Realizarea industriala a fabricarii proteinelor prin biosinteza.
Principalele etape ale procesului de biosinteza
Obtinerea proteinelor prin intermediul microorganismelor cuprinde, in principal , urmatoarele etape:
dezvoltarea culturii initiale care serveste la insamantare (inocul)
prepararea si sterilizarea mediului de cultura ce contine sursele pentru cresterea microorganismelor
procesul de fermentetie
separarea si purificarea biomasei
prelucrarea biomasei in vederea utilizarii in alimentatia animala si umana
1. Dezvoltarea culturii initiale (inocul)
Inoculul utilizat pentru initierea procesului de dezvoltare microbiana se prepara intr-un preinoculator de insamantare, de unde se trece in fermentatore continue, prevazute cu sisteme de agitare si de incalzire-racire . Natura, compozitia mediului nutritiv si conditiile de lucru sunt in functie de microorganismul utilizat.
2. Sterilizarea mediului de cultura
In scopul devoltarii cu eicienta maxima a culturii de microoranisme, pentru asigirare unor conditii optime de dezvoltare, un rol deosebit de important il are sterilizarea locului de fermentatie.Cele mai bune rezultate s-au obtinut prin sterilizare termica, deoarece pe aceasta cale nu se introduc si nici nu se formeaza substante noi, care ar putea influenta negativ dezvoltarea microorganismelor.
Temperatura minima pentru o sterilizare eficienta este de 105^C. Tendinta actuala este de a efectua operatia de sterilizare in fulx continuu, la temperaturi ridicate dar in scurt timp.
Deoarece sterilizarea termica implica un mare consum de energie si deci cheltuieli mari se apeleaza tot mai mult la metode chimice , si anume, prin adaugarea unor substante antiseptice care insa sa nu altereze dezvoltarea microorganismelor.
3. Procesul de fermentatie
Biosinteza proteinelor in proces continuu la scara industriala este strans legata de procesul de multipicare al biomasei, respectiv de faza de fermentatie. Aceasta a necesitat rezolvarea unor importante probleme tehnologice , legate de asigurarea transferului de masa, de alegerea unor conditii optime care sa duca la viteze si randamente mari in biomasa, eliminarea caldurii rezultate din fermentatie, limitare contaminarii, optimizarea compoziteti mediului nutritiv, recircularea mediului de nutritie.
Este subliniat faptul ca in procesul de fermentatie a hidrocarburilor, simultan, se gasesc patru faze diferite, si anume : faza apoasa (ce contine elemente nutritive), faza hidrocarbura (nemiscibila cu prima), aerul si microorgamismele.
Datorita solubilitatiifoarte reduse a oxigenului in mediul de fermentetie , concentratia acestuia inluenteaza dezvoltarea microorganismelor.
Fermentatoarele industriale continue sunt de tipuri diverse si se folosesc uzual in fermentatia hidratilor de carbon.
Ele au fost proiectate pentru a indeplinii urmatoarele conditii:
realizarea unei agitari efcientepentru asigurarea necesarului de oxigen
realizarea unor randamente ridicte in biomasa
asigurarea unui cinsum redus de energie raportat la unitateade produs obtinut
Procesul de fermentatie a metanului este destul de specific de specific pentru a se putea incadra in fermentatia alcanilor liniari policarbonati. Cercetarile efectuate au aratat ca dezvoltare microorganismelor are loc dupa o curba de crestere liniara si nu exponentiala ca in cazul alcanilor superiori.
Pentru separarea biomasei din mediul de fermentatia se folosesc baterii separatoare centrifugale, care in ultimul timp sunt prevazute cu dipozitive automate de reglare.
In cazul bacteriilor , datorita dimensiunilor mici ale celulelor, operatia de centrifugare este precedata de o coagulare a celulelor existente in suspensie, prin tratarea cu acizi. Celulele recoltate se prezinta sub forma unei suspensii in apa numita crema cu levuri .
Separarea celulelor se poate face si cu ajutorul filtrelor rotative sub vid care asigura un continut de substanta in produsul finit de 25%-30% .In continuare se face o concentrare la 100^C pentru a mentine calitatile nutritive ale biomaselor.
In vederea obtinerii biomaselor care sa poata fi folosite in alimentatia umana sau animala este necesar sa se realizeze extragerea hidrocarburilor nemetabolizate.In acelasi timp se recupereaza si lipidele care pot fi valorificate in alta parte.
Operatia se realizeaza cu ajutorul unor sisteme de extractie cu solventi in contracurent. Se folosesc in acest scop: alcool etilic, alcool i-propilic, eter, hexan. Pentru obtinerea unor biomase de calitate superioara se fac extractii repatate. Solventii se recircula.
5. Obtinerea derivatilor proteici din masa celulara.
Biomasele rezultate prin fermentatia microbiologica pe baza de levuri, bacterii si mucigaiuri, desi au o valoare biologica ridicata, nu se pot utiliza in canditati mari in alimentatia umana directa, datorita atat prezentei membranei celulare cat si proprietatilor gustative necorespunzatoare.
Pentru a obtine produse cu calitati superioare se folosesc urmatoarele tehnici:
Autoliza: procesul de descompunere a celulelor prin hidroliza enzimatica, care foloseste enzime endocelulare proprii.
Hidroliza : proces similar cu autoliza dar se folosesc agenti chimici in loc de enzime (acizi sau baze).
Din hidoliza care se desfasoara la temperaturi ridicate in mediu acid rezulta produsi cu gust excelent, dar o serie de aminoacizi (ex. tripofanul) sunt distrusi in mediul acid. Acest lucru se poate evita efectuand hidroliza in mediu bazic.
O alta tehnica ce se aplica in vederea obtinerii de concentrate proteice se bazeaza pe extractia in mediu bazic a proteinelor din biomase, urmata de precipitarea acestora cu acizi.
O problema de actualitate care preocupa pe cercetatori este obtinerea de proteine de biosinteza texturate, care sa imite carnea de pasari, porcine sau bovine.
Este binecunoscut faptul ca alimentele texturate au calitati gustative superioare celor netexturate.
Cele mai utilizate metode de texturare sunt bazate pe filare si extrudere termoplastica.Prin adaugare de condimente , arome, coloreanti si alti componenti nutritivi, se pot obtine produse texturate care sa posede aroma si culoarea dorita.
Metoda de texturare prin extrudere termoplastica este mai avantajoasa din punct de vedere economic. In procesul de extrudere concentratele proteice, separate din biomasa, in amestecuri cu diferite adaosuri, se introduc intr-o instalatie de extrudere in care se realizeaza temperaturi si presiuni relativ ridicate. Si pe aceasta cale se obtin produse cu structuri asemanatoare celor din regnul animal sau vegetal.
Obtinerea proteinelor prin biosinteza din materii prime petrochimice , Ioan Anghelache, Ed Stiintifica si Enciclopedica, Colectia Stiinta penru Toti nr.44
