1
TECHNIKI I TECHNOLOGIE, ENZYMY, PROCESY
BIOCHEMICZNE W PRODUKCJI ŻYWNOŚCI
Dr hab. Agnieszka Wierzbicka, prof. SGGW
Procesy biotechnologiczne :
2
¨ð Procesy biosyntezy masy komórkowej;
¨ð Procesy fermentacji;
¨ð Procesy enzymatyczne.
Biosynteza masy komórkowej
3
¨ð produkcja drożdży
¨ð produkcja biomasy bakteryjnej
¨ð produkcja biomasy pleÅ›niowej
Produkcja drożdży
4
¨ð zawartość biaÅ‚ka 40-50%
żð duża zawartość aminokwasów: (egzogennych) lizyna, tryptofan,
treonina, metionina; (endogennych) cysteina - (aminokwasy siarkowe
 składnik keratyny  włosy, paznokcie, skóra)
żð wskaz
nik NPU 27-50 (białko roślinne 16-35; białko zwierzęce 75-78)
¨ð bogate w witaminy, szczególnie grupy B:
żð tiamina-B1, ryboflawina-B2, witamina PP-B3, biotyna-B7, kwas
foliowy-B9/B11
¨ð bogate w substancje mineralne:
żð fosfor, cynk, magnez, żelazo, potas, selen, chrom
¨ð zawartość kwasów nukleinowych 6-10%
¨ð czas generacji 2-5 godzin
¨ð Å‚atwość wydzielenia z pożywki
Skład chemiczny drożdży prasowanych
5
70-75% - woda
25-30% - sucha masa, w tym
40-50% - substancje białkowe
40% - cukry
1-2% - tłuszcze
6-8% - składniki mineralne
Drożdże stosowane w technologii żywności
6
drożdże piwne - Saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces carlsbergensis
drożdże winne - Saccharomyces ellipsoideus
drożdże piekarnicze - Saccharomyces cerevisiae
drożdże kefirowe - Saccharomyces fragilis
Produkcja drożdży
7
¨ð Podstawowym surowcem do produkcji drożdży piekarskich jest
melasa buraczana wzbogacona w zwiÄ…zki mineralne, tj. sole
fosforowe i azotowe oraz odpowiednio dokwaszona kwasem
siarkowym
Produkcja drożdży
8
¨ð ProdukcjÄ™ drożdży rozpoczyna siÄ™ w laboratorium, gdzie w
warunkach sterylnych rozmnaża się czystą kulturę drożdży,
którą następnie przenosi się do uprzednio przygotowanej
brzeczki;
¨ð HodowlÄ™ masy komórkowej prowadzi siÄ™ w kilku etapach, w
warunkach silnego napowietrzania podłoża, co sprzyja
rozmnażaniu się drożdży.
Schemat produkcji drożdży piekarskich na skalę przemysłową
9
10
Produkcja biomasy bakteryjnej
11
¨ð Również bakterie mogÄ… stanowić z
ródło cennych składników
pokarmowych
¨ð wykorzystanie bakterii do produkcji biomasy zapewnia
bardzo szybki przyrost masy komórkowej (4-krotnie szybszy
niż u drożdży)
¨ð Jako podÅ‚oża wykorzystywane sÄ… różnego typu odpadowe
zwiÄ…zki organiczne
Produkcja biomasy pleśniowej
12
¨ð biosynteza grzybni pleÅ›niowej stanowi potencjalne z
ródło
surowca dla potrzeb przemysłu spożywczego oraz paszowego
¨ð masy pleÅ›niowe wykorzystywane sÄ… dla produkcji
antybiotyków
¨ð mniejszym stopniu jako z
ródło białek i witamin
Procesy fermentacyjne
13
Fermentację wykorzystuje się w technologii żywności do:
¨ð przetwarzania surowców spożywczych
¨ð modyfikowania i utrwalania żywnoÅ›ci
¨ð otrzymywania skÅ‚adników odżywczych, enzymów, alkoholi,
kwasów organicznych i barwników
Do najważniejszych rodzajów fermentacji należą:
14
qð Fermentacja alkoholowa
qð Fermentacja mlekowa
qð Fermentacja masÅ‚owa
qð Fermentacja octowa (fermentacja tlenowa)
qð Fermentacja propionowa
qð Fermentacja cytrynowa
Fermentacja alkoholowa
15
qð Beztlenowy proces rozkÅ‚adu wÄ™glowodanów pod wpÅ‚ywem
enzymów wytwarzanych przez drożdże gatunku
Saccharomyces cerevisiae z wytworzeniem alkoholu etylowego i
dwutlenku węgla
Fermentacja alkoholowa
16
¨ð 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.
Fermentacja alkoholowa
17
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
Fermentacja mlekowa
18
qð fermentacja wÄ™glowodanów do kwasu mlekowego odbywajÄ…ca siÄ™
pod wpływem działania bakterii fermentacji mlekowej
qð odgrywa kluczowe znaczenie przy produkcji wielu przetworów
mlecznych
C6H12O6 + bakterie mlekowe 2CH3CHOHCOOH + 22,5 kcal
(cukier prosty + bakterie mlekowe kwas mlekowy + energia)
Rola różnych grup bakterii fermentacji mlekowej
w przetwórstwie żywności
19
Å„ð Lactococcus - paciorkowce homofermentatywne
(Lactococcus lactis - paciorkowiec mlekowy, Lactococcus
cremori - paciorkowiec śmietanowy)
Å„ð Leuconostoc - paciorkowce heterofermentatywne
(Leuconostoc citrovorum - bywa używany jako dodatek do
zakwasów przy wyrobie masła)
Å„ð Lactobacillus - paÅ‚eczki homo- i heterofermentatywne
(Lactobacillus bulgaris - pałeczka bułgarska występująca w
jogurcie, Lactobacillus viridenscens - powoduje zielenienie
mięsa peklowanego i surowych kiełbas).
Fermentacja mlekowa
20
Bakterie właściwej fermentacji mlekowej dzieli się na:
homofermentatywne - fermentujÄ… cukrowce
wytwarzając głównie kwas mlekowy
heterofermentatywne - fermentujÄ… cukrowce
wytwarzając oprócz kwasu mlekowego produkty
uboczne
Fermentacja mlekowa
21
Zastosowanie bakterii mlekowych w przemyśle spożywczym
Å„ð w przemyÅ›le mleczarskim (produkcja napojów mlecznych
fermentowanych, ukwaszanie mleka, śmietanki, dojrzewanie
serów)
Å„ð w przemyÅ›le warzywnym (kwaszenie ogórków i kapusty)
Å„ð w przemyÅ›le miÄ™snym (produkcja wÄ™dlin surowych, np.
metka, salami)
Å„ð w przemyÅ›le piekarskim (wchodzÄ… w skÅ‚ad zakwasów
chlebowych, używanych przy produkcji pieczywa żytniego)
Produkcja serów
22
Fermentacja masłowa
23
qð fermentacja wywoÅ‚ywana przez bakterie masÅ‚owe
Równanie sumaryczne fermentacji masłowej
C6H12O6 + bakterie masłowe CH3CH2CH2COOH + 2CO2
+ 2H2 + ok. 15 kcal/mol (63 kJ/mol)
(glukoza + bakterie masłowe kwas masłowy)
Fermentacja masłowa
24
Charakterystyka bakterii masłowych
qðnależą do rodzaju Clostridium,
qðsÄ… beztlenowcami,
qðwytwarzajÄ… przetrwalniki (endospory) nadajÄ…ce komórce
kształt wrzeciona,
qðmajÄ… zdolność do rozkÅ‚adu wielocukrów na cukry proste,
a więc m.in. rozkładają skrobię, dekstryny, błonnik,
pektyny,
qðich naturalnym Å›rodowiskiem jest gleba.
Fermentacja octowa (tlenowa)
25
qð biochemiczny proces powstawania kwasu octowego z
alkoholu etylowego w rozcieńczonym roztworze wodnym
z udziałem bakterii;
qð nie jest procesem wÅ‚aÅ›ciwej fermentacji (zachodzi w
warunkach tlenowych) i jest zaliczana do
pseudofermentacji.
etanol + tlen kwas octowy + woda
Fermentacja octowa
26
Charakterystyka bakterii octowych
Å„ð należą do rodzaju Acetobacter
Å„ð majÄ… ksztaÅ‚t krótkich paÅ‚eczek i mogÄ… wystÄ™pować
pojedynczo, po dwie lub w łańcuszkach
Å„ð sÄ… Å›cisÅ‚ymi tlenowcami
Å„ð nie majÄ… wysokich wymagaÅ„ odżywczych
Å„ð sÄ… mezofilami
Å„ð majÄ… zdolność utleniania alkoholu etylowego do kwasu
octowego, co wykorzystywane jest w przemyśle do
produkcji octu
Å„ð nie wytwarzajÄ… przetrwalników
Fermentacja propionowa
27
¨ðfermentacja wywoÅ‚ywana przez bakterie
propionowe
3CH3CHOHCOOH + bakterie propionowe Ò! 2CH3CH2COOH + CH3COOH + CO2 + H2O + kcal
kwas mlekowy + bakterie kwas propionowy + kwas octowy
Bakterie propionowe mają zastosowanie przy produkcji serów
dojrzewajÄ…cych, np. sera edamskiego (wytwarzajÄ…cy siÄ™ kwas octowy i
propionowy nadajÄ… serom charakterystyczny, nieco ostry smak, a
dwutlenek węgla powoduje powstawanie oczek w serze).
Fermentacja cytrynowa
28
¨ð metoda otrzymywania kwasu cytrynowego z glukozy z
wykorzystaniem odpowiednich pleśni
Równanie sumaryczne fermentacji cytrynianowej
3C6H12O6 + 9O2 + Aspergillus niger 2C6H8O7 + 6CO2 + 10H2O + kcal
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
30
¨ð z greckiego: en  w, zyme  drożdże, zaczyn
¨ð naturalne katalizatory chemiczne majÄ…ce zdolność
do przyśpieszania reakcji (106  1012 razy) nie
ulegajÄ…c przy tym przemianie,
¨ð wysoce wyspecjalizowane biaÅ‚ka proste lub
złożone,
¨ð wysoce specyficzne wzglÄ™dem katalizowanej
reakcji, jak i substratów reakcji.
W Przemyśle spożywczym wykorzystuje się głównie
cztery grupy enzymów:
31
¨ð Amylazy  hydrolizujÄ…ce skrobiÄ™
¨ð Pektynazy  hydrolizujÄ…ce zwiÄ…zki pektynowe
¨ð Proteazy  hydrolizujÄ…ce biaÅ‚ka
¨ð Celulazy  hydrolizujÄ…ce celulozÄ™
Zastosowanie preparatów enzymatycznych w
technologii żywności
32
¨ð Browarnictwo, gorzelnictwo i przemysÅ‚
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
¨ð PrzemysÅ‚ piekarski i cukierniczy
" Amylazy  scukrzanie skrobi do cukrów
fermentujących, zwiększenie pulchności ciasta
" Proteinazy  częściowa degradacja glutenu mąki,
skracanie czasu wyrabiania ciast
" ²-galaktozydaza  produkcja sztucznego miodu
" Glukoamylaza  rozkład skrobi
" Lipazy  poprawa cech organoleptycznych produktów
" Izomeraza glukozowa  produkcja wysokofruktozowych
syropów
Zastosowanie preparatów enzymatycznych
w technologii żywności
34
¨ð PrzemysÅ‚ mleczarski
" Proteinazy  koagulacja mleka, dojrzewanie sera
" ²-galaktozydaza  usuwanie laktozy z mleka
" Lipazy  dojrzewanie serów, produkcja pełnego
mleka w proszku
Zastosowanie preparatów enzymatycznych
w technologii żywności
35
¨ð PrzemysÅ‚ miÄ™sny, rybny, drobiarski
" Proteinazy  tenderyzacja mięsa, przyspieszanie
dojrzewania farszów, produkcja past i hydrolizatów
" Oksydaza glukozy  usuwanie tlenu, ochrona
produktów przed utlenianiem  konserwy
Zastosowanie preparatów enzymatycznych
w technologii żywności
36
¨ð PrzemysÅ‚ 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 korozjÄ… puszek
Zastosowanie preparatów w technologii
żywności umożliwia:
37
¨ð Przyspieszenie procesów technologicznych produkcji
żywności,
¨ð Wydajniejsze wykorzystanie surowców,
¨ð PodjÄ™cie produkcji nowych półproduktów i
produktów żywnościowych,
¨ð Zmniejszenie kosztów produkcji żywnoÅ›ci,
¨ð PoprawÄ™ cech organoleptycznych produktów,
¨ð Wykorzystanie produkcji ubocznych przemysÅ‚u
spożywczego.
y
ródła preparatów enzymatycznych
38
¨ð ok. 50 % z grzybów i pleÅ›ni,
¨ð ok. 30 % z bakterii,
¨ð ok. 8 % ze zwierzÄ…t,
¨ð ok. 4 % z roÅ›lin
Dziękuję za uwagę
39