Biotechnologia w przemyśle spożywczym. spis wykładów

Transkrypt

1 1

2 2

3 Produkty fermentacji mleka można podzielić na 3 grupy: 1. produkty otrzymywane w wyniku działania mezofilnych bakterii kwasu mlekowego (mleko zsiadłe, twaróg, kwaśna śmietana, maślanka), 2. produkty otrzymywane w wyniku fermentacji za pomocą specjalnych termofilnych bakterii kwasu mlekowego, np. jogurt, 3. produkty otrzymywane za pomocą specjalnych mezofilnych lub termofilnych kultur, zawierających, obok typowych bakterii kwasu mlekowego, również inne bakterie lub drożdże, lub wytwarzane za pomocą innych bakterii, np. kefir, kumys. 3

4 4

5 5

6 Bakterie fermentacji mlekowej mikroorganizmy, niejednorodne pod względem morfologicznym i diagnostycznym: pałeczki, ziarniaki (dwoinki, łańcuszki, tetrady), nie wytwarzają przetrwalników, nie są urzęsione, katalazoujemne, względne beztlenowce, charakteryzują się metabolizmem fermentacyjnym, a głównym produktem przemian sacharydów jest kwas mlekowy (0,6-3%), tolerują niskie ph (3 4), optymalne temperatury wzrostu C i C, naturalnym środowiskiem występowania bakterii mlekowych, poza przewodem pokarmowym człowieka i zwierząt, są rośliny, mleko oraz błony śluzowe ssaków, 6

7 7

8 kwas mlekowy aldehyd octowy kwas octowy dwutlenek węgla etanol diacetyl butanodiol acetoina 8

9 Homofermentatywna przemiana laktozy Lactococcus lactis, Lactobacillus delbrueckii, Lb. plantarum, Lb. acidophilus 9

10 Heterofermentatywna przemiana laktozy Leuconostoc, Lactobacillus brevis, Lb. fermentum 10

11 diacetyl: Lactococcus lactis L. diacetylactis (10 mg/l), Leuconostoc mesenteroides ssp. cremoris (5mg/l) aldehyd octowy: Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus Lotne metabolity bakterii fermentacji mlekowej 11

12 jogurt sery 12

13 13

14 16

15 Preparaty lub produkty żywnościowe zawierające pojedyncze lub mieszane kultury żywych mikroorganizmów, które podawane człowiekowi lub zwierzętom wywierają na ich organizmy korzystny wpływ. 17

16 ILIA MIECZNIKOW 1908 Nagroda Nobla Lactobacillus bulgaricus 18

17 Mikroflora człowieka Łączna liczba drobnoustrojów w organizmie człowieka = (100 bilionów) komórek Występują : na skórze powierzchnia ok. 2 m 2 drogi oddechowe powierzchnia ok. 80 m 2 w przewodzie pokarmowym powierzchnia od 150 do 400 m 2 W 1 gramie treści jelita grubego znajduje się do ok (1 bilion) komórek mikroorganizmów reprezentujących ponad różnych gatunków Łącznie biomasa mikroorganizmów zasiedlających przewód pokarmowy wynosi kg 19

18 Mikroflora przewodu pokarmowego człowieka Lactobacilli 1-100/g Lactobacilli 1x10 2 /g Streptococci 1x10 4 /g Żołądek Dwunastnica Bifidobacteria Lactobacilli Streptococci Bacteroides Enterobacteria 1x10 5 /g 1x10 8 /g Jelito czcze Lactobacilli Streptococci Enterobacteria Bifidobacteria Yeasts 1x10 5 /g 1x10 6 /g Jelito kręte Jelito grube Bacteroides Eubacteria Bifidobacteria Anaerobic cocci Clostridia Lactobacilli Enterobacteria Streptococci 1x10 9 /g 1x10 12 /g Odbyt Materiał genetyczny mikroorganizmów jelitowych może być: ~ razy większy niż gospodarza 20

19 Mikroflora jelit noworodków Szkodliwy wpływ na zdrowie człowieka 12 Korzystny wpływ na zdrowie człowieka 10 Escherichia coli Produkcja toksyn substancji kancerogennych szkodliwych enzymów 2 Log jtk/g Hamowanie rozwoju i aktywności szkodliwych mikroorganizmów, działanie immunomodulacyjne 21

20 Mikroflora jelit kilkutygodniowego dziecka Szkodliwy wpływ na zdrowie człowieka Bifidobacterium Korzystny wpływ na zdrowie człowieka 8 Lactobacillus Escherichia coli Enterococcus 6 Clostridium 4 2 Produkcja toksyn substancji kancerogennych szkodliwych enzymów Log jtk/g Hamowanie rozwoju i aktywności szkodliwych mikroorganizmów, działanie immunomodulacyjne 22

21 Szkodliwy wpływ na zdrowie człowieka Mikroflora jelit dorosłego człowieka 12 Bacteroides Eubacterium Korzystny wpływ na zdrowie człowieka 9 Bifidobacterium Lactobacillus Escherichia coli Clostridium 7 Enterococcus Veillonella 5 Produkcja toksyn substancji kancerogennych szkodliwych enzymów Staphylococcus Proteus 3 Hamowanie rozwoju i aktywności szkodliwych mikroorganizmów, działanie immunomodulacyjne Pseudomonas Log jtk/g 23

22 Czynniki wpływające na skład mikroflory czynniki środowiskowe człowiek region zamieszkania klimat nawyki kulturowe dieta antybiotyki i inne leki obce mikroorganizmy układ immunologiczny nabłonek jelitowy pankreatyna i inne soki trawienne enzymy kwasy żółciowe perystaltyka jelit ph jelit potencjał redox wiek płeć stres choroby ekosystem jelitowy skład i metabolizm mikroflory jelitowej zależności ekologiczne (antagonizm, synergizm) 24

23 Produkty metabolizmu Lb. o działaniu antagonistycznym Produkt Niespecyficzne Kwasy organiczne (mlekowy, octowy, 2- pirolidono-5-karboksylowy) Spektrum aktywności Większość drobnoustrojów (szczególnie bakterie gnilne, gram-, nieliczne grzyby) Współzawodnictwo o substraty pokarmowe Wszystkie drobnoustroje Bakteriocyny Różne bakterie, zależnie od rodzaju Inne Kwasy tłuszczowe Reuteryna (aldehyd b-hydroksypropionowy) Różne gatunki i szczepy bakterii, zależnie od wrażliwości H 2 O 2 25

24 Szczep Lactobacillus rhamnosus GG (ATCC 53013) Szczepy bakterii probiotycznych Efekty zdrowotne Kolonizacja przewodu pokarmowego, obniżenie aktywności enzymów fekalnych, ochrona przed biegunkami po antybiotykoterapii, leczenie i zapobieganie biegunkom rotawirusowym, leczenie powracających biegunek spowodowanych przez Clostridium difficile, ochrona przed ostrymi biegunkami, leczenie choroby Crohna i dziecięcego artretyzmu reumatoidalnego, właściwości antagonistyczne w stosunku do bakterii wywołujących próchnicę zębów. Lactobacillus casei Shirota Ochrona przed zaburzeniami jelitowymi, leczenie biegunek rotawirusowych, utrzymywanie w równowadze mikroflory jelitowej, obniżanie aktywności enzymów fekalnych, ochrona przed mutagenami pokarmowymi, pozytywne efekty w leczeniu raka pęcherza moczowego,wspomaganie układu odpornościowego we wczesnych stadiach raka okrężnicy, brak wpływu na system immunologiczny zdrowych osobników, leczenie obstrukcji Lactobacillus acidophilus NCFB 1748 Obniżanie aktywności enzymów fekalnych, zapobieganie biegunkom po radioterapii, leczenie obstrukcji 26

25 Szczepy bakterii probiotycznych Lactobacillus casei Defensis DN Stymulacja układu odpornościowego, zapobieganie i leczenie infekcji jelitowych, zmniejszenie częstości i skrócenie czasu trwania ostrych biegunek u dzieci, dobra przeżywalność w żołądku i dwunastnicy Bifidobacterium animalis DN Wysoka przeżywalność w żołądku i dwunastnicy. Pozytywne efekty w skróceniu pasażu jelitowego pokarmu, szczególnie u osób starszych. Lactobacillus johnsonii (La1) (NCC533) Adherencja do komórek ludzkiego jelita, stymulacja układu odpornościowego, pozytywne efekty w leczeniu nieżytów przewodu pokarmowego, antagonizm w stosunku do Helicobacter pylori Bifidobacterium breve Yakult Ochrona przed mutagenami pokarmowymi, utrzymanie w równowadze mikroflory jelitowej, ochrona przed biegunkami Lactobacillus acidophilus NCFM Obniżenie aktywności enzymów fekalnych, wysoka aktywność β- galaktozydazy, dobra przeżywalność w przewodzie pokarmowym 27

26 Bakterie probiotyczne Lactobacillus acidophilus, Lb. casei, Lb. johnsonii, Lb. rhamnosus, Lb. plantarum Bifidobacterium bifidum B. infantis, B. breve, B. longum 28

27 Preparaty probiotyczne 29

28 Mleczne napoje fermentowane Produkty otrzymane na drodze fermentacji mleka pod wpływem odpowiednich mikroorganizmów, które powodują obniżenie ph z lub bez koagulacji. Mikroorganizmy powinny być żywe i aktywne w produkcie (w ilości powyżej 10 7 /g) do końca okresu trwałości. 30

29 Generacje napojów fermentowanych I generacja Fermentacja spontaniczna, zapoczątkowana kwaszącą mikroflorą zakażającą mleko (wiele tysięcy lat temu) II generacja Fermentacja w wyniku szczepienia bakteriami mlekowymi (około 1900 roku) III generacja Fermentacja lub suplementacja jelitowymi bakteriami mlekowymi (około 1980 roku) IV generacja Fermentacja bakteriami probiotycznymi o udokumentowanych cechach zdrowotnych (około 1990 roku) 31

30 Mleczne napoje fermentowane 32

31 Produkcja kwasu mlekowego surowce: glukoza, laktoza, sacharoza, melasa, hydrolizaty skrobiowe, serwatka, ługi posiarczynowe producenci: Lactobacillus delbrueckii ssp. delbrueckii, (wydajność 95%) Rhizopus oryzae (wydajność 70%) warunki procesu: temperatura c czas 2-8 dni 33

32 Mleczne napoje fermentowane 34

33 Właściwości kwasu mlekowego kwas α-hydroksypropionowy czynny optycznie właściwości prebiotyczne bakteriobójczy i przeciwgrzybiczny słaby środek zakwaszający i konserwujący silne działanie trawiące poprawia czynność kosmków jelitowych, wątroby, nerek bardzo pozytywnie wpływa na kondycję skóry normalizuje proces złuszczania naskórka bardzo dobrze nawilża używany w bioliftingu skóry 35

34 Zalety kwasu mlekowego biozgodność jest składnikiem NMF (naturalnego czynnika nawilżającego) będącego składnikiem warstwy rogowej naskórka 36

35 37

36 Zalety kwasu mlekowego zdolność do wiązania wody zdolność do głębokiego wnikania w naskórek właściwość wzmacniania struktury kolagenowej skóry właściwej Mleczan sodu jest jednym z najsilniejszych środków nawilżających 38

37 Przemysł kosmetyczny roztwory rozcieńczone 1% występują w: wodach toaletowych kremach o działaniu wybielającym okładach do złuszczania skóry maseczkach roztwory stężone 5-20%: usuwanie brodawek, odcisków, piegów i złuszczania skóry odżywki i szampony do włosów toniki i balsamy 39

38 Przemysł farmaceutyczny preparaty do higieny intymnej preparaty galenowe, recepturowe płyn na brodawki maść na odciski kremy na podłożu eucerynowym stosowany w gastroenterologii zastosowanie w stomatologii 40

39 Inne zastosowania kwasu mlekowego przemysł spożywczy produkcja roztworów owocowo-warzywnych produkcja przetworów rybnych piwowarstwo i winiarstwo mleczarstwo piekarnictwo produkcja napojów przetwórstwo mięsne bezpośrednie użycie w gospodarstwie - AVITEK rolnictwo żywienie trzody chlewnej i drobiu sporządzanie kiszonek lecznictwo weterynaryjne PROWOKS przemysł garbarski i farbiarstwo przemysł chemiczny 41