7. BIOTEHNOLOGIA OBŢINERII ACIDULUI ACETIC97.1. Caracteristicile oţetului alimentar ca produs finit

7.1.1. Generalităţi

Oţetul este o soluţie de acid acetic diluat în apă, cunoscut şi ca oţet de fermentaţie, care se obţine din lichide cu conţinut de alcool, prin supunerea acestora fermentaţiei acetice.

Oţetul de fermentaţie se obţine după natura materiei prime folosite: din vinul natural alterat; din malţ; plamada de malţ supusă fermentaţiei alcoolice; din fructe, când este preparat din mustul de fructe; din alcool etilic obţinut din industria vinului.

In prezent, în lume se fabrică o gamă variată de sortimente de oţet. Cea mai mare cantitate rezultă prin transformarea alcoolului în fermentaţie alcoolică. Se obţine oţet din vinuri albe şi roşii, din bere şi malţ, din cidru, din fructe (mere şi pere, banane, mango, citrice, nuci de cocos), iar în Asia din alcoolul de orez. Producţia mondială de oţet, exprimat în acid acetic pur, este de peste 200 mii tone, ceea ce înseamnă circa 2 miliarde litri oţet de 10°.

După calităţile gustative, primul loc îl ocupă oţetul din vin şi cel din malţ. Aceste două sortimente au apărut la sfârşitul secolului al XVIII-lea. Cerinţele crescânde de oţet, cantităţile limitate de materie primă pentru prepararea oţetului de vin si fabricarea relativ complicată a oţetului din malţ, au dus la fabricarea oţetului din alcool etilic din vin. Din acel moment, industria oţetului a cunoscut posibilitatea unei extinderi largi funcţie de existenta industriei de alcool. Fabricarea relativ simplă a oţetului din alcool a întărit şi mai mult poziţia predominantă a acestuia.

L. Pasteur a fost primul care a demonstrat că acidul acetic provine prin oxidarea etanolului, în evidenţă fiind rolul microorganismelor Acetobacter în această transformare.

Pentru savant, problema esenţială era de a găsi mijlocul de împiedicare a dezvoltării vegetaţiilor parazite care erau pricina bolilor vinurilor. Savantul a observat, după o serie de experimentări, că nu era nevoie decât să se ridice câteva secunde temperatura vinului la 50 sau 60°C.

Oţetul obţinut în urma acestei fermentaţii se prezintă sub forma unui lichid incolor sau colorat, cu gust acru; poate fi obţinut prin fermentaţie acetică a lichidelor alcoolice diluate (vin, bere, alcool rectificat-rafinat diluat), distilarea uscată a lemnului ori diluarea acidului acetic pur.

7.1.2. Compoziţia oţetului de vin

Este caracterizată printr-un gust şi o aromă plăcută, specială, conţinând pe lângă acid acetic (3-9%), o cantitate apreciabilă de extract (1,5-3 g%) şi săruri, printre care Kitnrtratnl He nnta«in a părui nre7fvntă nermite diferenţierea acestuia de otetul de bere,

7.1. Caracteristicile oţetului alimentar ca produs finit

7.1.1. Generalităţi

Oţetul este o soluţie de acid acetic diluat în apă, cunoscut şi ca oţet de fermentaţie, care se obţine din lichide cu conţinut de alcool, prin supunerea acestora fermentaţiei acetice.

Oţetul de fermentaţie se obţine după natura materiei prime folosite: din vinul natural alterat; din malţ; plamada de malţ supusă fermentaţiei alcoolice; din fructe, când este preparat din mustul de fructe; din alcool etilic obţinut din industria vinului.

In prezent, în lume se fabrică o gamă variată de sortimente de oţet. Cea mai mare cantitate rezultă prin transformarea alcoolului în fermentaţie alcoolică. Se obţine oţet din vinuri albe şi roşii, din bere şi malţ, din cidru, din fructe (mere şi pere, banane, mango, citrice, nuci de cocos), iar în Asia din alcoolul de orez. Producţia mondială de oţet, exprimat în acid acetic pur,

7. BIOTEHNOLOGIA OBŢINERII ACIDULUI ACETIC9este de peste 200 mii tone, ceea ce înseamnă circa 2 miliarde litri oţet de 10°.

După calităţile gustative, primul loc îl ocupă oţetul din vin şi cel din malţ. Aceste două sortimente au apărut la sfârşitul secolului al XVIII-lea. Cerinţele crescânde de oţet, cantităţile limitate de materie primă pentru prepararea oţetului de vin si fabricarea relativ complicată a oţetului din malţ, au dus la fabricarea oţetului din alcool etilic din vin. Din acel moment, industria oţetului a cunoscut posibilitatea unei extinderi largi funcţie de existenta industriei de alcool. Fabricarea relativ simplă a oţetului din alcool a întărit şi mai mult poziţia predominantă a acestuia.

L. Pasteur a fost primul care a demonstrat că acidul acetic provine prin oxidarea etanolului, în evidenţă fiind rolul microorganismelor Acetobacter în această transformare.

Pentru savant, problema esenţială era de a găsi mijlocul de împiedicare a dezvoltării vegetaţiilor parazite care erau pricina bolilor vinurilor. Savantul a observat, după o serie de experimentări, că nu era nevoie decât să se ridice câteva secunde temperatura vinului la 50 sau 60°C.

Oţetul obţinut în urma acestei fermentaţii se prezintă sub forma unui lichid incolor sau colorat, cu gust acru; poate fi obţinut prin fermentaţie acetică a lichidelor alcoolice diluate (vin, bere, alcool rectificat-rafmat diluat), distilarea uscată a lemnului ori diluarea acidului acetic pur.

7.1.2. Compoziţia oţetului de vin

Este caracterizată printr-un gust şi o aromă plăcută, specială, conţinând pe lângă acid acetic (3-9%), o cantitate apreciabilă de extract (1,5-3 g%) şi săruri, printre care bitartratul de potasiu a cărui prezenţă permite diferenţierea acestuia de oţetul de bere, fructe etc.

Bacteriile acetice reprezintă un univers specific. Pentru prima oară ele au fost izolate în culturi pure de către savantul danez Jensen. In 1879 el a reuşit să obţină din pelicula acetică două specii de bacterii pe care. urmând terminologia timpului, le-a

2

denumit: Micoderma aceti şi Micoderma pasteurianum. Mai târziu acelaşi savant le-a schimbat denumirea în Bacterium aceti şi Bacterium pasteurianum, la care a mai adăugat specia Bacterium kutzingianum.

în ţările văduvite de viţa de vie, oţeturile se fermentează pe malţ, cereale şi bere. Acestea se deosebesc de cele de vin şi alcool printr-un gust fad, neplăcut şi prin absenţa aproape completă a aromei. Pentru ameliorare se adaugă lichidului puţin vin. Metodele cele mai răspândite pentru obţinerea oţetului sunt: metoda Orleans sau metoda franceză; metoda rapida sau germană, existând bineînţeles o serie de variante intermediare.

Deşi durata procesuui de preparare a oţetului măreşte costul produsului, această perioadă prezintă avantaje. In acest timp, considerat "îndelungat", se formează substanţe aromatice („buchetul") care imprimă oţetului calităţi superioare, tot astfel cum calităţile vinului se îmbunătăţesc prin păstrarea în pivniţă, după epuizarea fermentaţiei.

Diferite specii de bacterii acetice se comportă diferit faţă de prezenţa acidului acetic în mediul respectiv. Introducerea în proces a bacteriilor care sunt adaptate la concentraţii mari de acid acetic va permite obţinerea unor condiţii selective capabile de a proteja fabricaţia atât faţă de flora străină cât şi de cea formată din bacterii nedorite.

Un proces tipic de fermentaţie continuă îl reprezintă „metoda rapidă" de fabricare a oţetului. Această tehnologie se poate aplica deoarece, odată însămânţat şi intrat într-o judicioasă conducere a parametrilor de cultivare, se poate produce oţet într- o perioadă foarte îndelungată.

Una dintre problemele fundamentale ale fabricării oţetului ar fi închiderea ermetică a vaselor şi, legat de aceasta, instalarea unui dispozitiv care să stimuleze curentul de aer condiţionat la o temperatură şi compoziţie strict determinată, precum şi un dispozitiv pentru reglarea vitezei aerului, depăşindu-se, astfel, pierderile de până la 30 % din producţie, în special din cauza volatilizării alcoolului şi acidului acetic.

De altfel, temperatura are o influenţă decisivă asupra formării acidului acetic(oţetului). în perioada de vară temperatura trebuie să fie în jurul valorii de 35°C. O dată cu sosirea anotimpului de vară, diferenţa de temperatuă dintre încăpere şi vas se micşorează pâna când devine zero. Dar o dată cu reducerea diferenţei de temperatură, se reduce şi diferenţa de aeraţie şi deci şi acţiunea oxidantă a bacteriilor. Aceasta, la rândul ei duce la o scădere a temperaturii în interiorul vasului şi, ca urmare, la o diminuare a aerisirii. în cele din urmă, curentul poate fi total întrerupt şi funcţionarea vasului să înceteze din cauza insuficienţei de oxigen.

Desigur există şi alte metode pentru fabricarea oţetului care în principiu rezultă din combinarea celor două metode enunţate. Astfel, există metoda veche, de prin 1732, în care vasul umplut cu material convenabil (ciorchini de struguri fără boabe, talaj etc), se completează cu un lichid de fermentat şi se lasă în repaus o jumătate de zi, după care se introduce din nou în primul vas. Prin această metodă pelicula bacteriană se dezvoltă pe toată suprafaţa poroasă a materialului şi fermentaţia se produce mai repede decât la metoda Orleans.

Oţetul din alcool poate fi considerat ca un produs finit, însă nu este comercializabil deoarece are un miros dezagreabil şi un gust înţepător şi îmbătător datorită prezenţei de aldehide; acesta dispare fie prin oxidare, fie prin evaporare.

Prin decantare oţetul se clarifică fără altă operaţie. După această fază, se pritoceşte. Când butoaiele nu sunt bine închise, fermentaţia este foarte activă la suprafaţa lichidului şi când a oxidat puţinul alcool pe care-1 conţine, atacă oţetul care devine apos. Dacă el conţine substanţe azotate sau acizii malic şi tartric este expus pericolului de a fi atacat de Bacterium xilinum care descompune acidul acetic, facându-1

3

apos. După preparare, indiferent de metodă, produsul este clarificat prin decantare şi păstrat la 10 - 15°C în butoaie pline, unde suferă o oxidare lentă care-i ameliorează calitatea.

Oţetul alimentar este un produs de fermentaţie acetică obţinut prin oxidarea enzimatică a alcoolului etilic din unele lichide cu un conţinut moderat de alcool.

Oţetul este o soluţie apoasă de acid acetic, care în funcţie de materia primă dincare se obţine mai conţine: glucide, alcool etilic, substanţe tanante, coloranţi, compuşicu azot, vitamine, săruri minerale etc. Calitatea oţetului de vin este reprezentată prin: 15-18 g/l extract; 5-8 g/l zaharuri; 12 g/l acid tartric; 2-4 g/l săruri minerale; 0,8-1,2 g/l alcool etilic şi 50-80 g/l acid acetic; aciditatea totală a oţetului alimentar este 9-0,3 g acid acetic la 100 grame produs (9° aciditate ); culoare de la alb-galbui la brun-roşcat.

Concentraţia totală reprezintă concentraţia maximă de acid acetic care s-ar putea obţine prin transformarea totală a alcoolului din mediu de reacţie, calcul utilizat în practica industrială,

are la bază următoarea corespondenţă (pentru 100 ml):

4,6 g etanol —> 5,8 ml etanol —* 5,9 ml acid acetic

La concentraţiile uzuale ale oţetului, eroarea introdusă prin acest calcul este nesemnificativă.

Bacteriile acetice se caracterizează printr-o remarcabilă capacitate de oxidare a etanolului la acid acetic la diverse valori de pR. Acestea aparţin genurilor Acetobacter şi Gluconobacter: A. Aceti, A. Hansenii, A. orleanense, A. suboxidans, A. xilinus etc.

Conversia etanolului în acid acetic, în procesul de fermentaţie acetică aerobă propune, mai întâi, transformarea acestuia în acetaldehidă, transformare catalizată de alcooldehidrogenaza (1). Acetaldehida este hidratată sub acţiunea unei hidrolaze (2), iar aldehid-dehidrogenaza (3) conduce la acid acetic.

H

CH3- CH - OH CH3C H O — ► CH3— C — OH CH3COOH

H

Activitatea optimă a acetobacteriilor este la pR de 3 - 3,2 la concentraţia acidului acetic de 8 - 10% şi a alcoolului etilic de 6 - 7%.

Cultura bacteriilor acetice se menţine în mediu agarizat, care conţine fosfaţi de amoniu, magneziu şi potasiu. Maiaua de bacterii selecţionate se realizează în mediu nutritiv lichid cu aerare intensă (1,84 nr aer pentru un litru alcool etilic absolut). Mediul nutritiv conţine pentru un litru alcool etilic absolut: 0.25 g superfosfat; 0.25 g sulfat de amoniu; 9 g carbonat de potasiu; 5 g glucoză.

Fermentaţia acetică este un proces aerob exoterm, cu degajare de 455 - 490kJ/mol.

Tabelul 7.1. Caracteristicile organoleptice ale oţetului de fermentaţie şi de distilare

4

7.1.3. Caracteristicile organoleptice şi fizico-chimice ale oţetului

Caracteristicile organoleptice ale oţetului de fermentaţie şi de distilare sunt prezentate în tabelul 7.1.

5

Tipul de oţet Aspect Culoare Miros Gust

Oţet de fermentaţie

Limpede până la slab opalescent, fără sediment sau

corpuri străine

Galben-roşcat

Plăcut, caracteristic de otet

Acru, plăcut, carcteristic, fară gust de talas, fară alt gust

străinOţet de distilare Limpede, lucios, fară

sediment sau corpuri străine

Incolor Caracteristic Acru, nici înţepător, nici aspru, fară gust străin

Caracteristicile fizico-chimice ale oţetului sunt redate în tabelul 7.2:

Tabelul 7. 2. Caracteristicile fizico-chimice ale oţetuluide fermentaţie şi cel de distilareTipul Otet de fermentatie Otet de distilare

Aciditatea totală, în g acid acetic la 100 ml produs (grade aciditate)

9 ±0,3 9 ±0,3

Extract, g la 100 ml produs, min 0,1 -

Alcool metilic, g la 100 ml produs Max. 0.05 Lipsă

Compuşi de metale grele (Pb, Cu, Zn, Sn)

Lipsă Lipsă

Acizi minerali Lipsă LipsăColoranţi artificiali şi caramel Lipsă Lipsă

7.1.4. Tipuri de oţet de fermentaţie şi caracteristici compoziţionale

Influenţa procesului tehnologic asupra calităţii oţetului de fermentaţie nu este neglijabilă şi în anumite cazuri (oţetul balsamic) este extrem de importantă. Cu toate acestea, cel mai important factor este materia primă. în funcţie de natura materiei prime, există câteva tipuri distincte de oţet, prezentate pe scurt în continuare.

10ţetul de vin. Se fabrică în mod normal din vin. Totuşi, există sortimente comerciale care sunt prezentate ca „oţet din vin", deşi numai o parte din substratul iniţial este formată din vin, restul fiind un alt lichid hidroalcoolic, de obicei un amestec de spirt şi apă. Se folosesc în general vinuri de calitate inferioară sub aspectul acidităţii volatile, cu un conţinut redus de dioxid de sulf sau alte substanţe care ar putea inhiba bacteriile acetice. Culoarea oţetului din vin variază de la galben pal la roşu, în funcţie de sortimentul de vin folosit ca materie primă. Conform normelor Comunităţii Europene, aciditatea totală a oţetului din vin trebuie să fie de minim 6 g/l00 ml, iar conţinutul de etanol să fie sub 1,5% (vlv).

Oţetul de fructe. Oţeturile de fructe sunt obţinute prin fermentaţia acetică a unor soluţii alcoolice obţinute din fructe. Cel mai popular produs de acest tip este oţetul de mere, care are o culoare galben deschisă şi o aromă specifică.

Oţetul de orez. Se fabrică în Asia, din lichide hidroalcoolice obţinute prin fermentarea alcoolică a unor plămezi de orez, uneori chiar din rachiu de orez. Metodele tradiţionale folosesc fermentaţia acetică lentă, dar au fost dezvoltate şi procedee submerse.

6

Oţetul din spirt. Este denumit uneori şi oţet alb. Se obţine prin fermentaţia acetică a unor substraturi obţinute prin diluarea spirtului şi adăugarea unor nutrienţi. In mod normal, acest tip de oţet este incolor şi nu are aromă.

Oţetul balsamic. Este un produs special, fabricat printr-o tehnologie particulară care porneşte de la mustul de struguri. Imediat după începerea fermentaţiei alcoolice a mustului (la aproximativ o zi de la presare), acesta este concentrat prin evaporare până când volumul se reduce la o treime din cel iniţial. In continuare acest substrat este supus unor fermentaţii alcoolice şi acetice concomitente şi foarte lente. In acest timp, soluţia este trecută succesiv prin butoaie din lemn de diferite esenţe.

Procesul durează între 5 şi 12 ani, uneori mai mult. Produsul are un conţinut ridicat de substanţă uscată, o aromă specială şi o tărie acetică de 6-15 grade. Indicii compoziţionali ai oţetului variază foarte mult în funcţie de materiile prime folosite şi tehnologia adoptată. Caracteristicile unor tipuri comerciale de oţet de fermentaţie sunt prezentate în tabelul 7.3, împreună cu caracteristicile „oţetului" sintetic.

Tabelul 7.3. Caracteristicile unor tipuri comerciale de oţetIndicatorul Tipul de oţet

Oţet de vin Oţet de mere

Oţet de malt

Oţet din spirt

Oţet de orez

Oţetbalsamic

Oţetsintetic

Densitate,kg/m3

1013 - 1020 1013-1024 1011-1022 1015-1020 - - 1007-1022

Extract, g/l 8,71-24,88 19,00-35,00 3,00-28,00 1,50-6,00 - 336,7-873,9 1,00-4,50

Cenuşă, g/l 1,47-3,10 2,00-4,50 0,60-7,60 0,20-0,50 0,50-7,60 4,00-18,80 0,20-0,50

Aciditate totală, % acid acetic

5,94 - 9,20 3,90-9,00 4,30-5,90 11,50-12,20 4,00-5,24 6,25-14,88 4,10-5,30

Aciditate volatilă, % acid acetic

5,55-7,95 - - -- - 3,79-5,16 3,90-13,60 -

Acizi nevolatili, % acid acetic

0,02 - 0,55 0,10-0,55 0,20-0,40 - 0,05-0,66 1,58-2,27 -

Alcool etilic, % 0,00-0,81 - - 0,05-0,15 0,05-0,68 0,04-0,08 -

Azot total, % 1,15-1,86 - 0,40-1,40 0,03-0,30 0,80-1,29 1,02-2,16 -Glucide, g/l 0,00 - 6,20 1,50-7,00 0,00-6,20 - 0,00-91,00 351,0-689,7 -

Aldehidă acetică, mg/l

19,9-114,4 - 18,9-114,4 - - 84,9-374,7 -

Acetat de etil, mg/l 206,0 - 590,0 - 206,0-590,0 - - -

Acid citric, g/l 0,26 - 0,39 - 0,26-0,39 - - 1,66-3,47 -

Acid mal ic, g/l 0,47 - 0,80 0,47-0,80 0,47-0,80 - - 8,00-37,40 -

7.2. Caracteristicile materiilor prime

Oţetul este un produs cu gust acru, înţepător, datorită conţinutului în acid acetic. Se foloseşte în alimentaţie drept condiment la acrirea unor mâncăruri, la marinarea legumelor, peştelui, etc.

Se obţine prin două metode: prin fermentaţia acetică a unor materii prime şi prin diluarea cu apă a acidului acetic pur (esenţa de oţet). După materia primă folosită la fabricare se clasifică în: oţet de fermentaţie şi oţet de distilare.

Oţetul de fermentaţieMateriile prime folosite la fabricarea oţetului de fermentaţie sunt: vinul, borhotul de

fructe, tescovina, diferite soluţii alcoolice, etc. Alcoolul din aceste materii prime esteoxidat în acid acetic în prezenţa aerului. Pentru ca fermentarea acetică să decurgă normal, se asigură în lichidul supus fermentării o concentraţie alcoolică până la maximum 12°, temperatura

7

între 25 şi 32°C, precum şi diferite săruri pentru nutriţia bacteriilor acetice. In asemenea condiţii, activitatea bacteriilor acetice este optimă. Vinurile destinate oţetului sunt de obicei bolnave (oţetite, etc), cu defecte sau sunt slab alcoolice. în vederea obţinerii unui produs fără defecte, vinurile sunt supuse unor operaţii de condiţionare (limpezire, cupajare, etc), iar alcoolul se diluează până la tăria indicată, după care i se adaugă substanţe nutritive.

Principiul de fabricaţie al oţetului constă în crearea unei suprafeţe cât mai mari de contact între materia primă, bacteriile lactice şi aer, în vederea asigurării unei oxidări complete a alcoolului etilic conţinut de materia primă. Diferitele procedee industriale folosite pentru fabricaţia oţetului se deosebesc prin aparatura folosită.

Orice lichid cu conţinut de alcool poate fi utilizat la obţinerea oţetului; este cunoscut oţetul de vin, fiind cel mai vechi şi cel mai apreciat. Pentru obţinerea unui oţet de bună calitate se cere ca materia primă să fie din punct de vedere calitativ la nivelul cerinţelor tehnologice.

Pentru fabricarea oţetului din vin se pot întrebuinţa atât vinurile albe, cât şi vinurile roşii.

Din cauza preţului de vânzare redus, la fabricarea oţetului din vin nu se întrebuinţează în general vinurile de calitate superioară. Se valorifică vinurile alterate calitativ, dar nu toate vinurile alterate se pretează la fabricarea oţetului, sunt admise vinurile care au un inceput de oţetire sau care au început să se întindă.

Conţinutul în alcool nu trebuie să fie prea ridicat. Cel mai bun oţet este cel obţinut din vinurile care au o concentraţie de 8 - 9% alcool. Vinurile mai slabe produc un oţet slab, greu de conservat; când gradul alcoolic este mai mare acidifierea este incompletă şi neuniformă, dar se poate corecta prin utilizarea vinurilor care pot respecta această cerinţă tehnologică.

Vinurile care conţin dioxid de sulf se acidifiază greu sau chiar deloc întrucât dioxidul de sulf este un antiseptic puternic cu acţiune inhibantă.

Conţinutul în alcool al vinurilor trebuie să fie cuprins între 8 - 9 volume % alcool. La un grad alcoolic mai ridicat al vinului, bacteriile acetice nu se dezvoltă bine. Din vinurile cu un conţinut mai mic în alcool, rezultă un oţet slab, greu de conservat, cunoscându-se că dintr-un grad de alcool rezultă un grad de acid acetic.

Transformarea vinului în oţet se face cu ajutorul bacteriilor acetice. Ele trăiesc la suprafaţa vinului şi formează o peliculă subţire, mai mult sau mai puţin transparentă, mată sau gelatinoasă. Temperatura optimă pentru activitatea bacteriilor acetice este între 22 şi 26°C.

Cu ajutorul enzimei alcoolaza, bacteriile acetice oxidează alcoolul etilic, transformându-1 la început în aldehidă acetică apoi în acid acetic.

Dintre bacteriile acetice care se folosesc la fabricarea oţetului, cele mai importante sunt: Bacterium orleanse, Bacterium xylinum, Bacterium Schutzenbachii, etc.

în funcţie de materia primă folosită există oţet de fermentaţie obţinut prin fermentarea acetică a lichidelor alcoolice şi oţet de distilare, obţinut prin distilarea acidului acetic pur.

Oţetul de fermentaţie, după felul materiei prime folosite în fabricarea lui, poate fi din vin când este pregătit din vin natural, din malţ când plămada de malţ se supune fermentaţiei acetice, din fructe când este pregătit din mustul de fructe fermentat acetic, din vin cu adaos de alcool şi chiar numai din alcool atunci când la pregătirea mediului se folosesc şi săruri minerale ca surse de azot, fosfor, magneziu, potasiu, etc.

In procesul de fermentare, oxidarea alcoolului până la acid acetic se efectuează cu ajutorul bacteriilor acetice cultivate. Oxidarea are loc în căzi în care se găsesc suporturi de oxidare. în ultimul timp fermentarea acetică se desfăşoară în vase special construite şi în condiţii submerse. La aceste instalaţii productivitatea este foarte mare. Ele însă nu s-au răspândit până în prezent prea mult, deoarece sunt destul de scumpe pentru a le înlocui pe cele actuale.

Ca materii prime în fermentaţia acetică sunt utilizate vinuri alterate şi slab alcoolizate,

8

alcooluri obţinute din cereale, sfeclă ori cartofi, rafinate sau diluate, sucuri de fructe, siropuri de zahăr, materiale amidonase, etc.

Acidul acetic este din punct de vedere chimic un acid alifatic, monocarboxilic. Sunt utilizate în acest scop vinurile care au început a se oţeti, ori au început să se "întindă". Vinurile amare nu pot fi utilizate în acest scop deoarece mirosul se accentuează.

7.3. Fermentaţia acetică

Fermentaţia acetică este un proces aerob exoterm, cu degajare de 455-490k J/mol.

7.3.1. Factorii dominanţi în procesul de fermentare

Viteza de conversie a alcoolului etilic la acid acetic depinde de natura microorganismelor şi a substratului, de gradul de aerare, de temperatură şi scade cu creşterea concentraţiei acidului acetic prezent în mediu, j Bacteriile acetice din vin

Această grupă curpinde următoarele bacterii: Bacterium orleanense, care formează un voal subţire, adeseori roz şi care are tendinţa de a se înălţa pe pereţii

vasului. Are 1,3 - 2 (i în lungime şi 0,3 - 0,4 |j, în lăţime. Poate produce 9,3% acid acetic; oţetul care ia naştere este parfumat şi limpede. Acetobacterium plicatum (Fuhrmann) este o bacterie care suportă 10 - 11% alcool şi produce 7,5% acid acetic, Bacterium xylinoides (Heneberg), care produce 8% acid acetic, Acetobacter ascendens (Henneberg), izolat din oţetul de vin tulbure dă naştere unui voal care se rupe uşor. Bacterium vini acetati (Henneberg) este izolat dintr-o fabrică de oţet de vin din Berlin, Bacterium xylinum (Brown), izolat din oţetul de vin, se prezintă sub formă de bastonaşe curbate, prezintă polimorfism, suportă numai până la 7% alcool, produce 4,5% acid acetic precum şi alţi produşi secundari; oţetul format este de calitate inferioară.

Numărul microorganismelor prezintă importanţă la începutul alterării, când viteza de dezvoltare a bacteriilor depinde de numărul celulelor care rămân la suprafaţă, reţinute de forţele capilare în contact cu pereţii şi cu lichidul. După constituirea voalului, cantităţile de acid acetic formate devin foarte apropiate, oricare ar fi fost populaţia de pornire.

Temperatura este un factor determinant; oţetirea progresează cu atât mai repede cu

Tabelul 7.4. Modificări ale compoziţiei chimice a vinului intervenit prin transformare în oţet, datorită activităţilor bacteriilor acetice

Specificaţie Vin* Oţetul de vin rezultat

Modificări % Modificări**

Densitate 15/15°C 1,0028 1,0221 +78.9 +22,4Alcool, vol% 15/15°C 8,07 0,5 -93 -75,7Aciditate totală [g/100 ml] 3,52 8,46 +140,6 +66,6

Extract uscat la 100°C [g/100 ml] 2,048 2,496 +21,8 +11,4Cenuşă [g/100 ml] 0,248 0,270 +8,8 +5,8Acid tartric total [g/100 ml] 0,165 0,102 -1,8 +2,3Tanin [g/100 ml] 0,023 0,022 -4,3 -5,2

S02 total [g/100 ml] 0,0023 0,006 + 160 +94,1Acetil-metilcarbinol [g/100 ml] 0,005 0,012 +140 +21,8

Aldehide [mg etanal/100 g acid acetic] 179,9 62,4 -65,3 -38,5Indice iod [ml sol. Iod n/l00] 103,78 93,5 -9,3 -34,6Raport aciditate totală/extract 1,72 3,39 +197,9 +50,3

* după introducerea în aparatul de acetificare** pentru valori medii a 20 probe de vinuri transformate în oţet.

9

cât temperatura este mai ridicată; aciditatea volatilă formată la începutul alterării este de 2 ori mai mare la 28°C decât la 23°C şi de 2 ori mai rapidă la 23°C decât la 18°C.

Oxigenul este în general indispensabil pentru multiplicarea bacteriilor acetice. Pentru a se multiplica şi a realiza fermentaţia acetică, bacteriile acetice au nevoie de mult aer. Doza de oxigen din doi litri de aer este necesară pentru formarea unui gram de acid acetic, deci pentru a spori aciditatea volatilă a unui litru de vin cu 0,8g H2SO4.

pH-ul limită pentru dezvoltarea bacteriilor acetice a putut fi determinat pe vinuri slab alcoolice (8% voi.). Dacă la un pH mai coborât de 3,0 astfel de vinuri formează totuşi voal la suprafaţă, acesta este construit din levurile micodermice de „floare", 3-3,£

Gradul alcoolic este un factor însemnat pentru dezvoltarea bacteriilor acetice. Deşi e cunoscut în practică faptul că vinurile cu grad alcoolic ridicat se îmbolnăvesc mai rar de oţetire, nu este totuşi posibil de stabilit o concentraţie alcoolică peste care vinul devine inapt pentru înmulţirea bacteriilor acetice; aceasta se datorează faptului că toxicitatea alcoolică este strânsă de cea a ionilor de H, pH-ul care va frâna dezvoltarea acetobacteriilor, variză cu gradul alcoolic: pH-ul variză de la 3,0 pentru 8,5 voi. % alcool, la 3,4 pentru 12,5 voi. %. Orientativ, oţetirea este un proces rar la vinurile de peste 12 grade alcoolice din regiunile viticole nordice şi la cele de peste 15 voi. % în cele sudice.

Taninul vinului nu formează dezvoltarea bacteriilor acetice, dar o întârzie mult când se află într-o concentraţie sporită; vinurile roze se oţetesc mai uşor decât cele roşi corespunzătoare. Consistenţa voalului creşte cu sporirea conţinutului în tanin, probabil ca urmare a insolubilităţii acestor polifenoli.

Alţi factori intervin, deasemenea, în activitatea şi multiplicarea bacteriilor acetice. Acetobacteriile nu sunt influenţate de variaţiile în limitele naturale a conţinutului în diferiţi cationi a vinurilor; sărurile minerale sunt întotdeauna suficiente pentru a permite dezvoltarea lor. Proporţia mare de citocromi în celulele bacteriilor acetice ar îndreptăţi presupunerea unei nevoi mai mari de fier a acestora. Reducerea sub un miligram la litru a cantităţii de fier prezentă în vin, prin tratarea cu ferocianură de potasiu sau fitat de calciu, nu sistează multiplicarea lor.

Acetifierea industrială foloseşte uneori preparate pe bază de fosfaţi ce activează fermentaţia acetică; de asemenea, fierul, manganul, sărurile de uraniu, oxidul de fier coloidal şi cărbunenele animal catalizează dezvoltarea bacteriilor.

înmulţirea bacteriilor acetice solicită prezenţa următorilor aminoacizi: valina, izoleucina, alanina, cisteina, histidina, prolina; similarea azotului amoniacal face posibilă diferenţierea unor specii.

Cele mai multe specii au nevoie de vitamine exogene ca: acidul pantotenic, nicotinamida şi acidul para-aminobenzoic.

Fermentarea spontană în absenţa anhidridei sulfuroase a mustului din struguri alteraţi, mai ales la temperaturi ridicate, duce de multe ori la dezvoltarea bacteriilor acetice în asociaţie de "simbioză" cu unele levuri şi la formarea unor proporţii mai mari de acizi volatili.

7.3.2. Utilizarea proceselor biotehnologice la fabricarea oţetului şi a acidului acetic glacial

Soluţiile de acid acetic pot fi produse folosind două categorii de procedee: chimice (oxidarea acetaldehidei, distilarea uscată a lemnului) şi biotehnologice (fermentaţie acetică).

10

7.3.2.1. Fabricarea acidului acetic prin metode chimice

Oxidarea acetaldehidei la acid acetic se realizează industrial în prezenţa unor catalizatori de tipul sărurilor de Fe, Ni, Mn, Co.

Prin distilarea uscată a lemnului rezultă, pe lângă acid acetic şi alţi compuşi secundari. Acidul acetic rezultă în acest caz sub forma unei soluţii care conţine aproximativ 10% acid acetic, 2,5% alcool metilic, 0,5% acetonă, gudroane şi alţi compuşi. Acidul acetic este transformat în sare de calciu şi separat. Sarea se tratează cu acid sulfuric rezultând din nou acid acetic.

Acidul acetic obţinut prin ambele metode descrise mai sus se purifică în continuare prin distilare şi alte procedee chimice. Se obţine în acest fel acid acetic glacial sau soluţii foarte concentrate de acid acetic. Pe baza acestora, se pot prepara soluţii de acid acetic cu concentraţia cuprinsă între 60 - 80%, denumite de multe ori „esenţă de oţet" şi care se folosesc, prin diluare, aromatizare şi colorare (de cele mai multe ori cu caramel) la obţinerea „oţetului" sintetic. Fabricarea în scop alimentar a acestui tip de „oţet" este interzisă în multe ţări, iar acolo unde este permis, provenienţa produsului trebuie să fie marcată explicit.

13.2.2. Fabricarea acidului acetic prin procedee biotehnologice

7.3.2.2.1. Schema tehnologică generală

Indiferent de tehnologia aplicată, procedeele biotehnologice se bazează pe fermentaţia acetică a unor lichide alcoolice. Schema tehnologică generală de fabricare a oţetului este prezentată în figura 7.1.

Operaţiile care implică aspecte biotehnologice sunt: prepararea substratului hidroalcoolic, fermentaţia acetică şi, într-o mai mică măsură, maturarea. Aceasta din urmă se aplică selectiv, mai ales în cazul oţetului obţinut prin fermentaţie submersă.

Prepararea substratului hidroalcoolic

Materiile prime care pot fi folosite la fabricarea oţetului sunt foarte diverse: vin, spirt (alcool etilic), cidru şi diverse soluţii alcoolice obţinute prin fermentaţia alcoolică a unor sucuri de fructe, a mierii, a mustului de malţ şi a unor materii prime amidonoase. Condiţia esenţială este să conţină alcool etilic. Aceste materii prime se pot folosi individual sau în amestec, cu sau fără adaos de apă.

Figura 7.1. Schema tehnologică generală de fabricare a oţetului de fermentaţie

Concentraţia de alcool etilic din soluţia hidroalcoolică se reglează la valori cuprinse între 3,5 % (v/v) şi 17 % (v/v), în funcţie de tăria acetică, care urmează să fie obţinută şi randamentul de conversie corespunzător tehnologiei folosite. Randamentul teoretic de conversie este prezentat odată cu tratarea mecanismului fermentaţiei, iar randamentele practice sunt prezentate individual, în funcţie de tehnologia de fabricaţie.Pe lângă prezenţa alcoolului etilic, pentru desfăşurarea fermentaţiei acetice în condiţii bune, este necesară şi o serie de nutrienţi secundari şi factori de creştere. Dacă se utilizează ca materie primă vinul sau lichide alcoolice provenite din fermentarea sucurilor de fructe şi a mustului de malţ, adăugarea de nutrienţi secundari nu este strict necesară. De asemenea, până la o anumită limită, fermentaţia acetică poate fi condusă în condiţii relativ acceptabile, chiar dacă se folosesc amestecuri între materiile prime descrise mai sus, apă şi alcool etilic. Totuşi, dacă fracţiunea reprezentată de vin, must de

12

malţ fermentat sau de sucurile fermentate de fructe este sub 50 - 60%, este necesară adăugarea unor elemente nutritive suplimentare. Anumite substanţe nutritive au un efect pozitiv, chiar şi asupra substraturilor formate exclusiv din vin.

Cantitatea de nutrienţi utilizată şi proporţia dintre aceştia depinde de natura substratului. De obicei se folosesc săruri de amoniu (sulfat de amoniu, fosfat de amoniu), de potasiu şi de fosfor (sulfat de potasiu, fosfat de potasiu) şi extracte de malţ condiţionate sub diverse forme.

Maturarea - limpezireaOţetul din şarjele normale se păstrează minimum o lună în vase pentru maturare- limpezirea,

după care se face eventual o corecţie de compoziţie, urmată de filtrare, îmbuteliere, depozitare temporară şi livrare. în unele cazuri este necesară şi stabilizarea.

Filtrarea oţetuluiOţetul din şarjele normale conţine în suspensie impurităţi, au aspect tulbure sau este slab

colorat. Se procedează la filtrarea lui, iar uneori este cleit cu gelatină. Pentru intensificarea culorii oţetului se adaugă anumiţi coloranţi alimentari. Nu este permisă adăugarea în oţet a substanţelor conservante, artificiale, aromatizante, a substanţelor cu gust iritant şi sintetice îndulcitoare. Oţetul din vin nu este pus în consum decât după maturare, când s-a format aroma şi buchetul sau datorită resturilor rezultate în urma reacţiilor dintre acizii din oţet şi alcool etilic rămas nefermentat.

7.3.2.2.2. Aspecte microbiologice si biochimice în timpul fermentaţiei acetice

Microorganismele care produc cantităţi semnificative de acid acetic fac parte din genul Acetobacter (Acetobacter aceti, Acetobacter acetigenus, Acetobacter ascendes, Acetobacter hansenii, Acetobacter kutzingianus, Acetobacter liquefaciens, Acetobacter orleanense, Acetobacter pasteurianus, Acetobacter schutzenbachii, Acetobacter suboxidans, Acetobacter xylinus). în tabelul 7.5 sunt prezentate unele caracteristici importante din punct de vedere tehnologic ale bacteriilor acetice.

Datele din tabelul 7.5 trebuie considerate ca având valoare strict informativă deoarece în practică, în acetatoarele industriale, se pot selecta varietăţi care produc peste 15% (m/v) acid acetic.

Mecanismul biologic de conversie a etanolului în acid acetic începe cu reacţia de formare a acetaldehidei, catalizată de o alcooldehidrogenază, conform reacţiei:

CH3CH2OH + 1/2 02 CHjCHO + H20 (7.1)

Tabelul 7.5. Caracteristici importante din punct de vedere tehnologic ale unor bacterii aceticeSpecia Tăria alcoolică pe care

o suportă,% (v/v)

Producţia maximă de acid acetic,

% (m/v)

Temperatura optimă, °C

Acetobacter aceti 11,0 6,6 36

Acetobacter acetigenus 7,0 3,0 33

Acetobacter ascendes 12,0 9,0 31

Acetobacter kutzingianus 9,5 6,7 30

Acetobacter orleanense - 9,3 30

i

13

14

Acetobacter pasteurianus 9,5 6,2 28

Acetobacter schutzenbachii - 11,0 28

Acetobacter suboxidans - 2,0 19Acetobacter xylinus 7,0 4,5 30

In continuare, aldehida acetică, sub acţiunea unei hidrataze, prin adiţia unei molecule de apă se transformă în aldehida hidratată, conform reacţiei:

/H /H

CH3-C =

0+H20---------------------------------------------►CH3-C-OH (7.2)

XOH

Sub acţiunea unei aldehiddehidrogenaze, aldehida hidratată este convertită apoi în acid

acetic conform reacţiei:

CH3-C^0H+l/2 02-

^=^ CH3 —C /0H +H20

(7.3)

OH

Există şi o cale colaterală de transformare a acetaldehidei, printr-o reacţie de

disproporţionare:

/OH

/OH

/OH

CH3-C

+ CH3-

C +H20-------------------------------------------------------------------► CH3-C + CH3-CH2-OH (7.4)

^O ^0

Etanolul format în acest caz se poate oxida din nou conform reacţiei (7.1), iar ciclul poate fi reluat conform reacţiei (7.4). Proporţia de acid acetic care se formează în cursul fermentaţiei pe această cale în raport cu cantitatea de acid acetic format pe calea principală nu este cunoscută până în prezent.

Formarea acetaldehidei ca intermediar în fermentaţia acetică a fost dovedită experimental prin adăugarea de sulfit sau bisulfit de calciu în fermentatorul acetic. Disulfitul de calciu reacţionează cu aldehida acetică conform reacţiei:

Ca2+ (7.5)

2

în acest fel se blochează mecanismul principal al fermentaţiei acetice. Produsul format nu este oxidat de bacteriile acetice şi se acumulează în mediu.

Randamentul teoretic de conversie a alcoolului etilic în acid acetic este de 130,4 kg de acid acetic la 100 kg de alcool. Dacă se exprimă alcoolul în grade Salleron, randamentul teoretic devine 0,0103 kg de acid acetic/grad alcoolic Salleron.

Viteza de conversie depinde de natura microorganismelor şi a substratului, de nivelul

i

15

de aprovizionare cu oxigen, de temperatură şi scade cu creşterea concentraţiei acidului acetic prezent în mediu.

Fermentaţia acetică este un proces exoterm. Conversia fiecărui mol de alcool etilic este însoţită de eliberarea unei cantităţi de căldură de 117 kcal.

7.3.2.2.2. Procedee de realizare a fermentaţiei acetice

O dată asigurat conţinutul corespunzător de alcool etilic şi substanţe nutritive, pentru desfăşurarea fermentaţiei acetice rămâne esenţială atingerea şi menţinerea unei anumite concentraţii a oxigenului dizolvat. De modul în care se realizează aprovizionarea cu oxigen a bacteriilor acetice depind viteza procesului de fermentaţie şi, într-o oarecare măsură, calităţile senzoriale ale produsului finit.

In funcţie de viteza de formare a acidului acetic (şi implicit de modul de aerare) procedeele de fermentaţie acetică pot fi împărţite în două categorii: procedee lente şi procedee rapide. Procedeele rapide se împart, principial, în procedee la care contactul soluţiei alcoolice cu aerul se face prin distribuirea acesteia pe o coloană de umplutură inertă şi procedee submerse.

> Procedeele lente (tip Orleans)

Sunt cele mai vechi tehnici comerciale de fabricare a oţetului, principiul fiind cunoscut din antichitate. Soluţia alcoolică este plasată la început într-un vas cu raport diametru/înălţime mare, care conţine talaş, tulpini de viţă de vie sau alte materiale de origine vegetală (de exemplu coceni de porumb) care pot asigura o suprafaţă specifică mare. După aproximativ 7 zile, perioadă în care se declanşează fermentaţia acetică, lichidul este trecut într-un alt vas. Acesta este de obicei un butoi din lemn de esenţă tare dar poate fi şi o cadă închisă construită din acelaşi material. Umplerea se face în aşa fel încât lichidul să ocupe de la 50% până la 70% din volumul total al vasului.

In aceste condiţii, fermentaţia acetică se desfăşoară lent, numai la suprafaţa lichidului, unde concentraţia de oxigen dizolvat este suficientă pentru a asigura metabolizarea alcoolului etilic de către bacteriile acetice. Se formează astfel un „voal de fermentaţie" în care numărul de bacterii acetice active este mare. Fermentaţia durează între 8 şi 14 săptămâni, în funcţie de compoziţia iniţială a soluţiei alcoolice, temperatură, natura microorganismelor, suprafaţa de contact lichid/aer etc. După ce fermentaţia acetică se consideră încheiată, se extrage din vas o cantitate de oţet reprezentând 60 - 70% din volumul iniţial şi se înlocuieşte cu materia primă. în acest fel în vasul de fermentaţie rămâne o cantitate de oţet care conţine un număr suficient de bacterii acetice pentru reluarea fermentaţiei. Din acest moment nu mai este necesară etapa iniţială, respectiv trecerea prin vasul cu umplutură.

La unele variante ale acestui procedeu, pentru realizarea unei aerări suplimentare, soluţia alcoolică aflată în fermentaţie acetică este trecută succesiv dintr-un vas în altul.

Procedeele lente se folosesc, în general, pentru obţinerea unui oţet cu tăria de 4 - 7 grade acetice. Viteza scăzută implică ocuparea unui spaţiu de fermentaţie mare, ceea ce se traduce în ultimă instanţă printr-o suprafaţă construită mare şi costuri investiţionale ridicate în comparaţie cu celelalte procedee. ^Avantajul esenţial al procedeelor lente este aroma foarte fină a produsului finit.

Atunci când se folosesc materii prime corespunzătoare, calităţile senzoriale ale oţetului fabricat prin fermentaţie lentă nu pot fi obţinute sub nici o formă prin utilizarea

17

r

metodelor rapide. Din acest motiv, procedeele lente sunt folosite pentru fabricarea oţeturilor din fructe şi a unor produse speciale, cum este, de exemplu, oţetul balsamic.

^ Procedee rapide care folosesc coloane cu umplutură

în acest caz, pentru atingerea unui nivel ridicat de oxigen dizolvat, plămada este distribuită printr-un procedeu oarecare pe o coloană cu umplutură care asigură o suprafaţă mare de transfer gaz-lichid. Distribuirea plămezii se poate face continuu (cazul procedeului care foloseşte stropirea uniformă a părţii superioare a coloanei cu substrat) sau discontinuu (prin „înecarea" periodică cu substrat a coloanei, urmată de scurgerea substratului).

Prima variantă este utilizată mai frecvent deoarece regimul de aerare fluctuează mai puţin şi, în consecinţă, fermentaţia acetică decurge în condiţii mai bune, atât sub aspectul randamentului cât şi al vitezei. Umplutura este formată, de obicei, din talaş de fag roşu, dar se poate folosi şi talaşul de stejar, spuma de mare, cocsul sau mangalul tratat în prealabil cu HC1 diluat. Densitatea şi capacitatea de îmbibare a unor materiale de umplutură sunt prezentate în tabelul 7.6.

Tabelul 7.6. Caracteristicile unor materiale de umplutură folosite la fabricarea oţetuluiCaracteristici Talaş de fag Talaş de

mesteacăn

Mangal Spumă de mare

Cocs

Densitatea, kg/ m ’ 180 -225 160 -240 -430 -450Capacitatea de absorbţie, m3/kg 40 - 450 -200 -280 260 - 370 8

Cel mai răspândit acetator cu umplutură este aparatul Frings, prezentat în figura7.2.

Proiectat în secolul al XlX-lea şi perfecţionat pe parcurs, aparatul Frings a constituit principalul tip de acetator utilizat până la dezvoltarea industrială a fermentaţiei acetice submerse. Acetatorul Frings este format dintr-un vas tronconic cu înclinaţie mică (1) în interiorul căruia este fixată, între două grătare (5,5), o coloană de umplutură (2). Volumul acetatoarelor uzuale este de 1 0 - 2 5 m3.

Soluţia alcoolică parţial acetificată, colectată la partea inferioară a aparatului, este recirculată continuu cu ajutorul unei pompe (15) şi împrăştiată cvasiuniform de un distribuitor (11) pe suprafaţa superioară a umpluturii. Distribuitorul trebuie să asigure o împrăştiere uniformă a soluţiei, pentru realizarea unei suprafeţe de transfer gaz/lichid cât mai mare, în cursul curgerii gravitaţionale.

în contracurent cu lichidul prin coloană circulă curenţi de aer proaspăt. Aerul intră prin orificii (2) distribuite în serală pe toată înălţimea aparatului şi iese printr-un racord montat la partea superioară a acetatorului. Pentru recuperarea parţială a vaporilor de acid acetic care părăsesc incinta de fermentaţie odată cu aerul se foloseşte uneori un condensator (10).

Cantitatea de căldură care se formează în cursul fermentaţiei acetice industriale este de aproximativ 10 600 kJ/kg de alcool etilic metabolizat. Cea mai mare parte din această căldură este transferată fluxului de aer, care circulă prin acetator, şi mediului exterior. Totuşi, în anumite condiţii, dacă viteza de conversie a etanolului în acid acetic creşte peste o anumită limită sau temperatura mediului exterior este ridicată, este necesară preluarea excesului de căldură prin intermediul unui schimbător de căldură (14).

18

Figura 7.2. Acetatorul cu coloană de umplutură Frings:I - corpul acetatorului; 2 - orificii de admisie a aerului; 3 - grătar inferior; 4 - termometru; 5 - grătar superior; 6 -

racord de evacuare a aerului din acetator; 7 - racord de ieşire a agentului de răcire; 8 - racordde evacuare a aerului din condensator; 9 - racord de intrare a agentului de răcire; 10 - condensator;II - dispozitiv de stropire; 12 - coloană de umplutură; 13 - racorduri pentru agentul de răcire; 14 -

schimbător de căldură; 15 - pompă; 16 - racord de evacuare

Se consideră că regimul termic normal de funcţionare corespunde următoarelor plaje de temperatură, distribuite pe înălţimea coloanei: 22 - 26°C în partea superioară; 26 - 28°C în zona centrală şi 30 - 34°C în partea inferioară. Măsurarea temperaturii se face cu o serie de termometre (4) dispuse pe înălţimea coloanei.

Menţinerea sub control a procesului de fermentaţie se poate face acţionând asupra a trei parametri: debitul de aer proaspăt (se modifică prin obturarea sau deschiderea orificiilor de aerisire 2); temperatura lichidului distribuit pe secţiunea superioară a coloanei (prin modificarea debitului/temperaturii agentului de răcire folosit la schimbătorul de căldură) şi gradul de recirculare (se modifică debitul de lichid pompat).

La prima pornire a aparatului se foloseşte un amestec de materie primă şi soluţie alcoolică aflată în stare de fermentaţie acetică (cuib de oţet), preluată dintr-un alt acetator, aflat în regim normal de funcţionare. Deoarece prima pornire este un proces delicat, este recomandabil să se urmărească cu atenţie temperaturile în cele trei zone ale umpluturii şi să se intervină dacă este necesar prin modificarea debitului de aer sau a regimului de pompare.

Dacă, cantitatea de cuib aflată la dispoziţie este redusă se adoptă, de obicei, un regim iniţial intermitent de pompare. Fermentaţia acetică se conduce până la un conţinut remanent de alcool etilic de circa 0,2%. în acest moment se extrage rapid 50 - 70% din oţetul aflat în aparat, se începe imediat alimentarea treptată cu materie primă, urmărind regimul de temperatură, şi se reia ciclul de funcţionare.

In regim normal de funcţionare un ciclu de producţie a aparatului durează 8-12 zile pentru un oţet cu tăria de 9 grade acetice. Acetatorul Frings poate produce, în condiţiile unor costuri rezonabile, oţet cu tăria de până la 12 grade acetice. Desigur că în acest caz durata unui ciclu creşte.

Pentru un anumit volum dat al aparatului şi al coloanei de umplutură, productivitatea depinde de durata ciclului de funcţionare care, la rândul lui, este dependent de productivitatea unităţii de volum a umpluturii. în general, aceasta are în 24 de ore o medie de 2,0 - 4,5 kg acid

19

acetic/m umplutură. Productivitatea este influenţată de natura bacteriilor acetice şi modul de conducere a fermentaţiei. Mai mult, productivitatea părţii superioare a coloanei este semnificativ mai mare decât cea a părţii inferioare. Astfel, în timp ce în primele straturi de umplutură se converteşte în acid acetic aproximativ 40% din alcoolul etilic prezent iniţial, în straturile inferioare conversia scade până la 4%.

Randamentul practic al acetatoarelor Frings este cuprins între 75% din randamentul teoretic (dacă nu sunt prevăzute cu condensator şi condiţiile generale de funcţionare sunt defectuoase) şi 90% din randamentul teoretic (dacă sunt prevăzute cu condensator şi regimul de funcţionare este corespunzător). Fracţiunea cea mai mare a pierderilor (până la 90% din pierderile totale) este formată din acidul acetic pierdut prin evaporare.

Procedeele care se bazează pe înecarea periodică a umpluturii folosesc baterii de 2-10 vase, care funcţionează împreună. înecarea umpluturii se face numai de jos în sus. Fiecare acetator este inundat succesiv şi periodic cu aceeaşi cantitate de soluţie alcoolică aflată în fermentaţie acetică. în general, inundarea se face prin pompare dar, în cazul bateriilor de două acetatoare, se poate face şi prin dezlocuirea soluţiei cu aer comprimat. Durata unui ciclu complet este mai mare decât la acetatorul Frings ( 1 0 - 3 0 de zile), iar randamentul de transformare este asemănător (până la 85% din randamentul teoretic).

> Procedee care folosesc fermentaţia submersă

Dezvoltarea industrială a fermentaţiei acetice submerse a avut loc treptat, după 1950, pe baza experienţei acumulate în producţia submersă de antibiotice. în cazul fermentaţiei acetice submerse, suprafaţa de transfer gaz/lichid creată cu ajutorul umpluturii în cazul acetatoarelor clasice este înlocuită cu suprafaţa unor bule de aer cu dimensiuni mici, distribuite în număr foarte mare în toată masa lichidului aflat în fermentaţie. în plus, „cuibul de oţet" folosit la acetatoarele cu umplutură este înlocuit adeseori cu culturi selecţionate de bacterii acetice.

La unele dintre primele acetatoare care foloseau fermentaţia submersă, pentru distribuirea bulelor de aer a fost folosită o placă groasă de sticlă sinterizată. în prezent, instalaţiile industriale de obţinere a oţetului prin fermentaţie submersă utilizează bioreactoare de diverse tipuri (Vogelbusch, B.M.A., Chemap etc.) adaptate corespunzător, la care generarea unei suprafeţe de contact cât mai mare între aer şi lichid se face prin mijloace mecanice. Un acetator tipic din această clasă este format dintr-un vas de oţel inoxidabil, acido-rezistent sau polipropilenă armată cu fibre de sticlă, un sistem mecanic de distribuire a aerului sub formă de bule cu diametru mic (turbină cu sau fără autoaspiraţie, fie un injector special combinat cu un sistem de palete pentru realizarea unui regim puternic turbionar), suprafeţe de transfer termic montate în interior sau un schimbător de căldură extern, spărgător de spumă (de obicei de tip mecanic, cu elemente active), condensator pentru recuperarea vaporilor de acid acetic, aparatură de automatizare şi control specifică.

Printre altele, aceasta trebuie să cuprindă elemente pentru măsurarea temperaturii, a conţinutului de oxigen dizolvat ipOi), a conţinutului de alcool şi a nivelelor de lichid şi spumă din aparat. Conducerea procesului se realizează în general automat, uneori cu calculator de proces, prin reglarea continuă a temperaturii şi a conţinutului de oxigen dizolvat.

în momentul în care conţinutul rezidual de alcool etilic atinge 0,2%, se extrage automat 30 - 50 % din volumul de lichid din acetator şi se înlocuieşte treptat (pentru menţinerea temperaturii în plaja optimă pentru bacteriile acetice) cu materie primă. Productivitatea unui astfel de aparat depinde de nivelul de aerare (5-15 m3 aer/m3 de soluţie x oră) şi de eficacitatea cu care acesta este distribuit sub formă de bule fine.

oUn acetator submers tipic poate produce 25 - 30 kg de acid acetic/m de volum util în 24 de

ore. Volumul util este, de obicei, 60 - 70% din volumul total. De exemplu, în cazul unui acetator cu un volum util de 21 m3, la care se extrage pe ciclu o treime din soluţia acetică, durata fermentaţiei pentru o tărie finală de 12 grade acetice este de aproximativ 30 de ore. Randamentele obţinute sunt net superioare în raport cu acetatoarele cu umplutură, putând atinge 98% din randamentul teoretic.

Prin fermentaţie submersă se pot obţine soluţii cu o tărie acetică de până la 15 grade. Dacă se urmăreşte obţinerea unei concentraţii mari de acid acetic, se separă fermentaţia în două trepte, care

20

se desfăşoară în bioreactoare diferite, cu culturi diferite şi parametri specifici. Din punctul de vedere al operării, acetatoarele submerse sunt mai sensibile decât cele cu coloană de umplutură, deoarece absenţa aerării pe durate chiar foarte scurte (sub 1 min) provoacă o reducere majoră a numărului de bacterii acetice active, cu repercusiunile corespunzătoare asupra duratei ciclului şi a randamentului. Astfel de evenimente sunt evitate prin utilizarea unor surse de rezervă pentru alimentarea cu energie şi a unor sisteme de automatizare cu siguranţă mare în exploatare.

Oţetul produs prin fermentaţie submersă este mult mai tulbure şi ceva mai puţin aromat decât cel produs în acetatoare cu umplutură. Din aceste motive este supus unei operaţii de limpezire/filtrare şi se lasă uneori la maturare/învechire în butoaie de lemn. Se obţine astfel un oţet bogat în principii biologice, rezultate în urma autolizei celulelor bacteriene.

Privită global, dintre tehnicile prezentate, fermentaţia submersă este cea mai avantajoasă din punct de vedere economic, mai ales dacă preţul unităţii de suprafaţă construită este mare. Acest tip de fermentaţie acetică a permis construirea unor linii de producţie pentru acid acetic glacial de origine biologică. în acest scop, acidul acetic de fermentaţie se extrage cu acetat de etil, se separă şi se concentrează prin distilare.

FOLOSIREA ENZIMELOR Şl MICROORGANISMELOR LA FABRICAREA SPIRTULUI

MATERIILE PRIMEMateriile prime folosite pentru fabricarea alcoolului prin fermentatie se clasifica astfel:

1. Materii prime amidonoase:- cereale: porumb, grau, secara, orz etc.- rădăcini si tuberculi: cartofi, rădăcini de manioc, tuberculi de batate

2. Materii prime zaharoase:- sfecla si trestie de zahar- melasa din sfecla si trestie;

3. Materii prime celulozice:- deşeuri din lemn;- lesii bisulfitice rezultate la fabricarea celulozei

4. Materii prime care conţin inulina si licheninaCele mai utilizate materii prime sunt cerealele, cartofii si melasa. In continuare este prezentata compoziţia chimica a principalele materii prime.

Tabelul 1Compoziţia chimică a unor cereale folosite la fabricarea

alcoolului

Componentul Porumb Secară Grâu Orz Ovăz

Umiditate, % 13,3 13,4 13,6 13,0 13,0

Substanţe extractive neazotate, % 67,9 68,1 67,9 65,7 58,5din care amidon 59,1 58,0 60,0 55,0 40,0

Proteine 9,6 12,9 12,4 11,8 10,9

Lipide, % 5,1 2,0 1,8 2,3 4,7

Celuloză, % 2,6 1,7 2,5 4,4 9,5

Substanţe minerale, % 1,5 1,9 1,8 2,8 3,4

Tabelul 2

Compoziţia chimică a cartofilor (valori medii)

Componentul %

Umiditate, % 75,0

Substanţe extractive neazotate, % 20,85

21

din care amidon, % 18,0Proteine 2,0Lipide, % 0,15

Celuloză, % 1,0Substanţe minerale, % 1,0

Figura 1. Schema bloc a fabricării alcoolului din cereale şi cartofi (procedeu fără fierbere sub presiune DSA)

MATERIILE AUXILIARE

Materiile auxiliare sunt formate din: malţ verde, preparate

- Folosirea enzimelor şi microorganismelor la fabricarea spirtului 199

enzimatice, săruri nutritive şi factori de creştere pentru drojdii,

acid sulfuric pentru acidifiere, antispumanţi şi antiseptici,

dezinfectanţi.Malţul

Din punct de vedere al biotehnologiei interesează malţul verde

care se obţine asemănător cu malţul pentru bere, dar durata de

germinare este mai mare. Malţul se foloseşte pentru conţinutul său în

a- şi p-amilază, enzime de lichefiere şi zaharificare a plămezilor. Din

punct de vedere al calităţii, malţul verde se apreciază după:

- aspectul exterior;

- activitate a-amilazică (unităţi SKB care reprezintă grame de

amidon solubil, dextrinizat de către 1g malţ verde timp de 60

minute, la 20°C în prezenţa unui exces de p- amilază);

- activitate p-amilazică (unităţi Windish-Kobach-°WK) care

reprezintă grame de maltoză rezultată prin acţiunea extractului

provenit din 100 g malţ verde asupra unei soluţii de amidon

solubil 2% în timp de 30 min la 20°C şi pH 7,4.Aprecierea malţului în funcţie de activitatea a- şi p-amilazică

este arătată în tabelul

7.3.

Tabelul 7.3

Aprecierea calităţii malţului în funcţie de activitatea a şi p-amilazică*

Calitatea malţului verde Activitate a-amilazică (SKB) Activitate p-amilazică (°WK)

Excepţională - >450

Foarte bună >64 401-450

Bună 53-64 351-400

Satisfăcătoare 41-52 300-350

Nesatisfăcătoare <41 < 300

* - raportare la substanţă uscată

Necesarul de malţ verde se poate calcula cu relaţia:

în care: Mv este cantitatea de malţ verde necesară pentru 100 kg cartofi sau cereale, kg

Ca - cifra de amiloză, constantă specifică pentru fiecare tip de materie primă (Ca = 1054 pentru porumb şi Ca = 1,001 pentru grâu);

A -conţinutul în amidon al materiei

prime, %; a- activitatea a-amilazică a malţului verde, SKB.Malţul verde se UT reaza s_c *'ormă de ac:e ae s ad în care caz malţul

verde se macină umed Tn nor cu c sc sa- ciocane ca~::a:ea ae acă fcsos:â fiind 250-300 1/100 kg malţ verde). Laptele de sia3 se cez''■'ecrrsaza c- *orma -a ^ Z z : acâ^gatâ în proporţie de 150-200 ml/1000 I plămadă.

Preparatele enzimatice de origine microbianâ

Preparatele enzimatice de origine rr crob iană ca'e : ' e z _ e s ă cc".

nă enzimele de degradare a amidonului la zaharuri fermentescib e. se

poî u: za r _'~a:oare!e scopuri:

- pentru moderarea parametrilor tehnologici de prelucrare -

drotenmică a materiilor

prime în vederea zaharificării;

- pentru înlocuirea parţială a malţului;

- pentru înlocuirea totală a malţului.

în primul caz, preparatele enzimatice termostabile se folosesc

pentru o lichefiere prealabilă tratării termice la parametrii maximi,

respectiv se gelatinizează şi se fluidifică amidonul din materia primă

la temperatură şi durată de fierbere mai mici decât atunci când nu se

utilizează adaos de enzime. Preparatul enzimatic folosit este de tipul

Termamyl-ului care acţionează la 90-92°C pentru lichefiere, după care

fierberea se face la temperaturi mai scăzute în care caz avem

următoarele avantaje: economie de abur; randament mai mare în alcool.

în cel de-al doilea caz, prin folosirea preparatelor enzimatice

alături de malţ se poate înlocui parţial malţul verde, mai ales atunci când

acesta are o activitate enzimatică mai redusă. Cantitatea de malţ

verde poate fi scăzută cu până la 80% din cea necesară (în general 80-

100 kg/tonă de amidon).

în cel de-al treilea caz malţul verde se înlocuieşte total cu

preparate enzimatice ceea ce prezintă următoarele avantaje:

• comoditate în utilizarea şi păstrarea preparatelor enzimatice în

comparaţie cu malţul verde;

• necesită doze mai mici care sunt mai ieftine în comparaţie cu

- Folosirea enzimelor şi microorganismelor la fabricarea spirtului 201

malţul verde, la dozele utilizate în practica industrială;

• preparatele enzimatice nu introduc în circuit microorganisme de

infecţie a plămezilor;

• au acţiune mai eficientă în fluidificare (dextrinizare),

fluidificare-zaharificare, în funcţie de felul preparatului enzimatic

şi etapa în care se utilizează.

Preparatele enzimatice utilizate în industria spirtului pot

aparţine la una din următoarele grupe (tabelul 7.4):

_________ - Folosirea enzimelor şi microorganismelor la fabricarea spirtului ______________________ 200Malţul verde se utilizează sub formă de lapte de slad, în care caz

malţul verde semacină umed (în mori cu disc sau ciocane, cantitatea de apă folosită fiind 250-300 1/100 kgmalţ verde). Laptele de slad se dezinfectează cu formalină 40% adăugată în proporţie de150-200 ml/1000 I plămadă.

Preparatele enzimatice de origine microbiană

Preparatele enzimatice de origine microbiană care trebuie să conţină

enzimele de degradare a amidonului la zaharuri fermentescibile, se pot

utiliza în următoarele scopuri:

- pentru moderarea parametrilor tehnologici de prelucrare

hidrotermică a materiilor prime în vederea zaharificării;

- pentru înlocuirea parţială a malţului;

- pentru înlocuirea totală a malţului.

în primul caz, preparatele enzimatice termostabile se folosesc pentru

o lichefiere prealabilă tratării termice la parametrii maximi, respectiv

se gelatinizează şi se fluidifică amidonul din materia primă la

temperatură şi durată de fierbere mai mici decât atunci când nu se

utilizează adaos de enzime. Preparatul enzimatic folosit este de tipul

Termamyl-ului care acţionează la 90-92°C pentru lichefiere, după care

fierberea se face la temperaturi mai scăzute în care caz avem următoarele

avantaje: economie de abur; randament mai mare în alcool.

în cel de-al doilea caz, prin folosirea preparatelor enzimatice alături

de malţ se poate înlocui parţial malţul verde, mai ales atunci când acesta

are o activitate enzimatică mai redusă. Cantitatea de malţ verde poate fi

scăzută cu până la 80% din cea necesară (în general 80-100 kg/tonă de

amidon).

în cel de-al treilea caz malţul verde se înlocuieşte total cu

preparate enzimatice ceea ce prezintă următoarele avantaje:

• comoditate în utilizarea şi păstrarea preparatelor enzimatice în

comparaţie cu malţul verde;

• necesită doze mai mici care sunt mai ieftine în comparaţie cu malţul

verde, la dozele utilizate în practica industrială;

• preparatele enzimatice nu introduc în circuit microorganisme de

infecţie a plămezilor;

• au acţiune mai eficientă în fluidificare (dextrinizare),

fluidificare-zaharificare, în funcţie de felul preparatului enzimatic şi

etapa în care se utilizează.

Preparatele enzimatice utilizate în industria spirtului pot aparţine

la una din următoarele grupe (tabelul 7.4):

Tabelul 7.4Preparatele enzimatice folosite în industria spirtului ale firmei NOVO-

NORDISK şi AMB

Grupa şi preparatul Sursa de obţinere Temperatura

optimă, °C

pH-uloptim

Dozefolositeml/tonă

Enzime de fluidificare dextrinizare

a-amilaze bacteriene termodurice B. licheniformis 80-85 6-6,5 150-400B- licheniformis 90-95 5-7 100-200B. stearothermophilus 70-90 5-7 400-600

a-amilaze bacteriene termostabile B. subtilis 65-75 6-7 200-500Enzime de fluidificare zaharificare

a-amilaze fungice Aspergillus oryzae 50-60 5-6 100-150Aspergillus oryzae 50-55 5-6 150-300

Enzime de zaharificareamiloglucozidaza Aspergillus niger 55-60 4,5-5 800-1200

Aspergillus niger 50-55 5,0-6,0 800-1200Aspergillus niger 55-65 750-800

TEHNOLOGIA DE FABRICARE a ALCOOLULUI DIN MATERIALE

AMIDONOASE

Din punct de vedere biotehnologic, la fabricarea spirtului din

cereale şi cartofi, interesează operaţiile de fierbere, zaharificare şi

fermentare.

1. Fierberea

Fierberea se poate realiza prin două grupe de procedee: procedee cu

fierbere sub presiune a materiei prime (HDV) şi procedee fără fierbere

sub presiune (DSA).

Din punct de vedere al desfăşurării procesului, atât fierberea sub

presiune cât şi cea fără presiune poate fi continuă sau discontinuă.

Fierberea sub presiune are următoarele dezavantaje:

• consum de energie termică mai ridicat (~ 660-800 MJ/hl alcool

absolut);

• se formează substanţe melanoidinice şi caramel datorită temperaturii

ridicate de fierbere (> 130 °C) ceea ce antrenează pierderi de zaharuri

fermentescibile;

• plămezile obţinute nu sunt omogene iar borhotul furajer are o

valoare nutriţională mai redusă.La fierberea fără presiune, este necesar să se realizeze o mărunţire

optimă a materiilor prime pentru a se obţine randament maxim în alcool, cu consum minim de energie. Energia de mărunţire este de 20-40 MJ (5-10 kWh/hl alcool, respectiv 20-25 kWh/tonă cereale). Măcinarea poate fi uscată, umedă, uscată-umedă.

în funcţie de modul în care se realizează mărunţirea, procedeele de

fierbere fără presiune (DSA) pot fi:

- Folosirea enzimelor şi microorganismelor la fabricarea spirtului _____________________ 202 procedee DSA cu măcinare uscată (procedeul Grosse -Lohmann-Spradau arătat în fig. 7.2);

Figura 7.2. Procedeul Grosee-Lohmann-Spradau1-transportor; 2-moară; 3,5-pompe; 4-fierbător Henze; 6-zaharificator

- procedee DSA cu măcinare umedă (procedeul Westphal arătat în fig. 7.3);

Figura 7.3. Procedeul Westphal1-alimentare cu materie primă; 2-moară; 3-evacuare corpuri străine;

4, 10, 13 - pompe; 5- schimbător de căldură; 6-spre fermentare; 7-apă de răcire; 8-fierbător Henze; 9-zaharificator; 11-alimentare cu aburcând nu se recuperează căldură din borhot; 12-alimentare cu abur cu recuperare de căldură din borhot (SRV); 14- tanc de borhot; 15- vas de destindere; 16- ejector; 17-introducere enzime; 18-alimentare cu apă pentru măcinare

______ - Folosirea enzimelor şi microorganismelor la fabricarea spirtului ______________________ 203 procedee DSA cu măcinare uscată-umedă (procedeul Dinglinger şi Klisch şi procedeul Klisch arătat în fig. 7.4);

Figura 7.4. Schema procedeului DSA cu funcţionare continuă (după Klisch, 1993)1-alimentare cu abur; 2-apă, borhot; 3-cc-amilază; 4-materia primă; 5-moară cu ciocane; 6-schimbător de căldură în spirală; 7-apă de răcire; 8-schimbător de căldură cu plăci; 9-apă caldă; 10-omogenizator; 11-spre fermentare; 12-plămadă de drojdie ; 13-fierbător Henze; 14-vas de leşie;

15-vas de fludificare finală; 16- amiloglucozidază; 17-ejector; 18-dispozitiv pentru măsurarea şi reglarea temperaturii

- procedee fără presiune dar cu dispersia materialului cu ajutorul unui dispergator de tip Ultra-

turax montat în zaharificator (fig. 7.5).

Figura 7.5. Procedeul prin dispersie DMV cu recircularea borhotului (după Piper şi Senn, 1985)1-cereale (boabe); 2-enzime; 3-apă; 4-aparat de plămădire şi dispersie; 5-alimentare cu abur a mantalei; 6-agitator; 7-apă de răcire, 8-evacuare condens; 9-plămadă dulce; 10-dispergator; 11 -lin de fermentare; 12-plămadă fermentată; 13-abur; 14-aparat de distilare; 15-borhot; 16-

alcool; 17-vas de sedimentare borhot; 18-drojdie; 19-borhot concentrat

(furajare); 20-borhot lichid; M-motor, P-pompe

Procedeul prin dispersie (DMV) prezintă următoarele avantaje:

• pot fi prelucrate toate tipurile de materii prime amidonoase cu

randamente ridicate în alcool (~ 66 I alcool absolut /100 kg amidon);• se poate obţine un grad de mărunţire optim al materiei prime prin controlul granulaţiei;

• se poate realiza o economie de energie de 80% faţă de procedeul de

fierbere cu

presiune şi de 30% faţă de celelalte procedee de fierbere fără presiune;

• borhotul este recirculat, iar în final borhotul obţinut are o

calitate superioară;

• se disponibilizează fierbătorul Henze care poate fi folosit în alte

scopuri (rezervor de

apă caldă sau pentru fermentare);

• se micşorează consumul de apă de răcire, mai ales dacă se folosesc

schimbătoare de căldură cu plăci pentru plămada zaharificată;

• într-un singur utilaj se realizează mărunţirea, lichefierea şi

zaharificarea amidonului din cereale şi cartofi.

Având în vedere folosirea enzimelor NOVO şi ABM, în fig. 7.6, 7.7,

7.8, 7.9 se prezintă schiţele simplificate de fierbere discontinuă şi

continuă sub presiune şi fără presiune cu etapele de utilizare a

enzimelor în vederea realizării scopurilor urmărite.

Figura 7.6. Locul de adaos a enzimelor la fierberea discontinuă sub presiune a

cartofilor şi cerealelor1- fierbător Henze; 2-separator de abur; 3-zaharificator; 4-cuva de

fermentare

Figura 7.7. Locul de adaos al enzimelor la fierberea discontinuă fără presiune a materiilor prime amidonoase mărunţite

1-amestecător; 2-pompă de recirculare; 3-vas pentru diluare; 4-zaharificator

în legătură cu folosirea preparatelor enzimatice trebuie să se facă următoarele precizări:

• pentru Termamyl şi BAN se recomandă să se urmărească ca valoarea pH-ului să fie în intervalul 5,6-6,5. Aceasta se obţine prin adăugare de var, ionii de calciu contribuind la stabilizarea preparatelor enzimatice. Concentraţia ionilor de calciu nu trebuie să fie mai mică de 50 mg/l pentru Termamyl şi Fungamyl şi 100 mg/l pentru BAN. Duritatea apei de 1 mech/l corespunde la 20 mg Ca/l iar dacă la prelucrarea cerealelor se foloseşte apa cu duritate mai mică de 2,5 respectiv 5 mech/l, este necesar să se folosească fie adăugarea ionilor de Ca sub formă de var la prelucrarea cerealelor, fie sub formă de Ca(OH)2 la prelucrarea cartofilor.

Figura 7.8. Locul de adaos al enzimelor la fierberea continuă sub presiune a materiilor prime amidonoase mărunţite

1-amestecător; 2-cap de contact cu vapori de apă; 3-fierbător tubular sau coloane de fierbere; 4- separator de abur cu recircularea acestuia; 5-

sisteme de răcire; 6-zaharificator

Figura 7.9. Locul de adaos al enzimelor la fierberea continuă fără presiune a materiilor prime amidonoase mărunţite

1-amestecător; 2-injector; 3-aparate (utilaje) de fermentaţie la cald; 4-sistem de răcire; 5-

zaharificator; 6-răcitor

• Temperaturile optime pentru activitatea preparatelor enzimatice de

lichefiere (fluidificare) a amidonului (a-amilaze) depind de pH şi de

conţinutul de ioni de calciu din plămadă.

• Enzimele de fluidificare -zaharificare (Fungamyl) sau cele de

zaharificare Spirizym şi San Super acţionează mai bine la valori pH mai

mici, iar dacă pH-ul amestecului măcinătură/apă este mai mare de 6,0,

acesta va scădea până la pH 5,5 cu acid sulfuric.

• Culoarea pe care o dă plămada zaharificată cu iodul trebuie să fie

galbenă. Dacă culoarea este brună sau chiar violetă, zaharificarea nu

este completă, de aceea ea trebuie continuată la fermentare prin adaos de

enzimă de zaharificare. în acest sens, după răcirea plămezii la 60°C se

recomandă să se adauge 100 ml San Super sau 100 ml Spirizym sau 20 ml

Fungamyl la 100 I plămadă. După menţinere timp de 60 minute la

temperatura de 55- 60°C, pH-ul se corectează la 3,2-3,8, se răceşte la

30°C şi se introduce cultura de drojdie.7.3.2. Fermentarea plămezilor de cereale şi cartofi

Pentru fermentarea plămezilor dulci se pot folosi:

• drojdii lichide pregătite (cultivate în fabrică);

• drojdii speciale pentru alcool uscate sau sub formă comprimată;

• drojdii de panificaţie

Criteriile de caracterizare şi selecţionare a drojdiilor pentru

fabricarea spirtului sunt următoarele: capacitatea şi viteza de

fermentare, toleranţa la alcool, osmotoleranţa, capacitatea de formare a

produselor secundare, rezistenţa faţă de antiseptice.

Drojdia lichidă pregătită în fabrică implică următoarele etape de

obţinere:

- cultura de laborator care se obţine din cultura pură (inoculum) de

drojdii selecţionate

pentru spirt, care se multiplică pe un mediu de must de malţ steril, în

câteva trepte până se ajunge la o cantitate de cultură în baloane de 5 I

must, cu care se pot însămânţa 50 I plămadă specială în vasul pentru

cultura de producţie. Mediul de cultură(must de

malţ cu

concentraţie 12-15% extract) se acidifică până la 0,8°D şi după

însămânţare cu inoculum se

termostatează la 30°C timp de 20-24 ore;

- cultura de producţie se obţine pe plămezi speciale pentru drojdie

preparate din materia

primă amidonoasă de bună calitate, prelucrată hidrotermic şi

zaharificată. Plămada specială pentru cultura de producţie se acidifică

fie prin adaos de H2S04 fie pe cale

fermentativă

(producere de acid lactic de către bacterii lactice) .

• Pentru pregătirea culturii de producţie cu acidulare cu H2SO4 se

procedează astfel: plămada specială zaharificată se aduce la 50-52°C şi

se acidifică până la o aciditate de 0,7- 0,8°D pentru plămada din cereale

şi 0,8-0,9°D pentru plămada din cartofi corespunzătoare unui pH de

minimum 3,6. în această plămadă specială răcită la 30°C se introduce

cultura de laborator reprezentând 10% faţă de plămadă. Fermentarea se

conduce la maximum 30°C până la scăderea extractului plămezii de la 16-

18% la 5,5-6%. Cultura de producţie astfel obţinută se foloseşte la

fermentarea plămezii necesară obţinerii spirtului. Din cultura de

producţie se opreşte o cantitate ce reprezintă inoculul pentru o nouă

şarjă de cultură de producţie.

• Pentru pregătirea culturii de producţie prin acidifiere biologică se

procedează în felul următor: plămada specială zaharificată, cu

temperatura de 52...55°C: se însămânţează cu o cultură de Lactobacillus

delbrueckii care în timp de 24 ore formează acid lactic până la o aciditate

de 2,0-2,2°D la plămezile de cartofi şi 1,7-2,0°D la plămezile de

cereale.

- Folosirea enzimelor şi microorganismelor la fabricarea spirtului 32

siguranţei în conducerea fermentării drojdia trebuie să fie de bună

calitate, cu număr mare de celule vii, cu număr redus de microorganisme

străine. Drojdia, sub formă de suspensie într-o cantitate mică de plămadă

zaharificată, se tratează cu H2S04 până la 1,8-2°D cu menţinere timp de 1

oră. în aceste condiţii, microorganismele de infecţie şi celulele de

drojdie slabe sunt distruse.Fermentaţia plămezii principale durează 72 ore la 20-30°C şi cuprinde trei

faze:- faza iniţială ~ 22 ore;- faza principală ~ 18 ore;- faza finală ~ 32 ore.Pentru scurtarea duratei de fermentaţie până la 48 ore se folosesc următoarele metode:- pornirea fermentaţiei la temperaturi mai ridicate de 24-25°C, în care

caz faza iniţială se reduce la 4-6 ore;- folosirea la obţinerea plămezii a borhotului lichid recirculat

(maximum 60%) prin care se declanşează mai rapid fermentaţia, scurtându-se faza iniţială de 2-3 ore;

- utilizarea unei cantităţi mai mari de lapte de slad pentru a asigura cantitatea suficientă de amilaze pentru zaharificare secundară;

- folosirea unei cantităţi mai mari de cultură de producţie de drojdie (10-15%);- conducerea fermentaţiei la 35-36°C;- folosirea preparatelor enzimatice microbiene pentru hidroliza

avansată a amidonului până la glucoza, fără dextrine limită, în scopul scurtării fazei finale.

Plămezile fermentate trebuie să aibă un extract aparent de 0,3-1,5% la cele de cartofi;0 la cele de porumb; 1,0-1,3% la cele de orez; 1,1-1,4% la cele de secară; 0,9-1,1% la cele de ovăz.

Extractul real al plămezii fermentate se stabileşte cu relaţia:er = 0,3 A + eA + 0,4

în care: er- este extractul real al plămezii fermentate, %;A-concentraţia în alcool a plămezii fermentate, % voi; eA - extractul aparent al plămezii fermentate, %

La folosirea procedeului de fierbere cu recircularea borhotului extractul aparent al plămezii dulci cât şi al plămezii fermentate creşte în funcţie de numărul de recirculări.

Atât la cultura de drojdie lichidă, cât şi la plămada principală este obligatoriu controlul microbiologic pentru a constata: numărul de drojdii; numărul de bacterii de infecţie.

Culturile de drojdie lichide trebuie să conţină 50-300 -106

celule/ml, sub 50- 106 celule/ml denotând o multiplicare slabă. Numărul de celule moarte nu trebuie să depăşească 5%.

Gradul de infectare al plămezilor trebuie să fie cât mai scăzut, o plămadă de calitate având <2- 106 bacterii/ml. Plămada se consideră uşor infectată când numărul de bacterii este de (4-15 )-106/ml; infectată la (15-50)-106 /ml şi puternic infectată (50-120)-106/ml. Cultura de drojdie nu trebuie să conţină mai mult de (1-2)- 106 germeni/ml. Pentru a avea un număr redus de bacterii trebuie realizată acidifierea corectă a plămezii. Acest lucru este necesar şi pentru a împiedica formarea de acroleină în plămadă de către bacterii (alcoolul brut trebuie să conţină < 0,2 mg/100 ml acroleină).

7.4. TEHNOLOGIA DE FABRICARE A SPIRTULUI DIN MELASĂ

Biotehnologia fabricării spirtului din plămezile de melasă, operaţiile tehnologice sunt menţionate în figura 7.10. La obţinerea plămezii trebuie ţinut cont de compoziţia chimică a melasei (tabelul 7.6).

Tabelul 7.6Compoziţia chimică a melasei

Componentul, % Provenienţa melasei

Sfecla de zahăr Trestie de zahăr

Apă, % 20-25 15-20

Substantă uscată, % 75-80 80-85

Zahăr total, % 40-52 50-55

Zahăr invertit, % 0,1-0,5 20-23

Rafinoză, % 0,6-1,8 -

Azot total (Nx 6,25), % 1,2-2,4 0,3-0,6

Substanţe minerale, % 7,6-12,3 10-12

Valoare pH 6,0-8,6 <7,0

O problemă care se pune la fabricarea spirtului de melasă, este cea a

realizării culturii de producţie de drojdie, care trebuie utilizată în

proporţie mai mare în raport cu plămada principală de melasă, deoarece

melasa, chiar cu corectarea compoziţiei se constituie ca un mediu mai

puţin convenabil pentru drojdii.

însămânţarea plămezii se face cu circa 100 ml cultură de laborator de L.

delbrueckii 250-300

I plămadă. Pentru următoarele plămezi însămânţarea se face cu o porţiune

din plămada fermentată lactic prelevată înainte de pasteurizare. Plămada

specială fermentată lactic se pasteurizează la 75...80°C/30 min, se

răceşte la 29...30°C şi se însămânţează cu cultura de drojdie de

laborator pregătită ca mai înainte şi se temostatează la 30°C până ce

concentraţia în extract a plămezii ajunge la 1/3 faţă de iniţial.

Cultura de producţie lichidă se însămânţează în plămada destinată

fermentării pentru producerea de alcool (plămada principală) în proporţie

de 1-31/hl plămada.

Drojdia uscată se utilizează direct la fermentarea plămezii principale,

după o prealabilă hidratare. Adăugarea se face prin distribuţie uniformă

pentru ca fermentaţia să pornească în întreaga masă de plămadă. O mică

parte din drojdia uscată - hidratată se împrăştie la suprafaţa plămezii

pentru a se intensifica producţia de CO2 care să formeze un strat

protector la suprafaţa plămezii, în vederea împiedicării şi infectării cu

microorganisme dăunătoare. Doza de drojdie folosită este de 10-20 g/hl

plămadă, mai rar 50 g/hI, un gram de drojdie uscată conţinând 20-25 -109

celule.

Avantajele folosirii preparatelor uscate de drojdie constă în:

• pornire rapidă a fermentaţiei;• randament optim de transformare a zaharurilor în alcool;

• desfăşurarea în condiţii reproductibile a fermentaţiei;

• calitate constantă a produsului finit.

Puterea alcooligenă şi toleranţa la alcool a unor preparate de

drojdie uscată, în comparaţie cu drojdia lichidă sau cea comprimată sunt

arătate în tabelul 7.5.

Tabelul 7.5Puterea alcooligenă şi toleranţa la alcool a unor preparate de

drojdie uscatăDenumirea comercială Specia de Puterea Toleranta la

drojdie alcooligenă, alcool,% alcool volumic % alcool volumic

Blastosel VS Sach. bayanus 11,2 15,0

Blastosel MV Sach. cerevisiae 11,1 14,2Fermicamp Sach bayanus 11,6 15,4

Drojdie Super I Sach. cerevisiae 10,4 13,7Drojdie Super II Sach bayanus 9,7 13,0Drojdie Maximum Sach. cerevisiae 9,8 12,1Drojdie lichidă Ay Sach. cerevisiae 8,6 11,7

Drojdie lichidă EPERNAY Sach. cerevisiae 8,9 9,0Drojdie lichidă HAUTVILLERS Sach. cerevisiae 8,4 11,2

Drojdie comprimată Sach. cerevisiae 8,7 10

Drojdia de panificaţie este utilizată în ăbricile de spirt cu capacitate redusă.

Cantitatea de drojdie necesară este de 100-200 g/hl plămadă zaharificată. Pentru creşterea

Fig. 7,10, Schema-bloc a fabricării alcoolului din cereale şi cartofi (procedeu fără fierbere sub presiune DSA).

Figura 7.10. Schema bloc a fabricării alcoolului din cereale şi cartofi (procedeu fără fierbere sub presiune

DSA)

Pentru a avea un volum mare de cultură de producţie, obţinerea acesteia se face în trei trepte:- cultura în generatorul mic de drojdie;

- cultură în generatorul mare de drojdie;

- prefermentarea.

Mediul de cultură utilizat este o plămadă de melasă cu 16-17°Blg. cu

adaosuri de săruri nutritive şi aciditate 1,1-1,3°D şi care a fost

sterilizat. Acest mediu se însămânţează fie cu o cultură de producţie

precedentă. Cultura din generatorul mic serveşte ca inoculum pentru

plămada de melasă din generatorul mare care are concentraţia de 15-17°Blg.

corectată şi sterilizată la fel ca în treapta precedentă. Durata de

fermentare pentru fiecare treaptă este de 8 ore, în decursul cărora

extractul trebuie să scadă la 6-7° Big.

Se poate merge şi pe următoarea variantă: se pulverizează 9-10%

plămada principală fermentată care se trece în generatorul mare unde este

acidificată la 0,75-0,8°S şi menţinută 6 ore la 26...28°C pentru

terminarea fermentaţiei, extractul ajungând la 5-5,8%. Această plămadă

fermentată, considerată cultura de producţie se introduce în plămada

principală.

La fermentarea plămezilor de melasă (în prealabil pregătite) se

folosesc procedee de fermentare discontinuă şi continuă, cele continui

fiind:

- procedee fără refolosirea drojdiei;

-procedee cu separarea şi refolosirea drojdiei

Pregătirea plămezii de melasă constă în: diluare cu apă,

neutralizare, acidulare, adăugare săruri nutritive, limpezire, sterilizare

(pasteurizare), răcire.

Plămada principală de melasă se diluează la 30-34% extract iar

cultura de producţie de drojdie (plămada de drojdie) la 12-16% extract.

Cele două plămezi pot avea şi aceeaşi concentraţie în extract de 23%.Cultura de drojdie de producţie se însămânţează în proporţie de 40%

faţă de plămada principală de producţie.în cazul fermentării în sistem continuu (se foloseşte o baterie de

linuri de fermentare), colectarea drojdiei făcându-se din ultimul lin de fermentare prin separarea centrifugală, în care caz “laptele de drojdie” concentrat reprezintă 7-10% din plămada fermentată. Acest lapte de drojdie este refolosit la fermentare, după tratare cu H2S04 timp de 1 oră, la pH 2,2-2,4.

Fermentarea continuă prezintă următoarele avantaje:• randament în alcool până la 64-65 I alcool absolut/100 kg zaharoză din melasă;

• creşterea productivităţii;

• spaţiu necesar mai redus, investiţie mai redusă;

• consumul de utilităţi este mai redus şi uniform.Dezavantajul fermentării continui constă în instabilitatea biologică

a plămezii ce se fermentează dezavantaj ce poate fi depăşit prin

utilizarea instalaţiei firmei Starcosa/BMA ce foloseşte o combinaţie bioreactor-unitate de microfiltrare.

Fişele unor preparate enzimatice cu utilizare în industria spirtului din cereale sunt prezentate în continuare (pentru celelalte preparate specificate în tabelul 7.4 fişele tehnice au fost prezentate la capitolul 6 ).

FOLOSIREA ENZIMELOR Şl A MICROORGANISMELOR LA PRELUCRAREA FRUCTELOR Şl LEGUMELOR

15.1. FRUCTE Şl LEGUME MAI IMPORTANTE

Fructele care se consumă sunt clasificate în fructe necultivate la noi în ţară (ananas, avocado, banane, mandarine, portocale, grapefruturi, curmale, lămâi, papaya, rodii, roşcove, smochine, migdale, alune şi alune de pământ) şi fructe cultivate la noi în ţară (mere, pere, prune, piersici, cireşe, vişine, caise, -struguri, afine, agrişe, coacăze, merişoare, căpşune, zmeură, mure, dude, nuci comune).

Legumele mai importante sunt: tomatele, vinetele, ardeii graşi şi ardeii kapia, castraveţii, dovleceii, pepenele galben şi verde, varza (albă, roşie, creaţă de

Fig. 14.29. Schemă tehnologică de obţinere a produsului „Mawe’'

Bruxelles), salata căpăţână, spanacul, lăptuca, măcrişul, ştevia, loboda, pătrunjelul, conopida, brocoli, sparanghelul, guliile, morcovii, napii, ridichile, păstârnacul. sfecla roşie, ţelina, hreanul, bamele, ciupercile comestibile (nu au fost cuprinse şi diferitele verdeţuri condimentare).

Plecând de la componentul principal (dominant) din fructe şi legume acestea pot fi:

- bogate în amidon: cartofi obişnuiţi şi dulci, ardei, păstârnac, pătrunjel,castane;

- bogate în zaharuri: struguri, mere, pere, gutui, prune, caise, cireşe vişine, piersici, sfeclă, soiuri de mazăre, fasole verde;

- bogate în substanţe proteice: bob, mazăre, fasole, linte, arpagic, varzăde Bruxelles, alune turceşti şi alune de pământ, nuci;

- bogate în substanţe grase: alune, nuci, seminţe de struguri, agrişe,coacăze, mere, gutui, pere, sâmburi de caise, piersici, prune, cireşe, vişine;

- bogate în pectine şi în acizi: lămâi, coarne, agrişe, coacăze, mere, corcoduşe, tomate, struguri;

- bogate în acizi şi cu pectină puţină: vişine, porumbe, caise,afine,

revent, măcriş, gutui, zmeură, cireşe, sfeclă roşie.

15.2. EVOLUŢIA PRINCIPALELOR COMPONENTE DIN FRUCTE Şl LEGUME ÎN CURSUL MATURĂRII

Maturarea reprezintă’ un proces dinamic fiziologic-biochimic, care se materializează prin formă, mărime, greutate, pigmentaţie, compoziţie chimică, gust şi miros. Maturarea exprimă, deci, însumarea materială a modificărilor suferite de fructe şi de legume în ciclul de creştere şi dezvoltare şi se exprimă cantitativ prin gradul de maturare.

Din punct de vedere al folosirii şi acceptabilităţii pentru consum sau pentru prelucrare industrială, maturitatea fructelor şi legumelor poate fi: maturitate comercială (tehnică, industrială), care se referă la perioada până la încetarea creşterii şi dezvoltării (de exemplu fructe verzi pentru dulceaţă, dovlecei în floare, mazăre verde, fasolea verde păstăi pentru conserve, fructe în pârg pentru împulpare); maturitate de recoltare (de livadă, de câmp, sau de grădină), care se defineşte prin formă, mărime (volum şi greutate), pigmentaţie,.

Aceste două tipuri de maturări au loc înainte ca fructele şi legumele să fie desprinse de plantele-mamă. După desprindere are loc aşa-numita maturare (maturitate) de consum în stare proaspătă.

Maturarea (maturitatea) de consum se caracterizează şi se defineşte prin fermitatea (textura) şi raportul dintre componentele substanţei uscate. La maturarea de consum se desfăşoară procese catabolice şi în această perioadă datorită, în principal, enzimelor hidrolizante, substanţele cu masă moleculară mare (amidon, pectină, proteine, tanoidele şi chiar celuloza) suferă transformări care le fac mai fragede, mai suculente, mai aromate, textura pierzând treptat din fermitate. Durata maturării de consum este foarte scurtă la fructele timpurii (căpşune, cireşe, zmeură, vişine, caise, piersici, pere, prune). Maturitatea de consum pentru diverse legume se apreciază după raportul dintre diferitele componente ale substanţei uscate.

După recoltare, fructele şi legumele continuă să respire aerob. La fructe şi legume respiraţia este diferită ţinând cont de faptul că pot fi climaeterice sau neclimacterice. La cele climacterice (avocado, banane, caise, mango, pere, mere, papaya, piersici, prune, roşii), în funcţie de temperatură, absorbţia de 02 scade până la minimum climacteric, apoi creşte din nou până la un maximum climacteric urmat de o descreştere.

La fructele şi legumele neclimacterice (ananas, castraveţi, căpşune, lămâi, grapefruturi, portocale, cireşe, smokine, struguri) absorbţia de 02 scade continuu după recoltarea fructelor. Deosebirile dintre produsele

vegetale climacterice şi neclimacterice constă în producţie de etilenă, care este mai mare la cele climacterice.

în ceea ce priveşte evoluţia diferitelor componente din fructe şi legume se fac unele precizări care sunt expuse în continuare.

Proteinele. Acestea se acumulează în perioada de creştere şi dezvoltare şi se diminuează la maturarea de consum sau la depozitare, datorită activităţii enzimelor proteolitice.

Lipidele. Se acumulează în faza de dezvoltare, după care se diminuează la maturarea de consum şi depozitare, datorită activităţii lipazelor proprii sau sub influenţa microorganismelor (în special mucegaiuri), dacă păstrarea se face în condiţii neadecvate de temperatură şi umiditate relativă. Prin formare de acizi graşi liberi creşte aciditatea produselor respective, pe de o parte, şi, pe de altă parte, aceştia constituie substraturi oxidabile în funcţie de gradul de nesaturare, iar în final, sub influenţa oxigenului atmosferic, produsele devin râncede.

Cerurile. Se sintetizează pe măsura dezvoltării fructelor ca şi în procesul de maturare-păstrare. . —— -r—! -■ - — ’ - ■

Glucidele. Zaharurile simple (glucoza, fructoza, zaharoza) se acumulează în cursul creşterii şi dezvoltării fructelor şi legumelor. în timp.u! depozitării, conţinutul de zaharuri simple scade, cu excepţia fructelor şi legumelor care conţin amidon, din care, prin hidroliză, se formează glucide simple.

Poiizaharidele din peretele vegetal al fructelor şi legumelor. La fructe şi legume, peretele vegetal reprezintă o organizare supramoleculară de poli- zaharide şi alte substanţe, care evoluează în funcţie de diferenţierea celulelor şi deîmbătrânirea ţesuturilor. Organizarea structurală a peretelui vegetal se referă la:

- lamela medie, care este formată din substanţe pectice. Se formează în timpul diviziunii celulare şi asigură coeziunea dintre celulele vecine. Această structură este stabilizată sub formă de gel, prin asocierea lanţurilor pectice la nivelul zonelor homogalacturonice neesterificate, interacţiune realizată prin intermediul ionilor de Ca2+;

- peretele primar, care este caracteristic celulelor nediferenţiate în faza de creştere. Acest perete este fin şi suplu şi este constituit din polizaharide în proporţie de 90% şi din proteine, în proporţie de 10%. Acest perete posedă o tramă de miofibrile de celuloză înglobate într-o matrice amorfă, puternic hidratată. formată din pectine, xiloglucani şi/sau heteroxilani;

- peretele secundar, care se formează după diferenţierea celulelor. în peretele secundar, celuloza formează microfibrile dispuse în straturi orientate, care conferă peretelui vegetal o mare rezistenţă mecanică. Acest perete secundar se poate impregna cu lignină, mai ales în cazul ţesuturilor de susţinere şi al vaselor conductoare de sevă. Acest perete secundar este inextensibil şi puţin hidrofil.

La fructe şi legume, compoziţia peretelui vegetal este apropiată de cea a pereţilor primari, ceea ce reflectă predominanţa parenchimului de rezervă. Peretele vegetal de la fructe şi legume are şi o proporţie oarecare de perete secundar, care provine din vasele conductoare (tabelul 15.1).Tabelul 15.1Compoziţia (% faţă de s.u.) peretelui vegetal al fructelor şi al legumelor

Componentul Fructe şi legume

Parenchim Ţesut lignificat

Substanţe pectice 35-40 5

Celuloză 35 40

Alte polizaharide 10 25-30

Glicdproteine 10-20 5

Lignină şi acizi fenolici 5 20-25

Poiizaharidele reprezintă fracţiunea cea mai importantă a peretelui vegetal, aşa cum este evidenţiat în tabelul 15.2.

Tabelul 15.2

Polizaharidul Monomeri Structura chimică

Majori Minori

Celuloză Glc Glc legată 3-1,4

Xiloglucani Glc Xyl, Glc, Ara, Fuc

Glc legată (3-1,4 având ramificaţii de a Xyl, (5 Gal, a Ara sau a Fuc

P-Glucani micşti Glc Glc legată (3-1,4 şi P-1,3

Heteroxilani Xyl Ara, Glc A, 4-0-Me-Glc

Xyl legată (3-1,4 cu ramificaţii de Glc A, 4-0-Me-Glc A şi/sau Ara, câteodată esteri- ficaţi cu acizi polifenolici

Pectine Gal A Rha, Ara, Gal

Gal A (parţial esterifîcaţi cu metanol şi/sau acid acetic) legaţi a-1,4, cu inserţie de Rha şi având lanţuri laterale de arabinani şi arabino-galactani

Arabinani Ara Ara legaţi a-1,5, cu ramificaţii în a-1,2 şi în a-1,3, câteodată esterificată cu acizi polifenolici

Arabino-galactani de tip I

Gal Ara Gal legate (3-1,4, cu ramificaţii de Ara

Arabino-galactani de tip II

Gal Ara Gal legaţi (5-1,3 şi (3-1,6, cu ramificaţii deAra

Tabelul 15.2

Celuloza. Este un homopolimer de glucoza. Unităţile succesive de D-glu- copiranoză sunt legate prin legături glucozidice (3-1,4. Dispunerea moleculelor de glucoză în lanţurile polimerului permite formarea de legături de hidrogen intra- lanţuri, care stabilizează macromolecula sub formă de ruban şi de legături de hidrogen interlanţuri, permiţând astfel asocierea macromoleculalor în microfibrile elementare. Microfibrilele, la rândul lor, formează fibre care prezintă parţial o structură cristalină. Această cristalinitate, care afectează un număr redus de fibre, conferă celulozei o mare rezistenţă fizică şi chimică. în pereţii primari, diametrul microfibrilelor este de ~ 3,5 nm, iar în peretele secundar fibrilele au diametrul de 15-20 nm. Celuloza este hidrolizată de celuiazele unor microorganisme patogene ale vegetalelor şi de bacteriile din rumenul erbivorelor.

Xiloglucanii. Pereţii fructelor şi legumelor sunt bogaţi în xiloglucani care pot reprezenta 20% din substanţa uscată a pereţilor primari. Scheletul de bază este format din resturi de D-glucoză legate (3-1,4. Macromoleculele pot forma asociaţii cu microfibrilele de glucoză prin intermediul legăturilor de hidrogen. Circa 75% din moleculele de glucoză din lanţul polimeric prezintă lanţuri laterale (în 0-6) care pot fi unităţi de xiloză, dimeri Gal (3(1-2) XII sau chiar trimeri de Fuc (1-2) Gal (3(1-2) Xil, aşa cum se arată în fig. 15.1.

fS. V Poiizaharidele

peretelui vegetal

Heteroxilanii. Se găsesc în cantitate mai mică în pereţii primari ai fructelor şi legumelor (~ 5%). Structural ei sunt formaţi din xiloză, forma piran legată (3-1,4. Grupările 0-3 şi/sau 0-2 ale xilozei pot fi substituite cu lanţuri laterale, variate în natură. Substituentul cel mai frecvent este

arabinoza, urmat de acidul galacturonic şi eterul 4-0 metilic. Xilozele din lanţul principal pot fi acetilate, iar resturile de arabinoză pot fi esterificate în 0-5 cu acizi fenolici (ferulic sau p-cumaric). Structura heteroxilanilor este prezentată în fig. 15.2.Ac\0-3 ou 0-2... P-D-Xylp-(1 -*4)-P-D-Xylp-(1 ->4)-P-D-Xylp-(1 -*4)-P-D-Xylp-(1 ->4)-P-D-Xylp...0-2 0-3/ / a-(Me)-GlcA a-L-ArafFig. 15.2. Structura unui tip de heteroxilan.

Substanţele pectice. Sunt polizaharide care conţin acid galacturonic. Scheletul principal al pectinelor este format din acid galacturonic şi cantităţi mici de ramnoză. Lanţurile laterale sunt formate din arabinoză şi

galactoză. Scheletul principal reprezintă zone „lise” (formate din homo-galacturonani) şi zone ramificate cu catene laterale (formate din ramno-galacturonani), aşa cum se arată în fig. 15.3.

Fig. 15.4. Structura polimerilor de arabinoză: a-arabinan; b-arabinogalactan de tip I; c-arabinogalactan de tip

II.

Zonele homogalactonice sunt formate numai din acizi D-galacturonici legaţi a-1,4. Funcţiile carboxilice ale lanţurilor poligalacturonice pot fi esterificate cu alcool metilic, iar funcţiile alcool (0-3 şi/sau 0-4) cu acid acetic.

Conţinutul în alcool metilic şi acid acetic este exprimat prin gradul de metilare (DM) şi acetilare (DAc), care reprezintă raporturile molare ale acestor sub- stituenţi şi acidul galacturonic. Pectinele native sunt puternic metilate. (DM > 50). Gradul de acetilare este, în general, redus, cu excepţia pectinelor din pere şi din sfeclă. Atât DM cât şi DAc sunt caracteristici structurale care determină aptitudinea lor de a gelifica şi de a fixa ioni de Ca2+. Pectinele cu DM < 50 fixează puternic ionii de Ca2+ şi, deci, formează geluri. Reactivitatea faţă de ioni este influenţată de distribuţia grupărilor carboxilice libere, c distribuţie în bloc favorizând fixarea ionilor.

Zonele ramnogalacturonice au ramnoză care se inserează între resturile de acid galacturonic, după o secvenţă repetitivă. Circa 30 - 50% din ramnoză este substituită în 0-4 cu lanţuri laterale de oze neutre.

Lanţurile laterale ale pectinelor sunt compuse numai din oze neutre (ara- binoza şi galactoza). Se mai pot găsi xiloză, glucoză, manoză şi acid glucuronic şi mai rar metilfucoză, metilxiloză. Arabinoza şi galactoza formează polimeri (arabani, galactani, arabinogalactani) legaţi de scheletul principal la nivelul resturilor de ramnoză, cu formare de zone ramificate. Xiloza formează mai ales lanţuri laterale monomerice fixate de acidu! galacturonic în 0-3.

Structura lanţurilor laterale de arabani, arabino-galactanilor de tip I şi II este

prezentată în fig. 15.4, a, b, c.

a) a-L-Araf\

0-2... —>5)-a-L-Araf-(1 ->5)-a-L-Araf-(1 ->5)-a-L-Araf-(1 ->5)-a-L-Araf-(1

..0-3 0-3/ /

a-L-Araf a-L-Araf

b)... ->4)-P-D-Galp-(1 ->4)-P-D-Galp-(1 —>4)-P-D-Galp-(1 —>4)-p-D-Galp-(1 ..

0-3 0-3/ /

a-L-Araf a-L-Araf0-5

Ia-L-Araf

c)...->3)-P-D-Galp-(1-»3)-3-D-Galp-(1-*3)-P-D-Galp-(1-»3)-P-D-Galp-(1->3)-P-D-Galp-(1-»...

0-6 0-6 0-6 0-6 / / / /P-D-GalpP-D-Galp-(1->3)-P-D-Galp- R P-D-Galp

0-6 0-6 / /P-D-Galp p-D-Galp

R = L-Araf-(1 ou a-L-Araf-(1->5)-a-L-Araf-(1

Proteinele şi glicoproteinele parietale. în peretele primar se găseşte extensina, o glicoproteină bazică, bogată în hidroxiprolină şi serină, lizină şi tirozină. Conţinutul său în glucide este de ~ 50%, din care 96% arabinoză şi 4% galactoză. Moleculele de extensină se pot lega între ele prin punţi de isotirozină, cuprinzând două resturi tirozină din două lanţuri polipeptidice apropiate. Complexele arabinogalactani-proteine sunt glicoproteine care conţin 90 - 98% glucide. Fracţiunea proteică conţine ~ 50% hidroxiprolină, prolină, glicină, alanină, acid glutamic. Partea glucidică este formată din arabinoză şi galactoză cu structură ramificată de arabino-galactani de tip II. în peretele vegetal se găsesc următoarele enzime: peroxidaze, fosfataze, diverse glucozidaze.

Constituenţi minori. în peretele vegetal se găsesc acizi fenolici (ferulic şi cumaric), lignină (polimer tridimensional complex) asociată cu poiizaharidele parietale, cutină compusă din esteri ai acizilor graşi cu lanţ lung cu alcooli cu lanţ lung, de asemenea cu alcani şi ceruri. Se mai pot găsi şi suberină, un compus similar cu cutina.

în ceea ce priveşte evoluţia celulozei, hemicelulozelor şi substanţelor pectice sunt de făcut următoarele constatări:

- celuloza şi hemicelulozele se acumulează pe parcursul creşterii şi dezvoltării fructelor şi legumelor, în timpul depozitării constatându-se numai o diminuare a conţinutului de hemiceluloză;

- substanţele pectice al căror nivel depinde de felul fructelor şi legumelor, de stadiul de dezvoltare al fructelor şi legumelor precum şi de durata de depozitare, care influenţează în primul rând raportul dintre substanţele pectice insolubile şi solubile, determină textura produselor vegetale.

în cazul merelor, perelor, piersicilor, prunelor, conţinutul în substanţe pectice se menţine constant în raport cu greutatea fructului proaspăt (0,5 - 1%). Pe măsură ce fructele respective se maturează, substanţele pectice sub formă de protopectină insolubilă

trec şi în formă solubilă (pectină, acid pectinic şi pectic), astfel încât, la maturitatea de recoltare, circa 1/3-2/3 din cantitatea totală de substanţe pectice sunt sub formă solubilă. O situaţie deosebită o prezintă piersicile, la maturarea cărora conţinutul de acid pectinic creşte de la 24 la 75% din totalul materialului insolubil în alcool. Acidul pectic nu se modifică semnificativ, reprezentând 5 - 10% din totalul materialului insolubil în alcool. Masa moleculară a tuturor fracţiunilor de substanţe pectice scade o dată cu maturarea, gradui de esterificare al acizilor pectinici rămânând 75 - 80%.

La depozitarea merelor, perelor, piersicilor, prunelor are loc o creştere a substanţelor pectice solubile, rata de conversie a substanţelor pectice insolut e în substanţe pectice solubile fiind dependentă de temperatura de păstrare şi anume este relativ mai scăzută la 0°C şi mai mare la 15JC. Sucul obţinut prin presarea fructelor menţionate conţine pectine solubile, dar şi insolubile ataşate de pulpa din suc. Acest suc conţine -1,126 mg pectină/mi, cu un grad de esterificare de 87 - 90%.Căpşunele, zmeura, merele au un conţinut variabil de substanţe pectice (căpşune 0,5-1,4%; mure 0,7-1,2%, zmeură 0,6-1%), 50-95% din acestea fiind sub formă solubilă, chiar şi atunci când aceste fructe nu sunt complet maturate. în fructele complet maturate (maturitatea de consum), aproape toate substanţele pectice sunt sub formă solubilă. Zmeura este cea mai sensibilă la depozitare, după 1-6 zile constatându-se scăderi semnificative în substanţe pectice totale şi solubile. De remarcat că vâscozitatea extractelor de căpşune scade evident după formarea pigmentului roşu, ceea ce înseamnă că are loc scindarea substanţelor pectice (scăderea masei moleculare).

Strugurii conţin în medie 0,02 - 0,6% substanţe pectice, sub formă de pro- topectină, în cazul celor necopţi şi sub formă solubilă în cazul ceior copţi. Gradul de esterificare al pectinelor din struguri este redus (în medie 30%), ceea ce înseamnă că activitatea pectin-esterazică este

semnificativ scăzută.Fructele citrice au substanţe pectice

localizate în coajă, flavedo şi albedo (20-30% faţă de,substanţă uscată), în vezicule şi în suc (3-6% faţă de substanţă uscată). Pectinele din citrice au un grad de esterificare de ~ 68%. Pe măsura maturării creşte conţinutul de substanţe pectice solubile din coajă, flavedo şi albedo, însă cele din suc nu se modifică semnificativ o dată cu maturarea.

Enzimele care degradează poiizaharidele parietale pot fi glucanaze, enzime care degradează heteroxilanii (xilanaze şi altele), enzime pectolitice. Glucana- zele sunt enzime care hidrolizează legătura dintre două molecule de glucoză, aşa cum se găsesc în celuloză şi alţi glucani.

Degradarea celulozei. Sensibilitatea celulozei la hidroliză enzimatică va depinde de: gradul de polimerizare, cristalinitate şi suprafaţa specifică accesibilă enzimelor. în cazul pereţilor vegetali, suprafaţa specifică este afectată de in-crustaţiile de polimeri necelulozici. Tratamentele fizice sau chimice pot modifica structura pereţilor vegetali, deci a celulozei, ameliorând în acest fel sensibilitatea celulozei la hidroliză enzimatică. Enzimele celulolitice pot fi secretate de bacterii aerobe şi anaerobe precum şi de mucegaiuri, sub forma unui complex care prezintă trei tipuri de activitate enzimatică, în funcţie de modul de acţiune şi substratul preferenţiat:

- enzime endohidrolizante a legăturilor glucozidice din interiorul lanţului poliglucidic. Sunt endoglucanaze (3-1,4, care sunt mai active în zone amorfe decât în cele cristaline. Reactivitatea celulozei la endoglucanaze variază invers cu indicele său de cristalinitate;

- enzime exoglucanazice, care acţionează plecând de la extremitatea nereducătoare a lanţului şi care, la rândul lor, pot fi clasificate în:

- 1,4-(3-glucan-4 glucohidrolaza, care eliberează glucoza;- 1,4-|3-glucan-4-celobiohidrolaza,

care eliberează celobioza (dimer al

glucozei).Acţiunea enzimelor care hidrolizează

celuloza este prezentată în fig. 15.5.Degradarea altor glucani. Hidroliză

celulozei este limitată de prezenţa altor constituenţi ai ţesuturilor vegetale. De exemplu, xiloglucanii fructelor şi legumelor, care au un rol important în coeziunea edificiului parietal, pot fi hidrolizaţi numai dacă celuloza este în prealabil hidrolizată. Având în vedere că scheletul lor principal este asemănător cu al celulozei, acesta va fi degradat de enzime de tip endoglucanaze, degradare care va fi modulată de specificitatea enzimei şi de dispoziţia resturilor de xiloză, galactoză, fucoză. Eliminarea resturilor laterale de xiloză şi galactoză este realizată de enzime care scindează atât legături (3-1,3 cât şi (3-1,4.

Fig. 15.5. Reprezentarea schematică a degradării celulozei:

A: EG - endoglucanază care rupe lanţurile de celuloză; B: EG - endoglucanază care acţionează la suprafaţa microfibrilei, făcând să apară o extremitate nereducătoare; O. CBH - ce- lobiohidrolază care are afinitate pentru extremitatea nereducătoare; D: CBH - celobio- hidrolază care eliberează celobioză (celobioză

are efect de inhibare pentru CBH, dar este hidrolizată de (5-glucozidaza J3G); E: EG - endoglucanază care creează locurile de recunoaştere pentru CBH, ceea ce explică şi implică sinergismul dintre aceste enzime.

Enzimele care degradează heteroxiianii. Aceste polizaharide sunt degradate de anumite tipuri de enzime, care sunt prezentate în continuare.

Xilanazele sunt enzime ce hidrolizează polizaharide de tipul arabinoxila- nilor (fig. 15.6). Xilanazele pot fi:

- endoxilanaze, care scindează legăturile p-1,4 din interiorul lanţului principal de xilan, eliberând oligomeri liniari sau substituenţi cu grad mare de polimerizare, respectiv cu grad mic de polimerizare. Natura, frecvenţa şi repartiţia lanţurilor laterale substituite pe lanţul liniar de xilan va condiţiona capacitatea endoxilanazelor de a hidroliză substratul;

- xilozidaze, care hidrolizează oligomerii mici eliberaţi de endoxilanaze, până la monomer de xiloză.

Enzimele auxiliare sunt implicate în hidroliză catenelor substituite şi pot fi:

- a-L-arabinofuranozidaze, care eliberează resturi de arabinofuranoză nereducătoare sub formă de monomeri, de oe lanţul principal format de xiloză;

Fig. 15.6. Hidroliză enzimatică a arabinoxilanilor: a - endo p-1,4 xilanaza; b - p-xilozidaza; c - a-glucuronidaza; d - a-L-arabinofura- nozidaza; e- acetilesteraza; f-

ferulatesteraza.

- glucuronidaze, care eliberează acidul glucuronic sau derivatul său metilat (acidul 4-0-giucuronic) fixat pe lanţul de xilan prin legătură a-1,2;

- xilanacetilesteraze, care eliberează acid acetic dintr-un xilan la careresturile de xiloză au grupări acetil la C2

sau C3;- ferulatesteraze, care acţionează asupra

catenelor laterale ce conţinacid ferulic, pe care-l eliberează.

1 Enzimele pectolitice sunt enzime care degradează zonele „lise” şi zonele cu catene laterale (zonele ramificate).

Degradarea zonelor „lise“ este realizată de trei tipuri de enzime şi anume (fig. 15.7);

; £,

Fig. 15.7. Diferite căi de degradare enzimatică a pectinelor:

•—• acid galacturonic; ■ acid galacturonic nesaturat C4-C5;

T — ▼ grupare metoxil.

-pe

c tin est era ze

(enzime de saponificare), care catalizează dezesterifi- carea grupărilor metilice ale pectinelor cu formare de acizi pectinici şi alcool metilic. Pectinmetilesterazele de origine vegetală hidrolizează gruparea metil adiacentă la o grupare carboxil liberă, în timp ce pectinmetilesterazele mucegaiurilor atacă la întâmplare şi nu sunt sensibile la ionii de Ca2+, aşa cum sunt cele de origine vegetală;

- poligalacturonaze, care sunt enzime ce hidrolizează legăturile intre două resturi de acid galacturonic. După modul lor de acţiune acestea pot fi:

- endopoligalacturonaze, care eliberează un monomer, un dimer şi un trimer de acid galacturonic;- exopoligalacturonaze, care acţionează la extremitatea nereducă-toare a unui lanţ la care acidul carboxilic nu este esterificat. Acţiunea lor în lungul lanţului este blocată de prezenţa grupării metil, de un rest de ramnoză sau de un lanţ lateral. Ele pot fi: poligalacturonhidroliaze care eliberează acid galacturonic şi poli- galacturonidaze care eliberează acid digalacturonic;

- liaze, care catalizează depolimerizarea unui substrat prin reacţia de P-eliminare (în absenţa apei). Sunt de origine bacteriană şi,

mai rar, fungică, dar nu au fost detectate în produsele vegetale. Se numesc şi pectinliaze, care acţionează endo- şi exo-, afinitatea scăzând cu creşterea gradului de metilare. Există şi pectatliaze care acţionează asupra acidului poligalacturonic sau al unei pectine slab metoxilate. Ele acţionează endo- şi exo-, cele exo- acţionând de la capătul reducător al acidului poligalacturonic cu eliberare de dimeri nesaturaţi.

Degradarea zonelor ramificate. Zonele ramificate ale pectinelor sunt constituite dintr-un schelet ramnogalacturonic care are grupări acetilate şi lanţuri laterale de oze neutre (arabinoze şi/sau galactoză). Degradarea lor implică deci prezenţa următoarelor enzime:

- ramnogalacturonaze, care hidrolizează legătura dintre acidul galacturonic şi ramnoză, eliberând oligomeri a căror structură de bază este un tetramer format din ramnoză şi acid galacturonic care alternează, extremitatea nereducătoare fiind ramnoza şi cea reducătoare acidul galacturonic;

- esteraze, care eliberează grupările acetilate esterificate ale ramnoga- lacturonanilor pectinelor. Ferulatesterazele eliberează acidul ferulic care esterifică arabinoza sau galactoza;

- arabinaze (endo), care scindează legăturile a-1,5 între două resturi de arabinoză prin atac la întâmplare în interiorul lanţurilor liniare ale arabanilor, cu eliberare de monomer, dimer sau trimer de arabinoză;

- arabinofuranozidaze (exo), care hidrolizează legăturile a-1,3 sau a-1,5, cu eliberare de arabinofuranoză terminală nereducătoare;

- galactanaze, care pot fi endo -, exo- şi ozidaze şi toate hidrolizează legături care implică resturi de galactoză din galactanii liniari sau arabinogalactani de tip I sau II.

Endogalactanazele hidrolizează legăturile (3-1,4 între două resturi de ga- iactoză, cu eliberare de monomer sau oligomeri cu DP < 4. Exogalactonazele acţionează asupra legăturilor (3-1,4 sau (3-1,3.

Acizii organici. Creşterea, maturarea şi depozitarea fructelor şi legumeloreste însoţită de modificări în conţinutul diferiţilor acizi organici, savoarea fructelor maturate şi depozitate datorându-se, cel puţin în parte, unei dezacidificări progresive care are loc în special la maturare şi depozitare. în timpul maturării şi depozitării,

dezacidificarea se face pe calea ciclului Krebs cuplat cu respiraţia, însă dezacidificarea cea mai importantă are loc datorită enzimei malice (malat-dehi- drogenaza decarboxilantă). în cazul merelor, degajarea de C02 este mai mare în prezenţa malatului, în

perioada climacterică decât în cea preclimacterică.Malat —- -- -► Piruvat + C02

Acetataldehidă + C02

Această producţie de C02 poate explica parţial criza climacterică (prin creşterea concentraţiei de C02 procesul de respiraţie este încetinit), care este însoţită de o creştere a sintezei de proteine. în ceea ce priveşte acizii ciclici, graţie dehidrogenazelor sunt transformaţi unul în altul: dehidroshikimic, shikimic, quinic. Acidul clorogenic este transformat în acid quinic şi cafeic. Datorită oxidării mai rapide a acizilor organici decât a glucidelor, raportul glucide/acizi organici se modifică în favoarea glucidelor, ceea ce conduce la îmbunătăţirea calităţii gustative a fructelor şi legumelor.Fenolii. Nivelul de compuşi fenolici creşte pe parcursul dezvoltării fructelor şi legumelor şi scade în cursul maturării şi depozitării, consecinţa fiind diminuarea astringenţei. Anumite boli de depozitare conduc la îmbrunări ale ţesuturilor superficiale sau interne. Substraturile de îmbrunare la mere şi la pere sunt acidul clorogenic, /-epicatehina, d-catehina, acidul hidrocafeic, care sunt oxidaţi de poli- fenoloxidaze, enzime ce pot oxida şi pigmenţii antocianici şi flavonici. Pot acţiona însă şi catalazele şi peroxidazele. Anumiţi reducători împiedică îmbrunarea. De exemplu, îmbrunarea merelor este împiedicată de acidul ascorbic. Merele bogate în acid ascorbic se îmbrunează mai greu decât cele care conţin puţin acid

ascorbic. în celulele vegetale care respiră activ, acumularea de fenoli oxidaţi este împiedicată de potenţialul redox scăzut. în ţesuturile vegetale deteriorate, fenolii se oxidează mai rapid. în celulele vii sănătoase, fenolii nu pot fi oxidaţi din cauză că ei sunt localizaţi în vacuole iar oxidazele în protoplasmă.

Pigmenţii. La fructe şi legume, modificarea conţinutului de pigmenţi se corelează cu modificarea culorii, o anumită culoare fiind caracteristică maturităţii de recoltare. Pigmenţii verzi (clorofilele a şi b) dispar în fructele maturate, etilena Stimulând dispariţia prin activarea clorofilazei, în cazul merelor. Clorofilaza nu degradează însă profund clorofila, dar activitatea enzimei creşte pe măsură ce conţinutul de clorofilă scade. în cazul perelor, dispariţia clorofilei este exponenţială (variaţia conţinutului pe unitatea de suprafaţă în unitatea de timp). Descompunerea clorofilei este influenţată de temperatură, lumină, conţinutul mediului ambiant în CO2 şi 02-

Pigmenţii carotenoidici se acumulează în fructe şi în legume până la realizarea maturităţii fiziologice, după care are loc degradarea lor.

Pigmenţii antocianici se acumulează pe măsură ce fructele se maturează, la depozitare putând avea loc o biodegradare a pigmenţilor, mai ales în cazul unor boli fiziologice.

Pigmenţii flavonici se acumulează în special în perioada de creştere, aceasta acumulare fiind mai puţin evidenta la maturarea fructelor şi legumelor. în general, păstrarea necorespunzătoare conduce la degradarea pigmenţilor, ceea ce reprezintă o pierdere de calitate senzorială şi, în unele cazuri, o pierdere de calitate nutritivă.

Vitaminele. Conţinutul în vitamine creşte în perioada de creştere şi maturare a fructelor şi legumelor, dependent de condiţiile pedoclimatice şi tehnologice de cultură aplicate. La depozitarea fructelor şi legumelor recoltate la maturitate, conţinutul în vitamine (în special vitamina C) scade, în măsură mai mică sau mai mare, în funcţie de temperatura şi de natura atmosferei de depozitare.

Produşii organici volatili. Aceştia se formează în

perioada maturării fructelor şi legumelor. Sunt reprezentaţi de aldehide, cetone, esteri, alcooli etc. De remarcat că în fructe predomină esterii, în timp ce în sucuri predomină alcoolii, fapt ce se explică prin intervenţia hidrolazelor, ceea ce înseamnă că tehnica de extracţie a sucului are o mare influenţa asupra aromei acestuia. Prin păstrarea fructelor şi legumelor la temperaturi scăzute şi sub atmosferă controlată se încetineşte formarea de produşi organici volatili, deci se întârzie formarea aromei caracteristice.

Hormonii. Hormonii vegetali (auxinele: acidul 3-indoiilacetic. indolilacetom- trilul, aldehida 3-indolacetică; giberelinele: acidul giberilinic, giberilinele GA-, GA2 etc.; citokininele: kinetina, zeatina, difenilureea, zeatinribozidul, acidul acscisic, etilena) suferă modificări în timpul creşterii şi maturizării fructelor şi legumelor

Auxinele influenţează creşterea, textura pulpei, accelerarea maturării şi producţia de etilenă. Influenţează, de asemenea, nivelul de proteine şi de acizi nucleici, frânând procesul de îmbătrânire. Giberelinele intervin în transformarea triptofanului în auxine, influenţează scăderea nivelului de amidon, azot total şi creşterea conţinutului de acizi nucleici, celuloză şi hemiceluloză. Citokininele stimulează creşterea şi întârzie degradarea clorofilei şi procesul de maturare. O poziţie specială o are etilena (considerată ca hormon), care stimulează maturarea fructelor şi legumelor. Producerea de etilenă precede maximum climacteric la banane, coincide cu acesta la mere şi pere. sau are loc după acesta la tomate.

Enzimele. Sinteza enzimelor este corelată cu tipul produselor horticole. Astfel, la_celejieclimacterice, sinteza enzimelor este mai intensă în faza de creştere şi se diminuează în faza de maturare. La cele climacterice, se constată o intensificare a sintezei enzimelor în prima parte a fazei de creştere şi în perioada de'cljfiTacteric; corespunzătoare maximumului în respiraţie.

Evoluţia activităţii diferitelor enzime la creşterea şi maturarea fructelor şi le-gumelor este următoarea:

- hidrolazele (amilaza, celulaza, invertaza) îşi intensifică activitatea în faza de maturare;

- transaminazele au o activitate mai intensă în faza de maturare, determinând scăderea conţinutului de aminoacizi;

- piruvatdecarboxilaza are o activitate sporită în faza de maturare, fapt ce determină transformarea piruvatului în aldehidă acetică şi C02;

- clorofilazele au o activitate mai mare în faza de maturare, ceea ce se corelează cu degradarea clorofilelor;

Producţia de etilenă ar avea loc din diferiţi precursori: acid linoleic, metionină, P-alanină, glucoză; căile posibile de formare a etilenei fiind prezentate în fig. 15.8.

Fig. 15.8. Căile posibile de formare a etilenei din fructe.

- polifenoloxidazele şi citocromoxidazele sunt active pe toată perioada maturării;

- catalaza şi peroxidaza sunt deosebit de active în timpul activităţii de respiraţie maximă;

- lipazele şi lipoxidaza sunt mai active în perioada de preclimacteric,conducândla hidroliză lipidelor şi, respectiv, la oxidarea lor;

- enzimele pectice au activitate mare în prima fază de creştere, după care activitatea lor se reduce până la maturare. în faza de maturare, înmuierea ţesuturilor vegetale (fructe şi legume), consecinţă a evoluţiei substanţelor pectice, are loc sub influenţa enzimelor pectice saponificante (pectindemetoxilaze) prezente în căpşune, struguri, banane, cireşe, mere, pere, portocale, piersici, tomate şi sub acţiunea enzimelor depolimerizante (pectindepolimeraze) şi este hotărâtoarepentru determinarea texturii, însă nu trebuie neglijaţi şi alţi factori, cum ar fi tur- gescenţa celulară, dimensiunile celulelor parenchimatice şi grosimea membranelor celulelor respective. în ceea ce priveşte membranele celulelor parenchimale, este posibil ca acestea să fie cu atât mai tari cu cât gradul de esterificare al pectinelor este mai redus şi cu cât conţinutul de calciu este mai ridicat. în cazul perelor, pectindemetoxilazele (PME şi PE) au o activitate mare în fructele tinere (iulie) şi apoi se constată o scădere a activităţii PME până la recoltare (septembrie, octombrie). După recoltare nu mai are loc scăderea activităţii PME. în cazul perelor ce se maturează în pom s-a constatat o scădere a activităţii PME.

Perele care se recoltează când sunt tari se menţin la rece pentru maturare, în acest interval fiind intensificate activitatea enzimelor pectindemetoxilazelor (în special PE). Când perele sunt aduse la temperatura camerei, se înmoaie, ceea ce înseamnă că devin active pectindepolimerazele

(poligalacturonaza). Activitatea PME în cazul merelor creşte pe măsură ce fructele se maturează, maximumul de activitate fiind întâlnit la fructele supramaturate. La depozitarea merelor, care se recoltează când sunt tari, are loc o înmuiere le‘ntă a ţesuturilor, depinzând de ternpefaTura^d^păstrar^ de varietatea merelor. Micşorarea lanţului poliga- lacturomc şf micşorarea" gradului de~esterificafe-lirată că la depozitarea merelor acţionează ambele categorii de enzime pectice.

La maturarea piersicilor la temperatura de 8°C, activitatea pectinesterazei este maximă în primele două săptămâni, după care scade şi începe a fi evidentă activitatea poligalacturonazei, fructele devenind moi. Prin păstrarea piersicilor la 0~C se inhibă activitatea pectinesterazei pe o durată de circa 2 săptămâni, după care activitatea creşte brusc, coincizând în timp cu formarea unui lanţ poligalacturonic mai lung şi mai slab metoxilat, pulpa fructelor devenind fibroasă.

La cireşe, maximul de activitate al PME s-a observat în timpul maturării, în timp ce la grapefruturi activitatea PME se diminuează în timpul maturării. Poligalacturonaza a fost pusă în evidenţă şi în cireşe, fiind responsabilă de înmuierea cireşelor conservate în prezenţa de S02.

în timpul maturării bananelor timp de 11 zile, la temperatura camerei, are loc o scădere a conţinutului de protopectină şi o creştere a celui de pectină solubilă, ceea ce presupune o activitate a pectinmetilesterazei. dar şi a poliga-lacturonazei. în orice caz, activitatea polimetilesterazei din coajă se intensifică prin trecerea fructelor de la culoarea verde la culoarea galbenă.

La maturarea tomatelor, când pigmentaţia trece de la verde la roşu. se evidenţiază o creştere a polimetilesterazei cu până la 40%, iar atunci când tomatele au o suprafaţă roşie, activitatea enzimelor depolimerizante (poligalacturonaza! creşte.

în concluzie, gradul de esterificare al pectinelor fructelor si

lenumelnr scade datorită intervenţiei pectindemetoxilazelor. Această acţiune de saponificare a pectinelor nu conduce la insolubilizare, deoarece acţiunea enzimelor respective asupra pectinelor demetoxilate conduce la creşterea solubilitătii pectinelor. Se consideră că, în timpul maturării, fructele şi legumele pot sintetiza încă oliqo- uronide, dar acestea nu se pot condensa în acizi pectici. In faza finală a maturării, l^ntezifoTigouronidelor încetează, dar conţinutul acestora creşte pe seama degra-dării acizilor pectici.

15.3. FOLOSIREA ENZIMELOR IMPLICATE ÎN HIDROLIZĂ POLIZAHARIDELOR

Qjee eibirv: ■ . &PEREŢILOR PARIETALI

*0 ’!j. ris s>'"- . . . .Jn industria sucurilor de.fructe şi legume,

preparatele enzimatice exogene pot interveni, in etapele menţionate în fig. 15.9, în vederea: ameliorării randamentului în suc la presare; L:- preparării sucurilor pulpoase de tip nectaruri (macerarea şi stabilizarea sucurilor pulpoase);v.r t- - obţinerii de sucuri limpezi (clarificare).

15.3.1. FOLOSIREA ENZIMELOR ÎNAINTE DE OPERAŢIA DE PRESARE

»

Tehnologia generală de obţinere a sucurilor de fructe şi legume implică următoarele operaţii succesive:

- sortarea: se îndepărtează fructele vătămate, cele imature şi trecute dematuritatea de consum. Fructele mature dau un randament scăzut de suc care este şi greu de presat, iar sucurile obţinute sunt foarte tulburi; b

- spălarea: se face, în mod obişnuit, în scopul îndepărtării impurităţilor aderente şi al înlăturării parţiale a microflorei epifite;

- sfărâmarea (zdrobirea, mărunţirea): se face prin răzuire Ia fructele sănătoase.

Fig. 15.9. Folosirea enzimelor pectolitice în industria sucurilor:

A - pectinaze pentru uşurarea presării; 8 - pectinaze pentru macerare; C- pectinaze şicelulaze pentru lichefiere; D- pectinaze pentru clarificare.

Strugurii, vişinele, cireşele, baceie nu se mărunţesc Masa de fructe sfărâmate se numeşte pulpă, care din punct de vedere fizic este un sistem eterogen format din două faze:

- faza lichidă (suc) eliberată din structura celulelor în timpul zdro-birii - mărunţirii. Această fază lichidă este foarte vâscoasă;

., - faza solidă, care se prezintă ca o masă semigelificată cu o capa

citate de reţinere a apei foarte mare, ceea ce limitează scurgerea sucului la presare. Această fază solidă este alcătuită din proto- pectină hidratată cu suc precum şi din materiale puţin hidratabile (celuloze şi hemiceluloze) care reţin şi componente de aromă şi culoare.

Prin adaos de enzime pectolitice la pulpă se realizează următoarele:

- creşte randamentul în suc la presare;- se favorizează extracţia pigmenţilor şi

aromelor.} Acţiunea enzimelor pectolitice asupra celor două componente ale pulpei este diferită?"acţiunea asupra sucului se manifestă prin reducerea vâscozităţii prin solubilizarea pectinelor din suc; acţiunea asupra fazei solide se traduce prin scăderea cantităţii de pectină insolubilă, prin distrugerea structurii de gel, astfel că se ajunge la creşterea permeabilităţii acestui strat, care eliberează suc. Tot din partea solidă nehidratabilă se eliberează componentele de aromă şi culoare.

Adaosul de preparate enzimatice pectolitice se poate face în următoarele .moduri: în masa de pulpă înainte de încălzire şi termostatarea acesteia pentru acţiunea enzimelor, în care caz doza de enzime trebuie mărită cu 20-30%. deoarece contactul pulpei cu pereţii schimbătorului de căldură poate conduce la micşorarea activităţii enzimatice; după încălzirea masei de fructe zdrobite - mărunţite (pulpă), înainte ca aceasta să fie introdusă la termostatare; direct în masa de pulpă adusă la temperatura de termostatare.

Preparatele enzimatice folosite ca adaos în pulpa de fructe sunt cele care

favorizerază hidroliză scheletului principal al pectinelor: poligalacturonazele (endc), pectinmetilesterazele, pectinliazele, arabinazele, ramnogalactouronazele, galacto- nazele.

Nivelul activităţilor enzimatice trebuie dozat cu precizie, deoarece endopo- ligalacturonazele şi pectinmetilesterazele acţionează sinergetic, un exces de pec- tînmetilesteraze având acţiune de inhibare a pectinliazelor.

Eficacitatea enzimelor pectolitice la creşterea randamentului în suc la presare va fi influenţată de:

- compoziţia în polizaharide a pereţilor parietali;

- condiţiile de stocare a fructelor şi legumelor, care pot contribui lamodificarea compoziţiei pereţilor parietali (de exemplu prin oxidarea pulpei se limitează degradarea polizaharidelor de către enzimele pectolitice);

- conţinutul de calciu parietal;- stadul fiziologic al fructelor şi

legumelor, care influenţează starea pec- tinei (acţionează enzimele pectolitice proprii ţesuturilor vegetale).

Preparatele enzimatice pectolitice comerciale, de regulă, au şi activitate arabinazică şi galactonazică, ceea ce este important în scindarea lanţurilor laterale de arabinoză şi galactoză din zonele ramificate ale pectinelor, fapt ce conduce la creşterea randamentului în suc la presare.

Doza de preparat enzimatic folosită se stabileşte în funcţie de:

- felul fructelor şi legumelor;- condiţiile tehnologice de lucru:

temperatura, durata de acţiune, tipul de presă folosit.

în general, doza folosită este de 100 -150 g/t pulpă. Prin adaos de enzime pectolitice în pulpă înainte de presare, sucul obţinut va avea o vâscozitate mai mică şi, deci, o fiitrabilitate mai bună.

Randamentul în suc (cu sau fără adaos de enzime) este influenţat de gradul de prospeţime al fructelor (tabelul 15.3).

Tabelul 15.3Randamentul în suc în funcţie de prospeţimea fructelor

Pretratarea pulpei de fructe Mere proaspete Mere stocate la frig

Martor 80-82% 70-74%

Pulpă de mere tratată cu enzime de macerare înainte de presare

83-85% 81-83%

Pulpă de mere tratată cu enzime de lichefiere

93-96% 93-95%

Conform recomandărilor firmei NOVO, preparatele enzimatice pectolitice se folosesc în soluţii cu următoarele concentraţii:

- Pectinex1XL, soluţie 10%;

- Pectinex2XL, soluţie 5% (comercializat şi ca Ultrazym 40 L);

- Pectinex3XL, soluţie 3,3%;- Ultrazym100, soluţie 2%.Soluţiile se prepară prin solubilizarea preparatului enzimatic în suc clar, proaspăt şi

trebuie folosite în intervalul a 4 ore. Cantităţile de preparat enzimatic ce se adaugă la 100 kg fructe sunt prezentate în tabelul 15.4. Controlul acţiunii enzimelor se face prin măsurarea cantităţii de suc eliberat (se centrifughează o probă) şi prin măsurarea vâscozităţii fructului obţinut după centrifugarea masei de fructe tratate enzimatic.

Creşterea randamentului în suc la presare se poate face şi prin lichefierea pulpei de fructe sau legume.

Lichefierea implică degradarea completă a peretelui vegetal, ceea ce înseamnă că protoplastele se sparg sub influenţa presiunii osmotice, sucul celular fiind eliberat. Lichefierea se aplică la fructele care ridică probleme de presare (fructe tropicale). Lichefierea conduce şi la ameliorarea extracţiei constituenţilor celulari puternic adsorbiţi de pulpă (carotenul din morcovi, antocianii din struguri etc).. .. ■:/ Tabelul15.4Doza de preparat enzimatic pectolitic, g/100 kg fructe

Fructul Temperatura, °C

Durata,h

Doza, g/100 kg

15»?.Q C1.Pectinex

1XL

Pectinex2XL

Pectinex3XL

Ultrazym100

Mere şi pere 15-30 20 min 10-15 5-7,5 3,5-5 ?.-3

Coacăzeneagre

50 2 «bac20-60

j «BM

-'H rc‘ :" T

10-306,5 4-12

Coacăze roşii 50 2 15 7,5 5,0 3,0

Struguri negri 50 2 15 7,5 5,0 3,0

Struguri albi 50 2 10 5,0 3,5 2,0

Cireşe 50 2 10 5,0 3,5 2,0

Prune 50 2 20 10,0 6,5 4,0

Mure 50 2 15 7,5 5,0 3,0

Zmeură 50 2 15 7,5 5,0 3,0

Afine 50 2 15 7,5 5,0 3,0

Căpşune 50 2 15 7,5 5,0 3,0

Alte fructe 50 2 10-20 5-10 3,3-6,6 2,4

Degradarea completă a pereţilor celulari implică acţiunea simultană a enzimelor pectolitice şi celulolitice (pectinliaza, pectinesteraza, poligalacturonaza. arabinaza, ramnogalacturonaza, galactonaza, xiloglucanaza, endoglucanaza, celo- biohidrolaza, glucozidaza).

Raportul dintre diferite activităţi enzimatice influenţează:- randamentul de lichefiere;- compoziţia în polizaharide a sucului.De exemplu, prin lichefierea enzimatică a pulpei de morcovi, sucul obţinut la presare

este bogat în pectine şi foarte vâscos, dacă preparatul enzimatic conţine mai multă endoglucanază.

O lichefiere foarte avansată poate însă să conducă la un suc cu aromă modificată care s-ar datora:

- favorizării activităţii esterazice endogene sau exogene ce conduce la dispariţia esterilor importanţi în determinarea aromei (butii, izoamii şi hexilacetat). datorită unei durate mari de termostatare pentru lichefiere;

- diminuării nivelului de aldehide Cs (hexanal), care este cu atât mai evidentă cu

cât durata de termostatare pentru lichefiere este mai mare (>.1 oră).în aceste condiţii, hexanalul este redus la alcooli sau reacţionează cu alţi

constituenţi din pulpă, cum ar fi aminele primare.Lichefierea prelungită antrenează şi soiubilizarea esterilor cu lanţ lung legaţi de

pulpă, ceea ce conduce iarăşi la defecte de aromă.Presarea pulpei tratată enzimatic se realizează la 20 - 30 bar.

15.3.2. FOLOSIREA ENZIMELOR PENTRU CLARIFICARE (LIMPEZIRE)

Presarea cu sau fără adaos de preparate enzimatice pectolitice conduce, de regulă, la un suc brut cu vâscozitate şi turbiditate ridicate.

Clarificarea sucului brut constă tocmai în îndepărtarea tulburelii. Dacă sucul brut se limpezeşte prin filtrare, operaţia este greoaie din cauza vâscozitâţii sucului, iar filtrul se colmatează repede datorită particulelor din suspensie.

Eliminarea substanţelor pectice pe cale enzimatică se poate face pe douăcăi:

- prin precipitare, în care caz pectinele sucului brut sunt demetilate cu pectinmetilesterază pură şi se adaugă ioni de Ca2+, favorizându-se astfel formarea gelului de pectat de calciu care antrenează particulele în suspensie. Gelul respectiv se poate

contracta, deshidratându-se şi se sedimentează sau poate să floteze la suprafaţă, dacă sucul suferă o fermentare alcoolică cu producere de C02 (aceasta este operaţia de defecaţie în cazul cidrului; defecaţia nu se aplică în cazul sucurilor se fructe, deoarece procedeul este de durată);

- prin hidroliză enzimatică, care este realizată prin acţiunea conjugată a pectinliazelor, poîigalacturonazelor, arabinazelor. Având în vedere că particulele tulburelii sunt alcătuite dintr-un „nucleu” proteic încărcat pozitiv, înconjurat de un strat de pectine bogate în lanţuri laterale de arabinani şi galactani încărcat negativ, prin degradarea parţială a pectinelor din stratul exterior proteinele din „nucleul” central îşi expun sarcinile pozitive unei pectine încărcate negativ de la altă particulă ce conţine şi proteina, astfel încât se ajunge la unirea particulelor în flocoane, prin intermediul interacţiunior electrostatice, flocoane ce se depun, fapt ce conduce la clarificarea (limpezirea) sucului (fig. 15.10).

Prezenţa pectinmetilesterazelor în preparatul enzimatic poate să conducă la formarea de CH3-OH în suc. Din acest motiv s-a încercat folosirea unei pec- tinliaze care depolimerizează fără demetilare, cu rezultate bune la clarificarea sucurilor de portocale, lămâi şi mere, dar nu şi în cazul mustului de struguri. Din punct de vedere tehnologic, clarificarea se poate realiza discontinuu sau în flux continuu, în ultimul caz putând fi utilizată şi ultrafiltrarea (fig. 15.11).

Fig. 15.10. Mecanismul de clarificare a sucului de mere cu ajutorul enzimelor pectolitice.

Limpezirea enzimatică a sucurilor se face la cald (45...55°C, timp de 1 oră) sau la rece (15...25°C, timp de 8 ore). Proporţia de preparate enzimatice pectolitice furnizate de firma NOVO este arătată în tabelul 15.5.

Tabelul 15.5Doze de preparate enzimatice folosite la limpezirea sucurilor

Suc din Pectinex 1XL, g/hl

Pectine 2XL, g/hl

Pectinex 3XL, g/hl

Ultrazym - 100, g/hl

Mere şi pere 10-15 5-7,5 3,3-5 2-3

Coacăze negre 20 10 6,6 4

Coacăze roşii 15 7,5 5 3

Struguri negri 15 7,5 5 3

Struguri albi 10 5 3,3 2

Cireşe 10 5 3,3 2

Prune 20 10 6,6 4

Mure 15 7,5 5 3

Zmeură 15 7,5 5 3

Afine 15 7,5 5 3

Căpşune 10 5 3,3 2

Alte fructe bace 10-20 5-10 3,3-6,6 2-4

Uneori, limpezirea enzimatică este cuplată cu cleirea cu gelatină (5-8 g/hl), bentonită şi kieselsol, singure sau în adaos succesiv: gelatină - ben- tonită. Pentru sucurile bogate în polifenoli se recomandă combinaţia succesivă gelatină - kieselsol - bentonită. Se ajunge astfel la flocuiarea particulelor in suspensie sub influenţa taninului prezent sau adăugat. După limpezirea enzimatică urmează următoarele operaţii tehnologice:

Fig. 15.11. Schiţa unei instalaţii de clarificare a sucurilor cu ajutorul enzimelor pectolitice şi al ultrafiltrării.

- filtrarea: se face în filtre-presă cu azbest, folosind kieselgur sau bentonită ca material auxiliar de filtrare;

- detartrizarea: se aplică la sucul de struguri şi are drept scop îndepărtarea bitartratului de potasiu aflat în soluţie. Se realizează prin adaos de lactat de calciu (1%) sau de carbonat de calciu (1%). Se poate realiza şi prin depozitare frigorifică la ~ 7°C, timp de câteva luni, sau 3-7 zile la -3°C;

- pasteurizarea: se face la 80°C, timp de 10 - 60 s, fiind urmată de răcire;

- conservarea, care se poate realiza: sub presiune de CO2 (1,5% C02 la presiunea de 7 bar); prin congelarea la -30°C după dezaerare, în cutii de carton parafinate; prin concentrare prin evaporare sub vid (sub 100 mmHg presiune reziduală) până la atingerea concentraţiei de 65 - 70% zahăr total, cu recuperarea aromelor care se adaugă în sucul concentrat; prin concentrare prin crioconcentrare.

O poziţie specială în ceea ce priveşte clarificarea o constituie sucul de mere, care se caracterizează prin prezenţa pectinelor cu un grad mare de esterificare. (în general, gradul de esterificare variază în funcţie de fruct şi de conţinutul în pectilmetilesterază, fiind 22 - 98% la mere, 47 - 60% la portocale şi 44 - 70% la struguri.)

După destinaţie, sucul de mere poate fi:- natural, nelimpezit şi filtrat;

- natural, conţinând un anumit nivel de pulpă;

- tulbure, centrifugat pentru eliminarea particulelor grosiere, dar nefiltrat;

- clar-ambru, limpezit prin tratament enzimatic şi fitrat;- limpede, dar concentrat până la 70% Brix.Efectul de limpezire poate fi obţinut prin acţiunea conjugată a PE şi PG. în acest caz,

PE diminuează gradul de esterificare al pectinei la un nivel suficient (55 - 60%) pentru a permite acţiunea depolimerizantă a PG. Efectul de limpezire poate fi atins şi cu pectinliază (PL), care acţionează asupra pectinelor cu grad deesterificare superior la 55 - 60%. Deci, un bun preparat enzimatic pectolitic pentru limpezire trebuie să conţină cele trei enzime specifice şi, în particular, o foarte bună activitate pectinmetilesterazică sau pectinesterazică (PME sau PE) şi pec- tinliazică (PL). activitatea poligalacturonazică fiind mai puţin importantă (PG). Recent s-a dovedit că endopectintranseliminaza (PTE) este capabilă singură să producă limpezirea sucului de mere. '

Limpezirea sucului de mere decurge în mai multe etape:

- de regulă, preparatul enzimatic pectolitic este dizolvat în apă sau într-o cantitate mică de suc,astfel încât să poată fi bine amestecat în masa sucului la agitare mecanică;

- după adaosul enzimei are loc solubilizarea pectinei insolubile legate la particulele în suspensie, ceea ce corespunde la o fază de lag. în continuare se realizează diminuarea vâscozităţii pectinei solubile, rata scăderii vâscozităţii fiind dependentă de temperatură, cantitatea de enzimă adăugată şi natura sucului;

- particulele fine din suc se aglomerează şi formează flocoane care sedimentează, sucul devenind limpede (clar) sau cu puţine impurităţi. în continuare, sucul este filtrat sau centrifugat. La floculare se pot adsorbi şi substanţele colorante, inclusiv cele rezultate din acţiunea polifenoloxidazelor care acţionează până la limpezire.

Eficacitatea diferitelor preparate comerciale pectolitice se poate observadupă:

- timpul necesar formării flocoanelor;- viteza de filtrare a sucului după aplicarea tratamentului enzimatic pentru o

anumită perioadă de timp;- măsurarea transmitanţei sucului limpezit.Se cunoaşte că pectinele solubile acţionează ca nişte coloizi protectori şi că hidroliză

parţială a acestora permite ca particulele insolubile fine să se aglomereze şi să floculeze. Pentru floculare este necesar să se hidrolizeze 30% din totalul grupărilor carboxilice esterificate şi circa 5% din totalul legăturilor glucozidice. Faza scurtă de lag în scăderea vâscozităţii arată că trecerea protopectinei insolubile în pectină solubilă este prima etapă în procesul de lîînpezire a sucului de mere. Acest lucru s-a demonstrat experimental pe un suc de mere din care s-a îndepărtat, în prealabil, protopectina insolubilă şi care la adaos de preparat enzimatic pectolitic nu a mai prezentat fază de lag în scăderea vâscozităţii. Limpezirea completă cu pectinliază pură (PTE sau PL) are loc când 50% din pectină solubilă este precipitabilă cu alcool etilic, iar vâsr-ozitatea s-a redus cu -25%. La tratamentul cu endo-PTE sau exo-PL nu se eliberează metanol. Particulele fine din sucul de mere sunt formate din proteine şi poliglucide, complexul conţinând -36% proteine, încărcarea electrică netă fiind negativă la pH = 3,5 (pH-ul sucului). Miezul particulelor este format din proteină, iar la exterior se găseşte poliglucidul-pectina, încărcată electric negativ. Prin hidroliză parţială a fracţiunii pectinice se expune porţiunea proteică încărcată negativ, care poate fi neutralizată de alte particule, ceea ce conduce la floculare. în această direcţie, adaosul de coloid pozitiv la pH = 3,5 (gelatină) îmbunătăţeşte limpezirea, în timp ce adaosul de coloid negativ la pH = 3,5 (alginat de sodiu) inhibă limpezirea. După cercetări mai recente, materialul depectinizat este neutru din punct de vedere electric la pH = 3,5.

Procesul de limpezire este influenţat de pH, temperatură, durata şi concentraţia de enzime adăugate. Gelatina influenţează pozitiv limpezirea, deoarece formează complecşi cu taninul existent sau adăugat la suc. Unele preparate comerciale de enzime pectolitice conţin şi gelatină, astfel încât concentraţia acesteia în suc să fie de 0,005-0,1%, pentru a ajuta limpezirea. Gelatina, prin complexarea taninului, face ca enzimele pectolitice să nu mai fie inhibate. pH-ul sucului de mere, având valoarea 3,2 - 4, se încadrează în pH-ul optim de activitate al: preparatelor comerciale de enzime pectolitice (3,5 -5,0), respectiv al fracţiunilor de endo- şi exo-poligalacturonaze (pH = 4-4,5); pectinmetilesterazelor (4,5 - 5,0) şi endo- şi exo-pectin transeliminazeior (5 - 5,5). pH-ul sucului de mere este influenţat de varietatea şi de gradul de maturitate al fructelor .merelor). Faza neenzimatică de limpezire este mult influenţată de pH. Astfel, un suc de mere cu pH mai scăzut va prezenta o floculare mai rapidă, din cauză că încărcarea electrică negativă a particulelor fine este mai mare.Creşterea temperaturii influenţează pozitiv faza enzimatică de limpezire deoarece face să crească viteza degradării pectinelor de către enzimele pectolitice şi, prin urmare, se scurtează durata limpezirii. Sucul de mere cu pH = 3,5, tratat cu enzime pectolitice, la o concentraţie de

0,025% şi cu adaos de 0,005% gelatină, la temperaturi cuprinse între 10 şi 50JC, va necesita durate de floculare diferite şi anume: 200 min la 10°C; 93 min la 20°C; 50 min la 30°C (fără gelatină durata va fi de 105 min); 34 min la 40°C şi 24 min la 50°C. Se observă că, între 10 şi 30°C, durata limpezirii scade de două ori cu creşterea temperaturii cu 10°C, iar la temperaturi peste 30°C, durata limpezirii scade de 1,5 ori. Durata necesară limpezirii este invers proporţională cu concentraţia enzimei folosite, în domeniul de temperatură 5...50°C. Tratamentul enzimatic durează 2-16 ore, însă, prin adaos de gelatină 0,005%, durata limpezirii se reduce la jumătate.

Merele conţin amidon care trece în suc, fapt ce măreşte vâscozitatea acestuia, ceea ce reduce viteza de filtrare şi, în plus, constituie o sursă posi'oîlă pentru apariţia tulburelii, în special în sucul concentrat, tulbureală ce nu mai poate fi practic eliminată. Tulbureala apare şi în sucul concentrat la reconstituire. Având în vedere că în suc rămâne ~ 5% din amidonul conţinut de mere, se impune ca acesta să fie degradat concomitent cu pectină insolubilă. în acest scop, sucul se încălzeşte la 70°C, pentru gelatinizarea amidonului, apoi se răceşte la 50,..55°C şi se tratează concomitent cu enzime pectolitice şi cu amiloglucozidază (AG-150L) care este activă la pH-ul acid al sucului (2 - 5 g amiloglucozidază/hl).

Sucul de mere limpezit şi filtrat la temperaturi mai mari decât temperatura de depozitare poate să se tulbure şi să se închidă la culoare în timpul depozitării, defect care poate fi evitat prin prelucrarea la rece a fructelor şi prin folosirea unei cantităţi mai mari de gelatină. Defectul este consecinţa polimerizării catehinelor (polifenoli) şi proantocianidinelor oxidate de polifenoloxidazele existente în mere, în stadiile iniţiale ale prelucrării acestora. Cantităţi importante din compuşii oxidaţi şi polimerizaţi sunt îndepărtate la presare, compuşii respectivi fiind insolubili şi, suplimentar, la limpezirea enzimatică şi la filtrare. Eventualii precursori care trec în suc pot fi împiedicaţi de a se oxida prin introducerea în suc a acidului ascorbic.

15.3.3. FOLOSIREA ENZIMELOR PECTOLITICE ÎN TEHNOLOGIA NECTARURILOR DE FRUCTE

Nectarurile sunt sucuri pulpoase care se pot obţine din fructe seminţoase (mere, pere), din fructe cu sâmburi (caise, piersici, prune, vişine) sau din fructe bace (căpşune, agrişe, coacăze, zmeură). Procesul tehnologic include următoarele operaţii;

- pregătirea fructelor care diferă în funcţie de felul lor: fructele seminţoase se spală, se sortează, se dezintegrează în mori coloidale, se opăreşte piureul obţinut cu abur direct şi masa obţinută se trece printr-o pasatrice cu ochiuri de 2 mm şi apoi printr-un extractor; fructele cu sâmburi se spală, se îndepărtează codiţele, se aburesc, iar masa caldă se trece printr-o pasatrice cu ochiuri de 4 mm; fructele bace se spală, se sortează, se zdrobesc, se preîncălzesc şi apoi se trec printr-un extractor. Pentru evitarea îmbrunării în piureul obţinut se adaugă 0,05% acid ascorbic. Tratamentul termic aplicat masei de pulpă are drept scop inactivarea enzimelor pectolitice proprii, în principal pectinmetilesteraze;

- centrifugarea: se face în scopul eliminării unei părţi din celuloză;- corectarea: se corectează conţinutul de zahăr prin adaos de zahăr în proporţie

de 8 - 10% sub formă de sirop de zahăr; se corectează aciditatea prin adaos de acid citric sau tartric;

- dezaerarea: se face sub vid la 40°C, pentru împiedicarea reacţiilor de oxidare şi reducerea pierderilor de vitamină C;

- omogenizarea: se realizează într-un omogenizator la 250/50 bar pentru

reducerea dimensiunilor particulelor din suspensie sub 100 n;- pasteurizarea şi ambalarea aseptică în recipiente.Nectarul ca produs finit este alcătuit din două faze: una lichidă (suc) şi una solidă (în

suspensie) formată din celule izolate sau agregate de celule. Această stare bifazică a nectarurilor poate fi mai mult sau mai puţin stabilă din punct de vedere al tulburelii (aceasta trebuie menţinută în timp fără depunerea fazei aflate in suspensie).

în privinţa instabilităţii sunt create două ipoteze:- ipoteza în care pectinele solubile dezesterificate reacţionează cu calciul din suc

cu formare de pectat de calciu insolubil, care precipită o dată cu particulele tulburelii aflate în suspensie. Deci, în acest caz, instabilitatea este datorată prezenţei pectinmetilesterazelor. Din acest motiv, preparatele enzimatice exogene nu trebuie să conţină pectinmetilesteraze, ci numai endopoligalac- turonaze care hidrolizează pectir.ele solubilizate în oligomeri ce nu mai formează geluri cu calciu şi, deci, se asigură în acest fel stabilitatea tulburelii nectarului;

- ipoteza iui Struebi ş.a. (1978) prin care stabilitatea tulburelii nectarului este asigurată de vâscozitatea fazei lichide (suc), vâscozitate care este cu atât mai mare cu cât pectinele solubilizate au masă moleculară mai mare. O fază lichidă vâscoasă limitează sedimentarea particulelor din suspensie. Deci. pentru a evita formarea gelului de pectat, pectinele solubilizate nu trebuie să fie demetoxilate (trebuie să rămână puternic metoxilate), ceea ce înseamnă că la macerare nu trebuie să se folosească preparate enzimatice care conţin pectimetilesteraze, ci numai endopoligalacturonaze şi alte enzime care degradează pectinele fără a !e dezesterifica (pectinliaze).

în concluzie, pentru a obţine nectaruri stabile din punct de vedere al tulburelii, în pulpa rezultată la pregătirea fructelor se adaugă enzime pectolitice depolimerizante (PG şi PL) care asigură desprinderea celulelor din structura !c_ pectinică, prin hidroliză limitată a scheletului pectinic care formează trama celulelcr ce conţin suc. Acest gen de hidroliză limitată a pectinelor din lamela medie este cunoscută sub denumirea de macerare.

15.3.4. IMPLICAŢIILE ENZIMELOR PECTOLITICE ÎN TEHNOLOGIA SUCULUI DE TOMATE

Sucul de tomate, ca de altfel şi alte sucuri naturale din legume, este un produs valoros din punct de vedere nutriţional (conţine vitamine, zaharuri, săruri minerale, substanţe pectice), cu calităţi senzoriale superioare (gust, miros, culoare).

Obţinerea sucului de tomate se face prin procedeul „la cald" şi „la rece’ Procedeul la caid implică următoarele operaţii:

- prespălarea şi spălarea, care se execută în apă rece sau încălzită la 50°C, cu agitare prin intermediul aerului, urmată de duşare cu apă sub presiune;

- zdrobirea şi preîncălzirea la 60°C şi chiar la 82,5CC (în instalaţii moderne preîncălzirea se poate realiza sub vid):

- extracţia, care se face în extractoare speciale ce realizează şi trecerea în suc a pulpei în proporţie de maximum 80%;

. 5- dezaerarea sub vid înaintat (temperatura de fierbere 35...40°C);- omogenizarea pentru dezintegrarea particulelor din pulpă, fapt ce împiedică

stratificarea produsului;- pasteurizarea fulger la 130...135°C, timp de 8-12 s şi răcire până

la 90°C; ,. •- umplerea cutiilor, închiderea şi menţinerea acestora în stare răsturnată 5 min,

după care cutiile se răcesc rapid (în cazul sticlelor, dacă acestea şi capsulele nu sunt

sterilizate, dacă umplerea şi încapsularea nu sunt realizate aseptic, se face o nouă pasteurizare).

în procedeul la cald, încă de la început, tomatele zdrobite sunt supuse tratamentului termic care inactivează enzimele pectice. în acest caz, vâscozitatea sucului este proporţională cu cantitatea de substanţe dispersate coloidal în suc. Aceste substanţe pectice nu numai că influenţează vâscozitatea, dar contribuie şi la reţinerea sedimentului în suspensie. Transformările pe care le suferă substanţele pectice sunt datorate numai tratamentului termic. în acest sens, protopectinele insolubile sunt hidrolizate la substanţe pectice solubile, capabile să formeze dispersii coloidale în apă. în acelaşi timp, tratamentul termic provoacă ruperi, contractări, separări de celule, modifică matricea celulozică, astfel încât urmează şi extracţia substanţelor pectice deja aflate în formă solubilă (datorită maturării).

La obţinerea sucului de tomate prin procedeul ia rece, există un interval de timp între operaţia de dezintegrare a tomatelor şi pasteurizarea sucului, fapt ce permite ca pectinesteraza (PE) să demetileze acizii pectinici puternic esterificaţi în acizi pectinici mai slab metoxilaţi şi în acizi pectici, în continuare putând să acţioneze poligalacturonaza (PG) ce degradează acizii pectinici slab metoxilaţi la produşi cu masă moleculară mică, care nu mai contribuie la menţinerea vâscozităţii sucului. Un asemenea suc are un aspect apos şi nu are capacitatea de a menţine sedimentul în suspensie, dar poate fi concentrat până la consistenţa de sos.

în cazul în care se doreşte să se obţină sucuri de tomate relativ mai clare, se recurge la tratament cu poligalacturonaze exogene.

15.3.5. ALTE UTILIZĂRI ALE ENZIMELOR PECTOLITICE LA PRELUCRAREA FRUCTELOR

Enzimele pectice se mai utilizează pentru: stabilizarea tulburelii sucului de citrice; recuperarea sucului din pulpa de fructe rămasă după extracţia primară; recuperarea uleiului esenţial din coaja citricelor şi obţinerea agentului de tulbureală; dezamărârea sucurilor (în care caz preparatele pectolitice conţin şi naringinază); obţinerea de pectine slab metoxilate din cojile de citrice.

Stabilizarea tulburelii sucului de citrice. Sucul proaspăt de citrice (înspecial portocale) conţine particule fin divizate în suspensie care-i dau aspect tulbure, aceasta constituind un indice de calitate, produsele clare (limpezi) având valoare comercială scăzută. în cazul suspensiilor din sucul de citrice, materialul insolubil conţine şi o fracţiune cu dimensiuni ale particulelor sub 2 (im, fracţiune formată din pectine, proteine, lipide, iar la sucul obţinut din portocale şhamuti-—materialul insolubil conţine şi cristale de hisperidină. De gradul de tulbureală al sucului de

citrice sunt legate şi aroma şi culoarea produsului. Atunci când sistemul coloidal al sucului colapsează, acesta se clarifică şi apar două faze: o fază sediment-floconoasă şi o fază de ser. Stabilitatea tulburelii sucului de citrice este datorată în mare măsură pectinelor solubile provenite din coajă, dar mai ales din membranele veziculelor ce conţin sucul. Totodată, sucul de citrice are un conţinut ridicat şi de pectinesterază care, la fructul respectiv, se găseşte în sucul veziculelor. Stabilitatea tulburelii se realizează printr-un tratament termic aplicat sucului (~ 90°C), care conduce la inactivarea pectinesterazei. Dacă nu se in- activează pectinesteraza, aceasta demetilează pectinele solubile (DE = 65%), transformându-le în pectine slab metoxilate, care reacţionează cu ionii de calciu din

suc, formând pectaţi insolubili prin a căror precipitare se antrenează şi particulele tulburelii, sucul exprimând un suc clar, fără culoare. Acest suc nu este dorit din punct de vedere comercial. Pentru a stabiliza tulbureala sucurilor de citrice (portocale), în afară de tratamentul termic, se poate aplica şi un tratament enzimatic. în acest scop se adaugă o poligalacturonază care degradează pectinele

- dezesterificate de către pectinesteraza proprie sucului, înainte ca aceste pectine să reacţioneze cu ionii de calciu sub forma de pectaţi insolubili. Preparatele enzimatice cu activitate poligalacturonazică mare, dar cu activitate redusă me- tilesterazică sau polimerazică, conduc la formarea de acizi oligogalacturonici ce dau pectaţi solubili care asigură stabilitatea tulburelii sucurilor de citrice netratate termic. Din schema de degradare enzimatică a protopectinei, prezentată în fig. 15.12, rezultă că eficacitatea preparatelor enzimatice de a stabiliza tulbureala depinde de raportul formare/degradare a pectinelor slab metoxilate cu lanţ scurt, ceea ce înseamnă că vor fi eficace în stabilizare acele preparate enzimatice cu activitate mare PG şi cu activitate mică PE şi PMG, fapt menţionat parţial şi anterior. Pectinele cu lanţ scurt solubile şi cele cu lanţ scurt slab metoxilate, din punct de vedere al lungimii lanţului şi al gradului de esterificare, ocupă o poziţie intermediară între pectinele insolubile şi pectaţii solubili sau insolubili.

în cazul în care se pune problema obţinerii unor sucuri concentrate de lămâie (70% Brix), pentru a evita fenomenul de gelificare favorizat de pH-ul scăzut, de un conţinut ridicat de pectine sau de reacţiile de îmbrunare, este necesar să se utilizeze un preparat enzimatic poligalacturonazic care să ajute la micşorarea vâscozităţii şi la clarificare.

Având în vedere că în sucurile de citrice (portocale) există două pec- tinesteraze, una dintre ele fiind mai uşor inhibată decât cealaltă în prezenţa oligomerilor cu grad de polimerizare scăzut (DP= 8-10), s-a propus stabilizarea tulburelii prin inhibarea pectinesterazei cu ajutorul hidrolizatelor pectice ce conţin resturi de acid poligalacturonic cu un grad de polimerizare 8-15. Se consideră că masa moleculară a hidrolizatelor este suficient de mare pentru a inhiba pec-tinesteraza, dar nu suficient de mică pentru a cauza clarificarea sucului prinprecipitarea Ca2+ sub formă de pectaţi insolubili.

Practic, este foarte uşor să se prepare hidrolizate de acidpectic cu lungime de lanţ dorită, după care să se adauge hidrolizatul în sucul ce trebuie să fie stabilizat din punct de vedere al tulburelii, eliminându-se astfel tratamentul enzimatic şi cel termic.

Folosirea enzimelor pectolitice pentru recuperarea sucului

din pulpa de fructe după extracţia primară. Extracţia sucului de

citrice, în special de portocale, implică tăierea în jumătăţi a fructelor

şi presarea acestora, sucul brut obţinut fiind trecut într-un finisor,

după care este supus tratamentului termic pentru stabilizare şi apoi

este răcit. Materialul ce rămâne.la presare, precum şi cel obţinut din

finisarea sucului brut, conţine pulpă care constă din vezicule cu

pereţii rupţi (saci). Pulpa poate fi prelucrată în continuare pentru

recuperarea de substanţă uscată solubilă, cunoscută sub denumirea

de „apă de pulpă” sau. mai corect, suc secundar. Recuperarea

acestui suc secundar se face prin „spălarea” pulpei cu apă în

contracurent, obţinândti-se un suc cu concentraţia 5 - 7% Brix, ce

poate fi concentrat, de regulă, până la 25 - 35% Brix (maximum 50%

Brix), deoarece la o concentrare mai avansată vâscozitatea creşte

foarte mult (până la 20 000 cP), având consistenţă de gel. Schema

tehnologică de obţinere a sucului secundar prin metoda spălării

pulpei cu apă în contracurent este prezentată în fig. 15.13.

Fig. 15.12. Schema degradării enzimatice a protopectinei.

spălare Pulpă epuizată5-7“/. Brix (Fura])

Concentrare ^50% Brix

Congelare şi depozitare în

stare congelatăFig. 15.13. Schemă tehnologică de obţinere a sucului secundar de citrice prin metoda „spălării” pulpei cu apă în contracurent.

Dacă pulpa se tratează cu enzime pectolitice, se măreşte cantitatea de substanţe recuperate cu 15 - 18% faţă de metoda extracţiei cu apă în

contracurent(tabelul 15.6), sucul obţinut putând fi concentrat până la 70% Brix, fără pericolul gelificării, vâscozitatea acestui suc fiind ~ 2000 cP.

Tabelul 15.6Comparaţie între metoda de extracţie a pulpei cu apă şi cu adaos de enzime

pectoliticeCaracteristicile Portocale Grapefrut

Fără adaos de enzime

Cu adaos de enzime

Fără adaos de enzime

Cu adaos de enzimeSubstanţă uscată solubilă, kq/t

pulpă

66,9 80,8 46,4 50,9

Lichid de spălare recuperat, % 77,0 83,0 76,0 86,0

Brixul lichidului recuperat, % Brix 3,0 3,2 2,8 2,7

Aciditate, % 0,14 0,16 0,23 0,24

Vâscozitate ser, cP 1,40 1,1 3,2 1,1

Tulbureală

Transmitanta la 650 nm 5 10 10 17

pH 4,59 4,50 3,55 3,52

Pentru ca şi sucul secundar obţinut prin extracţie cu apă în contracurent să poată fi concentrat până la 70% Brix, este necesar să fie tratat cu enzime pectolitice pentru scăderea vâscozităţii. Se utilizează preparate pectolitice cu activitate poligalacturonazică mare, dar şi cu activitate pectinesterazică redusă, deoarece este de dorit reducerea vâscozităţii lichidului fără pierderea stabilităţii tulburelii. Preparatul pectolitic se adaugă în proporţie de 50 - 500 mg/kg, durata acţiunii fiind de 30-60 min. Sucul secundar concentrat poate fi utilizat ca agent de tulbureală, ca aromatizant sau la fabricarea băuturilor răcoritoare.

Recuperarea uleiului esenţial din coaja citricelor. Prin presarea cojilor de citrice în prezenţa apei se obţine o emulsie de tipul U/A (ulei/apă) diluată, care trebuie concentrată prin centrifugare, în final obţinându-se uleiul esenţial. Dacă se folosesc enzime pectolitice, se recuperează o cantitate mai mare de ulei esenţial, în practică se foloseşte o enzimă pectolitică în proporţie de 200 - 2000 mg/kg emulsie concentrată la 35 - 50% ulei esenţial ce provine de la prima centrifugare. Tratamentul se face la temperatura de 27,..38°C, pentru o durată de 4-6 ore. Trebuie avut în vedere că pH-ul trebuie să fie ~ 3,2, deoarece în cazul emulsiei de portocale diluate aceasta fermentează uşor în 1 - 2 ore şi se acreşte, uleiul esenţial căpătând miros nedoriî. Emulsia diluată de lămâie, având un pH mai scăzut decât cea de portocale, fermentează mai greu, deci are o stabilitate mai bună. Prin tratament cu enzime pectolitice se recuperează o cantitate mai mare de ulei din emulsia UIA, deoarece emulsia este spartă prin degradarea substanţelor pectice solubile până la compuşi care nu mai pot acţiona ca emulgatori şi stabilizatori.

Obţinerea agentului de tulbureală din coaja citricelor. Materia

primă o constituie cojile de citrice care se mărunţesc în prezenţa unei cantităţi mici de apă. Prin tratarea amestecului respectiv cu enzime pectolitice depolimerizante se eliberează agentul de tulbureală (pectine solubile). Amestecul se tratează apoi termic pentru inactivarea enzimelor pectolitice, după care agentul de tulbureală se recuperează prin centrifugare şi se concentrează. Produsul finit se stabilizează prin pasteurizare sau cu ajutorul unui agent chimic. Agentul de tulbureală are gust mai mult sau mai puţin amar, în funcţie de provenienţa cojilor (portocale, lămâi, grepfruturi) şi are tendinţa de a se brunifica în timpul depozitării. Prin păstrarea produsului în stare refrigerată, îmbrunarea este mult mai redusă. Concentratul se foloseşte ca agent de tulbureală în stare diluată. Având în vedere variaţiile compoziţionale ale cojilor de la şarjă la şarjă, nu există posibilitatea standardizării agentului de tulbureală concentrat.

Hidroliză flavonoidelor (dezamărârea sucurilor). în fructele citrice se găseşte o gamă destul de largă de flavonoide sub formă de glucozide ce se pot separa ca cristale în sucurile de grapefrut şi de portocale. în grapefrut. în portocalele acre şi amare (Citrus aurantlcus, Natsudaidai) predomină naringina (amară), iar în portocalele dulci, în lămâi şi în unele specii de mandarine predomină hisperidina.

Naringina este 7-(2-ramnozid-(3-glucozid) 4’, 5, 7' trihidroxiflavonă iar hes- peridina este 7-(6-ramnozid (3-glucozid) 4’ - metoxi - 3’, 5, 7 trihidroxiflavonă.

în procesul maturării grapefrutului are loc o scădere a concentraţiei de naringina, deci o diminuare a gradului de amăreală. Diminuarea amărelii ar fi consecinţa transformării naringinei în roifolin, care este ramnoglucosidul naringi- nei (4’, 5,7 trihidroxiflavonă), dar şi consecinţa „diluării" flavonoidelor o dată cu

creşterea masei fructelor. La prelucrarea fructelor, naringina trece din albedo şi din membrane în suc, mai ales, atunci când se folosesc presiuni mari în vederea obţinerii unui randament superior în suc şi a unei extracţii mai mari a culorii. Prin folosirea unor preparate enzimatice pectolitice din Aspergillus niger, care conţin naringinază, se poate reduce gradul de amăreală al sucului de grapefrut, la pH =’ 4 şi la temperatura de 50°C. Domeniul de pH pentru activitatea naringinazei este între 3,5 şi 5, iar cel de temperatură între 20 şi 60°C.

Preparatul conţine o ramnozidază care hidrolizează naringina la ramnoză‘+ prunină şi o p-glucozidază care hidrolizează prunina la naringenină şi glucoză:

Naringina Rarnnczi:i - a ~ â ».R amnoză + P r u n i n ă — » . G l u c o z ă +Naringenină

: : 'SilnoM - ovoK c-y:B<r;r . . . . . .Prin adaos de glucoză sau glucono-8-lactonă se inhibă

activitatea P-gluco- zidazei şi se acumulează prunină. Sucul de grapefrut, ce conţine glucoză, tratat cu naringinază este mai puţin amar decât cel fără glucoză.

Ramnozidaza este inhibată de ramnoză. Se pot obţine preparate de naringinază la care activitatea pectinazică este foarte redusă, prin distrugerea selectivă a activităţii pectinazice în urma unui tratament cu uree şi incubare la 37°C, timp de 2 ore, la pH = 8. Sursele de naringinază sunt: Coniella dipiodiella, Sclerotina libertiana,

Aspergillus usamii, Shirousami, Aspergillus Saitoi varietatea Kagoshimaensis, Cochiobolus myabeanus, Rhizoctonia solanii, Phopsis citri.

S-a realizat o bună dezamărâre a sucului de grapefrut prin adaos de 0,01 - 0,05% preparat naringinazic şi incubare 1 - 4 ore la + 5°C sau 44 ore la 5°C la pH-ul natural al sucului. Pectinesteraza proprie sucului trebuie inactivată termic înainte de adaosul preparatului naringinazic, pentru a se menţine stabilitatea tulburelii.

Hidroliză flavonoidelor este practicată, în special, în Japonia pentru deza- mărârea conservelor de portocale amare (Natsudaidai), în care caz dezamărârea enzimatică a produselor se realizează prin termostarea acestora la 30°C, timp de2 săptămâni la temperatura camerei. în cazul sucului de portocale amare ambalat în cutii, este suficientă o termostatare la 30°C, timp de 2 ore. Preparatul naringinazic nu este eficace dacă drept îndulcitor se utilizează ciclamatul care inhibă naringinaza. Zaharina şi dulcina nu au efect de inhibare semnificativ asupra naringinazei.

Obţinerea de pectine slab metoxilate. Se cunoaşte că pectinele slab metoxilate (LMP) au proprietatea de a forma geluri stabile în prezenţa cationilor bivalenţi (Ca2+) şi la concentraţii mult mai mici de zahăr decât cele necesare la obţinerea gelurilor din pectine normale, din cauza numărului mare de grupări carboxil capabile să reacţioneze cu ionii bivalenţi într-un domeniu larg de pH.

Pectinele slab metoxilate pot fi obţinute prin hidroliză parţială acidă sau alcalină a esterilor metilici prezenţi în pectină. Se utilizează şi demetilarea cu amoniac în alcool. Demetilarea poate fi realizată şi enzimatic cu pectinesteraza fungică. Preparatul enzimatic trebuie să fie

liber de poligalacturonază, ceea ce poate fi realizat prin tratamentul preparatului brut (care conţine şi poligalac- turonaza) cu uree. Pectinmetilesteraza fungică are un pH optim în domeniul acid (pH-ul sucului de fructe citrice). Dacă se doreşte să se obţină pectine slab metoxilate care să producă geluri la pH neutru, se utilizează o pectinmetilesterază din tomate. Materia primă în cazul fructelor citrice o constituite cojile care se amestecă

cu apă, iar amestecul bine omogenizat se supune acţiunii pectinmetilesterazei timp de câteva ore. Produsele finite sub formă de pulbere se utilizează ca stabilizatori în produsele de carne cu structură omogenă şi ca agenţi de îngroşare şi gelificare în produsele pe bază de fructe precum şi în pudding-uri.

15.3.6. PREPARATE ENZIMATICE COMERCIALE PENTRU INDUSTRIA SUCURILOR

Pentru industria sucurilor de fructe şi legume, firma Biami International Avrig - Sibiu comercializează preparatele enzimatice Novo - Nordisk prezentate în continuare.

Pectinex. Este un preparat cu activitate pectolitică obţinut din Aspergillus niger. Preparatul conţine, în principal, pectintranseliminază, poligalacturonază şi pectinesterază. Activităţile suplimentare sunt cele celulazice şi hemicelulazice.

Aspect şi activitate. Preparatul se prezintă sub forma unui lichid de culoare brună, cu miros tipic de fermentat, cu pH ~ 5,0. Activitatea enzimatică este următoarea :

- Pectinex 1 XL... 1000 FDlWml;- Pectinex 3 XL... .3000 FDLWml;- Pectinex 5XI____5000 FDU55=c/ml;Activitatea enzimatică s-a determinat pe sucul de mere.Utilizări şi doză. Pectinex este utilizat în industria sucurilor

(mere, pere, vegetale) pentru degradarea pectinelor solubile şi

insolubile cu diferite grade de esterificare, în vederea macerării, reducerii vâscozităţii şi uşurării clarificării. Doza de utilizare este în funcţie de scopul urmărit.

Ambalare şi depozitare. Ambalarea se face în sticle de 1 I sau în recipiente de sticlă de 25 I. La temperatura de 20°C, activitatea enzimatică declarată se păstrează < 3 luni, iar la 10°C > 12 luni.

Pectinex AFP L-4. Este un preparat enzimatic obţinut din Aspergillus niger. Preparatul are activitate pectolitică şi hemicelulazică cu acţiune asupra pereţilor celulelor vegetale.

Aspect şi activitate Pectinex AFP L-4 este un lichid de culoare brună, cu miros tipic de fermentat, cu pH = 5,0. Activitatea preparatului este de 5000 FDU/ml la pH = 3,5. Preparatul are un pH optim între 2,8 şi 5,5, iar temperatura la 50°C. La temperaturi mai ridicate, enzima este inactivată.

Utilizări şi doză Preparatul este utilizat pentru macerarea ţesuturilor vegetale, fiind degradate atât pectinele solubile cât şi cele insolubile. La folosirea preparatului creşte randamentul în suc şi capacitatea de separare a maceratului în fracţiunea solidă/lichidă. Doza de utilizare este în funcţie de ţesutul vegetai utilizat la macerare.

Ambalare şi depozitare. Pectinex AFP L-4 este ambalat în recipiente din sticlă de 25 I. La păstrare la 25°C, activitatea enzimatică declarată se menţine > 3 luni, iar la 5°C > 12 luni.

Pectinex AR. Este un preparat enzimatic obţinut din Aspergillus niger, care conţine, în principal, pectintranseliminază, poligalacturonază, pectinesterază şi hemicelulaze.

Aspect şi activitate enzimatică. Pectinex AR se prezintă ca un

lichid de culoare brun închis, cu miros de fermentare şi cu pH - 5,0. Activitatea enzimatică este de 2000 FDU55=c/ml.

Utilizări şi doză. Pectinex AR se utilizează la macerarea ţesuturilor vegetale, pentru reducerea vâscozităţii sucurilor prin depectinizare, pentru clarificarea sucurilor. Acţiunea lor constă în degradarea pectinelor solubile şi insolubile dar şi a arabanilor până la arabinoză.

Activitatea Pectinex AR este optimă la pH = 4 - 5 şi la temperatura de45.. .55°C.

Ambalare şi depozitare. Pectinex AR se ambalează în sticle de 1 I şi înrecipiente din sticlă de 25 I. La temperatura de 20°C, activitatea enzimatică declarată se păstrează > 3 luni, iar la 0...10°C > 12 luni. Pentru perioade mai mari de depozitare, activitatea enzimatică scade cu 1 - 2%/lună.

Pectinex 100 L. Este un preparat enzimatic cu activitate pectintranseîi- minazică, poligalacturonazică şi pectinesterazică. Prezintă şi activitate redusă hemicelulazică şi celulazică.

Aspect şi activitate Pectinex 100 L se prezintă ca un lichid de culoare brună, cu uşor miros de fermentaţie, pH-ul fiind de 5,0. Activitatea Pectinex 100L este de 5000 FDU 55»c/ml şi a fost determinată prin măsurarea depectinizării sucului de mere. Activitatea optimă este la pH = 3,5 - 5,5 şi la temperatura de50.. .55°C.

Utilizări. Pectinex 100 L este folosit în industria sucurilor de fructe pentru depctinizări (macerare, reducerea vâscozităţii, clarificare)

în cazul prelucrării merelor sau perelor. Datorită activităţii hemicelulazice, Pectinex 100 L elimină şi tulbureala dată de arabani.

Ambalare şi depozitare Pectinex 100 L este ambalat în sticle de 1 I sau în recipiente de 25 I. La temperatura de 20°C, activitatea enzimatică declarată se păstrează > 3 luni, iar la 0,..10°C > 12 luni. La depozitare mai îndelungată, pierderile de activitate sunt de 1 - 2% /lună.

Pectinex Smash. Este un preparat pectolitic obţinut la fermentarea submersă cu Aspergillus oryzae modificat genetic cu genă de la Aspergillus aculeatus. Preparatul are şi activitate hemicelulazică, pe lângă cea de hidroliză a acizilor pectinici.

Aspect şi activitate. Pectinex Smash se prezintă ca un lichid de culoare brună, cu miros de fermentat şi cu pH = 4.5. Activitatea enzimatică este de 22 000 PG/ml (la pH = 3,5) măsurată ca activitate poligalacturonazică pe substrat de acid poligalacturonic 1,8% la 20°C şi la pH = 3,5. Activitatea relativă maximă este la 40...60°C.

Utilizări. Pectinex Smash se utilizează pentru marcarea ţesuturilor vegetale, fiind degradate atât pectinele solubile, insolubile cât şi poiizaharidele producătoare de tulbureala sucurilor de fructe şi vegetale.

Ambalare şi depozitare Pectinex Smash se ambalează în recipiente de sticlă cu capacitatea de 25 I. La temperatura de 20°C. activitatea enzimatică declarată se păstrează > 3 luni, iar la 0...10°C > 12 luni. La durate de depozitare mai mari, activitatea enzimatică scade cu 1 - 2%/lună.

Pectinex Ultra SP-L. Este un preparat enzimatic pectolitic

obţinut din Aspergillus aculeatus. Pe lângă activitatea pectolitică are şi o activitate hemicelulazică.

Aspect şi activitate enzimatică. Pectinex Ultra SP-L se prezintă ca un lichid brun cu miros de fermentat, cu pH = 4,5. Are o activitate de 26 000 PG/ml la pH = 3,5, măsurată prin determinarea reducerii vâscozităţii unei soluţii de acid poligalacturonic la 20°C şi pH = 3,5.

Utilizări. Pectinex Ultra SP-L se utilizează pentru macerarea ţesuturilor vegetale, când acţionează prin degradarea pectinelor solubile şi insolubile şi a polizaharidelor responsabile de tulbureala sucurilor limpezi. Prin utilizarea Pectinex Ultra SP-L creşte capacitatea de separare solid/lichid a pulpei de fructe/legume şi deci creşte randamentul în suc.

Ambalare şi depozitare. Pectinex Ultra SP-L se ambalează în sticle de 1 I şi în recipiente din sticlă de 25 I, respectiv în recipiente de 200 I. La temperatura de 20°C, activitatea enzimatică declarată se păstrează > 3 luni, iar la 0...10°C > >12 luni. La depozitare de mai lungă durată, activitatea enzimatică scade cu1 - 2%/lună.

Novoferm 61. Este un preparat enzimatic pectolitic obţinut din Aspergillus niger. Preparatul conţine pectintranseliminază, poligalacturonază şi pectinesterază precum şi activitate redusă hemicelulazică şi celulazică.

Aspect şi activitate enzimatică. Novoferm 61 este un lichid de culoare brună, cu slab miros de fermentat, cu pH = 5,0. Are o activitate standard de 6000 FDU55.c/ml determinată prin măsurarea depectinizării sucului de mere. Activitatea preparatului este maximă la pH = 4 - 5 şi la

temperatura de 45...55°C.Utilizări. Novoferm 61 se utilizează la macerarea ţesuturilor

vegetale, pentru reducerea vâscozităţii sucurilor şi clarificarea acestora.

Ambalare şi depozitare. Preparatul se ambalează în recipiente din sticlă de 25 I sau în butoaie de tabiă de 200 l. La temperatura de

20°C,activitatea

enzimatică declarată se păstrează > 3 luni, iar la 0...10°C, celpuţin 12 luni. La

depozitare mai îndelungată, activitatea enzimatică scade cu 1 - 2%/lună.

Amylase AG 200/300 L. Este o glucoamilază fungică, care catalizează hidroliză legăturilor a-1,4 şi a-1,6 din amidon, conducând la transformarea amidonului lichefiat în glucoză.

Aspect şi activitate Amylase AG 200/300 L este un lichid brun-clar, cu densitate de 1,2 g/ml, cu activitate de :

- 200 AGU/ml pentru Amylase AG 200 L;- 300 AGU/ml pentru Amylase AG 300 L

(o unitate de amiloglucozidază - 1 AGU - reprezintă cantitatea de enzimă care hidrolizează 1 ^mol maltoză/min în următoarele condiţii: substrat - maltoză 10 g/l; timp de reacţie 30 min pentru reacţia maltoză + enzimă şi 20 min pentru glucoz- dehidrogenază; temperatura = 20°C şi pH = 4,3).

Utilizări şi doză. Amylase AG 200/300 L se foloseşte pentru degradarea amidonului din fructele culese mai timpuriu, în vederea

obţinerii sucurilor limpezi. Doza de utilizare este: 0,5 - 5,0 ml/hl suc după recuperarea aromei, pentruAmylase AG 200 L, şi 0,2 - 3 ml/hl suc după recuperarea aromei pentru Amylase AG 300 L.

Amylase AG 200/300 L are optim de activitate la pH = 3 - 4 şi temperatura optimă la 70...75°C.

Ambalare şi depozitare. Amylase AG 200/300 L este ambalat în sticle de1 I şi în recipiente din sticlă de 25 I sau în recipiente metalice de 200 I. La 20°C, activitatea enzimatică declarată se păstrează > 3 luni, iar la 0...10°C mai mult de12luni. La depăşirea duratei de depozitare, pierderea de activitate enzimatică este de 1 - 2%/lună.

15.4. FOLOSIREA MICROORGANISMELOR LA CONSERVAREA PRODUSELOR VEGETALE

Conservarea prin acidificare naturală, denumită şi conservare biochimică sau murare, se aplică în special produselor vegetale (legume şi mai rar fructe cereale) şi prezintă următoarele avantaje:

- obţinerea unui produs stabilizat la un cost de transformare redus;

- conduce la obţinerea unor produse cu calităţi senzoriale dorite, datorită în principal aromei deosebite obţinute prin fermentare;

- ameliorarea calităţii nutritive prin producerea de vitamine din grupul B şi de aminoacizi;

- reprezintă un mijloc de a prelungi sezonul de prelucrare a produselorvegetale şi de a oferi consumatorului produse vegetale şi în timpul sezonului deiarnă;

- consumurile energetice sunt foarte reduse, în comparaţie cu alte metode de conservare.

Principiul fermentării produselor vegetale se bazează pe selecţia bacteriilor utile (bacterii lactice), realizată de saramură, care au capacitatea de a transforma zaharurile existente în materiile prime vegetale în acid lactic, care scade pH-ul şi deci stabilizează produsul. Acţiunea bacteriilor se poate derula concomitent cu a drojdiilor, iar însămânţarea mediului poate fi spontană (microflora lactică provine de la materii prime şi auxiliare) sau controlată (se utilizează culturi starter singulare sau mixte).

Pentru conservare prin acidificare naturală sunt necesare: mate':: prime, NaCI, apă, aditivi de conservare, amelioratori de aromă.

Materiile prime. Acestea pot fi: varză albă, castraveţi, măsline (se mu- rează ca produse singulare), pătlăgele roşii imature (gogonele), ardei grsş; kapia, pepeni verzi, morcovi, andive, ceapă, fasole verde, porumb, sfeclă roşie. ;nclusiv sucuri obţinute din unele produse vegetale. în tabelul 15.7 este prezentară compoziţia chimică a celor mai importante produse vegetale ce se murează.

La produsele vegetale menţionate, în afară de valoarea nutritivă - energetică, interesează calitatea sanitară (gradul de prospeţime, curăţenia, încărcătura microbiologică) şi calitatea senzorială comercială (consistenţa, aspectul general, aroma). De exemplu, se preferă castraveţi mici (cornison), cu lungime < 10 cm, de formă cilindrică sau ovoidală, de culoare verde închis, nepătaţi de boli cripto- gamice, recoltaţi în stadiul de maturitate comestibilă (cu conţinut de zaharuri fermentescibile de minimum 1%)... 1, . .. r<r, o î ’• r-' . •. ' -■' -V - -• *•' , .' r-i c r.,i. Tabelul 15.7

Compoziţia chimică a unor produse vegetale ce se supun conservării prin acidificare' naturală

Produsul

vegetai

Apă,%

Za ha-ruri,%

Proteine,%

Grăsimi,%

Celuloză,%

Săruriminerale,

Vitamine,

A B PP C

Varzăalbă

91 4,2 1,3 0,2 1,5 0,6 42 110 320 45

Castraveţi

96,8 1,3' 0,6 0,2 0,5 0,6 170 35 200 7

Ardei 91 4,7 1,1 0,3 0,2 0,5 600 - 330 139Pepeni

verzi93 5 0,6 0,2 0,6 0,4 350 - 60 6

Morcovi 89 7,2 1,0 0,2 1,0 0,8 8100

65 850 5Fasoleverde

90 5,3 2,2 0,2 1,3 0,7 270 210 1800 53

Varza pentru murat trebuie să fie sănătoasă, ajunsă la maturitate, îndesată, cu un conţinut de zahăr fermentescibii de minimum 2%.

Tehnologia de obţinere a produselor vegetale conservate prin acidificare naturală constă în următoarele operaţii: clasare pe mărimi, pregătirea materiilor prime, aşezare în recipiente, saramurare, fermentare, depozitare.

Clasarea pe mărimi este necesară pentru a obţine produse uniform fermentate. Operaţia de pregătire a materiilor prime este în funcţie de felul acestora. în general, toate produsele menţionate (cu excepţia verzei albe) se supun operaţiei de spălare în scopul îndepărtării impurităţilor şi în mare parte a microflorei epifite, inclusiv a microorganismelor de alterare. La castraveţi se recomandă şi înţeparea lor pentru a uşura pătrunderea saramurii. Varza este iniţial lăsată 1-3 zile în stive pentru o autoîncălzire ce înlesneşte fermentarea ulterioară, datorită înmuierii ţesutului, după care este curăţată de foile exterioare, putând fi murată întreagă, în jumătăţi sau mărunţită. Dacă se murează întreagă se perforează coceanul cu un sfredel. Dacă se murează ca varză tocată, se supune mărunţirii şi coceanul care reprezintă ~ 10% şi care este bogat în zaharuri şi vitamină C. Măslinele verzi sunt tratate cu alcalii pentru a îndepărta substanţele amare şi anume glucozidele fenolice şi oleuropeina. După tratamentul cu alcalii, măslinele se spală intens pentru îndepărtarea alcaliilor. Măslinele verzi pot fi tratate termic (şoc) la 74°C, timp de 3 min, fapt ce conduce la îmbunătăţirea proprietăţilor de fermentare.NaCI. Rolul principal al NaCI este de a realiza o plasmoliză a ţesuturilor pentru eliberarea de susbtanţe nutritive în saramura de

acoperire, necesare dezvoltării bacteriilor lactice. NaCI din saramură conduce şi la inactivarea enzimelor pectinolitice şi celulolitice proprii ţesuturilor vegetale şi realizează o selecţie a bacteriilor lactice pentru iniţierea fermentării. Dintre oligoelemente, este «necesară prezenţa manganului care stimulează dezvoltarea bacteriilor lactice. Concentraţia de NaCI în saramură variază în limite largi (0,5- 11%), în funcţie de produs, dar, de regulă, este de 1,5 - 3%.

Apa. Apa potabilă clorinată trebuie fiartă împreună cu NaCI pentru a forma saramura. Proporţia de saramură adăugată, în, raport cu greutatea produselor ce se murează, variază între 10 şi 50%. în orice caz, produsele ce se murează trebuie să fie complet acoperite de saramură.

Aditivi de conservare. în unele cazuri, se adaugă acid acetic pentru a modifica rapid pH-ul, precum şi acetat de calciu sau de sodiu pentru a se evita fenomenul de ramolisment. Pentru a prelungi durata de conservare, se poate adăuga sorbat de Na sau K, respectiv benzoat şi hrean.

Amelioratori de aromă. Pentru a îmbunătăţi aroma produsului murat,inclusiv a zemii respective, se adaugă diferite plante condimentare (mărar uscat, hrean, ţelină frunze, frunze de vişin etc.).

15.4.1. PROCESELE FERMENTATIVE

Specii implicate. La fermentarea spontană a produselor de origine vegetală sunt prezente în funcţie de etapa fermentării diverse

bacterii neutile şi utrte, în funcţie de gradul iniţial de contaminare care poate ajunge la 107 germeni/g,din care 5-103/g sunt germeni producători de acid lactic. Gradul iniţial de contaminare va depinde de calitatea spălării vegetalelor şi, eventual, de tratamentul termic aplicat. Saramura realizează o inhibare a bacteriilor Gram-negative sau Gram-pozitive. Printre bacteriile lactice utile mai importante sunt: specii de Lacto- bacillus (Lactobacllus plantarum, Lactobacillus brevis), Leuconostoc (Leuconostoc mezenteroides), Pediococcus (Pediococcus pentosaceus, Pediococcus cerevisiae). Caracteristicile unor specii menţionate sunt prezentate în tabelul 15.8, iar în fig. 15.14 se arată formele unor specii de bacterii lactice care intervin în fermentaţia naturală (spontană) a produselor vegetale.

Tabelul 15.8Caracteristicile bacteriilor implicate în acidificarea naturală a unor

produse vegetaleCaracteristica Specia

L. plantarum L. brevis P. pento-saceus

L. mezen-teroides

1 2 3 4 5Morfologia Bastonaşe

scurte medii, de regulă sin-gulare

Bastonaşe scurte singulare în perechi sau în lanţuri scurte

Coci singulari, în perechi sau în tetrade

Coci sau co- cobacili, de regulă în perechi

Temperatura optimă, °C

30. .35 30 35 20...30

Dezvoltare la 45°C Nu Nu Da Nu

Acidul lactic produs de glucoză

DL DL Dl D

Tabelul 15.8 (continuare)1 2 3 4 5

Metabolismul gluco-zeipH final (aciditate exprimată ca acid lactic, %):

- suc de varză -castraveti .<'

Homofer-mentativ

3,5(1,04) 3,2 (1,91)

Heterofer- - mentativ

3,9 (1,6)3,7 (0,54)

Homofer-mentativ

3,5 (0,90) 3,4 (0,63)

Heterofer-mentativ

3,9 (1,04) -0,23 •

Caracteristici biochimice de diferenţiere:- hidroliză argininei - + Variabilă -

- producere de - - - +dextran din zaha-

rozaFormare de acid:

- din celobioză + - +- din sorbitol + - —

Fig. 15.14. Bacteriile

lactice implicate în fermentaţia

lactică a produselor vegetale:

A - Lactobacillus plantarum, B - Pediococcus pentosaceus; C- Leuconostoc mezenteroides.

Fazele fermentaţiei. Fazele fermentaţiei cu influenţă pozitivă asupra calităţii produselor finite sunt următoarele:- faza de iniţiere sau preliminară, în care predomină la început bacteriile Gram (+) şi Gram (-) care dispar cu timpul, lăsând loc bacteriilor lactice, în special bacteriilor lactice heterofermentative (Leuconostoc mezenteroides). Bacteriile Gram-negative aparţin genurilor Aerobacter, Escherichia, Aeromonas. Achromo- bacter, în cazul fermentării măslinelor, şi genurilor Achromobacter, Alcaligenes şi Pseudomonas, în cazul morcovilor şi sfeclei roşii. Unele bacterii Gram (-) pot conduce la diminuarea conţinutului de azotat din produsele ce se murează, iar altele pot excreta în mediu enzime pectolitice. Anumite bacterii Gram (-), cum ar fi cele din genul Ctostridium, sunt responsabile de fermentaţia butirică, în timp ce bacteriile din genul Baccillus pot provoca ramolismentul produselor murate. Spre sfârşitul fazei de iniţiere (preliminară), bacteriile lactice heterofermentative (.Leuconostoc mezenteroides) fermentează deja glucidele, cu formare de acid iactic, acetic, alcool etilic, manitol, C02. Se creează un mediu anaerob propice

A B C

dezvoltării bacteriilor lactice homofermentative. La începutul fazei de iniţiere (preliminară) pot să acţioneze într-o mică măsură şi drojdiile şi bacteriile acetice, dar activitatea lor este rapid stopată prin crearea mediului anaerob. Faza de iniţiere, care durează 2-3 zile, este caracterizată prin degajare mare de C02, iar activitatea mediului (saramurii) ajunge la 0,7-1%, raportul acid acetic/acid lactic fiind 0,4;

- faza de fermentaţie primară (principală), care este caracterizată prin predominanţa bacteriilor lactice homofermentative (LactobacUlis plantarum, Pediococcus pentosaceus) faţă de cele heterofermentative (Lactobacillus brevis şi Leuconostoc mezenteroides). în această fază se transformă in acid lactic glucidele fermentescibile rămase de la prima fază, inclusiv manitolul format în faza preliminară. Degajarea de C02 în faza primară este foarte redusă. Această fază durează 21 - 30 de zile, în funcţie de diverşi factori (concentraţia saramurii, temperatura de fermentare, gradul de anaerobioză realizat etc.).’ Fermentaţia primară este considerată terminată când pH-ul mediului a ajuns la 3,8-4,1 (aciditate totală = 2%). Se consideră că la sfârşitul fazei primare acţionează, în principal, Leuconostoc pentosaceus (heterofermentativ), producând din nou acid acetic, acid lactic, manitol şi C02.

Influenţa negativă asupra calităţii produselor finite are următoarele douăfaze:

- faza de fermentaţie secundară, care constă în fermentarea glucidelor -reziduale de către drojdiile fermentative, în condiţiile în care bacteriile lactice suntinhibate de către pH-ul scăzut (aciditate ridicată). Principalele specii de drojdii fermentative întâlnite într-un mediu privat de aer sunt: Sacch. rosei, Sacch. bailli, Sacch. delbrueckii, Torula etchellsii şi Hansenula anomalia. Principalele drojdii oxi- dative sunt: Debaryomyces, Pichia; Sacch. rouxi şi Candida. Alte specii de drojdii fermentative - oxidative pot existat în număr mic (Rhodotorula). Zeama, în faza de fermentare secundară, prezintă o uşoară tulbureală;

- faza de postfermentare. Dacă produsele vegetale sunt bine fermentate (faza primară reuşită) şi recipientele sunt ermetic închise, ferite deci de aer şi de lumină difuză, acestea se pot păstra foarte bine, mai ales la temperaturi de4.. .10°C. Atunci când recipientele sunt deschise, se pot infecta la suprafaţa sa-ramurii cu drojdii oxidative, mucegaiuri şi bacterii aerobe. Drojdiile şi mucegaiurile consumă acidul lactic, creând condiţii pentru dezvoltarea bacteriilor de alterare. Mucegaiurile sunt deosebit de periculoase, deoarece secretă enzime pectolitice care afectează consistenţa produselor conservate prin acidificare. în ordinea-descrescândă a importanţei, mucegaiurile de infecţie sunt: P. oxalicum, Ascochyta cucumis. Fusarium roseum, Cladosporium cladosporoides, Alternaria tenuis, Fusa- rium oxysporium, Fusarium solani.

Factorii care influenţează acidificarea naturală a produselor vegetaleAceşti factori sunt următorii:

- concentraţia saramurii;- temperatura de fermentare;- disponibilitatea substanţelor nutritive;- prezenţa inhibitorilor care se găsesc în substrat;- aditivii de natură chimică întrebuinţaţi;- prezenţa aerului şi a luminii;- aciditatea, pH-ul şi capacitatea tampon a mediului.

Adaosul de sare. La acidificarea naturală a produselor vegetale, adaosul de sare este necesar în scopul: influenţării directe a tipului de bacterii ce se dezvoltă (rol selectiv faţă de microorganisme, cele homofermentative fiind halotole- rante); influenţării gradului de

acidificare; prevenirii înmuierii produselor; extragerii parţiale prin difuzie a sucului celular ce conţine substanţe solubile, în special glucide fermentescibile, extracţia fiind evidentă în cazul produselor mărunţite (varza tocată).

Varza albă tocată se sărează cu 2 - 3% NaCI, castraveţii se introduc în saramura de 5 - 8%, iar măslinele verzi în saramura de 4 - 7%. Varza albă în căpăţâni se murează în saramură de 5 - 6%. Concentraţia de NaCI va influenţa, la rândul său, dezvoltarea unei specii sau a alteia de bacterii lactice.

Astfel, la acidificarea naturală a verzei tocate, în faza primară, se dezvoltă L. mezenteroides care suportă concentraţii mai mici de NaCI. Acest microorganism nu se dezvoltă la acidificarea naturală a castraveţilor sau a măslinelor verzi, probabil din cauza concentraţiei mari de NaCI. Pentru a se realiza o acidificare a castraveţilor la concentraţii mai reduse de sare (1 - 4%), fără a se ajunge la înmuierea acestora, se recomandă să se folosească o apă cu duritate de ~ 20° germane, deoarece în caz contrar cop.sistenţa va fi redusă. La folosirea apei cu duritate -10° germane, se recomandă să se adauge clorură de calciu (CaCI2, 0,3 - 0,5% faţă de saramură), alaun de potasiu (~ 0,5% faţă de saramură) sau acetat de calciu. Se formează în aceste condiţii cantităţi mai mari de pectat de calciu insolubil, care conferă consistenţa optimă castraveţilor. în aceste condiţii, în faza primară de fermentaţie a castraveţilor, acţionează L. mezenteroides.

Temperatura de fermentare. La acidificarea naturală a vegetalelor se utilizează bacterii lactice mezofile cu temperatura optimă de dezvoltare de28.. .30°C, care nu se pot multiplica la temperaturi mai mari de 40°C.

Dezvoltarea lui L. mezenteroides este favorizată de temperaturi mai scăzute în comparaţie cu temperaturile mai ridicate care favorizează dezvoltarea lui L. plantarum. L. mezenteroides predomină atât în faza preliminară cât şi în cea primară de fermentaţie a verzei tocate, dacă temperatura de fermentare este cuprinsă între 7,5 şi 18°C. Dacă fermentarea este condusă la 32 şi 37°C, predominanţa lui L. mezenteroides se manifestă în faza preliminară, după care în faza primară începe să predomine L. plantarum.

Varza tocată fermentată la 13...18°C are o calitate superioară faţă de cea fermentată la 24°C, deoarece bacteriile lactice heterofermentative au o acţiune mai mare la temperaturi mai scăzute. Pentru castraveţi se recomandă o temperatură de fermentare de 25...30°C, când L. plantarum şi P. pentosaceus fermentează rapid. La noi în ţară se recomandă ca acidificarea naturală să se facă la temperaturi de 20...25°C. La sfârşitul fermentaţiei lactice se recomandă ca temperatura să fie scăzută cât mai mult posibil (0...5°C pentru castraveţi şi < 14°C pentru varză), pentru a împiedica celelalte tipuri de fermentaţii, în special cea butirică şi alterarea putrefactivă.

Disponibilitatea substanţelor nutritive. Pentru bacteriile lactice, aceasta va depinde în mare măsură de tratamentele preliminare pe care le suferă produsele vegetale înainte de saramurare şi de fermentare. Substanţele nutritive sunt imediat disponibile în cazul verzei tocate, în timp ce în cazul castraveţilor şi al măslinelor, acestea trebuie să difuzeze în saramură înainte de a începe fermentaţia. Se consideră că bacteriile lactice se dezvoltă atât în saramură cât şi în interiorul castraveţilor. în cazul măslinelor care conţin între 2 şi 3% zahăr

fermentescibil, prin tratament cu alcalii se reduce cantitatea de substanţe nutritive disponibile (inclusiv glucidele) şi, deci, se influenţează negativ fermentaţia lactică. De exemplu, producătorii californieni folosesc metode prin care se penetrează total măslinele verzi cu alcalii şi din această cauză se îndepărtează foarte multe glucide, pentru fermentare adecvată fiind necesar un adaos de glucoză. Producătorii spanioli folosesc metode prin care penetrează numai % din pulpa fructului şi din această cauză se păstrează o cantitate satisfăcătoare de glucide pentru fermentaţia lactică, produsul finit având însă şi un anumit grad de Ewrăreală, ceea ce este preferat de unii consumatori.

Inhibitorii care se găsesc în mod natural în produsele vegetale. în varză se găsesc anumiţi inhibitori ai bacteriilor Gram (-), dar care nu inhibă şi bacteriile lactice. Măslinele verzi conţin inhibitori ai bacteriilor lactice, aceştia fiind compuşi de hidroliză ai oleuropeinei (agliconul şi acidul elenolic). Oleuropeina din măslinele verzi este hidrolizată de către (3-glucozidază. Prin tratamentul măslinelor cu alcalii sau cu şoc termic, înainte de saramurare-fermentare, se distruge P-glucozidaza şi, deci, oleuropeina rămâne intactă, neavând proprietatea de inhibare a bacteriilor lactice.

Având în vedere că pentru condimentarea produselor vegetale murate se adaugă mărar uscat, frunze de vişin, de stejar, muştar, hrean, usturoi, trebuie să se-ţină cont şi de influenţa fitoncidelor, respectiv a unor substanţe tanante asupra bacteriilor lactice şi asupra microflorei de însoţire.

Aditivi de natură chimică. La acidificarea naturală se folosesc acidul benzoic, acidul sorbic, bisulfitul de potasiu. De regulă, aceşti conservanţi se adaugă după terminarea fermentaţiei lactice pentru împiedicarea dezvoltării drojdiilor şi mucegaiurilor la suprafaţa saramurii, o dată ce recipientele au fost —deschise. Asemenea conservanţi sunt folositori în cazul depozitării produselor murate în recipiente mari.

Prezenţa aerului şi luminii. Pentru a avea o fermentaţie lactică normală, este necesar să se creeze un mediu anaerob care este, în acelaşi timp, defavorabil dezvoltării bacteriilor acetice, mucegaiurilor şi drojdiilor. Mediul anaerob este, însă, favorabil dezvoltării bacteriilor propionice care nu influenţează negativ calitatea produselor, dar şi dezvoltării bacteriilor butirice împotriva cărora se luptă prin vânturarea (pritocirea) zemii, mai ales la finele fazei primare de fermentaţie lactică. Anaerobioza favorizează şi dezvoltarea unor bacterii de alterare, dar împotriva acestora se luptă prin creşterea acidităţii (creşterea conţinutului de acid lactic), astfel ca pH-ul să fie 3,8 - 4,1.

La murarea verzei tocate sau în bucăţi, tasarea, pe lângă faptul că înlesneşte difuzia sucului celular şi măreşte gradul de folosire a capacităţii recipientelor, ajută şi la crearea mediului anaerob. Lumina solară împiedică dezvoltarea microorganismelor la suprafaţa saramurilor în cazul recipientelor deschise, însă cea difuză favorizează această dezvoltare. Lumina solară directă conduce la decolorarea produselor verzi, în cazul în care acestea au fost ambalate în recipiente de sticlă necolorată.

Fermentaţia propriu-zisă. Substratul fermentativ îl formează glucoza, fructoza şi zaharoza, pentozele libere prezente în produsele vegetale neavând semnificaţie cantitativă în fermentaţie. în anumite cazuri, manitolul poate fi luat în considerare ca substrat în homofermentaţia verzei tocate, el formându-se în heterofermentaţia verzei tocate. De menţionat că manitolul se găseşte în cantităţi mai mari în unele produse vegetale, cum ar fi ciupercile.

Bacteriile lactice implicate în acidificarea produselor vegetale fermentează pe două căi şi anume (fig. 15.15):

- lactobacilii fermentativi (L plantarum şi pediococii) metabolizează he- xozele pe calea glicolizei, producând, în principal, acid lactic (85-95%). Pe această cale se formează 2 moli de ATP/mol hexoză. Balanţa electronică este asigurată prin reducerea NAD+ la NADH în reacţia de transformare a triozo- fosfatului în piruvat, respectiv prin oxidarea NADH în NAD+, în reacţia de transformare a piruvatului în lactat- De fapt, L. plantarum este considerată ca

bacterie lactică facultativ homofermentativă, deoarece este capabilă să producă glucozo 6-

Fig.15.15. Formarea lactatului, etanolului, manitolului la fermentarea produselor vegetale.

P-dehidrogenază, 6-P-gluconat-dehidrogenază şi fosfocetolază, cu ajutorul căreia este implicat în fermentarea pentozelor;

— bacteriile lactice heterofermentative (L. mezenteroides, L. brevis) transformă un mol de glucoză în acid lactic, acid acetic şi C02. Se formează în acest caz numai 1 mol ATP/mol hexoză, respectiv 3 mol NADH/mol hexoză (1 mol NADH este oxidat prin reducerea piruvatului la acid lactic). Fructoza poate fi fermentată ca şi glucoza de-şatre bacteriile lactice heterofermentative, dar şi acest glucid poate funcţiona şi ca un acceptor de electroni în oxidarea NADH la NAD +, rezultatul fiind acela că o mare parte din fructoză se transformă în manitol.

în heterofermentaţie, pe lângă acid lactic se produce C02, acid acetic, alcool etilic, manitol, în funcţie de zahărul de la care s-a plecat.

2 Glucoză ------------------ ► 2 Acid lactic + Acid acetic + Alcool etilic + C0 2

2 Fructoză ------------------ 2 Manitol

în homofermentaţie, producţia de acid lactic este mare:

2 Glucoză + 2 Fructoză -------------------- >• 8 Acid lactic

Din cele menţionate rezultă că nivelul de acid lactic produs în substratul- fermentat va depinde de raportul bacterii -homofermentative/bacterii heterofermentative. Producţia de acid acetic în mediu va fi determinată de dezvoltarea bacteriilor lactice heterofermentative şi de potenţialul reducător al substratului, care determină, la rândul său, raportul acetat/etanol.

în timp ce acidul lactic are o valoare pK scăzută, rezultând o valoare scăzută a pH-ului, deci o contribuţie în controlul microflorei nelactice (de alterare şi patogenă), acidul acetic este mai eficace în prevenirea dezvoltării mucegaiurilor asociate cu înmuierea vegetalelor (castraveţilor). De remarcat că L. mezenteroides produce numai acid lactic D(-), iar L. brevis, L. plantarum şi P. pentosaceus produc ambii izomeri lactici: D(-) şi L (+). Ambii izomeri sunt metabolizaţi de mamifere, izomerul D(-) fiind metabolizat însă mai lent. Conform recomandărilor FAO/WHO. în produsele alimentare destinate copiilor (< 3 ani) nu trebuie să existe izomerul D(-) sau racemicul DL. în cazul adulţilor, consumul de izomer D(-) nu trebuie să depăşească 100 mg/kilocorp şi zi. în recomandările FAO/WHO din 1974, nu mai există limită pentru nivelul de acid lactic D(-) ingerat de omul adult.

Reacţii produse de bacterii lactice în prezenţa oxigenului. Se cunoaşte că bacteriile lactice sunt anaerobe sau facultativ anaerobe, incapabile să sintetizeze hem, deci sunt lipsite de citocromi şi catalaze cu hem în structură (excepţie făcând cazul în care hemul este suplimentat în mediu). Faţă de acţiunea nocivă a H202l L plantarum, L. pentosaceus şi L. mezenteroides folosesc ionii de mangan. Se crede că L. plantarum ar poseda şi o pseudocatalază care conţine mangan. Bacteriile lactice pot realiza o serie de reacţii oxidative catalizate de enzimele flavonice. De exemplu, L. plantarum şi L. delbrueckii au o flavin-piruvat-oxidază care catalizează transformarea piruvatului în acetil fosfat, C02 şi H202. Acetil- fosfatul este folosit în continuare pentru producerea de ATP. L. curvatus, L. sake, L. acidophilus, L. lactis, L. bulgaricus au oJactatoxidază care reduce 02

la H202. Excesul de electroni poate fi îndepărtat (fără producere de ATP) prin intermediul NADH-oxidazei, care catalizează formarea de H202 la H20. Reacţiile realizate de bacteriile lactice în care este implicat 02 sunt prezentate în fig: 15.16.

Folosirea culturilor starter la fermentarea produselor vegetale. Culturile starter pot fi utilizate cel puţin pentru demararea fermentaţiei lactice, astfel ca bacteriile lactice de contaminare să nu aibă timp de multiplicare pentru a produce substanţe nedorite.

La folosirea culturilor starter pentru demararea fermentaţiei lactice se pot obţine produse finite de o calitate mai omogenă şi ameliorată. Criteriile de selecţie pentru bacteriile lactice din culturile starter sunt următoarele:

- dezvoltarea la temperatura ambiantă în zonele geografice de producţie;

- dezvoltarea rapidă şi predominantă;

- producerea rapidă de acid lactic;

- conversia totală a zaharurilor în acid lactic;

- producţia redusă de C02;

- rezistenţa la bacteriofagi;- capacitatea de a creşte valoarea nutriţională a produselor finite (producerea de

vitamine din grupul B şi aminoacizi);- utilizarea sub formă deshidratată, concentrată sau liofilizată.Limitarea folosirii culturilor starter la nivel industrial s-ar datora următoarelor cauze:- nu s-a realizat o cultură starter de bacterii lactice care să satisfacă din toate

punctele de vedere (capacitate de acidificare, formare de aromă etc.);- nu s-au putut obţine tulpini de bacterii lactice în cantităţi suficiente pentru

utilizare industrială;- recipientele de fermentare folosite în prezent nu sunt adecvate unui proces

anaerob;- manipulările materiilor prime conduc la contaminarea acestora şi nu pot fi

folosite mijloace adecvate de distrugere a microflorei spontane de peprodusele vegetale ce urmează a fi fermentate cu cultură starter (tratamentul termic de distrugere a microflorei spontane este greu de aplicat la nivel industrial şi dacă este aplicat poate conduce la modificarea caracteristicilor senzoriale ale materiilor prime vegetale);

Fig. 16.16. Reacţiile realizate de bacteriile lactice în care este implicat oxigenul.

- produsele vegetale au o microfloră naturală, care, dacă este bine dirijată prin concentraţia de NaCI în saramură şi prin temperatura de fermentare, realizează o lactofermentaţie bună;

- saramura folosită la fermentaţie poate fi utilizată ca inocul pentru o nouă şarjă.

Culturile starter folosite la fermentarea produselor vegetale sunt prezentate în tabelul 15.9.

Tabelul 15.9Culturile starter folosite la fermentarea produselor vegetale

Tulpinile şi cultura starter Produsul la care s-a folosit cultura starter

L. plantarum Morcovi, castraveţi, sfeclă, varză albă

L. cellobiosis + L. plantarumL. brevis + L. plantarum Morcovi

Pediococcus cerevisiae + L. plantarum Morcovi, castraveţi

Leuconostoc mezenteroides singur sau în amestec cu alte specii

Morcovi, castraveţi, varză albă

Bifidobacterium bifidum + L. plantarum Morcovi, castraveţi

Diferenţele dintre o fermentaţie cu cultură starter de Lactobacilius plantarum şi o fermentaţie cu microfloră spontană în cazul castraveţilor sunt prezentate în fig. 15.17, din care se pot vedea evoluţia acidităţii şi, respectiv, a pH-ului. cantitatea de glucide consumată şi producţia de C02.

Durata de fermentare [zile]Fig. 15.17.-Aspecte biochimice la fermentarea spontană a castraveţilor şi cu culturi starter: a - producţia de acid: o—o controlată; •—«spontană; b - zaharid utilizat: — controlată; ■—■ spontană; pH: ▲ — Aspontană; A—A controlată: CO2: o—o controlată; •—«spontană-

' Schemele tehnologice de fermentaţie a unor produse vegetale cu culturi starter de bacterii lactice sunt prezentate în fig. 15.18.

Pentru fermentarea castraveţilor s-a utilizat o cultură

starter formată din P. pentosaceus şi L. plantarum, fermentaţia

având loc la 26,..29°C şi la o concentraţie de ~ 7% NaCI în

saramură. Pentru fermentarea măslinelor s-a utilizat o cultură

starter formată din L. plantarum şi L. mezenteroides.

Fermentarea lactică cu ajutorul culturilor starter a fost

realizată experimental pe diverse sucuri (de varză, sfeclă,

morcovi, tomate). Pentru sucul de morcovi s-a aplicat schema

tehnologică prezentată în fig. 15.19. Fermentarea s-a făcut cu L.

plantarum, timp de 48 de ore, la 30°C, interval de timp în care

populaţia de L. plantarum s-a multiplicat de 100 de ori, după care

Fig. 15.18. Scheme tehnologice de fermentare ale unor produse vegetale cu culturi starter.

s-a diminuat lejer, rămânând constantă în timpul a 7 zile de

fermentare.

Adaos sau nu de NaCI

IFiltrare sterilizantă $ pori < 0,45|im

IImbuteliere sterilă

IDepozitare la 0...2°C i

însămânţare şi fermentare

Fig. 15.19. Schemă tehnologică de obţinere a

sucului de morcovi fermentat lactic.

In unele ţări africane (Benin, Togo) se obţine produsul Mawe, care este un aluat ce suferă o fermentaţie naturală timp de 1-3 zile, la 28...32°C, până la o aciditate titrabilă de 1,2-1,4% şi un pH = 3,8 - 4,2. Acest aluat este folosit pentru obţinerea unei „pâini" prin tratare termică cu abur (ablo) sau pentru obţinerea de porridge, în funcţie de aciditatea aluatului fermentat. Schema tehnologică pentru obţinerea industrială a produsului Mawe este arătată în fig. 15.20.

Aroma, textura şi aspectul produselor vegetale fermentate. în cazul măslinelor verzi fermentate, contribuţia bacteriilor lactice la aromă ar consta în producerea unui nivel dorit de aciditate prin folosirea zaharurilor fermentescibile (contribuţia la gust). Acetaldehida şi alcoolul etilic rezultaţi în fermentaţie contribuie la miros.

Aroma murăturilor (gogonelelor) s-ar datora unui complex de substanţe volatile. Substanţele volatile detectate au fost formaldehida, acetaldehida, aldehida propionică, acetona, aldehida butirică, alcoolul etilic, butiratul de etil şi aldehida -izovalerianică.

Cea mai mare influenţă a bacteriilor lactice asupra aromei s-a constatat în cazul verzei albe tocate. în acest caz, o aromă plăcută este asociată cu un anumit raport de acizi

volatili/acizi nevolatili. La varza tocată -se preferă dezvoltarea luiL mezenteroides în faza preliminară a fermentaţiei, pentru că acesta formează cantităţi mari de acid acetic. Din acest motiv, în faza preliminară a fermentaţiei se recomandă o temperatură de 18°C, deoarece o temperatură superioară favorizează dezvoltarea lui L. plantarum care, prin fermentarea glucidelor, conduce la un raport mai scăzut de acizi voatili/acizi nevolatili. Din cauza acestui raport, pH-ul va fi mai scăzut, aciditatea mai mare, produsul având o aromă puternic acidă, în comparaţie cu produsul fermentat la temperaturi mai scăzute care are o aromă mai fină, mai puţin acidă.

în ceea ce priveşte textura, există indicaţii că, o dată cu creşterea con-centraţiei de acid lactic, produsul devine mai moale (mai puţin consistent). La aceeaşi concentraţie, acidul lactic are un efect de înmuiere mai pronunţat decât acidul acetic, şi aceasta din cauză că acidul lactic are capacitatea de a îndepărta mai mult Ca2+ din substanţele pectice în comparaţie cu acidul acetic.

1 #?

1t

Fig. 15.20. Schemă tehnologică de obţinere a produsului

Mawe.

Măslinele verzi fermentate cu L. mezenteroides au o consistenţă mai mare decât cele fermentate cu L. plantarum. în general, consistenţa variază invers proporţional cu procentul de aciditate titrabilă (exprimată ca acid lactic). Rezultă că tipul de fermentaţie lactică dictează cantitatea de acid lactic format şi, prin urmare, influenţează consistenţa produsului.

Desigur că o influenţă deosebită asupra consistenţei o are şi concentraţia saramurii care controlează tipul şi gradul de dezvoltare al microorganismelor, res-pectiv activitatea enzimelor pectolitice de origine microbiană sau cele care se găsesc în vegetalele supuse acidificării naturale. De asemenea, trebuie să se aibă în vedere concentraţia de Ca2+ din saramură şi temperatura de depozitare a produsului în timpul fermentaţiei şi postfermentaţiei.

în anumite condiţii, aspectul produselor fermentate este modificat prin apariţia de pustule la suprafaţa castraveţilor şi măslinelor verzi, precum şi prin apariţia de cavităţi în interiorul castraveţilor (fig. 15.21).

Valoarea nutritivă a produselor vegetale fermentate La judecarea valorii nutritive a produselor vegetale trebuie să se aibă în vedere, în primul rând.

Fig. 15.21. Formarea de pustule la suprafaţa unor produse vegetale precum şi a cavităţilor:a - castraveţi; b - măsline: c - fasole verde: d - formarea de cavităţi lenticulare la castraveti.

conţinutul în vitamine, în special în P-caroten, acid ascorbic, acid folie şi mai puţin în vitamine din grupul B. Produsele vegetale au şi un conţinut ridicat de fibră (celuloză) precum şi cantităţi importante de Na, K, Ca, Mg. Importanţa legumelor şi fructelor rezidă din acţiunile pe care le pot îndeplini acestea: alcalinizantă, mi- neralizantă, laxativă, constipantă, diuretică şi de stimulare a funcţiilor hepatice (ureopoieza şi glicogeneza), vitaminizantă.

Prin acidificarea naturală, în saramura folosită trec o serie de substanţe nutritive (săruri minerale, vitamine, aminoacizi liberi, glucide simple), ceea ce face ca valoarea nutritivă a acestor produse să scadă. în plus de aceasta, trebuie să se aibă în vedere că bacteriile lactice folosite pentru fermentaţie au nevoie de substanţe nutritive pe care le consumă tot din substratul supus fermentaţiei. S-a dovedit că, la fermentarea sucului de castraveţi cu L. plantarum, s-ar pierde între 10 şi 30% din conţinutul iniţial de acid pantotenic, leucină, izoleucină, valină, triptofan şi cisteină. Dacă produsele fermentate au şi un conţinut ridicat de NaCI (8 - 16%), la desărarea acestora până la 2-4% NaCI se accentuează pierderile şi anume se pierde circa 86% din vitamina C, 82% din tiamină şi

28% din caroten. Seconsideră că în timpul acidificării naturale pot avea locşi transformări alecarotenului din forma trans în forma c/s, care are o acţiune mai redusă ca provitamina A. Zeama de varză se îmbogăţeşte însă în vitamina C în timpul fermentaţiei lactice a verzei albe. Disponibilitatea fierului din morcov creşte la lactofermentaţia acestuia. Lactofermentaţia produselor vegetale conduce la micşorarea conţinutului de azotat (provenit din sol), acţiune denitrifiantă având bacteriile care se dezvoltă în faza de iniţiere.

în produsele fermentate se găsesc şi amine biogene. De exemplu, în varza murată au fost puse în evidenţă: cadaverina, 28 mg/kg; histamina, 29 mg/kg; putresceina, 17 mg/kg şi tiramina, 43 mg/kg. La morcovii şi sfecla lactofermentate s-au pus în evidenţă 1-15 mg/kg amine biogene (în principal cadaverina). Microorganismele producătoare de amine biogene sunt: P.cerevisiae, L. mezenteroides şi L. buchneri, care este un mare producător de histamină. în schimb, Lactobacillus plantarum contribuie la reducerea conţinutului de amine biogene. Se consideră că histamina şi tiramina se formeazăîn stadiul final al

fermentării.Oprirea fermentaţiei la un nivel de acid lactic de 0,8-1% conduce la evitareaformării aminelor menţionate. Putresceina, cadaverina se formează în faza iniţială de fermentare datorită Enterobacteriaceae-lor şi enterococilor.

Defectele produselor vegetale lactofermentate. Principalele defecte ce se întâlnesc la produsele vegetale lactofermentate sunt prezentate în continuare.

Ramolismentul. Este un defect de consistenţă ce se datorează activităţii enzimatice pectolitice şi celulolitice exercitate de mucegaiuri şi de drojdiile oxidative, inclusiv de unele bacterii, la care se adaugă o activitate pectolitică proprie ţesuturilor vegetale. Pentru a evita defectul se impune:

- spălarea intensă a produselor vegetale înainte de saramurare;- respectarea concentraţiei saramurii de acoperire;- menţinerea stării de anaerobioză în produs prin buna etanşare a recipientelor

(se preferă recipiente cu capacitate redusă, pentru ca, după deschidere, produsele fermentate să fie consumate rapid);

- menţinerea produselor lactofermentate la temperaturi < 10°C (4... lO^C);- adaos de CaCI2.Aspectul vâscos al zemii. Defectul este datorat prezenţei în zeamă a unor

polizaharide, de exemplu dextranul, care sunt produse din glucidele reziduale, în anumite condiţii, de către unele bacterii lactice, cum ar fi Leuconostoc mezenteroides, Leuconostoc dextranicum, Lactobacillus collinoides şi Pediococcus cerevisiae. Chiar produsul vegetal capătă aspect vâscos şi moale asemănător albuşului de ou crud (defectul se întâlneşte la

varza murată, morcovii muraţi, sfecla roşie murată).Gust şi miros dezagreabil. Acest defect este consecinţa dezvoltării mi-

croorganismelor de alterare, care infectează produsele în timpul fermentării şi depozitării. Defectul este întâlnit la măslinele fermentate (boala Zapatera) şi este cauzat de bacteriile genurilor Propionibacterium şi Clostridium care formează acid propionic, butiric, valeric, caproic, caprilic. Defectul poate fi întâlnit şi la alte produse vegetale lactofermentate la care, dacă predomină Lactobacillus brevis, apare gust şi miros de acid acetic. în primul caz se impune: spălarea riguroasă a materiilor prime; folosirea unei concentraţii adecvate a saramurii, demararea rapidă a fermentaţiei lactice.

Modificarea culorii. La varza albă murată, poate apărea culoarea roşie datorită drojdiei Rodotorula. 'La castraveţi poate apărea o coloraţie galbenă, în unele cazuri, sau verde-oliv, în alte cazuri, în funcţie de tratamentele efectuate.

Umflarea. Acesi defect poate apărea la măsline şi se datorează lui Clostridium tyrobutiricum, care produce fermentare butirică cu apariţia de gaze în măsline. La măslinele verzi defectul se poate datora şi bacteriilor coliforme, care se pot dezvolta în faza de iniţiere, în condiţiile în care concentraţia saramurii nu este satisfăcătoare. La castraveţi defectul se datorează acumulării de C02 în ţesut, cu producerea de cavităţi lenticulare mari.

Dioxidul de carbon se formează în neterofermentaţia lactică, dar este produs şi de bacteriile lactice homofermentative prin decarboxilarea acizilor organici şi a aminoacizilor, precum şi de bacterii coliforme şi drojdii. în tabelul 15.10 sunt prezentaţi compuşii ce pot fi degradaţi de către bacteriile lactice homofermentative cu producere de C02.

Tabelul 15.10Compuşii care pot conduce la formarea de CO2 sub influenţa bacteriilor lactice homofermentative

Substratul Compuşi de reacţie

Malat Lactat + C02

Citrat Acetat + piruvat + C02

2 Tartrat Lactat + acetat + 3 C02

Histidină Histamina + C02

Tirozină Tiramină + C02

Arginină Ornitină + NH3 + C02

Acid glutamic Acid a-aminobutiric + C02

Lizină Cadaverina + C02

Dintre reacţiile menţionate, cea mai importantă se consideră a fi cea de transformare a malatului în lactat şi C02, enzimă implicată în această reacţii fiind enzimă malo-lactică (L-malat, NAD-carboxilaza), care intră în echipamentul enzimatic al lui L. plantarum. Citratul este şi el o sursă de C02 prin transformare, în primă instanţă, în: acetat şi oxalacetat, acesta din urmă fiind decarboxilat şi transformat în piruvat. Atât acidul malic cât şi acidul citric se găsesc în produsele vegetale supuse*''murării. Prin decarboxilarea aminoacizilor de către bacteriile lactice se pot forma, de asemenea, mici cantităţi de C02. Astfel, s-a găsit că o suşă de L. pentoaceticus (heterofermentativ) decarboxilează arginina şi tirozină, iar suşe de L. brevis produc decarboxilarea argininei, acidului glutamic şi izoleucinei. O suşă de P. pentosaceus decarboxilează histidina la histamină.

Corelaţia dintre producţia de C02 şi fonn'area cavităţilor In castravepi muraţi. La murarea castraveţilor, în anumite condiţii în interiorul acestora apar cavităţi lenticulare, pe toată lungimea produsului, care constituie un defect de fermentaţiei în general, s-a constatat că defectul este cu atât mai pronunţat cu cât concentraţia de C0 2 în saramură, respectiv în castraveţi, este mai mare şi cu cât temperatura de fermentare este mai mare. Defectul este mai pronunţat la castraveţii mai mari şi la cei cu densitate mai mică. Prezenţa

cavităţilor în castraveţi s-a constatat atât la niveluri de C02 în saramură de suprasaturaţie cât şi de saturaţie. Apariţia defectului este dependentă şi de raportul castraveţi/saramură.

Mecanismul formării cavităţilor în castraveţi. Se cunoaşte că mezocarpul castraveţilor conţine spaţii de aer intracelulare. Cantitatea de gaze din aceste spaţii reprezintă 5 - 9% în volume (75% N2 + 20% 02 + 5% C02). Aceste gaze pot difuza în afară din castraveţii proaspeţi prin aşa-numitele stomate şi prin coaja acestora, astfel încât presiunea internă egalizează presiunea exterioară a mediului. Coeficienţii de difuzie şi de solubilitate ai C02, 02 şi N2 sunt prezentaţi în tabelul 15.11.

Tabelul 15.17Coeficientul de difuzie şi de solubilitate pentru C02, 02, N2

Coeficientul Gazul

co2o2 N2

Coeficient de difuzie:- în aer (cm^-s’1^- în apă (cm s’ ■ 10'5)

0,139 0,178 Nedeterminat

1.71 1,98 2,02

Solubilitatea în apă (g/10 g apă la 27°C) 0,1366 0,0038 0,0017

La murarea castraveţilor, saramura pătrunde prin coaja acestora şi formează, încă din prima zi, un strat de lichid în mezocarp, imediat sub coajă, care constituie o barieră permeabilă selectivă la difuzia de N2 şi C02, în funcţie de solubilitatea acestora, în stratul de lichid format în mezocarp. în consecinţă, o dată cu formarea acestui strat de lichid în castraveţi sunt „blocate” gazele ţesutului, în special N2. Având în vedere formarea de C02 şi în saramură, există un gradient de difuzie pentru C02 din saramură în castraveţi (interior). Pătrunderea C02 din saramură în castraveţi este favorizată de faptul că acesta penetrează bariera de „lichid" din stratul exterior al mezocarpului datorită solubilităţii mari a acestuia. Deoarece solubilitatea N2 în stratul de lichid este mult mai redusă (de circa 80 ori), rezultă că în interiorul castraveţilor va lua naştere o presiune egală cu suma presiunilor parţiale, pC02 + pN2, care va fi mai mare decât presiunea exterioară şi, prin urmare, ţesuturile din partea centrală vor fi rupte şi se formează cavităti (fig. 15.22).

De remarcat că la creşterea presiunii din interior contribuie şi C02-ul format chiar în castraveţi, ca rezultat al acţiunii bacteriilor lactice homofermentative asupra

Fig. 15.22. Schemă privind nivelul presiunilor din castraveţii păstraţi în contact cu aerul şi în saramură.

aminoacizilor.Pentru a împiedica apariţia defectului, s-a propus ca C02-ul din saramură să fie

purjat cu ajutorul azotului sau aerului. Prin folosirea azotului ca gaz de purjare nu se ridică probleme de modificări de gust şi de culoare şi nici nu se favorizează dezvoltarea microorganismelor aerobe, multe dintre ele fiind înzestrate cu echipament enzimatic pectolitic. Purjarea C02-ului cu ajutorul aerului este economică, dar prezintă dezavantajul că favorizează dezvoltarea bacteriilor aerobe.

Apariţia defectului mai poate fi evitată şi prin tratarea castraveţilor proaspeţi cu 02

care difuzează în interiorul acestora şi datorită activităţii respiratorii este transformat în C02 ce înlocuieşte N2 din ţesutul castraveţilor. Dioxidul de carbon, fiind solubil în lichidul interstiţial, va micşora presiunea interioară şi, deci, defectul va fi înlăturat atunci când castraveţii vor fi muraţi.

Defectul poate fi împiedicat şi dacă se realizează carbonatarea produsului concomitent cu saramurarea, adică înainte de a se forma stratul de lichid în mezocarpul exterior al castraveţilor. Dacă carbonatarea se face după 1-2 zile de la saramurare, incidenţa apariţiei defectului este mai mare. Se consideră că nivelul de C02 nepericulos este de 30 - 60 mg/100 ml.

Defectul poate fi prevenit dacă:- se prelungeşte faza de fermentaţie primară:- se evită dezvoltarea drojdiilor în faza de fermentaţie secundară;- se utilizează culturi pure de bacterii mutante de Lactobacillus plantarum,

care nu mai transformă malatul în acid lactic + C02.

FOLOSIREA ENZIMELOR ÎN INDUSTRIA ULEIURILOR Şl A ‘GRĂSIMILOR

Utilizarea enzimelor în industria uleiurilor şi a grăsimilor este foarte redusă şi se rezumă la câteva

aspecte printre care se amintesc cele prezentate în continuare.

16.1. UŞURAREA EXTRACŢIEI

Uşurarea extracţiei uleiului se realizează prin digestia pereţilor celulari cu ajutorul preparatelor enzimatice

celulazice, hemicelulazice, pectinazice, proteazice şi amilazice (aplicabile la obţinerea uleiului de palm, cocos, măsline,

rapiţă etc.).

Utilizarea preparatelor enzimatice la extracţia uleiului ar prezenta următoarele avantaje:

- ameliorarea calităţii uleiului (fără aflatoxine şi hidrocarburi policiclice condensate şi cu un conţinut ridicat de

caroteni, tocoferoli şi tocotrienoli precum şi cu aromă plăcută ca ulei brut);- diminuarea costurilor de producţie:

- poluarea mai redusă a mediului şi diminuarea riscului legat de utilizarea solvenţilor (hexan, benzină)

Aplicarea procedeului de macerare a pereţilor celulari cu preparate enzimatice este indicată în cazul materiilor

prime, în care celulele oleifere sunt înglobate într-o tramă bogată în hemiceluloze şi substanţe pectice. cum ar fi nucile de

cocos la care se recomandă următoarele condiţii: durata de macerare 1 - 2 h; temperatură 30,..50°C; pH = 5; raport

apă/albumen 3; agitare mecanică. Randamentul în ulei la presare creşte în acest caz cu '20%.

16.2. RAFINAREA ULEIULUI

Se cunoaşte că etapele clasice în rafinarea uleiului brut sunt: desmu- cilaginarea (degumarea) şi neutralizarea (eliminarea acizilor graşi liberi prin folosire de NaOH); decolorarea cu cărbune animal sau vegetal; dezodorizarea prin antrenare cu vapori de apă sub presiune redusă (1 - 3mm Hg) şi la temperatura de200...250°C.

La rafinare, bioprocedeele pot fi utilizate la diferite niveluri;- !a niveiul desmucilaginării, unde se poate realiza hidroliză enzimatică a fosfolipidelor cu ajutorul unei

fosfolipaze;- ia nivelul neutralizării, unde este posibil să se reesterifice mono- şi digliceridele cu acizii graşi liberi

prin intermediul unei lipaze, care poate acţiona în mediu neapos;- ia nivelul decolorării, unde clorofila poate fi hidrolizată cu ajutorul unei clorofilaze care eliberează

fragmentul clorofilid colorat şi hidrosolubil şi fragmentul fitol, incolor şi liposolubil. Acest procedeu ar putea fi aplicat în cazul uleiului de rapiţă, care este bogat în pigmenţi clorofilid.

în cazul uleiurilor laurice, sărace în fosfolipide şi libere în pigmenţi, se poate face dezacidifierea enzimatică în cazul unei acidităţi mărite şi anume la un conţinut mai mare de 5% acizi graşi liberi. Dezacidifierea enzimatică se poate face şi în cazul uieiului de coprah cu mai mult de 5% acizi graşi liberi. Experimentările făcute pe un ulei de palmist cu 8% aciditate liberă, prin utilizarea enzimei Lipozime- NOV0-IM-20, arată că, după 15 ore de contact cu enzimă, aciditatea s-a redus la 1,5%. Condiţiile de neutralizare cu Lipozime IM-20 au fost următoarele: presiunea 20 mmHg; cantitatea de enzimă 5,5%; temperatură 60°C; activitatea apei 0,43. (Lipozimul poate fi înlocuit şi cu papaină brută care conţine şi lipază.)

16.3. INTERESTERIFICAREA

Interesterificarea este operaţia prin care se modifică proprietăţile reologice ale grăsimilor (moliciune, plasticitate, tartinabilitate la rece) în vederea folosirii lor în patiserie, în panificaţie, pentru îngheţată, paste tartinabile, margarine. Se execută în prezent la temperatura de 100°C în prezenţa unui catalizator bazic (metilat de sodiu) şi durează ~ 30 min. Grăsimile supuse interesterificării trebuie să fie foarte bine rafinate, în caz contor, catalizatorul este rapid “otrăvit”. Interesterificarea chimică conduce la redistribuirea acizilor graşi în molecula trigliceridelor, la întâmplare (hazard total).

Interesterificarea se poate face şi regioselectiv 1-3 prin intermediul unei lipaze regioselective 1-3 care, deci, limitează distribuţia întâmplătoare a acizilor graşi în poziţii 1 şi 3 ale trigliceridelor, fără să fie afectată poziţia 2.

Avantajele folosirii bioprocedeului sunt următoarele:

- acidul gras din poziţia 2 rămâne neschimbat, ceea ce este foarte important deoarece această poziţie este ocupată de un acid gras mono- sau polinesaturat, esenţial pentru ca 2-monoglicerida formată la d'gestia intestinală să treacă prin peretele intestinal;

- formarea de gliceride cu punct de topire ridicat este evitată sau limitată în cazul interesterificării cu lipază regioselectivă;

- reacţiile enzimatice, fiind mai lente, sunt mai uşor de controlat din punct de vedere cinetic; reacţia se poate stopa în orice stadiu intermediar, deci înainte ca reacţia să fie totală, ceea ce face posibilă obţinerea de grăsimi cu proprietăţi reologice diferite;

- substraturile folosite la interesterificare enzimatică nu trebuie să fie perfect rafinate şi anhidre, aşa cum este cazul la interesterificarea chimică;

- interesterificarea enzimatică poate avea loc la temperaturi scăzute (30...60°C), ceea ce prezintă un câştig de calitate pentru grăsimea finită;

- se realizează o economie de energie, deoarece se lucrează cu substraturi brute sau insuficient rafinate şi la temperaturi scăzute.

în cazul uleiurilor laurice se lucrează cu următoarele combinaţii: 70/30 ulei de palm/ulei de cocos sau 30/70 stearină de palm/ulei de palmist. Enzimă folosită este Lipozim-ul, durata de reacţie fiind de la 30 min până la 4 14 ore.

Din datele experimentale efectuate s-au observat următoarele:- produsele interesterificate au un conţinut solid mai mic decât cel a! amestecului înainte de reacţie;- conţinutul în solid al produselor interesterificate variază cu durata de

reacţie;- la 37°C, conţinutul în solid al produselor interesterificate oscilează între

0 şi 2%. Pentru produsul realizat din amestecul 70/30 ulei de palm/ulei de cocos, nivelul de solid este nul după o oră de reacţie, iar pentru produsul 30/70 stearină de palm/ulei de palmist este de 3 - 2% la 30 min şi de 0,4% după 4 1/4 ore de reacţie.

Primul produs realizat din amestecul 70/30 este recomandat pentru mar- garinele tari, când timpul de reacţie este 30 min, şi pentru margarinele de masă. când timpul de reacţie este 4 'A ore.

Al doilea produs realizat din amestecul 30/70 este recomandat pentru margarina tare, dacă timpul de reacţie este 4 'A ore.

16.4. OBŢINEREA DE GLICERIDE CARE CONŢIN ACIZI GRAŞI CU LANŢ MEDIU (TCM)

Gliceridele care conţin acizi graşi cu lanţ mediu sunt utilizate în nutriţia copiilor născuţi prematur şi în geriatrie. Aceste gliceride se obţin uzual pe cale chimică, printr-o hidroliză a grăsimii de start (de regulă ulei de cocos), separarea fracţiunii de acizi graşi C6-C10 prin distilare, urmată de reesterificarea cu glicerol şi de purificare.

Gliceridele cu lanţ mediu pot fi obţinute şi pe cale enzimatică, folosind un preparat enzimatic cu acţiune stereospecifică în poziţia C3 a trigliceridei din uleiul de cocos, care este ocupat de un acid gras cu lanţ scurt.t. £'.?'!•. :v: i Ş ■ n - S . e;>' - ■ ■ ! r î ; ■ ,

. teo^'Şşî.co;.:’ s*>F.»r.. .*

16.5. OBUNEREA DE ACIZI GRAŞI LIBERI DIN TRIGLICERIDE.■ ;r-i .. _ ■■■—,r ~ : !■'%

Prin hidroliză totală a trigliceridelor cu lipaze, în reactoare cu funcţionare continuă, se obţin acizi graşi de calitate superioară, în comparaţie cu cei obţinuţi prin metoda tradiţională. La hidroliză enzimatică trebuie să se lucreze cu triglice- ride purificate pentru a se asigura hidroliză totală, în caz contrar lipazele pot fi inhibate.

Se poate face o hidroliză selectivă, fie regioselectivă 1-3 fie tiposelectivă (selectivă faţă de un acid gras sau faţă de o familie de acizi graşi). Se pot, de asemenea, obţine p-monogliceride pure cu o lipază regioselectivă 1-3, fiind lăsată neatinsă poziţia 2 (adică (3), care de regulă este ocupată de un acid gras mono- sau polinesaturat. Se obţin în acest fel p-monogliceride diverse, în funcţie de uleiul sau de grăsimea de start.

16.6. ESTERIFICAREA CU AJUTORUL ENZIMELOR

Se pot obţine pe cale enzimatică a-monogliceride sau digliceride 1-3 cu o lipază 1-3 specifică, având la dispoziţie acizi graşi în faza organică şi glicerol în faza apoasă (sistem bifazic). Dacă faza organică este o hidrocarbură (hexan, heptan, ciclohexan), se sintetizează numai digliceride 1-3.

Selectivitatea se datorează faptului că reacţia enzimatică are loc la interfaţă şi, dacă faza organică este clorată, a-monogliceridele formate sunt solubile în această fază organică şi, deci, vor părăsi interfaţa. în cazul în care faza organică este o hidrocarbură, în care a-monogliceridele sunt insolubile, ele vor rămâne la interfaţă şi vor suferi o a doua acilare, formându-se digliceride 1-3.

Pot fi esterificaţi monoalcooli cu acizi graşi, cu formare de ceruri. Tiolii sunt foarte uşor esterificaţi cu acizi graşi, iar glucidele sunt şi ele esterificate cu acizi graşi, dar cu randamente mai scăzute. Un ester important este cel din trifructoză şi acid oleic, cu utilizare în farmacie, cosmetică, industria alimentară (emulgator). Esterul se realizează într-un reactor continuu cu enzimă “Lipozime" în pat fix, mediul solvent fiind metil-2-butanol. Reacţia are loc la 55°C. Se obţine un randament la esterificare de 50% după trei treceri prin reactor şi după o durată de2 ore/trecere.

16.7. UTILIZAREA MICROORGANISMELOR ÎN INDUSTRIA GRĂSIMILOR Şl A ULEIURILOR

y s A . . . "i ■ ' b ’ . ~ r! y ? ‘ '

Microorganismele pot fi folosite pentru:- producţia de biomasă bogată in lipide, în special de către drojdii şi mucegaiuri care pot

înmagazina peste 45% lipide.

Drojdiile producătoare de grăsimi şi uleiuri sunt: Candida curvata (58%); Endomycopsis vernalis

(65%); Lipomyces starkey (63%); Rhodosporidium torulo- ides (66%); Trichosporum cutaneum (45%);

Cryptococcus lipofer (63%); Lipomyces tetrasporus (64%); Rhodotorula glutinis (71%); Trichosporum

pullulans (65%).

Mucegaiurile producătoare de grăsimi şi uleiuri sunt: Entomophtora coro- nata (45%);

Cuningghamella elegans (56%); Mucor albo-ater (45%); Mucor spi- nosus (47%); Rhythium ultimum (49%);

Aspergillus nidulans (51%); Aspergillus tereus (57%); Fusarium bulbigenum (50%); Penicillium liliacinum

(56%); Scle- rotinum bataticola (46%); Ustilago zeae (51%); Mortirella vinacea (66%); Mucor circincelloides

(65%); Mucor ramannianus (56%); Rhizopus arrhizus (49%); Asper- —gillus fischeri (53%); Chaetonium

globosum (54%); Geotrichum candidum (45%); Trcholoma nudum (48%).

Uleiul din drojdie are compoziţie şi proprietăţi asemănătoare cu oleonul de palm care reprezintă o

fracţiune a uleiului de palm, ce are punct de topire mai scăzut. Uleiul din drojdie poate fi fracţionat în

vederea producerii grăsimilor nehidrogenate, nelaurice. Uleiul din drojdii şi mucegaiuri conţine 80 - 90%

trigliceride. Trigliceridele produse de Candida curvata au punct de topire similar cu untul de -cacao, acizii

graşi predominanţi fiind acidul oleic, palmitic, linoleic, stearic şi pal- mitoleic;

- modificarea grăsimilor şi uleiurilor. Această modificare poate fi realizată de Candida lipolytica,

cultivată pe grăsimi şi uleiuri care sunt surse de carbon; în acelaşi timp, drojdia acumulează ulei a cărui

compoziţie este asemănătoare cu cea a substratului. Prin folosirea unui substrat de ulei de porumb şi de

ulei de cocos, Candida lypolitica sintetizează un ulei in care nivelul de acid linoleic este ceva mai redus, iar

acidul palmitoleic este în cantităţi mici;

- dezemulsionare/emulsionare. Celulele microbiene posedă proprietăţi emulgatoare datorită

membranei care este constituită din proteine, fosfolipide şi lipopolizaharide. Microorganismele ca

Zymomonas mobilis, Bacillus subtilis şi Corynebacterium fascians au HLB de 22,5; 13,2 şi, respectiv, 4, deci

pot realiza emulsii.

în plus, microorganismele produc bioemulgatori în anumite condiţii fiziologice. Aceşti bioemulgatori

se concentrează la interfaţa ulei/apă, realizând stabilitatea emulsiei.

Bioemulgatorii produşi de diferite microorganisme sunt prezentaţi în tabelul 16.1.Mc. -p ,0'0d - uifneq rJOOlis

r - • !«;• £ - î x * 7 ' ■ y .’ ' fv

FOLOSIREA PREPARATELOR B ENZIMATICE ÎN INDUSTRIA ZAHĂRULUI Şl A PRODUSELOR ZAHAROASE

Folosirea preparatelor enzimatice în industria zahărului şi a produselor zaharoase este extrem de

limitată şi, până în prezent, în stadiu experimental.

17.1. FOLOSIREA INVERTAZEI ÎN INDUSTRIA

PRODUSELOR ZAHAROASE

Invertaza se utilizează în industria produselor zaharoase în următoarelescopuri:

- pentru obţinerea siropului de zahăr invertit, cu utilizări mai importante la fabricarea de băuturi

nealcoolice, lichioruri, îngheţate, siropuri, care sunt mai stabile la acţiunea drojdiilor osmofile, din cauză că

exercită o presiune osmotică mai mare, în comparaţie cu o soluţie de zaharoză. Consecinţa prezenţei mole-

culelor de glucoză şi de fructoză, este tendinţa foarte redusă de cristalizare a siropului, deoarece

monogliceridele siropului au o temperatură de fierbere mai ridicată şi un punct de îngheţare mai coborât.

La obţinerea zahărului invertit pe cale enzimatică trebuie să se aibă în vecere că activitatea invertazei

este dependentă de concentraţia substratului, fiind maximă atunci când concentraţia soluţiei de zaharoză este

10% şi minimă la o concentraţie de 70% zaharoză în soluţie. Aceasta reprezintă un dezavantaj pentru că

obţinerea economică a zahărului invertit necesită o concentraţie de zaharoză mai mare;- pentru obţinerea fondantului utilizat ca umplutură la produsele de caramelaj. Se cunoaşte că

fondantul este un sistem eterogen format dintr-o fază solidă (cristale de zaharoză de diferite mărimi) şi o fază lichidă (formată dintr-o soluţie saturată de zaharoză cu prezenţă de glucoză sau zahăr invertit).

7.5.4. THERMAMYL 120 L TIP S

Este un preparat enzimatic de a-amilază termostabilă care se obţine din Badus licheniformis modificat genetic cu o genă provenită de la Baciilus stearo- themophilus. Thermamyl 120 L tip S este o endo-a-amilază care hidrolizează legăturile a-1,4 din amiloză şi amilopectină din amidonul gelatinizat.

Aspectul şi activitatea Thermamyl 120 L tip S este un lichid de culoare brună cu densitatea de 1,25 g/ml. Activitatea enzimatică este de 120 kNU/g. AcMatea optimă este la pH = 5 - 7 şi la temperatura de 90...95°C.

Ambalarea şi depozitarea. Thermamyl 120 L tip S se ambalează în recipiente din sticlă de 30 kg sau în recipiente din tablă de 250 kg. La temperatura de 25°C, preparatul îşi păstrează activitatea declarată > 6 luni, iar la 5°C > 1 an.

8 BIOTEHNOLOGIA OBŢINERII DROJDIEI DE PANIFICAŢIE

8.1.MATERII PRIME Şl AUXILIARE, PRECUM Şl DROJDIE PENTRU OBŢINEREA DE BIOMASĂ

»

. Melasa. Ca materie primă se utilizează melasa rezultată la procesarea industrială a sfeclei în zahăr, care are compoziţia chimică menţionată în tabelul 8.1.

Tabelul 8.1Compoziţia chimică şi unii indici de calitate ai melasei din sfecla de zahăr

Componentul/indicatorul

Minimum Maximum

Optim pentru producerea drojdiei

Conform stan-dardului din România

Substanţă uscată, % 71,0 85,0 74,0 75 minimumZahăr (polarimetric), % 40,0 54,0 46,0-50,0 45 minimumZahăr invertit, % 9,1 10,0 <1,0 1,0Rafinoză, % - 2,5 <1,0 -

Azot total, % 0,5 2,1 >1,4 >1,4Azot aminic, % 0,1 0,5 >0,3 >0,4

Cenuşă (fără Ca), % 5,0 12,0 <7,0 <12,0Potasiu (K20), % 2,0 5,0 >3,5 -

Calciu (CaO), % 0,1 1,5 <1,0 '4 _

Biotină, mg/t 30 125 200 -

S02, % 0,01 0,07 <0,05 <0,08Acizi volatili, % 0,5 1,8 <1,2 <1,2Culoare, ml iod 0,1N/ 10

100 ml melasă 2% 0,4 <2,0

PH 1000

4,950 000 8,5

<10 000 6,5-8,5 >7,0

Materiile auxiliare. Acestea sunt reprezentate de:- săruri minerale: sulfat de amoniu (NH4)2S04, NH3, fosfatul diamoni- acal, acidul ortofosforic, clorura

de potasiu, sulfatul de magneziu (MgS04-7H20), superfcsfatul de calciu, clorura de magneziu (MgCI2-H20);

- substanţe de acidulare: H2S04;- substanţe biostimulatoare: extractul de porumb, radicelele de malţ, autolizatul de drojdie,

dextrobiotina;

- apă pentru diluare şi spălşre;- substanţe antispumante: acidul oleic, acidul siliconic, octadecanolul,

poiipropilenglicolul, hidrocarburile parafinice.Burojdiile. Acestea se folosesc pentru obţinerea de biomasă care, în final, reprezintă drojdia de

panificaţie. Drojdia folosită aparţine genului Saccharomyces Meyen Rees, specia Saccharomyces cerevisiae.Tulpinile sunt selecţionate pe baza următoarelor criterii: capacitate mare de multiplicare şi fermentare Tn

’meffiî vâscoase, cu presiune osmotică ridicată; o bună capacitate maltazică; o bună capacitate de creştere a aluatului prin formarea de C02;o bună conservabilitate; o bună capacitate de aromatizare a aluatului; rezistenţă în procesul de uscare (în cazul obţinerii drojdiei de panificaţie sub forma uscată).

8.2. BIOTEHNOLOGIA OBŢINERII DROJDIEI DE PANIFICAŢIE

Biotehnologia de obţinere a drojdiei de panificaţie include următoarele grupe de operaţii:

V. pregătirea melasei de alimentare şi a soluţiilor nutritive (fig. 8.1);- multiplicarea celulelor de drojdie în generaţii succesive (fig. 8.2);

Fig. 8.2. Schemă tehnologică de multiplicare a drojdiei: m - melasă de alimentare; ac - acid sulfuric diluat; s - soluţie de săruri; w- apă; a - aer steril; as - antispumanţi.

- separarea biomasei de drojdie din plămadă şi obţinerea drojdiei presate (fig. 8.3, a);

- granularea şi uscarea biomasei de drojdie în vederea obţinerii de drojdie de panificaţie uscată (fig. 8.3, b).

a bFig. 8.3. Scheme tehnologice de obţinere a drojdiei: a - prelucrarea plămezii cu drojdie de vânzare şi obţinerea de drojdie de panificaţie presată; b - obţinerea drojdiei de panificaţie uscată activă.

Din primagrupă de operaţii se menţionează următoarele:-^depozitarea melasei în fabrică, care se face în rezervoare cu posibilitate de

omogenizare, cu ajutorul aerului comprimat cu presiune de 0,4 - 0,6 MPa şi un debit de

180 m3/h. Aerarea se face de 1 - 2 ori/24 de ore, durata unei aerări fiind de 1,5 - 2 ore;- transportul melasei, care se realizează prin pompare în secţia

de fa-- bricaţie, cu,capacitate de depozitare temporară pentru 24 de ore:

- cântărirea melasei, în vederea determinării consumului specific final, şi stabilirea diluţiilor necesare:

-ţ diluarea melasei cu apa, în raport 1:1 —> 1:3, în vederea: micşorării vâscozităţii; creşterii capacităţii de omogenizare; creşterii eficienţei de îndepărtare a pârtiei.1 ' late în suspensie;

-r corectarea pH-ului până la 4,4 - 5,5, cu H2S04;-<? limpezirea melasei, care se realizează prin decantare, centrifugare sau

filtrare;- adaos de substanţe nutritive în melasa limpezită.Din cea de a doua grupă de operaţii se menţionează obţinerea culturii de

laborator şi a celei de producţie.Obţinerea culturii de laborator. Din cultura stoc păstrată în eprubetă pe

mediu de cultură solid se însămânţează cu o ansă 1 - 5 mg biomasă pură pe un mediu natural (must de malţ cu agar) sau sintetic (geloză + extract de drojdie) într-o eprubetă care se termostatează 24 ore la 30°C, timp în care se dezvoltă o biomasă de 300 - 400 mg, cu care se însămânţează succesiv două vase cu 50 ml şi, respectiv, cu 250 ml mediu de cultură steril, care poate fi must de malţ sau mediu semisintetic. Incubarea fiecărei culturi se face la 27...30°C/24 ore. Cultura din balonul de 50 ml se trece în condiţii aseptice în cel de 250 ml, iar după alte 24 de ore, cultura din balonul de 250 ml se trece integral într-un vas Carlsberg de 5 - 6 I conţinând must de malţ sau mediu sintetic. Şi această cultură se termostatează la 26...29°C/24 ore şi serveşte la obţinerea culturii de producţiaj

La obţinerea culturii de laborator este necesar ca oxigenul să fie în cantitate redusă, iar zaharurile într-o concentraţie care să reprime metabolismul respirator.

Obţinerea culturii de producţie. Aceasta se obţine în 2-4 generaţii, folosind ca prim inocul cultura de laborator. Inocularea culturii de laborator se face într-un prim inoculator în care se găseşte mediu de cultură sterilizat şi răcit la28.. .30°C. Condiţiile de termostatare sunt28...30°C/20 -24 de ore.

Plămada de drojdie din primul inoculator se trece în alt inoculator (generaţia a ll-'a), cu capacitate mai mare, care conţine mediu de cultură sterilizat şi răcit la 28...30°C şi se termostatează din nou la 28...30°C/10 - 12 ore. Trecerea din primul inoculator în cel de al doilea se face cu aer comprimat sterilizat.

Condiţiile de cultivare pentru cele două inoculatoare sunt cele prezentate în tabelul 8.2.

Parametrul UM Inoculator generaţia I

Inoculator generaţia a ll-a

Capacitatea utilă a inoculatorului I 150 1160

Cantitatea de melasă pentru o şarjă kg 30 200

Sulfat de amoniu g/l plămadă 2-2,5 8

Antispumant ml/hl plămadă 100 100

Concentraţia iniţială a plămezii “Big 12 10

pH-ul iniţial al plămezii PH 4,3-4,8 4,5-4,8

Durata de multiplicare ore 20-24 10-12

Temperatura °C 28...30 28...30

Randamentul în drojdie cu 27% s.u. % 8-10 20-24

Concentraţia finală a plămezii °Blg 4—4,5 3,6-3,8

Concentraţia în alcool a plămezii % 4 2,5-3,0

pH-ul final al plămezii pH 4,7-4,8 4,7-4,8

în secţia de fabricaţie, de regulă, multiplicarea drojdiei are loc în trei stadii (generaţii) şi anume III, IV şi V, din care generaţiile a lll-a şi a IV-a produc drojdia de însămânţare pentru generaţia a V-a, care reprezintă şi stadiul de obţinere a drojdiei de vânzare.

Multiplicarea în generaţia a lll-a. Are loc în următoarele condiţii: se formează un mediu de cultură din 1/3 din cantitatea totală de melasă a acestei generaţii, la care se adaugă 5% sulfat de amoniu, 7,5% superfosfat de calciu şi apă pentru a se obţine o concentraţie a mediului de 6,2 - 6,5°Blg. Se aduce pH-ul la 4,2-4,5 cu H2S04 şi temperatura la 30°C şi se însămânţează cu plămada generaţiei a ll-a. Multiplicarea durează 9 ore şi în primele 5 ore de multiplicare se aduce, în porţii orare, restul de 2/3 melasă şi săruri nutritive. în timpul multiplicării se face aerarea la un debit de 45 - 50 m3/m3 plămadă şi oră. După 9 ore de fermentare, plămada are 3^5-4°Blg, o aciditate de 1,8-2,2° şi conţinutul de alcool etilic 2,5 - 3%, randamentul în biomasă fiind 30% faţă de melasă.

Plămada de la gerieraţia a lll-a este utilizată integral pentru inoculare mediu de cultură pentru generaţia a IV-a.

Multiplicarea în generaţia a IV-a Se face, după tehnologia clasică, în plămezi mai diluate şi cu o|aerare mai intensă. Multiplicarea durează 12 ore. în linul de multiplicare se adude circa 15% din melasa necesară generaţiei a IV-a, 33% din necesarul de săruri şi apa pentru a se obţine, după însămânţarea cu plămada din generaţia a lll-a, o concentraţie a mediului de 2,2°Blg şi aciditatea de 0,7°. După prima oră de multiplicare se începe alimentarea prin creştere progresivă a cantităţii de melasă şi a soluţiei de săruri minerale după programul prezentat în tabelul 8.3.

Ora Temperatura, Concentraţia, Aciditatea, Doza de Doza de

°C . . 3ig grade melasă, % săruri, %0 26 2,0 0,7 - -

1 27 1,8 0,7 2,72 3.122 27 2,0 0,8 3,89 4.174 28 2,4 0,9 5,70 6.255 29 2,7 0,9 7,28 8,356 29 2,9 0,9 9,45 9,407 30 3.1 0,9 11,70 10,40

8 30 3,3 0,9 13,62 11,509 30 3,5 0,9 15,84 5,21

10 30 3,7 0,9 7,28 3,1211 30 3,8 0,9 2,72 -

12 30 3,8 0,9 - -

13 30 3,8 0,9 - -

Plămada de drojdie din generaţia a IV-a este supusă separării centrifugale, în două trepte, cu spălare intermediară cu apă (raport apă/lapte de drojdie = 1:1). Se obţine, de la centrifugarea a ll-a, un lapte de drojdie cu 400 g/l drojdie cu 27% s.u., care se răceşte şi se depozitează la +4°C, până la însămânţare în fermentatorul pentru generaţia a V-a.

Multiplicarea în generaţia a V-a. în fermentator se aduce laptele de drojdie şi se diluează cu apă până la 10 - 12°Blg, apoi se acidulează cu H2S04 până la pH = 4,2 - 4,5, menţionându-se în aceste condiţii timp de .30 - 45 min. Se aduce apoi 13% din melasă, 17% din necesarul de săruri. Plămada are o concentraţie iniţială de 1,1°Blg şi aciditate de 0,3° (pH = 5,2 - 5,4). După o oră de multiplicare se începe alimentarea cu melasă şi soluţii de săruri, conform programului menţionat în tabelul 8.4. în timpul multiplicării se face aerarea la un debit de 100 m3 aer/m3 plămadă şi oră, cu excepţia primei şi ultimei ore, când aerarea se face la uri debit de 50 m3/m plămadă şi oră.

Tabelul 8.4Modul de lucru la genera ia a V-a (plămada de vânzare)

Ora Temperatura,°C

Concentraţia

°Blg

Aciditatea,grade

Doza de melasă, %

Doza de săruri nutritive, %

0 26 1,1 0,30 - -

1 27 0,9 0,30 2,57-3,85 4,602 27 1,1 0,30 5,14 6,003 28 1,3 0,30 7,70 7,204 29 1,4 0,35 10,25 8,605 29 1,6 0,35 12,82 10,06 30 1,8 0,45 15,40 12,07 30 1,9 0,50 17,90 14,58 30 2,0 0,50 8,95 14,09 30 2,0 0,50 2,57 6,010 30 2,0 0,50 - -

11 30 2,0 0,40 - -12 29 2,0 0,30 - -

Din grupa a treia de operaţii se menţionează următoarele:- separarea biomasei de drojdie din plămada cu drojdia de vânzare, sub

forma unui lapte de drojdie concentrat;- spălarea biomasei de drojdie cu apă potabilă în cantitatea de 4 - 8 ori mai

mare decât cantitatea de lapte de drojdie. Apa trebuie să aibă temperatura de 1,2°C;- răcirea şi depozitarea laptelui de drojdie concentrat la temperatura

de3.. .4°C. Depozitarea se face în rezervoare prevăzute cu agitator;

- filtrarea laptelui de drojdie concentrat în filtru-presă sau în filtre rotative;- malaxarea biomasei în malaxoare, pentru îmbunătăţirea consistenţei şi

culorii, putându-se adăuga mono- sau digliceride, lecitină, sorbanţi;- modelarea şi ambalarea drojdiei presate în calupuri de 10, 25, 100, 250,

500 şi 1000 g cu hârtie parafinată sau sulfurizată cu filtru de celofan.Operaţiile din grupa a patra se referă la cele de obţinere a drojdiei de panificaţie

uscată-activă, şi anume:- granularea biomasei de drojdie care se face cu ajutorul granulatoarelor sau

extruderelor ce lucrează la temperatura de 30°C;- uscarea biomasei granulate la taer= 40...50°C.

9------------^ FOLOSIREA ENZIMELOR Şl

MICROORGANISMELOR ÎN INDUSTRIA VINULUI

9.1. PRINCIPALELE ENZIME DIN MUSTURI Şl VINURI

Enzimele din musturi şi vinuri provin din materia primă - strugurii, dar la echipamentul lor enzimatic mai intervin cu enzime:

- drojdiile care participă la fermentaţia mustului {drojdii de contaminare şi

selecţionate);- mucegaiurile de infecţie a culturilor

avariate, în special Botryotinia\- bacteriile, în principal cele care

produc fermentaţia malo-lactică.Enzimele proprii strugurilor din

drojdii şi bacterii sunt descrise în conti-nuare.

Oxidoreductazele sunt mai concentrate în părţile solide ale boabelor de struguri (pieliţa şi pulpa), ceea ce explică diferenţele de calitate între vinurile provenind de la aceiaşi struguri, dar la care mustul s-a obţinut prin presare la presiuni diferite. Oxidoreductazele din struguri (cele care au grupare heminică- citocromozidaza, peroxidaza, catalaza; cele care conţin cupru ,sau mangan-tiro- zinaza, catecholoxidaza, p-difenoloxidaza, lacaza; ascorbatoxidaza) sunt inactivate la temperaturi mai mari.de 70°C, iar S02 inhibă oxidoreductazele la nivel de 50 - 100 mg/l. Acţiunea S02 se corelează cu cantitatea de chinone din must, care se formează sub acţiunea polifenol-oxidazelor asupra fenolilor în prezenţă de 02, în momentul zdrobirii strugurilor. Aceste chinone sunt reduse de S02 aproape instantaneu şi în acest fel se protejează oxidoreductazele.

O serie de oxidoreductaze sunt proprii drojdiilor şi bacteriilor, fiind implicate în procese fermentative (triozofosfatdehidrogenaza, alcooldehidrogenaza, lactatde- hidrogenaza, malicdehidrogenaza, acetaldehiddehidrogenaza etc.).

Prin urmare, la stabilirea dozelor de S02 trebuie să se cunoască concentraţia chinonelorîn must.

'

i o !

Oţetul de fructe. Oţeturile de fructe stint obţinute ţ)i^i^SiTiMţaţiş|acetică a unor soluţii alcoolice obţinute din fructe. Cel maţ popular jŞh^us*fi§*âj^t'tip este otetul de mere, care are o culoare galbendeschisăşi oarorfîă specrfî®': • ! -

.. _ . . ; . f Oţetul de orez. Se fabrică în Asia, din lichide hidroalcoolice obţinute prin fermentarea alcoolică a unor plămezi de orez, uneori chiar,ş^n^rachiu de orez. Metodele tradiţionale folosesc fermentaţia acetică lentă, dar,ay;fost dezvoltate şi procedee submerse. i ^

- ■/..i ' ■" ■ - Oţetul din spirt. Este denumit uneori şi oţet alb. Se .obţine prin:fermentaţia

acetică a unor substraturi obţinute prin diluarea spirtului şi adăugarea unor nutrienţi. în mod normal, acest tip de oţet este incolor şi nu are' aromjŞL, 5

Oţetul balsamic. Este un produs special, fabricat printr-o tehnologie particulară care porneşte de la mustul de struguri. Imediat după începerea fermentaţiei alcoolice a mustului (la aproximativ o zi de la presare), acesta este concentrat prin evaporare până când volumul se reduce la o treime din cel iniţial. -Tri continuare acest substrat este supus unor fermentaţii alcoolice şi acetice concomitente şi foarte lente. în acest timp, soluţia este trecută succesiv prin butoaie din lemn de diferite esenţe. Procesul durează între 5 şi 12 ani, uneori mai mult, Produsul are un conţinut ridicat de substanţă uscată, o aromă specială şi o tărie acetică de6 - 1 5 grade. Indicii compoziţionali ai oţetului variază foarte mult în funcţie de ma-teriile prime folosite şi tehnologia adoptată. Caracteristicile unor tipuri comerciale de oţet de fermentaţie sunt prezentate în tabelul 10.3, împreună cu caracteristicile „oţetului" sintetic.

■ c — . * ' ■_____

:._?^eţSŢ ;̂.!,2î̂ .:g3. ;--r . • ‘ : '«B*",' 'i \ ., ‘ U- .._______: '■■•.-..-■: ____..■ ■ .~r ■' ______

UTILIZAREA ENZIMELOR Şl A MICROORGANISMELOR ÎN INDUSTRIA CĂRNII

-i ,v- *ii':‘ ’• £• \ i ’ i-: j'i'iC * -'_•■■

' •• ----- ......................................................... 'v’............ "

11.1. ENZIMELE PROPRII TESUTULUI MUSCULAR Şl IMPORTANTA LOR ÎN PROCESUL DE RIGIDITATE Şl MATURARE A CĂRNII

în transformarea ţesutului muscular în carne, cu proprietăţi senzoriale care

o fac aptă de consum (frăgezime, suculenţă, savoare), acesta parcurge trei stadii.

Stadiul de prerigiditate începe imediat după sacrificarea animalului, prin întreruperea circulaţiei sanguine (sângerare), structurile vii ale muşchiului continuând să funcţioneze pentru un anumit timp în vederea obţinerii homeostaziei. Acest stadiu se caracterizează prin contracţii persistente ale ţesutului muscular, datorită excitaţiilor nervoase. Durata acestui stadiu coincide, în fapt, cu durata în care sistemul nervos încă mai acţionează (20 - 30 min în cazul ţesutului muscular de bovină).

Stadiul de rigiditate se instalează complet după 1 9 - 2 4 de ore de la sacrificare, dacă temperatura de păstrare este de ~15°C. Activitatea ţesutului muscular în acest stadiu depinde de rezervele sale energetice capabile să regenereze ATP (fosfocreatină, glicogen). La întreruperea alimentării cu oxigen a muşchiului, datorită sângerării, potenţialul redox al ţesutului muscular scade ce la 250 mV la -50 mV. Calea de sinteză a ATP-ului prin ciclul Krebs şi fosforiiarea oxidativă sunt anulate şi, în aceste condiţii, ATP-ul este încă sintetizat pe seama fosfocreatinei, apoi pe calea glicolizei, însă această sinteză este mult mal lentă decât hidroliză ATP-ului de către ATP-ază.

Prin hidroliză ATP-ului se eliberează fosfat anorganic şi pH-ul scade până la valori de 5,4 - 6,0, în funcţie de tipul de muşchi. Muşchii roşii se vor contracta mai lent şi acidifierea lor va fi mai puţin importantă, ATP-aza lor fiind inhibată la pH < 6,0. Glicoliza care se opune dispariţiei ATP-ului se va opri când:

- enzimele glicogenolizei şi ale glicolizei vor fi inhibate datorită acicifierii ţesutului muscular;

- dispare AMP-cofactor, necesar anumitor enzime ale glicogenqlizei. înacest caz pot să rămână rezerve de glicogen în muşchi, chiar, dacă tiu s^a atinspH-ul ultim; ^ _ u

- muşchiul este carenţat în glicogen, în care caz pH-ul ultim rămâne lavalori ridicate (cazul animalelor care în momentul sacrificării, au rezerve mici deglicogen).

Datorită faptului că reticulum sarcoplasmatic nu mai reţine Ca2+, concentraţia acestuia în miofibrile creşte, ceea ce antrenează o activare a miozin- ATP-azei care scindează ATP-ul cu rol plastifiant, adică, care menţine miozina separată de actină, iar cele două proteine se vor combina ireversibil în complexul actomiozinic.. _____Legătura dintre miozină şi actină este intensificată şi prin scăderea pH-ului.Se ajunge la o structură de tip gel, compactă, cu capacitate de reţinere a apei redusă. Viteza de scădere a pH-ului va fi direct proporţională cu activitatea de hidroliză a ATP-ului, adică cu activitatea ATP-azică a muşchiului, activitate care, la rândul ei, este sub dependenţa concentraţiei ionilor de calciu din sarcoplasmă (activată la > 10‘6 M Ca2+>. Temperatura de păstrare a cărnii postsacrificare influenţează, de asemenea, viteza de scădere a pH-ului. La temperaturi până la10,. .12°C, viteza de scădere a pH-ului este mai redusă, deoarece se încetineşte viteza de hidroliză a ATP-ului, în timp ce sub 10°C are loc o accelerare a hidrolizei ATP-ului şi, deci, a scăderii pH-ului.

Amplitudinea scăderii pH-ului, măsurată prin valoarea pH-ului ultim, va fi dependentă de:

- capacitatea tampon a ţesutului muscular care, la rândul său, este în funcţie de caracteristicile metabolice ale muşchiului: muşchii albi au o capacitate de tamponare mai mare decât cei roşii, capacitatea de tamponare este proporţională cu cantitatea de acid lactic produsă, respectiv cu cantitatea de glicogen degradată;

- rezervele de glicogen în momentul sacrificării şi, mai precis, de potenţialul glicolitic PG care se determină cu relaţia:

PG = 2(glicogen) + (glucoză 6 P) + acid lactic.

Un potenţial glicolitic mic în momentul sacrificării conduce la cărnuri DFD, iar potenţialul glicolitic ridicat conduce la cărnuri PSE. Un caz particular îl reprezintă cărnurile provenite de la porcinele din rasa Hampshire, care au un potenţial glicolitic foarte ridicat.

Potenţialul glicolitic este influenţat de stresul antesacrificare, care acţionează prin două mecanisme:

- secreţia de catecolamine şi corticosteroizi, care provoacă prin inter-mediul AMPc o activare a glicogenolizei în muşchiul în repaus, ceea ce înseamnă

o mobilizare a rezervelor energetice incluâiv glicogen;

- contracţiile musculare datorită mişcărilor animalului, care provoacă o creştere a nivelului de Ca2+ intracelular, care intervine în activarea catabolismului glicogenului pentru satisfacerea nevoilor mărite ale muşchiului. Muşchii cu poten- ţial-glicolitic redus (muşchii roşii lenţi) vor fi mai mult afectaţi de stres decât muşchii roşii rapizi (tip II A), care au un potenţial glicolitic mai mare. Muşchii albi rapizi vor fi cei mai afectaţi de stres, deoarece calea de regenerare a ATP este în principal glicoliza, capacitatea aerobică a celulelor fiind foarte rapid depăşită. Stresul de abatorizare.'(e(ectronarcoza .şi zbaterea animalelor până la sângerare) este însoţit de contracţii musculare, ceea ce contribuie la creşterea vitezei de hidroliză a ATP-ulur;<ijnlmuşch® care; intră progresiv îţi anaerobioză şi la ' care viteza de acidifiere va'fi mărită.

în concluzie; amplitudinea scăderii pH-uluieste diferenţiată în funcţie de tipul de muşchi care se caracterizează printr-un conţinut diferit de: ATP; PC (fosfocreMfflat;'^ii^§en?fMuşchii de tip II, mâi1 Bogaţi în compuşi menţionaţi decât cei de tip l3Vor avea un: ultim pH de 5,4-5,7., ar cei de tip I un pH ultim apropiat de 6,0, îri:c&nâiţiile:în'care animalele (bovîneFovifle, porcine) sunt bine hrănite.l f-' Reiultă^rigiditatea musculară; care se caracterizează prin:

- ’ d'-.. radărea compuşilor rriacroergici (ATP şi PC) şi a glicogenului;

evoluţia pH-ului ca o consecinţă, în principal, a glicolizei anaerobe şi, corefat cufaplasta,^modificarea activităţii ATP-azice şi a nivelului de Ca2* din reticulul sârcoplasmatic; - ■ ..?■

-•* » formarea complexului actomiozinic;- modificarea capacităţii de reţinere a

apei, care devine minimă;- formarea de amoniac.Toate aceste modificări vor conduce la o

carne cu o duritate excesivă, deci lipsită de frăgezime şi fadă (fără gust şi miros specific), deci neacceptată de consumatorul avizat.

Stadiul de maturare are loc la păstrarea cărnii în stare refrigerată şi va conduce la îmbunătăţirea principalelor caracteristici senzoriale ale cărnii: frăgezime, consistenţă, suculentă, aromă (gust şi miros), culoare.

Maturarea începe o dată cu rezoluţia (terminarea) rigidităţii şi este o consecinţă a două mecanisme dependente de temperatură şi care acţionează sinergetic. Cele două mecanisme care intervin în maturarea cărnii sunt: enzimatic şi fizico-chimic.

Mecanismul enzimatic. Este realizat de enzimele proteolitice intracelulare menţionate în tabelul 11.1.

Tabelul V .1Sistemele proteolitice prezente în ţesutul muscular

Familia de enzime proteolitice

Enzimă Localizăricelulare

PHoptim

Factori de reglareIn vivo Postsacrifî-

careCalpaine Calpaina I (n)

Calpaina II (m) Calpaina p94

Citosol 7,0-7,5 Ca2+

CalpastastinăCaz+

CalpastatinăPH

Catepsine Catepsina D Catepsina B Catepsina L Catepsina H

Lizozomi 4,0-6,0 Inhibitori specifici Inhibitori e; ■ berare în citosol

Proteosom Citosol 7,0-8,0 Inhibitori Inhibitori

Din tabelul 11.1 se poate obsen/a că principalele enzime proteolitice ce intervin în maturarea cărnii sunt cele prezentate în continuare.

Proteinazele neutre activate de Ca2+ (calpainele). Sistemul proteinazic, ce- pendent de Ca2+ şi de grupările tiolice libere, este activ la pH neutru şi este format din două enzime principale:

•.........—■■ calpaina I sau (i-calp^rtă ((x- pentru neceşarufde Oă2+), care1 necesită50^*1(M3 jlM Ca2t;^enţru activitate5a sa maximă; «o»- wn.-^Wr-

- 'câlpâinS iPsau molpaîna (m-pentru necesarul de Ca2+j, care necesită1 - 2,mlVl.Ca24.pentru activitatea m a x i m ă . . . „ ’ . Â “

Calpainele sunt localizate în citosol (sarcoplasmă) şi la muşchiul de vită sunt inactive, datorită concentraţiilor reduse de Ca în sarcoplasmă (muşchiul în repauşdare 10^ M Ca2* iar în contracţie 10'4 M Ca2+). în muşchiul postsacrifica- re, când nivelul :,de: AŢ,P ,se reduce şi rigiditatea, începe să se instaleze la pH = 6,0 -6,2, fiind completă la pH = 5,5 (la o evoluţie normală a pH-ului), când nivelul ATP este. aproape nul, are loc o eliberare de Ca2* din reticulum sarco- plasmatic longitudinal (RLS) şi mitocondrii, care se acumulează în sarcoplasmă (mi^ăMuf^n repaus a r e ' M . Ca?*,, iar în contracţie., 1 oV M .Ca2*)... în muşchiul pdistsacrificire, când nivelul de ÂTP se reduce şi rigiditatea începe să se instaleze la pH = 6,0 - 6,2, fiind completă la .pR = 5,5 (la o evoluţie normală a pH-ului), când nivelul ATP este aproape nul, are loc o eliberare de Ca2+ din reticulum sarco- plasmatic longitudinal (RLS) şi din mitocondrii, care se acumulează în sarcoplasmă la niveluri care promovează activarea calpainelor.

Fig. 11.1. Modelul de activare şi acţiune a calpainelor.

scade, activitatea proteolitică a calpainelor se diminuează, fiind mţmrftiFîa pH - 5,0 (calpainele se inactivează datontă acidităţii) " [ ,

în legătură cu ^acţiunea calpainelor avem de-a _ f a c e s i t u a ţ i e contradictorie: pH-ul scăzut favorizează nivelul de calpaine liberer dâYjşf^aiSfeiaşi timp, reduce activitatea lor. Având în vedere că pH-ul optim de acţiune a calpainelor libere este > 6,5, rezultă că aceste enzime au o acţiune proteolitică în primele ore postsacrificare a cărnii cu acidifiere normală, ele acţionând mai eficient în cazul cărnurilor DFD.

în fig. 11.1 şe prezintă un model de activare a calpainelor şi a acţiunii defrăgezire a cărnii.

Calpainele degradează troponina T, desmina (localizată circular la discul Z) şi mai puţin actinina, troponina I şi titina (a-conectina). Prin degradarea troponinei T s-au pus în evidenţă două proteine cu masă moleculară 30 kDa şi, respectiv, 27 kDa. La degradarea a-conectinei - proteină filamentoasă care leagă filamentele subţiri de actină de linia Z şi poziţionează filamentele groase în centrul sarcomerului şi care are masă moleculară de 2800 kDa - se pune în libertate p-co- nectina (masa moleculară 2100 kDa şi

Timp postsacrificare [zile]

Calpainele activate se . pot complexa de inhibitorul calpastatină, complexa re care este dependentă de pH. La pH = 7,0, -circa 85%'din calpaine sunt complexate de inhibitor, iar, pe măsură ce pH-ul. scade, cpmplexarea se. reduce (la pH = 5,5 se complexează numai 3% din;.niyeluj;iniţialide calpaine). Decl in timpul transformării muşchiului în came, proporţia de calpaine libere.activate creşte de la 15 la 97% din totalul de calpaine activaţerCalpainele. libere acţivaţe gothidroliza inhibitorul (calpastatina) care astfel îşi pierde capacitatea de complexare.'la 24ds ore postsacrificare nivelul de .cajpsiştafină. nehidrojizată.irej^^^^'^drt^3k0% din

un peptid cu masa moleculară 1200 kDa, fig. 11.2).

Peptidul 1200 k.Da rezultă din partea de a-conectină care se uneşte cu linia Z.

Proteazele lizozomiale. Sunt

localizate în lizozomi şi au activitate maximă la pH = 4 - 6, fiind reprezentate de catepsinele B, D, H, L, cea mai activă fiind catepsina D atât faţă de miozină cât şi de actină. Catepsinele B, L, H slăbesc ţesutul conjunctiv atunci când ajung în spaţiul extra- celular (în afara fibrei musculare). Glicozidazele lizozomiale facilitează acţiunea catepsinelor în degradarea componentelor fundamentale ale ţesutului conjunctiv. Activitatea catepsinelor B şi L reprezintă ~ 50% din activitatea totală a catepsinelor şi există întotdeauna un exces de catep- sine fată de inhibitori.

Fig. 11.2. Modificările postsacrificare ale conectinei: a - a-conectină; b - |3-conectină;

c- peptidul de 1200 kPa.

326 BIOTEHNOLOGII ÎN INDUSTRIA ALIMENTARĂ

Timp postsacrificare [h]

Fig. 11.3. Modificarea postsacrificare a presiunii osmotice şi a pH-ului în funcţie de timp.

Sistemul multifuncţional (proteozom, macropain, prosom). Este caracterizat prin protein-enzime cu masă moleculară mare, având o structură cuaternară complexă formată din subunităţi cu masă moleculară mică, neidentice, numărul de subunităţi fiind :> 8- 10. Acest sistem este activat de ATP şi degradează, în principal, proteinele sarcoplasmatice, optimul de activitate fiind la pH = 7 - 8.

Mecanismul fizico-chimic al maturării. Acest mecanism este controlat de presiunea osmotică a ţesutului muscular, care creşte de la 270 - 300 mOsmoli, cât reprezintă valoarea fiziologică, până la 500 - 600 mOsmoli, valoare atinsă în plină rigiditate şi care se menţine şi la maturarea cărnii. Această creştere a presiunii osmotice este consecinţa acumulării în sarcoplasmă a substanţelor cu masă moleculară mică (ioni, peptide, âminoacizi, acid lactic).

în funcţie de muşchi, presiunea osmotică finală corespunde unei creşteri a pulberii ionice co-respunzătoare unei concentraţii de

0,25 - 0,3 M, concentraţie care este suficientă pentru a cauza modificări importante la nivelul structurii con- tractile şi, deci, de a facilita în acest fel acţiunea enzimelor proteolitice en-dogene (fig. 11.3).Există, deci, un sinergism între presiunea osmotică şi acţiunea proteinazelor. Există, de asemenea, o corelaţie între osmolaritate, tipul de muşchi şi viteza contracţiei musculare evidenţiată prin valoarea activităţii

ATP-azice.în concluzie, sub acţiunea enzimelor proteolitice şi a presiunii osmotice se slăbeşte

structura contractilă a fibrei musculare, prin slăbirea liniei Z, slăbirea interacţiunii dintre miozină şi actină, prin degradarea a-conectinei, rezultatul fiind o îmbunătăţire a frăgezimii cărnii.

11.2. CORELAŢIA DINTRE ACŢIUNEA ENZIMELOR PROTEOLITICE Şl FRĂGEZIMEA CĂRNII

Frăgezimea cărnii (rezistenţa opusă la masticaţie) este determinată de specie, rasă, vârstă, starea de îngrăşare, tipul de muşchi şi gradul de maturare al cărnii (acţiunea enzimelor proteolitice) aşa cum se prezintă în fig. 11.4. Momentul în care s-a făcut refrigerarea sau congelarea, modul în care s-a executat răcirea (în carcasă sau pe porţiuni anatomice) influenţează, de asemenea, frăgezimea cărnii.

:: r ^S'-Estf^hipamiriffiSenzimătic (&ni»ritră^de?4rfeirne proteolitice este mai mare la carnea de pasăref "■ iW*** «' « « f

,'h- C'ţjrv.i;t 6fra jgn i AC 5,‘ î , ̂ ' ?î r,u~- conţinutului in inhibitori ai prdteăzeior (concentraţia'de calpastatină este mat

mare în carnea de Vită şi de porc);; ■ - - , , ,v - ■f , - "sensibilităţii 'prqteineior 'contractile la enzimele/proteolitice (miofibrilelecărnii de pasăre ŞL calpaine decâtmiofibrilele cărnii de vită)£1 j, ,

î Aceste diferenţe depind, în fapt, de caracteristicile metabolice şi contractile ale, muşchiului. Rrin trecerea de la muşchi cu contracţie, lentă şi metabolism oxidativ (muşchi de vită) lă muşchi de culoare albă, cu contracţie rapidă şi metabolism glicolitic (muşchi de pui), viteza relativă de maturare creşte.

Vârsta. înaintarea în vârstă atrage după sine modificări în cele două structuri care determină frăgezimea: colagenul şi miofibrilele. Referitor la colagen, conţinutul acestuia va fi în funcţie de specie, rasă, sex, vârstă, muşchi şi tip de muşchi. Dacă conţinutul de colagen nu se modifică semnificativ cu vârsta, se modifică în schimb calitatea acestuia, în sensul că fibrele de colagen devin mai termostabile, ca urmare a creşterii numărului de legături intermoleculare cu rezistenţă mare la căldură şi cu rezistenţa mecanică ridicată.

în plan biochimic, interesează şi raportul dintre izoformele 1,'şi 3 ale colagenului, izoforma 3 fiind mai sensibilă la acţiunea proteazelor endogene. ;La nivelul fibrei musculare, în funcţie de vârstă are loc o evoluţie a>metabolismului spre cel oxidativ, respectiv o diminuare a vitezei de contracţie? caracteristică muşchilor roşii. Astfel, durata de maturare la +4°C este de 5 zile: la carnea de viţel şi de 11 zile la carnea de bovină adultă. în cazul cămii de porc şi'de pasăre, vârsta are o, influenţă substanţial mai redusă asupra vitezei de maturare.

Sexul. Sexul influenţează conţinutul de colagen şi gradul de ,£eticulare al acestuia. Astfel, femelele au un conţinut de .colagen..'jTiai ,ni).ic;.$£juri grad "ide reticulare mai redus în comparaţie cu masculii castraţi sau nedâştraţi. Sexul influenţează în principal tipul de muşchi. Carnea femelelor şi a masculilor castraţi prezintă un procent mai mare de fibre albe, cu metabolism glicolitic, decât masculii necastraţi. " ' 1 'r%' -•* ■ '

... influenţa sexului opus asupra tipului de fibre este asemănătoare cu cea a agenţilor anaboiici care fac să crească nivelul de miozină izoformă lentă în detrimentul izoformei

Fig. 11.4. Intercorelaţia dintre factorii biologici care pot influenţa duritatea miofibrilară şi colagenică a cărnii (după Ouali ş.a., 1993).

rapide, ceea ce va conduce la micşorarea frăgezimii.Rasa. în general, frăgezimea cărnii este mai bună când provine de la rasele

perfecţionate pentru producţia de carne (cu masă musculară mare). Şi în acest caz, diferenţele de frăgezime sunt puse pe seama tipului de fibre care sunt în procentaj mai mare de tip contractil/glicolitic, la animalele hipermusculare (animale pentru producţia de came). Pentru animale din aceeaşi rasă, vârstă, sex, există diferenţe de frăgezime a cărnii de la animal la animal.

Tipul de muşchi. Pentru acelaşi animal, evoluţia maturării este dependentă de tipul de muşchi care se caracterizează prin conţinutul în proteine sarcoplasmatice, miofibrilare, enzime proteolitice, inhibitori ai enzimelor proteolitice, viteza contracţiei, felul metabolismului, conţinutul în fier (deci conţinutul în mioglobină). Muşchii pot fi clasificaţi în:

- muşchi de tip I (contracţie lentă, foarte roşii, metabolism de tip oxidativ);- muşchi de tip II B (contracţie foarte rapidă, culoare aproape albă, metabolism

glicolitic);- muşchi de tip II A (contracţie rapidă, culoare roşie, metabolism mixt şi anume

oxidativ-glicolitic);- muşchi de tip intermediar, care sunt puţin definiţi, fiind consideraţi intermediari

din punct de vedere al contracţiei şi metabolismului, culoarea lor fiind roşie.ca la muşchii de bovină.

Muşchii de tip II A şi II B sunt cei mai fragezi după 8 zile de conservare în stare refrigerată, urmaţi fiind, în ordine, de muşchii de tip I. Muşchii cei mai duri sunt cei intermediari. De regulă, muşchii care se contractă rapid se maturizează rapid, urmaţi în ordine de cei care se contractă ient şi de muşchii intermediari. Muşchii cu viteza mare de contracţie prezintă un nivel mai scăzut de inhibitori ai calpainelor.

Atât proteinele miofibrilare cât şi cele sarcoplasmatice vor suferi o proteoliză mai mare în muşchii de tip II şi una mai redusă în muşchii de tip I. La muşchii de tip II şi presiunea osmotică este mai mare (550 - 580 mOsmoli) decât la cei de tip I (450 - 480 mOsmoli).De remarcat că în timpul evoluţiei muşchiului către carne (stadiul de rigiditate şi maturare), evoluţia frăgezimii este paralelă cu evoluţia biochimică a sistemului miofibrilar, dar nu şi cu cea a sistemului conjunctiv. în timpul rigidităţii şi maturării, duritatea de bază a cărnii dată de ţesutul conjunctiv rămâne constantă, în timp ce duritatea miofibrilară merge paralel cu evoluţia biochimică, adică atinge un maxim de duritate în plină rigiditate, după care duritatea scade în timpul maturării cărnii (fig. 11.5 şi 11.6)

11.3. CORELAŢIA DINTRE EVOLUŢIA BIOCHIMICĂ, CONSISTENŢA Şl SUCULENTA CĂRNII

j

Fig. 11.5. Evoluţia durităţii muşchiului Lon- Fig. 11.6. Evoluţia durităţii ţesutuluigissimus dorsi de bovină în cursul păstrării: muscular la diferite animale (bovine).

P- perioada de prerigiditate; RM- perioada de rigiditate.

Consistenţa cărnii. Este determinată de vârsta animalului şi de grad'-! de îngrăşare. Astfel, carnea animalelor tinere este mai puţin consistentă decât a animalelor adulte, după cum carnea grasă are o consistenţă mai fină decât cea slabă, în care există mai mult ţesut conjunctiv între fasciculele de fibre musculare sau între diferiţi muşchi. Carnea perselată (grăsimea este districuită intramuscular) este mai consistentă decât cea marmorată (grăsimea este distribuită între muşchi).

Consistenţa cărnii este determinată şi de starea biochimică a ţesutului muscular postsacrificare. Imediat după sacrificare, consistenţa cărnii este moale dar elastică. Carnea intrată în rigiditate are consistenţă fermă, iar cea maturată are, de asemenea, o consistenţă mai moale.

Suculenta cărnii. Este determinată de capacitatea de reţinere a ape: suc intracelular şi interfascilar) precum şi de grăsimea intramusculară. Suculenta cărnii depinde, deci, de specie, rasă, vârstă şi de starea de îngrăşare a animalului de la care provine carnea. Animalele tinere dau o carne mai suculentă decât cele ac uite, datorită fineţii fibrelor musculare şi cantităţii mai mari de apă. Carnea de porcine este mai suculentă decât cea de bovină şi de oaie. Suculenţa cărnii de bovină şi de oaie este cu atât mai mare cu cât gradul de marmorare şi.serselare este mai avansat. Suculenţa depinde şi de tipul de muşchi, acesta crescând o dată cu intensitatea metabolismului oxidativ. Suculenţa creşte şi o dată cu creşterea gradului de maturare. La masticaţie, prima impresie a suculentei este determinată

11.5. FRĂGEZIREA ~:HFICIALĂ A CĂRNII

Frăgezirea artificiale a car- r-na.-'.â interes numai pentru carnea de vită, deoarece cărnurile de porc de oa.e : asăre sunt suficient de fragede, întrucât

provin de la animale şi păs§n- foe~r Frăgezirea artificială se impune maiales pentru porţiunile anatomice care conţin cantităţi mai mari de ţesut conjunctiv, respectiv pentru cărnurile de calitatea a ll-a şi a lll-a. ' ?,:«V; "" ' 3■■ ‘ "

11.5.1. METODE DE FRĂGEZIRE (TENDERIZARE)A CĂRNII

Pentru frăgezirea cărnii (tenderizare) se pot utiliza următoarele metode:— mecanice: maşini cu ace sau lame care dezorganizează ţesutul

conjunctiv şi muscular;— fizico-chimice: injectare de NaCI sau CaCI2, care activează

calpainele -dependente de calciu;— termice: tratament termic moderat la 55...57°C, care activează acţiunea unor

enzime endogene;— enzimatice: acţiunea unor enzime proteolitice exogene.

11.5.2. UTILIZAREA ENZIMELOR PROTEOLITICE EXOGENE

Ameliorarea frăgezimii cărnii cu ajutorul enzimelor proteolitice este promiţătoare, însă legislaţia actuală limitează folosirea enzimelor proteolitice de origine baderiană şi utilizarea sărurilor de frăgezire care conţin papaină, ficină, bromeiină. Experimental s-au folosit şi enzime proteolitice din mucegaiuri (Aspergillus) şi diverse bacterii precum şi tripsină pancreatică.

Reactivitatea lor faţă de constituenţii majori ai ţesutului muscular este prezentată în tabelul 11.2.

Enzimele proteolitice exogene pot fi folosite sub forma de săruri de frăgezire, sub formă de soluţii lichide injectabile animalului antesacrificare sau în carne postsacrificare.

Sărurile de frăgezire. Sărurile autorizate conţin papaină la nivel de 30 g/kg sare de bucătărie şi sunt utilizate în gospodăria individuală. Prezenţa suportului de NaCI permite o mai bună difuzie a enzimei în carne şi o slăc.re parţială a structurii proteice a acesteia.

Activitatea catalitică a sărurilor de frăgez.'e este sîabă, dacă este păstrată la rece carnea tratată, dar dev;ne maxima ia începutul tratamentului termic, fiind optimă la 40,..50°C în cazul pspainei. Paoa -a este inactivată la 75.. .80°C.

Injectarea antesacrificare a preparatelor enzimatice. Primul proceceuaplicat a fost denumit „ProTen” şi a constat în injectarea în vena jugulară a bovinelor, cu 10-

30 min înainte de sacrificare, a unei soluţii de papaină ce concentraţie de 5% (papaină inactivată solubilizată în ser fiziologic). Cantits'ea injectată este de 1 - 3 mg/kilocorp viu, în

funcţie de puritatea preparatului enzimatic. Inactivarea prealabilă a enzimei prin oxidarea grupării tiol a restului ce cisteină care constituie situsul enzimei, este indispensabilă, deoarece enzimă activă poate cauza animalului un stres sever la nivel respirator Enzimă es‘e activată în organismul animal sub acţiunea substanţelor reducătoare şi a căldurii animale..Pupă sacrificare, carcasele sunt prelucrate normal, însă durata maturării se reduce cu un factor de 2 - 5 zile, în loc de 10 - 12 zile pentru carnea de bovine. Injectarea antesacrificare antrenează o acumulare de enzime în ficat şi în rinichi, care se autolizează mai repede postsacrificare, cu degajare de miros neplăcut.

.. Tabelul11.2Enzimele proteolitice pentru frăgezirea enzimatică a cărnij^i'performanţele lor

Enzimă . r;u uz • ffi 30:4 - •• • «. < ■;' . i: *' '

T. y £ Originea;j Uî'.,' O ţji

Eficacitatea de degradare

Eficacitatea de frăgezire

Miofibrilă Colagen Muşchi bogat în ţesut conjunctiv

Alţimuşchi

Papaină Vegetală Caryca papaia

++++ ± _ +++

Ficină Ficus comosus +++ ± - • ++

Bromeiină Ananas + ++ ++ +

ColagenazăColagenază

ProtomesenterinăProtsubtilină

BacteriiCI. histolyticum Achromobacter iophagus B.

mesentericus B. subtilis

++

++

++++

++++

++++

++++++++

Proteasa Asp. Mucegaiuri A. oryzae

++ _ _ ++

TripsinăPancreatină

AnimalăPancreasPancreas

++++++

±±

_ ++++++

Injectarea cărnii postsacrificare. Această metodă este mai eficace sub aspect tehnologic, dar difuzia enzimei în ţesutul muscular necesită şi o frăgezire mecanică, injectarea se face cu soluţii enzimatice cu concentraţia de 0,1 - 0,001%, în funcţie de mărimea muşchiului, durata de contact şi eficacitatea enzimei.

11.6. ALTE UTILIZĂRI ALE ENZIMELOR ÎN INDUSTRIA CĂRNII

Preparatele enzimatice se mai folosesc în industria cărnii: pentru deco- lorarea enzimatică a sângelui, degresarea oaselor destinate fabricării gelatinei; recuperarea cărnii de pe oase; prelucrarea pieilor, îndepărtarea părului de la porcine.

11.6.1. DECOLORAREA ENZIMATICĂ A SÂNGELUI -. v,„. .......... . ,,, ■ ...... Y>;

Se cunoaşte că la separarea centrifugală a sângelui integral stabilizat se obţin plasmă şi concentrat eritrocitar. Plasma este folosită tn mod curent în industria preparatelor din carne, dar concentratul eritrocitar este, de regulă, destinat obţinerii făinii furajere. Prin decolorarea enzimatică a concentratului eritrocitar se poate obţine un derivat proteic, care se poate utiliza în saramurile de injectare sau în cele de malaxare, solubilitatea produselor fiind mare într-un domeniu larg de pH.

Fig. 11.7. Schemă tehnologică de hidroliză enzimatică a concentratului eritrocitar.

B este consumul de bază, în I; 1/a-factor de calibrare. Pentru pH = 8,5 şi1 gpH-pKf = 50,..55°C, 1/a = 1,04; a - grad de disociere (a =-------------------------—z r N B - normalitatea

1 + 10ph-pk

Dacă acest derivat proteic. se combină cu plasma, se obţine un produs cu proprietăţi funcţionale (emulsionare) foarte bune. Se impune ca sângele recoltat în condiţii igienice să fie. stabilizat cu un.anticoagulant alimentar. Prin centrifugarea ' sângelui integral se obţine 60% plasmă şi 40% concentrat eritrocitar. Plasma conţine 7% proteină (N-6,25), iar concentratul eritrocitar 30% proteină (N-6,25). Prin urmare, proteina din concentratul eritrocitar reprezintă ~ 75% din conţinutul proteic total aî sângelui integral. Hemoglobina este principalul component proteic al concentratului eritrocitar ^90%), fiind pigmentul roşu al sângelui.

Hidroliză enzimatică a concentratului eritrocitar are loc după schema prezentată în fig. 11.7. ;

Pentru hemoliza concentratului eritrocitar, acesta se diluează cu apă la50.. .55°C, în raport 1/3, şi se aduce la pH = 8,5 cu NaOH. Hidroliză se realizează cu o proteinază alcalină (alcaiază 0.6 L Novo) de origine bacteriană. Condiţiile de hidroliză surit următoarele: concentraţia proteinei în hemolizat trebuie să fie~ 8% (N-6,25); concentraţia enzimei este de 24 unităţi Anson/kg proteină [având în

vedere că alca- laza 0,6 L are o activitate de 0,6 uA/g, doza de 24 uA/kg corespunde la 40 g alcaiază 0,6 L/kg proteină, respectiv 4% (greutate/ greutate)]. La concentraţii mai mici de enzimă este necesar un timp mai mare

de hidroliză, iar decolorarea nu este satisfăcătoare; pH-ul trebuie menţinut

la 8,5 în tot timpul hidrolizei cu NaOH 4 - 6 N; temperatura de hidroliză trebuie să fie 55°C, temperaturi mai mari condu- Fig.

11.8. Influenţa temperaturii asupra duratei de când |a pre|Ungirea duratei de hi- hidroliză a concentratului eritrocitar. droliză (fig 118)

Gradul de hidroliză ce trebuie realizat este de 18-20%. Un grad de hidroliză mai mic de 18% conduce la randamente mai scăzute în produsul finit. Un grad de hidroliză mai mare de 20% conduce la obţinerea unui produs cu gust necorespunzător.

Gr.adul de hidroliză poate fi rapid controlat folosind relaţia:

1 nr 1GH = B 100% , in

care:a MP htol

bazei; /WP-masa proteinei (N ■ 6,25), în kg; Htol - numărul total de legături peptidice, în echivalenţi/kg proteină.Valorile lui 1/a sunt prezentate în

tabelul 11.3 şi pot fi direct utilizate în relaţia care dă gradul de hidroliză.

- ' hwTabelul 11.3/; #■; Factorul de calibrare l/q ^ : r,;..

Temperatura 25°C 30°C 40°C ' 60°C

pK , .''H .. 7,70 .. 7,60 •1 ■ 7,30 • ■ 6’90

6,5 '1 - - 5,00 3,50

7,0 ■ T-fi:! 5,00 3,00 2,27 i/r, • ,1,79

7,5 : 2,59 2,27 1,63 1,40- ^ ■ asfeiţas

8,0 1,50 • 1,40 1,20 1,13 'V •• e 1,08

8,5 1,16 1,13 -■ ' 1,06 '• 1,04'. •"«•1,03 -

9,0 1,05 1 ‘ 1,04 1,02 - 1,01 ’ ' 1 ,01

9 ,5 1,02 1,01 1,01 1,00 1,00

10,0 1,00 1,00 1,00 1,00 ,, 1,00

10,5 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

11,0 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

Pentru fracţiunea de concentrat eritrocitar, ht0, = 8,3 ech/kg proteină (N-6,25). Valorile lui hM pentru diferite proteine de origine animală şi vegetală sunt prezentate în tabelul 11.4.

Tabelul 11.4Factorul de conversie Kjeldahl şi conţinutul de legături peptidice din diferite proteine

Proteine din: Factorul de conversie fn hto,, mecqv/g (N- fn)

Cazeină 6,38 8,0

Izolat proteic din zer 6,38 8,8

Carne 6,25 8,0

Ţesut muscular de peşte 6,25 7,3

Albuş de ou 6,25 8,0

Făină de soia, concentrat şi izolat 6,25 7,8

Seminţe de bumbac 6,25 7,6

Concentrat eritrocitar 6,25 8,4

Proteine din grâu 5,70 8,0

Gelatină 5,55 11,1

După terminarea hidrolizei se inactivează enzimă prin adaos de acid ciorhidric 4-6 n, astfel încât pH-ul hidrolizatului să scadă la 4,0. La această valoare a pH-ului, hidrolizatul se menţine 30 min la temperatura de 50...55°C, pentru a se realiza inactivarea completă şi ireversibilă a enzimei. Dacă enzimă nu este complet inactivată, la folosirea derivatului proteic în produse de carne se vor produce defecte de consistenţă (enzimă are acţiune lichefiantă).Hemul desfăcut de hemoglobină prin hidroliză este îndepărtat prin centrifugare şi ultrafiltrare. Dacă se foloseşte separarea centrifugală, pH-ul hidrolizatului trebuie ajustat la 4,5 - 5,0, care favorizează o separare mai eficientă. Hidrolizatul separat, de. hem se tratează cu cărbune activ pentru o decolorare suplimentară şi pentru îndepărtarea mirosurilor nedorite. Se utilizează 100 g cărbune activ/kg proteină (N-6,25), ceea ce corespunde la o doză de 0,8 x (% substanţă uscată - determinată refractometric)x kg/m3

hidrolizat. Hidrolizatul trebuie să aibă un pH = 4,5 - 5,0 şi temperatura de 55°C. Operaţia se realizează sub agitare uşoară, timp de 60 min, după care cărbunele se îndepărtează prin filtrarea hidrolizatului printr-un filtru-presă cu strat de pământ diatomeic. Hidrolizatul filtrat este neutralizat cu NaOH până la pH = 6,5 - 7,0, pH favorabil utilizării lui în preparatele de carne.

După tamponare la pH = 6,5 - 7,0, hidrolizatul poate fi combinat cu plasma sau poate fi concentrat într-un concentrator pelicular până la 50% s.u. Se poate face

concentrarea şi prin osmoză inversă. Hidrolizatul concentrat se usucă prin pulverizare şi se aglomerează în pat fluidizat. Gradul de recuperare al proteinelor solubile este de - 85%, pentru un grad de hidroliză de 18—20%.

Produsul finit aflat în soluţie are culoarea uşor gălbuie, este puţin amar, dar această amăreală nu se simte în preparatele de carne în care se foloseşte în proporţie de 1 - 3%. Din punct de vedere nutriţional, derivatul proteic obţinut din concentratul eritrocitar are un conţinut redus de izoleucină, această deficienţă fiind îndepărtată prin combinarea cu plasmă sa'u prin încorporare în preparate din carne. Acest derivat proteic poate fi folosit sub formă de saramură proteică prin injectare şi malaxare. în combinaţie cu plasma poate fi utilizat şi la fabricarea preparatelor din carne cu structură omogenă. La un aport de 2 - 3% derivat proteic faţă de carne, nu se modifică proprietăţile senzoriale ale produselor finite.

11.6.2. DEGRESAREA OASELOR DESTINATE FABRICĂRII GELATINEI

în procesul de fabricare a gelatinei, degresarea oaselor este o operaţie obligatorie. în mod obişnuit, degresarea se face prin extracţia oaselor cu solvenţi organici sau prin spălare cu apă caldă în contracurent. Degresarea se poate realiza şi pe cale enzimatică, folosind lipaze microbiene.

Lipaza utilizată pentru degresare a fost obţinută prin fermentarea unui mediu de cultură cu Aspergillus arrhisus var. delemar (acest mucegai produce ~ 350 unităţi lipază/ml mediu de fermentare). Preparatele enzimatice obţinute prin precipitare pot avea activitate lipazică de - .50 000 unităţi/kg. Procesul tehnologic cuprinde următoarele operaţii: oasele proaspete sunt sfărâmate, după care sunt spălate cu apă caldă în contracurent pentru a se îndepărta cea mai mare parte din grăsime. Oasele degresate cu apă caldă sunt apoi

menţinute în tancuri cu apă la 37°C şi un pH de 7,2, în care se adaugă lipază şi CaCI2. pH-ul

se menţine la 7,2 prin adaos de NaOH. Tratamentul cu lipază poate fi efectuat în mai multe reprize, după fiecare tratament enzimatic, oasele fiind spălate cu apă la 80°C şi cu pH = 8,5. Se foloseşte circa 1 I apă/kg oase, circa 6 000-15 000 unităţi lipază/l apă şi ~ 3 - 4 g CaCI2/l apă. Pornind de la oase cu un conţinut de lipide de 19 - 35%, prin spălare cu apă caldă în contracurent se îndepărtează 24-43% din lipide, iar după trei tratamente cu lipază se îndepărtează 92 - 97% din lipidele iniţiale. Calciul adăugat sub formă de CaCI2 are un triplu rol: activator, agent de protecţie şi constituent al lipazei.

11.6.3. RECUPERAREA CĂRNII DE PE OASE

Pentru recuperarea cărnii de pe oasele proaspete se utilizează enzime proteolitice care acţionează''asupra"'proteinelor ţesutului "conjunctiv din periost, astfel încât se favorizează desprinderea ţesutului muscular aderent la os. în acest scop, oasele rezultate la tranşare se Introduc întt-uh cazan cu agitator împreună cu apa şi enzimă proteolitică; „Prin ■ agitare se^favoiizează'rdeşpr,ir!'dlerea ţesutului muscular. în final, apa se aduce la fierbere pentru a se inactiva enzimă. Prin sedimentare, oasele se separă de partea lichidă conţinând fragmente de ţesut muscular, care se separă prin' centrifugare sub formă de omogenat grosier ce poate fi utilizat în preparatele diri came. ' y . '

,

11.6.4. PRELUCRAREA PIEILQR

înmuierea este prima etapă de prelucrare a pielii conservate prin sărare, după recoltare în abator. Prin înmuiere se îndepărtează murdăriile (inclusiv sângele rămas pe piele) şi se realizează hidratarea pielii. La înmuiere, în apă pot fi adăugaţi detergenţi care conţin şi enzime proteolitice (80-150 unităti Anson/ 1000 kg piei).

înmuierea în cazul pieilor sărate durează - 10 ore la 20°C, 18 ore la 15°C şi 36 de ore la 10°C. Prin folosirea enzimelor proteolitice în etapa de înmuiere se favorizează

hidratarea (umflarea). Acţiunea proteazelor alcaline este completată de cea a extractelor pancreatice care conţin tripsină, lipaze, amilaze. Prin schimbarea apei de înmuiere cu una proaspătă la care se adaugă 5% NaCI, acţiunea enzimelor proteolitice folosite în etapa de înmuiere este diminuată prin rehidratarea pielii şi umflarea acesteia.

Etapa a doua în prelucrarea pieilor o constituie cenuşărirea, care constă în îndepărtarea părului sau a lânii de pe piele şi chiar a epidermului cu ajutorul hidroxidului de calciu în prezenţă de sulfiţi. Prin folosirea proteazelor alcaline în operaţia de cenuşărire se poate diminua cantitatea de hidroxid de calciu şi de sulfiţi, reducându-se astfel gradul de poluare al apelor de tăbăcărie. Procesul se desfăşoară la 35...40°C şi la pH = 8-9, timp de 6 ore. Lâna şi, respectiv, pârul recoltate pot fi tratate cu soluţii de detergenţi şi apoi cu lipaze pancreatice sau fungice, în vederea îndepărtării grăsimilor şi gumelor.Etapa a treia în prelucrarea pieilor este şămăluirea, prin care pielea devine suplă, mai moale, mai mătăsoasă la pipăit. Această operaţie se făcea înainte cu extracte apoase fermentate din excremente de găină, porumbel, câine (şanale fermentative). Aceste extracte conţin bacterii cu echipament enzimatic puternic proteolitic. în prezent se folosesc preparate enzimatice de proteaze alcaline la pH = 7 -9,5 şi la temperatura de 25...35°C. în cazul pieilor fine se utilizează tripsină la pH = 5, deci la un pH inferior celui optim, în vederea controlării gradului de hidroliză. La şămăluire are loc o dezorganizare a structurii colagenului şi hidroliză menajată a proteinelor din matricea pieii (elastina şi keratina). în cazul folosirii tripsinei se pot utiliza în amestec şi proteaze fungice sau bacteriene pentru a diminua cantitatea de tripsină folosită şi pentru a completa activitatea tripsinei Răspunsul pieilor la tratamentul enzimatic de şămăluire va depinde de specia de ia care se recoltează pielea şi chiar de animalul respectiv. în orice caz, la prelucrarea pieilor de porc se utilizează o cantitate de 3 - 5 ori mai mare de preparat enzimatic decât la cele de vită, iar durata de tratare este de 3 - 4 ori mai, mare. Capacitatea de colorare a pieii (fixarea şi omogenitatea culorii) va depinde direct de supleţea, atinsă de piele în etapa de şămăluire.

Etapa următoare a prelucrării este tratarea lor în zemuri tanante vegetale în care au loc diferite fermentaţii (alcoolică, acetică, lactică, propionică, butirică) sau în zemuri cu crom care sunt foarte bazice şi în care, deci, nu se dezvoltă microorganismele. în continuare, tehnologia pieilor tăbăcite este una chimică.

în concluzie, folosirea enzimelor la prelucrarea pieilor, în primele etape, reprezintă un câştig de timp, de energie şi o diminuare a poluării mediului produsă de acest sector de activitate.

11.6.5. ÎNDEPĂRTAREA PĂRULUI DE LA PORCINELE PRELUCRATE PRIN OPĂRIRE

Pentru uşurarea depilării porcinelor şi a capului de porc se pot folosi enzime proteolitice care hidrolizează parţial proteinele ce menţin bulbul părului în dermă. Se utilizează alcalaze bacteriene cu pH optim la 8,5 - 9 şi temperatura de50.. .60°C sau neutraza cu pH optim ~ 7,0 şi temperatura optimă la 50...60°C.Preparatul enzimatic se introduce în apa de opărire care se menţine la 60°C, timp de 3 - 5 min, după care se face depilarea manuală sau mecanică. De remarcat că, în prezent, se pot obţine, din anumite microorganisme hipertermofile, proteaze cu temperatura optimă de activitate între 80 şi 110°C şi pH optim de la 2,0 până la 10, în funcţie de microorganismul producător de enzime.

11.7. MICROFLORĂ SALAMURILOR ŞlCÂRNATILOR CRUZI

i

11.7.1. MICROORGANISME DIN COMPOZIŢIE

f

Microorganismele din compoziţia pentru salamuri şi cârnaţi cruzi provin din: materiile prime şi auxiliare, aer, procesul de fabricaţie (utilaje, ustensile, operatori) şi ele alcătuiesc aşa-numita

microfloră spontană (de contaminare), la care se adaugă microfloră din culturile starter

folosite pentru realizarea unor anumite procese biochimice.Microorganismele din compoziţia salamurilor şi cârnaţilor cruzi aparţin fie grupei

Gram-pozitive (Lsctobacillus. Leuconostoc, Micrococcus, Streptococcus, Staphylococcus, Pediococcus, 8aci:ius, Clostridium), fie grupei Gram-negative (Pseudomonas, Escherichi'a, Salmonella, Serratia, Enterobacter, Vibrio). Se mai pot întâlni diferite specii de drojdii şi

mucegaiuri. Această microfloră diversă este■ :i: ! y ' .„V-

într-o dinamică permanentă, numeroşi factori contribuind la favorizarea dezvoltării sau inhibării unor grupe deS microorganisme.

Microorganismele care intervin în procesele fermentative ale salamurilor şi cârriaţilo'r cruzi âpârţin genurildf'-prezentafe în continuare. 'ei cior .! i Genul Streptococcus Din acest gen interesează Str. lactis, Str. cremoris şi:

Str^diacetilactis ‘ care ‘suntheterofermentative şi au o activitate proteolitică redusă. Streptococii şe dezvoltă bin.e în faza de etuvare, după care numărul lor se diminuează din cauza lactobacililor.tiŞ ţtt Genul Lactobacillus. Din acest gen interesează lactobacilii din grupa Streptobâcterium, care cuprinde lactobacilii homofermentativi mezofili (L. casei, L. plantarum) şi lactobacilii din grupa Betabacterium, care sunt heterofermentativi(L.ferrpehti, L. buchneri, L brevis, L viridescens). ............. V.I ■ ^ /Lactobacilii;'îriJgenerai, se caracterizează prin următoarele: sunt asporo- geni, Gram-pozitivi, aerobi sau facultativ anaerobi, catalazo-negativi, citocrom- oxidază-negativi, nu reduc azotaţii la azotiţi, nu lichefiază gelatina, au activitate proteolitică şi lipolitică redusă, fermentează mono- şi dizaharidele, se dezvoltă bine în domeniul de pH = 5,5 -5,8 dar şi la pH < 5, se pot dezvolta la temperaturi cuprinse între 5 şi 53°C (optim 30...45°C).

Bacteriile din grupa Streptobâcterium, care se- dezvoltă mai bine la pH - 5,5 - 5,9, sunt neacidorezistente şi deci se dezvoltă mai bine în compoziţia salamurilor cu maturarejîndelungată. Bacteriile din grupa Streptobâcterium, care se dezvoltă bine şi la pH < 5,0, sunt acidorezistente şi, din această cauză, se dezvoltă mai bine în compoziţia salamurilor cu maturare scurtă.

Lactobacilii constituie microfloră predominantă în timpul maturării salamurilor şi cârnaţilor cruzi, în pasta iniţială nivelul lor fiind de 105- 108/g, iar după 5 zile de maturare a compoziţiei ajung la ~ 106/g, după care numărul scade, dar rămâne superior la 106/g.

L. plantarum şi L. sake pot descompune şi acidul gluconic cu formare de acid acetic, ceea ce este dezavantajos la salamurile la care se foloseşte glucono- delta-lactona pentru acidifierea compoziţiei. L. sake şi L. curyatus pot produce şi H202, iar L. plantarum poate reduce şi NaN03, dacă pH-ul compoziţiei este ma: mare de 6,0 (ceea ce nu este cazul compoziţiei salamurilor şi cârnaţilor cruzi). L. sake şi L. curvatus sunt frecvent întâlniţi în cadrul microflorei spontane a compoziţiei salamurilor şi cârnaţilor cruzi.

Genul Leuconostoc Importanţi în fermentaţia compoziţiei salamurilor şi cârnaţilor cruzi sunt Leuconostoc lactis şi Leuconostoc citrovorum (cremoris), care sunt heterofermentativi, de formă sferică sau lenticulară, grupaţi în perechi sau lanţuri, Gram-pozitivi, facultativ anaerobi, catalazo-negativi, foarte slab proteolitică şi lipolitici, producători de compuşi de aromă (diacetil, acetoină). Unele specii de Leuconostoc produc polimeri glucidici (dextran) din zaharuriie fermentescibile

Genul Pediococcus. Pediococii sunt bacterii care se prezintă sub formă de coci perechi sau tetrade, imobili, asporogeni, homofermentativi. Nu reduc azotaţii la azotiţi. Sunt anaerobi - microaerofili, cele mai multe specii fiind catalazc- negative. Cei mai des întâlniţi pediococi (care se utilizează şi în culturi starter, sunt: Pediococcus acidilacti, care este utilizat pentru produsele din carne fermentate la temperaturi mai ridicate, deoarece are o dezvoltare mai bună is40.. .52°C, producând rapid acid lactic şi, deci, scăzând efectiv pH-ul, produsul obţinut având gust acrişor; Pediococcus pentosaceus care produce o fermentaţie rapidă atunci când substratul conţine un glucid fermentescibil, temperatura de

\A

de spori proveniţi de la Penicillium nalgiovensis, care poate folosi glucidele ca substrat nutritiv, dar are şi capacitate proteolitică" şi lipolitică. Nu;?arer:activitate celulazică şi nu produce micotoxine. Au fost utilizaţi şi spori sde^PeriicilIium expansum cu aceleaşi activităţi ca şi-Penicillium nalgiovensis-şt care^niPproduce micotoxine dacă substratulconţirie proteine cu .sulf. Evoluţia diferitelor-genuri de microorganisme la fabricarea unor salamuri crude este prezentată în fig. 11.9.'

1.7.2. ROLUL DIFERITELOR MICROORGANISME LA MATURAREA PREPARATELOR DIN s

CARNE CRUDE, w er..,vr ■ -b ia

Tn această direcţie se are în vedere acţiunea bacteriilor lactice, a microco- cilor, a drojtfilor şi a mucegaiurilor.

Bacteriile lactice acţionează pozitiv asupra următorilor indicatori:-- culoare: prin scăderea pH-ului care favorizează degradarea NaN02;- aromă: prin formarea de acizi organici şi compuşi de tipul acetoinei şi

diacetilului;- rezistenţă la tăiere (consistenţă): prin scăderea pH-ului;- conservare: prin suprimarea microorganismelor nedorite, datorită formării de

acid lactic (antiseptic), scăderii pH-ului (disocierea acizilor organici), producerii de antibiotice şi bacteriocine.

Micrococii şi stafilococii nepatogeni acţionează pozitiv asupra următorilor indicatori:- reducerea azotatului: prin elaborarea de nitrat-reductaze;- culoare: prin consum de 02 în interiorul salamului şi, deci, scăderea rH-ului, fapt

ce conduce la protejarea pigmenţilor de sărare; prin distrugerea H202 produsă de lactobacili, cu ajutorul catalazei;

- aromă: prin degradarea proteinelor şi lipidelor; prin distrugerea peroxi- dului de hidrogen cu ajutorul catalazei, peroxid care ar putea conduce la rân- cezirea grăsimilor;

- conservare: prin reducerea azotatului la azotit, ultimul având acţiune de inhibare asupra microorganismelor nedorite (efect Perigo).

Drojdiile acţionează pozitiv asupra următorilor indicatori:- culoare: protejarea culorii prin consum de oxigen, ceea ce împiedică formarea

deH202; distrugerea H202 care modifică culoarea;- aromă: degradarea proteinelor şi lipidelor; împiedicarea râncezirii prin

distrugereaH202 şi protejarea suprafeţei faţă de 02 şi lumină;- conservare: crearea unui microclimat, la suprafaţa produsului, nefavorabil

dezvoltării unor microorganisme de alterare;- starea suprafeţei membranei: prin acoperirea suprafeţei acesteia cu colonii de

drojdii.Mucegaiurile nobile acţionează pozitiv asupra următorilor indicatori:- culoare: prin protejarea culorii şi împiedicarea formării de H202 prin

consum de02; distrugerea H202care modifică culoarea;

aromă: prin degradarea proteinelor, lipidelor; împiedicarea râncezirii prin distrugerea H202 şi protecţia suprafeţei faţă de 02 şi lumină;

- conservare', prin realizarea unui microclimat la suprafaţa produsului, nefavorabil dezvoltării microorganismelor de alterare;

- starea stratului marginal: protecţia faţă de uscarea excesivă, respectiv împiedicarea formării inelului de culoare brună;

- starea suprafeţei membranei: prin acoperirea acesteia cu un strat de miceliu alb;

- alte acţiuni: prin împiedicarea formării de micotoxine de către mucegaiurile toxicogene.

11.8. FOLOSIREA CULTURILOR STARTER ÎN INDUSTRIA CĂRNII

Definiţia culturilor starter. Culturile starter sunt definite ca culturi singulare sau amestecuri de microorganisme, selecţionate pentru anumite proprietăţi enzimatice, importante din punct de vedere al tehnologiei alimentare şi care pot fi utilizate în stare proaspătă, congelată sau liofilizată la obţinerea unor produse alimentare, în vederea dirijării unor procese biochimice prin care sâ se asigure acestora un anumit grad de inocuitate (inclusiv capacitate de conservare), însuşiri senzoriale şi, în unele cazuri, şi însuşiri nutritive superioare.

Cerinţe ce trebuie îndeplinite de cultura starter. Cultura starter folosită trebuie să îndeplinească următoarele cerinţe:

- să'nu prezinte pericol pentru sănătatea oamenilor, în sensul că nu trebuie să producă infecţii sau să fie toxice prin metaboliţii primari şi secundari produşi;

- să conţină un anumit număr de microorganisme utile, viabile/g (ml) şi un număr cât mai redus de germeni nedoriţi;

- să contribuie la obţinerea modificărilor senzoriale (aromă, culoare, consistenţă) într-o măsură mai mare decât ar realiza microfloră spontană din compoziţia tocăturii pentru cârnaţii şi salamurile crude;

- să fie competitivă, deci să aibă o dezvoltare avantajoasă în raport cu microfloră nedorită (de alterare şi patogenă) în condiţiile date de fermentare;

- să prezinte activitate metabolică performantă la temperaturi relativ scăzute (< 24°C);

- să prezinte activitatea specifică: de producere a acidului lactic, de reducere a azotatului, de descompunere a H202: să aibă activitate proteolitică şi lipolitică limitată;

- să fie tolerantă la concentraţie ridicată de NaCI în faza apoasă a compoziţiei de carne (6 g NaCI/100 g umiditate) şi la concentraţie de 80- 100 mc NaN02/kg de produs;

- să nu conţină şi să nu producă antibiotice care se utilizează în scop terapeutic la oameni;

- să nu producă mirosuri străine din cauza produşilor secundari defermentaţie. "'-r . C/i

în general, folosirea culturilor .starter de bacterii este justificată din următoarele motive: ‘ir •

- se micşorează durata de maturare, ceea ce înseamnă o imobilizare mai redusă de spaţii, mijloace circulante şi consumuri mai reduse de utilităţi;

- se îmbunătăţesc proprietăţile senzoriale aie produselor (aromă,consistenţă); . .

se asigură un grad de inocuitate mai mare pentru produs datorită: acizilor organici (şi în special acidului lactic) acumulaţi în mediu; substanţelor de tip bacteriocine elaborate în mediu; competiţiei bacteriilor lactice cu microorganismele patogene şi cele de alterare în ceea ce priveşte consumul de substanţe nutritive; inhibării producţiei de amine biogene; inhibării producţiei de nitrozamine.

Deosebit de importantă este asigurarea inocuităţii microbiologice a produselor alimentare la care s-au folosit culturi starter de bacterii lactice. Alături de materii prime şi auxiliare de calitate ireproşabilă, igiena producţiei şi personalului, prin folosire de culturi starter de bacterii lactice se asigură o dominare numerică a acestora faţă de microfloră naturală (spontană), inclusiv cea patogenă (salmonele, stafilococi, clostridii), care este împiedicată în dezvoltarea ei datorită unui sistem antagonic complex care include: acizii organici (în special lactic şi acetic) produşi; bacteriocinele elaborate în substrat; peroxizii produşi de unele bacterii lactice neformatoare de catalază; competiţia dintre bacteriile lactice, pe de o parte, şi cele de alterare şi patogene, pe de altă parte, pentru substanţele nutritive esenţiale din mediul în care se dezvoltă.

Acidifierea rezultă din metabolizarea zaharurilor (se formează în principal acid lactic) şi, respectiv, prin hidroliză parţială a trigliceridelor (rezultă acizi graşi liberi). Pe plan fizic, acidifierea este însoţită de evoluţia pH-ului în două etape: o scădere a pH-ului.de.la-5,8. la 5,4 - 5,3, urmată de o-creştere-a pH-ului până la 5,5 - 5,6.

în legătură cu acidifierea compoziţiei salamurilor şi cârnaţilor cruzi sunt de făcut următoarele remarci:

- cinetica acidifierii este in-fluenţată de temperatura şi activitatea

apei (aw) ale produsului, la scăderea sau la creşterea aw şi a temperaturii înregistrându-se: o afectare a fazei de

lag; o diferenţiere între fazele de acidifiere, deci între vitezele de aci- difiere;

modificarea valorii pH-ului în funcţie de aw şi temperatură;

- la acţiunea conjugată atemperaturii şi a a„, performanţa acidi-

fierii va fi influenţată de ambii factori (fig.11.10). Cu câttemperatura este

o,Bi 0,92 0,930,94 0,95 0,96 3w maj mare (pentru a„= ct.) cu atât

acidifierea va fi mai mare. Cu cât aw

va Fig. 11.10. Performanţa acidifierii în funcţie fj maj mare (pentru f =cf.), acidifierea

de a* şi de temperatură. vg fj mgj mare;

Utilizarea enzimelor şi a microorganismelor în industria cărnii 343

Fig. 11.11. Curbele dezvoltării lactobacililor şi acidifierii în cazul salamurilor crude:

A - dezvoltarea microorganismelor; B- viteza acidifierii.

Timpul

Creşterea conţinutului de acid lactic (în principal) în perioada de pregătire a compoziţiei, de umplere, zvântare şi afumare şi în primele 10-15 zile de uscare- maturare este corelată cu faza de înmulţire a microorganismelor producătoare de acizi

organici, a celor care produc denitrificarea şi a căror dezvoltare nu este frânată de prezenţa NaCI care, în acelaşi timp, stânjeneşte proliferarea germenilor Gram-negativi. La sfârşitul afumării, care acţionează ca factor selectiv, se reduce numărul micrococilor, dar lactobacilii sunt mai puţin afectaţi. Faptul că rămân în număr mai mare lactobacilii care produc H 202, dar care nu produc catalază, în dauna micrococilor, este explicat prin efectul exercitat de hidroxilamină (NH2-OH). Aceasta se formează ca produs intermediar la degradarea azotitului şi inactivează catalaza produsă de micrococi, care devin astfel sensibili la H:02

Utilizarea enzimelor şi a microorganismelor în industria cărnii 344

produsă de lactobacili.Acidifierea compoziţiei care este intensă şi rapidă, mai ales dacă aceasta conţine

un glucid uşor fermentescibil, are următoarele efecte:- scăderea pH-ului, care este dependentă de gradul de disociere a acizilor

organici produşi (în principal acid lactic şi acetic). Scăderea pH-ului sub valoarea optimă de dezvoltare a bacteriilor de alterare şi patogene contribuie la oprirea dezvoltării acestora (prin scăderea pH-ului cu o unitate, viteza de multiplicare a microorganismelor scade de 2 - 3 ori);

- acizii organici în stare nedisociată acţionează ca antiseptice, acţiunea lor antiseptică fiind dependentă de concentraţia lor în mediu, de gradul lor de solubilitate în grăsimea produsului şi de uşurinţa de penetrare prin membrana celulei microbiene.

Inhibarea dezvoltării salmonelelor care pot prolifera şi prod-c enterotoxinâ în primele stadii ale fermentaţiei salamurilor şi cârnaţilor cruzi, ma ales în stratul periferic, va fi dependentă de: specia şi sursa de salmonele; 'aportul bacter i lactice/salmonele; temperatura de fermentare (trebuie să fie cât mai scăzută;: intensitatea şi viteza acumulării acidului lactic; concentraţia de NaNO (adâoS5 iniţial minimum 150 mg/kg produs).

24A BiOTEHNOLOGII ÎN INDUSTRIA ALIMENTARĂ

iŞUa'H ceea ce priveşte dezvoltarea lui CI. botullnum şi producerea de toxine de către'acesta (A, B, E, F), toxine care sunt labile la căldură şi care-se deosebesc între, ele prin faptul că sunt neutralizate specific de către anticorpi omologi, formarea acestora este- dependentă de condiţiile în care se dezvoltă microorganismul (potenţialul redox, pH-ul, activitatea apei, concentraţia de NaCI şi NaN02. temperatura). ’ <

O contribuţie însemnată la, -capacitatea de conservare a cârnaţilor şi salamurilor crude în primele faze'de fabricaţie o are şi peroxidul de hidrogen (H202), care este bacteriostatic şi bactericid, eficace în special faţă de microorganismele care nu secretă catalază.,în această direcţie, sunt mai sensibile la H202 bacteriile Gram-negative (Salmonella, bacterii coliforme) decât cele Gram- pozitive (Staphylococcus, clostridii). Producerea de H202 de către lactobacili ar avea loc prin următoarele mecanisme:

Piruvat + 02 + P043-

Pinjval 0Xlcla7ă »- Acetil fosfat + C02 + H202

L-Lactat oxidazăLactat + 02 ► Piruvat + H202

_ D-Ladat dehidrogenază_

Lactat + 022

----------------------------------► Piruvat + H202

.„„i i . .+ _ NADH-Oxidază . . . .

NADH + H + 02 ------------------------ ► NAD + H 202

De remarcat că peroxidul de hidrogen se poate forma chiar dacă nu are loco dezvoltare numerică a bacteriilor lactice, în condiţii de temperaturi de refrigerare, ceea ce va conduce la inhibarea microorganismelor psihrotrope (Pseudomonas, Achromobacter) care sunt Gram-negative şi care produc alterarea.

Acţiunea benefică asupra conservării compoziţiei cârnaţilor şi salamurilor crude în primele stadii de fermentare se datorează şi acumulării în substrat a unor bacteriocine cu efecte inhibitoare faţă.de unele bacterii patogene.

Prin utilizarea culturilor starter se împiedică dezvoltarea microflorei spontane cu activitate proteolitică şi decarboxilazică, împiedicându-se, deci, formarea de tiramină şi triptamină în concentraţii mari (se formează totuşi cantităţi mici de fenil-etilamină, triptamină, cadaverină, putresceină de către microfloră spontană), în general, activitatea decarboxilazică a microflorei spontane creşte cu aciditatea produsului, microfloră care produce decarboxilare fiind adaptată la temperaturi mai ridicate, la aw mai redusă şi la concentraţie mai mare de NaCI. Aminele biogene, care au în general rol farmacodinamic sau se constituie ca precursori ai unor enzime,. hormoni, vitamine, pot deveni toxice la concentraţie mare în produsele fermentate consumate de persoane care au fost tratate cu medicamente ce inhibă monoaminoacid-oxidaza (MAO). La aceste persoane, aminele biogene, mai ales tiramina şi histamina, au acţiune puternic vaso-presoare.

Culturile starter pot contribui şi la inhibarea producerii de nitrozamine care se pot forma din azotitul rezidual şi aminele biogene. în această direcţie, bacteriile lactice din culturile starter, realizând o acidifiere optimă a compoziţiei, contribuie la transformarea mai completă a azotitului adăugat (rămâne deci mai puţin azotit rezidual pentru combinaţie cu amine).

Realizarea unui pH scăzut (sub optimul de dezvoltare pentru CI. botulinum) asigură şi o stabilitate a produsului sub aspectul inocuităţii.

11.8.1. MICROORGANISME CARE SE FOLOSESC ÎN CULTURILE STARTER Şl TIPURI DE 3 CULTURI STARTER

: 'sil' -.i ţtuiiuOîn industria cărnii se folosesc culturi starter de bacterii - forme

vegetative, spori de mucegaiuri şi, mai rar, culturi starter de drojdii.". * 1

......................................................................................................>Principalele microorganisme folosite în culturile; starter sunt -.............................................................................................. lactobacili: L

plantarum, L. sake, L pentosus;' ............................................■ ' J

- pediococi: P. acidilacti, P. pentosaceus-, •••'" girs :r: oiî»

- micrococi: M. varians, - —......-- .....

- stafilococi: S. carnosus, S. xylosus',

:-i

fc - streptomicii: Streptomyces griseus, " -t

- drojdii: Debarymomyces hansenir,- mucegaiuri: Penicillium nalgiovensis.Culturile starter pot fi formate dintr-un singur microorganism (culturi starter

singulare) sau din mai multe microorganisme (culturi starter mixte). De exemplu, culturile starter singulare de micrococi sau stafilococi sunt recomandate la maturarea lentă a salamurilor crude unde se realizează o scădere mai lentă a pH-ului şi. deci, consistenţa produsului se realizează în timp. Gustul acestor produse cu pH cuprins întfe 5,6 şi 6,1 este mai puţin acrişor. Culturile starter mixte (micrococi/ stafilococi/bacterii lactice) se utilizează la maturarea mai rapidă a salamurilor crude, în care caz realizarea consistenţei merge paralel cu acidifierea. Principalele culturi starter de bacterii şi drojdii folosite pe plan mondial sunt prezentate în tabelul 11.5.

Tabelul 11.5Componenţa unor culturi starterSpecia Conţinutul de germeni

nr./g cultură starter nr./g compoziţie produs

S. carnosus 1 0 ™ ' 1 0 '

S. carnosus + L. plantarum ""~1 0TO........ (6-7,5) -10b

S. xylosus + L. sake 4-10y (2-3,3) -106

S. xylosus + L. sake + Debaryomyces 4 * 1 os - (2-3,3) -10b

M. varians 1 ,8 -1 0 " 3,4-10/

M. varians + P. acidilacti 1 ,8 '1 0 " 3,4-10'

P. pentosaceus 1,5.10" (2-3) -107

Debaryomyces ha.isenii 6 -1 0b

S. xylosus + P. pentosaceus

OO 4-10S

M. varians + P. pentosaceus + P. acidilacti 2,5-10lu1 0 '

S. carnosus + P. acidilacti 1 01U

1 0 '

M. varians + P. pentosaceus 2,5-10lu1 0 '

S. carnosus + Streptomyces griseus 4 10a 4-10b

S. carnosus + L. plantarum + Debaryomyces hansenii

4109 4-106

S. xylosus + P. pentosaceus 2 1 0* 1 0b

Firma Hansen - Danemarca comercializează culturile starter prezentate în tabelul 11.6. ji' " ;•?!......

' T a b e l u l 11.6 Culturi starter produse de firma Hansen - DanemarcaDenumireacomercială

Microorganismul din cultura starter

Funcţiunea îndeplinită de cultura starter

Aplicaţii

Floracarn SStaph. carnosus Formare culoare, aromă La salamurile la care se utilizează GDL (glu- cono-delta-lactonă)

Floracarn SL Staph. carnosus Lact. pentosus

Formare culoare, aromă Acidifiere puternică

Salamuri cu aromă (gust) acid

Floracarn SP Staph. carnosus Ped. pentosaceus

Formare culoare, aromă Acidifiere uşoară

Salamuri cu aromă medie şi pH finai ridicat

Floracarn SXStaph. xylosus Formare rapidă a culorii Aromă puternică

Salamuri cu adaos de GDL

Floracarn SPX Staph. xylosus Ped. Pentosaceus

Formare rapidă a culorii Aromă puternică Fermentaţie rapidă dar acidifiere redusă

Salamuri cu aromă bună şi pH final mai ridicat

Floracarn L-1Lact. pentosus Acidifiere puternică Salamuri cu qust acidFloracarn L-2Lact. alimentarius Creştere la temperaturi

scăzuteControlul microflorei la carnea ambalată subvid

Floracarn P-1Ped. pentosaceus Acidifiere uşoară Salamuri cu aromă redusă şi pH final ridicat

Floracarn P-2Ped. acidilacti Creştere la temperaturiridicate

Salamuri fermentate la temperaturi ridicate

11.8.2. MODALITĂTI DE COMERCIALIZARE ACULTURILOR STARTER DE BACTERII Şl DROJDII

Culturile starter de bacterii şi drojdii pot fi comercializate sub următoareleforme:

- lichidă - subrăcită, în care caz concentratul de bacterii este diluat cu antigei solubil în apă şi nedăunător pentru bacterii. Concentratul lichid se subră- ceşte până la -40°C. Antigelul poate fi un alcool polihidric şi se utilizează în proporţie de 40 - 50% faţă de concentratul de bacterii. Prin utilizarea antigelului se împiedică acţiunea dăunătoare a cristalelor de gheaţă asupra celulelor bacteriene, manipularea este mai uşoară şi, în plus,, concentratul se poate încălzi până ia temperatura de folosire, chiar în timpul manipulării, fără ca celulele să-şi piardă din vitalitate şi activitate, aşa cum se întâmplă în cazul decongelării culturilor starter conservate prin congelare. Culturile starter lichide se depozitează la temperaturi mai scăzute de -18°C;

- congelată. în care caz concentratul de bacterii se amestecă cu un suport adecvat (lapte praf degresat, glicerol, glutamat monosodic. extract de malţ, metalglicerofosfaţi alcalini, acid glutamic, cistină şi/sau dextran). Congelarea

Utilizarea enzimelor şi a microorganismelor in industria cărnii 347

îi:.’?*-"" v.amestecului ambalat în pungi de plastic'se face îri azot lichid, temperatura de depozitare fiind la tM r- -20...-26°G.;Transportul culturilor starter congelate necesită asigurarea unui lanţ frigorific complet, ceea ce atrage după sine cheltuieli suplimentare. înainte de folosire, cultura starter se decongelează;

- liofilizată, în care caz concentratul de bacterii se. amestecă cu un suport (lapte praf degresat, zer praf, lactoproteine pulbere, lactoză, zaharoză, glucoză) după care se liofilizează, temperatura produsului nedepăşind .<-5°C. Suportul asigură o distribuţie mai uniformă a culturii starter în masa compoziţiei de came, favorizează multiplicarea şi facilitează'o legătură fizică între granulele tocăturii, ceea ce permite folosirea unor materii" prime mai profund răcite (întărite). Culturile starter liofilizate sunt ambalate 'etanş îri/ pungi de _ mase plasticeJmpermeabile la oxigen şi vapori de apăi păstrarea făcându-se la -18PC. La ‘ ‘ transportul

culturilor starter liofilizate nu este necesară asigurarea lanţului frigorific.Culturile starter liofilizate se recomandă să fie folosite sub formă de suspensie în

apă, în vederea unei bune uniformizări în masa compoziţiei. Nu este indicată menţinerea suspensiei timp de 24 h pentru activare, deoarece are loc o scădere a activităţii acesteia, mai ales când suportul a fost glucoza, care este transformată rapid în acid lactic, chiar în suspensia respectivă.

în general, nu este permisă amestecarea culturilor starter cu condimente, NaCI, ascorbaţi, glucono-delta-lactonă, acizi alimentari şi nici păstrarea acestora în amestec, deoarece se inactivează rapid.

De asemenea, trebuie să se aibă în vedere două situaţii particulare:- folosirea culturilor starter în pastă cu adaos de glucono-delta-lactonă;- folosirea culturilor starter în pastă cu adaos de uleiuri eterice.în primul caz, glucono-delta-lactona conduce la scăderea rapidă a pH-ului, ceea

ce reprezintă un avantaj din punct de vedere al aducerii proteinelor (mai repede) la punctul izoelectric, când nu mai reţin apa ce trebuie îndepărtată in procesul de uscare. De asemenea, prin acidifierea pastei se creează condiţii de transformare a NaN02 în NO (în acest caz nu se utilizează NaN03, deoarece acidifierea rapidă împiedică dezvoltarea bacteriilor denitrificatoare - micrococii care secretă catalază - dar în acelaşi timp favorizează dezvoltarea bacteriilor lactice producătoare de H202). Ţinând cont de cele menţionate la folosirea glucono-delta- lactonei, se poate utiliza o cultură starter din stafilococi care produc catalază ş; sunt reducători ai azotatului şi azotitului şi se pot dezvolta la pH = 4,7. Produseie prezintă în acest caz aromă şi culoare corespunzătoare.

în al doilea caz, uleiurile eterice au acţiune bacteriostatică, mai ales dacă suportul lor este alcoolul etilic. Uleiurile eterice inhibă deci şi dezvoltarea culturilor starter.

în acest caz se recomandă folosirea unei cantităţi mai mari de cultură starter sau folosirea uleiurilor eterice încapsulate, care au efect de arcmatizare rr.ai lent şi care se manifestă după ce faza primară a fermentaţiei este depăşită.

11.8.1. MODALITĂTI DE COMERCIALIZARE ACULTURILOR STARTER DE MUCEGAIURI

Culturile starter de spori de mucegai pot fi comercializate sub formă de suspensii in ser fiziologic, emulsii (emulgatcrul fiind polietilensorbitolui- şi liofilizate

adăugat, cantitatea de zahăr adăugată.

[zile]

Fig. 11.12. Influenţa concentraţiei de NaCi asupra mersului

fermentaţiei salamului Danez cu adaos de cultură Floracarn

SL Condiţiile de fermentare: ziua întâi la 24CC; ziua a doua

la 22°C; zilele 3-4 la 20;C; zilele 5-7 la 18°C; zilele 8-21 la

17eC.

Tehnologia de obţinere include: prepararea şi sterilizarea mediului ie cultură, prepararea inoculului, însămânţarea mediului de cultură, dezvoltarea mucegaiului, recoltarea sporilor, obţinerea culturilor starter.

Inoculul se pregăteşte pe mediu de agar înclinat. Dezvoltarea se face prin introducerea a câte 2 ml suspensie de spori în ser fiziologic 0,8% cu care se spală eprubetele cu agar înclinat, în vase Roux conţinând mediu Czapek cu 2% agar. Vasele Roux se termostatează 5 zile la 20°C. Când s-a atins stadiul de sporulare maximă, suprafaţa mediului din vasele Roux se spală cu ser fiziologic, la care s-a adăugat 0,05-0,1% Tween - 90. Cantităţile de ser fiziologic folosjte trebuie.să asigure obţinerea unei suspensii conţinând 10e - 109 spori/ml, care se păstrează la 4°C. '

Cel mai des folosite sunt suspensiile în ser fiziologic care la utilizare se diluează cu âpă fiartă şi răcită în raport 1/3. Un depozit de maturare de aproximativ 30tse însămânţează cu 15 I suspensie diluată de spori.

11.8.4. FACTORII CARE INFLUENŢEAZĂ ACŢIUNEA FERMENTATIVĂ A BACTERIILOR DIN CULTURILE STARTER

Capacitatea bacteriilor lactice din culturile starter de a fermenta zaharurileadăugate va depinde de: temperatura de fermentare, conţinutul de NaCI din compoziţie, nivelul de inoculare cu culturi starter a compoziţiei, nivelul florei de contaminare iniţială a compoziţiei, siarea fizică a culturilor starter, tipul de zahăr

Temperatura de fermentare. La alegerea temperaturii de fer mentare trebuie să se ţină seama că fiecare tip

de microorganism are un optim de creştere, exprimat prin numărul de diviziuni (generaţii) pe oră. La această temperatură opti mă, microorganismul respectiv are şi activitatea cea mai

mare. Cu cât temperatura de fermentare a unui salam este mai apropiată de tem -

peratura optimă, cu atât bacteriile din cultura starter trec mai repede de faza

ce lag şi încep să producă acid cu o viteză mai mare.

Adaosul de NaCI. Aşa cums-a mai menţionat, NaCI are un rol de

conservare, concentraţii mari de NaCI inhibând dezvoltarea microor - ganismelor, ptin deshidratarea a- cestora. Factorul de inhibare nu este

reprezentat de conţinutul total

Fig. 11.13. Comparaţie dintre mersul fermentaţiei la

folosirea de culturi starter congelate şi liofilizate în cazul

salamului Danez. Condiţiile de fermentare: ziua întâi la

24'C; ziua a doua la 22°C; zilele 3-4 la 20°C; ziieie

de Na.Cl^d de.nivelul de NaCi dizolvat în apa liberă a compoziţiei. Din acest punct de vedefejBţnicroorganismeleiidin^cultura starteri se. comportă diferit în funcţie de concegtijgţia^ef NaCj imediul de. fermentare,,Cu,,cât nivelul de. NaCi .din apa liberâ'a'salamunlo^eşte mai mare^cu/atât' faza Ide lag a culturii starter va fi mai

r- > ty.!w. A i te.i,i i s i i ? -

f o . .

mare.; ceea^.conduce la.prelungirea duratei procesului (fia. 11.121Toleranţa la NaCI determină," înfapt, fermentaţia şi, deci, acumularea de acid

lactifc. De exemplu, o'cultură starter formată din stafilococi şi pediococi (Floracarn SP)eşte mai puţin tolerantă la NaCi decât o cultură starter care conţine stafilococi'şflactobacili (FloracarrfSL). în acest caz, cultura Floracarn SP îşi încetează fem5^fât^?î^l^^^^^dfri'<rauz^'c'jre^e|rir-'TOn6enţraţiei de NaCi în timpul uscării produsului,’"cohCentraţîe'care redute‘creşterea microorganismelor şi viteza metabolismului, îrr timp ce cultura Floracarn SL este încă activă până la pH = 4,5.

Numărul de bacterii lactice din cultura starter. Acest număr determină, de asemenea, viteza de fermentare. Astfel, dacă numărul de bacterii lactice din cultura starter adăugată este mărit de 10 ori, durata fazei de lag este redusă la jumătate,î..d.eşî..pH-ul final nu este modificat esenţial.

Flora de contaminare. Este influenţată din punct de vedere cantitativ/ calitativ de condiţiile de depozitare ale cărnii utilizate la fabricarea salamurilor crude. Carnea care a fost menţinută pentru o durată mai mare în sălile de sacrificare sau în depozitele de refrigerare va conţine un număr mai mare de bacterii de alterare, care au capacitatea de a degrada proteinele şi lipidele cu producere de mirosuri de nedorit. în acelaşi timp se produce şi o creştere a pH-ului.

Când se adaugă culturi starter la asemenea cărnuri, faza de lag a fermentaţiei lactice se va mări, iar pH-ul cărnii, iniţial mai ridicat din cauza bacteriilor de alterare, va conduce la creşterea capacităţii tampon a cărnii şi, deci, va fi nevoie de o cantitate mai mare de acid lactic pentru a se obţine aceeaşi scădere a pH-ului. în consecinţă, este necesar să se adauge o cantitate mai mare de zaharuri pentru a se obţine o cantitate suficientă de acid lactic. Durata totală a procesului tehnologic se măreşte.Pentru a avea o selectare a florei bacteriene, în metodele tradiţionale de fabricare a produselor crude s-a utilizat metoda presărării cărnii.Totuşi, metoda poate conduce la greşeli de fermentare, având în vedere că selecţia bacteriilor lactice are loc la întâmplare. Greşelile de fermentare includ, în principal, formarea de gaze şi de gust astringent, ca o consecinţă a formării de acid acetic. Prin folosirea culturilor starter la cărnurile prea sărate se va ajunge la diminuarea mi-croorganismelor din cultura starter, deşi, uneori, bacteriile lactice din flora

spontană sunt atât de viguroase încât vor controla fermentaţia şi vor conduce la anumite riscuri. Prin urmare, trebuie să se evite folosirea cărnii'prea «ăratestftfev .«to

Condiţia fizică a 'culturii, starter Se referăi la forma de uţilizaire^ acesteia: congelată sau uscată prin liofilizate. în general,1 culturije ştarţercoggelate; încep fermentarea mai repede decât

i-rr-r V--nt"!:- ■■ *>C!Tipul de zahăr adăugat. Viteza de fermentare şi cantitatea de acid format va

depinde de tipul de zahăr adăugat.'Fermentarea cea mai rapidă' şi, respectiv^ acumularea cea mai mare de acid , lactic are" loc înj. cazul glucozei,^urniând zaharoza, maltoza, maitodextrina, galactoza şi rafinoza (tabelul 11.7J.

Cantitatea de zahăr. în general, prin creşterea concentraţiei de zahăr se produce mai mult acid lactic şi, deci, pH-ul final va fi mai scăzut, în condiţiile în care cultura starter conţine lactobacili (fig. 11,14).

Dacă cultura starter conţine pediococi, fermentaţia (acumularea de acid lactic şi pH-ul) este independentă de cantitatea de zaharuri adăugată.

Fig. 11.14. Influenţa concentraţiei de glucoză asupra fermentaţiei salamu lui

Danez cu adaos de cultură starter Floracarn SL.

Condiţiile de fermentare: ziua întâi la 24 S C; ziua a doua la 22 9C; zilele 3-4 la

205C; zilele 5-7la18 2 C.

; Tabeiunij Producţia de acid lactic şi pH-ul final în funcţie de natura gluciduluiîn mediul de cultură* s t

Adaos de 1% carbohidraţi % acid lactic produs pH final

Glucoză 0,98 4,08Zaharoză 0,86 4,04Maltoză 0,72 4,24Maltodextrină 0,54 4,54Galactoză 0,31 4,83Rafinoză 0,08 6,10

*Mediul de cultură specific. Condiţiile de fermentare: 30 °C şi 12 h.Microorganismul din cultura starter: Lactobacillus pentosus.

11.8.5. UTILIZAREA CULTURILOR STARTER LA DIFERITE TIPURI DE SALAMURI CRUDE

-ros gfc- S(K:nu: " ' ■;-T> ierr. .steş ^"Sîsos;. .uh.'iv.r:

;ş : ; Salamuri crude cu pastă tartinabilă. Aceste produse au pasta mai moale, tartinabilă, fiind comercializate după 7, zile de „maturare la +25°C. Ele nu trebuie să se acidifice prea tare şi, de aceea, adaosul de glucide este redus. Acidifierea poate fi realizată şi cu glucono-delta-lactonă. Aciditatea pastei poate fi dată şi de către bacilii heterofermentativi care alcătuiesc flora spontană şi care produc acid lactic şLacetic, care contribuie la aroma produsului finit. La un asemenea produs nu se foloseşte, de regulă, cultură starter, dar pentru a obţine un produs tartinabil de calitate superioară se poate folosi o cultură starter de micrococi şi un adaos de glucono-delta-lactonă.

Salamuri crude cu maturare rapidă. Se comercializează după 10 zile de maturare la 25°C. Cultura starter este formată din L. plantarum şi P. acidilacti care acidifică rapid substratul. Pentru a mări marja de securitate microbiologică se adaugă 100 - 125 mg azotit/kg pastă.

Salamuri cu durata de maturare medie. Se comercializează după 15 - 20 de zile de maturare la 20...24°C. Cultura starter este formată din lactobacili şi stafilococi (Staph. xylosus).

Salamuri crude cu maturare îndelungată. La aceste produse se foloseşte o cultură starter de micrococi şi/sau drojdii care acţionează în sensul aromatizării. Maturarea are loc la temperaturi mai mici de 21°C.

Salamuri crude cu maturare îndelungată şi mucegai pe membrană Cultura starter pentru compoziţie este formată din Debaryomices hansenii (105 celule/g pastă) şi/sau Streptomyces griseus. Cultura de spori de mucegai este realizată cu Penicillium nalgiovensis.

Temperatura de maturare este mai mică de 15°C. Produsul se caracterizează printr-o aromă deosebită, mucegaiul nobil şi drojdiile conducând la o uşoară creştere a pH-ului produsului în stratul de margine, prin oxidarea acidului lactic şi a aminoacizilor.

11.9. MODIFICĂRILE FIZICE CARE AU LOC LA FABRICAREA PREPARATELOR DIN CARNE CRUDE

Principala modificare fizică ce are loc la fabricarea salamurilor şi cârnaţilor cruzi este legarea pastei, care constă în transformarea pastei crude într-o structură legată, fermă, consistentă, elastică, caracteristică produsului finit. La „legarea" pastei contribuie: acidifierea, NaCi, eliminarea apei, în special în faza ce uscareAcidifierea propriu-zisă, aşa cum deja s-a menţionat, are loc în faza de afumare şi în prima parte a fazei de uscare la produsele fără etuvare, respect în faza de etuvare, afumare şi în prima parte a fazei de uscare în căzui produselor etuvate. Acidifierea este provocată de microorganismele prezente în mod spontan în pastă, care fermentează zaharurile adăugâteîşnfâSca pH-ulisăfscadă sub 5,4, care este pH-uţ punctului izoelecţric al prirtcjpa!elprjpfbt6jne*din;carne. în prezenţa NaCi, pH-ul punctului izoelectric este şi mai mult micşorat în funcţie de con-centraţia NaCi.

% NaCi pH

0 • ~.........5,63 :2 -iU-ih -.5,42 ■ -

4 ,.i = rSc 5,36 - - ■; ■

> :' ; rmec :£D âeSste i i i.’iao .sitfisi ăfa:.fsişşao!cî se iui aubciq sr+ierr.sseAcidifierea pastei este accentuată.prins;adaQS„de culturi starter lactice sau prin

folosirea glucono-delta-lactonei. în cazul'salamurilor crude cu O > 50 mm, acidifierea este

diferită în diferite zone concentrice ale batonului. De regulă, acidifierea în zona centrală este mai rapidă şi mai intensă decât în zonele periferice. Acidifierea mai rapidă a zonei centrale poate angrena o migrare a apei din straturile periferice către centrul batonului, -unde se menţine şi o activitate microbiană mai intensă, deoarece a„ este mai ridicată. Creşterea aw poate determina fermentaţii nedorite în zona centrală.

pH-ul zonelor periferice, fiind mai ridicat, determină o migrare a apei către exterior, proces preponderent în absenţa crustei. Mucegaiurile de suprafaţă, consumând zaharurile, limitează scăderea pH-ului în straturile periferice şi, deci, determină migrarea apei la suprafaţa batonului.

Clorura de sodiu, dizolvată în apa conţinută de carne, extrage proteinele sarcoplasmatice care au rămas în carne după scurgerea acesteia (acolo unde operaţia de scurgere există) şi o anumită cantitate de proteine miofibrilare care vin în contact cu particulele de carne şi de slănină în procesul de tocare. O dată cu acidifierea pastei, proteinele extrase sunt denaturate şi, deci, trec din starea de sol în starea de gel care leagă într-un tot unitar particulele individuale de carne şi slănină. NaCi contribuie şi la umflarea particulelor de carne care se leagă mai bine între ele. „Legarea" optimă a pastei are loc la 6% NaCi şi la pH < 5,5, adică în faza de uscare, când prin eliminarea apei se ajunge la creşterea concentraţiei de NaCi în faza apoasă. Concentraţia de NaC! este diferenţiată pe straturi, mai ales în produsele aflate în faza finală de uscare - maturare. Astfel, în stratul periferic, concentraţia de NaCi este ~ 6%, în cel de mijloc 5% şi în stratul interior ~ 4%. în finalul uscării - maturării există tendinţa de migrare a NaCi din zonele cu concentraţie crescută în zonele cu concentraţia mai redusă, fapt explicabil, având în vedere afinitatea NaCi pentru apă, care este în procent mai ridicat în zonele centrate.

Eliminarea apei în procesul de uscare conduce treptat la întărirea salamului care devine compact.

Eliminarea umidităţii trebuie să se facă la o viteză optimă. Dacă apa este eliminată cu o viteză prea mică, se pot petrece fenomene nedorite şi anume:

- o restabilire a pH-ului la valoarea iniţială, datorită activităţii proteolitice a microflorei, consecinţa fiind înmuierea produsului, deşi proteinele deja denaturate nu mai pot să se rehidrateze. Acest lucru se petrece în sezonul cald, când salamurile crude sunt scoase prematur de la uscare - maturare. O situaţie asemănătoare se petrece şi în cazul în care produsul etuvat se răceşte rapid, când bacteriile lactice sunt oprite în dezvoltarea lor, dar pot acţiona bacteriile proteoliticepsihrotrope. Rezultă că o acidifiere normală a compoziţiei apără proteinele de atacul microorganismelor cu activitate proteolitică puternică, care sunt sensibile la pH scăzut, la concentraţii mari de NaCi şi la a„ scăzută; ' ’ "

- apariţia unui gust exagerat de picant, hidroliză grăsimilor antrenând apariţia proceselor de oxidare de tip „acroleină";

- o dezvoltare abundentă a microflorei de suprafaţă şi, în special, a mucegaiurilor care fructifică şi produsul se înverzeşte (în cazul produselor fără mucegaiuri nobile pe membrană);

- întârzierea uscării produsului.Dacă apa este eliminată cu o viteză prea mare, acidifierea produsului este

exagerată, acesta căpătând gust acid. Gustul de sărat este, de asemenea, pronunţat. Există variaţii semnificative în ceea ce priveşte umiditatea straturilor periferice şi centrale ale salamurilor crude cu $ ~ 50 mm. Astfel, dacă umiditatea medie a produsului este de 30% după 48 zile de maturare, între straturile periferice şi cele interioare există o diferenţă de umiditate de 10%. Această diferenţă se poate menţine până la sfârşitul uscării - maturării, ceea ce explică şi diferenţa de consistenţă dintre cele două zone.

Uscarea produselor conduce şi la o micşorare a dimensiunilor batoanelor. La o pierdere de umiditate de ~ 30%, dimensiunile liniare se micşorează cu ~ 10%. Având în vedere poziţia suspendată a batoanelor, modificarea lungimii este mai redusă decât a diametrului..

11.10. FORMAREA AROMEI PREPARATELOR - DIN CARNE CRUDE

La formarea aromei salamurilor şi cârnaţilor cruzi contribuie:- componentele cărnii şi ale slăninii, ale condimentelor (preexistente în materiile

prime şi auxiliare);- substanţele de aromă din fum (în cazul produselor afumate la rece); - substanţele de aromă care se formează in decursul fermentaţiei (maturării) din

glucide, proteine, lipide.Materia primă (carnea) contribuie cu substanţe de gust şi de miros ca atare şi cu

precursori de gust şi de miros, care formează aşa-numita fracţiune nevolatilă, solubilă în apă: aminoacizi liberi, dipeptidele carnozină şi anserină. trioeptidul glutation, creatină, creatinină, glucide simple şi fosforilate, săruri anorganice, nucleotide şi nucleozide, baze purinice şi pirimidinice, acid lactic şi alţi acizi or ganici, NH 3, uree, compuşi cu sulf etc. Din slănină intervin în gust şi miros acizii graşi liberi şi fosfolipidele.

Substanţele de gust şi de miros din condimente şi din fum au o contribuţie însemnată la formarea aromei salamurilor şi cârnaţilor cruzi, mai ales că pe parcursul uscării are loc o concentrare a acestor substanţe.

Cea mai importantă contribuţie o au, însă, produsele de aromă (gust şi miros) formate în cursul fermentaţiei (maturării) din zaharurile adăugate, din aminoacizii existenţi sau din cei formaţi prin hidroliză proteinelor, precum şi cele formate prin degradarea lipidelor (lipoiiză şi oxidare). La gustul produselor

...........■ ■ -> - .....

fermentate, pârtieipă şi NaCl. adăugată. De remarcat că aroma salamurilor crude estefn.isti^nşâidependenţă, de gradu^de-acidifiere a compoziţiei. La salamurile crude4tuvate;“ cu maturare^şcurtă, gustul predominant este cel acrişor (dat de acidul tactic) ;care se .suprapune peste guştul„dat de alte componente. La sala- murilCcrud^^'matUrare lungă;' aroma" este rriai pronunţată, gustul acrişor nefiind perceptibil. Lă aceste salamuri, compuşii de aromă sunt următorii:- acizii orţjanici care pot fi: monoacizi monofuncţionali; monoacizi plurifuncţionaii (acizi - alcooli şi acizi cetone); noliacizi mono- şi plurifuncţionaii; acizi aminaţi. / ;

-

Denumirea- * Nomenclatura :,; ■ Masa Punctul de fierbere la

uzuală^ ’ oficială T- ■ 'moleculară presiune atmosferică, °CAc. formic ; Metanoic Ci 46,0 100,7

Ac. acetic K* Etanoic G2: 0 60,0 118,1

Ac. propionic v. Propanoic C3: 0 74,1 141,1

Ac. butiric Butanoic C4: 0 88,1 154,4Ac. izobutiric 2-Metil-propanoic C4: R 88,1 163,5

Ac. valeric Pentanoic C5: 0 102,1 187,0Ac. caproic '' Hexanoic C6: 0 116,2 205,0

Ac. caprilic Octanoic C8: 0 144,2 237,5

Ac. pelargonic Nonanoic C9: 0 172,3 268,0Ac. capric Decanoic C10: 0 186,3 284,0

Ac. lauric Dodecanoic C12: 0 200,3 225,1

Dodecenoic C12:1 198,3 171,13- Tridecanoic C13: 0 214,4 236,1

Monoacizii plurifuncţionaii (acizi-alcooli, acizi-cetone) şi poliacizii mono- şi plurifuncţionaii identificaţi în salamurile crude

Denumirea

Denumirea uzuală

Nomenclaturaoficială

Formula chimică Masamoleculară

Tempe-ratura de fierbere,°C

1 2 3 4 5 6

Glicolic Hidroxietanoic HO - CH2 - COOH 76,1Lactic 2-Hidroxipro-

panoicCH3-CHOH-COOH(acid-alcool)

90,1 122,15

Piruvic 2-Cetopropa- CH3 - CO - COOH 85,1 165,00

Mono noic (acid-cetonă)

acizi Gluconic

2-Ceto-gluconic

Pentahidroxi-oic

2-Ceto-3,4,5,6-tetrahi-droxihexanoic

C5 H6 (OH)s COOH

CH2OH(CHOH)3-CO-COOH(acid-alcool-cetonă)

196,2

.ifeA’bO'W? -S-'Ef:'!-e:5*'W Tabelul 11.8•Monoacizii monofuncţionali identificaţi în salamurile

crude

Tabelul 11.9

■'■■eiOXi Tabelul'11.9 (corrtinuare).i

;.w

ife gş •

_ 1- - : 2 - 3 -om.Tţ tnuc yia5 sn •«» 6?sbg•;i ÎOT :■

5-Ceto-gluconic

5-Ceto-2,3,4,6-tetrahi-droxihexanoic

CH2OH-CO-(CHOHMROOH IOD «(fcid-ş'cool^tgnă),,

;v3s?na>

isţjsaoo

'!1ŞÎ'5S!»aSÎ —^

Oxa!ic Etandioic COOH - COOH ’ ,4Jw " '126,1 150 (su-"* blimare) ‘235290 (su- iţ blimare)

Dia- eicizi

SuccinicFumărie

Butăridîoic ’u£r

Trans-buXen-dioic

COOH-ŢCH^'-COSW9'COOH-CH=CH-COOH

118,1116,1

Tria- Citric ţ- ' :';r ti.- HOOC-CH2-COH-COOH " •f'-

'192 0

:',.y '

CIZI . . . . COOH- '(acid - alcool) ' sshî-ii rtsO

Monoacizii monofuncţionali sunt prezentaţi în tabelul 11.8, iar monoacizii plurifuncţionaii (acizii - alcooli şi acizi - cetone) precum şi poliacizii mono- şi plurifuncţionaii în tabelul 11.9. --- --- - —

Tabelul 11.10Aldehideie identificate în salamurile crude

Denumirea Formula chimică Masamoleculară

Temperatura de fierbere, °C

Metanal HCHO 30,0 -21,0

Etanal CH3-CHO 44,1 21,0

Propanal CH3 - CH2 - CHO 58,1 48,8

n - Butanal CH3- (CH2)2-CHO 72,1 75,7

izo ■ Butanal (CH3)2 - CH - CHO 72,1

n - Pentanal CH3-(CH2)3-CHO 86,1 103,4

izo - Pentanal (CH3)2 - CH-(CH2)2 - CHO 86,1

n - Hexanal CH3- (CH2)4- CHO 100,2 131,0

izo - Hexanal (CH3)2 - CH - (CH2)2 - CHO 100,2

n - Heptanal CH3 - (CH2)5 - CHO 114,2 151,0

n - Octanal CH3 - (CH2)6 - CHO 128,4 163,4n - Nonanal CH3- (CH2)7-CHO 157,2n - Decanal CH3 - (CH2)8 - CHO 156,32 - Butenal, CH3-CH=CH-CHO 70,1 104,52 - Pentanal CH3-CH=CH-CH2-CHO 84,02 - Hexenal CH3 - CH=CH - (CH2)2 - CHO 98,02,4 - Hexenal CH3 - CH=CH -CH=CH - CHO 96,02 - Octenal CH3-CH=CH-(CH2)4-CHO 126,02 - Decenal CH3 - CH=CH - (CH2)6 - CHO 154,0

2 - Undecenal CH3 - CH=CH - (CH2)7 - CHO 168,0

Monoacizii monofuncţionali cu lanţ scurt (volatili) provin din degradarea zaharurilor sau din oxidarea lipidelor. Monoacizii monofuncţionali cu lanţ lung (ac. caproic — ac. tridecanoic) provin exclusiv din degradarea lipidelor. Acizii aminaţi

provin prin degradarea proteinelor. Monoacizii plurifuncţionaii, (acizi - alcooli şi acizi-'- cetone) precum şi poliacizii mono- şi plurifuncţionaii se formează în procesele fermentative sau în ciclul TCA; ! "i f, ; 'i i; i'-'-d compuşii carbohilici. Aceşti compuşi pot avea unoarecare rol în 'aciditatea produsului, dar mai mult în aromă. Carbonilii! pot fi aldehide (saturate, nesaturate) şi cetone (saturate monofuncţionale şi nesaturate polifuncţionale).; ' Aldehidele şi cetonele mai importante sunt prezentate în tabelele 11.10ţşi,1-1.11.

j\~~~ ................ Tabelul11.11•. Cetonele identificate în salamurile crude

"" Denumirea Formula chimică Masamoleculară

Temperatura de fierbere, cC

2 - Propanonă CH3 - CO - CH3 58,1 56,5

2 - Butanonă CH3 - CO - C2H5 72,1 79,6

2 - Pentanonă CH3 - CO - (CH2)2 - CH3 86,1 101,7

3 - Pentanonă 0 1 O J o X o o o X 86,1 102,7

2 -Hexanonă CH3 - CO - (CH2)3 - CH3 100,2 127,2

2 - Heptanonă CH3 - CO - (CH2)4 - CH3 114,2 150,0

2-Octanonă CH3 - CO - (CH2)6 - CH3 128,2 173,5

2 - Nonanonă CH3 - CO - (CH2)6 - CH3 142,2 194,0

2 - Decanonă CH3 - CO - (CH2)7 - CH3 156,3 211,0

2- Undecanonă CH3 - CO - (CH2)8 - CH3 170,3 228,0

2 - Tridecanonă CH3 - CO - (CH2)10 - CH3 198,3 263,0

2 - Pentadecanonă CH3-C0-(CH2)12-CH3 226,4

2-Hidroxi-3-butanonă CH3 - CO - CHOH - CH3 cetonă-alcool

88,1 148,0

2,3 - Butandionă O X C O o o o o o X w 86,1 88,1

Monocetonă ciclică cu o dublă legătură la C6

11.10.1. MECANISME DE FORMARE A SUBSTANŢELOR DE AROMĂ

Substanţele de aromă, în acest caz, rezultă din două tipuri de reacţii importante: reacţii enzimatice: reacţii de oxidare neenzimatică.

Enzimele implicate sunt, in principal, de origine microbiană, dar pot fi şi de natură endogenă (proprii materiilor prime şi unor condimente), iar substraturile acestor enzime sunt glucidele, lipidele şi proteinele, intercorelaţia dintre aceste grupe realizându-se prin intermediul acidului piruvic, placa turnantă în metabolismul substanţelor menţionate (fig. 11.15).

Degradarea glucidelor. Glucidele din pasta salamurilor crude sunt constituite, în principal, din zaharurile adăugate (glucoză, zaharoză). Degradarea glucidelor are loc pe calea glicolizei, care conduce la piruvat.

358 BIOTEHNOLOGII ÎN INDUSTRIA ALIMENTARĂ

Piruvatul, care rar se acumulează, poate fi transformat în acid lactic pe trei căi fermentative: homolactică, heterolactică şi calea „acizilor micşti". în prezenţa drojdiilor se poate^ forma şî alcool etilic.

Fermentaţia homolactică este produsă de bacteriile homolactice (streptococi, lactobacili, pediococi) şi se desfăşoară după schema din fig. 11.16.

Bilanţul energetic total al glicolizei cu formare de acid lactic este +2 moliATP.

Fermentaţia heterolactică este realizată de bacterii din genul Leuconos-toc şi de unii lactobacili. Fermentarea glucidelor are loc pe calea fosfocetohexo- zelor (calea alternativă a glicolizei), rezultând acid lactic, acetic, alcool etilic şi C02. Fermentaţia se desfăşoară după schema din fig. 1.1.17. ':W-

Randamentul în acid lactic, în cazul bacteriilor heterofermentative, este de 0,8 moli/mol iactoză. în fermentaţia heterolactică se formează şi acetoină/diacetil din citrat, genele care codifică etapele iniţiale ale fermentaţiei heterolactică şi metabolizarea citratului fiind localizate pe plasmide (fig. 11.18).

Fermentaţia pe ca/sa „acizilor micşti" se produce numai ocazional (ca şi

Utilizarea enzimelor şi a microorganismelor în industria cărnii 359

fermentaţia alcoolică) şi are loc după schema din fig. 11.19.

| Glucoză[ CD , Glucoză-6P

I—1---------—1•; e;!j§î;: C1TRAT

::dnr’tai

Utilizarea enzimelor şi a microorganismelor în industria cărnii 360

: "> ■?. . i ’ Citrat-tiaza/i;ebixo'âş^iiâ-Î.-OÎ'jjsliţ#'?: srn’Mdf-t

ţ g f e , r wOxalacetat