TECHNIKI I TECHNOLOGIE, ENZYMY, PROCESY

BIOCHEMICZNE W PRODUKCJI ŻYWNOŚCI

Dr hab. Agnieszka Wierzbicka, prof. SGGW

1

Procesy biotechnologiczne :



Procesy biosyntezy masy komórkowej;



Procesy fermentacji;



Procesy enzymatyczne.

2

Biosynteza masy komórkowej



produkcja drożdży



produkcja biomasy bakteryjnej



produkcja biomasy pleśniowej

3

Produkcja drożdży



zawartość białka 40-50%



duża zawartość aminokwasów: (egzogennych) lizyna, tryptofan,
treonina, metionina; (endogennych) cysteina - (aminokwasy siarkowe
– składnik keratyny – włosy, paznokcie, skóra)



wskaźnik NPU 27-50 (białko roślinne 16-35; białko zwierzęce 75-78)



bogate w witaminy, szczególnie grupy B:



tiamina-B1, ryboflawina-B2, witamina PP-B3, biotyna-B7, kwas
foliowy-B9/B11



bogate w substancje mineralne:



fosfor, cynk, magnez, żelazo, potas, selen, chrom



zawartość kwasów nukleinowych 6-10%



czas generacji 2-5 godzin



łatwość wydzielenia z pożywki

4

Skład chemiczny drożdży prasowanych

70-75% - woda
25-30% - sucha masa, w tym

40-50% - substancje białkowe
40%

- cukry

1-2%

- tłuszcze

6-8%

- składniki mineralne

5

Drożdże stosowane w technologii żywności

drożdże piwne -

Saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces carlsbergensis

drożdże winne -

Saccharomyces ellipsoideus

drożdże piekarnicze - Saccharomyces cerevisiae

drożdże kefirowe - Saccharomyces fragilis

6

Produkcja drożdży



Podstawowym surowcem do produkcji drożdży piekarskich jest
melasa buraczana wzbogacona w związki mineralne, tj. sole
fosforowe i azotowe oraz odpowiednio dokwaszona kwasem
siarkowym

7

Produkcja drożdży



Produkcję drożdży rozpoczyna się w laboratorium, gdzie w
warunkach sterylnych rozmnaża się czystą kulturę drożdży,
którą następnie przenosi się do uprzednio przygotowanej
brzeczki;



Hodowlę masy komórkowej prowadzi się w kilku etapach, w
warunkach silnego napowietrzania podłoża, co sprzyja
rozmnażaniu się drożdży.

8

9

Schemat produkcji drożdży piekarskich na skalę przemysłową

10

Produkcja biomasy bakteryjnej



Również bakterie mogą stanowić źródło cennych składników
pokarmowych



wykorzystanie bakterii do produkcji biomasy zapewnia
bardzo szybki przyrost masy komórkowej (4-krotnie szybszy
niż u drożdży)



Jako podłoża wykorzystywane są różnego typu odpadowe
związki organiczne

11

Produkcja biomasy pleśniowej



biosynteza grzybni pleśniowej stanowi potencjalne źródło
surowca dla potrzeb przemysłu spożywczego oraz paszowego



masy pleśniowe wykorzystywane są dla produkcji
antybiotyków



mniejszym stopniu jako źródło białek i witamin

12

Procesy fermentacyjne

Fermentację wykorzystuje się w technologii żywności do:



przetwarzania surowców spożywczych



modyfikowania i utrwalania żywności



otrzymywania składników odżywczych, enzymów, alkoholi,
kwasów organicznych i barwników

13

Do najważniejszych rodzajów fermentacji należą:



Fermentacja alkoholowa



Fermentacja mlekowa



Fermentacja masłowa



Fermentacja octowa (fermentacja tlenowa)



Fermentacja propionowa



Fermentacja cytrynowa

14

Fermentacja alkoholowa



Beztlenowy proces rozkładu węglowodanów pod wpływem
enzymów wytwarzanych przez drożdże gatunku
Saccharomyces cerevisiae z wytworzeniem alkoholu etylowego i
dwutlenku węgla

15

Fermentacja alkoholowa



Zastosowanie:

gorzelnictwo – fermentacja prowadzona sposobem okresowym
trwa 2-3 doby, umożliwiając powstanie w zacierze 7-12 % obj.
alkoholu
winiarstwo – fermentacja główna (burzliwa) i długo trwająca
faza dofermentowywania łącznie z fermentację cichą (wtórną)
wynosi łącznie 1-2 miesięcy, dając produkty jeszcze niedojrzałe,
o zawartości 8-16 obj. alkoholu.

16

Fermentacja alkoholowa

piwowarstwo - fermentacja brzeczki piwnej w temp. 5-10°C
trwa 1-2 tygodni, dając piwo młode (o 2,5-5 % obj. Alkoholu),
które następnie podlega leżakowaniu
piekarstwo – spulchnianie ciasta, zwłaszcza z mąki pszennej przy
użyciu drożdży
mleczarstwo – przy wyrobie niektórych napojów fermentowanych
z mleka lub serwatki

17

Fermentacja mlekowa



fermentacja

węglowodanów do kwasu mlekowego odbywająca się

pod wpływem działania bakterii fermentacji mlekowej



odgrywa

kluczowe znaczenie przy produkcji wielu przetworów

mlecznych

C

6

H

12

O

6

+ bakterie mlekowe

→ 2CH

3

CHOHCOOH + 22,5 kcal

(cukier prosty + bakterie mlekowe

→ kwas mlekowy + energia

)

18

Rola różnych grup bakterii fermentacji mlekowej

w przetwórstwie żywności



Lactococcus - paciorkowce homofermentatywne
(Lactococcus lactis - paciorkowiec mlekowy, Lactococcus
cremori - paciorkowiec śmietanowy)



Leuconostoc - paciorkowce heterofermentatywne
(Leuconostoc citrovorum - bywa używany jako dodatek do
zakwasów przy wyrobie masła)



Lactobacillus - pałeczki homo- i heterofermentatywne
(Lactobacillus bulgaris - pałeczka bułgarska występująca w
jogurcie, Lactobacillus viridenscens - powoduje zielenienie
mięsa peklowanego i surowych kiełbas).

19

Fermentacja mlekowa

Bakterie właściwej fermentacji mlekowej dzieli się na:



homofermentatywne - fermentują cukrowce

wytwarzając głównie kwas mlekowy



heterofermentatywne - fermentują cukrowce

wytwarzając oprócz kwasu mlekowego produkty

uboczne

20

Fermentacja mlekowa

Zastosowanie bakterii mlekowych w przemyśle spożywczym



w przemyśle mleczarskim (produkcja napojów mlecznych

fermentowanych, ukwaszanie mleka, śmietanki, dojrzewanie

serów)



w przemyśle warzywnym (kwaszenie ogórków i kapusty)



w przemyśle mięsnym (produkcja wędlin surowych, np.

metka, salami)



w przemyśle piekarskim (wchodzą w skład zakwasów

chlebowych, używanych przy produkcji pieczywa żytniego)

21

Produkcja serów

22

Fermentacja masłowa



fermentacja wywoływana przez bakterie masłowe

Równanie sumaryczne fermentacji masłowej
C

6

H

12

O

6

+ bakterie masłowe

→ CH

3

CH

2

CH

2

COOH + 2CO

2

+ 2H

2

+ ok. 15 kcal/mol (63 kJ/mol)

(glukoza + bakterie masłowe

→ kwas masłowy)

23

Fermentacja masłowa

Charakterystyka bakterii masłowych



należą do rodzaju Clostridium,



są beztlenowcami,



wytwarzają przetrwalniki (endospory) nadające komórce

kształt wrzeciona,



mają zdolność do rozkładu wielocukrów na cukry proste,

a więc m.in. rozkładają skrobię,

dekstryny

, błonnik,

pektyny,



ich naturalnym środowiskiem jest gleba.

24

Fermentacja octowa (tlenowa)



biochemiczny proces powstawania kwasu octowego z
alkoholu etylowego w rozcieńczonym roztworze wodnym
z udziałem bakterii;



nie

jest procesem właściwej fermentacji (zachodzi w

warunkach tlenowych) i jest zaliczana do
pseudofermentacji.

25

etanol + tlen

→

kwas octowy + woda

Fermentacja octowa

Charakterystyka bakterii octowych



należą do rodzaju Acetobacter



mają kształt krótkich pałeczek i mogą występować
pojedynczo, po dwie lub w łańcuszkach



są ścisłymi tlenowcami



nie mają wysokich wymagań odżywczych



są mezofilami



mają zdolność utleniania alkoholu etylowego do kwasu
octowego, co wykorzystywane jest w przemyśle do
produkcji octu



nie wytwarzają przetrwalników

26

Fermentacja propionowa



fermentacja wywoływana przez bakterie
propionowe

3CH

3

CHOHCOOH + bakterie propionowe ⇒ 2CH

3

CH2COOH + CH

3

COOH + CO

2

+ H

2

O + kcal

kwas mlekowy + bakterie

→ kwas propionowy + kwas octowy

Bakterie propionowe mają zastosowanie przy produkcji serów
dojrzewających, np. sera edamskiego (wytwarzający się kwas octowy i
propionowy nadają serom charakterystyczny, nieco ostry smak, a
dwutlenek węgla powoduje powstawanie oczek w serze).

27

Fermentacja cytrynowa



metoda otrzymywania kwasu cytrynowego z glukozy z
wykorzystaniem odpowiednich pleśni

Równanie sumaryczne fermentacji cytrynianowej

3C

6

H

12

O

6

+ 9O

2

+ Aspergillus niger

→ 2C

6

H

8

O

7

+ 6CO

2

+ 10H

2

O + kcal

28

Fermentacja cytrynowa

29

Aspergillus niger – gatunek
grzyba z rodzaju kropidlaków.
Jest pospolity na całym świecie.
Występuje w glebie i innych
wilgotnych miejscach. Często
atakuje produkty spożywcze
żywności (tzw. czarna pleśń).

Aspergillus niger

Enzymy



z greckiego:

en

– w,

zyme

– drożdże, zaczyn



naturalne katalizatory chemiczne mające zdolność
do przyśpieszania reakcji (10

6

– 10

12

razy) nie

ulegając przy tym przemianie,



wysoce wyspecjalizowane białka proste lub
złożone,



wysoce specyficzne względem katalizowanej
reakcji, jak i substratów reakcji.

30

W Przemyśle spożywczym wykorzystuje się głównie
cztery grupy enzymów:



Amylazy – hydrolizujące skrobię



Pektynazy – hydrolizujące związki pektynowe



Proteazy – hydrolizujące białka



Celulazy – hydrolizujące celulozę

31

Zastosowanie preparatów enzymatycznych w
technologii żywności

32



Browarnictwo, gorzelnictwo i przemysł

winiarski

•

Amylazy – upłynnianie i scukrzanie skrobi do

cukrów fermentujących

•

Proteinazy – uwalnianie aminokwasów dla

prawidłowego funkcjonowania drożdży, usuwanie

zmętnień, klarowanie i stabilizacja piwa i wina

•

Oksydaza glukozowa – stabilizacja piwa i wina

Zastosowanie preparatów enzymatycznych

w technologii żywności

33



Przemysł piekarski i cukierniczy

•

Amylazy – scukrzanie skrobi do cukrów

fermentujących, zwiększenie pulchności ciasta

•

Proteinazy – częściowa degradacja glutenu mąki,

skracanie czasu wyrabiania ciast

•

β-galaktozydaza – produkcja sztucznego miodu

•

Glukoamylaza – rozkład skrobi

•

Lipazy – poprawa cech organoleptycznych produktów

•

Izomeraza glukozowa – produkcja wysokofruktozowych

syropów

Zastosowanie preparatów enzymatycznych

w technologii żywności



Przemysł mleczarski

•

Proteinazy – koagulacja mleka, dojrzewanie sera

•

β-galaktozydaza – usuwanie laktozy z mleka

•

Lipazy – dojrzewanie serów, produkcja pełnego

mleka w proszku

34

Zastosowanie preparatów enzymatycznych

w technologii żywności



Przemysł mięsny, rybny, drobiarski

•

Proteinazy – tenderyzacja mięsa, przyspieszanie
dojrzewania farszów, produkcja past i hydrolizatów

•

Oksydaza glukozy – usuwanie tlenu, ochrona
produktów przed utlenianiem – konserwy

35

Zastosowanie preparatów enzymatycznych

w technologii żywności



Przemysł przetwórstwa owocowo-warzywnego

•

Amylazy – usuwanie skrobi w produkcji soków

•

Proteinazy – ułatwienie ekstrakcji, stabilizacja
klarowności soków

•

Pektynazy – usprawnienie tłoczenia oraz filtracji i
klarowania soków

•

Oksydaza glukozy – ochrona konserwowanych
napojów bezalkoholowych przed zmianami barwy,
zapachu i korozją puszek

36

Zastosowanie preparatów w technologii
żywności umożliwia:



Przyspieszenie procesów technologicznych produkcji
żywności,



Wydajniejsze wykorzystanie surowców,



Podjęcie produkcji nowych półproduktów i
produktów żywnościowych,



Zmniejszenie kosztów produkcji żywności,



Poprawę cech organoleptycznych produktów,



Wykorzystanie produkcji ubocznych przemysłu
spożywczego.

37

Źródła preparatów enzymatycznych



ok. 50 % z grzybów i pleśni,



ok. 30 % z bakterii,



ok. 8 % ze zwierząt,



ok. 4 % z roślin

38

Dziękuję za uwagę

39