnologia o tiin% comple%

Denumirea de biotehnologie provine de la cuvintele greceti+

5iosB care nseamn% via%,

CehniosB care nseamn% tehnici i

EogosB care nsemn% studiu alB'

5iotehnologia este aplicat% in diverse domenii, cum ar fi+ agricultur%, industria alimentar%, producie

industrial%, mediu i medicin%'

Biotehnologia alimentar se refer% la prelucrarea industrial% a diferitelor materii prime cu a1utorulmicroorganismelor i enzimelor proprii sau a unor ageni biologici .microorganime, enzime/ ad%ugai nscopul realiz%rii unor produse sau a amelior%rii unor procese tehnologice'

Rolul biotehnologiei este covritor n industria alimentar%' Fn fapt, industria alimentar% este obiotehnologie, deoarece materiile prime agroalimentare sunt produse biologice i prin urmare conservarealor pn% la consum, n stare proasp%t% .cazul fructelor i legumelor/ sau pn% la industrializare .cazultuturor produselor agroalimentare/ implic% controlul activit%ii enzimatice proprii esuturilor vegetale ianimale sau a celor elaborate de microflora de contaminare'

2nzimele proprii esuturilor vegetale i animale sunt eseniale n transform%rile pe care le ofer% produseleagroalimentare+ maturarea fructelor i legumelor, cerealelor i f%inurilor sau diferitelor produse alimentarepe baz% de cereale germinate, maturarea brnzeturilor, maturarea c%rnii'

2nzimele pot avea ns% i rol deteriorativ cu implicaii n modificarea caracteristicilor senzoriale i avalorii nutritive a materiilor prime agroalimentare pn% la prelucrarea termic% a acestora'

#


6/75

De asemenea, rolul microorganismelor este hot%rtor, unele dintre ele avnd aciune d%un%toare, alteleavnd rol esenial n obinerea unor produse alimentare datorit% aciunii lor fermentative+ produse lactateacide, brnzeturi, bere, vin, spirt, pine, salamuri crude, alimente fermentate din cereale i leguminoase'

0icroorganismele intervin i n fermentarea unor produse vegetale+ varza, mur%turi, m%sline, castravei,cacao, etc'

5iotehnologiile n industria alimentar% sau dezvoltat impresionant prin folosirea enzimelor eogene.industria laptelui, berii, spirtului, amidonului, c%rnii, sucurilor de fructe, zah%rului, panificaiei, etc'/ i aculturilor starter .industria berii, laptelui, c%rnii, panificaiei, etc'/ Ea toate acestea trebuie s% avem nvedere obinerea de metabolii secundari .alcool etilic, aceton%, acizi organici, aminoacizi, etc'/ prinfolosirea de microorganisme precum i de biomas% alimentar% i fura1er%, etc'

-u a1utorul enzimelor microorganismelor se pot accelera procesele biochimice, se pot perfecionaprocesele de producie, se poate mbun%t%i calitatea produselor alimentare i se poate m%ri gradul dediversificare a produciei alimentare'

G


7/75

EN-IME UTILI-ATE IN %ROCESELE BIOTEHNOLOGICE DIN

INDUSTRIA ALIMENTARA

1. GENERALIT+I ASU%RA EN-IMELOR

2nzimele definite drept componente de natur% proteic%, produse de celulele vii care

catalizeaz% reacii de sintez% i degradare din organismele animale, vegetale i microorganisme,prezint% numeroase implicaii i aplicaii n industria alimentar%' :iind componente ale materiilor

prime vegetale i animale utilizate n industria alimentar%, a c%ror activitate nu nceteaz% odat% cu

recoltarea, depozitarea, conservarea i prelucrarea tehnologic% a acestora, enzimele pot manifestaaciuni favorabile, dorite, care conduc la mbun%t%irea calit%ilor naturale constituionale, gustative

etc' sau nefavorabile i nedorite, determinnd degradarea i pierderea valorilor nutritive' Dac% n

acest sens se are n vedere activitatea enzimelor proprii materiilor prime vegetale i animale,enzimele ca atare sub form% de preparate enzimatice, obinute din diferite surse bogate n enzime,

i g%sesc multiple aplicaii ca adaosuri, fiind folosite nc% din cele mai vechi timpuri ca de eemplucheagul la prepararea brnzeturilor, Ho1iI .abitai J floare de mucegaiI, preparat enzimatic

obinut prin cultivarea lui(spergillus or)&aepe un decoct de orez sau alte cereale/, la preparareaunor produse tradiionalefermentate, larg r%spndite n Asia de 8ud2st'

*n ultimele decenii, preparatele enzimatice iau g%sit numeroase utiliz%ri n diferite sectoare

ale industriei alimentare' Aceast% cretere spectaculoas% a gradului de utilizare a preparatelorenzimatice n industria alimentar% .dar i nealimentar%/ este eplicat% prin eficiena i precizia,

versatilitatea i economicitatea cu care acioneaz% aceste preparate enzimatice'8e postuleaz% eistena n materia vie a circa !3 333 de enzime diferite, dintre care circa

4 333 au fost izolate, n stare mai puin sau mai mult purificat% i a c%ror intervenie i aciune ndiferitele procese metabolice este mai mult sau mai puin cunoscut%' -ataliznd reaciile biochimicedin organismele vegetale i animale, enzimele condiioneaz% desf%urarea, coordonarea i

autoreglarea acestor reacii prin care se realizeaz% procesele metabolice .anabolice i catabolice/ alecreterii, dezvolt%rii, reproducerii i tuturor activit%ilor celulare'

*n industria alimentar%, prelucr%toare de materii prime vegetale i animale, practic nu eist%procese tehnologice n care s% nu fie implicate enzimele endogene, proprii materiilor biologicefolosite sau ale microorganismelor utilizate n prelucrarea acestoraK n plus, n multe cazuri, n

prezent, se recurge la suplimentarea acestor activit%i enzimatice cu enzime eogene, cu preparateenzimatice obinute din diverse surse bogate n enzime, esuturi vegetale, animale i mai ales nultimii ani din culturile diverselor microorganisme'

*ndiferent c% se au n vedere enzimele endogene, proprii materiilor prime sau cele ad%ugateacestora, ele se caracterizeaz% prin urm%toarele propriet%i generale+

L sunt cei mai eficieni catalizatori cunoscui ast%ziK n concentraii etrem de mici . !3 G0 sauchiar i !3"0/ determin% realizarea reaciilor cu viteze etrem de mariK

L reaciile catalizate enzimatic se produc n condiii compatibile cu viaa, la temperatur% i presiuneobinuit%, n mediu slab acid, neutru sau slab alcalin K

L manifest% specificitate de aciune .determin% producerea unui anumit tip de reacii, de eemplude oidorcducere, de hidroliz%, de sintez% etc'/ i de substrat .recunoate numai un anumit reactant,sau un grup limitat de reactani/K

L asigur% coordonarea, reglarea i controlul proceselor biochimice la care particip% i care stau la

baza metabolismului celular'


8/75

1.1. Cons!i!,(ia en/ime'or

Determinant% pentru funcia catalitic% a enzimelor este configuraia lor, respectiv structura iorganizarea spaial% a moleculei proteice care manifest% activitatea enzimatic%'

Din punct de vedere structural, enzimele se mpart n dou% categorii+

L enzime de natur% eclusiv proteic%, constituite n ntregime din proteine .de eemplu+ pepsina,tripsina, papaina etc'/ K

L enzime de natur% heteroproteic% formate dintro parte proteic% .apoenzim%/ i unaneproteic% denumit% cofactor enzimatic' -ele dou% p%ri separate snt inactive cataliticKmpreun% formeaz% compleul molecular apo"en&im*cofactor, respectiv holoenzima caremanifest% activitate catalitic%'Fn structura holoenzimei, cofactorul imprim% specificitate de aciune, respectiv tipul i viteza de

reacie catalitic%, n timp ce apoenzima imprim% specificitatea de substrat, deci determin% substanaasupra c%reia acioneaz% enzima'

A0oen/imafiind de natur% proteic%, va manifesta propriet%ile generale ale proteinelor+

este termolabil% i nedializabil%K stabilete leg%tura enzimei cu substratulK manifest% grade diferite de afinitate pentru cofactorK este susceptibil% de modific%ri conformaionale n anumite limite'Cofa!or,' enzimatic reprezint% componente neproteice, de natur% chimic% foarte diferit%,

care sunt indispensabile pentru manifest%rile activit%ii catalitice a numeroase enzime'Dup% natura chimic% i modul lor de legare la apoenzim%, cofactorii se clasific%+ coenzim%K grup%ri prosteticeK ioni metalici'

Coen/ime'e sunt compui organici, derivai din vitamine, care se ataeaz% temporar laapoenzim% i care sunt uor disociabili de acestea' 2le trec uor de la o apoenzim% la alta, putnd s%participe la transformarea altor molecule de substrat dup% terminarea unei anumite reacii' Din ei facparte+ NADM, NADPM, :0N, :AD, ACP, -CP, acidul lipoic etc'

Gr,0#ri'e 0ros!e!ie sunt substane organice fiate pe apoenzim%, care disociaz% greu,deoarece sunt legate prin leg%turi covalente' Aceste grup%ri sunt+ CPP, piridoalfosfatul, hemul'7ruparea prostetic% imprim% mecanismul unor procese enzimatice+ transportul de electroni, degrup%ri N4, acetic etc'

Ionii me!a'ii sunt indispensabili pentru eercitarea funciei catalitice a unor enzime,participnd n calitate de cofactori sau de componente structurale ale acestora' 2le se mai numescmetalenzime, iar printre ionii care ndeplinesc rol de cofactor se pot meniona+ 0g4M, 0n4M, -u4M,

=n4M, :e4M, :e$M, 0o4M' 9nele enzime pot conine chiar doi ioni metalici'

2ercitarea propriet%ilor catalitice ale enzimelor se realizeaz% prin intermediul situsurilorcatalitice L centrilor sau zonelor active L care reprezint% ansamblul grup%rilor chimice dinstructura enzimei ce particip% efectiv n manifestarea activit%ii enzimatice .de eemplu, anumiteresturi din aminoacizii constitueni ai lanurilor polipeptidice i cofactorii enzimatici, care vin ncontact direct cu substratul/'

Fn funcie de organizarea lor structural% se disting+ en&ime monomerice, constituite dintrunlan polipeptidic care nu poate fi disociat n subunit%i f%r% pierderea activit%ii lor catalitice ien&ime oligomerice care sunt agregate moleculare constituite din doi sau mai muli protomeri,respectiv lanuri polipeptidice similare sau diferite, care prin disociere sau din contr% prin asocieredevin cataliticactive' Pentru o serie de enzime sau stabilit eistenta unor forme moleculare multiple

@


9/75

sau izoenzime, care catalizeaz% realizarea aceleiai reacii biochimice, dar care difer% ntre ele princonfiguraii spaiale diferite .compoziie n aminoacizi constitueni/, prin propriet%ile lor fizicochimice .p sau temperatur% optim%, cinetic% de reacie, comportare fa% de inhibitori sau activatorietc'/' imunologice etc'

8e cunosc, de asemenea, aanumitele sisteme sau complee multienzimatice constituite dinenzime intim legate prin interaciuni necovalente, care particip% la realizarea unor secvene de reacii

biochimice consecutive i nl%nuite, n care produsul de reacie al primei enzime devine substratpentru cea de a doua enzim%, al c%rui produs de reacie devine substrat pentru a treia enzim% etc',pn% la realizarea ntregului ir de reacii prin care se metabolizeaz% n celule un componentbiochimic' Astfel de sisteme sau complee multienzimatice sunt, n general, localizate n celule lanivelul diferitelor formaiuni sau organite subcelulare'

1.". Cine!ia rea(ii'or 2i fa!orii are inf',en(ea/# a!i)i!a!ea en/ime'or

2nzimele catalizeaz% producerea reaciilor chimice, termodinamic posibile, f%r% schimbareaechilibrului de reacie, prin sc%derea energiei de reacie a reactanilor i prin creterea vitezei dereacie a reactanilor .in vivo ele condiioneaz% desf%urarea, coordonarea i autoreglarea reaciilor

biochimice ale materiei vii, prin care se realizeaz% procesele metabolice ale creterii, dezvolt%rii,reproducerii i tuturor activit%ilor celulare/'

Fntro reacie catalizat% enzimatic, enzim% (+ formeaz% cu substratul (, un compleintermediar de tranziie (+, foarte reactiv i instabil, care se transform% rapid, conducnd la

eliberarea produsului sau produilor de reacie .P/ i a enzimei ce poate relua reacia, dup% schemageneral%+

2 M 8 28 2P P M 2

6 serie de enzime catalizeaz% reacii n care pot interaciona dou% sau chiar mai multesubstraturi' Aa, de eemplu, sunt transferazele care catalizeaz% transferul unei grup%ri chimicefuncionale de pe un substrat .donor/ pe alt substrat .acceptor/, realiznduse reacii de simpl% saudubl% deplasare'

0ecanismul catalizei enzimatice, sub raportul interaciunii dintre enzim% si substrat, al

form%rii compleului reactiv enzim% L substrat i transformarea acestuia n produi de reacie, se

"


10/75

bazeaz% pe diferite interpret%ri, eplicnduse prin ipotezele broasc%cheieI, potrivirii induse,catalizei covalente i catalizei generale prin acizi i baze'

Oiteza reaciilor catalizate enzimatic este dependent% de+ concentraia enzimei i asubstratului, afinitatea enzimei fa% de substrat, temperatur%,p% efectori .activatori sau inhibitori/,

potenial redo, radiaii etc'

*n anumite limite, viteza reaciilor catalizate enzimatic este direct proporional% cu concentraia enzimei, pentru ca, la concentraii crescute ale enzimei, s% devin% aproape constant%' -retereaconcentraiei substratului determin% iniial o cretere rapid% a vitezei de reacie, pentru ca ulteriorviteza de reacie s% creasc% lent, iar la concentraii mari de substrat s% devin% maim%, c%p%tnd ovaloare constant% .fig' !/' 2presia matematic% care definete relaia dintre viteza de reaciecatalizat% enzimatic i concentraia substratului este dat% de ecuaiaMic'aelis"Menten * vmaQ8R

O J H0MQ8R

n care+ v" este viteza de reacie la un moment datK

vma#L viteza maim% de reacie, corespunz%toare concentraiei mari de substrat,cnd enzima este saturat% cu substrat K Q8R Lconcentraia substratului K -M constanta 0ichaelis0enten, moli?!'

Din punct de vedere grafic, ecuaia Mic'aelis"Menten reprezint% o hiperbol%, indicnd otranziie de la o faz% n care viteza de reacie este dependent% de concentraia substratului .faz% ncare reacia este de ordinul !/ la o faz% independent% de concentraia substratului .faz% n care reaciaeste de ordinul zero/, n care viteza de reacie devine maim%, enzima fiind saturat% cu substrat' Ea ovitez% egal% cu !?4 din viteza maim% corespunde o valoare determinat% a concentraiei substratuluidenumit% -M sau constanta Mic'aelis"Menten% care se eprim% n moli?! i care indic% afinitateaenzimei fa% de substratK cu ct -Mare o valoare mai mic%, cu att afinitatea enzimei pentru substrat

!3


11/75

este mai mare i invers, cu ct -Mare o valoare mai mare cu att afinitatea enzimei pentru substrat vafi mai mic%'

Fn anumite limite .pn% la circa G3 ''' @3S-/, viteza reaciilor enzimatice crete o dat% cutemperatura .temperatura la care viteza de reacie este maim% corespunde temperaturii optime deaciune a enzimei/' Ea temperaturi mai mari dect temperatura optim%, viteza de reacie scade rapid,avnd loc un proces de denaturare termic% a enzimei .fig' 4/' Cemperatura optim% a enzimelor este

influenat% i condiionat% de structura chimic% a enzimei, a substratului, i de concentraia acestoran sistemul de reacie' *n general, activitatea enzimelor scade la temperaturi peste #3 ''' G3S-K totuieist% enzime care i p%streaz% nc% n mare m%sur% activitatea i la temperaturi de peste G3S-, ca deeemplu+ papaina, o proteaz% vegetal% activ% la @3S-K peroidaza din hrean care r%mne activ% idup% o nc%lzire la !33S-'

Activitatea enzimelor este dependent% dep/"ul mediului n care i eercit% aciunea'pulla care activitatea este maim% este denumit p/ optim al enzimei, iar pul la care enzima imenine activitatea n cele mai bune condiiuni se numetep/ optim de stabilitate' -ele dou%purioptime ale unei enzime, de activitate i de stabilitate, pot avea valori apropiate, pot s% coincid% sau

pot s% fie diferite .fig' $/'Activitatea enzimelor este, de asemenea, influenat% de prezena unor efectori .diferite

substane chimice/ n mediul de eercitare a activit%ii lorK activatorii influeneaz% pozitiv, iarinhibitorii negativ activitatea enzimelor' *n funcie de natura i modul de aciune al inhibitorilor,inhibiia enzimatic% este de mai multe tipuri+ ireversibil%, reversibil% .competitiv% i necompetitiv%/,i alosteric%'

1.$. C'asifiarea en/ime'or(ecenta clasificare i nomenclatur% a enzimelor se bazeaz% pe principiile i regulile stabilite

i publicate n anul !"G>, revizuite i republicate n !"&$ de Comisia de +n&ime a 0niuniinternaionale de Bioc'imie .*'9'5'/ i a 0niunii nternaionale de C'imie ur i plicat.*'9'P'A'-'/' *n acest sens, enzimele au fost clasificate n G clase .numeroase subclase i subsubclase/ i anume+

L o#idoreducta&e catalizeaz% reaciile de oidoreducere prin transfer de hidrogen sau electroni,sau prin combinarea unui substrat cu oigenul molecular K

L transfera&e catalizeaz% transferul diferitelor grup%ri chimice de la un substrat donator la un alt

substrat acceptorK

!!


12/75

L 'idrola&e catalizeaz% scindarea hidrolitic% a diferitelor substraturi, prin adiia apei la niveluldiferitelor grup%ri chimiceK

L lia&e catalizeaz% adiia sau ndep%rtarea unor grup%ri chimice din substraturi, prin mecanismediferite fa% de hidroliz%K

L i&omera&ecatalizeaz% rearan1%ri intramoleculare KL liga&e sausinteta&e L catalizeaz% sinteza unor noi leg%turi prin unirea a doi compui ntrunul

singur, folosind ca surs% energetic% nucleozidtrifosfaii'-lasele de enzime se mpart n subclase i subsubclase, n funcie de o serie de detaliiprivind grup%rile supuse transform%rii i natura cofactorilor implicai n reacia catalizat% enzimatic'Pentru nomenclatura enzimelor se folosesc nume uzuale sau tradiionale, care snt de obicei formatedin numele substratului asupra c%ruia acioneaz% enzima, urmat de terminaia a&i nume sistemice.recomandate de -omisia de 2nzime/ formate din numele substratului sau substraturilor i tipul dereacie catalizat, urmat de terminaia az%, nsoite de un cod .alc%tuit din patru cifre care reprezint%clasa, subclasa, subsubclasa i num%rul de ordine/, precedat de 2- .2nzTme -ommission/' -tevaeemple, privind numele unor enzime importante pentru industria alimentar%+

2'-' $'4'!'4 U!>7lucan maltohidrolaza . Vamilaza/2'-' $'!'!'$' 7licerol ester hidrolaza .lipaza/

1.3. Uni!#(i de m#s,r# a'e a!i)i!#(ii en/ime'or*n principiu, determinarea activit%ii enzimelor se efectueaz% prin + m%surarea gradului de

transformare a substratului, m%surarea concentraiei produsului de reacie sau m%surarea cineticii dereacie, urm%rite ntrun anumit interval de timp prin metode fizice sau chimice adecvate' Activitateaenzimelor se eprim% cantitativ n unit%ile propuse de -omisia de 2nzime .-2/ i anume+

L 9nitatea de activitate enzimatic% .9/ reprezint% cantitatea de enzima care catalizeaz%transformarea a l mol substrat?min n condiii standard .4#S-, p/ i concentraie de substratoptime/' Aceast% unitate de m%sur% recomandat% de -2 n !"G! se folosete nc% n prezentK -2recomand% renunarea sau abandonarea progresiv% a folosirii unit%ii 9 i trecerea la Hat'

L Hatalul .Hat/ reprezint% cantitatea de enzim% care catalizeaz% transferarea a l mol substrat?s ncondiii standard' .Prin definiie aceast% unitate de m%sur% se apropie mai mult de dimensiunileconstantelor de vitez% folosite n cinetica chimic% respectiv mol?s'/ 8e folosete i multiplul iloatal.H Hat/ i respectiv submultiplii miliatul .mHat/, microatul .Hat/, nanoatul .nHat/ i picoatul.pHat/'

L Activitatea specific% L reprezint% num%rul de unit%i enzimatice?mg protein% .respectiv Hat?gprotein% i Hat?g protein%/'L Activitatea enzimatic% molar% .num%r de transfer J turnover number/ L reprezint% num%rul demolecule de substrat transformate de c%tre o molecul% de enzim% n timp de l min sau l s .Hat?molenzim%/'

-u toate aceste recomand%ri ale -omisiei de 2nzime, n lucr%ri mai vechi sau chiar i n prezent sefolosesc i alte moduri, arbitrare, de eprimare a activit%ii enzimelor, care de obicei snt definite decei ce le utilizeaz%'

!4


13/75

". %RE%ARATE EN-IMATICE 4I EN-IME IMOBILI-ATE

Preparatele enzimatice i de enzime imobilizate folosite n realizarea diferitelor procesebiotehnologice din industria alimentar% sunt considerate ca ad1uvani de transformare' *n anul !"@4,-omitetul mit :A6?608 de eperi n aditivi alimentari a stabilit o serie de norme generale

pentru preparatele enzimatice utilizate n prepararea alimentelorI' -onform acestui comitet,preparatele enzimatice, folosite ca aditivi n industria alimentar%, sunt obinute din materii prime deorigine animal%, vegetal% sau microbian%, fiind constituite din celule ntregi, din p%ri de celule sauetracte complet lipsite de celule' Pot conine una sau mai multe componente enzimatice active,suporturi, solveni, ageni de conservare, antioidani i alte substane necesare i conforme unei

bune practici de fabricare' 2le se pot prezenta sub form% lichid%, semilichid%, uscate sau imobilizate,avnd o culoare care poate s% varieze de la Wvasi incolor la brun nchis'

*n ceea ce privete materiile prime din care snt obinute preparatele enzimatice, normele-omitetului mit :A6?608 prev%d ca+

L esuturile de origine animal% s% r%spund% normelor veterinare aplicate c%rnii i manipularea lor s%satisfac% eigenele unei bune practici igieniceK

L materialele de origine vegetal%, folosite ca surse de enzime sau ca ingrediente n preparareamediilor de cultur% pentru microorganismele produc%toare de enzime, trebuie s% nu elibereze nici unreziduu nociv pentru s%n%tate, n condiii normale de utilizareK

L preparatele enzimatice de origine microbian% trebuie produse prin folosirea controlat% f%r%penetrare de microorganisme susceptibile de a conduce la apariia de substane toice sau alteproduse nedorite'

Fn cazul preparatelor de enzime imobilizate, n care insolubilizarea enzimei se realizeaz% prinprocedee fizice i?sau chimice, suportul i n special agentul de imobilizare folosit trebuie s% fie inertsau admis de a fi utilizat n produsele alimentare, iar orice eliberare de enzim% de pe suport, i maiales eliberarea de agent de imobilizare, trebuie s% r%mn% n limitele acceptabile care vor fi precizate

pentru fiecare preparat enzimatic imobilizat'Aditivii .inclusiv ad1uvanii de transformare/ i ingredientele care intervin n producereapreparatelor enzimatice trebuie s% fie substane acceptate pentru a fi utilizate n produsele alimentareca+ apa, substane insolubile care pot fi ndep%rtate o dat% ce sa produs procesul de transformare'

Eimitele i metodele de determinare a componentelor contaminante ale preparatelorenzimatice folosite n industria alimentar% snt ar%tate n tabelul 4'

Limi!e 2i me!ode de de!erminare 0en!r, om0onen!e'e on!aminan!ereomanda!e de Comi!e!,' mi5! FAO6OMS 7E!,de FAO8 A'imen!a!ions e! N,!rion 19619:";

-omponente

contaminante alepreparatelorenzimatice

Eimite admisibile 0etodele de determinare recomandate snt publicate n+

ArsenPlumb0etale grele

0aimum $ mg?g0aimum !3 mg?g0aimum >3 mg?g.eprimate ca plumb/

0eIthodes 7enerales .Directives 7enerales pour lXusagedes normes *2-:A dXidentite et de purete/

Num%r total degermeni viabili

-oliformi

0aimum #' !6>?g

0aimum $3?g

0icrobiologic L Directives generales pour ledenombrement de microorganismeDirectives generales pour le denombrement des coliformes0ethode par le comptage de colonies obtenues Y $3S-'*86' Norme internaionale (ef' nr' *86 >@$$, Premier

!$


14/75

2dition .!"&@343!/

+sc'eric'ia coli

,almonclla

Absent pe o prob% de 2 g

Absent pe o prob% de 4# g

:DA L 5acteriogical Analvtical 0anual :ifth 2dition. !"&@/ -ap' )' 2nteropathogenic +sc'eric'ia coli 4 -ap')**' *solaion and identification of ,almonella

Activitateaantibiotic% deorigine bacterian%

Absent% 2tude :A6+ Alimentation et Nutrition, !"?!"@4K Appendice A

".1. %re0ara!e en/ima!iePreparatele enzimatice folosite n industria alimentar% trebuie produse n condiii similare

unei bune practici de fabricare a produselor alimentare, iar prin utilizarea lor s% nu se a1ung% la ocretere a num%rului total de germeni .NC7/ i la creterea coninutului n s%ruri peste limiteleadmise pentru un anumit produs alimentar luat n considerare'

Pentru obinerea preparatelor enzimatice sunt folosite de obicei surse bogate n enzimele

dorite, care sunt ieftine, uor accesibile i care se prelucreaz% uor' Aceste surse pot fi de originevegetal%, animal% sau microbian%' *n plante, concentraii mari de enzime se pot ntlni n semine,cereale germinate sau negerminate, r%d%cini, sev% i lateuri, frunze i n unele cazuri chiar n coa1%'Ea animale, concentraii mari de enzime se g%sesc n special n ficat, pancreas, mucoasa stomacal%sau intestinal%, inim%, rinichi, creier etc' *n scopuri practice sunt folosite mai ales pancreasul,mucoasa stomacal% i intestinal%'

6 surs% foarte important% de enzime, pentru producerea preparatelor enzimatice, o constituiediferitele microorganisme ca+ bacteriile, dro1diile i microciupercile .mucegaiurile/' :a% de surselede enzime de origine vegetal% sau animal%, culturile diferitelor microorganisme prezint% o serie deavanta1e care eplic% n mare m%sur% tendina manifestat% n ultimele 2L$ decenii de a fi folositedin ce n ce mai mult pentru obinerea de preparate enzimatice' 0icroorganismele pot fi obinute ncantit%i mari, prin nmulire n instalaii speciale, pe medii de cultur% ieftine .de obicei subproduseale industriei alimentare ca+ t%re de gru, etract de porumb obinut prin concentrarea apelor denmuiere de la fabricarea amidonului, melas%, roturi de soia i de floareasoarelui etc'/'

-iclul de cretere i dezvoltare al microorganismelor este foarte scurt fa% de cel al plantelori animalelor, iar obinerea microorganismelor n cantit%i mari nu necesit% anga1area de terenuricultivabile, cum este cazul la materiile prime vegetale' *n plus, microorganismele prezint% iavanta1ul c% producia lor de enzime poate fi mult m%rit% prin selectarea i utilizarea de tulpini imutante nalt productive precum i prin stabilirea condiiilor fizice i chimice optime .medii decultur% i condiii optime de cultivare/ pentru producerea de enzime'

*n cazul utiliz%rii microorganismelor ca surse de enzime pentru industria alimentar%,

selectarea acestora se va face lunduse n considerare o serie de criterii cum snt urm%toarele+ s% numanifeste putere patogen% i s% nu produc% toine .endo, eotoine sau micotoine/, s% numanifeste activitate antibiotic% sau potenial alergen i s% produc% cu prec%dere i n cantit%i marienzima sau compleul enzimatic dorit, pe medii de cultur% ieftine i n condiii avanta1oase'

*ndiferent de sursa de materii prime, prelucrarea lor pentru obinerea de preparate enzimaticede uz alimentar este n linii generale aceeai .fig' 5.

!>


15/75

2nzimele obinute ca preparate brute sau parial purificate, sub form% lichid%, semilichid% sau

uscat% sunt utilizate n industria alimentar% ca atare, fiind ad%ugate i acionnd n mediile pe careurmeaz% s% le transforme ca enzime libereI, respectiv solubilizate n medii apoase i f%r% a mai

putea fi ulterior recuperate' Activitatea lor, dup% ce au realizat transform%rile dorite, este de obiceioprit% prin diferite tratamente, mai ales pe cale termic%, prin acidulare sau alcalinizare' *n unelecazuri ele mai r%mn active i n produsul finit'

".". %re0ara!e en/ima!ie imo&i'i/a!ePrincipiul general al procedeelor de imobilizare a enzimelor const% n legarea sau fiarea

unei enzime sau a unui sistem multienzimatic de suportul insolubil n ap%, n condiiile p%str%riipropriet%ilor catalitice, respectiv specificitatea de aciune i posibilitatea de a aciona la p/ i

temperatur% asem%n%toare enzimelor libere .neimobilizate/'

!#


16/75

8uporturile sau matricile utilizate n imobilizarea enzimelor pot fi de natur% anorganic%+silicea coloidal%, caolinita, particule sau perle de sticl% cu grad de porozitate controlat, oizi metalici.alumina, oid de zirconiu, oid de titan, c%rbune etc'/, i de natur% organic%+ celuloza i derivaiiacesteia, agaroz%, amidon, detran, colagen, polimeri obinui prin polimerizarea unor monomeri detipul acrilamid%, acid metacrilic 'a', r%ini formaldehidice etc'

*n funcie de natura leg%turilor care se stabilesc ntre enzime i suportul de imobilizare,

procedeul sau metodele de imobilizare pot fi fizice sau chimice'Procedeele fizice se bazeaz% pe imobilizarea enzimelor prin intermediul leg%turilor fizice cade eemplu, interaciuni electrostatice, formarea de legaturi ionice, formarea de leg%turi de hidrogen,interaciuni protein%protein% etc', difereniinduse n acest sens .fig' #'/+

L adsorbia pe suporturi insolubile n ap% .c%rbune, clei, r%ini schimb%toare de ioni, celuloz%, sticl%etc'/ K

L includerea n structuri macromoleculare .aceast% incluziune se realizeaz% prin polimerizarea unormateriale ca poliacrilamid% n silicagel, amidon, n prezena moleculelor de enzim%, astfel nct seformeaz% o matrice de polimer n care snt incluse moleculele de enzim% i n care att substratul cti produs,'poate s% difuzeze/ K

L microncapsulare n membrane semipermeabile K

L imobilizarea n celule de ultrafiltrare'

Procedeele chimice de imobilizare a enzimelor se refer% la cele care conduc la formarea de

leg%turi covalente sau parial covalente, ntre grup%rile funcionale, care ns% nu snt eseniale pentrumanifestarea activit%ii catalitice .nu snt implicate n situsul catalitic al enzimei/, i un suport activatchimic, insolubil n ap%' *n cadrul acestor procedee se pot evidenia .fig' G/+

L legarea covalent% a enzimelor de suporturi insolubile, care posed% grup%ri reactive sau care pot fiactivate prin diferite reacii chimiceK

L copolimerizarea enzimelor cu un monomer reactiv i legarea ncruciat% .crosslining/ saureticular% intra i intermolecular% a enzimelor legate de un suport cu un reactiv multifuncional'Ea imobilizarea enzimelor trebuie s% se aib% n vedere urm%toarele+ conformaia spaial% amoleculelor de enzim% n sistemul imobilizat este diferit% de cea a mediului natural din care saetras enzim%' Pe de alt% parte, structura tridimensional% a moleculei de enzim% este distorsionat% deleg%turile sale cu suportulK micromediul moleculei de enzim% imobilizat este diferit de cel al enzimei

aflate n soluie, afectnduse viteza de difuzie a substratului i a produilor de reacie' *nhibiia de

!G


17/75

substrat i de produs poate, de asemenea 1uca un rol importantK procesul de transport al substaneloreste un proces pasiv, n comparaie cu situaia enzimei din celula vie, iar aceasta va avea desigurinfluen% i asupra vitezei de reacie'

*mobilizarea enzimelor pe un suport anorganic sau organic provoac% schimb%ri ncomportamentul acestora i n cinetica reaciilor+ se m%rete stabilitatea enzimei .stabilitatea enzimeiatt n stare static% ct i n stare dinamic% fiind influenat% de procedeul de imobilizare, m%sura

acestei stabilit%i fiind !?4 din durata de via% a enzimei/K se schimb% afinitatea enzimei fa% desubstrat, aceasta fiind influenat% de durata lor de contact care, la rndul ei, este determinat% deviteza fluului sau viteza de agitare a substratului n contact cu sistemul suportenzim%, de viteza dedifuzie a substratului la enzim% imobilizat%K se modific% caracterul catalizei prin trecere de la cataliza omogen% la cea eterogen%'

Ea folosirea enzimelor imobilizate poate avea loc o variaie apului optim iar randamentuln produsul de transformare este micorat' De eemplu, prin folosirea amiloglucozidazei n soluie,

plecnd de la o suspensie de amidon cu $$; s'u', se a1unge la un randament de transformare nglucoza de "#,#L "G;, n timp ce la folosirea amiloglucozidazei imobilizate, randamentul este de"4L"$;'

*n orice caz, preparatele de enzime imobilizate, fa% de cele libere sau solubile, prezint% o

serie de avanta1e printre care se amintesc urm%toarele+

L refolosirea repetat% a enzimei, cu aceeai cantitate de enzim% putnduse transforma cantit%i maimari de substratK

L se poate lucra n sistem semicontinuu sau continuu, cu automatizarea procesului, ceea ce asigur%un control precis al parametrilor de lucru K

L are loc o cretere a vitezei de lucru, prin controlul riguros al vitezei fluului de substrat i alconcentraiei acestuiaK

L se poate stopa reacia enzimatic% la momentul dorit i se evit% trecerea enzimei n produsultransformat K

L costurile globale de producie sunt mai mici n comparaie cu procedeele de folosire 'a enzimelorlibere K

L se pot utiliza i enzime care nu sunt trecute pe lista 7(A8 .7enerallT (ecognised as 8afe/':actorii critici ce trebuie luai n considerare la folosirea enzimelor imobilizate snt

urm%torii+L eficiena economic% a imobiliz%rii determinat% de costul enzimei, suportului i metoda deimobilizareK

L activitatea enzimei imobilizat% care este n funcie de tehnica de imobilizare, caracteristicilematerialului de suport, viteza de difuzie a substratului la enzim% i a produsului de transformare'

L caracteristicile substratului ce trebuie transformat KL stabilitatea enzimei care trebuie meninut% un timp ct mai ndelungat K

L contaminarea microbiologic% a sistemului enzim%suport n timpul utiliz%rii reactorului respectiv'

-u toate avanta1ele pe care le prezint% enzimele imobilizate, pn% n prezent, industriaalimentar% utilizeaz% la nivel industrial numai glucozizomeraza imobilizat% pentru izomerizareaglucozei n fructoz% i lactaza imobilizat% pentru hidroliza lactozei din lapte sau zer' 8unt efectuatens% o serie de cercet%ri la nivel de laborator i chiar la nivel pilot, care permit s% se ntrevad% nviitor etinderea folosirii preparatelor de enzime imobilizate i n alte sectoare ale industrieialimentareK n acest sens, sunt ns% necesare cercet%ri care s% conduc%, probabil, la modificarea sauadoptarea unor tehnologii clasiceI de obinere a diferitelor produse alimentare, la utilizarea

preparatelor de enzime imobilizate sau la stabilirea de noi tipuri de bioreactoare i eventual noimoduri de folosire a enzimelor imobilizate n medii eterogene, consistente i vscoase de felul celor

prelucrate ntro serie de sectoare ale industriei alimentare'

!&


18/75

4'$ 2nzime de fermentaie

-ea mai important% problem% care trebuie rezolvat% la obinerea de preparate enzimatice cua1utorul microorganismelor este gasirea unui microorganism care s% produc% n cantitate mareenzima sau sistemul enzimatic dorit' *n acest caz un interes practic l reprezint% microorganismeleheterotrofe'

Pentru ca un organism s% poat% ataca un substrat i s%l metabolizeze, el trebuie s% posedeenzimele necesare care s% catabolizeze reaciile de metabolism n condiiile de mediu proprii pentrudezvoltare'

Cotalitatea enzimelor pe care un organism le posed% n permanen% sau pe care poate s% leelaboreze la nevoie formeaz% e@ Eaborator

!33 lU 7alactozidaz% Mortierella vinacea

,accarom)ces cerevisiae

&4

>@

Eaborator

Eaborator

7lucozizomeraz% ,treptom)ces al$us

,treptom)ces sp.

#$

&4

Eaborator

Eaborator

7lucozoidaz% ergillus niger 43 #33l

Pullulanaz% 6le$siella aerogenes 4$ !# l

Eactaz% Candida pseudotropicalis 4> Eaborator

!@


19/75

0a1oritatea acestor enzime acioneaz% asupra unor substraturi cu mas% molecular% mic%'Aceasta se eplic% prin faptul c% substraturile mici pot p%trunde n celule i funcioneaz% astfel cainductori ai enzimelor care le degradeaz%' 8pre deosebire de acestea, enzimele etracelulareacioneaz% asupra substraturilor cu mas% molecular% mare'

2nzimele intracelulare se mpart n dou% mari categorii+ unele au o poziie central% nmetabolismul organismului n cretere i se produc n cantit%i mari in biomas%, altele au un rolsecundar, minor i se produc n cantit%i mici' Pentru utilizarea acestora din urm% n scopuriindustriale este necesar% imobilizarea lor, astfel nct s% fie economic% i 1ustificat% folosirea lor'

*n ceea ce privete activitatea enzimatic% a acestor preparate, de cele mai multe ori constituieun secret de serviciu, deoarece poate face oricnd obiectul unui brevet de invenie' Pentru ca oenzim% s% fie economic%, ea trebuie s% aib% o activitate enzimatic% minim%. !33 92?ml/' De aceeama1oritatea enzimelor intracelulare la care nu se atinge acest% valoare se imobilizeaz%' Alteori,aceste enzime se utilizeaz% pentru atacul unor impurit%i care incomodeaz% procesul principal, darf%r% atacul componentului principal' De eemplu, hidroliza enzimatic% complet% a amidonului

presupune i hidroliza leg%turilor U !,G glucozidice, aflate n num%r mic n structura amilopectinei'

Pullulanazaeste folosit% n acest caz pentru hidroliza legaturilor U !,G facilitnd n acest felaciunea amiloglucozidazei i V amilazei'

7lucozoidaza este folosit% pentru ndep%rtarea urmelor de glucoz% din praful de ou% folositla obinerea maionezei i n acest caz nu trebuie s% aib% o activitate enzimatic% mare'

Producerea enzimelor intracelulare ridic% probleme specifice' 5ioprocesul trebuie astfelcondus nct pe parcursul biosintezei s% se evite spargerea celulelor' 9n alt aspect se refer% lastabilitatea enzimelorK unele enzime sunt stabile n mediul intracelular i devin instabile n afaracelulei'

9nul dintre dezavanta1ele procedeelor de obinere prin biosintez% a enzimelor intracelulare lconstituie necesitatea eliber%rii acestora din celule, prin distrugerea membranei celulare, etracie i

ulterior separarea etractului de resturile celulare' *n plus enzimele sunt impurificate cu toateproteinele intracelulare, chiar dac% enzime dorit% se afl% n properie mare n totalul proteineloretrase din celule'

9n avanta1 tehnologic al enzimelor intracelulare l constituie faptul c% etracia se poateefectua cu un volum mic de soluie tampon, ceea ce conduce la obinerea unui etract brut cuconinut mare de enzim% i nu mai este necesar% concentrarea ulterioar% a acestuia'

+n&ime e#tracelulare de fermentaie

-ele mai importante enzime microbiene etracelulare sunt, n generalhidrolazele. proteinaze, amilaze, celulaze/ care actioneaz% asupra substraturilor cu mas% molecular%mare' Pentru microorganisme, este normal, din punct de vedere fziologic, s% produc% nutrieni din

polimeri biologici disponibili n mediul ncon1ur%tor celular'

Pentru a ataca mai uor substraturile, microorganismele i produc singure enzimele necesarehidrolizei acestora i uneori aceast% producie de enzim% este optim% chiar la tulpinile s%lbatice'

2nzimele hidrolitice produse prin fermentaie i utilizate n cantit%i mari n industrie suntproteazele, amilazele, celulazele' Acestea sunt comercializate i utilizate n industria alimentar%,tetil%, detergenilor'

Pentru c% productia unei enzime etracelulare utilizeaz% n cea mai mare parte resurselediponibile ale celulei, biosinteza i secreia unei astfel de enzime sunt supuse unui comple defactori regulatori' *n general, producia acestor enzime este indus% de niveluri reduse ale polimerilor,

iar uneori polimerii nii funcioneaz% ca inductori' Alteori, compuii care nu sunt substraturi pentru

!"


20/75

enzime, dar sunt nrudii ca structur% cu acestea, pot funciona ca inductori' De eemplu, produciade celulaze este indus% att de lactoz%, ct i de celobioz%' Producia acestor enzime este deasemenea supus% represiei prin catabolii' Atta timp ct nutrienii cu mas% molecular% mic% suntdiponibili, celulele cresc f%r% s% produc% hidrolaze i abia la epuizarea nutrienilor ncepe biosintezaenzimelor hidrolitice etracelulare' Astfel, inducia i represia biosintezei enzimelor sunt fenomenecomplee ce au loc n concordan% cu condiiile de mediu n care se g%sesc celulele'

Crebuie reinut faptul c% factorii care determin% nmulire i dezvoltarea celulei vordetermina i declanarea biosintezei enzimelor' 9n rol important n formarea enzimei l are eistenan mediul de cultur% a substratului care induce formarea enzimei specifice degrad%rii respectivuluisubstrat' 2l constituie inductorul operonului en&imei'

Primul studiu sistematic efectuat n aceast% direcie a fost efectuat de HarstrZm, care mparteenzimele n dou% grupe+ enzimele constitutive i enzimele adaptative'

En/ime'e ons!i!,!i)e se sintetizeaz% n celule n mod permanent' -oncentraia lor este ns%influenat% de prezena sau absena n mediul de cultur% a substraturilor pe care ele le metabilizeaz%'-oncentraia aceastor enzime poate s% varieze i sub influena altor factori+ sursa de azot, sursa decarbon, factorii de cretere, s%rurile minerale, temperatura, pul'

*n schimb, sinteza en/ime'or ada0!a!i)e este declanat% numai de prezena substraturilorspecifice n mediul de cultur% sau atunci cnd este nevoie de prezena lor n procesele metabolice.

Pe baza unor studii ndelungate i de profunzime cu privire la biosinteza enzimelor induse desubstrat sa a1uns la urm%toarele concluzii+

- 2laborarea de c%tre un organism a unei enzime induse are loc numai n prezenainductoruluiK ca inductor funcionez%, de obicei, substratul care trebuiemetabolizatK funcia de inductor poate s% o ndeplinesc% i substanele nruditestructural cu acesta, dar care nu poate ndeplini funcia de substratK

- 5iosinteza are loc pornind ntotdeauna de la substane cu structur% simpl%K

- Procesul de biosintez% decurge cu consum de energie i din acest motiv, pe lng%substanele necesare sintezei.aminoacizi, vitamine, diferii cationi/ este nevoie nmediu i de o surs% de carbon, de obicei un glucidK

- 8inteza enzimelor induse are loc, de regul%, n timpul nmuliriimicroorganismuluiK ea poate sa aib% loc n faza staionar%, dac% sunt prezenteinductorul i substraturile de sintez%K

- Procesul de biosintez% al enzimelor este inhibat de toate substanele care inhib%biosinteza substanelor proteice, de eemplu cloramfenicolulK

- 5iosinteza enzimelor induse este inhibat% ori de cte ori n mediul de cultur% esteprezent un substrat uor metabolizabil de c%tre enzimele constitutive alemicroorgamismuluiK

- 5iosinteza unei enzime induse este inhibat% selectiv i de metaboliii rezultai dinreaciile de transformare ale inductorului, datorit% activit%ii acestuiaK fenomenulse numete re0resieK

".3 En/ime miro&iene , a0'ia(ii ind,s!ria'e. Domenii de ,!i'i/are

Principalele aplicaii ale enzimelor utilizate pe scar% larg% n ultimele 4 decenii suntprezentate n tabelul urm%tor.:rost i 0oss,!"@#/+

43


21/75

Denumirea

enzimei

*ndustriile

utilizatoare

Cipul de

fermentaie

* :elul enzimei :orma decondiionare

! 4 $ > #

!'2nzime proteolitice

2nzime proteoliticealcaline bacteriene

Detergeni

Procese alimentare

Piel%rie

8ubmers 2tracelulare.2/

Eichid.E/

8olid.8/

2nzime proteoliticebacteriene neutre

*ndustria alimentar% 8ubmers 2tracelulare.2/ Eichid.E/

2nzime proteoliticefungice

Panificatie

*ndustria brnzeturilor

8ubmers

8ubmers n culturide suprafat%

2tracelulare.2/ Eichid.E/

8olid.8/

4'2nzime amilolitice

U amilaze bacteriene Amidon, bere

Detergeni, tetile

8ubmers 2tracelulare.2/ Eichid.E/

8olid.8/

U amilaze fungice Amidon

Panificaie


8olid.8/

Amiloglucozidaze Amidon

5ere


8olid.8/

Pullulanaze Amidon 8ubmers n culturide suprafa%

2tracelulare.2/

*ntracelulare.*n/

Eichid.E/

8olid.8/

$' Alte glucozidazeEactaz%.V

galactozidaz%/*ndustria laptelui 8ubmers in culturi

de suprafa%2tracelulare.2/

*ntracelulare.*n/

Eichid.E/

8olid.8/

*nvertaz% *ndustria tetil% 8ubmers *ntracelulare.*n/ Eichid.E/

8olid.8/

(afinaz%.Ugalactozidaz%/

(afinarea zah%rului 8ubmers *ntracelulare.*n/ *mobilizat%.*m/

-elulaze *ndustriaalimentar%.sucuri/

8ubmers 2tracelular.2/ Eichid.E/

8olid.8/

[!,$.>/7lucanaze *ndustria berii 8ubmers 2tracelular.2/ Eichid.E/

Eipaze *ndustria alimentar%

Ceste de diagnostic

8ubmers 2tracelular.2/ 8olid.8/

Pectinaze *ndustria sucurilor ib%uturilor alcoolice

8ubmers in culturide suprafa%

2tracelular.2/ Eichid.E/

8olid.8/

>' Alte enzime

7lucozizomeraza Amidon 8ubmers *ntracelulare.*n/ *mobilizat%.*m/

7lucozoidaza *ndustria sucurilor ib%uturilor alcoolice

8ubmers *ntracelulare.*n/ Eichid.E/

8olid.8/

4!


22/75


23/75

$.1. O5idored,!a/e NAD?sa, NAD%? de0enden!e

Aceste enzime catalizeaz% procesele reversibile de oidoreducere caracterizate prin transferde hidrogen de pe un substrat donor pe altul acceptor i au caracter anaerob, deoarece acceptorul dehidrogen este altul dect oigenul' 8unt denumite adesea dehidrogenaze, transhidrogenaze idehidraze' -oenzimele lor, NADMsau NADPM, care se comport% ca acceptori sau donori intermediaride hidrogen ntre substraturile participante n reacie, se detaeaz% uor de apoenzim%, puind s%ieercite acest rol pentru mai multe enzime' 6idoreductazele 789 dependente intervin nnumeroaseprocese cata$oliceoidative ale alcoolilor, aldehidelor, aminoacizilor, iar cele789

dependente catalizeaz% mai alesprocese ana$olicereductive' 2le snt foarte r%spndite n diverseorgane i esuturi animale i vegetale, precum i n diferite microorganisme' Dehidrogenazele

prezint% deci importan% i n numeroase procese fermentative i n procesul de respiraie care sedesf%oar% n diverse materii prime sau n procesele fermentative de obinere a unor produsealimentare'

lcool de'idrogena&a .alcool+ NADMLoidoreductaza/' -atalizeaz% transformareaacetaldehidei, rezultat% din decarboilarea acidului piruvic, n alcool etilic, dup% reacia+

7lucide Acid piruvic Aldehid% acetic% Alcool etilic

(eacia prezint% importan% deosebit% n procesul de fermentaie alcoolic%K n condiii aerobe,

enzima poate s% catalizeze reacia de oidare a alcoolului etilic n aldehid% acetic%' 2nzima are masamolecular% !#3333 i conine =n4Mn structura ei':actat de'idrogena&a .Elactat+ NADoidoreductaza/' -atalizeaz% .n condiii anaerobe/

reducerea acidului piruvic cu formare de acid lactic n prezen% de NAD M Mconform reaciei+

Acidul lactic constituie etapa final% a glicolizei i a fermentaiei lactice' Eactatdehidrogenaza izolat% din inima i muchii mamiferelor sau din unele bacterii ca, de eemplu,

Bacillus su$tilis% conduce la formarea de acid Elactic, deosebinduse de lactat dehidrogenaz%obinut% din :acto$acillus plantarum care duce la formarea de acid Dlactic' *n general,microorganismele care realizeaz% fermentaia lactic% produc acid lactic racemic, deoarece acidul Elactic rezultat este parial izomerizat la acid Dlactic, prin intervenia unei izomeraze'

4$


24/75

Malicde'idrogena&a .Emalat+ NADMoidoreductaza/' -atalizeaz% reacia de oidare a aciduluimalic n acid oalilacetic, care mai departe este transformat n acid lactic'

Malato#ida&a. Denumit% i enzim% malic% .malat+ NADLoidoreductaza/, malatoidazacatalizeaz% reacia de transformare a acidului malic n acid piruvic, acesta fiind apoi transformat nacid lactic'

Aceste dou% enzime intervin n fermentaia malolactic% a vinurilor' Al%turi de aceste dou%oidoreductaze, n fermentaia lactic% a vinurilor intervine i enzim% malolactic% .Emalat+ NADcarboiliaza/ care catalizeaz% reacia+

cetalde'idde'idrogena&a .Acetaldehida+ NADoidoreductaza/' -atalizeaz% oidareaaldehidei acetice n acid acetic, mai ales n procesul de oetire a vinurilor'*n condiii aerobe, alcooluletilic din vin, sub influena alcooldehidrogenazei, este transformat n aldehid% acetic% iar aceasta subinfluena acetaldehiddehidrogenazei se oideaz% n acid acetic'

$.". O5idored,!a/e FAD sa, FMN de0enden!eAceste enzime cunoscute i sub denumirea de flavinenzime au drept coenzime :ADul

sau :0Nul care snt derivai ai riboflavinei .vitamina 54. 9nele flavinenzime conin nmolecula lor i ioni metalici . 06, :e/, care le confer% uneori i funcia de a transporta electroni'*n general coenzimele flavinenzimelor snt strns asociate moleculelor de apoenzim% .deosebinduse din acest punct de vedere de NADM i NADPM care se pot detaa de apoenzim%/'9nele flavinenzime acioneaz% ca dehidrogenaze anaerobe, iar altele au caracter aerob, putndtransfera hidrogenul direct de la substratul donor c%tre oigenul molecular cu formare de ap%oigenat%' *n cadrul acestor din urm% enzime se ncadreaz% glucozoidaza, care i g%setemultiple utiliz%ri n industria alimentar%'

G',o/o5ida/a .Notatina, Dglucozo64transhidrogenaza, Dglucooigenoidoreductaza,2- !'!'$'>/' 2ste o flavoenzim% care conine 4 moli de flavinadenindinucleotid .:AD/ cagrupare prostetic%?mol enzim%'

8e obine din (spergillus niger .8'9'A'/, 2enicillium amagasa-iense .\aponia/ i2enicillium vitale .(usia/' 7lucozoidaza din (spergillus este considerat% enzim%intracelular% implicat% n mecanismul metabolismului energetic *n practic%, tulpinile de

(spergillus niger snt cultivate submers i miceliul respectiv este separat de mediul de cultur%Kmiceliul, care conine enzim%, este dezintegrat i glucozoidaza trece n soluie care estecentrifugat% pentru separarea pereilor celulari' Dup% purific%ri repetate, enzima este

precipitat% cu aceton% sau alcool etilic, precipitatul fiind separat prin filtrare sau centrifugare,

4>


25/75

uscat, apoi etras cu soluie tampon' 2nzim% n soluie este standardizat% i stabilizat%, putndfi p%strat% civa ani la temperatura de refrigerare'7locozoidaza din2enicillium este purificat% direct din mediul de cultur%, fiind considerat% oenzim% etracelular%, fapt care este n neconcordant% cu funcia sa n procesele bioenergeticeale celulei' De fapt, miceliul de 2enicillium se autolizeaz% rapid, n comparaie cu

(spergillus% i enzima este trecut% n mediul de biosintez%' Prin urmare, glucozoidaza din

2enicillium este tot o enzim% intracelular%' Activitatea acestor enzime r%mne neschimbat% nintervalul de temperatur% $3'''G3S-'

2nzim% posed% o specificitate de substrat foarte ridicat%,glucoza fiind oidat% de !G3

ori mai repede dect glucoza, dar aceasta nu are o semnificaie practic% deoarece mutarotaza.aldozmutarotaza, 2- #'!'$'$'/ restabilete permanent echilibrul ntre i Dglucoz%'

$.$. Transe'e!rona/e

8unt enzime care catalizeaz% reaciile de oidoreducere prin transfer de electroni de pe undonor c%tre un acceptor' *n funcie de natura acceptorului, transelectronazele pot fi+ anaerobe, cndacceptorul este o alt% substan% diferit% fa% de oigenul molecular, i aerobe, cnd acceptorul esteoigenul' Cranselectronazele anaerobe snt cunoscute i sub denumirea de citocromi, care sntlocalizai la nivelul mitocondriilor, unde particip% ca transportori de electroni n catena de respiraiecelular%'

$.3. O5ida/e

8unt oidoreductaze care catalizeaz% reaciile unor substraturi cu oigen molecular sau alperoizilor, fiind caracterizate prin transfer de hidrogen de pe un donator pe un acceptor care esteoigenul molecular' -a produs de reacie se formeaz% 464'

Fn funcie de mecanismele de aciune oidazele pot fi+

L oigenaze+ dioigenaze i monooigenazeKLoidaze transportoare de electroni+ citocromoidaza, cupruoidazele .tirozinaze,polifenoloidazele, cateholoidaza, ascorbatoidaza etc'/KL hidroiperoidaze .peroidaze i catalaze/'

:ipo#igena&a este o dioigenaz% .lipoidaza linoleat+ oigenoidoreductaza, 2- !'!$'!'!$/,fiind cunoscut% i sub denumirea de carotenoidaz%' -atalizeaz% oidarea acizilor grai

polinesaturai care conin leg%turile cis, cis" !,> pentadienice cu a1utorul 64' Acizii graipolinesaturai oidai sunt acidul linoleic .", !4 octadecadienoic/, linolenic .", !4, !#octadecatrienoic/ i arahidonic .#,@, !!, !> eicosatetraenoic/' Aceti acizi grai snt denumiieseniali' 8nt oidate i gliceridele i metilesterii acizilor grai menionai' 8e formeaz% peroiziirespectivi '

Eipoigenaza se g%sete n maz%re, fasole, arahide, cartofi, ridichi, dar activitatelipoigenazic% etrem de mare o au boabele de soia' 2nzima este activ% si la temperaturi sc%zute i

prin aciunea ei se formeaz% mirosuri nedorite n produsele vegetale respective'5oabele de soia conin dou% tipuri de lipoigenaz%, una activat% de -a 4Miar cealalt% inhibat%

de -a4M, vrful de activitate fiind suma efectelor pozitive i negative, funcie de modific%rileconcentraiei de calciu' Eipoigenaza din soia nu necesit% activare cu metale sau grupare prostetic%'Antioidanii obinuit folosii sunt inhibitori slabi ai lipoigenazei iar acidul ascorbic i tocoferoliiaccelereaz% reaciile de oidare'Eipoigenaza din soia se utilizeaz% pentru albirea f%inii de gru prin distrugerea carotenilor'

olifenolo#ida&ele .denumite cresolaze, catecholoidaze, cateholaze, tirozinaza, fenolazaK

denumire sistemic% 6difenol+ oigenoidoreductaza, 2- !'!3'$'!/ sunt enzime care transport%

4#


26/75

electronii direct pe oigen' -atalizeaz% hidroilarea monofenolilor cu formare de 6difenoli, caresunt transformai n 6chinone' 8unt larg r%spndite n plante, g%sinduse n cantitate mai mare nspecial n ciuperci, tuberculi de cartofi, frunze de ceai i tutun, boabe de cafea i n diferite fructe camere, piersici, caise, banane etc'

Polifenoloidazele din plante nu prezint% o specificitate deosebit%, puind s% acioneze asupraunor mari variet%i de compui monofenolici i 6difenolici' *n schimb, polifenoloidazele din

esuturile mamiferelor au o specificitate mult mai restrns%, acioneaz% doar asupra tirozinei idihidroifeniEalaninei'Fmbrunarea materialelor vegetale .legume, fructe proaspete t%iate/ n contact cu oigenul din

aer este datorat% polimeriz%rii sau polimeriz%rii oidative a chinonelor formate din mono i difenoli,asupra c%rora au acionat polifenoloidazele' Prin folosirea unor tratamente termice ca, de eemplu+n cazul blan%rii legumelor i fructelor, are loc inactivarea polifenoloidazelor' De asemenea,concentraii relativ mici de clorur% de sodiu, de ageni de compleare a cuprului, de acid ascorbic,834pot preveni sau minimaliza procesele de mbrunare enzimatic% a legumelor i fructelor cauzatede polifenoloidaze'

ero#ida&ele snt enzime care catalizeaz% reacii de oidoreducere dup% reacia general%+

(66 M A4] 4M (6 M An care+ (66 poate fi peroidul de hidrogen .434/ sau un alt peroid organic'Aceste enzime snt larg distribuite n microorganisme .bacterii, dro1dii/, n plante ca, de

eemplu, napi, gulii, cartofi, smochine i diferite alte legume i fructe, n esuturi i lichide biologiceanimale ca, de eemplu, ficat, lapte, saliv%, n leucocite etc'

Din punct de vedere structural pot fi grupate n+ pero#ida&e feriprotoporfirice .cu grupareprostetic% feriprotoporfirina ***/ prezente n plantele superioare .legume i fructe/, n animale .ca, deeemplu, triptofanpirolaza, tiroidiodinperoidaza/ i n microorganisme .citocrom cperoidazadin dro1dii/K verdo"pero#ida&e .cu grupare prostetic% porfirinic% diferit% de feriporfirina ***/ deculoare verzuie, cum este lactoperoidaza din lapte i flavoproteinperoidaza .cu :AD ca grupare

prostetic%/ de felul celor g%site n diferii streptococi dar i n unele esuturi animale'Fn general, peroidazele prezint% o mare stabilitate termic%' De eemplu, pentru unele

peroidaze sa constatat p%strarea a circa #3; din activitatea iniial% dup% un tratament termic de $4min la @#S-, !4 min la !33S-, 4,# min la !!GS- i 3,> min la !>#S-' Datorit% termostabilit%ii lor,determinarea activit%ii peroidazice din diferite legume i fructe este folosit% ca un indice aleficienei tratamentelor termice aplicate n procesele de blanare, sterilizare etc' Determinareaactivit%ii lactoperoidazei este folosit% la urm%rirea eficienei pasteuriz%rii n industria laptelui'

Diferitele peroidaze intervin n degradarea fructelor i legumelor, fiind implicate nmodificarea mirosului i gustului .mai ales la maz%re, fasole etc'/ n procesele de mbrunareenzimatic%'

8ub form% de preparate enzimatice, n special peroidaza obinut% din hrean, snt folosite,

al%turi de glucozoidaz%, n determinarea specific% a glucozei din diferite materiale biologice'

3. HIDROLA-E IM%ORTANTE >N INDUSTRIA ALIMENTAR

idrolazele sunt enzime care catalizeaz% scindarea hidrolitic% a substraturilor, determinnddesfacerea leg%turilor dintre atomii de carbon i ali atomi prin introducerea elementelor apei'Principalele leg%turi scindate la hidrolaze sunt leg%turile+ ester glicozidazic% i peptidic%'

3.1. Li0a/e 2i es!era/e2nzimele lipolitice snt importante n metabolismul i degradarea lipidelor' *mportana lor

fiziologic% const% n aceea c% hidrolizeaz% gr%simile alimentare cu formare de di, monogliceride i

acizi grai, produi care snt transportai, oidai i sintetizai n gliceride i fosfolipide proprii

4G


27/75

organismului' *mportana lor tehnologic% const% n faptul c% realizeaz% hidroliza controlat% alipidelor, n vederea form%rii de arome n cadrul alimentelor .de eemplu,, n cazul brnzeturilor/sau n sisteme preg%tite special pentru obinerea de aromatizani' 2nzimele lipolitice sunt implicatens% i n degradarea unor produse alimentare cu coninut ridicat n lipide .lapte i produse lactate,carne, pete, produse vegetale bogate n lipide, cum ar fi arahidele, semine de floarea soarelui, soia,germeni de gru i porumb etc'/'

Eipazele se difereniaz% de esteraze prin afinitatea lor mai mare pentru acizii grai cu lanlung din structura gliceridelor' Pe de alt% parte, pe plan structural, lipazele prezint% o poriunehidrofil% i alta lipofil%, fapt ce le permite plasarea lor la interfaa ulei?ap%, aciunea lor fiindfavorizat% de calitatea emulsiilor de tipul ulei?ap%' 8%rurile de calciu i proteinele sunt activatori.efectori/ ai lipazelor' *n cazul lipazelor din sucul pancreatic, rol de activator l au i s%rurile acizilor

biliari'2nzimele lipolitice de tipul lipazelor i fosfolipazelor sunt prezente caenzime endogene n

diferite esuturi animale, lapte, produse vegetale'Eaptele conine o lipaza .cea mai important%/ care are p optim la @,#L" i alte 4L$ lipaze

care includ i o lipaza acid%' Proteinele din lapte au aciune inhibitoare fa% de lipaze' -lorura decalciu .-a-l4/ inhib% semnificativ lipazele din lapte' Eipazele din lapte hidrolizeaz% rapid

trigliceridele simple, viteza de hidroliz% micornduse o data cu creterea lanului de acid gras dinstructura trigliceridei' Eipazele din lapte posed% si activitate de sintez%+glicerol M acid gras ] gliceride M ap%

8inteza gliceridelor este influenat% de concentraia enzimei, concentraia glicerolului,temperatura i durata incub%rii'

:ructele i legumele, dar n special seminele de gru, ov%z, secar%, soia etc', conin lipazecare provoac% deterior%ri ale acestora n condiii nefavorabile de umiditate relativ% mare a aerului,coninut mare de umiditate al cerealelor, temperatur% ridicat%' Datorit% creterii coninutului de acizigrai liberi scad propriet%ile de panificare a f%inurilor de gru' 7ermenii de gru, secar%, orz au oactivitate lipolitic% mai mare dect endospermul, deci sunt mai bogai n lipaze' 8cutelum i stratulaleuronic, de asemenea, conin mai multe lipaze dect endospermul'

Eipazele produse de microorganisme snt produse de dro1dii (Candida% ;orulopsis %mucegaiuri ('4' En/ime o'igo/ida/ie

Dintre oligozidaze, mai importante pentru industria alimentar% sunt glucozidaza .2-$'4'!'4!/, Dgalactozidaza .2- $'4'!'44/, Dgalactozidaza .2- $'4'4'4$/, Dfructofuranozidaza .2- $'4'!'4G/'

4&


28/75

"Gluco&ida&a .2- $'4'!'4!/, denumit% i emulsin%, scindeaz% leg%tura glucozidic% din glucozii r%spndii n plante cum ar fi amigdalin%, prunazin%, naringin%, dar i din celobioz% igentiobioz%' Aceast% enzim% este produsa i de unele microorganisme+ lcaligenes faecalis%

Botr)odiplodia t'eo$romae% 'oma strasseri% ,eptoria licopersici% spergillus niger% M)rot'ecium

verucaris% ;ric'oderma viride% ,acc'arom)ces lactis etc'"8"Galacto&ida&a .2- $'4'!'$4/ este prodsu% de B. stearot'ermop'ilus% enicillium

duponti% $sidia griseola% Mortierella vinaceae% spergillus a=amori. 8ubstratul natural al acestei

enzime este rafinoza, trizaharid format din galactoz%, glucoza i fructoz%' 2nzima desface rafinozan galactoz% i zaharoz% i are aplicaii n industria zah%rului i industria derivatelor proteicevegetale'

"8"Galacto&ida&a .2- $'4'4'4$/, cunoscut% i sub numele de lactaz% hidrolizez% lactoza laglucoza i galactoz% .fig' !$/' 2ste g%sit% n unele plante, microorganisme i n mucoasa intestinal% amamiferelor' 2ste obinut% din tulpini de mucegaiuri (spergillus niger% spergillus or)&ae%

spergillus foetidis% din dro1dii (6lu)verom)ces fragilis% 6lu)veromices lactis% Candida pseu"dotropicalis% ;orulopsis lactis i bacterii (:acto$acillus $ulgaricus% ,treptococcus t'ermop'ilus%+sc'eric'ia coli.

Preparatele lactazice din dro1dii acioneaz% bine la p/ ^G i la temperatura de $# ''' >3S-,deci la pul substratului natural .lapte degresat, lapte concentrat/, cele de origine fungic% auactivitate maim% lap _ # i la temperatura de #3 ''' G3 I-, fiind recomandate pentru hidrolizalactozei din zer' Din spcrgillus or)&ae i spergillus niger se obin lactaze acidoactive iacidostabile, folosite la hidroliza lactozei n mediu acid' Eactaza de origine bacterian% (+. coliacioneaz% bine lap` &,$ i la 5> ?C. *onii de sodiu i potasiu snt activatori ai lactazei din+. colii din dro1dii'

Preparatele enzimatice de lactaz% se utilizeaz% pentru obinerea de produse lactate destinate

i adulilor care prezint% intoleran% la lactoz% .deficient% congenital%, primar% sau secundar% de

4@


29/75

lactaz%/, pentru obinerea siropuluiXde lactoz% ce are multiple aplicaii n industria alimentar%, pentrumpiedicarea apariiei unor defecte n produsele lactate concentrate i congelate' 8e utilizeaz% i n

panificaie, n cazul utiliz%rii zerului pulbere la fabricarea pinii'

3.$. Ami'a/eAmidonul, cel mai important homoglucid de rezerv% din regnul vegetal, se g%sete n diferite

materii prime folosite n industria alimentar%, de obicei sub form% de granule, n cele dou%componente principale, amiloza i amilopectina, care snt dispuse n straturi concentrice, fiindnsoite de mici cantit%i de alte substane organice .protide, lipide/ i substane anorganice . $P6>,8i3$, 46/' Amiloza care reprezint% 43L4#; din amidon, este alc%tuit% din unit%i de glucoza legatentre ele prin leg%turi U l> glucozidice, gradul de polimerizare fiind de 433LG333 .n medie !3$/'Amilopectina care reprezint% L@3; din amidon este format% din lanuri liniare de glucoza legateU l> glucozidic, lanuri care se grefeaz% unele pe altele prin leg%turi U lG glucozidice' Num%rulleg%turilor U l G glucozidice reprezint% #LG; din ansamblul de leg%turi din amilopectin%, gradul de

polimerizare al acesteia fiind de !3#L!3"resturi de glucoza'8ub form% de granule, amidonul este rezistent la aciunea enzimelor amilolitice' *n general,

enzimele amilolitice acioneaz% numai n condiiile n care granulele de amidon sunt cel puin lezate

.de eemplu n cazul amidonului din cereale supuse m%cin%rii/ i mai ales cnd amidonul a fostgelificat prin nc%lzire n prezen% de ap%, realiznduse pe aceast% cale o hidratare, o umflare i decio spargere a granulelor de amidon' 8ub aceast% form% amidonul devine uor atacabil de enzimeleamilolitice care, acionnd asupra amilozei i amilopectinei, produc desfacerea hidrolitic% aleg%turilor U l> glucozidice, determinnd depolimerizarea acestora i formarea de detrine dediferite m%rimi, maltoz%, glucoza'

2nzimele implicate n degradarea amidonului pot fi endogene, care se g%sesc n cantitate maimare n cereale ncolite, importante n cazul orzului ce este transformat n mal, i eogene, care ncea mai mare parte sunt de natur% bacterian% sau fungic%' Amilazele sunt bine caracterizate idifereniate pe baza tipului de leg%tur% hidrolizat%, modul lor de atac .endo sau eo/, natura

substratului limit% i produii de degradare' 2nzimele care atac% amidonul snt glucozilhidrolaze iaparin urm%toarelor grupe+a; En/ime are ,# i &,3,p/"ul optim depinznd de originea enzimei'8tabilitatea la c%ldur% este de asemenea diferit% n funcie de originea enzimei' UAmilaza hidrolizeaz% mai mult sau mai puin la ntmplare leg%turile l> glucozidice din interiorul moleculelor deamiloz% i amilopectin%, conducnd la detrine de diferite m%rimi, respectiv la lichefiereaamidonului i la o hidroliza prelungit% i la maltoz% i maltotrioze'

Amilazele pot fi de origine animal% .amilaz% produs% de glanda salivar% i pancreas/, deorigine vegetal% .cereale ncolite n special mal/ cu importan% n industria berii, spirtului i

panificaiei i de origine microbian% .bacterii, mucegaiuri i mai puin dro1dii/, cele de originebacterian% fiind mai stabile la c%ldur% dect cele de origine fungic%'

"mila&a% denumit% i amilaz% zaharigenic%, U l> glucanomaltohidrolaza .2- $'$'!'4/hidrolizeaz% leg%turile U l> glucozidice ale amidonului de la capetele nereduc%toare ale lanurilor

poliglucidice .este eoenzim%/' Amiloza cu num%r impar de unit%i de glucoza este transformat% n

maltoz% n proporie de "3; i n maltotrioze' Ea concentraii mari ale enzimei i la hidroliz%

4"


30/75


31/75

proteidelor, polipeptidelor i oligopeptidelor, conducnd la eliberarea de peptide de diferite masemoleculare, sau chiar la aminoacizi, dup% urm%toarea reacie general%+

Fn funcie de regiunea din molecula proteidelor sau polipeptidelor la nivelul c%reiaacioneaz%, acestea se subdivid n endo i eopeptidhidrolaze K endopeptidhidrolazele, denumite i

proteinaze sau peptidilpeptidhidrolaze, scindeaz% hidrolitic leg%turile peptidice din interiorulcatenelor polipeptidice ale proteidelor i proteinelor cu masa molecular% mare, producnd catene

polipeptidice de mas% molecular% mai mic%, iar eopeptidhidrolazele, peptidazele saueopeptidazele catalizeaz% desfacerea hidrolitic% a leg%turilor peptidice de la etremit%ile catenelor

polipeptidice sau oligopeptidice, conducnd, n general, la eliberarea de aminoacizi' 2opeptidazelepot aciona att asupra produilor de hidroliz% a endopeptidhidrolazelor ct i asupra unor proteinenehidrolizate' Ea rndul lor, eopeptidazele, se subdivid n aminopeptidaze, care desfac hidrolitic

aminoacizii de la capetele N terminale ale catenelor peptidice .corespunz%toare resturilor deaminoacizi cu gruparea LN4liber%/ i carboipeptidaze ce scindeaz% hidrolitic aminoacizii de lacapetele - terminale .corespunz%toare resturilor de aminoacizi cu gruparea L-66 liber%/'

Fn cadrul eopeptidazelor se grupeaz% i dipeptidazele, care desfac leg%turile peptidice dindipeptide, precum i dipeptidilpeptidhidrolazele, care scindeaz% dipeptide de la cap%tul N terminalal lanului polipeptidic i peptidildipeptidhidrolazele ce elibereaz% dipeptide din cap%tul - terminal'

*n cazul endopeptidhidrolazelor, lunduse n considerare unele grup%ri funcionale dincentrii activi ai enzimelor, comportarea fa% de unii inhibitori sau activatori i efectul pului, se potdistinge+

L proteinaze serinice, care au n centrul activ un rest de serin% i care sunt inhibate de unii compuiorganofosforiciK acestui grup i aparin+ tripsina, chimotripsina, elastaza, subtilizina .din Bacillus

sp.%proteinaza alcalin% dinspergillus sp. etc'KL proteinaze tiolice sau 8dependente, care au n centrul activ grup%ri L8 libere,corespunz%toare resturilor de cistein% i care pot fi inactivate prin blocarea acestora cu metale grele,cu ageni alchilani sau oidaniK din cadrul acestora fac parte+ papaina, ficina i bromelinaK

L proteinaze carboilice .acide/ al c%ror centru activ cuprinde grup%ri carboilice ionizate i caresunt active n domeniu dep acidK din acest grup fac parte proteinazele care coaguleaz% laptele,chimozina, pepsina, proteinazele produse de Mucor sp.% precum i proteinazele acide produse de

spergillus sp. KL metalproteinaze, care sunt activate de ioni metalici legai de centrul activ .ca, de eemplu, -a4M,=n4M, 0g4M, :e4M/K din grupul acestora fac parte+ colagenazele, proteinaza neutr% produs% de Bacillus

su$tilis% sauspergillus or)&ae etc'Dintre peptidhidrolazele vegetale +%a0aina. 8ub denumirea de papain% se nelege preparatul brut ce se colecteaz% din fructele

de Car)ca papaia% cu puin nainte de coacerea acestora' Eateul colectat n contact cu aerul secoaguleaz%, dup% care se usuc% sub vid, se macin% i se cerne' Preparatul brut de papaia conine defapt trei fraciuni+ papain% propriuzis% .!3;/, chimiopapain% .>#;/ i lizozim .43;/, ultimafraciune fiind denumit% i papainpeptidaz%' Aceste fraciuni difer% ntre ele prin masa molecular% i

punctul izoelectric'Papaina propriuzis% este o proteinaz% tiolic% constituit% dintrun lan polipeptidic format din

4!4 resturi aminoacizi' Papaina are o activitate specific% larg% hidroliznd att peptidele mici ct iproteinele' 2ste foarte activ% n hidroliza amidelor i esterilor' Are pul optim n 1ur de G' Papaina

are o stabilitate bun%'

$!


32/75


33/75

i obinerea de preparate peptidhidrolazice din microorganisme, n special din bacterii i fungi'*nteresul pentru astfel de preparate proteolitice a crescut i mai mult dup% anul !"G#, cnd saufolosit astfel de preparate pentru obinerea de detergeni cu enzime, de tip 5iote, care conin

proteaze produse deBacillus lic'eniformis.0ulte din microorganismele folosite la producerea de preparate proteolitice produc aceste enzimeetracelular, secretndule n lichidele de cultur%, ceea ce uureaz% foarte mult condiiile de

prelucrare industrial% pentru obinerea de preparate enzimatice' Datorit% acestor fapte, eist% nprezent tendina ca o serie de preparate proteolitice de natur% vegetal% sau animal% s% fie nlocuitedin ce n ce mai mult cu preparate proteolitice microbiene, care sunt n general mai ieftine i de omai mare diversitate'

Fn prezent snt cunoscute numeroase tulpini de microorganisme care secret% n mediile lor decultur% cantit%i apreciabile de enzime proteoliticeK dintre acestea, ns%, sunt folosite pentru obinereade preparate proteazice numai tulpinile nepatogene i care nu produc toine' De mai muli ani, ndiferitele sectoare ale industriei alimentare, se folosesc proteaze obinute mai ales prin cultivareaunor microorganisme ca+Bacillus su$tilis% Bacillus lic'eniformis% Bacillus megaterium% spergillusniger% spergillus or)&ae% ,treptom)ces sp.%


34/75

coccidiostate, pesticide, bioinsecticide, inocul pentru semine, vaccinuri, antihelmintici etc', nproducia vegetal% sau animal% pentru a m%ri producia de alimente necesare omului ' De remarcatc%, printre metaboliii secundari se num%r% i micotoiele, n special aflatoinele cu aciuned%un%toare omului i animalelor'

Producia de metabolii secundari este afectat% de mecanismele determinate genetic ca+derepresia .inducia/, reglarea catabolic%, reglarea feedbac la care trebuie ad%ugat% reglarea de bT

pass' (eaciile de producere a celulelor, biomasei i a metaboliilor pot fi paralele, perfectconsecutive .sau decuplate/ sau parial cuplate *n funcie de tipul de reacie se conduce ifermentaia respectiv%' :ermentaiile pot fi conduse discontinuu sau continuu, impunnduseoptimizarea lor' Fn aceast% direcie, n cazul fermentaiei discontinue, optimizarea trebuie s% rezolvedou% situaii+

cnd substratul este inhibitor pentru producia de metabolit .sau biomas%/ cnd produsul este inhibitor .biomas% sau metabolitul/'

Prima situaie se ntlnete, de eemplu, la obinerea biomasei de dro1die de panificaie, underepresiunea catabolic% de c%tre glucide antreneaz% o producie de alcool etilic care trebuieevitat%, cele dou% soluii posibile fiind evitarea ecesului de substrat, lucrnduse cu cultura in patIi, respectiv, plasarea unui detector de alcool n efluentul de gaz .-64/, care permite s% se cunoasc%aportul de substrat ce trebuie furnizat'

A doua situaie se ntlnete, de eemplu, la producia de culturi lactice, a c%ror dezvoltareeste nsoit% de formarea de acid lactic .bacterii homofermentative/ sau alcool etilic?acid lactic.bacterii heterofermentative/' Pentru a obine celule de bacterii n cantitate de G3 g?!, este necesar% odializ% a culturii, tehnic% ce se poate aplica i la fabricarea dro1diei de panificaie, n care cazcelulele de dro1die se separ% prin centrifugare iar lapteleI de dro1die este reciclat' *n acest fel seobin !$3 g dro1die?!'

8istemele de fermentaie continu% se pot clasifica dup% natura biocatalizatorului .imobilizatsau nu, sistem eterogen sau nu, celule incluse, adsorbite, grefate prin covalen%/, gradul de reciclareal celulelor, gradul de amestecare a fluidelor reacionabile n reactorul continuu '

%rod,(ia de en/ime. 0icroorganismele produc o serie de enzime folositoare pentruindustria alimentar% i alte industrii, constituind deci surse de enzime' Producia de enzime vadepinde de tipul de microorganism folosit i de condiiile de dezvoltare+ compoziia chimic% amediului de cultur%,p/% temperatur%, adaosul de substane de inducere sau sc%derea cantit%ii desubstane represoare n mediu'

2nzimele produse de microorganisme sunt utilizate n industria alimentar% pentrubioconversia unor substane n altele, dar i n alte scopuri .mbun%t%irea calit%ii produseloralimentare, creterea capacit%ii de conservare, creterea digestibilit%ii prin hidroliza enzimatic%,ndep%rtarea compuilor nedorii din materiile prime sau produse alimentare, mbun%t%ireatehnologiilor de prelucrare a produselor alimentare n sensul simplific%rii, scurt%rii procesului

tehnologic i micorarea costurilor energetice etc0icroorganismele intervin ns% i n sens negativ+ datorit% capacit%ii lor patogenemanifestat% prin nsuirea de a p%trunde n organismul viu, se nmulesc n acest organism, secret%toine i anihilaz% sistemele de ap%rare ale organismului viu' Nu trebuie negli1at% nici capacitateaunor microorganisme de a elibera toine .eotoine/ n mediul n care se dezvolt%, inclusiv n

produse alimentare prin al c%ror consum se produc toiinfecii alimentare'

1. BACTERIILE

Dintre bacterii, cele mai importante, care se utilizeaz% n industria alimentar%, aparinurm%toarelor genuri+

$>


35/75

1.1. Gen,' S!re0!oo,s

Gilliland mparte streptococii n patru grupe+ )ogenic (,tr. aglactiae% ,tr. p)ogenes%Airidans (,tr. salivarum% ,tr. $ovis% ,tr. t'ermop'ilus% +nterococous (,tr. faecalis% ,tr. faecium% ,tr.

durans% :actic (,tr. lactis% ,tr. cremons% ,tr. diacetilactis/'Ali cercet%tori consider% c% grupul streptococilor lactici cuprinde doar specia ,tr. lactis cu $

subspecii+ ,tr. lactis subspecia lactis% ,tr. lactis% subspecia cremoris% numit uzual ,tr. cremoris i ,tr.lactis% subspecia diacetilactis (,tr. diacetilactis.8treptococii lactici fermenteaz% lactoza, zaharoza, maltoza la acid lactic, dezvoltnduse bine

pe un substrat proteic nutritiv care trebuie s% conin% peptide, aminoacizi i vitamine din grupul 5'Coate speciile sunt homofermentative' 8treptococii lactici se grupeaz% n diplo sau sub form% delanuri, mai lungi la dezvoltarea n bulion i mai scurte la dezvoltarea n lapte' abitatul obinuit lconstituie laptele i produsele lactate'

,tr. lactis i ,tr. diacetilactis se izoleaz% din laptele crud, iar ,tr. cremoris din produselelactate acide' ,tr. t'ermop'ilus% inclus n grupa streptococilor Airidans de c%tre Gilliland% este totuicooptat n grupa streptococilor lactici, dei nu se ncadreaz% din punct de vedere serologic' Acestaeste termofil .temperatura optim% de dezvoltare $& ''' >#S-/, fapt care pledeaz% pentru originea sa

intestinal%' 8e poate dezvolta pn% la #3S-, dar nu i la 43S-' 2ste sensibil la o concentraie de 4;Na-l n mediu, fermenteaz% un num%r redus de zaharuri .zaharoza, lactoza, glucoza/' Nufermenteaz% maltoza' Pentru dezvoltare are nevoie de vitamine din grupul 5 dar nu i de purine i

pirimidine'Me!a&o'ism,' g',ide'or , 0rod,ere de aid 'a!i a 0rod,s fina' 0rini0a'.

8treptococii lactici fermenteaz% lactoza prin transformare mai nti n glucoza i galactoz%GP'8treptococii lactici dei sunt homofermentativi, n condiiile n care glucidele din substrat suntlimitate, formeaz% produi finali de heterofermentaie'

A!i)i!a!ea 0ro!eo'i!i#. Activitatea proteolitic% a streptococilor este apreciat% ca fiind maislab% dect a lactobacililor, fapt constatat prin determinarea azotului neproteic n laptele degresatinoculat cu ,tr. lactis. 8e consider% c% diferitele tulpini de streptococi degradeaz% foarte puin .sauchiar de loc/ cazeina, dei anumii streptococi (,tr. cremorisproduc att peptidaze etracelulare cti intracelulare'

En!erooii. 7rupul enterococilor cuprinde speciile ,treptococus faecalis% ,treptocccusfaecium i ,treptococcus durans. 8e dezvolt% la !3S- dar i la >#S-' ,tr. durans i ,tr. faecium seg%sesc n brnzeturile fabricate din lapte crud, ultimul posednd i o bun% activitate acidifiant%' Prin

proteoliza cazeinei stimuleaz% dezvoltarea bacteriilor din genul :euconostoc. ,tr. faecium i ,tr.durans se utilizeaz% la fabricarea brnzei -heddar n 8'9'A' n scopul acceler%rii matur%rii'

1.". Gen,' Le,onos!oAcest gen cuprinde bacterii cu form% sferic%, lenticular%, grupate n perechi sau lanuri,

imobile, asporogene, gram negative, facultativ anaerobe, catalazonegative, heterofermentative' Aunevoie pentru dezvoltare de vitamine .acid nicotinic, acid pantotenic, tiamin%, biotin%/ i zaharurifermentescibile' 8pecii de leuco

Biotehnologii in Industria Alimentara - VCURS .doc

Documents

Transcript of Biotehnologii in Industria Alimentara - VCURS .doc