Biotehnologii în Industria Alimentară

1 BIOTEHNOLOGIILE CLASICE

Încă din antichitate erau utilizate, în mod empiric, unele metode biotehnologice cum ar fi fermentaţiile cu ajutorul microorganismelor, cunoscute cu câteva milenii înainte de era noastră.

Babilonienii cunoaşteau, încă din mileniul VI î.H., modul de preparare a berii precum şi bioconversia alcoolului etilic în acid acetic (oţet). Mai târziu, în mileniul III î.H., sumerienii cunoşteau tehnologia fabricării a peste 20 de tipuri de bere. Descoperirile au demonstrat că majoritatea popoarelor antice utilizau drojdiile pentru fabricarea unor produse alimentare (pâine, vin, bere etc) precum şi bacteriile pentru obţinerea derivatelor lactate.

Progrese însemnate sunt realizate începând din secolul XVII când olandezul ANTON VAN LEEUWENHOEK (1632- 1723) a descoperit, în anul 1680, la microscopul ce l-a inventat, existenţa unei lumi microbiene, necunoscută până atunci. La microscopul său cu putere de mărire de circa 300 de ori, a observat micile vietăţi pe care le-a numit “animalcule”, cu forme sferice, drepte sau spiralate, care trăiesc în apa de râu, decoctul de fân, salivă şi mustul de bere. Cercetările sale au făcut obiectul a 112 comunicări ştiinţifice, prezentate la Royal Society of London.

În secolul XIX, savantul francez LOUIS PASTEUR (1822- 1895) a demonstrat că în procesul de fermentaţie alcoolică are loc transformarea glucidelor în alcool etilic, cu degajare de CO2, proces care furnizează energia necesară celulelor de drojdii ce se dezvoltă chiar în absenţa O2. Concomitent extinde studiile asupra fermentaţiilor butirică şi lactică.

În timpul primului război mondial, WEIZMANN a descoperit fermentaţia acetono- butanolică iar produşii derivaţi i-a folosit la sinteza cauciucului sintetic (butadienă) şi a unui exploziv denumit cordiţă. Cercetările biologului scoţian ALEXANDER FLEMING, iniţiate în anul 1929, au deschis era microbiologiei industriale moderne, prin elaborarea bazelor de obţinere a penicilinei. A urmat descoperirea streptomicinei de către colectivul condus de WAKSMAN (1943) şi al chloramphenicolului creat de SMITH şi WORREL (1953). Până în anul 1959 s-au elaborat peste 4000 de antibiotice, perfecţionându-se tehnicile şi instrumentarul necesar în industria ffarmaceutică (bioreactoare automatizate).

Ca rezultat al acestor descoperiri, la jumătatea anilor ’60 a apărut, cu o mare forţă de dezvoltare, biologia industrială, capabilă să producă o schimbare fundamentală a tehnicilor de fabricare a unui număr mare de produse alimentare, farmaceutice şi chimice. Folosind microorganisme specifice, implicate în diferite fermentaţii anaerobe, s-au produs proteine alimentare şi furajere, aminoacizi, aromatizanţi, acizi organici, îndulcitori alimentari, solvenţi organici, enzime, medicamente precum şi noi surse energetice.

2 BIOTEHNOLOGIILE MODERNE

În centrul atenţiei specialiştilor în biotehnologii stă asigurarea necesarului de alimente pentru populaţia globului, mai ales proteine şi aminoacizi, producerea de medicamente pentru sănătatea publică, pentru profilaxia şi tratamentul celor 300 de boli ereditare şi a celor două maladii grave ale sfârşitului de secol (cancerul şi SIDA), precum şi combaterea efectelor nocive ale poluării mediului de viaţă.

Evolutia populatiei planetei

- 240.000 ani – 10.000 locuitori

- 4000 iHr. - 30 milioane

- 1 dHr. - 210 milioane

- 1900 1.650 milioane

- 2006 6.5 md.

În fruntea ţărilor care au iniţiat dezvoltarea biotehnologiilor moderne a fost Japonia care, ca şi alte ţări asiatice, avea o foarte veche tradiţie în domeniul producerii băuturilor şi a alimentelor fermentate, folosind ca materii prime orezul şi soia.

Pe baza unui imens volum de date experimentale de biochimie microbiană, după cel de-al doilea război mondial, microbiologia industrială japoneză a devenit rapid unul din principalele domenii ale cercetărilor ştiinţifice şi tehnologice, mai ales după anul 1953 când s-a creat Institutul de Microbilogie aplicată din Tokyo.

Creşterea preţului petrolului, după anul 1973, a stimulat industriile nipone să găsească alte materii prime, în afara celor de natură petrochimică, pentru a păstra avansul tehnologic în unele sectoare prioritare. În aceste condiţii, Japonia a trecut la industrializarea modernă a fermentaţiior microbiene, satisfăcând rapid necesarul intern şi devenind exportatorul principal cu produse de fermentaţie spre ţările asiatice. Până în anul 1980, Japonia a ajuns la o producţie anuală de 50 mil hl bere, 27 mil.hl sake, 12 mil.hl sos de soia şi 3 mil hl oţet.

Dezvoltând rapid ingineria genetică, orientată spre recombinare ADN din unele suşe de microorganisme, cercetătorii japonezi şi ulterior americanii, au devenit, încă din anul 1957, posesorii primelor licenţe de fabricare a aminoacizilor esenţiali ca: acid glutamic (1957), lizină (1957), treonină (1960), fenilalanină (1961), producând, încă din anul 1980, peste 85.000 tone anual de aminoacizi proteici, precum şi a licenţelor de fabricare a vitaminei B12 (1959), a unor antibiotice, a interferonului, a primelor medicamente de luptă împotriva cancerului şi a multor produse alimentare, farmaceutice, cosmetice şi chimice.

Miracolul japonez în lansarea biotehnologiilor se datoreşte şi investiţiilor de zeci de miliarde de yeni anual, prin cele 70 de mari companii implicate, sub coordonarea firmei Kyowa Hakko Kogyo, responsabilă şi cu păstrarea secretului ştiinţific şi tehnologic.

În prezent, microbiologia face parte din cultura cotidiană şi obligatorie a tuturor universităţilor şi întreprinderilor japoneze. Aici există peste 1.500 de specialişti cu doctorat în microbiologie.

Biotehnologiile de producere a diferitelor substanţe utile s-au extins rapid şi în alte ţări dezvoltate sub spect industrial, respectiv S.U.A., ţările vest-europene, China, fosta U.R.S.S.

În S.U.A., activitatea uzinelor biotehnologice s-a concentrat, iniţial, pe producerea siropului de fructoză prin fermentarea porumbului, realizându-se anual peste 500.000 tone High Fructose Corn Syrup, cu mari utilizări în industria alimentară şi farmaceutică. De remarcat că fructoza are o putere de îndulcire superioară zaharozei şi glucozei, fiind unicul glucid acceptat în alimentaţia diabeticilor. Alte programe naţionale americane au urmărit obţinerea, prin biotehnologii, a necesarului de medicamente, vaccinuri, acizi organici (citric, acetic, fumaric, lactic), a unor aminoacizi, a proteinelor macromoleculare şi a drojdiilor de panificaţie. Randamentele ridicate ale biotehnologiilor americane s-au datorat aplicării în producţie a rezultatelor celor 45 companii de inginerie genetică, orientate în direcţia recombinării acizilor nucleici din diferite specii vegetale şi a celor circa 700 de societăţi specializate în biotehnologii (firmele Cetus- 1970, Genentech- 1976, Eli Lilly, Genex, Genencor, Biogen, Centocor, Immunex, Genzyme, Hybritech, Syntex etc) (M.D.DIBNER- 1991).