Elektyw kierunkowy III: Wybrane zagadnienia z enzymologii w przetwórstwie surowców pochodzenia roślinnego i zwierzęcego

Kurs enzymologii przemysłowej ma za zadanie zapoznać studentów z szerokimi możliwościami wykorzystania biokatalizy w przemyśle spożywczym. Omówione zostaną właściwości enzymów jako biokatalizatorów efektywnych, tanich, specyficznych, bezpiecznych w różnych obszarach przetwórstwa żywności w aspekcie historycznym, opisany będzie stan obecny i perspektywy ich wykorzystania. Szczególna uwaga będzie zwrócona na możliwości wytwarzania produktów unikalnych, których bez udziału enzymów wytworzyć się nie da. Studenci zapoznani będą także z analizą efektywności ekonomicznej stosowania enzymów w przemyśle.

Ćwiczenia laboratoryjne umożliwią studentom nabycie praktycznych umiejętności pracy z enzymami w laboratorium analitycznym.

WYKŁADY:

Wprowadzenie do enzymologii żywności. Przegląd technologii przemysłu spożywczego wykorzystujących konwersję enzymatyczną. Historia, stan obecny i perspektywy nowych zastosowań biokatalizy.

Enzymatyczna konwersja skrobi (I) – gorzelnictwo. Chemia skrobi i podstawowe etapy jej konwersji enzymatycznej. Mokre i suche mielenie ziarna. Konwersja skrobi w gorzelnictwie: niemiecki i amerykański system zacierania. Aspekty ekonomiczne i technologiczne produkcji napojów alkoholowych i bioetanolu.

Enzymatyczna konwersja skrobi (II) – przemysł syropów skrobiowych. Technologia wytwarzania syropu glukozowego, maltozowego, syropu wysokiej konwersji oraz izoglukozy. Preparaty enzymatyczne dla przemysłu syropów skrobiowych. Lizolecytynaza grzybowa, a szybkość filtracji syropu glukozowego ze skrobi pszennej. Unieruchomiona izomeraza glukozowa I, II i III generacji.

Enzymatyczne modyfikowanie aromatów wina. Technologie otrzymywania win białych i czerwonych, fermentacja „na skórce”, termowinifikacja. Enzymy w technologii winiarskiej: zakres stosowania. Chemizm związków zapachowych i enzymatyczne metody modyfikacji aromatu.

Enzymy w przemyśle paszowym. Fitaza, beta-glukanaza i ksylanaza jako dodatki do pasz dla zwierząt monogastrycznych. Przewód pokarmowy jako bioreaktor. Wymagania dla enzymów jako dodatków paszowych w technologii pasz sypkich oraz granulowanych. Perspektywy nowych zastosowań enzymologii w przemyśle paszowym. Modyfikacje składu chemicznego tusz drobiowych i jaja kurzego poprzez dodatek zastosowanie handlowych preparatów enzymatycznych jako dodatków paszowych.

Enzymy w przemyśle mięsnym i mleczarskim. Proteoliza, lipoliza i ich skutki dla właściwości wyrobu finalnego. Enzymatyczne przyspieszanie i kierowanie procesami dojrzewania w przemyśle mięsnym i mleczarskim. Transglutaminaza i obszary jej zastosowań.

Zastosowanie unieruchomionych biokatalizatorów w przemyśle. Metody unieruchamiania i generacje biokatalizatorów. Obszary zastosowań.

Podstawy kinetyki reakcji z udziałem unieruchomionych biokatalizatorów. Bariery kinetyczne i dyfuzyjne reakcji z udziałem unieruchomionego biokatalizatora. Wyznaczanie parametrów kinetycznych unieruchomionego biokatalizatora. Stała Damkőlera. Biokatalizatory unieruchomione w bioreaktorach STR i PBR. Obliczenia inżynieryjne bioreaktorów.

ĆWICZENIA:

Wyznaczenie energii aktywacji reakcji enzymatycznej i nieenzymatycznej. Wpływ temperatury na przebieg obu typów reakcji.

Zastosowanie enzymów w przetwórstwie surowców spożywczych: zastosowanie enzymów amylolitycznych w procesie enzymatycznej modyfikacji skrobi. Wyznaczanie aktywności preparatów amylolitycznych, ustalanie ich dawek i warunków optymalnych do przeprowadzenia konkretnego procesu upłynniania i scukrzania skrobi.

Zastosowanie enzymów w przetwórstwie surowców spożywczych: charakterystyka syropów skrobiowych: oznaczanie DE, DX oraz średniej długości łańcucha maltooligosacharydów (DP 20-50). Wskazanie możliwych zastosowań dla otrzymanych syropów.

PODSTAWOWA:

1. Whitehurst, R.J., & Van Oort, M. 2016. Enzymy w technologii spożywczej. PWN. Warszawa

2. Chandrasekaran, M. 2016. Enzymes in Food and Beverage Processing. CRC Press. Boca Raton.

3. Godfrey, T., West, S. 2003. Industrial Enzymology. Macmillan Press Ltd. London

UZUPEŁNIAJĄCA:

1. Whitaker, J.R., Law, B.R., 2002. Enzymes in Food Technology. CRC Press, Boca Raton.

2. Buchholtz, K., Kasche, V., Bornscheuer, U.T. 2012. Biocatalysts and Enzyme Technology. Wiley-Blackwell. Braunschweig.

3. Kołakowski, E., Bednarski, W., Bielecki, S. 2005. Enzymatyczna modyfikacja składników żywności, Wydawnictwo AR Szczecin

WIEDZA - zna i rozumie:

pojęcie, mechanizm oraz typy katalizy. Zna i rozumie typy i generacje biokatalizatorów oraz biokatalizatorów unieruchomionych. Zna i rozumie parametry decydujące o doborze katalizatora unieruchomionego (reaktor typu STR i PBR).Zna parametry decydujące o efektywności ekonomicznej stosowanego biokatalizatora.

operacje i procesy technologiczne realizowane w przemyśle spożywczym. Identyfikuje i charakteryzuje wyroby finalne przemysłu spożywczego uzyskane metodą biokatalizy.

specyfikę stosowania biokatalizy w przemyśle paszowym, gdzie przewód pokarmowy zwierzęcia pełni rolę nietypowego bioreaktora. Zna i rozumie możliwości modyfikacji składu chemicznego tusz drobiowych i jaja kurzego poprzez dodatek zastosowanie handlowych preparatów enzymatycznych.

znaczenie biokatalizy dla optymalnego wykorzystania surowców, minimalizacji i utylizacji odpadów w różnych gałęziach przemysłu spożywczego oraz pozyskiwania różnego typu substancji.

UMIEJĘTNOŚCI - potrafi:

samodzielnie wybrać metody do oznaczenia wybranych aktywności enzymatycznej w preparatach handlowych.

projektować doświadczenie otrzymania syropu skrobiowego o zadanych parametrach.

interpretować otrzymane wyniki, przeprowadzić ich analizę statystyczną i wyciągnąć wnioski z otrzymanych rezultatów.

KOMPETENCJE SPOŁECZNE - jest gotów do:

wykazania odpowiedzialności za pracę własną i innych w zakresie bezpieczeństwa.

pracy indywidualnej oraz w zespole, demonstruje umiejętność kierowania grupą, potrafi podejmować decyzje, planować i organizować pracę oraz wykazuje umiejętność zarządzania czasem.

ciągłego dokształcania się i podnoszenia kwalifikacji zawodowych oraz rozwoju osobistego

Zaliczenie ćwiczeń na podstawie:

- obecności na ćwiczeniach oraz prawidłowego wykonania doświadczeń (sprawozdania

w grupach z prac laboratoryjnych) - na ocenę 3

- zaliczenie na wyższą ocenę

- brak zaliczenia na podstawie ćwiczeń - kolokwium zaliczeniowe (3 pytania - 2

obliczeniowe, 1 teoretyczne)

Egzamin w formie pisemnej; na ocenę pozytywną należy udzielić co najmniej 51%

prawidłowych odpowiedzi na zadane pytania. Udział w ocenie końcowej z przedmiotu -

60%.