BIOTEHNOLOGII UTILIZATE LA PRELUCRAREA

FRUCTELOR SILEGUMELOR

GRUPA 3323,CEPA

Indrumator : sef de lucrari dr Mimi Dobrea

1

CUPRINS

1 FRUCTE SI LEGUME UTILIZATE IN INDUSTRIA ALIMENTARA

2 ENZIME EXISTENTE IN FRUCTE SI LEGUME SI EVOLUTIA LOR IN CURSUL MATURARII

3 FOLOSIREA ENZIMELOR IMPLICATE IN HIDROLIZA POLIZAHARIDELOR PERETILOR PARIETALI

4 FOLOSIREA ENZIMELOR PENTRU CLARIFICARE

5 FOLOSIREA ENZIMELOR PECTOLITICE IN TEHNOLOGIA NECTARURILOR DE FRUCTE

2

6 IMPLICATIILE ENZIMELOR PECTOLITICE IN TEHNOLOGIA SUCULUI DE TOMATE

7 ALTE UTILIZARI ALE ENZIMELOR PECTOLITICE

8 PREPARATE ENZIMATICE COMERCIALE PENTRU INDUSTRIA SUCURILOR

3

1 FRUCTE SI LEGUME UTILIZATE IN INDUSTRIA ALIMENTARA

Fructele care se consuma in tara noastra sunt clasificate in :-fructe necultivate la noi in tara (ananas , avocado , banane , smochine ,portocale, lamai , curmale , migdale, alune si altele)-fructe cultivate la noi in tara (mere , pere , prune , struguri , caise , piersici, cirese , visine , zmeura, mure ,dude si altele)Legumele mai importante sunt : tomatele , vinetele , castravetii, ardeii grasi si kapia, dovleceii, varza morcovii, ciupercile comestibile , sfecla rosie, bamele,stevia , loboda, patrunjelul, salata capatana.Plecand de la componentul principal din fructe si legume acestea pot fi :-bogate in amidon:cartofii obisnuiti si dulci , ardei , pastarnac , patrunjel.-bogate in zaharuri :struguri , mere , pere , gutui , prune, caise , cirese.-bogate in substante proteice : bob , mazare fasole , linte , nuci.-bogate in substante grase : alune , nuci , coacaze , mere , gutui , piersici , prune .

4

-bogate in pectine si acizi : lamai , coame , agrise , coacaze , mere , tomate , struguri.-bogate in acizi si cu pectina putina :visine , caise , afine , revent , macris , gutui , zmeura , sfecla rosie.

2 ENZIME EXISTENTE IN FRUCTE SI LEGUME SI EVOLUTIA LOR IN CURSUL MATURARII

Enzimele care degradeaza heteroxilaniiXilanazeleSunt enzime ce hidrolizeaza polizaharide de tipul arabinoxilanilor.Xilanazele pot fi :-endoxilanaze , care scindeaza legaturile beta-1-4 din interiorul lantului principal de xilen , eliberand oligomeri liniari sau substituenti cu grad mare de polimerizare , respectiv cu grad mic de polimerizare.-xilozidaze, care hidrolizeaza oligomerii mici eliberati de endoxilanaze , pana la monomer de xiloza.

Enzimele auxiliareSunt implicate in hidroliza catenelor substituite si pot fi :

5

-α-L-arabinofuranozidaze , care elibereaza resturi de arabinofuranoza nereducatoare sub forma de monomeri , de pe lantul principal format de xiloza.-glucuronidaze, care elibereaza acidul glucuronic.-xilanacetilesteraze , care elibereaza acid acetic dintr-un xilan la care resturile de xiloza au gruparile acetil la C2 sau C3.-ferulaesteraze , care actioneaza asupra catenelor laterale ce contin acid ferulic , pe care-l elibereaza.

Enzimele pectoliticeSunt enzime care degradeaza zonele “lise” si zonele cu catene laterale (zonele ramificate ).Degradarea zonelor “lise” este realizata de 3 tipuri de enzime si anume:a)pectinesteraze ( enzime de spaonificare ) care catalizeaza dezesterificarea gruparilor metilice ale pectinelor cu formare de acizi pectinici si alcool metilic.Cele de origine vegetala hidrolizeaza gruparea metal adiacenta la o grupare carboxil libera , in timp ce pectinmetilesterazele mucegaiurilor ataca la intamplare si nu sunt sensibile la ionii de Ca 2+ , asa cum sunt cele de origine vegetala .b)poligalacturonaze care sunt enzime ce hidrolizeza legaturile intre doua resturi de acid galacturonic.Dupa modul lor de actiune pot fi :-endopoligalacturonaze-exopoligalacturonaze

6

c)liaze , care catalizeaza depolimerizarea unui substrat prin reactia de betta eliminare.Sunt de origine bacteriana si mai rar fungica dar nu au fost detectate in produsele vegetale .Sinteza enzimelor este corelata cu tipul de produse horticole.Astfel , la cele neclimaterice , sinteza enzimelor este mai intensa in faza de crestere si se diminueaza in faza de maturare. La cele climaterice , se constata o intensificare a sintezei enzimelor in prima parte a fazei decrestere si in perioada de climacteric , corespunzatoare maximului in respiratie .

Evolutia activitaii diferitelor enzime la cresterea si maturarea fructelor si legumelor este urmaoarea :

- hidrolazele (amilaza,celulaza,invertaza)isi intensifica activitatea in faza de maturare.

- transaminazele au o activitate mai intensa in faza de maturare scazand continutul in aminoacizi.

- piruvatdecarboxilaza are o activitate sporita in faza de maturare , fapt ce determina transformarea piruvatului in aldehida acetica si CO2.

- clorofilazele au o activitate mai mare in faza de maturare ceea ce se coreleaza cu degradarea clorofilelor.

- polifenoloxidazele si citocromoxidazele sunt active in timpul maturarii.

7

- catalaza si peroxidaza sunt deoasebit de active in timpul activitatii de respriratie maxima.

- lipazele si lipoxidaza sunt mai active in prioada de preclimateric conducand la hidroliza lipidelor si la oxidarea lor .

- enzimele pectice au activitate mare in prima faza de crestere , dupa care activitatea lor se reduce pana la maturare .In faza de maturare ,inmuierea tesuturilor vegetale (fructe si legume ) consecinta a evolutiei substantelor pectice , are loc sub influenta enzimelor pectice saponificante prezente in : capsuni , struguri banana , piersci etc si sub actiunea enzimelor depolimerizante si este hotaratoare pentru determinarea texturii.Perele care se rcolteaza cand sunt tari se mentin la rece pentru maturare ,in aceasta perioada fiind intensificata activitatea enzimelor pectindemetoxilazelor (PME) .Cand perele sunt aduse la temperature camerei se inmoaie , ceea ce inseamna ca devin active pectindepolimerazele.Activitatea PME in cazul merelor creste pe masura ce fructele se matureaza, cu maxim de activitate la supramaturare.

8

3 FOLOSIREA ENZIMELOR IMPLICATE IN HIDROLIZA POLIZAHARIDELOR PERETILOR PARIETALI

In industria sucurilor de fructe si legume , preparatele enzimatice exogene pot interveni in etapale tehnologice in scopul:

-ameliorarii randamentului in suc la presare.-prepararii sucurilor pulpoase de tip nectaruri(macerarea si stabilizarea sucurilor pulpoase)-obtinerii de sucuri limpezi(clarificare )

Tehnologia de prelucrare a fructelor si legumelor implica uurmatoarele etape successive:

a)sortarea -se ideparteaza fructele vatamate , cele imature si cele trecute de maturarea de consum b)spalarea-se face in mod obisnuit in scopul indepartarii impuritatilor.c)sfaramarea -se face prin razuire la fructele sanatoase , strugurii ,visinele , ciresele nu se maruntesc . Masa de fructe sfaramate se numeste pulpa .Prin adaos de enzime pectolitice se favorizeaza extractia pigmentilor si aromelor.Eficacitatea enzimelor la

9

cresterea randamentului in suc la presare este influentata de – compozitia in polizaharide a peretilor parietali – continutul de calciu parietal – conditiile de stocare -stadiul fiziologic

Doza de preparat enzimaticSe stabileste in functie de :-felul fructelor si legumelor-conditiile tehnologice de lucru : tempratura, durata de actiune , tipul de presa folositIn general ,doza folosita este de 100-150 g/t pulpa , iar randamentul in suc cu sau fara adaos de enzime este influentat de gradul de prospetime al fructelor:

Prepararea pulpei de fructe

Mere proaspete Mere stocate la frig

Martor 80-82% 70-74%Pulpa de mere tratata cu enzime de macerare inainte de presare

83-85% 81-83%

Pulpa de mere tratata cu enzime de lichefiere

93-96% 93-95%

10

Conform recomandarilor firmei NOVO prepareatele enzimatice pectolitice se folosesc in solutii cu urmatoarele concentratii:-Pectinex 1XL solutie 10%-Pectinex 2XL 5%-Pectinex XL 3,3%-Ultrazym 100 solutie 2%

Solutiile se prepara prin solubilizarea preparatului enizimatic in suc clar , proaspat si trebuie folosite in intervalul de 4 ore .Cantitatile de preparat enzimatic ce se adauga la 100 kg de fructe sunt prezentate in tabelul urmator :

Fructul Temperatura Durata Pectinex 1XL

Pectinex 2XL

Pectinex 3xL

Mere si pere

15-30 20 min

10-15 g/t

5-7,5g/t

3,5-5g/t

Coacaze negre

50 2 20-60 10-30 6,5

Coacaze rosii

50 2 15 5 2

Struguri negrii

50 2 15 5 3

Struguri albi

50 2 10 3.5 3.5

Cirese 50 2 10 3.5 4

11

Prune 50 2 20 6.5 3Mure 50 2 15 5 4Zmeura 50 2 15 5 2Afine 50 2 15 5 7.5Capsuni 50 2 15 5 7.5Alte fructe

50 2 5-10 3.3-6.6 5-10

4 FOLOSIREA ENZIMELOR PENTRU CLARIFICARE

Presarea cu sau fara adaos de preparate enzimatice pectolitice conduce de regula la un suc brut cu vascozitate si turbiditate ridicata.Clarificarea sucului consta tocmai in indepartatrea tulburelii , iar daca se face prin filtrare operatia este greoaie din cauza vascozitatii sucului , iar filtrul se colmateaza repede datorita particulelor in suspensie .Eliminarea substantelor pectice pe cale enzimatica se poate face pe 2 cai :

1 prin precipitare , in care caz pectinele sucului brut sunt demetilate cu pectilmetilesteraza pura si se adauga ioni de Ca 2+ favorizandu-se astfel formarea gelului de pectat de calciu care antreneaza particulele

12

in suspensie.Gelul respectiv se poate contracta deshidratandu-se si se sedimenteaza sau poate sa floteze la suprafata , daca sucul sufera o fermentatie alcoolica cu producere de CO2 (aceasta este operatia de defecatie in cazul cidrului , defecatia nu se aplica in cazul sucurilor de fructe, deoarece procedeul e de durata )

2 prin hidroliza enzimatica care este realizata prin actiunea conjugate a pectinliazelor poligalacturonazelor si arabinazelor.

Limpezirea enzimatica a sucurilor se face la cald (45…50 grade Celsius , timp de o ora ) sau la rece (15….25 grade Celsius , timp de opt ore )

Fructul Pectinex 1XL

Pectinex 2XL

Pectinex 3xL

Mere si pere

10-15 g/t

5-7,5g/t

3,5-5g/t

Coacaze negre

20 10 6,5

Coacaze rosii

15 7,5 5

Struguri negrii

15 7,5 5

Struguri albi

10 5 3.3

13

Cirese 10 5 3,3Prune 20 10 6.6Mure 15 7.5 5Zmeura 15 7,5 5Afine 15 7,5 5Capsuni 10 5 3,3Alte fructe

10-20 5-10 3.3-3.6

d)filtrarea-se face in filtre presa cu azbest folosind bentonita ca material auxiliar.

e)detartrizarea-se aplica la sucul de struguri si are ca scop indepartarea bitartratului de sodium aflat in solutie.

f)pasteurizrea-se face la 80 grade Celsius , 10-60 de secunde urmata de racire.

g)conservarea-se face fie sub presiune cu CO2 , fie prin congelare la -30 grade Celsius dupa dezaerare in cutii de carton parafinate .

14

5 FOLOSIREA ENZIMELORPECTOLITICE IN TEHNOLOGIA

NECTARURILOR DE FRUCTE

Nectarurile sunt sucuri pulpoase care se pot obtine din fructe semintoase (mere , pere ) , din fructe cu samburi (caise , piersici ,visine ) sau din fructe bace ( capsuni , agrise , coacaze , zmeura )Nectarul ca produs finit este alcatuit din 2 faze :-o faza lichida (suc)-o faza solida (in suspensie ) formata din celule izolate sau agregate de celule .Aceasta stare bifazica a nectarurilor poate fi mai mult sau mai putin stabila din punct de vedere al tulburelii ( aceasta trebuie mentinuta in timp fara depunerea fazei aflate in suspensie ).Pentru a obtine nectaruri stabile din punct de vedere al tulburelii , in pulpa rezultata la pregatirea fructelor se adauga enzime pectolitice depolimerizante care asigura desprinderea celulelor din structura lor pectinica , prin hidroliza lilmitata a scheletului pectinic care formeaza trama celulelor ce contin suc .Acest gen de hidroliza limitata a pectinelor din lamela medie este cunoscuta sub denumirea de macerare.

15

6 IMPLICATIILE ENZIMELOR PECTOLITICE IN TEHNOLOGIA SUCULUI

DE TOMATE

Sucul de tomate , ca de altfel si alte sucuri naturale din legume , este un produsa valoros din punct de vedere nutritional , cu calitati senzoriale (gust ,miros , culoare ) superioare.Tehnologia de prelucrare presupune un procedeu “la cald” si unul “la rece “.In procedeul la cald ,inca de la inceput tomatele zdrobite sunt supuse tratamentului termic care inactiveaza enzimele pectice .In acest caz vascozitatea sucului este proprtionala cu cantitatea de substante dispersate coloidal in suc.Aceste substante pectice nu numai ca influenteaza vascozitatea dar contribuie si la retinerea sedimentului in suspensie .In procedeul la rece , exista un interval de timp intre operatia de dezintegrare a tomatelor si pasteurizarea sucului, fapt ce permite ca pectinesteraza sa demetileze acizii pectinici puternic esterificati in acizi pectinici mai slab metoxilati si in acizi pectici , in continuare putand sa actioneze poligalacturonaza ce degradeaza acizii pectinici slab metoxilati la produsi cu masa moleculara mica care nu mai contribuie la mentinerea vascozitatii sucului.

16

Un asemenea suc are un aspect apos si nu are capacitatea de a mentine sedimentul in suspensie , dar poate fi concentrat pana la consistenta de sos.In cazul in care se doreste sa se obtina sucuri de tomate relativ mai clare , se recurge la tratament cu poligalacturonaze exogene.

7 ALTE UTILIZARI ALE ENZIMELOR PECTOLITICE LA PRELCRAREA

FRUCTELOR

Stabilizarea tulburelii sucului de citriceSucul proaspat de citrice , in special portocale , contine particule fin divizate in suspensie care-i dau un aspect tulbure,aceasta constituind un indice de calitate ,produsele clare , limpezi avand valoare comerciala scazuta.Daca pulpa se trateaza cu enzime pectolitice , se mareste cantitatea de substante recuperate din cadrul procesului de industrializare cu 15-18% fata de metoda extractiei cu apa , sucul putand fi concentrat pana la 70% Brix , fara pericolul gelificarii , vascozitatea acestui suc fiind _2000 cP

17

Comparatie intre metoda de extractie cu apa a pulpei si cea cu adaos de enzime pectolitice pentru

portocale

CaracteristicileFara adaos de enzime

Cu adaos de enzime

Substanta uscata solubila kg/t pulpa

66,9 80,8

Lichid de spalare recuperate%

77 83

Brix-ul lichidului recuperat%

3 3,2

Aciditate% 0,14 0,16Vascozitate ser , cP

1,4 1,1

TulburealaTransmitanta la 650 nm

5 10

pH 4.59 4,50

18

Comparatie intre metoda de extractie cu apa a pulpei si cea cu adaos de enzime pectolitice pentru

grapefruit

CaracteristicileFara adaos de enzime

Cu adaos de enzime

Substanta uscata solubila kg/t pulpa

46,4 50,9

Lichid de spalare recuperate%

76 86

Brix-ul lichidului recuperat%

2,8 2,7

Aciditate% 0,23 0,24Vascozitate ser , cP

3,2 1,1

TulburealaTransmitanta la 650 nm

10 17

pH 3,55 3,52

19

Recuperarea uleiului esential din coaja citricelorPrin presarea cojilor de citrice in prezenta apei se obtine o emulsie de tipul U/A ulei/apa diluata , care trebuie concentrate prin centrifugare , in final obtinandu-se uleiul esential.Daca se folosesc enzime pectolitice se recupereaza o cantitate mai mare de ulei esential deoarece emulsia este sparta prin degradarea substantelor pectice solubile pana la compusi care nu mai pot actiona ca emulgatori si stabilizatori.

8 PREPARATE ENZIMATICE COMERCIALE PENTRU INDUSTRIA SUCURILOR

Pectinex-Este un preparat cu activitate pectolitica obtinut din Aspergillus niger. -Este utilizat in industria sucurilor pentru degradarea pectinelor solubile si insolubile cu diferite grade de esterificare , in vederea macerarii,reducerii vascozitatii,si usurarii clarificarii

Pectinex Smash-Este un preparat pectolitic obtinut la fermentarea submersa cu Aspergillus oryzae modificat genetic cu gena de la Aspergillus aculeatus.

20

-Are si activitae hemicelulazica pe langa cea de hidroliza a acizilor pectinici.-Se utilizeaza pentru macerarea tesuturilor vegetale , fiind degradate atat pectinele solubile , insolubile cat si polizaharidele producatoare de tulbureala sucurilor de fructe si vgetale.

Novoferm 61-Contine pectintrnselimniaza , poligalacturonaza si pectinesteraza precum si activitate hemicelulazica si celulazica redusa .-Se foloseste la macerarea tesuturilor vegetale ,reducerea vascozitatii si clarificarea sucurilor.

Amylase AG 200/300L-Este o glucoamilaza fungica , care catalizeaza hidroliza legaturilor α-1,4 si α-1,6 din amidon ,conducand la transformarea amidonului lichefiat in glucoza .-Se foloseste la degradarea amidonului din fructele culese mai timpuriu in vederea obtinerii sucurilor limpezi .

21

22