Curs 1 Introd

BIOTEHNOLOGII ALIMENTARE • studiază procesele tehnologice prin care materiile prime (vegetale sau animale) sunt transformate în alimente, care constituie produsele finite ale industriei alimentare • tehnologia = studiul tehnic al utillajelor, masinilor, materialelor Obiectiv principal: • asigurarea necesarului de alimente pentru populaţia globului, care sa asigure aportul necesar de nutrienti (proteine)

Perioada Locuitori

240.000 ani 10.000

4000 iHr. 30 milioane

1 dHr. 210 milioane

1900 1650 milioane

2006 6.5 miliarde

Istoricul industriei alimentare 1. 2. 3.

Etapa antica Etapa clasica Etapa moderna

1. Antichitate • Putine documente scrise; arta • Tehnologii empirice de obtinere a alimentelor si agricole (biotehnologii agricole si casnice) • Necesitatea conservarii alimentelor (cas, paine, bere, vin, otet 1000 ien) • In agricultura: culturi de plante rezistente, animale domestice

2. Etapa clasica 1. 2. 3. 4. 5.

Rezultatul cresterii populatiei Obtinerea de hrana si alte produse Fermentatii bazate pe biotehnologiile antice Adaptarea la industrie Continua sa fie folosite partial si azi

3. Etapa moderna 1. Inter- si trans-disciplinaritatea 2. Manipularea materialului genetic 3. Scopul: satisfacerea nevoilor omului, sub toate aspectele (hrana, stare de sanatate, confort, stil de viata, educatie)

PARTICULARITATILE INDUSTRIEI ALIMENTARE

1. Natura materiilor prime prelucrate şi produsele finite obţinute. 2. Materiile prime – produse naturale, perisabile şi degradabile. Majoritatea materiilor prime se caracterizează printr-o labilitate mare. Sub acţiunea factorilor interni (echipament enzimatic propriu) şi a celor externi (factori de mediu: temperatură, prezenţa umidităţii, microorganisme), ele se depreciază, uneori foarte rapid. 3. Producţia agricolă are caracter sezonier (se obţine în anumite perioade ale anului), şi este influenţată de tehnologia de cultivare, respectiv de creştere a diferitelor specii vegetale şi animale, de factori climatici. Datorită caracterului sezonier al producţiei agricole şi a faptului că aceasta este uneori supusă deprecierii rapide, este necesar să fie prelucrată în timp scurt şi cu maximă eficienţă 4. Materiile prime prelucrate în industria alimentară au de multe ori caracteristici fizice, chimice şi biochimice neomogene, care variază în timp în limite foarte largi ceea ce impune o continuă modificare a parametrilor de producţie. 5. Produsele finite rezultă o gamă largă de produse alimentare

PROCESUL TEHNOLOGIC = ansamblul operaţiilor fizico-mecanice, chimice şi biochimice dintr-un sistem industrial, legate într-o succesiune logică,necesare pentru obţinerea unui produs cu caracteristici fizico-chimice şi organoleptice prestabilite. FLUXUL TEHNOLOGIC= ordonarea liniară a operaţiilor şi proceselor, de la intrarea materiilor prime în sistem până la ieşirea din sistem a produselor finite dorite. SCHEMA DE PRINCIPIU (SCHEMA PROCESULUI TEHNOLOGIC)= reprezentarea grafică a fluxului tehnologic

CLASIFICAREA PROCESELOR TEHNOLOGICE DIN INDUSTRIA ALIMENTARÃ 1. Procese de condiţionare a materiilor prime prin tehnologii de prelucrare ce nu transformã caracterul materiei prime: • condiţionarea cerealelor; • condiţionarea fructelor şi legumelor; • colectarea şi condiţionarea laptelui de consum; • tehnologia de abator a cãrnii.

2. Procese de prelucrare a materiilor prime prin metode fizicochimice: - tehnologia produselor fãinoase; - tehnologia zahãrului; - tehnologia amidonului, a glucozei şi a dextrinei; - tehnologia uleiurilor vegetale; - tehnologia bãuturilor nealcoolice şi a apelor minerale. 3. Tehnologii de conservare a produselor alimentare: • tehnologia conservelor din legume şi fructe; • tehnologia conservelor din carne; • tehnologia conservelor din peşte.

5. Tehnologia de prelucrare a produselor prin metode biotehnologice cu ajutorul enzimelor sau microorganismelor: - tehnologia spirtului; - tehnologia berii; tehnologia vinului; - tehnologia fabricãrii produselor lactate fermentate; - tehnologia smântânii şi a untului; - tehnologia brânzeturilor; - tehnologia produselor de panificaţie; - tehnologia prelucrãrii tutunului

RAMURI ALE INDUSTRIEI ALIMENTARE

- industria zahărului; - industria produselor zaharoase; - industria amidonului, glucozei şi dextrinei; - industria uleiurilor vegetale; - industria cărnii şi a produselor din carne; - industria laptelui şi a produselor lactate; - industria morăritului, panificaţiei şi a produselor făinoase; - industria valorificării fructelor şi a legumelor; - industria spirtului şi a băuturilor alcoolice; - industria berii; - industria vinului; - industria tutunului.

MATERII PRIME UTILIZATE ÎN INDUSTRIA ALIMENTARÃ I. Materii prime vegetale 1.Cereale: grâu, secara, porumb, orz, orez, ovãz, mei 2.Plante oleaginoase: plantele ale căror seminţe sau fructe au un conţinut ridicat de lipide: floarea soarelui, inul, ricinul, rapiţa, susanul, muştarul negru, măslinul, cocotierul, palmierul. 3.Sfecla şi trestia de zahăr 4.Legumele şi fructele Părţile comestibile ale legumelor pot fi: -fructele: tomatele, pătlăgelele vinete, ardeii, castraveţii, dovlecei; -păstăi: fasole verde; -tuberculi: cartofi; -frunze: varză, salată, pătrunjel, spanac, lobodă, mărar, ştevie; -inflorescenţă: conopida; -bulbi: ceapa, usturoiul; -rădăcini: morcovi, pătrunjel, ţelină, sfeclă roşie, ridiche. Categorii de fructe: • specii cu seminţe: măr, păr, gutui, păducel; • fructe cu sămburi tari sau sâmburoase: prun, cireş, vişin, cais, piersic; • fructe bace, cărnoase, cu miez cu seminţele: agrişe, coacăze roşii, coacăze negre, afine, struguri; • fructe poliachene: căpşuni, mure, fragi, zmeură. 5. Hameiul 6. Plante medicinale, plante aromatice

II. MATERII PRIME DE ORIGINE ANIMALĂ 1. Carnea: bovine, porcine, ovine, păsări, vânat 2. Laptele: vacă, de oaie, bivoliţă 3. Ouăle: găină, raţă, gâscă, curcă

III. MATERII AUXILIARE PENTRU PREPARAREA PRODUSELOR ALIMENTAR grãsimi, condimente, coloranţi, arome, conservanţi, emulgatori şi stabilizatori, gelifianţi, agenţi de îngroşare, substanţe decolorante, materiale filtrante etc.

CELE CINCI GRUPE ALIMENTARE GRUP

NUTRIENT

APORTUL RECOMANDAT

Paine/Cereale

Glucide, Tiamina, Fibre

4 mese

Vegetale/Fructe

Vitamina C, Fibre, Folat

4 mese

Carne

Proteine, Lipide, Fier, Zinc

1 mese

Lapte

Calciu, Proteine, Lipide, Glucide

300ml/40g branza (adulti) 600ml (copii, mame care alapteaza)

Unt/margarina

Lipide

1 lingura

NUTRIENTI

1. PROTEINE 2. GLUCIDE 3. LIPIDE 4. VITAMINE, HORMONI, ENZIME 5. SARURI MINERALE, OLIGOELEMENTE, FIBRE

ALIMENTUL - amestec complex bogat in nutrienti, în stare proaspătă sau prelucrată, utilizat ca hrană. - componenţi: proteine, glucide, lipide, săruri minerale, vitamine şi apă. - produsele alimentare sunt perisabile (sunt susceptibile de a-şi modifica însuşirile şi compoziţia şi în final de a se altera).

• • • •

valoare nutritiva (biologica) valoare energetica (calorica) valoare psihosenzoriala valoare igienica

Aliment

VN10

Vcal (kcal/100 g)

zahar

1.97

410

morcovi

7.98

45

MALNUTRITIA MALNUTRITIA DE EXCES- alimente (ultra)rafinate/ concentrate

ETAPE

OPERATII

Materii prime

PREGĂTIRE

PRELUCRARE

IZOLARE, purificare

Produs alimentar

Macinare Sortare Hidroliza Sterilizare Operaţii mecanice, fizice, chimice, biochimice

Filtrare Centrifugare Sedimentare Floculare Dezintegrare celulara Precipitare Evaporare/Uscare

Operatii Termice 1. Sterilizarea termica prin metode clasice 2. Sterilizarea termica cu radiatii: IR, US, HF, MW 3. Evaporarea/ concentrarea; 4. Liofilizarea, atomizarea 5. Distilarea

Operatii netermice 1. Sterilizarea prin iradierea si radiatii ionizante 2. Filtrarea/centrifugarea 3. Maruntirea si sortarea

Operatii la presiune inalta sau scazuta 1. Transvazarea 2. Filtrarea 3. Evaporarea/concentrarea 4. Distilarea

MICROORGANISME UTILE- MICROORGANISME DAUNATOARE Microorganismelele utile sunt capabile sa produca direct (prin vegetatie) sau indirect (prin intermediul enzimelor secretate) transformarea biochimica a unor cantitati de substante organice mult mai mari decat propria masa, cu formarea unor produse utile - produse farmaceutice si biosinteza - produse alimentare - controlul si combaterea poluarii Microorganisme daunatoare (patogene) determina: alterarea unor produse, aparitia unor afectiuni ale omului sau unor produse utilizate de om

STERILIZAREA- operatia de start in orice proces fermentativ, utilizata pentru eliminarea completa a tuturor microorganismelor

BIOTEHNOLOGII ALIMENTARE

„Bios”= viaţă „Tehnikos”= tehnici „Logos” = a studia

Biotehnologia alimentară = prelucrarea industrială a diferitelor materii prime cu ajutorul microorganismelor şi enzimelor proprii sau a unor agenţi biologici (microorganime, enzime) adăugaţi în scopul realizării unor produse sau a ameliorării unor procese tehnologice.

PREPARATE ENZIMATICE ENZIMELE -din punct de vedere structural sunt proteine constituite din aminoacizi -din punct de vedere funcţional sunt catalizatori biologici care au rolul de a permite realizarea unor reacţii cu o viteză mărită Avantajele enzimelor: 1.catalizeaza reacţiile chimice în condiţii blânde de temperatură, pH, presiune 2.sunt catalizatori specifici, deseori stereoselective, care nu conduc la obţinerea de produşi de reacţie secundari nedoriţi 3.Sunt compuşi biodegradabili 4.enzime nu sunt limitate numai la acţiunea în mediul apos, putând acţiona şi la interfaţa dintre două faze, apă: solvent organic sau apă:ulei Dezavantajele enzimelor: -au stabilitate limitată; -Sunt relativ scumpe -de cele mai multe ori sunt utilizate industrial o singură dată.

Utilizarea enzimelor in industria alimentara Industria alimentara si a bauturilor (cca 50%) • Bere • Vin • Alcool • Proteine • Produse lactate • Carne si produse • Paine si panificatie • Grasimi si uleiuri

Alte domenii; 6 Morarit, panificatie; 5 Amidon; 30

Sucuri, vinuri; 10 Bere; 4

Distilate; 5 Produse lactate; 5

Detergenti; 35

Poderea utilizării preparatelor enzimatice la nivel industrial

Principalele tipuri de preparate enzimatice

Alte enzime; 4 Pectinaze; 10

Glucozizomeraze; 14 Amilaze fungice; 18

Proteaze fungice; 4

Amilaze bcteriene; 10 Proteaze bacteriene; 35

Proteaze de coagulare; 5

PREPARATE ENZIMATICE SOLIDE 1. Preparate enzimatice brute, sub formă de pulbere, obţinute prin uscarea şi măcinarea mediului fermentat; 2. Preparate sub formă cristalizată, enzime pure utilizate preponderent în chimia analitică şi ingineria genetică; 3. Preparate liofilizate, care sunt enzime purificate în amestec cu substanţe crioprotectoare, care sunt urcate în vacum la temperaturi de -20......-50C. PREPARATE ENZIMATICE LICHIDE 1. Preparate enzimatice brute, formă sub care se livrează enzimele extracelulare (eliberate de către microorganisme în mediul de cultură în timpul fermentaţiei). 2. Preparate parţial purificate, în care se adaugă conservanţi pentru a le mări stabilitatea în timp.

SURSE DE ENZIME Sursele animale: subprodusele din industria cărnii (ficat, pancreas, inimă, rinichi, creier, mucoasă stomacală şi intestinală), cu utilizare redusa. Sursele vegetale: seminţe (germinate sau negerminate), rădăcini, fructe, sevă, latexuri, frunze. - papaina, protează obţinută din latexul fructelor de Caryca Papaia - ficina, protează obţinută din latexul fructului de smochin (Ficus carica) - bromelina, protează obţinută din sucul de ananas (Ananas comosus) Surse microbiene: - se pot obţine în cantităţi mari - ciclul de dezvoltare este foarte redus - producţia de enzime poate fi mărită prin selectarea şi utilizarea de tulpini mutante - preparatele enzimatice obţinute pot avea activităţi diferite cu predominanţa unei activităţi

MICROORGANISME UTILIZATE ÎN INDUSTRIA ALIMENTARĂ 1.BACTERIILE: Genul Streptococcus, Genul Leuconostoc, Genul Pediococcus, Genul Lactobacillus, etc 2.DROJDIILE: Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces pasteurianus, Cryptococcaceae 3.MUCEGAIURILE: Genul Mucor şi Rhizopus, Ascomycetes (Aspergillus şi Penicillium),

Culturi starter = acele culturi care se obţin plecând de la o cultură pură stoc şi care prin trecere prin culturi intermediare (pasaje) devin apte de a fi folosite pentru producţia unor alimente fermentate. Culturile starter pot fi formate numai dintr-un singur microorganism sau din mai multe microorganisme.

1

Introducere în chimia şi tehnologia alimentelor. Procese biotehnologice. Procese fermentative şi procese enzimatice. Istoricul biotehnologiilor

2

Microorganisme utile şi microorganisme patogene. Metode de sterilizare in industria alimentara. Dezinfectante, conservanti. Medii de cultură. Principii de formulare. Instalaţii de sterilizare a mediilor de cultură. Sterilizarea aerului şi a instalaţiilor. Dinamica biomasei celulare. Modelul Monod. Imobilizarea enzimelor si celulelor Procese fermentative în industria alimentară. Obţinerea vinurilor si cidrului Fermentatii aerobe. Fermentatia acetica. Tehnologii de obtinere a enzimelor si preparatelor enzimatice Procese enzimatice în industria alimentară. Obţinerea sucurilor de fructe Tehnologii fermentative si enzimatice de obtinere a acizilor organici

3 4 5 6 7 8 9 10 11