UNIVERSITATEA P. J. ŠAFÁRIK DIN KOŠICE FACULTATEA DE ȘTIINȚE DEPARTAMENTUL DE ȘTIINȚE CHIMICE DEPARTAMENTUL DE BIOCHIMIE RNDr. Dr. Danica Sabolova. INSTRUCȚIUNI PENTRU EXERCȚIILE PRACTICE DIN BIOTECNOLOGIA KOŠICE 2012
2012 RNDr. Danica Sabolová, PhD Reviewers: Doc. Ing. Peter Oravec, CSc. Ing. Dr. Alžbeta Medveďová Gama de pagini: 66 Manual electronic universitar pentru Facultatea de Științe UPJŠ din Košice. Autorul este responsabil pentru aspectele profesionale și lingvistice ale acestui manual universitar. Manuscrisul nu a fost supus editării editoriale sau lingvistice. Editor: Universitatea Pavel Jozef Šafárik din Košice Locație: http://www.upjs.sk/pracoviska/univerzitna-kniznica/e-publikacia/#pf Disponibil de la: 03.12.2012 ISBN 978-80-7097-989-1
CUPRINS 1. SIGURANȚA MUNCIALĂ. 4 Exercițiul nr. 1 Principiile siguranței muncii într-un laborator chimic. 5 2. FERMENTAREA ALCOOLULUI ȘI BĂUTURILE ALCOLICE. 8 Exercițiul nr. 2 Fermentarea alcoolică. 12 3. BIOPOLIMERI - PECTINE. 14 Exercițiul nr. 3 Analiza pectinei tehnice, prepararea gemului. 17 4. LAPTE ȘI PRODUSE DIN LAPTE. 19 Exercițiul nr. 4 Lapte, pasteurizarea laptelui. 30 Exercițiul nr. 5 Analiza laptelui de fermentare a laptelui. 33 Exercițiul nr. 6 Pregătirea produselor din lapte acru și a brânzei. 36 5. CONSERVAREA ALIMENTELOR. 38 Exercițiul nr. 7 Dioxidul de sulf ca conservant. 43 6. OXIDĂRI BIOLOGICE. 46 Exercițiul nr. 8 Efectul antioxidant al vitaminei C asupra citocromului c. 48 7. ANTIBIOTICE. 50 Exercițiul nr. 9 și 10 Bacteriocine. 52 8. COSMETICĂ, săpunuri și produse de curățare. 54 Exercițiul nr. 11 Cosmetice. 61 9. ADITIVI ALIMENTARI Vopsele. 62 Exercițiul nr. 12 Coloranți alimentari, analiza spectrală a alimentelor. 64 3
Prefață Acest manual universitar este destinat studenților Facultății de Științe din UPJŠ din Košice, care au înregistrat exerciții practice de biotehnologie, dar și tuturor celorlalți studenți care sunt interesați să se familiarizeze cu aplicațiile practice ale biotehnologiei. Scopul cursului practic este de a familiariza elevii cu metodele biotehnologice de bază și cu aplicațiile acestora. Elevii vor verifica în practică cunoștințele teoretice acumulate în prelegeri despre biotehnologie, cum ar fi cursul proceselor de fermentare, producția de vin, prepararea produselor din lapte acru și a brânzeturilor, pregătirea mediilor de cultură, inocularea și cultivarea microorganismelor etc. O parte a exercițiilor practice este utilizarea metodelor analitice și spectrale, care fac parte integrantă din biochimie. Scripturile sunt publicate numai în formă electronică și sunt disponibile pe site-ul universității: http://kosice.upjs.sk/
kbch/ro, deoarece va fi în continuare posibil să se actualizeze și să se modernizeze conținutul sarcinilor de laborator. Autor 4
Microorganisme producătoare de etanol: 1. Bacterii - Zymomonas, Clostridium, Streptomyces, Pseudomonas, Klebsiella, Lactobacillus, Thermoanaerobacterium, Zymobacter etc. 2. Drojdie - Saccharomyces, Kluyveromyces, Zygosaccharomyces, Candida etc. 3. Ciuperci fibroase - Rhizopus, Aspergillus etc. Saccharomyces cerevisiae, care îndeplinește cel mai bine toate criteriile, este cea mai folosită distilerie industrială. Producția de etanol: 1. Pregătirea mediului de fermentare 2. Înmulțirea drojdiei 3. Fermentarea 4. Distilarea Distilarea Distilarea piureului fermentat se realizează în echipamente de distilare continuă. Concentrația alcoolului brut efluent este de 90-92%, care este redistilat (rectificat) după diluare la 40-50%, separând componentele volatile (acizi și esteri de alcool). Alcoolul brut este împărțit în fracții: pre-picurare alcool pur prin picurare 9
VIN Este o băutură alcoolică produsă prin fermentarea mustului de struguri. Procedura tehnologică: 1. Măcinarea și dezgroparea podgoriilor 2. Presarea și tratarea mustului 3. Fermentarea alcoolică și maturarea vinului 4. Îmbutelierea, clarificarea și filtrarea vinului 5. Îmbutelierea vinului Tipuri de drojdie: Saccharomyces, Saccharomycodes, Bretanomyces, Candida, Hanseniospora, Trulopsis etc. În timpul fermentației, acțiunea drojdiei transformă zahărul în alcool, dioxid de carbon și subproduse. În prima fază există o fermentație furtunoasă (perioada burčák) care durează câteva zile. După fermentația furtunoasă, vinul este îmbuteliat pentru prima dată. Nămolul este separat, iar vinul tânăr este fermentat în următoarele săptămâni. În această etapă, închideți recipientul cu vinul tânăr cu un dop de fermentare. Temperatura optimă de fermentare este de 14-18 C. În etapa următoare, vinul se autocurăță. Drojdia moare datorită conținutului crescut de alcool și se așează la fundul recipientului împreună cu impuritățile. Fermentarea alcoolică a vinurilor albe folosind culturi pure de drojdii de vin durează de la 10 zile la câteva luni, în funcție de temperatura și compoziția mustului. După fermentare, vinul este îmbuteliat din nou, filtrat și amestecat (amestecând diferite loturi). În cele din urmă, este umplut în sticle și lăsat să se maturizeze după cum este necesar. 10
Distribuția vinurilor Vinurile slovace sunt împărțite în funcție de conținutul de zahăr al strugurilor; conținutul de alcool prezent; soiuri de viță de vie; de tehnologie de producție și calitate finală pentru: Vin de masă Vin de masă cu IG (vin regional) Vin de calitate Vin varietal de calitate Vin de marcă de calitate Vin de calitate dintr-o regiune specificată Vin de calitate cu atribut cabinet recoltare târzie selecție de struguri selecție boabe selecție stafidă selecție cibéb înghețată vin de selecție vin de paie Vin procesat Vin dezalcoolizat Vin cu conținut scăzut de alcool Vin pentru prelucrare industrială Vin produs în regiunea viticolă Tokaj În funcție de conținutul de zahăr: Vinurile uscate conțin maximum 4 g de zahăr rezidual pe litru Vinurile semi-uscate conțin 4- 12 g zahăr rezidual pe litru Vinurile semidulci conțin 12-45 g zahăr rezidual pe litru Vinurile dulci conțin un conținut minim de 45 g zahăr rezidual pe litru Conform conținutului de CO 2: spumant aerat silențios 11
demihn și dop cu dop de fermentație. După 4 săptămâni, se toarnă în borcane de sticlă de 0,7 l și se adaugă 1 linguriță de acid tartric la fiecare. Lăsați să stea 1 săptămână până când vinul este limpede și apoi rotiți-l în sticle. La prepararea vermutului roșu, colorăm vinul cu colorant alimentar roșu. Metoda picnometrică pentru determinarea densității: mm Calcul: ρ = = V m V m = mm 2 1 2 1 m 3 1 unde: m 1 = masa de picnometru gol m 2 = masa de picnometru cu lichid măsurat m 3 = masa de picnometru cu apă distilată Procedură: Considerăm un picnometru gol uscat. Apoi umpleți-l cu lichid, închideți cu un dop, uscați excesul de lichid cu hârtie de filtru și cântăriți. De asemenea, luăm în considerare un picnometru cu apă distilată. Mai precis, calculăm densitatea în funcție de: m2 m1 ρ = (ρ ρ) + ρ 2 mm 3 1 HOVV unde ρ H2O = densitatea apei la o temperatură dată (la 20 ° C este 0,9982 g.cm -3) ρ V = densitatea aerului (la t = 20 ºC și o presiune de 101,325 kpa este 0,0012 g.cm -3) Din tabelele chimice scădem procentul de alcool corespunzător densității măsurate. Comparăm rezultatul cu valoarea măsurată de un contor de alcool și îl înregistrăm în raport. 13
1% H 2 O 2, 2% etanol, soluție de p-fenilendiamină, lapte de vacă pasteurizat și nepasteurizat Procedură: Test Köhler: La 3 cm 3 de lapte pasteurizat, adăugați 5 picături de lubrifiant și, după agitare, o picătură de 2% H 2 O 2. La fel repetați procedura cu lapte nepasteurizat. Se formează o bandă albastră, care se schimbă după ce se agită pentru a albărește întregul volum de lapte, cu excepția cazului în care este lapte pasteurizat. Test Storch: La 10 cm 3 de lapte nepasteurizat, adăugați câteva picături de H202 diluat puternic (0,2 1%) și câteva picături de soluție alcoolică 2% de para-fenilendiamină. Repetați aceeași procedură cu lapte pasteurizat. Laptele neîncălzit devine albastru până la indigo după ce a agitat câteva minute, alt lapte devine gri sau nu se transformă deloc. 32
temperatura la 20 C, se dezvoltă bacterii lactice și se pierde drojdia, rezultând o producție mai mare de acid lactic și o fermentație alcoolică redusă. Material, instrumente: boabe de chefir (activat), lapte de vacă, termometru Procedură: Spălați boabele de kefir cu apă rece fiartă și apoi turnați peste lapte fiert, călit, 20 C temperat. După turnarea boabelor pe suprafața laptelui, scurgeți-le și folosiți-le ca aluat de chefir. Se răcește laptele de vacă fiert la 15 20 C și se adaugă boabele de chefir activate. Lasă-i să lucreze în lapte 24 de ore. În același timp, amestecăm din când în când laptele. După coagulare, laptele este transferat în sticle, care sunt închise și lăsate să fermenteze la o temperatură de 12 15 C. Kefirul este lăsat în repaus timp de 1-4 zile, în funcție de cât de mult alcool ar trebui să conțină. 35
Exercițiul nr. 6 Pregătirea produselor din lapte acru și a brânzei. Sarcini: 1.) Pregătirea brânzei de vaci Principiu: Brânza de vaci este un produs lactat acid care se obține din lapte prin coagulare cu acid lactic. Produsele oxigenate conțin probiotice, bacterii benefice. Probioticele sunt bacterii lactice reprezentate în principal de genurile Bifidobacterium și Lactobacillus, resp. anumite specii de Streptococcus. Acestea colonizează tractul intestinal și ajută nu numai la buna funcționare a intestinului, ci susțin și imunitatea organismului. Material, unelte: lapte de vacă, termometru, tifon Procedură: Lăsați laptele degresat să fermenteze la temperatura camerei (1-2 zile), obținem așa-numitul strănut. Încălziți tortul cu agitare constantă la o temperatură de 28 până la 32 C. Brânza de vaci se ridică la suprafața zerului în jumătate până la 1 oră. Când cașul se încălzește puternic, se coagulează, își pierde grăsimea și este uscat. Se toarnă cașul și zerul peste tifon pentru a separa zerul. Lăsați cașul să fie presat și uscat. 2.) Pregătirea iaurturilor Principiul: Iaurtul se prepară prin inocularea culturilor mixte de iaurt în lapte de calitate și apoi fermentarea are loc în camere temperate. Material, instrumente: lapte, iaurt alb, lapte condensat îndulcit Salko, fructe de sezon (spălate, uscate), borcane cu capac, termostat 36
Procedură: Se fierbe 1 litru de lapte într-un recipient mai mare. Se răcește la 30 C, se amestecă în 1 Salko și 1 iaurt alb. În partea de jos a borcanelor, puneți fructe uscate sau. gem și se toarnă iaurtul pregătit. Închideți paharele și lăsați-le să stea într-un termostat timp de 6 ore la t = 42 45 C. Lăsați-le pe cele acoperite să se răcească și puneți-le în frigider. 3.) Pregătirea brânzeturilor Principiul: Brânza este un produs lactat care conține proteine din lapte, grăsimi și alte componente din lapte. Brânza se face prin coagularea laptelui cu cheag (producția de brânzeturi dulci). Material, instrumente: lapte, cheag, termometru, tifon Procedură: Într-un recipient, încălzim laptele la temperatura dorită - dacă vrem să preparăm brânzeturile mai tare, la temperatura de 28 35 C, dacă este mai moale, la temperatura de 20 25 C. Apoi adăugați cheag în lapte (pe litru aproximativ 1 linguriță). Se amestecă și se lasă la brânză, din nou în funcție de tipul de brânză - mai greu 15-60 minute, mai moale 30-120 minute. Se toarnă brânza pregătită peste tifon, se separă zerul și se lasă să se usuce liber. 37
5. CONSERVAREA ALIMENTELOR Conservarea este prepararea alimentelor care permite prelungirea duratei lor de valabilitate naturale. Efectul conservant poate fi obținut fie prin uciderea microorganismelor, fie prin tratarea mediului în care microorganismele nu au condiții adecvate pentru metabolism și reproducere. În același timp, este necesară inactivarea enzimelor și furnizarea de ambalaje aseptice pentru alimente și condiții de depozitare microclimatice adecvate. În prezent se utilizează următoarele metode principale de conservare a alimentelor: 1. Conservare fizică a căldurii pasteurizare, sterilizare, gătit, coacere, uscare conservare la rece răcire și congelare UV conservare, ultrasunete, filtrare și ambalare sub vid 2. Conservare chimică chimică acizi organici, săruri, nitriți, nitrați, CO 2, SO 2, alcool, zahăr, fumat. 3. Fermentarea biologică - fermentația lactică și alcoolică, lizozima și conservarea cu antibiotice (acum interzise) Metode de conservare fizică: Conservarea căldurii Căldura ucide microorganismele și, în același timp, oprește activitatea enzimelor din alimente (pasteurizare, sterilizare). Alimentele sterilizate au o durată de valabilitate mai mare, dar valoarea sa nutrițională (vitaminele) scade și apar și modificări senzoriale (culoare, consistență). 38