tehnogia fabricarii berii

Download Tehnogia Fabricarii Berii

Post on 14-Jul-2015

132 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

INTRODUCEREIndustria fermentativ ocup un loc important n cadrul industriei alimentare. Ea se bazeaz n principal pe activitatea fermentativ a drojdiilor, care transform glucidele fermentescibile din materii prime de origine vegetal i chiar animal n alte substane care constituie produsele finite. Prin procese fermentative se pot obine o gam larg de produse. Procesul tehnologic de fabricare a berii, alcoolului, drojdiei, fabricarea vinului se bazeaz pe urmtoarea schem tehnologic general: Materie prim Drojdii selecionate Multiplicare n laborator Multiplicare n staie de culturi pure Plmad de drojdie

Pregtirea pentru fermentaie

Plmad (must)

Fermentare (Multiplicare)

Plmad fermentat

Prelucrarea plmezii fermentate

Produs finit Fig.1. Schema tehnologic general de obinere a produselor pe cale fermentativ Materiile prime utilizate sunt diferite substraturi bogate n glucide fermentescibile, medii naturale ce conin i alte substane necesare pentru un metabolism activ: malul ce conine diglucidul maltoz se folosete la fabricarea berii; materii prime amidonoase folosite la fabricarea alcoolului, ce conin poliglucidul amidon, hidrolizat n prealabil pe cale chimic sau enzimatic pn la formarea de glucide fermentescibile. Aceast zaharificare prealabil este obligatorie, deoarece drojdiile de fermentare nu pot produce hidroliza enzimatic a poliglucidelor; melasa, reziduu de la fabricarea zahrului din sfecl de zahr sau trestie de zahr folosit la fabricarea alcoolului i a drojdiei de panificaie sau a drojdiei furajere, ce conine diglucidul zaharoz; strugurii folosii la fabricarea vinului, .a.

1

Diglucidele ntlnite n mediile naturale sunt hidrolizate, de ctre enzimele drojdiilor, n glucide simple, direct fermentescibile, astfel: maltaz Maltoza ---------2 glucoz invertaza Zaharoza ----------- glucoz + fructoz celobiaza Celobioza ---------- 2 glucoz lactaza Lactoza --------- glucoz + galactoz Materiile prime sunt supuse mai nti, n funcie de compoziia lor chimic, unor operaii de pregtire n vederea fermentrii n urma crora se obine o plmad sau un must limpede, ce conine glucide fermentescibile i alte substane nutritive necesare activitii drojdiei. Fermentarea se realizeaz cu ajutorul unei culturi pure de drojdie, care se multiplic mai nti n laborator i apoi n staia de culturi pure n condiii sterile n vederea obinerii unor plmezi de drojdie n cantitatea necesar pentru nsmnarea plmezii principale. n funcie de condiiile de dezvoltare, drojdiile pot produce fermentaie alcoolic sau pot produce acumulare de biomas. Astfel, prin fermentare n condiii anaerobe, sub aciunea complexului zimazic al celulei de drojdiei n stare activ, glucidele fermentescibile sunt metabolizate prin reacii de oxidoreducere, n produi principali alcool etilic i CO2 , produi secundari alcooli superiori, acizi, aldehide i o cantitate mic de energie, conform reaciei globale: C6H12O6 ----- 2CH3-CH2-OH + 2CO2 + 117kj Agenii tipici ai fermentaiei alcoolice sunt drojdiile din genul Saccharomyces care, prin fermentarea glucidelor, pot s produc mai mult de 8% vol. alcool etilic. Enzimele sunt implicate n metabolismul energetic al celulei de drojdie, prin care se obine energia necesar diferitelor activiti biologice. Punctul de plecare al proceselor productoare de energie este reprezentat de glucoz, al crui metabolism are loc, de regul, pe calea unor reacii catalizate de enzime corespunztoare procesului de glicoliz (calea Embden-Meyerhof-Parnas). Calea enzimatic a fermentaiei alcoolice a fost elucidat pe parcursul multor ani de cercetare. S-a demonstrat c enzimele de fermentaie pot funciona i dup eliberare din structuri celulare. Harden i Young au descoperit c, pentru ca fermentaia alcoolic s aib loc, este nevoie de dou fraciuni de extract de drojdie: o fraciune termolabil numit zimaz, coninnd probabil enzimele necesare procesului i o fraciune termostabil, cozimaza, necesar activitii zimazei. Fraciunea termostabil a fost ulterior descris ca avnd dou componente eseniale, coenzima de oxidoreducere nicotinamidadenin- dinucleotidul sau NAD i un amestec de adenin nucleotidele ADP i ATP (Lehninger, A.L., 1987). Sub aciunea complexului zimazic al celulei de drojdie n stare activ, n condiii anaerobe are loc fermentaia alcoolic, prin care se transform D-glucoza, Dfructoza, D-manoza i dup hidroliz enzimatic la nivelul membranei, zaharoza, maltoza i 1/3 din rafinoz, n alcool etilic, dioxid de carbon i o cantitate mic de energie. Mecanismul fermentaiei alcoolice produse de drojdii cuprind 5 etape principale, catalizate de enzimele complexului zimazic: formarea esterilor fosforici, form sub care glucidele fermentescibile sunt transportate prin membrana celular i metabolizate; scindarea esterului fructofuranozo 1-6 difosfat, n prezena aldolazei, n dou trioze: aldehida fosfogliceric i fosfodioxiacetona, aflate n echilibru tautomer; 2

metabolizarea triozelor cu formare de acid piruvic, component de baz format n cadrul metabolismului microbian; decarboxilarea acidului piruvic, cu eliberarea dioxidului de carbon ca produs principal i formarea acetaldehidei; formarea alcoolului etilic ca urmare a faptului c aldehida acetic devine acceptor de hidrogen. n componena complexului zimazic al drojdiei au fost identificate 12 enzime: 1. GLUCOKINAZA - devine activ n celul cnd n mediu se acumuleaz glucoz. Este o hexokinaz, necesit prezena Mg2+ sau a Mn2+ i catalizeaz fosforilarea prin intermediul ATP. Enzima fosforileaz numai glucoza i nu are aciune asupra altor hexoze. 2. FOSFOGLUCOIZOMERAZA - este o oxidoreductaz intramolecular i catalizeaz transformarea revesibil a glucozo-6-fosfatului n fructozo-6-fosfat. 3. FOSFOFRUCTOKINAZA - este o enzim de degradare, activitatea ei poate fi inhibat prin represie catabolic, ca urmare a acumulrii esterului 1-6 difosfat. 4. ALDOLAZA - este alctuit din 4 subuniti, avnd o greutate molecular mare. Activitatea ei este stimulat de pH-ul neutru, uor alcalin. Dac pH-ul la nceputul fermentaiei este prea acid, ea se mparte n 4 subuniti i se reduce activitatea sa. Are grupri active fixe -SH i este stimulat de prezena ionilor de Zn, Ca, Fe, K. Are masa molecular de aproximativ 65000. 5. FOSFOTRIOZOIZOMERAZA catalizeaz intertransformarea produilor intermediari ai glicolizei, 3-fosfogliceroaldehida i fosfodioxiacetona. 6. GLICEROFOSFATDEHIDROGENAZA este alctuit din 4 subuniti, formate din lanuri lungi de aminoacizi, de aproximativ 330 resturi, este activat de ioni de Mg. A fost izolat sub form cristalin (masa molecular 140000) din muchiul de iepure sau drojdie. Catalizeaz transformarea reversibil a -glicerofosfatului n dioxiacetofosfat. 7. FOSFATGLICEROKINAZA catalizeaz reacia de transfer a gruprii fosfat de la acid 1,3 -difosfatgliceric la acid 3 fosfogliceric. 8. FOSFATGLICEROMUTAZA asigur conversia acidului 3-fosfogliceric n acid 2fosfogliceric. 9. ENOLAZA a fost obinut n form cristalin din mai multe surse (masa molecular 85000). Ea necesit n mod absolut un cation bivalent (Mg2+ sau Mn2+) care alctuiete mpreun cu enzima un complex nainte ca substratul s fie legat. Enzima este puternic inhibat de fluorur, n special n prezena fosfatului. 10. PIRUVATKINAZA catalizeaz reacia de transfer a fosforului de la acidul fosfoenolpiruvic la ADP cu formare de ATP. A fost obinut n form cristalin (masa molecular 250000). Reacia este puternic exergonic i este ireversibil n condiii intracelulare. 11. PIRUVATDECARBOXILAZA catalizeaz reacia de decarboxilare a acidului piruvic n aldehid acetic. Necesit TPP i ioni de Mg. 12.ALCOOLDEHIDROGENAZA catalizeaz reacia reversibil de transformare a aldehidei acetice n alcool etilic. Bilanul masic al fermentaiei alcoolice este urmtorul: 180 g glucoz = 2 x 46 g alcool etilic + 2 x 44 g dioxid de carbon Randamentul teoretic este de 51,1% (92/180 x 100). Randamentul practic este de 0,640,67 din randamentul teoretic, deoarece nu toat cantitatea de zahr este transformat n alcool. O parte din cantitatea de zahr este transformat n produse secundare, n produi de biosintez intracelulari (biomas), iar o alt cantitate este transformat prin respiraie n produi finali.

3

n condiii de aerare drojdiile asimileaz glucidele producnd oxidare pn la produi finali prin respiraie, procurndu-i astfel o cantitate mai mare de energie folosit n procese de biosintez ale compuilor celulari: 6O2 C6H12O6 ----- 6CO2 + 6H2O + 2840 kj Ca urmare a cantitii mai mari de energie, este intensificat creterea i nmulirea celulelor, deoarece toate procesele de biosintez sunt procese endogene, consumatoare de energie. n funcie de condiiile de dezvoltare, drojdiile din genul Saccharomyces i pot schimba metabolismul su de la o cale fermentativ la una oxidativ, ambele sisteme producnd energie celulei, dar n cantiti diferite. Metabolizarea moleculei de glucoz n condiii aerobe, la CO2 i H2O furnizeaz celulei de drojdie cantitatea maxim de energie. n lipsa oxigenului, producerea de energie este mic, astfel nct n condiii anaerobe fermentaia glucidelor duce n primul rnd la formarea etanolului. Aceast comportare metabolic pregnant difereniat, n funcie de prezena oxigenului este folosit n industrie, unde se creeaz, dup caz, condiii de anaerobioz atunci cnd produsul dorit este alcoolul sau condiii de aerobioz, atunci cnd se urmrete creterea biomasei celulare. n condiii de aerobioz proporia substratului asimilat este mult mai mare dect cea realizat n condiii de anaerobioz. Producia de celule crescute aerob poate fi de 10 ori mai mare dect cea obinut n condiii de anaerobioz pentru aceeai cantitate de glucoz utilizat. S-a stabilit c de la inoculul iniial la propagarea final acesta a crescut cu un factor de 109 n 57 zile. nc din timpul lui Pasteur s-a stabilit c oxigenul accelereaz mult multiplicarea drojdiilor. Contactul celulelor cu oxigenul le ntineresc, stimuleaz multiplicarea lor, ntreinnd activitatea lor vital. Pasteur a demonstrat primul c o drojdie fermentativ cnd este inut n condiii aerobe i micoreaz activitate