Precursorii de arom din pine

Precursorii de arom din pine

Cap. I. CONSIDERATII TEORETICEI.1. ISTORIA AROMELOR

Aromele au fascinat ntotdeauna, mirosul fiind unul din simurile ce permit vertebrelor i altor organisme ce posed receptori olfactivi s identifice i s evalueze alimentele i semenii, furniznd de asemenea senzaii plcute (parfumul florilor) sau avertiznd de prezena unor pericole (alimente degradate). Att pentru oameni ct i pentru animale, mirosul este un mijloc prin care natura comunic cu noi. Senzaia de miros, fie contient,fie incontient este o latur a existenei umane care ne controleaz simurile i ne ajut la nelegerea vieii (Marcel Proust). Impresia de miros a fascinat ntotdeauna partea uman, iar mitul asociat acestui sim a fost ncorporat n rituri i a primit o nsemntate simbolic, reflectat destul de des n scrierile antice. S-a presupus c diferite mirosuri cum ar fi cele rezultate de la arderea unor rini, buci de lem sau plante aromate, posed proprieti magice, acestea fiind folosite n semn de nchinare ctre Dumnezeu. S-a presupus, de asemenea c mirosurile protejeaz viaa, nltur bolile i rul i creeaz o legtur ntre om i strmoii lui.

nca din antichitate mirosul a trezit interesul multor scriitori i filozofi. Astfel Homer scria c nuanele de miros sunt considerate plcute de ctre zeii greci. Un mare numr de odorani ai fost folosii nc din antichitate drept agenti terapeutici, utilizarea lor este descris n Naturalis Historia de ctre Pliny i n De Materia Medica de ctre Diosforides. ntre secolele al XII-lea i al XIII-lea au aparut asociaii din domeniul produselor aromatizante, dintre care sunt de amintit Asociaia Londoneza a Aromaticienilor i Asociaia Cosmeticienilor (1268), iar regale Henryc I a aprobat nfinarea Asociaiei Parfumierilor [1].

n terminologia englez, noiunea de arom are trei sensuri diferite. n primul rnd, notiunea se folosete pentru a descrie senzaia, rspunsul fiziologic i psihologic al simului. n al doilea rand, noiunea se refer la stimulul nsui, la proprietile substanei pe care o percepe ca arom acelei substane, n al treilea rnd, noiunea se refer la o anumitcategorie de substane care cauzeaz n stimul. Aceste trei sensuri sunt reflectate n dou definiii, una prezentat de Hall (1968) i alta de Societatea Chimitilor pentru Arome (1969).

Dupa Hall (1968) definiia dat aromei este urmtoarea: Aroma este suma acelor caracteristici ale unui material luat n gur i care este perceptat de ctre simurile de gust i miros i de asemenea de receptorii de durere i tactili n gur, primit i interpretat de creier.

Societatea Chimitilor pentru Arome (1969) definete aroma n felul urmtor :

Aroma este o substan care poate fi o entitate chimic, singular sau n amestec cu alte substane chimice de origine natural sau sintetic, al crui scop principal este de a conferii o arom particular unui aliment sau unui produs luat n gur.

Exist i alte definiii ale aromei printer care amintim pe cea dat de Berthier si Gunod (1979) : Aroma este ansamblul de substane prezente in alimente i capabile de a da senzaii alternative.

Considerm c definiia Societatea Chimitilor pentru Arome (1969) se refer la definiia unui aromatizant (substane) care se adaug , iar cea dat de Berthier si Gunod (1979) se refer la mirosul unei substane [2].

I.2. AROMATIZANII I CLASIFICAREA LOR

n present exist tendina de a se consuma produse alimentare cu arom mai intens, ceea ce implic :

O mai mun orientare n selectarea materilor prime ;

O optimizare a procesului tehnologic n vederea diminuarii pierderilor de arom prin volatilizarea , distrugerea sau modificarea aromei, ca urmare a interaciunilor fizice ntre substanele de gust i miros i purttorii de arom (componentele produsului),sau datorit interacunilor chimice intre substanele de arom precum i influenei factorilor de mediu (temperatur, oxigen, lumin) care determin profilul, intensitatea i stabilitatea aromei.

O cale eficace de intensificare a aromei produselor alimentare este cea a adaosului de aromatizani, mai ales la produsele simulate unde nu exist precursori de arom specifici. Folosirea aromatizanilor este oportun i n cazul produselor alimentare la care, din motive de nutriie s-a diminuat coninutul de lipide i zaharuri. Aromatizanii se folosesc nu numai pentru intensificarea aromei specific produsului dar i pentru a imprima o anumit arom, aa cum este cazul buturilor rcoritoare carbonatate, pentru a modifica aroma specific unui produs alimentar (de exemplu folosirea malului prajit pentru a modifica aroma unor finuri cerealiere sau leguminoase) i chiar pentru a o masca.

Obinerea si folosirea aromatizanilor implic ins luarea n considerare a urmatoarelor probleme :

Aprovizionarea materiei prime (se pune problema costurilor materilor prime din import n contextual actual politic, social i economic);

Compoziia chimic a materilor prime ( trebuie s fie ct mai constant );

Utilizarea (trebuie s in seama de nevoile productorilor de produse alimentare);

Legislaia (aromatizantul trebuie s se ncadreze n cerinele legislaiei);

Nota aromatic (trebuie ca aromatizantul s corespund gustului consumatorilor);

Caracteristicile tehnice (componentele aromatizantului nu trebuie sa intre n reacie cu suportul alimentar sau cu ambalajul; nu trebuie ca aromatizantul sa fie modificat n procesul tehnologic de obinere a produsului alimentar);

Pstrarea calitii aromatizantului livrat ;

Costurl aromatizantului (s fie ct mai sczut);

Cea mai bun definiie a aromatizantului ni se pare cea dat de IOFI (1973):Aromatizantul este acel produs (preparat) care particip la elaborarea unui aliment pentru a conferi o anumit arom sau pentru a modifica aroma preexistenta .

Pe baza acestei definiii se pot distinge trei mari familii de aromatizani :

Aromatizani ce confer o arom unu produs care posed arom proprie iniial sau numai component responsabile de gust ( aromatizani consecutive ). Aa este cazul aromatizanilor pentu analogii de carne ;

Aromatizai adaugai pentru a restabilii aroma iniial a produsului alimentar

( aromatizani complementari ). Aa este cazul aromatizanilor incorporai n sucurile de fructe care au pierdut din aroma proprie n cursul obinerilor ;

Aromatizani adaugai pentru a modifica aroma de baz cu scopul obinerii unui produs nou ( aromatizani suplimentari).

Dupa puterea de aromatizare se pot distinge :

Aromatizani cu putere mare ( 1:2000 ) ;

Aromatizani cu putere medie ( 1:25 - 1:2000) ;

Aromatizani cu puttere mica, care se utilizeaz direct in fabricaie, cum ar fi condimentele pentru industria preparatelor din carne.

ntre intervalul de aromatizant folosit si contributia procentual a acesteia la aroma unui produs alimentar exist o strns corelaie.Dup Tilgner, aromatizanii se clasific in : Aromatizani care se obin exclusive prin procedee fizice din materii prime vegetale ;

Aromatizani care se obin din materii prime vegetale sau animale pe cale chimic ( care conin deci substane identice cu cele din produsele natural) sau pe cale sintetic ( care conin substane identice cu cele prezentate n produsele natural ) ;

Aromatizanii artificiali, respective substane care nu se gasesc n produse naturale .

innd seama de clasificrile facute n unele lucrari de specialitate, considerm mai logic urmatoarea clasificare a aromatizanilor :

Aromatizani naturali ;

Aromatizani sintetici ;

Aromatizani de prelucrare termic ( aromatizani de prelucrare tehnologic).

CAP. II AROME DIN REACIA MAILLARDII.1. REACIA MAILLARD. INTRODUCERE. ISTORIC

Termenul de reacie Maillard, sau nbrumare neenzimatic a fost introdus n onoarea descoperitorului acestei reacii, Louis Camille Maillard. La sfritul anului 1911 (27 noiembrie) Maillard publica un studiu remarcabil privind condensarea aminoacizilor cu glicerina, obinnd cicloglicilglicina i pentaglicilglicina. Acesta a utilizat apoi zaharuri (hidrai de carbon) n locul glicerinei pentru studiul formarii polipeptidelor prin reacia aminoacizilor cu alcoolii i a dedus c gruparea aldehidic ( a unei aldoze ) prezint un efect mult mai intens asupra aminoaciziilor dect gruparile hidroxilice, ceea ce a produs la descoperirea reaciei ce-i poart numele. Maillard a publicat cel puin ase lucrri tinifice privind sinteza peptidelor i cel puin opt articole legate de reacia dintre aminoacizi i zaharuri. Aceast reacie prezint pe scurt n 1912, a fost descris n detaliu mai trziu (1916). Maillard a realizat reacii ntre diferii aminoacizi i glucoza, ntre glicin si diferite zaharuri (arabinoz, xiloz, glucoz, manoz, galactoz, fructoz, maltoz, lactoz i zaharoz), a demonstrate c zaharoza (un dizaharid nereductor) nu da reacie de mbrumare cu glicina, dect dup nclzirea ndelungat (dupa hidroliza zaharozei), a studiat reacia dintre glicin i xiloz sau glucoz la 40 i 34 C pentru a cunoate posibilitatea unor astfel de transformri in vivo i a studiat natura chimic a produilor de mbrumare din alimentele tratate termic, respectiv acelor din cumus i crbuni.

Primii care au utilizat preponderent termenul de reqacie Maillard au fost Ellis (1959), Heyns i Paulsen (1960), dei acest termen a mai fost utilizat de Thompson (1950), Patron, Goeffroy,Wegner i Lange. De asemenea mai apar referiri la reacia Maillard i n cteva lucrri mai vechi ale lui Ruckdeschel (1914).

Prezentarea schematic a reaciei Maillard a fost facut pentru prima dat de ctre Hodge, aceasta fiind foarte util i n studile actoale ; prima etap a reaciei Maillard presupune condensarea unui aminoacid cu o aldoz cu formarea unei baze Shiff, produs identificat pentru prima oara de ctre Maillard n 1916. Aldozilamina N-substituit rezultat este transformat ntr-o deoxicetozilamin printr-o rearanjare Amadori (n reacia unui aminoacid cu o cetoz se obine o deoxialdozilamina prin aranjare Heyns). O cale general pentru reacia Maillard a fost postiulat de ctre Katos n 1968. Zaharid + Aminoacid Compus Amadori Pigment Brun

Pigmenii bruni care apar n reacia Maillard sunt n principal melanoidinele, structure polimere diferite de melanine, humane sau carameluri, dar similar structural cu humusul.

Odat cu dezvoltarea metodelor de analiz s-au efectuat studii privind aspectele nutriionale ale reacie Maillard (formarea de arome plcute pentru diverse produse alimentare, datorate n special aldehidelor i pirazinelor volatile rezultate din aceast reacie, modificarea valorii nutritive pentru protein sau compoziiei in diverse zaharuri), mutagenicitatea produilor reaciei Maillard (unii compii rezultai n reacia Maillard, de tipul aminelor heterociclice, care se gasesc de exemplu in cafeaua i ciaiurile preparate pentru consum, sunt compui mutageni, dar nu cancerigeni), apariia produilor reaciei Maillard in vivo (apariia in vivo a unor compui de tipul intermediarilor Amadori), activitatea antioxidant a unor compui ai reaciei Maillard (datorata n principal metanoidelor, dar i unor reductone) i formarea compuilor acestei reacii in condiiile iradierii cu mircounde.II.2. REACIA MAILLARD

Reacia Maillard sau mbrumarea neenzimatic este definit ca o serie de reacii paralele i consecutive complexe care au loc ntre amine i compuii carboxilici, n special ntre aminoacizii i zaharurile reducatoare, cu formarea unui amestec complex format n principal din pigmeni polimerici nevolatili (melanoidine) de unde i termenul de reacie de mbrumare i o poriune mult mai mic, dar foarte activ din punct de vedere olfactiv datorit pragurilor de deteciefoarte sczute ale unor constitueni, format din compui mai mult sau mai puin volatile.

Iniial reacia Maillard a fost definit i clasificat in stadia iniiale,avansate i finale, nsa aceast clasificare prea generala i simplist pentru cunotinele actuale.

ntr-o prima etap a reaciei Maillard are loc condensarea unei grupe aminice a unui aminoacid cu gruparea carbonilic a unui zaharid reductor cu formarea N-glicozilaminelor, cunoscute ca intermediari Amadori(provenii de la aldoze) i Heyns (provenii de la cetoze)(figura 2.1).

Figura 2.1. Formarea produilor Amadori i Heyns.

Propagarea reaciei Maillard poate fi cel mai bine descris prin formarea i interaciunea aa-numitelor sfere chimice generate din precursori specifici. Exist trei astfel de precursori principali: zaharuri (Z), amnoacizi (A), i intermediari Amadori i Heyns (I) (figura 1.2). Natura i raportul relative al acestor precursori principali, care constituie sfera parinte {A x Z x I}, vor vor determina calea de desfaurare a reaciei Maillard n condiii de fragmentare specifici. O grup de produse rezultate ntr-un singur precursor sau din interaciunea precursorilor este denumita sfer chimic. Sferele rezultate din descompunerea celor trei precursori principali din sfera printe sunt denumite sfere de fragmentare primar. Astfel aminoacizii vor genera sfera de fragmentare a aminoacizilor, {A}, zaharurile vor genera sfera de fragmentare a zaharurilor, {Z}, iar intermediarii Amadori i Heyns sfera de fragmentare a intermediarilor Amadori i Heyns, {I} (figura 1.3). Populaia unei sfere const fie n produii stabili, ce pot sau nu s reacioneze mai departe, fie din intermediary reactivi ce pot conduce la interaciuni ntre componenii aceleiai sfere, pe de-o parte, sau ntre compoenii unor sfere diferite, respective pot polimeriza, conducnd la sfera de interaciuni (figurile 1.3 i 1.4). Populaiile sferelor de fragmentare primar pot conduce la trei tipuri de sfere de interaciune (figura 1.3):

(1) Componenii unei singure sfere pot interaciona ntre ei cu Formarea sferelor de interaciune interna: {AxA}, {ZxZ} i {IxI}. Sunt compui in aceste sfere polimerii cu mase molecular mici, dimerii, uniiprodui de condensare aldolic.

(2) Aceti componeni pot interaciona cu componenii din alte sfere de fragmentare cu formarea a trei sfere de interaciune secundar {AxZ} {AxI} i {ZxI} ;(3) Componenii tuturor sferelor pot interaciona ntre ei cu formarea sferelor de interaciune multil, mult mai complexe.Se pot genera astfel n reacia Maillard trei sfere de fragmentare primar bine definite, ase sfere de interaciune i un numr necunoscut de sfere de interaciuni multiple.

Majoritatea componenilor din sferele de fragmentare primar reprezint blocuri de construcie pentru produii reaciei Maillard. n consecin, faza iniial a reaciei Maillard poate fi privit ca suma celor trei sfere de fragmentare primar rezultate din aminoacizi, zaharuri i produii Amadori i Heyns. Propagarea reaciei Maillard are loc apoi prin interaciunile dintre diferitele sfere de interaciune cu generarea unor produi cu mase molecular mai mari sau mai mici (figura 1.4). Componenii sferelor de fragmentare primar pot genera polimeri omogeni, in timp ce componenii sferelor de interaciune multiple pot conduce la polimeri heterogenic.

Figura 2.2 Generarea sferelor de fragmentare primar blocuri de construcie in reacia Maillard din componentele sferei printe. Figura 2.3. Genealogia sferelor de interaciune intern ({AxA}, {ZxZ}, {IxI}) i a sferelor de interaciune secundar ({AxZ}, {AxI}, {ZxI}) din sferele de interaciune primar ({A}, {Z}, {I}).

Figura 2.4. Reprezentarea conceptual a reaciei Maillard: formarea i interaciunea sferelor chimice

II.2.1. SFERE DE FRAGMENTARE PRIMARGenerarea blocurilor de producie pentru produsele reaciei Maillard

Att natura sferei de fragmentare a aminoacizilor, ct i natura sferei de fragmentare a produilor Amadori i Heyns sunt foarte caracteristice i specific pentru aminoacizii prezeni, ns componentele din sfera de fragmentare a zaharurilor nu sunt foarte specific pentru zaharuri, acestea putnd fi generate prin prezena oricrei hexoze (table 1.1) . n plus, prin reaciile componentelor din sfera de fragmentare Amadori i Heyns care conduc la ruperea legaturilor din carbon-azot, se pot forma fragmente cum ar fi deoxiozonele, dar acestea sunt considerate ca facnd parte din sfera de fragmentare a zaharurilor (figura 1.2).Sfera de fragmentare a aminoacizilor, {A}, rezult c degradarea aminoacizilor prin procese ca decarboxilare sau deaminare, conducnd la acizi carboxilici i amine. Acizii carboxilici pot fi apoi decarboxila cu generarea compuilor alifatici sau aromatic stabili, n funcie de natura lanului hidrocarbonat. De asemenea, unele produse pot rezulta din resturile molecular ale diferiilor aminoacizi, cum este cazul indolului provenit din triptofan, stirenului din fenilalamina i a compuilor cu sulf din metionin sau cistein.Sfera de fragmentare a zaharurilor, {Z}, const n fragmente de zaharuri C1,C2,C3,C4,C5 i C6 (table 1.1) ca a-hidroxicetonele, a-hidroxialdehidele, compiii dicarbonilici, cetoaldehidele, acidul acetic, acidul formic i formaldehidela. Aceast sfer poate conine, de asemenea, diferite aldoze,cetoze i deoxi-derivaii sau derivaii deshidratai ciclici sau acilclici ai acestora, cum ar fi compuii heterociclicicu oxygen, furanonele, piranonele, furanii i deoxiozonele. Compui similari pot fi obinui prin reacii de rupere a legaturii carbon-azot din compuii Amadori i Heyns, careaparin tot acestei sfere.Principalii precursori din sfera de fragmentare Amadori i Heyns {I}, sunt formai imediat dupa interaciunea zaharurilor cu aminoacizii in sfera printe. Aldohexozele genereaz compui Amadori, iar cetohexozele compui Heyns; aceti compui sunt interconvertibili n prezena unui exces de aminoacid. Componentele din aceast sfer sunt formate prin fragmentarea produilor Amadori i Heyns, care ns nu implic ruperea legturilor carbon-azot, ci adesea scindri ale legturilor carbon-carbon prin reacii retroaldolice, genernd fragmente de zaharuri legate de aminoacizi sau resturi molecular ale acestora, cum ar fi produsele Amadori cu gliceraldehida i diferite diuloze substituite cu aminoacizi. De asemenea, la aminoacizi i zaharuri. Ionii de piriliu, de exemplu, pot fi considerai ca fcnd parte din aceast sfer, mecanismul propus fiind cel de dezhidratare a formelor ciclice a produilor Amadori.Sfere de fragmentareComponentele sferelor de fragmentare

Sfera de fragmentare

a aminoacizilor {A}Aminoacizi

Amine

Acizi carboxilici

Alcani i hidrocarburi aromatice

Fragmente generale din resturi molecular aminoacid-specifice: metal-sulfur(metionin), stiren (fenilalamin)

Sfera de fragmentare

a zaharurilor {Z}Fragmente C1: formaldehida, acid formicFragmente C2: glioxal,glicoaldehid, acid acetic

Fragmente C3: glicerinaldehid, piruvaldehid, hidroxiaceton

Fragmente C4: tetroze, 2,3-butandion, 1-hidroxi-2-butanon

Fragmente C5: pentoze, pentuloze, dioxiderivai, furanone

Fragmente C6: piranone, glucozone, deoxiglucozone

Sfera de fragmentare Amadori i Heyns {I}Derivai C3: ARP/HRP: gliceraldehida ARP, aminoacid

propanon, aminoacid propanalDerivai C4: ARP/HRP: aminoacid tetradiuloze, aminoacid

butanone

Derivai C5: ARP/HRP: aminoacid pentadiuloze

Derivai C6: ARP/HRP: aminoacid hexadiuloze, piriliu betaine

Tabel 2.1. Componentele sferelor de fragmentare primar

ARP - produi de rearanjare Amadori

HRP produi de rearanjare Heyns

II.2.2. Sfere de interaciuneFormarea produilor reaciei Maillard

Produii de fragmentare primar generai de sfera printe pot produce trei tipuri diferite de sfere de interaciuni (figura 1.5):

(1) Sfera de interaciuni interne;(2) Sfera de interaciuni secundar;(3) Sfera de interaciuni multiple;

Condensri aldolice: procese de lungire de lan

Tipul a: carbonili simplii

Tipul b: -hidroxi-carbonili

Reactii retroaldolitice : procese de rupere de lant

Reducere cu acid formic: conversia iminelor in amine si a aldehidelor in alcooli

Reactii redox:

Tipul a: disproportionale

Tipul b: ciclizare urmata de descompunere

Migrarea grupei carbonil :

Alte procese: p-eliminari, ciclizari, dimerizari, polimerizari, aditii nucleofile etc.

II.2.2.1. Sfere de interaciuni interne

In sfera de interactiuni interne are loc formarea polimerilor cu mase molecular mici, a oligomerilor, a dimerilorsi a produsilor de degradare ai acestora. O caracteristica a componentelor sferei de interactiuni interne este prezenta centrilor de nucleofili si electrofili in aceiasi molecula sau in doua molecule diferite din aceiasi sfera. Aminoacizii formeaza dimeri ciclici si dipeptide, in sfera de interactiuni a faharurilor, aldehidele, cetonele si compusii -hidroxicarbonilici pot suferi mai mult reactii de condensare aldolica cu obtinerea unor polimeri cu mase molecular mici sau, in cazul unei condensari aldolice singular, rezultand o lungime de lant a fragmentelor din aceasta sfera. In plus, dimeri ciclici formati prin intermediul legaturilor de hidrogen intelmoleculare intre un compus -dicarbonilic si un endiol pot suferi reactii de disproportionare care conduc la interconversii intre acesti compusi. Pe de alta parte, compusii -hidroxicarbonilici pot cicliza spontan cu formarea dervatilor 1,4-dioxanici, care dupa degradare, pot conduce la produsi de oxidare/reducere. In sfera de interactiune Amadori si Heyns, compusii -aminocarbonilici pot dimeriza cu formarea derivatilor piperazilici. Ionii de pirilin din sfera Amadori pot polimeriza cu formarea polimerilor Maillard mase molecular mici. III.2.2.2. Sfere de interactiuni secundare

In sferele de interactiuni secundare se formeaza in principal compusii heterociclici. Aceste sfere se formeaza prin reactia componentelor din doua sfere de fragmentare primare diferite. Pot sa apara astfel trei sfere de interactiune secundara : aminoacizi-zaharuri {AxZ}, aminoacizi-produsi Amadori i Heyns {AxI} si zaharuri-produsi Amadori i Heyns {ZxI}.

Exemple tipice de interactiuni ce apar in sfera de interactiuni secundare aminoacizi, zaharuri {AxZ}, sunt cele de formare a aldehidelor Streckr si a compusilor -aminocarbonilici, care conduc in final la formarea pirazinelor. Aldehidele Streckr pot conduce in continuare la condensari aldolice cu compusi carbonilici cu formarea compusilor de condensare cunoscuti. Dubla aditie a aminoacizilor sau aminelor la compusii dicarbonilici formati din sfera de fragmentare a zaharurilor poate conduce la derivati 1,2-diamilici sau, in cazul aminoacizilor alchili- substituiti, la pirazinone(1,2-diamineciclice). -Hidroxialdehidele si -hidroxicetonele din sfera de fragmantare a zaharurilor, incluzand fragmentele C2,C3,C4 si C5 ,pot reactiona cu compusii aminici din sfera de fragmentare a aminoacizilor cu obtinerea compusilor heterociclici cu azot, compusi care rezulta si prin rearanjari Amadori i Heyns din sfera de fragmentare Amadori i Heyns. In aceasta sfera aminele pot cataliza enolizarea -hidroxialdehidelor si -hidroxicetonelor si determina migrarea gruparilor carbonilice, conducand la obtinerea de diferiti izomeri ai acestora.

In sfera de interactiuni secundare zaharuri, produsi, Amadori i Heyns, {ZxI}, compusii Amadori i Heyns rezultati din aminoacizi si derivati ai acestora pot conduce la o rearanjare secundara Amadori i Heyns cu aldoze si cetoze in sfera de fragmentare a zaharurilor cu generarea unor produsi continand un rest de aminoacid si doua resturi de zaharide. In plus condensarile aldolice dintre componentele din doua sfere conduc la derivati Amadori i Heyns cu lanturi mai mari. In sfera de interactiuni secundare aminoacizi-produsi Amadori i Heyns, {AxI}, compusii Amadori i Heyns pot da o serie de enolizari si P-eliminari catalizate de aminoacizi, ciu obtinerea unor structure ce mentin cei 6 atomi de carbon ai hexozei. Exemplele de compusi rezultati din astfel de interactiuni sunt maltoxazina si quinoxalinonele. Compusii aminici pot conduce la mono sau bis-aditii la amino-diuloze cu formarea resturilor poliheterociclice cu azot, ca in cazul proteinelor reticulate prin reactii de aditie multipla. Ionii de piriliu pot interactiona cu diferiti nucleofili din sfera aminoacizilor cu formarea de derivati compusi heterociclici. Migrarea grupei carbonil si amino-diuloze prin cataliza acido-bazica a aminoacizilor poate conduce la diferiti izomeri.II.2.2.3. Sfera de interactiuni multiple

In sfera de interactiuni multiple are loc formarea polimerilor finali si a altor compusi cu structura complexa. Produsii rezultati in diferitele sfere de interactiune interioare pot interactiona mai departe cu formarea compusilor cu mase molecular marin (mase molecular de 400-1000 Da) si a compusilor polimerici (cu mase molecular de peste 1000 Da). Natura acestor compusi si procesele implicate in generarea acestora nu sunt pe deplin elucidate.

II.2.3. Intermediari si produsi ai fabricatiei MaillardO schema generala de desfasurare a reactiei Maillard, ce cuprinde grupele importante de produsi si fragmente chimice este prezentata in urmatoarea figura :Figura 2.6. Grupele principale de compusi ai reactiei Maillard

Majoritatea compusilor aromatizanti rezultati in reactia Maillard sunt compusi heterociclici. O schema descrisa pentru prima data de Horce, care reprezinta caile de formare a acestor compusi aromatizanti este data in figura2.7 :

Figura 2.7 Formarea compusilor heterociclici aromatizanti in reactia Maillard.

II.3. Compusii volatile din reactia MaillardCompusii volatile rezultati in reactia Maillard reprezinta doar 1% din totalul compusilor acestei reactii, inasa pragurile de detective a mirosului pentru compusii volatile sunt in unele cazuri atat de mici incat pot fi detectati si in concentratii foarte scazute. Mecanizmele de formare a acestor compusi, multi dintre ei heterociclici, nu sunt pe deplin elucidate. Principalele clase de astfel de compusi sun aldehidele Streckr, furani, tiofeni, piroli, oxazoli, imidazoli, tiazoli, pirani, piridine, pirazine, compusi sulfurati si derivatii acestora, precum si alti compusi heterociclici si neheterociclici.

II.3.1. Aldehide StreckrDegradarea Streckr este una dintre cele mai importante reactii care duce la formarea compusilor volatile ai reactive Maillard si implica mai intai formarea unei baze Schiff intre un aminoacid si un compus a-dicarbonilic, urmata de o rearanjare a structurii, de carboxilare si hidroliza cu formarea compusului ot-aminocarbonilic respectiv aldehidei Streckr. Exista unele aldehide Streckr specific aminoacizilor aplicati in reactive, dintre care sunt de amintit acetoaldehida pentru alamina, butiraldehida pentru valina, 2-metilbutanal pentru zzoleucina, zzovaleraldehida pentru leucina si metionalul pentru metionina.

Figura 2.8. Mecanizmul degradarii Streckr

II.3.2. Furani si furanoleFuranii 2-substituiti si 2,5-disubstituiti rezulta in principal din interactiunea aminoacizilor cu zharurile din intermediarii de degradare Amadori i Heyns,din degradarea termica a zaharurilor si vitaminelor, respective din reactia zaharurilor cu acid sulfhidric si/sau amoniac. Furfuralul si 5-hidroxi metil furfuralul sunt 2 compusi importanti ai acestei clase, care rezulta din pentoze si hexoze, iar furaneolul, uncompus important din clasa furanonelor, rezulta din piroliza D-glucoza, a unor derivati de D-fructoz sau din alanina si ramnoz.

Formarea furfuralului si 5-hidroxi metil furfuralului din pentoze si respectiv hexoze rezulta din dehidroreductone comform mecanizmului prezent in fig. 2.9 .

Figura 2.9 Formarea furfuralului din dehidroreductoze

Furanonele se obtin prin reactia Maillard prin intermediul 1,2- si 2,3- enolizarii zaharurilor, urmata de o P-eliminare a apei cu obtinerea 1-,3- si 4- hexulozelor, care ciclizeaza intramolecular si se deshidrateaza la hidroximetilfulfural si 2,5- dimetil-4-hidroxi-2H-furan-3-ona, una dintre cele mai importante si studiate substante rezultate prin procese induse termic din aceasta clasa.

Figura 2.10 Formarea hidroximetilfurfuralului, 2,5- dimetil-4-hidroxi-2H-furan-3-ona si hidroxi acetil furfuranului din D-glucoza .

II.3.3. TiofenDerivatii tiofenului rezulta in special prin degradatea termica a aminoacizilor sulfurati ca atare sau in prezenta zaharurilor reducatoare (glucoza, xiloza, riboza si piruvaldehida). De asemenea, tiofenii pot rezulta si in furanone si in furfurali, prin interactiune cu acid sulfhidric, respectiv din dipeptidele din carne si tiamina.II.3.4. PiroliPirolii contribuie la notele de cereale coapte si de fum ale diferitelor produse alimentare si parfumate (tutun) si au fost identificate in special in cafea prajita, cei mai multi compusi de acest tip rezultand din reactia compusilor a-dicarbonilici, enolonelor ciclice, aldehidelor ct, P nesaturate si 2- formilfuramilor cu hidroxipirolina si analogi.

II.3.5. Oxazoli si oxazoline

Oxazolii si oxazolinele reprezinta activitate senzoliala chiar si la concentratii scazute, descrise ca dulci, verzi de nuci si se gasesc cacao, cafea poduse din carne si in cereale coapte, cartofi copti si alune. Acestia se formeaza prin decarboxilarea aminoacizilor hidroxilati (serina, treonina) cu obtinerea P-aminoalcoolilor, care condenseaza cu aldehide la fazele Schiff corespunzatoare; ciclizarea acestora genereaza oxazoline si apoi oxazoli prin oxidare.

II.3.6. Imidazoli

Imidazolii sunt in general mai putin volatili si pot fi obtinuti in multe sisteme ce contin zaharuri si amoniac sau amine. In aromele alimentare acesti compusi rezulta probabil din a-aminocetone sau derivatii N-substituiti si aldimine.

II.3.7. Tiazoli

Tiazolii se gasesc in multe sisteme model, rezultand in principal din degradarea termica a cisteinei si cistinei in absenta sau prezenta zaharurilor reducatoare si din sisteme ce contin zaharide sau compusi a-dicarbonilici, acid sulfhidric si amoniac. In cazul benzotiazolilor mecanismul este probabil o interactiune a intermediarilor Amadori cu acid sulfhidric, amoniac si aldehide.

II.3.8. Pirani si pirone

Unu dintre cei mai cunoscuti compusi ai acestei clase este maltonul , identificat in mai multe sisteme ce contin zaharuri si amine. Pironele rezulta din derivatii 4-O-substituiti ai glucozei prin reactii termice ale compusilor aminici ai intermediarilor amadori, din acizii grasi 5-hidroxilati rezultati din oxidarea resturilor acide din trigliceride sau din acid gluamic prin fermentare la oxoacid, condensare cu aldehide si decarboxilare la pirone.

II.3.9. Piridine

Alchil si acil piridinele ai fost identificate in special in cafea si carnea prajita, acestea prezentand in general mirosuri placute de verde, prajit, vegetale. In general acilpiridinele au aromemult mai placute decat alchil piridinele si se obtin prin condensarea aldehidelor, cetonelor sau a compusilor carbonilici ,-nesaturati cu amoniac (rezultat din degradarea aminoacizilor), respectiv din alti compusi heterociclici si amoniac. II.3.10. Pirazine

Pirazinele constitie o clasa importanta de compusi aromatizanti generati de reactia Maillard, prezenta in special in alimentele preparate din prajire sau coacere; acesti compusi sunt esentiali pentru industria alimentara datorita proprietatilor senzoriale unice pe care le przinta.

Pirazinele rezulta in special din condensarea a doua molecule de -aminocetone generate din interactiunea compusilor -dicarbonilici cu -aminoacizii prin intermediul degradarii Streckr, sau din -hidroxicetone si amoniac.

II.3.11. Sulfuri ciclice, polisulfuri i compui inrudii

Sulfurile ciclice si ceilalti compusi inruditi gasiti in aromele alimentare, rezulta in principal din aldehide si acid sulfhidric, in prezenta sau absenta amoniacului; acidul sulfhidric este obtinut prin degradarea aminoacizilor sulfurati. Mai apar o serie de derivati sulfurati neciclici cu mirosuri caracteristice sulfuroare, patrunzatoare, amintind de ceapa si usturoi.

II.4 Compui aromatizani din reacia Maillard prin iradiere cu microunde

Studiul produsilor reactiei Maillard realizata sub actiunea microundelor s-a amplificat o data cu utilizarea sistemelor de incalzire a preparatelor alimentare cu microunde, deoarece astfel de produse nu prezinta culoare si aroma originala corespunzatoare asociate reactiei Maillard ca in cazul produselor incalzite prin mijloace clasice. Diferentele fundamentale dintre aceste doua sisteme de incalzire si compozitia matricii alimentare joaca un rol important in desfasurarea reactiei Maillard in produsele alimentare, cu generarea culorii si aromei cerute. In acest sens s-au realizat multe studii privind in special formarea aromei la interactiunea zaharurilor cu aminoacizii in diferite conditii de pH si medii alimentare cu constante dielectrice ridicate si in ceea ce priveste capacitatea de imbrumae.

II.5 Compui aromatizani ai reaciei Maillard cu proprieti antioxidante

Multi compusi ai reactiei Maillard au fost analizati din punct de vedere al activitatii antioxidante. Unii compusi volatili generati in reactia Maillard prezinta astfel de activitate, cu este cazul 2,5- dimetil-4-hidroxi-2H-furan-3-ona, dar activitatea antioxidanta majora pentru produsii reactiei Maillard este atribuita in principal melaloidinelor, activitate care contribuie semnificativ la profilul aromatizant al volatilelor din aceste sisteme.

CAP.III BIOAROMEIII.1. Biotehnologia i producia de aromeCompusii aromatizanti, nevolatili, cum sunt acizii organici, aminoacizii sau 5-nucleotidele, sunt compusi biotehnologici la scara industriala. Se cunoaste insa mult mai putin despre geneza si biotehnologia aromelor volatile obtinute cu microorganismele. La inceputurile microbiologice moderne, caracteristicile olfactive ale microorganismelor au fost utilizate in scopuri taxonomice si de diagnoza, dar fundamentele chimice ale acestora raman inca putin cunoscute. O monografie standard privind metabolitii fungici {FUNGAL METABOLITES} a fost publicata in 1983 si prezenta o lista foarte cuprinzatoare de compusi secundari nevolatili, dar si peste 500 de pagini de compusi volatili.Aceasta situatie s-a schimbat in ultimele decenii o data cu dezvoltarea industriei de arome volatile datorata cereri din ce in ce mai mari de astfel de produse, care nu puteau fi obtinute doar din sursele traditionale vegetale. In Germania, uana dintre companiile de profil admitea ca aproximativ 50% dintre aromele alimentare prosuse de acestia si etichetate ca naturale contineau volatile obtinute microbiologic; fara acestea, impresile senzoriale finale vor conduce la produse necompetitive.

De foarte multi ani, compusii aromatizanti, pornind de la amestecurile complexe si pana la substantele simple, au fost extrasi din surse vegetale sau obtinuti prin fermentare. Cum structurile acestor compusi au putut fi mai tarziu elucidate, au inceput sa fie disponibili din ce in ce mai multi compusi aromatizanti sintetici. In ciuda acestor avantaje, multi compusi aromatizanti sunt extrasi din diverse surse vegetale din motive economice si datorita faptului ca preferintele consumatorului sunt pentru produse naturale. In ultimi ani, piata a cunoscut o intoarcere la natura foarte mare, care este datorata probabil unei cresteri a incidentei unor compusi nenaturali care par sa prezinte unele forme de toxicitate. Ca o consecinta, consumatorii se simt mult mai bine cand consuma compusi naturali si nu i acept pe cei artificiali.

O data cu cresterea interesului pentru produsii naturali, s-a produs un efort considerabil pentru productia de arome naturale din materii prime cum ar fi plantele. Aceste materii prime conduc insa la aparitia a numeroase probleme, dar au si unele avantaje in cazul utilizarii metodelor alternative, cum este cazul proceselor biotehnologice:

Produsele pot primi statutul legal de substanta naturala;

Steriochimia definita a compusului este garantata de specificitatea inalta a substratului si a reactiei biocatalizata;

Aceste reactii in mai multe etape au loc in conditii moderate;

Influentele externe adverse, cum ar fi clima nefavorabila, infestarile cu daunatori, aspectele economice sau ecologice, pot fi neglijate.

In figura 3.1 se prezinta schematic o biotehnologie formata din biotransformare,

sinteza de novo si inginerie genetica .

Figura 3.1. Biotehnologia si productia de arome

III.2. Culturi din esuturi i celule de planteUn mare numar de diferite substante chimice fine sunt obtinute din plante, de exemplu medicamentele, pigmentii, enzimele si alte substante biologic active. In trecut productia acestora prin intermediul culturilor din celule de plante a atras interesul multor cercetatori. Pentru produsele aromatizante din surse vegetale s-au publicat in ultimii ani multe lucrari de specialitate. Totusi, multe dintre culturi nu au fost capabile sa produca substantele aromatizante cu un randament sadisfacator, existand putine exemple in care culturile din tesuturi au prezentat o crestere a productivitatii comparativ cu cea din plantele originale. Pe de alta parte, au fost izolate prin culturile de celule de plante o mare varietate de volatile. In figura 3.2 se prezinta un exemplu reprezentativ recent privind reactile metabolice de productie prin biosinteza de novo a compusilor aromatizanti in culturi in suspensie. Intr-un studiu realizat de Falk si colaboratorii, absenta acumularii de monoterpenoide in culturile in suspensie de celule din salvie a condus la o activitate biosintetica scazuta cuplata cu abilitate pronuntata de catabolizare a camfurului prin intermediul cailor prezentate in figura 3.2.

Figura3.2. caile de conversie a pirofosfatului de geranil la camfor de conversie a camforului la esterul glucozil-glucozidic al 1,2-camfolidului.

Cum biosinteza de novo in cele mai multe cazuri nu a avut succes, s-a studiat intensiv biotransformarea precursorilor adaugati in mediu. Culturile in suspensie sunt adesea capabile sa realizeze unele transformari particulare. De exemplu, conversiile spesefice, dependente de anumiti cofactori, pentru terpenele din culturile in suspensie provenite din plante aromatice conduc adesea la randamente mari si la cantitati neglijabile de produsi secundari. Nu au fost descrise doar oxidarile si reducerile, asa cum apare in figura 2.3. ci si multe alte tipuri de reactii. Dintre acestea, glicozilarea ocupa un loc particular. Diferite culturi de celule din plante sunt capabile sa glicozileze exogen compusii aromatici introdusi. In plus, se poate sugera producerea biotehnologica a glicozidelor, cu aplicabilitate in industria farmaceutica sau alimentara.

Figura 3.3. Biotransformarea terpenoidelor in culturi de celule din plante in vitro.

Rezumand cele de mai sus, se poate concluziona ca acumularea de cantitati mari de compusi aromatizanti in culturile din celule de plante continua sa fie o problema stiintifica provocatoare . Din punct de vedere al costurilor, in general biotehnologiile ce utilizeaza culturi din celule de plante sunt mai putin favorabile decat alte tehnologii, cum ar fi cele care utilizeaza microorganisme. Ca o alternativa, asa numita formare a aromelor stimulata prin precursori consta din utilizarea (i) culorilor din tesuturi batrane, (ii) stocarii in atmosfera de precursori si (iii) omogenizatelor.

Figura 3.4. Posibilitati de formare a aromelor prin stimulare cu precursori.

Omogenizatele din tesuturi de plante au fost considerate ca surse potentiale de arome naturale.In acest domeniu, un interes special este destinat notelor verzi naturale , ce se gasesc in omogenizatele proaspete ale mai multor frunze sau coji de mere. In ciuda cunoasterii etapelor fundamentale privind formarea mirosului verde in omogenizatele din tesaturi de plante, de exemplu biogenerarea hexanalului si izomerilor hexenalilor, ca si a alcoolilor C6 corespunzatori din acid linoleic si, respectiv, linolenic, printr-o secventa de reactii enzimatice (acil hidrolaza-lipoxigenaza-hidroperoxid liaza- izomeraza-alcool dehidrogenaza), inca nu s-au realizat biotehnologii de obtinere industriala a compusilor C6, dupa incubare cu precursori de tipul acizilor grasi. Datele de literatura prezinta o limita de aproximativ 350 mg (E)-hex-2-enalului/kg de omogenizat proaspat din iarba Agropyron repens si coaja de mere, dupa adaugarea de acid gras ca precursor. In comparatie cu randamentul teoretic scazut de aldehida C6 , motivele formarii unui astfel de randament pentru acesti compusi aromatizanti, foarte atractivi din punct de vedere industrial, este inca neclar. Unul dintre factorii care trebuie luati in considerare este metabolismului lipidic secundar, care conduce la o crestere a transformarii acizilor grasi eliberati enzimatic in noi galactolipide ce nu sunt folositoare pentru activitatea acil hidrolazei.1. Randament teoretic scazut:

Acid linolenic: M=278(E)-hex-2-enal:M=98

Randament teoretic: 35%2. Metabolism lipidic secundar:TRANSFORMAREA ACIZILOR GRASI ELIBERATI ENZIMATIC IN NOI GALACTOLIPIDE CARE NU SUNT SUBSTRATURI UTILE PENTRU ACTIVITATEA ACIL HIDROLAZEI

Figura 3.5. Motivele randamentelor limtate de valorile C6 obtinute din omogenizate din frunze.

Acelasi concept al utilizarii omogenizatelor, dar pentru ciuperci a fost recomandat recent pentruproductia de bioarome. A fost dezvoltat un proces pentru productia unui aromatizant caracteristic de cuperci,(R)-oct-1-en-3-olui, ce consta din ciuperci omogenizate (AGARICUS bisporus, A.bitorquis,A.campestris) si in timpul omogenizarii, punerea in contact a ciupercilor cu mediul apos continand saruri solubile in apa ale acidului linoleic si oxigen.

Figura 3.6 Mecanismul propus pentru explicarea actiunii hidroperoxid liazei asupra acidului 10-(5)-hidroperoxioctadeca-8-frara-12-cw-dienoic.

III.3. BACTERII

III.3.1. Microorganisme Alimentare

Elemantele procariote de diferite origini joaca un rol cheie in optinerea alimentelor fermentate prin procedee clasice din produse lactate, faina sau carne. Este cateodata destul de dificil de determinat daca volatilele tipice rezulta direct din sinteza de novo microbiana sau din degradarea chimica a precursorilor rezultati sub actiunea microorganismelor. Utilizarea cu precadere a substraturilor alimentare complexe sau a medilor ce imita alimentele in sistemele experimentale, lucru evident din punct de vedere practic, nu va facilita usurarea intelegerii procesului discutat.

Un astfel de studiu a utilizat suc de tomate pentru cercetarea metabolitilor volatili rezultati cu diferite tulpini de bacterii lactice, cum ar fi Lactabacillus, Ediococcus si Leuconostoc . S-au identificat 20 de compusi (dintre care unii sunt prezentati in figura 3.7) care ar fi caracteristici pentru diferentierea dintre diferite microorganisme. Acetoina a fost regasita in toate extractele, in schimb diacetilul nu a fost identificat in nici unul dintre extractele freonice. Cei mai multi dintre compusii identificati au prezentat structuri chimice simple: alcoolul a,a-dimetilbenzilic ar putea sa derive de la unu dintre constituentii mediului nutritivi.

Figura 3.7 Compusi volatili obtinuti prin fermentatie cu bacterii lacticeLa incubarea laptelui sterilizat cu culturi individuale sau amestecuri de Lactabacilius, Difidobacterium si Streptococcus , produsele obtinute cu amestecul de culturi de pornire conduc ca rezultate senzoriale mult mai bune. In sistemele martor obtinute cu culturi de pornire ingulare, Bigidobacterium breve, se obtine cea mai mare concentratie de acetoaldehida, in timp ce Bifidobacterium longum conduce la obtinerea celei mai mari concentratii de etanol. Diacetilul a fost detectat in headspace ul tuturor probelor. Intr-un patent japonez este descrisa obtinerea diacetilului din citrat utilizand Streptococcus cremoris si Streptococcus diacetylactis de asemenea, sunt de preferat unii agenti oxidanti care se introduc fie inainte, fie dupa distilare, acceptand rolul de precursor al acetoinei si ameliorand potentialul redox nefavorabil al mediului nutritiv netratat in acest mod. Dupa etapa de oxidare chimica se obtine o concentratie remarcabila de produs de 14g/l. Medile cu continut de vin, ioculate cu Leuconostoc oenos au fost studiate din punct de vedere al continutului de volatile din spatiul de deasupra mediului de cultura ( headspace ) principalii constituenti au fost cativa alcooli alifatici. Avantajul utilizarii fermentatiei malolactice este minor atat timp cat aromele nevolatile rezultate nu par sa fie mult diferite de cele obtinute cu Leuconostoc. Din contra bacterile caproice conduc la obtinerea unei note fructate caracteristice pentru qujiu , o bautura alcolica chinezeasca. Cresterea bacterilor pe medii anorganice conduce la obtinerea de acid caproic din abundenta, care se transforma mai apoi in esterul etilic corespunzator. Concentratia de ester atinge o concentratie de peste 4g/l in bautura finala.O serie de studii trateaza contributia culturilor de pornile la aroma painii din coca acrisoara (fig. 3.8), determinata prin GC-MS pentru headspace sau pentru extract, respectiv prin analiza senzoriala. Miezul painii acrisoare de secara prezinta in general cel mai ridicat continut de 2-propanona, 3-metilbutanal, alcool benzilic si unu alcool 2-feniletilic, in timp ce coca acidulata chimic conduce la un miez de paine cu un continut mare de lactat de etil si hexanal. Produsele derivate din astfel de coca acrisoara poseda un miros cu mult mai intens si mai apropiat de cel al painii de secara decat probele acidulate chimic. In consecinta, au fost realizate si alte studii privind aspectele legate de tipul culturii de start, temperatura de fermentare si rapoartele fainii apa utilizate in obtinerea aluatului.

III.3.2. Aromatizani degradani rezultai la fermentaie cu microorganismEfectul compusilor volatili degraganti ai calitatilor aromatizante ( off flavors ) nu este datorat structurii compusului aromatizant volatil, ci mediului chimic in care acestia apar si care determina acceptabilitatea produsului din punct de vedere senzorial. Abilitatea microorganismelor de a degrada monomerii si polimerii naturali la produsi volatili ar putea conduce la obtinerea unor arome dorite sau mai putin dorite ( off flavorst ). Exista mai multe lucrari care trateaza aparitia organizantilor degradanti in alimentele din peste, carne si mult mai recent din cereale cum ar fi orzul sau graul, prin procese microbiene. In taimpul degradarii carcasei de pui, de exemplu, modificarile organoleptice detectabile apar in paralel cu formarea compusilor sulfurati si ai acizilor grasi liberi, urmata de formarea esterilor acizilor grasi o data cu concentrarea alcoolilor si aldehidelor corespunzatoare. Flora microbiana, formata in general din Pseudomonas, conduce la botinerea unui numar mare de compusi volatili in acest proces.

Figura 3.8. Compusii aromatizanti principali din miezul de paine din secara.

III.3.3. StreptomiceteCunoasterea metabolismului si a proprietatilor specifice ale Streptomicetelor a condus la cresterea interesului industrial pentru antibiotcele foarte active. Potentialul acestor bacterii ce se dezvolta in formatiuni asemanatoare miceliilor pentru formarea compusilor volatili complecsi a fost putin studiat. In patent german trateaza unele lactone si furani antibacterieni iar unele lucrari indica formarea alcoolilor terpenici si a Pirazinelor substituite. Produsii volatili, cum ar fi geosmina, sunt detectati datorita valorilor de prag de detectie foarte scazute, iar unele de geosmina produsa microbian poate produce la probleme legate de potabilitatea apei. Pe de alta parte, urmele unor astfel de compusi pot actiona pozitiv prin ameliorarea aromelor alimentelor ( ca si in caziul sfeclei si a whisky-ului ), ca si al unor parfumuri. Unele consideratii privind sinteza geosminei demonstreaza dificultatile care pot sa apara la obtinerea pe cale chinica, cele legate de constructia celor trei atomi de carbon chirai, avantajul procesului biotehnologic fiind evident. Dezavantajul principal al unei astfel de abordari este cunoasterea insuficenta a cailor biochimice si a enzimelor implicate. Aceasta problema apare si in cazul multor alte volatile complexe obtinute cu microorganisme. Cu ceva timp in urma a fost propusa o biosinteza posibila a metilizoborneolului.

III.3.4. Biotransformare / Bioconversie

Daca se selecteaza aromatizantii volatili drept compusi industriali tinta, cea mai usoara cale de urmat trebuie sa fie cea care utilizeaza microorganisme pentru conversia unor materii prime naturale inrudite. Conversia pinenului respectiv a pinen epoxidului , poate servi drept exemplu: tulpinile de Pseudomonas sau unele extracte fara celule, care sa derive de la aceste microorganisme, deschid , printr-un proces oxidativ, functile C-C si C-O, conducand la alcooli si aldehide terpenice neciclice. Aceste produse s-au dovedit folositoare in parfumerie si in formularea unor alimente. O degradare neuzoala a acidului cinamic a fist realizata pentru o alta tulpina de Pseudomonas, ce conduce la acumularea de acetofenona, un constituent al aromei de miere de albine, prune si capsuni. Secventa de reactie porneste cu aditia de apa la dubla legatura din catena laterala a acidului cinamic, urmata de dehidrogenarea si decarboxilarea 3 cetoacidului intermediar. Enterobacteriaceae din genul Ewinia , binecunoscutii patogeni ai plantelor, decarboxileaza si deamineaza aminoacizii naturali, conducand astfel la alcooli corespunzatori. In a doua etapa, alcooli sunt convertiti la esterii acetici corespunzatori. Volatilele rezultate confera arome puternice de roze, cartofi si florale, alimentelor.III.4. DROJDII

III.4.1. Sisteme alimentare stimulate

Compusii volatili din bauturile alcoolice, care provin din metabolismul drojdilor, includ alcooli alifatici si aromatici simpli, esteri ai acizilor grasi, compusi carbonilici, lactone, compusi sulfurati, si unii compusi fenpolici. Cu putin inainte de 1984, Schreier a studiat 18 specii si tulpini de drojdii pe un sistem model, demonstrand faptul ca nu are loc producerea de alcooli si hidrocarburi terpenice, sau acestea se obtin doar in urme. El a concluzionat ca marea varietate a vinurilor albe, clasificate pe baza formelor amprentelor digitale ale culturilor de struguri, nu este afectata de metabolismul drojdilor. Un grup sde cercetatori italieni au comfirmat aceste rezultate prin studierea volatilelor din mustul a sase tlpini diferite de drojdii. Doar sapte din cele 38 de substante volatile examinate au fost controlate semnificativ de tipul ttulpinii utilizate, dintre acestea fiind acetatul de 2 feniletil, butanoatul de etil, 4 hidroxibutanoatul de etil si N-hexanolul.

O situatie diferita s-a intalnit lafermentarea mustului de bere. S-a observat ca la cultivarea drojdiei de bere pe mediul sintetic de glucoza si maloza, se formeaza acizi volatili si uleiuri de fuzel in concentratii similare celor din compozitia berii blonde, daca concentratia de zaharuri din mediu este in jur de 10%. Prin urmare, este clar ca constituentii din must nu servesc drept precursori in metabolismul volatilelor de catre drojdii.

Productia de vinuri si bere cu ajutorul tehnologiilor de frmantatie rapida va afecta in mod sigur continutul relativ al componentelor volatile. Un patent american descrie o metoda de frmentare accelerata, utilizand culturi de S.Cerevisiae rezistente la alcool si producatoare de arome, ambele imobilizate pe straturi organice inerte sau de sticla. S-a sugerat un amestec de culturi cu continut de Lactabacili in vederea inbunatatirii calitatii aromei. Reducerea presiunii in timpul fermentatiei conduce la reducerea capacitatii de crestere a celulelor din drojdie si a concentratilor in esteri acetici. Abilitatea multor tulpini de drojdii de a forma cantitati mari de lactone a condus la punerea la punct a mai multor aplicatii industriale. Aminoacizii ar putea reprezenta precursorii intermediari ai lactonelor, comform unor studii efectuate de S.Fermentati si pe medii simulante devin rosu. Adaugarea de acid 1-[2-14C]-glutamic conduce la obtinerea de y butirolactona marcata si alte lactone si esteri ce sunt derivare de la aminoacidul marcat.III.4.2. Sisteme nealimentareTulpinile de drojdii, si in particular drojdile de panificatie, sunt catalizatori traditionali in sistemele nealimentare din chimia organica. Lactona, de exemplu a fost, obtinuta prin transformarea acetalului sintetic corespunzator in 3 metil butirolactona. Conversia in mai multe etape include doua reduceri sterioselective ce conduc la un produs cu o puritate enantiomerica de 90%. Aromele fructate / florale produse de drojdii crescute pe medii nutritive sintetice pot si urmarite prin formarea alcoolilor simpli si ai esterilor etilici, 2 metilpropilici si acetici; de exemplu, mirosul caracteristic de gutuie al unei tulpini mutante de Geotrichum candidum, si anume Oospora Lactis , este datorat 2 metilpropanoatului de etil. Deoarece unele dintre aceste arome provenite din drojdii ar putea avea o importanta industriala, s-au facut multe incercari pentru cresterea productivitatii unor astfel de culturi.III.5. FUNGIIIII.5.1. Arome de ciuperciAromele de ciuperci generate de fungile comestibile sunt in principal bazate pe un grup de compusi volatili C8 (figura 3.10). studile au fost axate in principal de identificarea structurilor, elucidarea steriochimiei si a proprietetilor senzoriale, precum si a biosintezei acestora din acizi grasi nesaturati C18 cu ajutorul sistemelor enzimatice ( lipoxigeneza ).

Figura 3.10 Valorile de prag si caracteristicile odorante pentru principalele volatile din ciupercile proaspete.

Compusul cel mai raspandit, 1 octen 3 olul si cetona corespunzatoare cea mai activa din punct de vedere olfactiv, sunt considerate a fi componentele cu caracter de impact pentru champignuane si alte specii comestibile. A fost descris un proces industrial bazat pe Morchella in care culturile de micelii acumulate intr-un proces discontinuu si celulele din faza stationara au fost supuse unor forte de foorfecare mari in prezenta acidului linoleic. Contactul intim dintre enzime si substrat conduce la formarea de aproximativ 2,5g octenol/Kg materie miceliara uscata. Degradarea catalizata de lipoxigenaza a acizilor grasi nesarurati a fost indentificata si in prezenta altor fungi. Atributele olfactine de tip ciuperci, de exemplu branzeturile de tip Camembert , depinde de aceliasi volatile ca cele produse de tulpinile Penicilium fonnarea acestor volatili de catre penicilium pare sa fie similara pentru substraturi foarte diferite.III.5.2. Ali compui volatili

In ultimi ani a devenit evident faptul ca fungile inferioare (Phycomycete), cum ar fi Mucor si , de asemenea , fungile superioare reprezentative (Deuteromycete, Ascomycete, Basidiomycete ) ar putea fi producatori potentiali de arome volatile mult mai complexe, ce se pot obtine la nivel industrial. Tulpinile de Aspergillius niger transforma uleiul de nuca de cocos in metilcetone in mediu de fermentatie solid si iononelor in produsi de degradare cu miros de tutun. In ultimul caz reactile includ hidroxilarea inelului ciclohexenic, urmata de oxidarea restului alcoolic sau de eliminarea apei. Un grup de cercetare francez a studiat un set de 29 de tulpini de Basidiomycete pe sase medii diferite si au identificat mai mult de 100 de metaboliti volatili diferiti, unii dintre acestia cu structura neasteptata. Structura generalaa volatilelor generate de aceste microorganisme este adesea dominata de compusii ce poseda schelet aromatic, reflectand astfel mediul chimic natural. Un exemplu este cel al metoxibenzaldehidelor tip vanilina, care sunt sintetizate de Ischnodermabenzoinum in mediu suplimentat cu fenilalamina. Mono sesquitepenoidele apar fregvent in culturile ce contin tulpini de Poria. Mediul fizic si chimic al fungilor poate afecta semnificativ profilul mirosului. Aceste caracteristici pot genera o specificitate foarte inalta pentru tulpina. Au fost cercetate trei tulpini de Phlevia radiata si una de Basidiomycete din punct de vedere al compusilor volatili odoranti si s-a constatat ca a bisabolonul a fost cel mai abundent compus in doua dintre tulpinile productive, in timp ce a treia tulpina nu a generat nici un fel de aroma volatila. De asemenea, fara miros a fost si mediul ce a continut tulpina CBS de poria subacida in timp ce o alta tulpina din aceeasi specie a generat un spectru bogat de metaboliti volatili (figura 3.11). acest lucru indica faptul ca instabilitatea genetica a unor tulpini generatoare de metaboliti volatili aromatizanti ar putea afecta puternic aplicatile la scara industriala. Stocarea indelungata la rece a subculturilor sau conditile nutritive inproprii sunt motive suficiente pentru instabilitatea acestora.

Figura 3.11. Compusii aromatizanti volatili identificati in culturile lichide de Basidiomycete lignoliticeIII.5.3. LactoneBiogenerarea lactonelor volatile a avut in ultimul timp un succes industrial important. Drojdile sunt unele fungi imperfecte cum ar fi Fusarium poae sau Aspergilhis au fost mult mai performante la scara industriala decat fungile superioare. Randamente maxime de aproximativ 1 g/l au fost raportate pentru conversia uleiului de castor la decalactona cu ajutorul unei tulpini de Aspergillius niger . Sunt preferate din punct de vedere biotehnologic Basidiomycete cum ar fi Polyporus durus sau Tyromycete sambuceus ce duc la domenii de concentratie similare pentru y octalactona si respectiv y decalactona, dupa un protopol de optimizare pornit de la scara de laborator. Culturile semicontinui de Tyromycete dezvpoltate in timp de mai mult de patru luni ating concentratii de peste 1,5 g decalactona / l. Formarea lactonei pare sa fie rezultatul unui proces metabolic : atunci cand 3 hidroxilarea bobisnuita a acizilor grazi in timpul 3 oxidarii uzuale este extinsa la hidroxilarea in 4 si 5, efectul citotoxic al acizilor grasi liberi in mediul nutritiv este mult micsorat sau cel putin redus. Ca rezultat, concentratile mari de trigliceride in mediu pot stimula formarea lactozelor. III.6 Abordari geneticeLa ora actuala se lucreaza pe strategii de abordare privind tipul de microorganism ce se poate aplica pentru studiul unui bioproces generator de compusi cu aplicatii terapeutice. Etapele inevitabile sunt cele de extindere a cercetarii tulpinilor, optimizarea sistematica a conditilor de cultivare si imbunatatirea continua a calitatii tulpinilor. Luand ca exemplu istoria descoperirii si productiei de antibiotice, se poate observa ca a fost nevoie de 10 ani pentru dezvoltarea procesului si a tulpinilor pana la nivelul la care se situeaza astazi. Avand ca baza cunoasterea acumulata in acest domeniu, procesele pentru generarea de bioarome se vor dezvolta mult mai rapid. Degradarea alcoolilor terpenici, cum este cazul geraniolului care se gaseste in concentratii insemnate in multe uleiuri esentiale vegetale, poate fi directionata spre formarea unor produsi ca 6 metit 5 heptan - 2 ona, un compus cu un miros fructat placut. Un patent american prezinta unele tulpini modificate genetic de Pseudomonas putida care catalizeaza aceasta reactie. De asemenea unele plasmide specifice au fost transformate in biocatalizatori activi.Cele mai multe dintre studile genetice privind aromele obtinute cu tulpini de microorganisme se refera la drojdii. Unele tulpini cu proprietati superioare au fost utilizate la inbunatatirea aromei vinurilor si respectiv sake-ului. S-au utilizat mutanti rezistenti la izomerii fluorofenilalaninei care au condus la o productivitate ridicata de feniletanol si acetatul corespunzator. La utilizarea acesteia la fermentatia sake-ului s-a obtinut o bautura cu note aromatizante caracteristice. Rezultate similare s-au obtinut prin utilizarea unui mutant capabil sa produca acid hexanoic si in consecinta hexanoat de etil.

CAP.IV AROME INCAPSULATEIV.1. Matrici de ncapsulare ai aromelorAplicatiile oligo- si polizaharidelor in industriile de medicamente, cosmetica si alimentara reprezinta un domeniu extrem de vast, care se poate intinde de la unele medicamente antibiotice aligozaharidice, la amidonurilem modificate si utilizate in industria alimentara ca modificatori reologici.

Cele mai utilizate sisteme de protejare si eliberare controlata a biomoleculelor sunt lipozomii, in special in industria farmaceutica si in practica medicala.

Lipozomii au fost studiati pentru prima data in 1965 ca modele pentru membrane biologice; mai tarziu au fost folosite drept agenti de transport pentru diferiti compusi cu activitate terapeutica, iar mai recent au fost obiectul unor studii si in sectorul cosmetica. Lipozomii sunt vezicule sferice ce prezinta central o cavitate hidrofila, inconjurata de un numar variabil de lamele, biomoleculare, compuse din fosfolipide, cu dimensiuni intre 15 3500 mm. Un domeniu relativ nou al chimiei organice, care a suscitat o atentie deosebita, este cel care dateaza complexarea unor molecule organice (molecule oaspete) in interiorul altor molecule (molecule gazda) ce contin cavitati canale sau buzunare. Astfel de complexari moleculare sunt baza proceselor specifice ce apar in biologie, cum ar fi legarea substratului la o enzima sau recunoasterea dintre fragmentele de ADN. Aceste procese de recunoastere moleculara au fost cunoscute sub genereicul chimia gazda oaspete; mai tarziu, Lehn a introdus termenul mult mai general de chimie supramoleculara, care este definit ca studiul structurilor si functiunilor complecsilor sau agregatelor ce rezulta din interactiunilor necovalente dinter molecule.

Ciclodextrinele au fost primii compusi studiati din punct de vedere al comportarii la complexare si al proprietatilor catalitice, obiectivul fiind acela de a mima enzimele. Prima publicatie a aparut in 1981, cand Villers a raportat izolarea a doua tipuri diferite de compusi cristlini din degradarea amidonului tratat cu bacteria Bacillusamlabacter.

Lunga istorie a ciclodextrinelor cuprinde patru perioade. In prima perioada structura si potentialul industrial al ciclodextrinelor a fost neclar, iar dupa 24 de ani a fost randul lui Pringsheim sa joace un rol important in cercetarea acestora, insa lucrariile lui contineau multe repetari, contradictii si erori.In cea de a doua perioada a fost elucidata structura ciclodextrinelor de catre Freudenberg si colaboratorii, fiind studiate proprietatile complecsilor si sau obtinut numerosi derivati.

Cea de a treia perioada este caracterizata de o puternica explozie in domeniul articolelor stintifice si al patentelor, privind studile de toxicologie si inceputul productiei industriale al ciclodextrinelor.

A patra perioada, care a inceput acum mai bine de un dceniu, este caracterizata prin cea de a doua generatie de ciclodextrine: productie industriala si utilizarea ciclodextrinelor modificate chimic.

Incapsularea a fost introdusa initial in industria alimentara pentru a obtine materiale aromatizante intr-o forma uscata si pentru a realiza o protectie a acestora. Aplicarea tehnicilor de incapsulare pentru alte ingrediente alimentare prezinta la ora actuala o atentie marita, deoarece aceste tehnici reprezinta un mijloc de protectie a ingredientelor fata de mediul inconjurator si fata de alte evenimente alimentare.

Exista cateva sute de tipuri de microcapsule sau substante de incapsulare utilizate ca aditivi alimentari. Acesti compusi pot conduce la o inbunatatiere sau la o alterare a aspectului. Acest lucru inseamna ca un aliment nu trebuie sa aiba un gust bun, ci si o culoare textura si aroma corespunzatoare.

Compusii de incluziune sunt compusi moleculari in care un compus ( molecula gazda ) include spatial un alt compus.Printre compusii de incluziune cei mai utilizati la ora actoala se afla ciclodextrinele care sunt capabile sa interactioneze cu diverse specii ionice si moleculare. In acest context ciclodextrinele permit incapsularea aromelor si medicamentelor la nivelul cel mai scazut posibil : incapsularea moleculara. In acest proces, fiecare constituent aromatizant sa compus medicamentos este inconurat de un inel al ciclodextrinei ce ofera o protexie aproape perfecta impotriva efectelor nocive ale mediului inconjurator.

Cele mai importante avantaje ale aplicarii incapsularii moleculare in industria alimentara si farmaceutica sunt :

Eliberarea controlata si protejarea compusilor aromatizanti si medicamentosi impotriva :

Oxidarii Transformarilor induse de reactile luminoase

Descompuneri termice

Pierderilor prin volatilizare sau sublimare la stocare

Obtinerea unor specialitati hidrosolubile

Eliminarea sau reducerea :

Gusturilor si mirosurilor neplacute

Fibrelor si a altor componente nearomatizante, neplacute

Higroscopicitatii

Avantaje tehnologice :

Compozitii stabile, standardizabile

Dozarea si manuierea simpla a pulberilor ce pot curge usor

Reducerea costurilor de ambalare si stocare

Procese mult mai economice

]

IV.2. CICLODEXTRINELE IN ALIMENTATIEIV.2.1. Stabilitatea aromei alimentareMaterile prime vegetale si animale ce contin diferite arome sunt larg utilizate in nutritia umana. Utilizarea lor directa prezinta o serie de inconveniente: Prepararea si prelucrarea lor este in mod obisnuit laborioasa, de exemplu, spalarea si taiarea cepei;

Materile prime nu au compozitia constanta, continutul lor de aroma depinde de recoltar, prelucrare, sort si locul de crestere al produsului;

Produsii naturali pot adesea sa contina contaminanti microbiologici si uneori infectari parazite ;

Continutul lor in aroma descreste in timpul stocarii si poate, de asemenea, sa implice o modificare nedorita a raportului dintre componenti ;

Depozitarea este adesea limitata si poate conduce la probleme serioase datorate spatiului necesar, temperaturi, umiditati .

Incepand cu a doua jumatate a secolului trecut aceste probleme au fost rezolvate in

parte prin utilizarea oleorezinelor condimentare sau a uleiurilor esentiale. Oleorezinele sunt obtinute prin extractia cusolventi acondimentelor ,iar uleiurile esentiale prin antrenare cu vapori de apa. Aceste produse au fost acceptate de industria alimentara inca din anii 1970, iar productia si consumul acestora in anii ulteriori au crescut. Oleorezinele si uleiurile esentiale sunt in general transformate in produse sub forma de pulbere prin amestecarea cu saruri, zaharuri sau amidon, sau prin microincapsulare in guma arabica, derivati de celuloza sau amidon. Astfel de produse pulbere ofera prioducatorilor alimentari o forma standardizata, curata, ce poate fi dozata comparativ cu produsul neincapsulat greu de dozat si de compozitia variabila.

Cea mai utilizata baza pentru obtinerea pulberilor aromatizante este dextrina. Desii aceasta este ieftina si netoxica, este foarte higroscopica, ceea ce reprezinta un dezavantaj considerabil. Ciclodextrinele si complecsi acestora nu sunt higroscopici, caracteristica foarte importanta inspecial in conditii de umiditate ridicata de exemplu la topice. Al doilea mare dezavantaj al pudrelor aromatizante este acela ca ingredientul activ este distribuit pe o suprafata destul de mare. Acest lucru conduce la o deteriorare rapida prin volatilizare, oxidare, descompunere. Produsele microincapsulate nu se deterioreaza in acest mod, dar acestea sunt adesea scumpe si necompetitive. Principatele avantaje ale utilizarii complecsilor ciclodextrinelor in alimentatie sunt: Protectia ingredientului activ impotriva oxidarii, reactilor induse de lumina, distruge, descompuneri determinate de caldura, pierderi prin volatilizare, sublimare ;

Eliminarea sau reducerea mirosurilor si gusturilor neplacute, contaminarii microbiologice, componentelor fibroase sau a altor componente nedorite, higroscopicitatii ;

Avantaje tehnologice privind stabilitatea, compozitia standardizata, dozarea simpla si manuirea usoara a pulberilor uscate, reducerea costurilor de ambalare si stocare, procesare tehnologica mult mai economica, reducerea costurilor de laborator.

IV.2.2. Aplicaii ale complecilor aromatizani

Gustul -ciclodextrinei nu poate fi detectat in complex si el nu va afecta, deci nici aroma nici textura alimentului in care a fost utilizat.

In lume se utilizeaza un numar mare de complecsi aromatizanti. Alimentele, incluzand si sosurile, sunt preparate comform unor retete convenctionale. In aceste produse, unul sau mai multe condimente sunt inlocuite cu complecsi corespunzatori ai ciclodextrinelor. Alimentele martor ( fata de care se face controlul) sunt fabricate din aceleasi materii prime dar utilizand condimente naturale.

Domenile posibile de aplicare a complecsilor aromatizanti sunt:

Utilizari casnice : acesti complecsi simplifica mult gatitul si furnizeaza posibilitatea alegerii gusturilor si aromelor sub forma de produse dispersante, de exemplu tablete continand diverse arome, acestea vor ocupa in loc restrans si vor putea fi stocate timp mai indelungat fara pierderea ingredientilor activi; In industria alimentara : prin eliminarea procesarii manuale a unor marerii prime, lucrul si suprafata de stocare vor fi diminuate. Transportul va fi simplificat, pierderile la stocare pot fi inlaturate si se poate obtine o mare varietate de gusturi pentru produsele alimentare. Se pot obtine gusturi si arome identice indiferent de zona prin utilizarea produselor standard ; In spitale pentru alimente dietetice : prin inlaturarea consumului de produse fibroase si cu continut de seminte, care irita tactul gastro intestinal. Diverse arome apetisante pot fi utilizate pentru obtinerea unor alimente destinate unor pacienti cu dieta. Majoritatea problemelor de digestie nu sunt cauzate de arome ca tare ci de materialele de transport, de obicei de natura vegetala ; In alimente cu carne si conserver : complecsi cu ciclodextrine sunt produse aromatizante stabile de compozitie constanta. Acestea sunt usor de utilizat pentru supe sau sosuri, fara riscul contaminarii microbiene. V. PRECURSORI DE AROM DIN PINEV.1. Utilizarea enzimelor alimentare

Enzimele au fost recunoscute de mult timp ca un mijloc de imbunatatire a procesului de procesare sau a proprietatilor produselor cerealiere i utilizarea lor este in continua crestere.

Painea este cel mai obisnuit dintre alimentele traditionale din intreaga lume, cu costuri relativ mici. Astazi, painea a facut jonctiunea cu biotehnologia, numitorul comun fiind enzimele.

De decenii, enzimele, cum ar fi maltul si (-amilaza fungica, au fost folosite la fabricarea painii. Datorita schimbarilor care au avut loc in panificatie, precum si cererii crescute pentru produse naturale, enzimele si-au castigat o binemeritata importanta in retetele de paine. Descoperirile de ultima ora din biotehnologii au dus la obtinerea a noi preparate enzimatice disponibile pentru industria de panificatie.

In Romania functioneaza mii de unitati de morarit si panificatie. In acest domeniu activitatea de asigurare a calitatii produselor de panificatie este prioritara, n conditiile n care aproape doua treimi din faina rezultata din recoltele de gru anuale nu corespund cerintelor de calitate.

Pna relativ recent s-a avut n vedere folosirea de aditivi (ingrediente, ca atare) sau amelioratori complecsi pentru mbunatatirea calitatii produselor finite, n procesul de panificatie. In ultimii ani, data fiind variabilitatea mare a loturilor de faina de gru, ameliorarea fainurilor direct n moara s-a impus ca o necesitate.

Multi producatori de produse alimentare considera folosirea enzimelor noua si inovatoare. In timp ce acest lucru este adevarat pentru multe categorii de produse, industria de panificatie are o lunga istorie de studiere si utilizare a enzimelor. Intr-adevar, exista referinte despre utilizarea enzimelor in produsele de panificatie vechi de peste 100 de ani.

Enua Iorga*, Gh. Campeanu***Institutul de Bioresurse Alimentare

**Facultatea de Biotehnologii, Universitatea de tiine Agronomice i Medicin Veterinar Bucureti, B-dul Mrti 59, RomniaChiar si fara acest record de utilizare, enzimele sunt considerate ingrediente functionale din mai multe motive. De exemplu, enzimele sunt componente naturale ale multor ingrediente folosite in panificatie. Daca se adauga o enzima, ea este, adeseori, distrusa de caldura in timpul procesului de coacere. In ambele situatii, producatorii pot obtine beneficiile functionale ale enzimelor, in timp ce mentin imaginea de produs curat a produsului finit. De asemenea, enzimele sunt specifice pentru o anumita functie, eliminandu-se astfel efectele nedorite.

Totusi, crearea de enzime destinate, in cea mai mare parte, utilizarii in panificatie necesita o intelegere mai buna a modului de actiune al enzimelor.

Pornind de la compozitia biochimica normala a fainurilor de grau in comparatie cu deficientele pe care acestea le pot avea, putem spune ca enzimele sunt cele mai importante adaosuri naturale, care intervin in obtinerea unor fainuri cu caracteristici dorite, in functie de domeniul lor de utilizare.

Exista enzime endogene, continute nativ in faina de grau si enzime exogene, adaugate pentru a imbunatati performanta fainurilor in scopul dorit.

Toate aceste preparate enzimatice sau amelioratorii care le includ, sunt destinate, n exclusivitate, utilizarii n procesul tehnologic de obtinere a produselor de panificatie. Relativ recent, n special, n ntreprinderile de morarit si panificatie, care au beneficiat de o retehnologizare a instalatiilor de macinare ( tip Buhler, Ocrim etc.), s-a trecut la ameliorarea fainurilor direct n moara.

In strainatate, utilizarea enzimelor in industria de panificatie este frecventa, dar nu din motivele pe care le-ar reclama, cu stringenta, industria romaneasca. Materia prima de baza faina nu prezinta o variabilitate atat de mare ca in Romania. Motivele utilizarii enzimelor sunt prezentate in cele ce urmeaza.

Pornind de la variatiile mari intre un proces de fabricatie si altul, au loc schimbari in intreaga industrie de panificatie moderna a zilelor noastre.

Timpii procesului tehnologic s-au micsorat, procesele au fost automatizate si s-au introdus alte tehnologii (de exemplu, procese cu aluat congelat, cuptoare noi). Aceste schimbari sunt dictate nu numai de inovatii tehnologice, dar, de asemenea, de o nevoie crescuta de a reduce costurile de productie. Exista diferente mari intre tari: in S.U.A. si Marea Britanie, cea mai mare productie de paine este obtinuta in brutariile industriale, iar in Germania si Olanda, in brutariile mici. Totusi, automatizarea a fost introdusa in aproape toate etapele procesului, ceea ce a condus la modificarea proprietatilor de prelucrabilitate ale aluatului si la reducerea considerabila a tolerantei la modificarea ingredientelor.

In societatea moderna, nevoile consumatorului s-au schimbat: preferinta pentru paini cu nivel scazut de aditivi artificiali, cu continut mic de grasime, cu continut mare de fibre care micsoreaza colesterolul din sange, paine integrala. In unele tari din Comunitatea Europeana painea de grau integrala a scos de pe piata traditionala painea alba. Acum, industria de panificatie este fata-n fata cu necesitatea de a produce o varietate de produse proaspete, de calitate inalta si cu continut limitat de ajutatori chimici de proces (bromatul de potasiu a fost interzis in cateva tari, polioxietilensorbatii au fost, de asemenea, interzisi ca amelioratori).

Altfel spus, industria de panificatie are nevoie de aditivi naturali, cu specificarea diferentelor: morarul are nevoie de agenti de corectie, iar tehnologul de ajutatori de proces. Morarul are obligatia sa-i furnizeze tehnologului o faina de calitate, cu care acesta sa obtina o varietate de produse de panificatie, care sa corespunda cerintelor calitative.

Piata mondiala a enzimelor industriale a fost estimata la un miliard de $ S.U.A. in 1995, crescand de la 400 milioane $ in 1983 si preconizandu-se o crestere pana la 1,7 2 miliarde de $ in 2005. Disponibilitatea enzimelor comerciale s-a imbunatatit tot timpul, din cauza ca aproximativ 400 de companii din lumea intreaga ofera cantitati industriale de diferite tipuri de enzime. 12 furnizori mari ocupa un spatiu larg pe piata si exista o tendinta spre specializarea in anumite domenii de produse. Panificatia si alte domenii de procesare a cerealelor au fost, de departe, unul din domeniile de aplicare minore, mai putin insemnate; totusi, prospectiunile, cercetarile, care prevad o extindere majora a disponibilitatii enzimelor, sunt bune si se asteapta o crestere a utilizarii enzimelor. Este disponibila o lista cu 136 de furnizori de enzime, realizata in 1996; cel putin 30 de companii furnizeaza enzime pentru panificatie si alte produse alimentare.

Enzimele tehnice sunt produse din trei surse diferite: plante, animale si microorganisme. Producerea enzimelor din surse microbiene ofera un spectru larg de enzime. Nu toate enzimele sunt folosite sau permise in alimente.

Siguranta alimentelor si a aditivilor alimentari este aparata prin reglementari guvernamentale. De exemplu, in S.U.A., F.D.A. (Food and Drug Administration) joaca un rol important in aprobarea folosirii enzimelor microbiene ca alimente sau aditivi alimentari. Sunt permise numai asa-numitele enzime de grad alimentar, care limiteaza sever folosirea tulpinilor microbiene, altele decat cele privite, in general, ca fiind sigure (GRAS). Reglementarile care se refera la paine pot fi chiar mai stricte. De exemplu, in S.U.A., un standard de identitate permite folosirea numai a enzimelor sub forma de faina de grau maltificat, faina de orz maltificat si amilaze fungice (Codul Reglementarilor Federale, 1985). Astfel, folosirea enzimelor, altele decat cele mentionate, este interzisa. Se pare ca legislatia se va modifica, totusi, ca de exemplu in Olanda, unde legislatia a fost modificata recent, pentru a permite folosirea amilazelor si proteazelor la fabricarea painii. In alte tari, legislatia nu a fost modificata inca, dar asta nu inseamna ca in aceste tari enzimele nu sunt folosite, curent, in procesele de fabricare a painii.

In Romania, utilizarea aditivilor alimentari, inclusiv a enzimelor, este reglementata prin lege. Astfel, sunt in vigoare urmatoarele acte normative: Ordin nr. 975/16 Dec. 1998 al Ministerului Sanatatii, privind aprobarea normelor igienico-sanitare pentru alimente, Ordonanta nr. 113/1999 privind reglementarea productiei, circulatiei si comercializarii alimentelor si Hotararea nr. 953/1999 privind modificarea si completarea Hotararii Guvernului nr. 784/1996 pentru aprobarea Normelor metodologice privind etichetarea produselor alimentare.

V.2. Enzime cerealiere endogene

Acest subcapitol este destinat enzimelor, care sunt cele mai importante pentru tehnologii alimentari, de exemplu acelea care influenteaza calitatea variatelor produse alimentare. In cele ce urmeaza, se pune un accent deosebit pe hidrolaze, care sunt, poate, cele mai importante enzime care influenteaza calitatea cerealelor.

Enzimele endogene contribuie la calitatea si caracteristicile de procesare ale materiilor prime cerealiere. S-a considerat ca, adeseori, enzimele endogene au slabit proprietatile de procesare ale cerealelor; astfel, cu exceptia maltificarii, modul de abordare, in general, a fost cel de minimizare a efectelor enzimelor endogene. Totusi, o intelegere din ce in ce mai buna a inducerii, localizarii, specificitatii si a mecanismelor lor de actiune ar putea sa usureze un control mai bun al enzimelor endogene si sa imbunatateasca exploatarea lor.

Granele contin un numar mare de enzime specifice si variatia nivelelor de activitate ale acestora influenteaza calitatea materiilor prime cerealiere. Aceasta variatie se datoreaza diferentelor dintre soiurile folosite si conditiilor climaterice in timpul dezvoltarii si recoltarii.

Dintre cauzele care conduc la variatia nivelelor de activitate ale enzimelor endogene in materiile prime cerealiere pot fi mentionate:

variatie soiuri;

conditii de mediu in timpul cultivarii;

incoltire inainte de recoltare;

conditii de pastrare;

fractionare la macinare;

conditii de procesare.

In ideea aprecierii corecte, complete a mijloacelor prin care enzimele cerealiere endogene pot influenta calitatea alimentelor, este necesara o scurta prezentare a modului de actiune al acestor enzime. Astfel, in cele ce urmeaza este prezentat modul de actiune de baza al catorva dintre cele mai importante enzime cerealiere endogene.

In cereale sunt prezente diferite enzime hidrolitice endogene, in scopul degradarii constituientilor de rezerva, cum ar fi amidonul, proteinele si lipidele. Componentii de rezerva ai granelor, cum sunt amidonul si proteinele, la fel ca si (-glucanul din peretii celulelor, sunt degradati prin actiunea combinata a exo- si endo-enzimelor.

Exo-enzimele ataca polimerii de la un capat al moleculei, indepartand secvential, una cate una, unitatile monomerice. Pe de alta parte, endo-enzimele ataca portiuni interioare ale polimerilor, eliberand fragmente de molecula mai mici, dar inca relativ mari. In linii mari, endo-enzimele duc la solubilizarea macromoleculelor prin reducerea marimii lor, in timp ce exo-enzimele produc specii cu mase moleculare mai mici din produsii de hidroliza ai endo-enzimelor (Bamforth, 1986).

Hidroliza a amidonului - amidonul este degradat de o combinatie de enzime, care include (- si (-amilaze si dextrinaza limita (Figura 5.1), rezultatul final fiind producerea de glucide.

Figura 5.1. Hidroliza amilozei (A) si a amilopectinei (B) din amidon prin actiunea combinata a (- si (-amilazei si a dextrinazei limita

[- rest de glucoza; - rest de glucoza redusa; - legatura (-(1,4) si . legatura (-(1,6)].

Proteaze - Exista multa confuzie in literatura de specialitate in ceea ce priveste nomenclatura enzimelor cerealiere care hidrolizeaza proteinele. In general, proteaze sau enzime proteolitice sunt folosite, in mod obisnuit, ca nume generice pentru enzimele care hidrolizeaza legaturile peptidice (Storey si Wagner, 1986). Endopeptidazele hidrolizeaza legaturile interne din proteine, in timp ce aminopeptidazele si carboxipeptidazele sunt exopeptidaze, care elibereaza aminoacizi de la capatul amino, respectiv capatul carboxil al lantului peptidic (Figura 2).

Figura 5.2. Proteoliza legaturilor peptidice in proteina cerealelor.

Lipazele adevarate sunt enzimele care ataca triglicerolii, asa cum se poate vedea in exemplul urmator, si actioneaza numai la interfata ulei-apa (Galliard, 1980):

Figura 5.3. Actiunea lipazelor asupra triglicerolilor. R, R si R reprezinta lanturi

ale acizilor grasi.

Oxidaze

Lipoxigenaza (linoleat: oxigen oxido-reductaza) se refera la un grup de enzime care catalizeaza oxigenarea (oxidarea), de catre oxigenul molecular, a acizilor grasi care contin un sistem cis, cis (1,4) pentadien pentru a produce derivati hidroperoxidien conjugati (Galliard si Chan, 1980), asa cum se poate vedea:

Figura 5.4. Actiunea lipoxigenazei asupra acizilor grasi in prezenta oxigenului molecular.Fenoloxidaza

Exista un spectru larg de enzime in cereale care catalizeaza oxidarea mono- si difenolilor la chinone. Acestea sunt prezentate, adeseori, ca polifenol oxidaza, fenolaza, tirozinaza, catecolaza si crezolaza. Sunt catalizate doua reactii distincte, asa cum se poate vedea mai jos:

Figura 5.5. Reactii catalizate de fenol oxidaze.

Aceste enzime sunt implicate in formarea materialelor polimerice colorate. Aceasta reactie poate fi denumita brunificare enzimatica sau melanoidizare.

Peroxidaza

Peroxidaza este membru al unei familii largi de enzime denumite oxido-reductaze (Burnette, 1977) si este o hemproteina care catalizeaza oxidarea unui numar de amine aromatice si fenoli de catre peroxidul de hidrogen (Kruger si Reed, 1988).

Enzima catalizeaza reactia generala (Scott, 1975):

ROOH + AH2 ( H2O + ROH + A

ROOH poate fi HOOH sau un alt peroxid organic, cum ar fi peroxidul de eter, etil peroxidul de hidrogen sau peroxidul de butil (Sumner si Somers, 1947). Reactia enzimatica are loc via un numar de complecsi intermediari, asa cum se poate vedea in ecuatiile urmatoare, unde AH2 inlocuieste donorul de hidrogen si A donorul oxidat (Burnette, 1977):

Peroxidaza + H2O2 ( Complex I

Complex I + AH2 ( Complex II + AH

Complex II + AH2 ( Peroxidaza + A

Figura 5.6. Reactii catalizate de peroxidaza (Kruger si altii, 1991).

V.2.1. Metode pentru determinarea enzimelor din cerealDeterminarea activitatii enzimelor se efectueaza prin: msurarea gradului de transformare al substratului, msurarea concentratiei produsului de reactie sau msurarea cineticii de reactie, urmrite ntr-un interval de timp prin metode fizice sau chimice adecvate.

Activitatea enzimatica se exprima cantitativ n unittile propuse de ctre Comisia de Enzimologie (CE) si anume:

Unitatea de activitate enzimatica (U) reprezinta cantitatea de enzima care catalizeaza transformarea a 1 (mol substrat/min n conditii standard (25C, pH si concentratie de substrat optime);

Katalul (Kat) reprezinta cantitatea de enzima care catalizeaza transformarea a 1 mol substrat/s n conditii standard;

Activitatea specifica reprezinta numarul de unitati enzimatice/mg proteina (Kat/kg proteina);

Activitatea enzimatica molara reprezinta numarul de molecule de substrat transformate de ctre o molecula de enzima n timp de 1 minut sau 1 secunda (Kat/mol enzima) (Dumitru si Iordachescu, 1981).

Enzime de degradare a amidonului

Alfa- amilaza - exista mai multe metode pentru determinarea activitatii (-amilazei. Scopul pentru care este determinata activitatea enzimatica va dicta alegerea metodei. De exemplu, un cercetator poate dori o metoda precisa, desi ea necesita mai mult timp. Pe de alta parte, in comert, sunt necesare metode rapide pentru a nu impiedica miscarea granelor si acuratetea poate fi compromisa in interesul rapiditatii si al simplitatii. Metodele descrise mai jos intra in urmatoarele categorii: vascozimetrice, cu substrat colorat, turbidimetrice, colorimetrice, gel difuzie si glucid reducator.

Metoda falling-number Hagberg (Hagberg, 1961) este o metoda vascozimetrica bazata pe degradarea autolitica a amidonului intr-un lapte de amidon de catre (-amilaza. O activitate (-amilazica crescuta are ca rezultat o vascozitate redusa, care se masoara prin timpul in care o tija metalica cade prin gelul de amidon. Metoda este utilizata, pe larg, in comert pentru a masura gradul de incoltire al granelor. De asemenea, enzimele endogene sunt binecunoscute pentru efectele lor adverse in cazul incoltirii inainte de recoltare. Determinarea indicelui de cadere (falling number), un test empiric care se bazeaza pe capacitatea (-amilazei endogene de a reduce vascozitatea suspensiilor de faina tratate la cald, este folosita, pe scara mare, in industria de morarit si panificatie pentru a estima, aprecia calitatea de panificatie a fainii. Falling number indicele de cadere este invers proportional cu activitatea (-amilazica a fainii si domeniul acceptabil depinde de tipul de produs cerealier. De exemplu, in graul incoltit, cu un falling number scazut, dextrinele formate prin actiunea (-amilazei au ca rezultat un miez al painii lipicios si gumos. Incoltirea cerealelor inaintea recoltarii reprezinta unul din subiectele diferitelor simpozioane, reliefand efectele enzimelor in timpul germinarii si, de asemenea, influenta in industriile de morarit si panificatie si a berii.

Indicele de cadere (indicele Hagberg) ofera informatii despre activitatea amilazei (in special, (-amilaza) si despre procesul de fermentatie care are loc in aluatul din faina de grau. Valorile indicelui de cadere sunt invers proportionale cu activitatea amilazei.

Tabel 2 Valori ale indicelui de cadere si influenta lor asupra fainii.

Indice de cadere, sec.Comentarii

60 150Activitate amilazica crescuta. Aceasta faina se obtine din grane germinate si utilizarea ei conduce la paine cu miez care ramane lipicios si necopt. Este aproape inutilizabila, mai putin daca este amestecata, in mod corespunzator, cu alte fainuri cu indice de cadere mare.

150 220Activitate amilazica superioara aceleia care este normala. Aceasta faina necesita o corectie prin amestecarea cu fainuri cu indice de cadere mare sau prin folosirea unor metode particulare de fabricare a painii.

220 280Activitate amilazica normala.

( 280 300Activitate amilazica slaba. Folosirea acestei faini are ca rezultat o paine care nu este dezvoltata, cu volum mic si miez prea uscat. Necesita adaos de malt diastatic.

S-a constatat din experimentari ca valorile cifrei de cadere (FN) nu se micsoreaza direct proportional cu procentul de boabe incoltite. Activitatea amilolitica depinde de stadiul de incoltire al bobului.

Insuficienta activitatii (-amilazei poate fi corectata prin adaugarea maltului de cereale sau a (-amilazei fungice.

Metoda amilografica Brabender (AACC, 1983) este o alta metoda autolitica in care vascozitatea unei suspensii de faina este masurata ca o functie de timp si temperatura si cu o inaltime a picului ca o masura a (-amilazei. Activitatea amilolitica se exprima in unitati Brabender (UB); o activitate amilolitica corespunzatoare reprezinta 450-500 UB. Peste 550 UB exista o activitate amilolitica insuficienta, iar sub 400 UB o activitate amilolitica mare.

n fina de gru activitatea amilolitica se mai identifica prin:

Metoda Sandstedt Kneen Blish (AACC 1983, Meth