Biotehnologia Fabricarii Vinului
ANEXE
Filtre profesionale
Frigidere pentru vin
B I B L I O G R A F I E
Banu C, (coordonator) – Biotehnologii în industria alimentară. [NUME_REDACTAT], București, 2000.
Bănațeanu IA., Teveloi I, – Cerințe sanitar veterinare privind proiectarea, utilizarea și dotarea întreprinderilor pentru industria alimentară. [NUME_REDACTAT], București, 1987.
Bărzoi D., – Microbiologia produselor alimentare de origine animală. [NUME_REDACTAT], București, 1982.
Dimitriu C.,- Metode și tehnici de control al produselor alimentare și de alimentație publică. [NUME_REDACTAT], București, 1980.
[NUME_REDACTAT], – Conservarea alimentelor (curs universitar). [NUME_REDACTAT], Cluj-Napoca, 2000.
Hopulele T., – Manualul inginerului de industrie alimentară, vol II. [NUME_REDACTAT], București, 1999.
Niculiță P., Purice N., – Tehnologii frigorifice în valorificarea produselor alimentare de origine animală. [NUME_REDACTAT], București, 1986.
Rotaru O., Mihai M., – Igiena veterinară a produselor alimentare, vol. I. [NUME_REDACTAT], Cluj-Napoca, 2001.
Rotaru O., Mihaiu M., – Igiena veterinară a produselor alimentare, vol. II. [NUME_REDACTAT], Cluj- Napoca, 2001.
[NUME_REDACTAT], Materiile prime vegetale – depozitare și păstrare, [NUME_REDACTAT] din Oradea, 2004.
[NUME_REDACTAT], Tehnologia prelucrării produselor vegetale, [NUME_REDACTAT] din Oradea, ISBN 978-973-759-412-9, 2007.
[NUME_REDACTAT], Spațiile de depozitare a produselor agricole, metodă eficientă de combatere a dăunătorilor prin dezinsecție preventivă a depozitelor și tratarea produselor depozitate cu produsul Actellic 50, [NUME_REDACTAT] din Oradea, Facultatea de [NUME_REDACTAT], 2003.
[NUME_REDACTAT] – Piersicul, Materie primă agroalimentară, [NUME_REDACTAT] din Oradea, 2003.
[NUME_REDACTAT] – Pomicultură generală, [NUME_REDACTAT] din Oradea, 2006.
[NUME_REDACTAT] – [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] din Oradea, 2007.
[NUME_REDACTAT] – Caiet de lucrări – Tehnologia zahărului și produse zaharoase, [NUME_REDACTAT] din Oradea, 2007.
[NUME_REDACTAT] – Controlul calității produselor agroalimentare, [NUME_REDACTAT] din Oradea, 2007.
[NUME_REDACTAT] – Pomicultură, [NUME_REDACTAT] din Oradea, 2010.
[NUME_REDACTAT] – Ambalaje și design în industria alimentară, [NUME_REDACTAT] din Oradea, 2010.
[NUME_REDACTAT] – Controlul și analiza zahărului și produselor zaharoase, [NUME_REDACTAT] din Oradea, 2010.
[NUME_REDACTAT] – Semințoasele: materie primă agroalimentară, [NUME_REDACTAT] din Oradea, 2011.
[NUME_REDACTAT] – Sâmburoasele: materie primă agroalimentară, [NUME_REDACTAT] din Oradea, 2011.
Stănescu V., – Igiena și controlul alimentelor., [NUME_REDACTAT] române, București., 1998.
Stoicescu A., – Manualul inginerului de industrie alimentara, vol II. [NUME_REDACTAT], București, 1999.
Viesturs U., Smite L, Zielevica A., – Biotehnologie, agenți biotehnologici, tehnologii, aparatură, [NUME_REDACTAT], București, 1991.
C U P R I N S
[NUME_REDACTAT] I
Procese biochimice care au loc pe parcursul etapelor de
fabricare a pâinii
Capitolul II
Procese biochimice care se petrec în aluat pe timpul frământării,
fermentării și coacerii pâinii
Capitolul III
Biotehnologii utilizate in industria berii
3.1. Materiile prime folosite la fabricarea berii
3.2. Principii și etape de fabricare a berii
3.3. Prepararea „mustului de bere”
Capitolul IV
Biotehnologii în industria spirtului
4.1. Materii prime folosite în fabricarea spirtului
4.2. Tehnologia de fabricare a spirtului prin fermentarea
materiilor prime bogate în glucoza
4.2.1. Obținerea spirtului din sfecla de zahăr
4.2.2. Obținerea spirtului din melasă
4.2.3. Obținerea alcoolului etilic (spirtului) din leșiile bisulfidice
4.2.4. Și zerul rezultat de la prelucrarea laptelui poate fi
utilizat ca materie primă pentru obținere de alcool etilic
4.3. Tehnologia de fabricare a spirtului din materii prime
bogate în amidon
4.3.1. Considerațiuni generale
4.3.2. Alcool etilic din porumb
4.3.2.1. Eliberarea amidonului din boabele de porumb
4.3.2.2. Zaharificarea amidonului
4.3.2.3. Fermentarea
4.4. Obținerea de alcool etilic din materii prime celulozice.
Capitolul V
Parte practică experimentală – Biotehnologia fabricării vinului
5.1. Desciorchinarea strugurilor
5.2. Separarea mustului
5.3. Macerarea strugurilor colorați
5.4. Compoziția chimică a mustului
5.5. Ce condiții trebuie să îndeplinească mustul pentru a se
produce din el un vin bun?
5.6. Fermentarea mustului
5.7. Sulfatarea vinului
5.8. Compoziția chimică a vinului
5.9. Învechirea și condiționarea vinurilor
5.10. Condiționarea vinului
5.11. Bolile vinurilor
5.11.1. Boli aerobe
5.11.2. Boli anaerobe
5.11.3. Vinurile mai au și defecte
[NUME_REDACTAT]
Anexe
C U P R I N S
[NUME_REDACTAT] I
Procese biochimice care au loc pe parcursul etapelor de
fabricare a pâinii
Capitolul II
Procese biochimice care se petrec în aluat pe timpul frământării,
fermentării și coacerii pâinii
Capitolul III
Biotehnologii utilizate in industria berii
3.1. Materiile prime folosite la fabricarea berii
3.2. Principii și etape de fabricare a berii
3.3. Prepararea „mustului de bere”
Capitolul IV
Biotehnologii în industria spirtului
4.1. Materii prime folosite în fabricarea spirtului
4.2. Tehnologia de fabricare a spirtului prin fermentarea
materiilor prime bogate în glucoza
4.2.1. Obținerea spirtului din sfecla de zahăr
4.2.2. Obținerea spirtului din melasă
4.2.3. Obținerea alcoolului etilic (spirtului) din leșiile bisulfidice
4.2.4. Și zerul rezultat de la prelucrarea laptelui poate fi
utilizat ca materie primă pentru obținere de alcool etilic
4.3. Tehnologia de fabricare a spirtului din materii prime
bogate în amidon
4.3.1. Considerațiuni generale
4.3.2. Alcool etilic din porumb
4.3.2.1. Eliberarea amidonului din boabele de porumb
4.3.2.2. Zaharificarea amidonului
4.3.2.3. Fermentarea
4.4. Obținerea de alcool etilic din materii prime celulozice.
Capitolul V
Parte practică experimentală – Biotehnologia fabricării vinului
5.1. Desciorchinarea strugurilor
5.2. Separarea mustului
5.3. Macerarea strugurilor colorați
5.4. Compoziția chimică a mustului
5.5. Ce condiții trebuie să îndeplinească mustul pentru a se
produce din el un vin bun?
5.6. Fermentarea mustului
5.7. Sulfatarea vinului
5.8. Compoziția chimică a vinului
5.9. Învechirea și condiționarea vinurilor
5.10. Condiționarea vinului
5.11. Bolile vinurilor
5.11.1. Boli aerobe
5.11.2. Boli anaerobe
5.11.3. Vinurile mai au și defecte
[NUME_REDACTAT]
Anexe
I N T R O D U C E R E
Încă din vremuri îndepărtate omul a dorit ca alimentele lui să fie tot mai gustoase, mai apetisante, mai hrănitoare și chiar vindecătoare. Nu se poate explica altfel de ce încă din preistorie și apoi din îndepărtata antichitate se găsesc vestigii care atestă faptul că omul, după ce a cules sau mai târziu a cultivat plante și animale, le-a prelucrat, într-un anumit fel, pentru a le transforma în alimente sau pentru a le folosi pentru vindecarea unor boli care le chinuiau simțurile. Mâncarea gătită din plante, came sau ouă, dar și pâinea, laptele, berea sau băuturile acidulate și alcoolice găsite în mormintele faraonilor, dovedesc că omul a folosit din plin pentru prepararea și conservarea alimentelor, nu numai factori fizici (căldura, frigul, mirodeniile) și chimici (enzime digestive), dar și combinații ale alimentelor cu microorganisme așa cum sunt: bacteriile lactice, mucegaiuri sau drojdii (iaurtul, brânza, pâinea).
După ce a observat că ele conferă alimentelor comestibilitate, gust și savoare superioară, utilizarea lor dozată și uneori exclusivistă s-a transformat în rețete culinare din ce în ce mai sofisticate, specifice culturii diferitelor popoare, fără însă a le putea explica mecanismele de acțiune.
Datorită cercetărilor aprofundate, în prezent cunoaștem nu numai elementele care compun alimentele și ingredientele adăugate, dar și mecanismele și fenomenele fizice, chimice și biologice care se petrec în procesul de preparare și conservare a acestora. în felul acesta arta culinară s-a transformat într-o știință, cu reguli și proceduri care o face repetabilă în mâna omului care le aplică cu strictețe.
Știința prelucrării produselor de origine animală și vegetală posedă o mulțime de metode cu ajutorul cărora omul poate să le confere acestora proprietăți și însușiri noi pe care nu le-au avut atunci când ele se găseau în stare brută. Acestea pot să producă fie descompunerea lor în elementele din care sunt constituite, fie că le transformă, prin conversie, în altele noi. De exemplu după prelucrarea într-un anumit fel a cărnii ea devine mai fragedă, mai suculentă și mai savuroasă. Laptele prin prelucrare poate fi făcut mai salubru, mai dens, mai acidulat sau din el pot fi extrase grăsimea, proteina, lactoza sau sărurile minerale. Cerealele sau semințele leguminoase, prin prelucrare pot fi transformate în făinuri de diverse categorii, în alimente de toate felurile sau pot fi folosite pentru a obține din ele băuturi răcoritoare, zaharuri simple sau complexe, alcooli sau acizi și încă multe alte substanțe care se folosesc în alimentație sau în alte domenii ale industriei, ale agriculturii sau în sănătate.
Metodele care se folosesc pentru a obține astfel de efecte sunt de natură biotehnologică pentru că ele utilizează inginerește molecule, celule sau microorganisme pentru a realiza produse și servicii de înaltă calitate și la costuri joase.
Pentru a înțelege mecanismele și principiile de funcționare ale acestor metode vom spune doar că „viața” care se desfășoară în celule sau țesuturi nu este altceva decât „un joc” în care sunt implicate faceri (sinteze) de substanțe mai complexe, din legarea într-un anumit fel ale atomilor de carbon, oxigen, hidrogen și azot. cu încorporare de energie în acestea și desfaceri ale acestora în elemente mai simple cu care ocazie se eliberează energia încorporată în astfel de legături. împreună alcătuiesc ceea ce se numește metabolism. Trebuie să reținem că atunci când se leagă între ei, într-un anumit fel și în proporții precise, atomii de carbon, oxigen și hidrogen, se formează zaharuri simple și lipide, iar atunci când la aceștia se adaugă și azotul, iau naștere protidele sau, mai simplu, substanțele proteice.
Moleculele care participă la desfășurarea acestui proces uimitor sunt, de regulă, enzime. Acestea sunt de două feluri. Unele care sunt în stare să lege între ei atomii de oxigen, hidrogen și azot, atunci când se formează substanțe noi în celule, iar altele sunt enzime care „știu” să taie legăturile dintre aceștia, atunci când se produce desfacerea acestora, cu scopul de a pune în libertate energia încorporată la acest nivel.
De aici se poate deduce că atunci când este necesar să obținem din produse agricole substanțe noi cu structură mai simplă din altele mai complexe, trebuie să utilizăm enzime care „știu” să desfacă legăturile dintre atomi sau grupe de atomi, fără o prea mare cheltuială de energie. Dimpotrivă, când este necesar să obținem substanțe mai complexe din altele mai simple folosim, de asemenea, enzime diverse dar care „știu” să le lege pe acestea între ele.
CAPITOLUL I
PROCESE BIOCHIMICE CARE AU LOC PE
PARCURSUL ETAPELOR DE FABRICARE A PÂINII
Fabricarea pâinii, alături de fabricarea brânzei, a produselor lactate acide și a berii sunt, poate, cele mai vechi tehnologii folosite de om în istoria sa milenară. Toate își bazează tehnologiile pe activitatea complexă a microorganismelor producătoare de enzime glicolitice (amilotice), proteolitice și lipolitice, participante la descompunerea, prin fermentație, a amidonului, zaharurilor, proteinelor și lipidelor complexe conținute de către grâu, secară sau orz, în cazul pâinii și a berii, precum și a laptelui în cazul brânzeturilor și a produselor acide din lapte.
Pâinea se obține, de regulă, din faina de grâu și numai ocazional din faina de secară. Din ea se obține, mai întâi, aluatul care este supus frământării, urmat de o perioadă de fermentare (dospire) după care el este introdus în cuptor pentru coacere.
Făina este rezultatul măcinării graduate a grâului sau a secarei. Conținutul boabelor de cereale, așa cum este amidonul, pereții celulari, sau embrionul, prin măcinare suferă o mulțime de modificări negative sau pozitive. Acestea sunt următoarele:
– sunt eliminate, pe de o parte, substanțele nedigestibile ceea ce duce la îmbunătățirea digestibilității produsului și pe de altă parte măcinarea duce la eliminarea parțială a unor substanțe nutritive valoroase așa cum sunt unele vitamine și săruri minerale, scăzându-i prin aceasta conținutul în acizi grași esențiali și vitamina E.
– îmbunătățește capacitatea de procesare a fainii prin deteriorarea parțială a granulelor de amidon și a pereților celulari, ceea ce facilitează, în primul caz, accesul în interior a enzimelor amilazice, precum și contactul dintre enzimele lipolitice și substrat în cel de-al doilea caz.
Făina după măcinare trebuie să se matureze. Făina proaspăt măcinată nu se utilizează la fabricarea pâinii deoarece se obține din aceasta un aluat lipicios, neelastic, o scădere a capacității de reținere a apei cu tendință de lăsare la dospirea finală și obținerea unei pâini cu un volum redus, miez dens și coajă crăpată.
Pe parcursul întregului proces de fabricare a pâinii, mai ales după ce faina a fost amestecată cu apă, au loc o mulțime de reacții biochimice de transformare a unor substanțe, de regulă complexe, în altele mai simple. Ele se desfășoară sub acțiunea directă a enzimelor amilolitice, glicolitice, proteolitice și lipolitice.
O parte dintre ele se găsesc în făină, iar o altă parte dintre ele sunt adăugate aluatului, fie pentru a accelera procesele biochimice sau dimpotrivă pentru a le încetinii mișcarea.
Câteva enzinte care se găsesc în făină și care contribuie la procesul de producere a pâinii
Enzimele pe care le voi preciza mai jos, fie că se găsesc ca atare, în mod natural în făină, rezultate mai ales din germenele bobului de grâu, fie că sunt aduse aici odată cu flora microbiană spontană (bacterii, drojdii, mucegaiuri) găsite pe boabele de cereale, pe mașinile sau utilajele utilizate în fabricarea pâinii. Acestea sunt următoarele:
1. Alfa și beta amilazele.
Acestea se găsesc în făina de grâu și ele acționează asupra granulelor de amidon degradându-le până la stadiul de dextrine sau de maltoză sau chiar glucoza.
Gradul de desfacere a amidonului este dependent de gradul de deteriorare a granulelor de amidon care are loc în procesul de măcinare a grâului. Cu cât granulele de amidon sunt mai deteriorate, eu atât și alfa și beta amilazele pătrund mai ușor în interiorul granulelor de amidon și le dezorganizează în produse mai simple.
Pentru a obține o pâine bună trebuie să se cunoască, în prealabil, conținutul de alfa și beta amilaze din făină. La făinurile cu conținut redus de amilaze trebuie să li se adauge amilaze de origine fungică sau bacteriană. Altfel se obține o pâine cu volum redus și o coajă deschisă la culoare.
2. Hemicelulazele.
Din grupa hemicelulazelor fac parte pentozanazele, arabinozidazele, xilanazele, acidul ferulic-esterazele. Toate acționează asupra hemicelulozei din făină și o dezorganizează în pentozani care îmbunătățesc rețeaua gluteinică.
Ele se găsesc în faina de grâu în cantități reduse, dar au un rol important în obținerea unei pâini de calitate. Din această cauză, producătorii de pâine specializați adaugă în făină hemicelulaze fungice extrase din Aspergillus niger. Adaosul de hemicelulaze fungice duce la creșterea capacității de frământare a „aluatului și la diminuarea vitezei de învechire a pâinii.
3. Proteazele.
În făină se găsesc o mulțime de enzime proteolitice care sunt în stare să rupă legăturile peptidice dintre aminoacizii care compun proteinele și să le descompună înpeptide și aminoacizi liberi. Ele provin din germenul bobului de grâu, din care cauză, în faina obținută din grâul încolțit conținutul de enzime proteolitice crește considerabil.
O activitate prea mare de dezorganizare a proteinelor din făină de către enzimele proteolitice poate conduce la diminuarea rezistenței aluatului, la creșterea vitezei de absorbție a apei și în consecință la reducerea duratei de frământare a aluatului.
Aminoacizii rezultați din acțiunea enzimelor proteolitice asupra proteinelor din făină are un mare avantaj asupra proceselor biochimice care se petrec pe parcursul procesării pâinii, pentru că ei constituie o sursă de azot importantă pentru dezvoltarea drojdiei adăugată la aluat și ca o consecință în susținerea dospirii aluatului. Ei mai sunt importanți și datorită faptului că împreună cu glucidele contribuie la formarea de arome specifice pâinii.
4. Ester-esterazele.
Din această grupă de enzime fac parte fitazele și lipazele. Să le descriem pe rând.
a. Fitazele.
De regulă, fosforul în plante se găsește sub o formă fixată în acidul fitic sau înfitați (inozitol hexafosfat). Din cauză că enzimele digestive ale animalelor și ale omului nu pot elibera fosforul din aceste combinații, el nu poate fi utilizat de către organism și în consecință este eliminat din intestine prin fecale.
Din aceste motive în furajarea animalelor se introduc, în mod obligatoriu, săruri de fosfor, alături de sărurile de calciu. Numai fitaza poate descompune fitații din cereale și să-i transforme în acid fosforic și inozitol. Numai sub această formă fosforul din compoziția cerealelor poate fi utilizat de către animal.
Din această cauză, în furajarea nerumegătoarelor se adaugă fitază pentru a economisii adausul de fosfor și a preîntâmpina poluarea cu fosfor a apelor reziduale rezultate din zootehnie.
În făina de grâu și de secară se găsesc fitaze care prin descompunerea fltaților în inozitol și acid fosforic se îmbogățește conținutul pâinii în fosfor. Fitaza este o enzimă termostabilă care acționează și la temperaturi până la 70°C pe timpul coacerii și la un pH=5. Asemenea condiții sunt asigurate de către aluatul care este fermentat cu ajutorul drojdiei.
b. Lipazele.
Se găsesc în făina de grâu și îndeplinesc rolul de a desface prin Mdroliză triacilglicerolii în acizi grași liberi și glicerol. Ele acționează mai ales pe timpul maturării fainii după măcinare, având drept rezultat îmbogățirea fainii în acizi grași liberi și în special în acidul linoleic care este un acid gras polinesaturat.
5. Oxidoreductazele,
Sunt enzime care se găsesc în făina de grâu și catalizează facerea și desfacerea de substanțe cu ajutorul oxigenului molecular sau cu ajutorul apei oxigenate. Dintre oxireductaze amintim câteva:
a. Lipoxigenaza care catalizează oxidarea acizilor grași liberi din făină cu consecințe în modificarea aromei pâinii și decolorarea miezului acesteia.
b. Ascorbicoxidaza care catalizează oxidarea vitaminei C (acidul ascorbic). Ea se adaugă în pâine sau în alte produse de panificație contribuind la întărirea aluatului (de fapt a glutenului).
c. Polifeniloxidaza care oxidează compușii fenolici din făină și-i aduce la stadiul de chinone colorați în brun.
CAPITOLUL II
PROCESE BIOCHIMICE CARE SE PETREC ÎN ALUAT PE
TIMPUL FRĂMÂNTĂRII, FERMENTĂRII ȘI COACERII PÂINII
A. Pe parcursul frământării.
De regulă, în aluatul de pâine se adaugă drojdie de bere (Saccharomyces cerevisae) în proporție de 2,5 kg la 100 kg făină sau 200xl09 celule de drojdie la 100 kg făină.
Prin frământare în aluat se produc mai multe modificări și anume:
se accelerează reacțiile catalitice ale enzimelor din făină;
se realizează un amestec omogen;
se încorporează aer în aluat, concomitent cu sporirea contactului dintre enzime și substratul care îl hidrolizează;
aluatul dobândește caracteristici pozitive, toate provenite din modificările care se produc în constituția proteinelor gluteinice specifice grâului-glutenul. Gluteinele la frământare suferă un proces de depolimerizare și de extensie datorită reducerii grupărilor S-S- intermoleculare. Rezultatul v-a fi, în afară de aceasta, formarea de substanțe precursoare a aromelor specifice pâinii. Ele devin active transformându-se în arome adevărate în procesul de coacere a pâinii.
B. Pe parcursul fermentării.
Fermentarea aluatului se desfășoară:
Datorită activității amilazelor care hidroîizează amidonul în dextrine, maltoză și oze simple;
Datorită enzimelor proteolitice care hidroîizează glutenul și-1 aduce la starea de aminoacizi;
Datorită drojdiilor care consumă zaharurile fermentescibile rezultate din activitatea enzimelor glicolitice și le transformă în alcool etilic + CO2.
Datorită bacteriilor lactice care se găsesc în făină, care transformă o parte din glucide în acid lactic cu proprietăți de modificare a pH-ului.
După frământare aluatul este ținut o anumită perioadă de timp pentru fermentare sau dospire. în această etapă a procesării pâinii activitatea principală se realizează de către drojdia de panificație adăugată deliberat în aluat. Are loc fermentarea de către drojdie a zaharurilor fermentescibile, existente în aluat din activitatea anterioară, precum și de către enzimelor alfa și beta-amilaza asupra amidonului.
Drojdia de panificație consumă aproape 95 % din zaharurile fermentescibile disponibile și le transformă în alcool etilic și CO2. Restul de 5 % vor fi transformate în alcooli superiori, compuși carbonilici și acizi organici.
Drojdia, în activitatea ei de metabolizare a glucidelor, se ajută de către niște enzime care aduc produsele intermediare care rezultă din activitatea alfa și beta-amilazelor asupra amidonului, până la glucoza și fructoză. Ea folosește de asemenea (enzimele) maltaza și permeaza pentru transformarea maltozei în glucoza, precum și invertaza care transformă zaharoza în glucoza și fructoză, ușor de consumat de către drojdie.
Pe parcursul fermentării are loc și desfacerea proteinelor din aluat în aminoacizi liberi strict necesari pentru înmulțirea drojdiilor.
Pe toată perioada de fermentare a aluatului au loc și procese biochimice care duc la formarea de substanțe aromatice așa cum sunt acetoina și diacetilul.
C. Pe parcursul coacerii.
Coacerea pâinii se face în cuptor la 220-260°C. Pe timpul coacerii au loc modificări ale unor substanțe conținute de aluat.
în primul rând amidonul se gelifiază. În acest caz cele două componente ale lui, amiloza și amilopectina își modifică proprietățile. Amiloza se dizolvă în apa aluatului și formează o soluție coloidală. Amilopectina absoarbe o anumită cantitate de apă care se repercutează asupra consistenței miezului.
În al doilea rând are loc o accelerare a degradării enzimatice a amidonului până la dextrine și maltoză, datorită alfa și beta-amilazei adăugate sau existente în făină. Acest proces are loc când aluatul ajunge la 72°C. când se inactivează beta-amilaza sau la 90°C când se inactivează alfa-amilaza.
În al treilea rând are loc degradarea proteinelor după ce aluatul a ajuns la temperatura de 70°C. Modificările care au loc în structura amidonului concomitent cu cele care au loc în structura proteinelor duc la structurarea miezului pâinii și la brunificarea cojii la cea. 100 C.
În al patrulea rând când temperatura aluatului a depășit 60°C activitatea microorganismelor încetează și se formează substanțe aromatice care dau gustul pâinii (alcool etilic, aldehide, diacetil și acetoina).
În industria de panificație se utilizează și preparate enzimatice exogene pentru accelerarea reacțiilor biochimice
A. Pentru accelerarea maturării făinii
Se folosesc următoarele enzime:
Lipaze și esteraze pentru eliberarea acizilor grași nesaturați din lipidele complexe
Lipoxigenaza pentru întărirea proteinelor glutenice și albirea pâinii datorită formării de hidroperoxizi din oxidarea acizilor grași nesaturați.
Sulfhidriloxidaza pentru a produce dezvoltarea aluatului datorită schimburilor de legături -SH- -SS-.
Alfa-amilaza fungică care rezistă la o temperatură mai mare decât cea de natură bacteriană sau de malț (peste 60 C).
B. Pentru condiționarea aluatului
Se utilizează următoarele preparate enzimatice
Proteaze de origine fungică cu activitate exo și endo peptidazică și uneori și proteaze de origine bacteriană, pentru a îmbunătăți consistența aluatului și scurtarea duratei de frământare.
Lipaze, cu scopul de-a sporii conținutul de lipide din aluat care întârzie degradarea amidonului și obținerea unei îmbunătățiri a însușirilor reologice ale aluatului, la creșterea volumului pâinii și la formarea unui miez cu porozitate uniformă.
Enzime de oxido-reducere (lipoxigenaza, glucoz-oxidaza). Se utilizează cu scopul de a obține un aluat elastic.
CAPITOLUL III
BIOTEHNOLOGII UTILIZATE IN INDUSTRIA BERII
Berea se obține prin fermentarea alcoolică, cu ajutorul drojdiei, a unui extract de cereale malțificate sau încolțite (de regulă orzoaica) și la care se adaugă hamei pentru a-i da gustul amărui și aroma specifică.
Pe parcursul fermentării alcoolice a „mustului de bere” de către drojdie se degajă dioxid de carbon (CO2) care acționează asupra substanțelor saponificatoare producând spuma specifică berii.
3.1. Materiile prime folosite la fabricarea berii
Materiile prime folosite pentru producția berii sunt: orzoaica, o varietate de orz, hameiul, drojdia de bere și apa.
a. [NUME_REDACTAT] utilizează orzoaica deoarece ea este mai bogată în amidon ca sursă de hidrați de carbon (56-65%) pentru drojdii și conține o proporție mai mică de proteine decât orzul. Conținutul mai scăzut în proteine al orzoaicei față de soiurile de orz obișnuite este un avantaj pentru fabricarea berii, deoarece ele sunt acelea care contribuie la tulburarea berii.
b. [NUME_REDACTAT] utilizează la fabricarea berii pentru că din el se extrag substanțele amare și uleiurile esențiale care îi dau berii gustul amărui și aroma specifică. Substanțele amare (niște rășini ) se extrag din fructul de hamei, din granulele galben-verzui numite lupulină, sintetizată de către o glandă specială pe care o posedă doar conurile inflorescențe femele.
c. [NUME_REDACTAT] compoziția ei, apa influențează în foarte mare măsură calitatea și gustul berii. Calitățile senzoriale ale berii Pilsen, deosebită față de altă marcă de bere, se datorează în special compoziției apei, care are o duritate mică.
[NUME_REDACTAT] are un gust special din cauză că apa folosită la fabricarea ei are o duritate mare și un conținut mai mare de cloruri.
Berea amară de tip Bourton își datorează gustul mai ales apei care este bogată în sulfat de calciu.
În prezent, fabricile de bere utilizează pentru fabricarea berii o apă tratată căreia i se conferă un anumit conținut de săruri minerale și o anumită aciditate, în funcție de tipul de bere pe care fabricanții îl doresc să-1 producă.
3.2. Principii și etape de fabricare a berii
Pentru a produce o bere bună este necesar ca, mai întâi, amidonul, zaharoza și hemiceluloza din semințele de orz sau orzoaica să fie degradate până la oze simple (mai ales glucoza), trecând prin maltoză și dextrine, iar proteinele să fie hidrolizate de către proteaze până la stadiul de aminoacizi. Toate acestea se înfăptuiesc de către enzimele amilolitice și proteolitice care se găsesc în embrionul bobului și se dezvoltă pe parcursul germinării dirijate a orzului sau a orzoaicei.
După ce procesul de degradare a amidonului s-a înfăptuit, produșii rezultați din acesta, așa cum sunt glucoza, fructoza și zaharoza, se supun transformării în alcool etilic prin fermentație cu ajutorul drojdiei de bere (Saccharomyces cerevisiae). Din metabolismul drojdiei concomitent cu producerea de alcool etilic, rezultă și CO2 care îmbogățește calitățile senzoriale ale berii.
Pentru a-i adăuga berii gustul amărui și aroma specifică, la sfârșitul fermentării, acesteia i se adaugă o anumită cantitate de extract de hamei.
Etapele tehnologice
Malțificarea orzului.
Înțelegem prin maltificare procesul care determină germinarea și condiționarea orzului în vederea utilizării sale pentru producerea mustului de bere.
După ce orzul este supus germinării, până la un anumit stadiu, acesta se usucă și se prelucrează într-un anumit fel și se obține ceea ce se numește malț verde.
Etapele care duc la obținerea malțului verde sunt următoarele:
a) înmuierea orzului;
b) germinarea propriu-zisă;
c) uscarea orzului germinat și obținerea malțului verde.
Să le descriem pe rând, succint și numai în principiu.
a. Înmuierea orzului în vederea germinării
Orzul se supune procesului de germinare numai după ce au trecut 2-3 săptămâni de la recoltare. El are nevoie de o perioadă de repaus între recoltare și declanșarea germinării numită repaus de germinare.
Trebuie să subliniem că în prezent fabricile de bere posedă procedee biotehnologice de reducere a repausului de germinare doar până la câteva zile. Acestea constau din utilizarea unor biostimulatorii ai germinării așa cum sunt acidul giberelinic, chinetina precum și soluții diluate de hidrogen sulfurat. Acestea activează sinteza de enzime în embrion și în special solubilizarea citolitică și proteolitică scurtând durata procesului tehnologic pentru germinarea orzului, la doar 4 până la 5 zile.
Pentru declanșarea procesului de germinare orzul trebuie să fie adus treptat la un grad de umiditate de peste 30 %. La acest nivel se declanșează procesele de germinare a embrionului, iar la umiditatea de 44-48% are loc sinteza maximă de enzime amilolitice, glicolitice, proteolitice și chiar sinteza de hemicelulaze. Procesul decurge normal la temperatura de 12-14°C.
Înmuierea se realizează în fabrică prin imersia orzului în apă îmbogățită în alcali, în condiții de aerare prin însuflare de aer prin țevi perforate și absorbția CO2 degajat prin intensificarea respirației.
b. Germinarea propriu-zisă a boabelor de orz
Pe parcursul procesului de germinare se desfășoară o mulțime de fenomene biochimice. Acestea sunt următoarele:
Mai întâi are loc solubilizarea membranei celulare în partea inferioară a bobului când radicelele străpung baza acestuia. în acest timp embrionul trece din faza inactivă în cea activă. Procesele de respirație se intensifica datorită aerării, iar conținutul și activitatea enzimelor hemicelulazice, amilazele, proteazele și fosfatazele își intensifică activitatea în mod accentuat.
Ce fel de activitate desfășoară fiecare dintre enzimele specificate mai sus?
Enzimele hemicelulaze, așa cum sunt glucanazele endo și exoglucanazele, degradează hemiceluloza din pereții celulari și-i permeabilizează. Sporește astfel gradul de solubilizare a malțului.
Enzimele proteolitice, așa cum sunt endopeptidazele și exopeptidazele, desfac legăturile peptidice dintre aminoacizii care constituie proteinele și îi pune în libertate. Este absolut necesar ca în constituția mustului de bere (produsul care se obține după solubilizarea malțului) să se găsească o cantitate suficientă din cei 20 de aminoacizi pentru ca drojdia adăugată mustului să-și poată construi ingredientele celulare pe timpul diviziunii și înmulțirii lor.
Trebuie să reținem că peptidele care rezultă din proteoliză dau gustul de plinătate, precum și însușirile spumei pe care o face berea maturată.
Enzimele amilazice (alfa si beta-amilaza) participă la procesul de germinare și au rolul să dezorganizeze amidonul până la glucoza, fructoză, zaharoză, trecând, mai întâi, prin etapele de dextrină și maltoză.
Enzimele fosfatazice eliberează acidul fosforic din esterii organici în care se găsesc (fitați) și îl pune la dispoziția embrionului îmbunătățind totodată, capacitatea tampon a mustului de bere.
Care sunt semnele că germinarea orzului a decurs în condiții bune?
În procesul de germinare a semințelor are loc dezvoltarea radicelelor și a colțului verde (plumula) care se dezvoltă din embrion. Se consideră că procesul de germinare a orzului s-a desfășurat în condiții optime, atunci când la majoritatea boabelor lungimea radicelelor este egală cu lungimea plumulei. Acesta este indiciul că germinarea este uniformă și că în fiecare bob s-a acumulat maximum de enzime pectolitice, enzime hemicelulozolitice și fosfatazele necesare susținerii procesului de fermentare a berii.
c. Uscarea malțului
Produsul rezultat de la germinare poartă numele de malț verde, deoarece, plumula are deja clorofilă care îi conferă culoarea verde. Acest fenomen îi imprimă malțului un miros și gust specific de „verde”, nedorit pentru berea maturată. în scopul de a elimina din malț gustul și mirosul de verde, cât și pentru ai conferi acestuia aroma și culoarea specifică de malț este necesar să se oprească transformările biochimice care se petrec în malț. Din această cauză se recurge la uscarea acestuia.
Uscarea malțului are loc în două faze:
a.) în prima fază este necesar să se reducă umiditatea de la 40-48% până la 19% ;
b) în a doua fază este necesar ca umiditatea să ajungă de la 19% până la 3-6% și chiar 1-3%.
Prima fază se realizează cu temperaturi de până la 50°C, iar cea de a doua fază se realizează cu temperaturi cuprinse intre 80-85°C.
Pe timpul uscării malțului au loc profunde modificări biochimice în constituția acestuia. în prima fază, la temperaturi de 40°C când are loc o preuscare (vestejire) conținutul în enzimele care însoțesc germinarea crește, iar radicelul și plumula continuă să se dezvolte. Acest proces are loc în primele 10-12 ore de la începutul uscării după care procesul de sinteză a enzimelor și activitatea lor scade semnificativ.
3.3. Prepararea „mustului de bere”.
A. Plămădirea malțului
Malțul verde este preparat cu scopul de a îmbogăți bobul de orz (practic pîumula) în enzime amilazice, glucanazice și proteolitice prin germinare. Enzimele obținute sunt apoi puse de către om să descompună amidonul și proteinele din bobul de orz până la glucide simple (glucoza, fructoză, zaharoză) și respectiv până la aminoacizi.
Glucidele simple obținute în acest fel sunt apoi folosite ca materie primă de către drojdii care le transformă în alcool etilic și CO2, iar aminoacizii rezultați sunt încorporați în proteinele proprii.
În mod practic acest proces se realizează în felul următor:
1. Malțul verde uscat și bogat în amidon (peste 50%) și proteine (cea. 13%), este măcinat cu mori cu valțuri, pe cale uscată sau umedă, cu scopul de a obține mai ușor lichefierea enzimatică a conținutului acestuia;
2. Urmează apoi o altă operațiune care se numește plămădire. Aceasta constă în prelucrarea, într-un anumit fel, a malțului măcinat pentru a favoriza activitatea enzimelor din malț asupra amidonului și a le transforma în glucide simple trecând de la amiloză și amilopectină în dextrină și apoi în maltoză și în cele din urmă în zaharuri simple. în acest scop malțul verde măcinat este amestecat cu apă în care se dizolvă toate ingredientele care au rezultat din activitatea solubilizatoare specificată mai sus. în acest fel se obține așa numitul must de bere.
Ce fel de fenomene au loc pe parcursul plămădirii?
Fenomenele care se petrec pe parcursul plămădirii sau a solubilizării enzimatice a conținutului malțului verde sunt următoarele:
a) gelificarea granulelor de amidon prin ridicarea temperaturii malțului măcinat amestecat cu apă, la 60°C. Urmarea v-a fi absorbția apei prin fisurile radiale ale granulelor de amidon și facilitarea unui contact mai bun a enzimelor amilolitice cu amidonul și descompunerea lui în glucide simple.
b) lichefierea amidonului sau solubilizarea lui în scopul amplificării activității hidrolizei enzimatice a acestuia.
c) zaharificarea sau transformarea hidraților de carbon (amidon, dextrine, maltoză) în produse fermentescibile cu ajutorul drojdiei și transformarea lor în alcool etilic și CO2.
Lichefierea amidonului din malțul verde măcinat și amestecat cu apă constă în solubilizarea cu ajutorul alfa și beta-amilazei din malț și formarea de dextrine, maltoză și glucoza. Procesul are loc cu intensitate la temperatura de 70-75°C și la un pH= 5,6-5,8, pentru alfa amilază și 62-68°C la pH =5, pentru beta-amilază.
Ținând cont de rezistența termică diferită a celor două tipuri de enzime (alfa-amilaza și beta- amilaza), precum și de faptul că prima dintre ele produce prin hidroliză mai multă maltoză alături de glucoza, iar a doua enzimă produce mai multe dextrine, prin reglarea temperaturii și a pH-ului, se poate obține cu prima enzimă o bere cu conținut mai ridicat de alcool, iar cu cea de a doua, o bere cu conținut ridicat în dextrine.
Pe timpul plămădirii mai are loc, pe lângă scindarea amidonului în produse fermentescibile de către drojdii, și o puternică degradare a proteinelor până la peptide (un grup mai mic decât 10 aminoacizi legați între ei) și aminoacizi, strict necesari dezvoltării drojdiilor după ce mustul de bere este supus fermentării.
Plămădirea mai poate fi realizată și din orz măcinat nemalțificat.
Pentru scăderea costului berii, în prezent malțul folosit în prepararea berii poate fi înlocuit până la 60-70% cu măciniș de porumb, orz sau orez nemalțificat. Pentru a obține hidroliza amidonului și a proteinelor din partea de cereale nemalțificate adăugate la cantitatea de malț verde, este absolut necesar ca în mustul de bere astfel obținut să se adauge enzime amilolitice (alfa și beta-amilaza), heta-glucanaza și proteaze purificate obținute din bacterii, de regula din B.subtilis. Practica a dovedit că berea obținută pe această cale se apropie, prin calitățile sale, de cea obținută numai din malț verde bogat în alcooli superiori.
B. Fermentarea mustului de bere.
Odată ce s-a obținut mustul de bere bogat în zaharuri fermentescibile (dextrine, maltoză, glucoza, fructoză, zaharoză) el este supus fermentării cu ajutorul drojdiilor pentru a obține berea propriu-zisă. Acest lucru se înfăptuiește prin adausul la mustul de bere a unei anumite cantități de drojdie de bere Saccharomyces cerevisiae. Ea are misiunea să consume zaharurile fermentescibile din mustul de bere și să le transforme, cu precădere, în alcool etilic și CO2 dar și în alcooli superiori, esteri, acizi organici, acizi volatili, aldehide.
Drojdia de bere poate asimila doar hidrații de carbon hexozici (cu 6 atomi de carbon) așa cum sunt: glucoza, fructoză sau dimerii lor, zaharoză, maltoza. Cel mai rapid se asimilează, însă, zaharoză care este descompusă în componentele sale, fructoză și galactoza de către echipamentul enzimatic al drojdiei.
În condiții anaerobe drojdia folosește din totalul zaharurilor fermentescibile o proporție de 2 % pentru formarea de biomasă, 3% din acestea pentru sinteza de subproduse de fermentare și 95 % dintre ele pentru producerea de alcool etilic și CO2.
În condiții aerobe drojdia folosește zaharurile fermentescibile mai ales pentru producere de biomasă și mai puțin pentru producerea de alcool etilic și CO2.
Fermentarea de către drojdii are loc în condiții optime numai dacă în mustul de bere zaharurile fermentescibile se găsesc la o concentrație de 10-16%. La concentrații mai mici se produce infecția soluției, iar la concentrații mai mari se produce plasmoliza celulelor de drojdie.
Pentru a obține o fermentare bună a mustului de bere cu ajutorul lui Saccharomyces, este necesar ca mai întâi, aceasta să fie adusă în must și să se asigure o fermentare aerobă pentru a ajuta drojdia să se înmulțească. Numai după atingerea unei concentrații optime de celule de drojdie se creează condiții anaerobe pentru trecerea ei la fermentarea glucidelor cu producere de alcool etilic.
a. Fermentarea primară a berii
După introducerea submersă a drojdiei în mustul de bere și menținerea lui la 6-10°C are loc așa numita fermentare primară (tumultoasă), caracterizată printr-o intensă activitate a metabolismului drojdiei cu generare de alcool etilic și CO2.
Aceasta are loc în două faze:
1) fermentarea primară submersă care durează 8 până la 10 zile, la temperatura de 6-10°C.
2) fermentarea de suprafață care durează 4 până la 10 zile, la temperatura de 15-25°C.
Cantitatea de drojdie adăugată mustului de bere pentru a induce fermentația, se calculează în așa fel încât aceasta să ajungă la 0,5-2% din cantitatea de must sau 15-60 mil.celule/ml.
În prima fază după 20 de ore de la declanșarea procesului de fermentare apare pe suprafața mustului un strat de spumă albă alcătuită din proteine și rășini de hamei.
În faza a doua denumită a cvestelor joase se desprinde spuma, iar extractul are consistența smântânii. în această etapă extractul rămas se supune unei răciri puternice.
Din ziua a treia de fermentare apar niște creste înalte însoțite de o intensificare a fermentației.
În faza finală a fermentației primare suprafața crestelor scade și rămâne doar o spumă subțire ce reține rășinile de hamei. Această fază durează două zile după care urmează răcirea berii la 3,5-5°C, pentru a facilita depunerea la fund a drojdiei. După sedimentare, berea tânără este trecută în recipientul de maturare, iar drojdia recuperată este supusă unui tratament de curățire, păstrată apoi în apă rece și reutilizată.
b. Fermentarea secundară sau fermentarea de maturare.
Ea mai este denumită și fermentarea de maturare și urmează celei primare când o mare cantitate de dioxid de carbon format se înglobează în berea obținută.
Berea crudă este foarte amară, tulbure, cu miros neplăcut, gust de drojdie și instabilă. De aceea ea trebuie supusă unui proces de maturare în care timp se elimină toate aceste neajunsuri. Ea constă într-o fermentare lentă în tancuri speciale, unde are loc așa numita „spălare” și saturare cu CO2. În aceste condiții are loc sedimentarea continuă a drojdiei și a compușilor de proteine-polifenol, dar și o creștere a conținutului de esteri care îi dau aroma plăcută.
Durata maturării este de 8 săptămâni la temperatura de 1°C pentru berea blondă și de trei luni pentru berea specială.
Pentru a putea fi consumată berea maturată trebuie să fie limpezită printr-o filtrare în trepte: prima este o filtrare grosieră printr-un strat de celită (kiselgur), iar a doua este o filtrare fină prin plăci speciale.
CAPITOLUL IV
BIOTEHNOLOGII ÎN INDUSTRIA SPIRTULUI
Spirtul este o soluție de alcool etilic (etanol) dizolvat în apă cu o concentrație maximă de 96,6%. El se obține prin transformarea monoglucidelor, de regulă a pentozelor (glucoza, fructoză, manoză) în alcool etilic cu ajutorul drojdiilor. Drojdiile din genul Saccharomyces (Saccharomyces cerevisiae, s.uvarum) sau schizosaccharomyces pombe și cluveromyces sp. consumă glucoza și o transformă în etanol cu eliberare de două molecule de bioxid de carbon și două molecule de ATP, conform reacției următoare din ciclul Enden-Meyerhof- Parnas:
C6H12O6 + 2ADP + 2P → 2 CH3 – CH2OH + 2ATP
Glucoza + Acid adenozin-+ [NUME_REDACTAT]
difosforic
Întreaga reacție are loc în condiții de anaerobioză.
Reamintim că drojdiile din genul Saccharomyces activează, atât în regim anaerob, cât și în prezența aerului (regim aerob). Rezultatul activităților în aceste două categorii de condiții duce la rezultate diferite și anume: în condiții anaerobe drojdiile se hrănesc și se înmulțesc pe seama glucozei din mediu și o transformă în alcool etilic, iar în condiții aerobe drojdiile se dezvoltă și se înmulțesc masiv formând o mare cantitate de biomasă în detrimentul producției de alcool etilic. În condiții aerobe (cultivare pe medii nutritive cu aerare continuă) drojdiile urmează o altă cale de metabolizare a glucozei decât cea Enden-Meyerhof-Parnas. Ele urmează calea ciclului lui Krebs care metabolizează glucoza până la CO2 și apă cu producere de 38 de molecule de ATP. în acest caz întreaga energie conținută de glucoza este folosită de către drojdie la procesele de dezvoltare și înmulțire. Reacțiile din ciclul lui Krebs sunt următoarele:
C6H2O2 + 6O2 + 38ADP + 38P → 38ATP + 6CO2 + 6H2O
[NUME_REDACTAT] difosforic
Reiese de aici că atunci când se dorește să se obțină alcool etilic cu ajutorul drojdiilor, acestea trebuie cultivate în mediu nutritiv cu glucoza, dar în lipsa oxigenului (fără agitare), iar când se dorește să se obțină o cantitate mare de drojdie (ca în cazul fabricării drojdiei de bere) este necesar ca drojdiile să fie cultivate tot pe un mediu nutritiv bogat în glucoza, dar aerisit prin agitare.
4.1. Materii prime folosite în fabricarea spirtului
Materiile prime prin care se fabrică spirtul prin fermentație cu ajutorul drojdiei pot fi împărțite în două categorii și anume:
1. Materii prime care conțin glucoza (numite și donatori de glucoza)
2. Materii prime bogate în amidon
Materiile prime bogate în glucoza care se mai numesc și donatori de glucoza sunt următoarele: sfecla de zahăr și cea furajeră, trestia de zahăr, melasa rezultată de la fabricarea zahărului, leșiile bisulfidice rezultată de la fabricarea hârtiei și zerul obținut din fabricarea brânzeturilor.
Materiile prime bogate în amidon folosite în fabricarea spirtului sunt cerelalele (porumb, orz, grâu) și cartofii sau alte rădăcinoase bogate în amidon.
Cum se folosesc materiile prime pentru obținerea de spirt pe cale biotehnologică?
Vom trece în revistă numai în principiu și separat cele două tehnologii de obținere a spirtului din donatorii de glucoza și din materiile amidonoase.
4.2. Tehnologia de fabricare a spirtului prin fermentarea materiilor prime bogate în glucoza
4.2.1. Obținerea spirtului din sfecla de zahăr
Sfecla de zahăr este foarte bogată în zaharoză (un dizaharid format dintr-o moleculă de glucoza și una de fructoză). Ea conține cea 10% zaharoză și dă o producție de cea 60 de tone la ha. Din aceasta se pot obține cea 3600 litri de etanol.
Pentru a obține în soluție conținutul de zaharoză aflată în sfeclă și a o supune hidrolizei prealabile înainte de declanșarea fermentației cu ajutorul drojdiilor, sfecla se mărunțește, se supune unei încălziri la 78 – 85°C pe durata unei ore pentru a obține distrugerea pereților celulelor care o compun. Se obține astfel o zeamă care conține 12- 14% zaharoză. Aceasta este apoi acidulată cu 0,2 Kg acid sulfuric/100 Kg sfeclă, pentru a crea un mediu acid favorabil și a intensifica hidroliza zaharurilor.
O altă cale de obținere a spirtului din sfecla de zahăr este cea care folosește terciuirea tăiețeilor cu apă și a unui adaus de acid sulfuric pentru-a aduce terciul la un pH=4.
Această operație este urmată de un tratament la 65°C cu slad de orz (10Kg orz încolțit/ tona de sfeclă) pentru a obține hidrolizarea tuturor zaharurilor existente în sfeclă și a le aduce la starea de glucoza și alte pentoze. Precizez că orzul încolțit care se mai numește și slad sau malț este foarte bogat în enzime amilolitice, care au capacitatea să hidrolizeze zaharurile polimerizate din substrat.
Când zeama sau terciul este gata pregătit, acestuia i se adaugă un inocul de cea 1% drojdie de bere (Saccharomyces cerevisiae) în suspensie groasă, dar care a fost în prealabil multiplicată de 10 ori obținând așa numitul „cuib de drojdie”. Fermentarea are loc la temperatura de 25°C timp de 48- 60 de ore în condiții anaerobe. în acest timp glucoza este transformată de către drojdii în alcool etilic care apoi este eliberat în mediul înconjurător. Extragerea alcoolului etilic din masa de mediu nutritiv se face prin distilare obișnuită.
4.2.2. Obținerea spirtului din melasă
Melasa rezultă de la fabricare a zahărului din sfecla de zahăr sau din trestia de zahăr. Ea conține 50% zahăr și 1,9% azot asimilabil, ceea ce o face să fie considerată că este cea măi bună și mai ieftină materie primă pentru obținerea de spirt, prin fermentare cu ajutorul drojdiilor Saccharomyces cerevisiae.
Pentru a obține un mediu nutritiv adecvat pentru activitatea drojdiilor care să transforme în alcool etilic glucoza conținută de melasă, aceasta trebuie să fie adusă în prealabil la un pH acid și îmbogățită cu săruri minerale nutritive așa cum este superfosfatul de calciu și sulfatul de amoniu. Fermentația melasei are loc în bioreactor la temperatura de 28- 30°C timp de cca 28- 30 de ore.
Pentru ca drojdiile să poată utiliza întreaga cantitate de zaharuri existente în melasă, este necesar ca acestea să ajungă la o concentrație mare în compoziția materiei prime. Pentru aceasta drojdiile care vor constitui maiaua de fermentare trebuie mai întâi să fie multiplicate în laborator și apoi în fabrică. în laborator se realizează pe must de malț în trei faze a câte 24 de ore la temperatura 27- 29°C cu aerare. Cel puțin 5 litri de drojdie rezultată din ultima fază de multiplicare de laborator sunt aduse în fabrică unde se mai multiplică încă de două ori. La sfârșitul celei de-a doua faze se obține așa numitul „cuib de drojdie” care se adaugă apoi în fermentator alături de melasă. Aici se obține, mai întâi, o prefermentare și apoi fermentarea propriu-zisă în condiții de anaerobioză. Alcoolul etilic care s-a format este apoi extras din mediu prin distilare obișnuită.
4.2.3. Obținerea alcoolului etilic (spirtului) din leșiile bisulfidice
Leșiile bisulficidice se obțin de la fabricarea hârtiei din celuloză extrasă din arbori. Ele conțin, pe lângă 43% acizi lignosulfonici și 12% compuși hemilignimei și 2,6% glucoza, 4,6% xiloză, 11% manoză și 2,6% gaîactoză. Drojdiile din genul Saccharomyces pot folosi zaharurile libere din leșiile bisulfidice și să le transfrome în alcool etilic.
4.2.4. Și zerul rezultat de la prelucrarea laptelui poate fi utilizat ca materie primă pentru obținere de alcool etilic
El conține lactoză în cantitate mare (4,2%) care poate fi în prealabil descompusă în glucoza și galactoză pe care apoi drojdiile adăugate le pot transforma în alcool etilic. Se estimează că din 42 litri de zer se poate obține un litru de alcool.
4.3. Tehnologia de fabricare a spirtului din materii prime bogate în amidon
4.3.1. Considerațiuni generale
Spirtul este un alcool etilic de 96,6 grade. El este un produs organic care se obține, de regulă, prin fermentarea amidonului sau a altor zaharuri cu ajutorul drojdiilor.
Cerealele (porumbul, orzul, grâul, secara, orezul), precum și unele radăcinoase (cartoful, topinamburul) sunt foarte bogate în amidon. Reamintim că amidonul nu este altceva decât un polimer format din molecule de glucoza legate, într-un anumit fel, între ele.
El se găsește sub formă de granule formate din două componente complexe: amiloza solubilă și amilopectina insolubilă, care formează învelișul exterior al granulelor de amidon și-i conferă consistență. Din această cauză enzimele glicolitice nu pot ataca amidonul nativ decât după ce acesta a fost lichefiat într-un anumit fel. La rândul lor amiloza și amilopectina pot fi scindate de enzirne specifice (alfa și beta-amiloza) în subunități ale lor numite dextrine. Dextrinele la rândul lor sunt scindate în maltoză și apoi în glucoza.
Dacă luăm în considerare că numai glucidele cu șase atomi de carbon (hexoze) așa cum sunt glucoza, fructoza, galactoza, precum și dimerii lor (zaharoza, maltoza) pot fi consumate de către drojdii și transformate în alcool etilic (spirt), atunci ajungem la concluzia că pentru a produce spirt din materii prime bogate în amidon este necesar ca, amidonul să fie, în prealabil, dezorganizat și adus la starea de molecule de glucoza.
Pentru a obține un asemenea efect, cerealele și rădăcinoasele trebuie prelucrate prin măcinare, apoi prin umectare și fierbere cu scopul de a izola granulele de amidon din celulele endospermului. Acestea la rândul lor trebuie să fie supuse procesului de descompunere a amilozei și amilopectinei până la dextrină, apoi la maltoză și în cele din urmă la molecule de glucoza liberă. Numai în acest stadiu (de glucoza) amidonul poate fi consumat de către drojdie și transformat în alcool etilic.
Deducem de aici că amidonul pentru a putea fi transformat în spirt (alcool etilic de 96,6°), trebuie mai întâi să sufere următoarele procese:
1. eliberarea amidonului din celulele endospermului;
2. gelificarea amidonului prin umectare și fierbere;
3. zaharificarea sau descompunerea amilozei și amilopectinei până la glucoza, trecând prin fazele de dextrină apoi în cea de maltoză;
4. fermentarea glucozei cu ajutorul drojdiilor și transformarea ei în alcool etilic.
4.3.2. Alcool etilic din porumb
În continuare voi puncta câteva elemente tehnologice în fabricarea spirtului din porumb. Pentru a le înțelege semnificația trebuie să plecăm de la compoziția chimică a porumbului
Conținutul porumbului în amidon întrece 50% din greutatea sa. Mai precis se estimează că în 100 g boabe de porumb se găsesc 56 g amidon (56%). În cartofi, deși aceștia sunt considerați plante amidonoase, amidonul nu se găsește decât în proporție de 15 %. Pentru obținerea spirtului din porumb este necesar ca, mai întâi, să se procedeze la eliberarea amidonului din boabele de porumb, apoi să se procedeze le zaharificarea amidonului, după care produsul obținut să se pună la fermentat.
4.3.2.1. Eliberarea amidonului din boabele de porumb.
Se realizează prin măcinare, urmată de fluidificare prin amestec cu apă și apoi fierbere timp de două ore cu aburi la presiune de 4 bari. Se obține astfel eliberarea granulelor de amidon din celulele endospermului urmate de lichefierea și apoi gelificarea lui.
4.3.2.2. Zaharificarea amidonului
Prin zaharificare se înțelege scindarea amidonului (care este un polizaharid), în subproduse cu un grad mai mic de polimerizare, așa cum sunt dextrinele urmate de maltoză și în cele din urmă de glucoza (procesul de degradare a amidonului decurge în ordinea următoare: amidon-dextrină-maltoză-glucoză).
De regulă, zaharificarea amidonului se realizează cu ajutorul enzimelor amilolitice (alfa și beta-amilază),'existente fie în orzul încolțit numit slad sau malț, fie cu ajutorul enzimelor extrase și purificate din microorganisme (bacterii așa cum este Bacilus subtilis sau fungi așa cum este Aspergillus niger).
Alfa-amilaza lichefiază amidonul prin ruperea legăturilor alfa-1,4 glucozidice dintre moleculele de glucoza și transformă, mai ales, amilopectina amidonului în dextrine.
Beta-amilaza scindează legăturile alfa-1,4 din moleculele de glucoza, mai ales, din conținutul amilozei și îl transformă în maltoză.
Zaharificarea amidonului cu ajutorul sladulul
Sladul de orz sau malțul se obține din orz, grâu sau chiar porumb, mei, secară încolțite în care plumula (colțul) ajunge la 1 până la 1,5 centimetri. Orzul germinat sau sladul se obține prin ținerea acestuia timp de opt până la zece zile la temperatura de 18°C și o umiditate de 45%, cu aerare pentru îndepărtarea CO2 din masa de cereale. Încolțirea orzului este necesar să se realizeze, pentru a determina celulele embrionului să sintetizeze alfa-amilaze necesare procesului de dezintegrare a amidonului până la glucoza.
Pentru zaharificarea a 100 kg amidon și aducerea lui până la starea de glucoza, în fabricarea spirtului, este necesar circa 7 până la 8 kg orz. Această cantitate, după umidificare corespunde unei cantități de 12-13 kg de slad verde.
După ce materia primă a fost măcinată, iar amidonul eliberat a fost fluidificat și gelificat prin fierbere, se adaugă sladul de orz sau enzimele amilolitîce purificate pentru a obține scindarea amidonului până la glucoza. în acest stadiu se poate trece la etapa de fermentare.
4.3.2.3. [NUME_REDACTAT] mod practic, zaharificarea se face în cazanul de plămădire unde se aduce porumbul măcinat cu amidonul fluidificat și gelificat prin fierbere așa cum^a fost descris mai sus, dar numai după ce el a fost adus la temperatura de 30 C. In aceste condiții se adaugă „cuibul de drojdie” pentru a obține transformarea glucozei sau a fructozei din materia primă (porumb sau alte cereale) în alcool etilic.
4.4. Obținerea de alcool etilic din materii prime celulozice.
Celuloza este un polizaharid format dintr-o mulțime de molecule de glucoza legate între ele. Glucoza este componentul principal al pereților celulelor plantelor formând una din cele două membrane ale acestora.
Acizii clorhidirc sau sulfuric, precum și așa numitele enzime celulozolitice sintetizate mai ales de către mucegaiuri, dar și de către unele genuri de bacterii, pot să rupă legăturile care țin legate moleculele de glucoza și să le elibereze în soluție. Reiese de aici că paiele, cocenii, ciocalăii, tulpinile de floarea soarelui, stuful, hârtia sau arborii pot deveni materii prime pentru obținere de glucoza cu scopul de a o transforma, cu ajutorul drojdiilor și a unor bacterii, în alcool etilic.
Toate acestea în prezent se folosesc la fabricarea spirtului sau a biocombustibiliior pe bază de alcool etilic.
Tehnologia de fabricație a alcoolului din materii celulozice cuprinde, în principiu, măcinarea fină a materiei celulozice urmată de prehidroliza celulozei cu acid clorhidric. Urmează apoi hidroliza propriu-zisă cu ajutorul lui Trichoderma viride care sintetizează celulaze care dezorganizează celuloza până la glucoza. Aceasta, la rândul ei, este transformată cu ajutorul drojdiei Saccharomyces cerevisiae în alcool etilic.
Pentru studentul care dorește să cunoască mai detaliat procesul de hidroliză voi mai adăuga doar, că prin măcinarea fină și apoi prin hidroliză cu acizi tari se creează breșe în structura fibrilară cristalină a celulozei permițând pătrunderea și apoi desfășurarea activității enzimei endoglucanaza obținută din cultura de Trichoderma viridae pentru a o degrada până la glucoza.
Rezultă astfel o celuloză reactivă asupra căreia acționează endo-beta-glucanaza microbiană și o reduce până la oligomeri de celuloză și celobioză. Acestea la rândul lor sunt atacate, apoi, de către exo-beta-glucanaza și în continuare de către beta-glucozidaza elaborate de către T, viridae reducându-le până la glucoza. întregul proces de hidroliză se desfășoară la temperatura de 50°C și la un pH= 4,5-5,0.
Produsul obținut, format din glucoza și alte subproduse, este supus apoi fermentației cu ajutorul drojdiei Saccharomyces cerevisiae sau cu bacteriile din genul Enterobacter, Clostridium sporogenes sau Termofilae (Thermoanaerobacter etanolicus) care le transformă în alcool etilic.
[NUME_REDACTAT] și colab. (2009) au demonstrat experimental că o combinație de enzime celulozolitice (15 U.I) obținute din Trichoderma viridae combinate cu celobiaza, obținută din culturi de Aspergillus niger pot hidroliză 100 g paie de grâu din care se obține 68 g de glucoza. Din 100 kg coceni de porumb se poate obține 75 g glucoza, iar dintr-o 100 g celuloză pură se pot obține 80 g glucoza pură. Glucoza obținută în acest fel este transformată de către drojdii în alcool etilic care poate fi utilizat și în calitate de biocombustibil pentru motoare. Ei au dovedit prin experimente repetate că randamentul de transformare în alcool etilic a resturilor din agricultură specificate mai sus este pentru paiele de grâu de 25%, pentru cocenii de porumb 20%, iar pentru hârtie 30%.
Distilarea și rafinarea spirtului
După ce amidonul sau celuloza din sursele de materii prime (porumb, cartofi, paie, etc.) au fost hidrolizate cu enzime și apoi fermentate cu ajutorul drojdiilor sau a bacteriilor, alcoolul care rezultă încorporat în plămadă este extras prin antrenarea lui cu aburi și apoi condensat în răcitori, printr-un proces numit distilare.
Din fermentare rezultă, în afară de alcool etilic și alți alcooli superiori așa cum sunt: alcoolul omilie, propilic, butilic, aldehida acetică, acizi volatili și acetonă. Prin distilare fracționată aceștia sunt separați de alcoolul etilic, deoarece ei au punctul de evaporare diferit de al etanolului.
Acest proces se numește rafinare și se realizează în felul următor: în procesul de distilare, primele cantități de condens care se obțin din aparatul de distilare numite frunți, conține mai ales aldehida acetică, formiat de metil, acetat de metil și de etil. Deoarece ele sunt substanțe care imprimă spirtului un gust și miros neplăcut, se elimină.
Fracțiunea de distilat care se obține după frunți, se numește fracțiune mijlocie (cca. 85-94% din total) și conține mai ales alcool etilic concentrat la 95°.
Fracțiunea terminală a distilatului numită cozi, conține substanțe care se volatilizează mai greu, dar care, de asemenea, trebuie să fie eliminate din alcoolul etilic care constituie spirtul rafinat. Aceste substanțe sunt următoarele: alcoolii propilic, izobutiric, izobutiratul de etil, alcoolul izoamilic și furfurol.
CAPITOLUL V
PARTE PRACTICĂ EXPERIMENTALĂ
BIOTEHNOLOGIA FABRICĂRII VINULUI
Vinul se obține din fermentarea mustului obținut după recoltarea și prelucrarea strugurilor. Strugurii sunt formați din ciorchine pe care sunt crescute boabele. Ele sunt acelea care se desprind de pe ciorchine și sunt supuse zdrobirii în scopul obținerii mustului. Boabele sunt compuse din pieliță (2-20%), pulpă (75-95%) și semințe (2-7%).
Pielița
în compoziția pieliței formate din câteva straturi de celule acoperite la exterior cu o substanță ceroasă ce împiedică evaporarea apei și atacul microorganismelor, se găsesc și substanțe colorate și aromate.
[NUME_REDACTAT] alcătuită din 25 până la 35 straturi de celule înconjurate fiecare cu membrane celulozice bogate în suc vacuolar. Pulpa conține sucul bobului care este foarte bogat în hidratii de carbon (mai ales glucoza și fractoză în raport 1:1), acizii organici așa cum sunt acidul malic, tartric, substanțe cu azot (proteine), substanțe minerale, pectine, vitamine.
Semințele
în semințe se găsește 25-45% apă; 14-36% celuloză, 4-6% substanțe cu azot, 13-20% uleiuri, 2-4% substanțe minerale și 1% acizii grași.
5.1. Desciorchinarea strugurilor
După recoltare, strugurii se supun, în mașini speciale, procesului de desprindere a boabelor de pe ciorchine și a zdrobirii acestora. Ciorchinii izolați de boabe sunt apoi îndepărtați din must. După ce boabele au fost zdrobite, acestea sunt, apoi, trecute în recipiente speciale și se lasă în repaus pentru scurgerea mustului.
5.2. Separarea mustului
Boabele separate de ciorchine și zdrobite sunt lăsate în repaus pentru separarea mustului. Această operație se face în două feluri și anume:
a) prin scurgerea simplă a mustului răvac;
b) prin presare.
Toate operațiile trebuie făcute într-un timp cât mai scurt pentru a evita oxidarea mustului, mai ales a flavonoizilor și a producerii de acizi (tartric, galic, acetic, citric etc.) care pot înrăutății calitatea vinului.
Mustul obținut prin separare gravitațională față de pulpă și pielițe este de mai bună calitate pentru fabricarea vinurilor superioare, decât cel obținut prin presare pentru că, în acesta din urmă, se antrenează și o serie de substanțe colorante azotoase și taninoase care duc la deprecierea vinurilor.
Mustul utilizat pentru vinuri albe poate fi trecut în vase și supus procesului de fermentație, imediat după separarea lui de boabe, pulpă și pieliță.
Mustul din strugurii colorați folosit pentru prepararea vinurilor roșii este supus fermentării împreună cu boștina (pulpă, pieliță, boabe). Scopul unui asemenea procedeu este să se obțină macerarea pielițelor și extragerea coloranților și a altor substanțe aromate conținute de acestea.
5.3. Macerarea strugurilor colorați
Constă în menținerea mustului împreună cu pulpa și pielițele în același recipient și supunerea lui procesului de fermentare. Aceasta se mai numește și fermentare pe boștină. Durata macerării în vederea extragerii aromelor durează 24-36 ore, iar cea îndreptată pentru extragerea coloranților din pieliță durează 5-6 zile.
5.4. Compoziția chimică a mustului
Mustul conține următoarele substanțe:
– apă 50-70%;
– hidrații de carbon (zaharuri) 15-25%. Predomină glucoza, fructoza și puțină zaharoză;
– acizii organici: acidul malic (3-4 g/litru), acidul tartric (1-4 g/litru), acidul citric (0,025-0,45 g/litru).Ei dau gustul acrișor al vinului și buchetul de învechire, contribuind în același timp la stimularea fermentației alcoolice;
– substanțe minerale: 0,6-0,7% (K, Ca, Mg, Cu, Mn, P) și în cantități mai mici iod, brom, fier;
– substanțe azotoase: 0.2-0.4 g/litru, dintre aceștia reținem aminoacizii, care măresc valoarea alimentară a vinului și influențează pozitiv fermentația alcoolică. Dacă sunt prea multe substanțe azotoase, ca în cazul strugurilor mucegăiți, ele duc și la tulburarea nepermisă a vinurilor;
– substanțe tanante, provin din strugure (pieliță, semințe, ciorchini), dar și din doagele de lemn a vaselor în care se ține mustul. Ele dau gustul astringent mai ales la mustul fabricat din strugurii colorați.
Substanțele tanante contribuie la conservarea mustului și formarea buchetului vinului, dar și la limpezirea vinului prin acțiunea lor de precipitare pe care o au asupra proteinelor din vin;
– substanțe colorante. Sunt pigmenții flavonici de culoare galbenă și pigmenții antocianici de culoare roșie;
– acizi fenolici, se găsesc în cantități mici;
– substanțe pectice, favorizează îmbolnăvirea vinului și îngreunează limpezirea lui;
– vitaminele din must, se găsesc în cantității apreciabile în special vitaminele C, Bl, B6, Bl2, PP, biotina și carotenul.
5.5. Ce condiții trebuie să îndeplinească mustul pentru a se produce din el un vin bun?
a) mustul trebuie să conțină o anumită cantitate minimă de zaharuri, altfel vinul care se obține este de calitate inferioară și mucegăiește (face floare).
Cantitatea de zaharuri în must trebuie să fie minimum 136 g/litru, pentru vinurile de consum curent și 153 g/litru, pentru vinurile de calitate superioară.
De aceea mustul înainte de a-1 trece la fermentare trebuie să fie analizat pentru a-i stabili conținutul de zaharuri. Dacă el nu are suficient zahăr i se va adăuga zahăr (șaptalizare), sub formă de sirop pentru a-1 aduce la concentrația de 170-180 g/litru. Nu este admis adaosul de cantității mai mari de 30 g zahăr la 1 litru de must.
Se consideră că din 170 g zahăr la litrul de must rezultă după fermentare 10% alcool etilic în vin.
b) mustul trebuie să aibă o valoare optimă a acidității, altfel vinul care se produce din acesta v-a fi fad sau acru.
Valoarea optimă a acidității pentru vinurile albe este de 5-6 g/litru.
Dacă mustul nu are această valoare i se adaugă acid tartric până la l,5g/litru, iar dacă este prea mare se adaugă carbonat sau tartrat de calciu.
c) conținutul de tanin care dă gustul astringent al vinurilor roșii trebuie să fie sub 0,2g/litru. Dacă nu-l are i se adaugă un preparat special care contribuie la precipitarea proteinelor și ca urmare favorizează limpezirea vinului.
d) îndepărtarea substanțelor proteice din must (vin) se realizează prin tratarea acestuia cu bentonită. în acest fel se elimină, prin sedimentare, enzimele proteice oxidative lăsând nemodificat conținutul de arome din vin.
5.6. Fermentarea mustului
Mustul de struguri este transformat în vin, după ce el fermentează cu ajutorul drojdiilor. Acestea au darul să consume zaharurile conținute în must și în condiții de anaerobioză să le transforme, în principal, în alcool etilic și CO2.
Drojdiile care încep și susțin fermentația mustului provin de pe suprafața strugurilor, precum și de pe utilajele folosite la prelucrare. Ele fac parte din genurile Sacckaromyces și Kloeckera și sunt foarte diverse din punct de vedere genetic.
În must s-au identificat peste o mie de specii și varietăți de drojdii. C mai importante sunt, însă, Saccharomyces cerevisiae var.eiîipsoides Kloeckera apiculata.
Interesant este că pe strugurii negri, pe lângă aceste două fon drojdii, se mai găsesc mai ales S. chevallirii, pe strugurii stafidiți S. florentius, iar pe cei mucegăiți se găsește Torulopsis bacillaris.
Există drojdii care fermentează dintr-un amestec de glucoza + fructoză, mai ales glucoza (75%) și doar 50% fructoză. Există și drojdii care din același amestec fermentează cele două monozaharide (glucoza și fructoză) într-o proporție inversă: 75% fructoză și 50% glucoza, dar mai există și drojdii care fermentează cele două monozaharide (hexoze) în proporție egală.
Fermentarea mustului are loc în mai multe faze și anume:
1. Faza prefermentativă.
De regulă, mustul de struguri lăsat în repaus la temperatura de 15°C, după una-două zile începe să fermenteze datorită drojdiilor ajunse aici, de pe strugurii și ustensilele folosite pentru prelucrarea lor. Ele, mai întâi, se înmulțesc puternic datorită aerului existent în must, ajungând până la 50-100 milioane/mililitru de must. De acum înainte ele trebuie să activeze în mediu anaerob pentru a transforma zaharurile în alcool etilic.
Activitatea lor de metabolizare a glucidelor din must duce la eliberarea unei cantități mari de CO2 din care cauză pe suprafața mustului apare spuma caracteristică și încălzirea acesteia până la 18°C. Aceasta este faza prefermentativă a mustului care durează 1-3 zile, în funcție de temperatura ambiantă și a conținutului de zahăr din must.
2. Faza de fermentare tumultoasă.
După faza prefermentativă urmează faza de fermentare tumultoasă, zgomotoasă când temperatura mustului ajunge la 30°C și chiar peste această valoare, însoțită de o degajare enormă de CO2 în aer. Din această cauză pe timpul fermentării mustului este absolut necesar ca oamenii să nu stea prea mult în încăperea unde acest proces se desfășoară pentru că se creează un pericol real de intoxicare cu CO2 care duce la moarte.
Faza de fermentare tumultoasă durează circa 5-14 zile, în funcție de cantitatea de zaharuri din must și temperatura ambiantă. Dacă procesul este prea intens se recomandă reglarea temperaturii la un anumit nivel pentru a nu înrăutății calitatea vinului.
Pentru a evita pătrunderea aerului în recipientul în care fermentează mustul, care ar putea stimula creșterea masei drojdiilor în dauna sintezei de alcool etilic sau de infecții cu bacterii generatoare de acid acetic, se recomandă ca în cepul butoiului sau în gura recipientului să se monteze un dispozitiv special (există în comerț) care să permită doar evacuarea CO2 și să facă imposibilă pătrunderea aerului din încăpere în interiorul recipientului.
În procesarea vinului în gospodăriile populației se utilizează în acest scop un dop perforat și străpuns de către un tub rigid la care se atașează un furtun de cauciuc al cărui capăt exterior este scufundat într-un recipient cu apă. în felul acesta se asigură evacuarea CO2 și face imposibilă pătrunderea aerului din exterior în recipientul de fermentare.
3. Faza post fermentativă.
După 10-15 zile de fermentare tumultoasă urmează faza de fermentare liniștită când o mare parte din drojdie moare datorită concentrației de alcool etilic produs de ea însăși și se depun pe fundul recipientului. În această fază trebuie avut mare grijă ca aerul să nu pătrundă în interiorul vasului, deoarece prin intermediul lui pătrund și bacterii care consumă alcoolul etilic și îl transformă in acid acetic (vinul se oțetește).
5.7. Sulfatarea vinului
Pentru prevenirea degradării oxidative a mustului și a vinului și mai ales pentru distrugerea microorganismelor dăunătoare așa cum este Candida micoderma, care face floare vinului (mai ales celui alb), i se adaugă mustului o mică cantitate de dioxid de sulf (200 mg/litru). Vinurile demiseci conțin 50 mg/litru de dioxid de sulf, iar cele demiseci și dulci conțin 250-300 mg/litru.
5.8. Compoziția chimică a vinului
Vinul conține următoarele substanțe:
a) substanțe provenite din struguri
b) substanțe formate „de novo” pe parcursul fermentației alcoolice.
Substanțe provenite din struguri:
– apă: 700-900 g/litru;
– zaharuri 100g/litru;
– acizi organici: (tartric, malic, citric) 3,5-5,0 g/litru;
– tanin 0,1-1,2 g/litru;
– substanțe cu azot (aminoacizi),
– substanțe minerale,
– substanțe pectice și aromate,
– coloranți, vitamine și enzime.
Substanțe formate în urma fermentației alcoolice:
– alcool etilic 10-120 g (din 17 g zahăr se formează 10% alcool etilic);
– CO2;
– alcool metilic, alcooli superiori, glicerina, acid acetic, aldehidă acetică, acid succinic.
Bacteriile lactice produc fermentația malolactică sau fermentația secundară în care acidul lactic se transformă în acid malic și CO2, reducând astfel aciditatea cu 2-3 g/litra, benefică pentru vinurile roșii, dar nedorită pentru cele albe.
Pentru conducerea științifică și controlată a fermentației mustului se introduc, în acestea, maiele de drojdii selecționate care produc vinurile superioare.
5.9. Învechirea și condiționarea vinurilor
Vinul cu cât este mai vechi cu atât este mai bun. Se întâmplă acest lucru pentru că cu timpul în vin se petrec procese fizico-chimice care schimbă raportul dintre principalii componenți ai acestuia și apar substanțe noi.
Unele specii de alcooli se combină cu acizii din vin și formează esteri (etil acetic, etil tartric) care dau buchetul vinului. Cu timpul crește conținutul de aldehide, de acizi volatili și se schimbă raportul dintre acidul tartric și cel malic; se schimbă proporția de substanțe azotoase și de pectine realizându-se astfel un echilibru al însușirilor senzoriale ale vinului matur și vechi.
5.10. Condiționarea vinului
Pentru a păstra calitățile vinului timp îndelungat este necesar ca acesta să fie condiționat Pentru aceasta sunt necesare următoarele operații:
a) umplerea periodică a recipientelor (butoaie,damigene), pentru a evita contactul vinului cu aerul;
b) pritocurile, care constau din decantarea vinului și separarea lui de drojdie.
Se recomandă ca în primul an să se realizeze patru pritocuri. Cu această ocazie are loc și o aerare a vinului care-i favorizează maturarea și face insolubile unele substanțe proteice care ar tulbura vinul; limpezirea suplimentară a vinurilor.
Pentru a obține un vin bun este necesară și o limpezire suplimentară a acestuia în afara decantării drojdiei și a pritocului. Aceasta se realizează cu substanțe organice așa cum sunt: taninul, gelatina, cleiul de pește, polivinilpirolidona și substanțe minerale așa cum este bentonita sau trecerea vinului prin filtre speciale.
Sunt necesare astfel de operații deoarece, drojdiile sau unele bacterii din vin, precum si unele cristale de tartrat acid de potasiu și unele produse coloidale pot să producă tulbureala vinului.
5.11. Bolile vinurilor
Sunt datorate unor microorganisme care activează aerob, dar și anaerob. Acestea sunt următoarele:
5.11.1. Boli aerobe
a) Floarea vinului
Sunt impurității de culoare albicioasă (pete și apoi pelicule) care se formează la suprafața vinului, mai ales la cele care nu conțin suficient de mult alcool etilic. Ea este produsă de către Candida mycoderma, care transformă alcoolul în aldehidă acetică și acid acetic și în final în apă și CO2.
b) Oțetirea vinurilor.
Se produce la vinurile cu un conținut scăzut de alcool etilic și care sunt păstrate necorespunzător în locuri cu temperatură ridicată. Oțetirea este produsă de bacteriile aerobe din genul Acetobacter care face mai întâi o pată albicioasă și apoi o peliculă la suprafața vinului, care ulterior se așează la fund sub forma unei mase gelatinoase. În vinurile care nu sunt astupate etanș și pătrunde aerul care conține bacterii aparținătoare genului acetobacter, alcoolul este transformat în acid acetic și în consecință vinul se oțetește.
5.11.2. Boli anaerobe
a) Băloșirea vinului.
Este produsă de Bacillus viscosus care îl face vâscos și îi imprimă un gust fad.
b) Amăreala vinului.
Este produsă de Bacillus amaracryllus care tulbură vinul și îi dă un gust amar și un miros iritant.
5.11.3. Vinurile mai au și defecte.
Aceste sunt:
a) casarea bruscă,
Se datorează enzimei oenoxidazei provenită din mucegaiurile de pe suprafața strugurilor care oxidează substanțele taninoase, precum și pe cele colorate.
b) casarea ferică,
Este dată de contactul vinurilor cu utilajele de fier neprotejat, care sub acțiunea oxigenului transformă fierul bivalent în fier trivalent care se combină cu taninul și dă un produs de culoare albastru-negru care colorează vinul. Defectul poate să fie corectat cu ferocianură de potasiu numită și cleire albastră.
C O N C L U Z I I
Enzimele au fost descoperite în toate celulele ființelor vii, macro- și microscopice. Cu ajutorul lor plantele transformă materia anorganică (carbon, oxigen, hidrogen, azot) în toate cele trei mari categorii de substanțe organice (protide, glucide, lipide) având ca sursă de energie lumina soarelui. Cu ajutorul enzimelor și bacteriile pot să transforme substanțele anorganice (sărurile minerale) în substanțe Organice, folosindu-le ca surse de carbon, hidrogen și azot, având ca sursă de energie un zahăr simplu (de regulă glucoza) și un catalizator constituit din vitamina biotină .
Mucegaiurile și drojdiile posedă o bogăție de enzime de toate felurile, cu ajutorul cărora ele desfac structurile substratului simplu sau complex pentru a se hrăni și a sintetiza substanțe noi din altele mai simple, pentru a-și edifica organismul și a-și întreține procesul de metabolism intracelular (anabolismul și catabolismul sau facerea și desfacerea de substanțe ).
Nu fiecare gen sau specie de microorganisme posedă toate tipurile de enzime care să aibă activitate cu intensitate similară. Există specii de microorganisme care posedă, de predilecție, enzime proteolitice, altele care dispun, mai ales de enzime glicolitice și altele care posedă, mai cu seamă enzime lipolitice.
Drojdiile, mucegaiurile și bacteriile, au nevoie de „instrumente speciale” pentru a descompune structurile complexe ale substanțelor din care se hrănesc. Acestea, de regulă, sunt enzime proteolitice (care descompun protidele), amilolitice sau glicolitice (care descompun zaharurile complexe în altele mai simple), sau lipolitice (care descompun lipidele).
Ca orice ființă vie, pentru a-și alcătui substanțele proprii, oricare microorganism are nevoie să aducă din afară în interiorul său carbon, oxigen și hidrogen pentru alcătuirea glucidelor și a grăsimilor la care se adaugă și azotul pentru alcătuirea protidelor sau a substanțelor proteice. Pe toate aceste elemente, microorganismele le obțin din glucide simple sau oze, din acizi grași sau din aminoacizi. Cum acestea sunt, de regulă, substanțe complexe, microorganismele pentru a le putea consuma au nevoie de enzime, cu ajutorul cărora le fragmentează în elementele din care sunt alcătuite: aminoacizi, (pentru protide), oze așa cum sunt glucoza, manoza etc, (pentru glucidele complexe) și acizi grași și glicerol (pentru grăsimi).
Sursa de carbon
Deoarece sursa principală de carbon necesar pentru facerea de substanțe proprii sunt glucidele și lipidele simple și cum acestea în natură se găsesc mai ales sub formă de amidon sau celuloză și hemiceluloză, pentru glucide și sub formă de grăsimi complexe, microorganismele sunt obligate mai întâi, să fragmenteze grăsimile și glucidele cu ajutorul enzimelor specifice Acestea sunt în stare să taie legăturile dintre elementele componente și să le aducă la formele cele mai simple din care sunt alcătuite.
Sursa de azot
Pentru microorganisme, sursele de azot sunt substanțele proteice alcătuite dintr-o înșiruire, în toate felurile, a celor 20 de aminoacizi cunoscuți în natură. Și acest fel de substanțe nu pot fi utilizate ca atare de către microbi, dar nici de către macroorganisme, decât dacă sunt, în prealabil, desfăcute până la aminoacizi.
Amidonul, celuloza precum și lactoza, pentru a putea fi consumate, trebuie să fie, mai întâi, desfăcute de către enzimele glicolitice ale microbilor în elementele din care sunt constituite, numite glucide simple sau „oze” (glucoza, galactoză, manoză, fructoză, îevuloză, etc).
Lipidele complexe, pentru a putea fi accesibile, nutritiv, pentru microorganisme, trebuie ca ele să posede enzime lipolitice pentru a le desface în elementele din care sunt compuse: acizi grași și glicerol.
Substanțele proteice, pentru a putea fi consumate de către microorganisme, trebuie mai întâi să fie fragmentate în cei douăzeci de aminoacizi care le compun. Un astfel de proces se petrece numai cu ajutorul enzimelor proteolitice sau proteaze, pe care le sintetizează microorganismul”.
Unele genuri sau specii de microorganisme, având ca sursă de energie predilectă glucidele, sunt capabile să sintetizeze mai multe tipuri de enzime amilolitice sau glicolitice de mare eficiență. Alte genuri sau specii de microorgamsme, care cresc și se dezvoltă pe un substrat de proteine, sintetizează mai ales enzime proteolitice, iar altele al căror substrat hrănitor sunt lipidele posedă, de regulă, mai ales enzime lipolitice, mai diverse și mai active decât alte genuri sau specii.
Cefei de tipuri de enzime sintetizează microorganismele?
Unele bacterii din cauză că posedă enzime amilolitice (alfa- amilaza și beta- amilaza), pot desface amidonul solubil în glucoza, trecând prin etapele de amiloză, amilopectine, dextrine, maltoză.
Drojdiile, la rândul lor, consumă „ozele” simple rezultate din activitatea enzimatică a bacteriilor, mai ales glucoza, fructoza, galactoza și dimerii lor așa cum sunt maltoza, zaharoza,.lactoza și le convertește în alcool etilic și bioxid de carbon.
Glucidele complexe așa cum sunt celuloza și hemiceluloza, formate din multe molecule de glucoza legate într-un anumit fel între ele, pot fi scindate în elementele lor structurale de către Trichoderma reesei și Saccharomyces cerevisae, Clostridium thermocellum și Zigomonas mobilis sau de către bacteriile Clostridium, din cauză că ele sunt capabile genetic să sintetizeze enzime specifice așa cum sunt: endoglucanaza, endo-beta -glucanaza, beta-glicozidaza. Acestea sunt în stare să fragmenteze celuloza până la glucoza și convertirea ei în etanol.
Bacteriile lactice pot scinda lactoza în componentele sale (glucoza și galactoza) urmată de transformarea acestora (prin consum și metabolizare) în acid lactic datorită faptului că ele posedă enzime glicolitice care sunt în stare să rupă legăturile dintre cele două monozaharide.
Răspunsul corect la o astfel de întrebare este în funcție de ce fel de produs dorim să obținem din prelucrarea materiei prime pe care o avem la dispoziție și mai ales ce fel de substanțe conțin, cu preponderență, acestea. Să urmărim în continuare cum să ne conducem rațiunea în trei situații concrete diferite
1) Dacă, de exemplu, se dorește să se găsească o cale de conservare a laptelui, a furajelor verzi sau a legumelor sau chiar a cărnii, atunci trebuie să știm că cel mai bun conservant al acestora este acidul lactic. Prin urmare noi trebuie să găsim o modalitate de a-l adăuga în acestea sau, cel mai bine, de a-l „forța” să se producă în țesuturile plantelor sau în însăși compoziția laptelui sau a cărnii.
Pentru a reuși să realizăm un asemenea deziderat, noi trebuie să mai știm că o cantitate mare de acid lactic se poate produce dacă glucidele simple sunt lăsate să fie consumate, de către bacteriile lactice. Acest fel de bacterii posedă o mare cantitate de enzime glicolitice cu ajutorul cărora pot metaboliza glucidele simple și să le transforme, cu preponderență, în acid lactic (un puternic conservant) la care se mai adaugă și bioxid de carbon și apă. Reiese de aici că alegerea și utilizarea, într-un anumit fel a bacteriilor lactice este o cale sigură de conversie, în acid lactic, a conținutului de glucide al materiilor prime bogate în astfel de substanțe.
2 ) Dacă se dorește, de exemplu, să se obțină alcool etilic sau un altfel de alcool sau chiar oțet, atunci noi trebuie să știm că acestea se pot obține pe cale biotehnologică mai ales din glucide simple cu ajutorul drojdiilor sau a unor bacterii. Dacă materia primă disponibilă nu conține suficient de multe glucide simple noi trebuie să mai știm și pe ce cale pot să fie ele obținute. Cea mai ieftină sursă pentru a le obține sunt materiile prime bogate în glucide complexe (amidon, celuloză, hemiceluloză)
Cu ajutorul bacteriilor care sintetizează alfa amilaze, amidonul din cereale sau cartofi, poate fi adus la „oze „simple (glucoza, manoză), trecând prin faza de amiloză, amilopectină, dextroză, maltoză până la glucoza. Odată ce s-a ajuns ca din substratul brut (amidonul), să se obțină monozaharide sau „oze” simple, acestea pot fi metabolizate de către drojdii și bacterii și transformate în alcool etilic sau oțet (acid acetic) sau acid lactic.
Rezultă de aici că pentru a obține în cantitate mare produse alimentare așa cum sunt vinul, spirtul, berea, acidul acetic, avem nevoie de materii prime bogate în amidon (cereale sau cartofi) precum și microorgansime ce sunt în stare să sintetizeze în cantitate mare enzime amilolitice și glicolitice.
3 ) Dacă, de exemplu, se dorește să se îndepărteze componentele proteice din lapte, din vin, bere sau din alte produse, atunci în acest scop vom utilizare enzime proteolitice (proteaze), fie microorganisme care posedă ele însele astfel de enzime. Ele vor putea cu siguranță să degradeze substanțele proteice până la stadiul de ăminoacizi liberi și astfel vom putea scăpa de substanțele proteice din amestecul în care nu mai dorim ca ele să existe.
B I B L I O G R A F I E
Banu C, (coordonator) – Biotehnologii în industria alimentară. [NUME_REDACTAT], București, 2000.
Bănațeanu IA., Teveloi I, – Cerințe sanitar veterinare privind proiectarea, utilizarea și dotarea întreprinderilor pentru industria alimentară. [NUME_REDACTAT], București, 1987.
Bărzoi D., – Microbiologia produselor alimentare de origine animală. [NUME_REDACTAT], București, 1982.
Dimitriu C.,- Metode și tehnici de control al produselor alimentare și de alimentație publică. [NUME_REDACTAT], București, 1980.
[NUME_REDACTAT], – Conservarea alimentelor (curs universitar). [NUME_REDACTAT], Cluj-Napoca, 2000.
Hopulele T., – Manualul inginerului de industrie alimentară, vol II. [NUME_REDACTAT], București, 1999.
Niculiță P., Purice N., – Tehnologii frigorifice în valorificarea produselor alimentare de origine animală. [NUME_REDACTAT], București, 1986.
Rotaru O., Mihai M., – Igiena veterinară a produselor alimentare, vol. I. [NUME_REDACTAT], Cluj-Napoca, 2001.
Rotaru O., Mihaiu M., – Igiena veterinară a produselor alimentare, vol. II. [NUME_REDACTAT], Cluj- Napoca, 2001.
[NUME_REDACTAT], Materiile prime vegetale – depozitare și păstrare, [NUME_REDACTAT] din Oradea, 2004.
[NUME_REDACTAT], Tehnologia prelucrării produselor vegetale, [NUME_REDACTAT] din Oradea, ISBN 978-973-759-412-9, 2007.
[NUME_REDACTAT], Spațiile de depozitare a produselor agricole, metodă eficientă de combatere a dăunătorilor prin dezinsecție preventivă a depozitelor și tratarea produselor depozitate cu produsul Actellic 50, [NUME_REDACTAT] din Oradea, Facultatea de [NUME_REDACTAT], 2003.
[NUME_REDACTAT] – Piersicul, Materie primă agroalimentară, [NUME_REDACTAT] din Oradea, 2003.
[NUME_REDACTAT] – Pomicultură generală, [NUME_REDACTAT] din Oradea, 2006.
[NUME_REDACTAT] – [NUME_REDACTAT], [NUME_REDACTAT] din Oradea, 2007.
[NUME_REDACTAT] – Caiet de lucrări – Tehnologia zahărului și produse zaharoase, [NUME_REDACTAT] din Oradea, 2007.
[NUME_REDACTAT] – Controlul calității produselor agroalimentare, [NUME_REDACTAT] din Oradea, 2007.
[NUME_REDACTAT] – Pomicultură, [NUME_REDACTAT] din Oradea, 2010.
[NUME_REDACTAT] – Ambalaje și design în industria alimentară, [NUME_REDACTAT] din Oradea, 2010.
[NUME_REDACTAT] – Controlul și analiza zahărului și produselor zaharoase, [NUME_REDACTAT] din Oradea, 2010.
[NUME_REDACTAT] – Semințoasele: materie primă agroalimentară, [NUME_REDACTAT] din Oradea, 2011.
[NUME_REDACTAT] – Sâmburoasele: materie primă agroalimentară, [NUME_REDACTAT] din Oradea, 2011.
Stănescu V., – Igiena și controlul alimentelor., [NUME_REDACTAT] române, București., 1998.
Stoicescu A., – Manualul inginerului de industrie alimentara, vol II. [NUME_REDACTAT], București, 1999.
Viesturs U., Smite L, Zielevica A., – Biotehnologie, agenți biotehnologici, tehnologii, aparatură, [NUME_REDACTAT], București, 1991.
ANEXE
Filtre profesionale
Frigidere pentru vin
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Biotehnologia Fabricarii Vinului (ID: 1234)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.