extractia proteinelor

Upload: alexandra-savu

Post on 06-Jan-2016

162 views

Category:

Documents


6 download

DESCRIPTION

proteine

TRANSCRIPT

  • Extracia i texturarea proteinelor

  • Extractia (si purificarea proteinelor din surse vegetale) Ratiunea extractiei proteinelor din surse vegetale

    Extracia proteinelor pentru scopuri alimentare este un proces nou, care vine s completeze extracia i purificarea cu scop farmacologic sau enzimatic, dei populaia este nc neregtit psihologic s consume proteine de extracie. extracia proteinelor pentru mrirea valorii nutritive

    se extrag proteine de origine vegetal care nu fac obiectul consumului direct din cauza dificultilor digestive (asociate cu celuloza) sau nsoite de substane toxice pentru mamifere (inhibitorul de tripsin din soia)

    ameliorarea proprietilor organoleptice (prin extracie se scap de anumite mirosuri, gusturi amare)

    creterea profitabilitii investiiile mari pentru unele produse returnabile de la cumprare, datorit perisabilitii (de exemplu este mai economic s utilizezi superior pestele si resursele marine, dect simpla comercializare).

    problema produciei secundare de la abatoare, ferme de lapte, mori, fermentatore de bere, rafinrii de zahr, distilerii, etc. n ceea ce privete valorificarea i evitarea polurii prin deeuri.

  • Tehnologiile pot fi extinse la leguminoase (mazre, fasole)

    turtele rmase de la extracia uleiului din semine (rapia, floarea soarelui)

    cereale (gluten din gru).

    Legumele majoritar globuline (albumine)/ solubile n H2O /bogate n lisin, deficitare n metionin Cerealele majoritar prolamine (gluteline)/ deficitare n lisin Oleaginoase majoritar globuline

    Proteinele extrase sunt un produs nou, pentru care trebuiesc gsite utilizri profitabile.

    ctig nutriional cert. componenta PRE: > sau < dect proteinele nlocuite?

  • Probleme de extracie a proteinelor A. asocierea lor cu alti polimeri (zaharuri) B. fragilitatea pierderea calitii nutritive C. complexitatea structural a proteinelor Factorii implicai n gradul de adecvare a proteinelor pentru extracie A. Heterogenitate: albuminele, globulinele= solubile n ap proteine miofibrilare= foarte insolubile Coexist n aceeai materie prim, ca i cu proteine care sunt legate de polimeri (zaharuri, lipide, pigmeni, etc.) Necesitatea proceselor de disociere mecanic, chimic, enzimatic.

  • B. Susceptibilitatea la denaturare = alterarea structurii spaiale pierderea solubilitii datorit modificrii pH-ului, temperaturii, modificarea triei ionice. C. Complexitatea structural: c1. Mrimea i forma moleculelor = acest criteriu este important pentru microfiltrare, ultrafiltrare, permeabilitatea gelurilor; se aplic la proteinele prezente n fluidele vitale (snge, zer) i mai rar la proteine n amestec cu ali polimeri. c2. Polaritatea = depinde de gruprile polare ionizate (COO-, NH3

    +) sau nu (OH, SH) n raport cu lanturile hidrocarbonate. Separarea bazat pe acest criteriu se face prin precipitare la diferite pH-uri sau trii ionice. c3. Afinitatea de legare la situsuri ncrcate electric ale unor polimeri solizi (rini, sticl, silicagel). Legarea prin schimb ionic urmat de eluare cu gradient de pH permite separarea (fracionarea) proteinelor (idem in cazul unei afinitati specifice pentru substratul unei enzime sau pentru antigeni).

  • Tipuri de extracte: Concentraia de proteine n produsul finit 20% (din cereale prin separare mecanic) 90% (cazeinai, soia, prin tehnici de izolare) Puritate: finuri 70%, concentrate 85%, izolate > 85% Izolatele: au o mai bun capacitate de retenie a apei capacitate de gelifiere capacitate de emulsionare, etc.

  • materie prim Lichid Solid nlturare ap Mcinare deeuri (de ex coji) Fin uleioas ulei Finuri (degresate) (proteine insolubile / proteine solubile) Substane Extracie Extracie Produi insolubili solubile de substane de proteine solubile neproteici (neproteice) solubile Ap, sruri Precipitare Proteine solubile minerale, sau alte procedee substane cu N Neproteice A. Concentrate B. Izolate

    (metod negativ) (metod pozitiv)

    Schema de principiu a obinerii proteinelor

    VEGETALE sau alta

  • DIVERSITATEA PROCESELOR APLICATE in cele 4 etape I-IV

    I. Proces mecanic creterea suprafeei prin procese de mrunire II. Proces termic fie lichefiaz o faz (grsimi care se topesc) fie solidific o faz (denaturarea proteinelor) fie vaporizeaz o faz (sterilizare&deshidratare) III. Separarea fazei solide coninnd proteine, concomitent cu eliminarea lipidelor, prin presare, centrifugare. IV. Uscarea produsului i extracia lipidelor reziduale (extracie solid- lichid cu solveni de extracie a grsimilor reziduale: nC6H14 , nC6H14 + AcOEt + iPrOH /EtOH 95%- (alcoolii elimin mirosurile, iPrOH este ieftin i neagresiv pentru pete). Spre deosebire de finuri, concentratele implic totala ndeprtare a lipidelor, deoarece acestea, prin oxidare dau prin combinare cu proteinele, produi insolubili. De asemenea, pot rncezi la depozitare.

  • Finurile obinute din semine oleaginoase i leguminoase au diverse arome (gust + miros) neplcute, provenite din oxidrile acizilor grai nesaturai la aldehide nesaturate, acizi aldehidici, etc, sub aciunea lipoxigenazei.

    Dezaromatizarea fainurilor etapa esentiala pentru utilizarea ulterioara

    DEZAROMATIZARE

    metode fizice: tratamente termice (toastare cu abur, uscare, IR, 1400C, extracie cu EtOH, iPrOH)

    metode chimice: oxidri, reduceri, H+, HO-, Na2CO3

    metode biochimice:

    sub aciunea catalazei, papainei (gust amar), pepsinei

    sub aciunea lactobacillus lactis, lactobacillus bulgaricus, etc, (incubare, apoi mrire sau micorare temp pentru inactivare)

    sub aciunea unor mucegaiuri (Aspergilius): inoculare cu spori dispersai cu NaClaq, incubare la 97C, inactivare la 120C.

  • Scheme de extracie a proteinelor A. negative - mbogire in proteine Metode de extracie B. pozitive - izolare a proteinelor pure Izolatele proteice, cu concentraia >90% sunt considerate proteine pure. Cazeinai, lactoglobulin, proteine asociate cu sruri Proteine din pete surimi Carne (rar izolate), deoarece este un aliment valoros ca atare

  • Procedee negative de extracie a proteinelor Concentratele proteice Concentrate proteice = concentrarea proteinelor prin eliminarea substanelor neproteice ca urmare a tratrii materie prime cu diferii solveni care insolubilizeaz proteinele i solubilizeaz partea neproteic. Spre deosebire de finuri, concentratele implic totala ndeprtare a lipidelor, deoarece acestea, prin oxidare dau prin combinare cu proteinele, produi insolubili.

    O metod avantajoas este eliberarea proteinelor din roturi prin metode biologice: culturi de microorganisme sau preparate enzimatice (catalaz), deoarece sunt anihilate substanele toxice i antinutritive.

  • Dac extracia (ex a finii de soia) se face i cu hexan, i ulterior i cu etanol, atunci primul solvent preia lipidele nepolare, care se recupereaz prin distilarea solventului, iar al doilea solvent preia lipidele polare.

    Dup extracia cu solveni se poate aplica i o extracie cu ap sau alcool ap, pentru ndeprtarea compuilor hidrosolubili.

    Pentru obinerea concentratelor se utilizeaza solveni de extracie, ca alcoolii care preiau

    glucidele lipidele polare derivaii de oxidare ai lipidelor (aldehide, alcooli, cetone) steroli derivaii fenolici

  • Procedeu discontinuu splare de cteva ori prin trecerea solventului peste materia prim. Procedeu continuu splare n contracurent n coloana de extracie cu solvent recirculat, care dup distilare d un concentrat furajer bogat n carbohidrai.

  • Procedee pozitive de extracie a proteinelor Izolatele proteice

    Finuri, roturi degresate

    Dizolvare

    la pH > 7

    Separare

    Glucide (celuloz) Minerale Colorani

    (INSOLUBILE)

    Proteine + Compui neproteici Fenoli, compui cu azot

    (SOLUBILE)

    Recuperare

    a)

    b)

    c)

    a), b), c) vezi slide-ul urmator

  • Precipitare la pizoelectric

    (HCl, H3PO4, ac.lactic)

    a)

    b)

    c)

    Centrifugare

    apoi splare cu H2O

    Neutralizare la pH 7

    Uscare/ evaporare solvent

    Proteinai 93-95%

    O a treia variant de separare a proteinelor solubile: separarea prin membrane, n funcie de masa molecular.

    Alte variante de separare a proteinelor solubile: legare de medii active

    urmat de eluie sau coprecipitri.

    Randamentul =

    A. creterea solubilitii proteinelor

    B. creterea recuperrii proteinelor, adic a precipitrii (i puritii)

    Masa de protein extras

    Masa supus extraciei

    Randamentul se

    amelioreaz prin

    Variantele a), b) si c) vor fi reluate in slide 22-24

  • Parametrii de proces:

    1. Gradul de mrunire al materiei prime 2. Raportul solid-lichid (neimportant la temperaturi joase) 3. pH (optim 9) - la pHizo= 4,5- 6 proteinele sunt insolubile - la pH > 9 au loc racemizri 4. Temperatura (optim 55C) fiind mai redus (

  • A. Creterea solubilitii proteinelor

    Solubilitatea proteinelor

    Proteinele sunt substane solide, macromoleculare, solubile n general n ap i insolubile n solveni organici nepolari.Unele proteine sunt solubile n ap dar insolubile n alcool, altele sunt solubile n soluii apoase de electrolii, acizi organici. Datorit gradului diferit de solubilitate n diferii solveni, proteinele se pot izola, identifica i separa. Solubilitatea lor depinde foarte mult de legturile care se stabilesc ntre gruprile libere de la suprafaa macromoleculelor i moleculele solventului.La suprafaa macromoleculelor proteice se gsesc grupri libere de tip polar,-COOH, -NH2, -OH, -SH, -NH, grupri cu caracter hidrofil care favorizeaz dizolvarea proteinelor n ap. De asemenea exist grupri de tip apolar, hidrofobe, de regul radicali de hidrocarburi -CH3, -C6H5, -C2H5, care favorizeaz dizolvarea proteinelor n alcool. ns n marea lor majoritate predomin gruprile polare, determinante pentru caracterul hidrofil. n contact cu apa proteinele greu solubile manifest fenomenul de gonflare, datorit tendinei de hidratare a gruprilor polare. Gelatina de exemplu se mbib foarte puternic cu apa dnd natere prin rcire la geluri. La dizolvarea proteinelor n ap, are loc fenomenul de formare a coloizilor hidrofili. S-a constatat c n soluii diluate se gsesc macromolecule proteice izolate, iar n cazul soluiilor concentrate se formeaz agregate de macromolecule proteice. Soluiile coloidale ale proteinelor, coaguleaz prin nclzire, prezint efectul Tyndall (dispersia fasciculului de lumin)

  • Solubilitatea proteinelor este esenial pentru funcionalitatea produselor:

    IDS

    INDICELE DE DISPERSABILITATE A PROTEINELOR (foarte util

    pentru produsele obinute din soia, de exemplu)

    Este procentul de protein total care se disperseaz in ap n anumite condiii standard

    msur a intensitii tratamentelor termice pe parcursul proceselor de izolare

    msur a gradului de inactivare a enzimelor sub efectul termic

    Un INDICE IDS mare:

    - denaturarea termic redus - activitate enzimatic pstrat - DAR! i factori antinutritivi (goitrogeni) nc activi

  • A. Creterea solubilitii proteinelor

    A1. Prin mijloace chimice (prin pH, temperatur, timp, etc) (vezi parametrii de proces slide 17)

    A2. Prin mijloace enzmatice (costisitoare). Exemple:

    la pete: enzimele gust amar apoi trebuie ndeprtate sau inactivate enzimele.

    la pre-tratarea enzimatic a finurilor; Din acelai proces (n esen hidrolitic) rezult diferite fraciuni precipitarea se face la diferite pH-uri corespunztoare acestor fraciuni. Avantaj: puritate i lipsa factorilor antinutritivi (goitrogeni).

  • B. Creterea recuperrii proteinelor

    Precipitarea

    proteinelor

    B1 enzimatic

    B2 fermentativ

    B3 chimic

    B4 coprecipitare

    B1: - coagularea sngelui cu trombin: fibrinogenul coaguleaz iar eritrocitele din ser se separ de reteaua de fibrin - coagularea cu renin turte de cazein

    B2: se adaug Lactobacillus bulg. (nsmnare, fermentare). Precipitatul proteic este superior calitativ.

  • Exemplu: coprecipitarea proteinelor din zer cu acid poliacrilic, se

    obtine un produs cu proprietati similare albuului de ou Etapa intaia: acidul poliacrilic precipit zerul (pH = 4) un precipitat proteic (constand din proteinele zerului+acid poliacrilic) (la filtrare se scapa de

    lactoza)

    Etapa a doua: Alcalinizare (pH > 6,5) solubilizarea proteinelor Etapa a treia: se adaug MgCO3; sarea de Mg a acidului poliacrilic se ndeprteaz prin filtrare. Filtratul contine o solutie de proteine din zer, separate de alte componente din zer (lactoza, altele) care se valorifica

    ulterior prin diferite procedee de recuperare a proteinei

    .

    B3: Uneori se practic precipitarea la pHi a proteinelor denaturate anterior, prin procedeu termic sau acid:

    de exemplu precipitarea proteinelor din zer

    (procedeul Centri- Whey).

    Proteinele din soia se denatureaz cu alcool. Alte proteine se denatureaz cu acid (cazeinele).

    B4 Coprecipitarea cu diferii adsorbani urmat de indepartarea suportului.

    a)

    b)

  • Izolate proteice din surse vegetale ridic uneori probleme cum ar fi:

    Culoare verde (de exemplu izolatele de floarea soarelui) din cauza acidului clorogenic, care e oxidat la chinone. Din acest

    motiv, la momentul extraciei (solubilizrii) se adaug Na2SO3 (reductor, bactericid, antigelifiant).

    Mirosuri neplcute. Din acest motiv izolatul se dezodorizeaz sub vid dup neutralizare naintea filtrrii.

  • c). Separarea proteinelor prin membrane semipermeabile (ultrafiltrare) cnd precipitarea nu d rezultate

    Trec particulele mici: glucide, sruri, neproteice, ap Permeat

    Nu trec proteinele, care astfel i sporesc concentraia Retentat

    Microfiltrare particule 10-6m

    Ultrafiltrare particule 10-8m

    Nanofiltrare particule 10-9m

    Osmoz invers

    c)

  • Microfiltrare Ordinul de mrime acoperit de microfiltrare este m (10-6). ndeprteaz particule ca globule grase, bacterii, anumite componente ale laptelui cum ar fi celulele somatice sau fragmente

    celulare (producerea laptelui ultra-curat cu coninut foarte mic de germeni i spori, cu proprieti gustative mbuntite, datorate tratamentului termic minim, i cu o durat de pstrare crescut la pstrarea n frigider. membranele pentru microfiltrare cu pori foarte mici 0,1- 0,2 m mpart laptele smntnit n: retentat bogat n cazein; frac. de micele cu proprieti excelente de nchegare; micelele de cazein sunt suficient de mari pentru a fi respinse de membran, n timp ce serul de proteine solubile trece prin ea

    ser nativ de lapte fr cazein: fraciunea de permeat este o surs de nalt calitate de proteine native din zer, si poate fi fracionat mai departe pentru a izola anumite proteine din zer, ca de exemplu: -lactoglobulina purificat, -lactalbumina etc.

  • Ultrafiltrare

    Ordinul de mrime acoperit de ultrafiltrare este de (10-8). se aplic att la laptele smntnit ct i la zer, cu scopul de a concentra componentele proteice respective Ultrafiltrarea laptelui Concentrarea laptelui in grasimi si proteine, deoarece lactoza i minerale solubile sunt ndeprtate progresiv in permeat. Concentrarea in proteine si grasimi serveste la regularizarea calitatii laptelui in functie de sezon, iar la branzeturi si iaurturi,

    pentru randament si textura.

    - La conc> 35% (solide), prin adaos de renina sau starter,

    retentatul produce un coagul care nu separa zer

    (sortimente de brinzeturi care se consuma proaspete)

    Creste randamentul in branza Ultrafiltrarea zerului Concentrare in proteine din zer; permeatul bogat in lactoza

  • Nanofiltrare Prin membrane polimerice de tip compozit. Procesul are loc sub presiune Ordinul de mrime acoperit de nanofiltrare este nm (10-9).

    Membranele au permeabilitati selective pentru cationi (reduc cu 60% cationii MeI si cu 30% cationii MeII )

    Procesul se aplica pentru pre-concentrarea zerului (manipulare tehnologica a unor cantitati mai mici)

    Osmoza inversa (OI) Prin membrane polimerice de tip compozit. Procesul are loc sub presiune Ordinul de mrime acoperit de osmoza inversa este de (10-10).

    Procesul permite eliminarea apei, dar nu si a altor molecule sau ioni

  • Factori (substane) antinutritivi din seminele plantelor oleaginoase (goitrogeni)

    Arahidele au cel mai mic coninut de factori antinutritivi ca i seminele de floarea soarelui, care nu conin aceti factori toxici. Modul lor de aciune este modificarea asimilrii alimentelor, fenomene de coroziune a mucoaselor, inhalarea unor enzime digestive,

    Polifenoli acioneaz asupra amilazei fcnd neasimilabil amidonul din hran. Factor antivitaminic B12-complexeaza B12 si o inactiveaza

    Exist i ali factori antivitaminici, factori cu efecte sistemice cu aciune grav asupra sistemului glandular, n principal asupra activitii tiroidei, factori care produc degenerescinta neurovegetativ.

    Inactivarea multor factori de acest tip se realizeaz prin tratamente termice, uneori asociate i cu alte metode. Dezavantajul este c tratamentele termice denatureaz oarecum i proteinele, micorndu-le oricum solubilitatea. Adaosurile de acizi sau baze permit scderea temperaturii la 70-75C.

  • n cazul seminelor de rapi, factorii antinutritivi produi sunt izocianaii toxici RNCS

    .

    Aplicnd tratarea cu abur a roturilor, izocianaii se transform n amine, CO2 i H2S.

    Se utilizeaz i injectarea soluiilor cu NH3, derivatul de tiouree rezultat este (inofensiv)

    Utilizarea presiunilor ridicate permite prin compensare, utilizarea unor

    temperaturi mai sczute. Aceste condiii se realizeaz n extruder (temperaturi i presiuni ridicate, timp scurt).