Biotehnologii

1. Introducere in biotehnologie

1.1. Definitie

Conform Comisiei pentru Biotehnologie a Uniunii Europene (1996) biotehnologia consta in “aplicarea principiilor inginereşti şi ştiinţifice pentru procesarea materialelor cu ajutorul agenţilor biologici, pentru obţinerea de bunuri şi servicii”.

Federaţia Europeană de Biotehnologie defineşte biotehnologia ca ”utilizarea integrată a ştiinţelor naturale şi ingineriei prin folosirea biosistemelor - celule microbiene, vegetale sau animale, părţi ale acestora sau analogi moleculari - în bioindustrii”.

Cu alte cuvinte biotehnologia este o stiinta integrata care se bazeaza pe notiuni de biochimie, microbiologia, biologia si inginerie genetica.

1.2. Principalele directii ale biotehnologiei

In functie de domeniul economic caruia se adreseaza biotehnologiile pot fi clasificate astfel:

1. Biotehnologii aplicate în industria alimentara

Rolul biotehnologiei este covârşitor în industria alimentară. În fapt industria alimentară este o biotehnologie deoarece materiile prime agroalimentare sunt produse biologice şi prin urmare conservarea lor până la consum, în stare proaspătă (cazul fructelor şi legumelor) sau până la industrializare (cazul tuturor produselor agroalimentare) implică controlul activităţii enzimatice proprii ţesuturilor vegetale şi animale sau a celor elaborate de microflora de contaminare.

Enzimele proprii ţesuturilor vegetale şi animale sunt esenţiale în transformările pe care le oferă produsele agroalimentare: maturarea fructelor şi legumelor, cerealelor şi făinurilor sau diferitelor produse alimentare pe bază de cereale germinate, maturarea brânzeturilor, maturarea cărnii.

Enzimele pot avea însă şi rol deteriorativ cu implicaţii în modificarea caracteristicilor senzoriale şi a valorii nutritive a materiilor prime agroalimentare până la prelucrarea termică a acestora.

De asemenea rolul microorganismelor este hotărâtor, unele dintre ele având acţiune dăunătoare, altele având rol esenţial în obţinerea unor produse alimentare datorită acţiunii lor fermentative: produse lactate acide, brânzeturi, bere, vin, spirt, pâine, salamuri crude, alimente fermentate din cereale şi leguminoase.

Microorganismele intervin şi în fermentarea unor produse vegetale: varza, murături, măsline, castraveţi, cacao, etc.

Biotehnologiile în industria alimentară s-au dezvoltat impresionant prin folosirea enzimelor exogene (industria laptelui, berii, spirtului, amidonului, cărnii, sucurilor de fructe, zahărului, panificaţiei, etc.) şi a culturilor starter (industria berii, laptelui, cărnii, panificaţiei, etc.). La toate acestea trebuie să avem în vedere obţinerea de metaboliţi secundari (alcool etilic, acetonă, acizi organici, aminoacizi, etc.) prin folosirea de microorganisme precum şi de biomasă alimentară şi furajeră, etc.

Cu ajutorul enzimelor microorganismelor se pot accelera procesele biochimice, se pot perfecţiona procesele de producţie, se poate îmbunătăţi calitatea produselor alimentare şi se poate mări gradul de diversificare a producţiei alimentare.

2. Biotehnologii agricole care se ocupa cu:

- microreproducerea plantelor şi animalelor prin tehnici de inginerie genetică, hibridare somatică, selecţionare, culturi “in vitro”, culturi celulare vegetale şi animale; pot obţine replicarea intensivă a seminţelor, plantulelor sau liniilor animale selecţionate.

- ameliorarea plantelor şi animalelor, pentru obţinerea de linii înalt productive, rezistente la boli dăunători şi condiţii climaterice extreme. In această direcţie se înscrie obţinerea de plante cu rate crescute de fotosinteză, plante rezistente la temperaturi scăzute sau ridicate, la secetă sau salinitate crescută a solurilor. Se pot obţine de asemenea animale cu producţii crescute de carne, lapte, ouă, lână, etc. Eforturi susţinute se depun în direcţia obţinerii de plante fixatoare de azot, altele decât leguminoasele. Se caută de asemenea specii forestiere apte unor producţii rapide de masă lemnoasă de calitate, înalt regenerabile sau capabile de împădurire a zonelor alpine extreme sau deteriorate puternic.

3. Biotehnologii în medicină şi sănătate publică. Reprezintă domeniul care a inregistrat cele mai mari progrese datorita marilor descoperiri în biologia moleculară care au generat producerea şi sinteza de medicamente, hormoni, de antigene, de enzime, de reactivi necesari diagnosticării si vaccinuri contra a numeroase boli infecţioase, virale şi parazitare. Cea mai mare parte a medicamentelor produse şi comercializate pe plan mondial sunt produse într-o formă sau alta prin biotehnologie.

4. Biotehnologii orientate spre producerea de energie. Există biotehnologii utilizate actual pe scară largă pentru producerea de surse auxiliare de energie, precum alcooli, metan, hidrogen, pe baza deşeurilor organice rezultate în agricultură, zootehnie, industria alimentară.

5. Biotehnologii aplicate în controlul poluării. Aceasta ramura a biotehnologiei este orientata in sensul limitarii poluarii mediului inconjurator.

2. Enzime utilizate in industria alimentara

2.1. Clasificarea generala a enzimelor

Recenta clasificare şi nomenclatură a enzimelor se bazează pe principiile şi regulile stabilite şi publicate în anul 1964, revizuite şi republicate în 1973 de Comisia de Enzime a Uniunii Internaţionale de Biochimie (I.U.B.) şi a Uniunii Internaţionale de Chimie Pură şi Aplicată (I.U.P.A.C.). In acest sens, enzimele au fost clasificate în 6 clase (numeroase subclase şi sub-subclase) şi anume:

- oxidoreductaze - catalizează reacţiile de oxidoreducere prin transfer de hidrogen sau electroni, sau prin combinarea unui substrat cu oxigenul;

- transferaze - catalizează transferul diferitelor grupări chimice de la un substrat donator la un alt substrat acceptor;

- hidrolaze - catalizează scindarea hidrolitică a diferitelor substraturi, prin adiţia apei la nivelul diferitelor grupări chimice;

- liaze - catalizează adiţia sau îndepărtarea unor grupări chimice din substraturi, prin mecanisme diferite faţă de hidroliză;

- izomeraze - catalizează reactiile de rearanjare intramoleculara;

- ligaze (sintetaze) - catalizează sinteza unor noi legături prin unirea a doi compuşi în unul singur, folosind ca sursă energetică nucleozidtrifosfaţii.

Clasele de enzime se împart în subclase şi sub-subclase, în funcţie de o serie de detalii privind grupările supuse transformării şi natura cofactorilor implicaţi în reacţia catalizată enzimatic.