Aspecte privind bioconversia enzimatic a amidonului în...
Transcript of Aspecte privind bioconversia enzimatic a amidonului în...
Aspecte privind
bioconversia enzimatică a amidonului în
contextul dezvoltării durabile a
biotehnologiilor alimentare
Cercetător post-doctorand
Dr. Ing. Monica MIRONESCU
Tutore
Prof. Dr. Biol. Letiția OPREAN
Obţinerea produşilor de bioconversie enzimatică a amidonului
Amidon
Bioconversia enzimatică
Hidrolizate de amidon (siropuri de glucoză, maltoză)
Lichefiere Enzime de lichefiere
Gelatinizare
Zaharificare
MaltodextrineEnzime de zaharificare
Siropuri de fructoză
Enzime de inversie
Surse de amidon:Cartof, porumb, grâu ...Reziduuri alimentare
Dezvoltarea durabilă asigurată prin:• Folosirea unor resurse vegetale diverse (inclusiv
reziduuri alimentare)
• Obţinerea unor produse de bioconversie variate, cu posibilităţi multiple de aplicare– Produse zaharoase, produse de panificaţie şi patiserie
– Conserve de fructe (gemuri, marmelade, jeleuri, siropuri)
– Produse din lapte (îngheţată, creme, lapte condensat, iaurt)
– Alimente pt. copii (formule pt. sugari, alimente prefabricate)
– Produse deshidratate (supe, sosuri, prod. instant, budinci)
– Băuturi alcoolice şi nealcoolice (Cola)
– Materii auxiliare (suport pentru substanţe de aromă, hidrolizate proteice, edulcoranţi, vitamine, enzime, tablete).
Studiu documentar asupra bioconversiei enzimatice a amidonului:
1. Amidonul, materie primă la obţinerea hidrolizatelor
2. Enzimele amilolitice şi modul lor de acţiune
3. Bioconversia amidonului la hidrolizate de amidon
4. Produşi intermediari şi finali ai bioconversiei amidonului
Studiu documentar:1. Amidonul, materie primă la obţinerea hidrolizatelor
1.1. Structura amidonului
1.2. Sinteza granulei de amidon
1.3. Procesele principale hidrotermice ale amidonului
1.4. Proprietăţile amidonului
1.5. Retrogadarea amidonului
1.6. Tehnici de analiză a caracteristicilor şi proprietăţilor amidonului
2. Enzimele amilolitice şi modul lor de acţiune
3. Bioconversia amidonului la hidrolizate de amidon
4. Produşi intermediari şi finali ai bioconversiei amidonului
Conceptul actual legat de nivelele de organizare a amidonuluiLa nivelul inferior al organizării granulei (1), sunt prezentate inele cristaline (negru) şisemicristaline (alb). Inelele sunt mai subţirila exteriorul granulei (datorită creşterii arieisuprafeţei la o rată de creştere constantă); este vizualizat şi hilul. La un nivel structural superior (2), esteprezentată structura de blocket-uri, asociatăcu structura de inele radiale; mărimeablocket-urilor este mai mică în inelelesemicristaline decât în cele cristaline. La următorul nivel structural (3), este arătatun blocket, care conţine mai multe lamelecristaline şi amorfe. La nivelul cel mai ridicat de organizare (4), este dată structura cristalului de amidon.
Perez şi colab., 2009
1
2
3
4
Waigh et al., Starch, 2000
Modelul comportamentului AMP în prezenţa apeila gelatinizare
a) Procesul cu un singur pas (stagiu) la gelatinizarea amidonului în medii cu conţinut redus de apă.
b) Procesul în doi paşi, implicat în gelatinizarea amidonului, cu apa factor limitant.
c) Procesul în doi paşi, implicat în gelatinizarea amidonului în prezenţa apei în exces. primul pas implică o disociere înceată a helixurilor de tip side-by-side. Imediat are loc o tranziţie helix-ghem, ca efect secundar.
Sunt incluse valorile relative pentru parametrii de ordine orientaţional (φ), lamelar (ψ) şi elicoidal (h)
Analiza DSCFl
uxul
term
ic e
ndot
erm
Temperatura, oC
Termograme DSC pentru suspensii din amidon din orez waxy (a), orez normal (b) şi cartof (c). Temperaturile To şi Tc sunt indicate prin cercuri. Tend este indicată prin sageti
(Vermeylen şi colab., 2006a)
Procesul de gelatinizare este vizualizat în curbele DSC
ca un peak endoterm, pe care se pot determina:
To (onset): temperatura iniţială;
Tp (peak): temperatura la care începe gelatinizarea sau
topirea cristalelor;
Tc (conclusion): temperatura la care toate helixurile
duble de AMP au disociat;
Te (end) sau Tend: temperatura finală a gelatinizării.
∆T = Te-To (intervalul de gelatinizare)
PHI: indexul de înălţime a peak-ului; aceşti doi
parametri sunt folosiţi pentru determinarea omogenităţii
şi uniformităţii gelatinizării amidonului.
(∆H) (entalpia de tranziţie): corespondentul distrugerii
ordonării de tip helix dublu din structura amidonului
Studiu documentar:
1. Amidonul, materie primă la obţinerea hidrolizatelor
2. Enzimele amilolitice şi modul lor de acţiune
2.1. Clasificarea enzimelor amilolitice
2.2. α-1,4 glucanazele
2.3. α -1,6 glucanazele
2.4. Mecanismele hidrolizei enzimatice a legăturilor glicozidice
2.5. Tehnici de analiză a caracteristicilor şi proprietăţilor enzimelor amilolitice
3. Bioconversia amidonului la hidrolizate de amidon
4. Produşi intermediari şi finali ai bioconversiei amidonului
Enzimele amilolitice
α-1,4-Glucanaze
α-1,6-Glucanaze
Endo-α-1,4-Glucanaze α-amilaze
Exo-α-1,4-Glucanaze
Exomaltohexahidrolaze
Exomaltopentahidrolaze
Exomaltotetrahidrolaze
β-amilaze
Glucoamilaze
Izopullulanaze
Endo-α-1,6-Glucanaze
Exo-α-1,6-Glucanaze
Pullulanaze
Izoamilaze
Exopullulanaze
Moduri de acţiune a α-amilazelorTrei tipuri de mecanisme:
1. Acţiune asupra unui singur lanţ; amilaza formează un singur
complex cu o moleculă substrat şi enzima acţionează continuu până
la degradarea completă.
2. Acţiune asupra mai multor lanţuri: amilaza, după ce a rupt
lanţul, se disociază de produşi şi atacă un alt substrat
reducerea în aceeaşi măsură a tuturor moleculelor de substrat.
3. Enzima acţionează de mai multe ori asupra aceluiaşi substrat
(multiatac) înainte de a se disocia şi a acţiona asupra altui
complex. Direcţie atacului multiplu este de la capătul reducător către
cel nereducător.
I: lanţul este rupt şi lanţul din dreapta legăturii rupte se eliberează din site;
II: Lanţul care rămâne în zona activă se repoziţionează pe locurile eliberate;
III: Lanțuri care disociază şi se trece la IV;
IV: procesul se repetă.
I
II
III
IV
Mecanismul de actiune asupra unui singur lant
Studiu documentar:
1. Amidonul, materie primă la obţinerea hidrolizatelor
2. Enzimele amilolitice şi modul lor de acţiune
3. Bioconversia amidonului la hidrolizate de amidon
3.1. Gelatinizarea şi lichefierea
3.2. Zaharificarea
3.3. Purificarea şi concentrarea hidrolizatelor de amidon
4. Produşi intermediari şi finali ai bioconversiei amidonului
Schema tehnologică generală de obţinere a hidrolizatelor de amidon
Gelatinizare
Zaharificare
Purificare
Lichefiere
Decolorare
Demineralizare
Concentrare
Siropuri de glucoză şi maltoză
Usc. prin pulverizare
Izomerizare hidrogenare cristalizare
Decolorare
Demineralizare
Concentrare
concentrare
Demineralizare
Concentrare
Sirop de sorbitol
Uscare prinpulverizare
centrifugare
uscare
Dextroză cristalizatăMaltodextrine/ zahăr total
Fracţionare
Sirop de fructoză 55%F
Sirop de fructoză,42%F
Sorbitol cristalizat
Suspensie de amidon
Fermentare
Alcool
Studiu documentar:
1. Amidonul, materie primă la obţinerea hidrolizatelor
2. Enzimele amilolitice şi modul lor de acţiune
3. Bioconversia amidonului la hidrolizate de amidon
4. Produşi intermediari şi finali ai bioconversiei amidonului
4.1. Tipuri de hidrolizate de amidon
4.2. Proprietăţile hidrolizatelor de amidon
4.3. Tehnici de analiză a caracteristicilor şi propr. hidrolizatelor de amidon
4.4. Domeniile de utilizare ale hidrolizatelor de amidon
Proprietăţi ale hidrolizatelor de amidon
Stabilizator de spume şi emulsii
Acţiune anticristalizatoare asupra zahărului, apeiProprietăţi superficial active
Acţiunea asupra formării gelurilor
Higroscopicitate
SolubilitateProprietăţi de hidratare
Scăderea temperaturii de congelare
Creşterea temperaturii de fierbere
Creşterea presiunii osmoticeColigative
Fizice
Potenţarea , încapsularea aromeiMiros
Puterea de indulcireGust
Formare de culoareCuloare
ViscozitateTexturale
Proprietăţi funcţionale
Aplicaţii ale siropurilor de maltoză. Valoarea DE şi concentraţia de maltoză pot fi modificate conform cerinţelor clienţilor.
DE 38-45; pH 4,6-6,0; Temperatura de fierbere 140-150
Bomboane de maltoză
Produsele cu DE mic sunt greu de scos din forme, dar cele cu DE mare şi temperaturi de fierbere ridicate dau defecte de formare.
DE 40-46; SU 75-85; pH 4,6-6,0; Temperatura de fierbere 150-160
Produse turnate
DE 40-48; SU 75-85; pH 4,6-6,0; Temperatura de fierbere 150-160
Bomboane sticloase
Valori DE mici şi temperaturi de fierbere scăzute determină aspect şi rezistenţă bună
DE 35-42; SU 75-85; pH 4.6-6,0; Temperatura de fierbere 138-148
Bomboane cu lapte
Valori DE mai mici cu puncte de fierbere pot cauza strălucire redusă
DE 42-48; SU 75-85; pH 4,6-6,0; Temperatura de fierbere 150-170
Bomboane crocante
Controlarea pH pentru a obţine o bună elasticitate
DE 35-40; SU 75-85; pH 5.0-6,0; Temperatura de fierbere 114-125
Caramele moi