AZ MTA ÉLELMISZERTUDOMÁNYI KOMPLEX BIZOTTSÁGA A MAGYAR ÉLELMEZÉSIPARI TUDOMÁNYOS EGYESÜLET és a KÖZPONTI ÉLELMISZER-TUDOMÁNYI KUTATÓINTÉZET által 2002. február 22-én tartandó 307. TUDOMÁNYOS KOLLOKVIUMON elhangzó elõadások rövid kivonata 280. füzet KÖZPONTI ÉLELMISZER-TUDOMÁNYI KUTATÓINTÉZET Budapest
NAGY HIDROSZTATIKAI NYOMÁSSAL VÉGZETT KEZELÉS OKOZTA VÁLTOZÁS VIZSGÁLATA DARÁLT HÚSBAN KÖZELI INFRAVÖRÖS SPEKTROSZKÓPIÁVAL A nagy hidrosztatikai nyomás ( ultra high pressure, UHP) alkalmazásának vizsgálata élelmiszertartósító eljárásként a hagyományos módszerek kiegészítésére, illetve helyettesítésére széleskörû kutatás tárgyát képezi. A rendkívül magas nyomás alkalmazása napjaink élelmiszeriparának egyik legígéretesebb új, nem termikus technológiája. A hagyományos élelmiszertartósító eljárások általában jelentõs energiafelhasználással, illetve olyan nem kívánatos reakciókkal járnak együtt, mint amely többek között a fõtt íz kialakulása, vagy a vitamintartalom csökkenése. Az ultra magas nyomás alkalmazásakor az élelmiszert 50-800 MPa nyomás hatásának teszik ki. A magas nyomás megnöveli az élelmiszer eltarthatóságát (shelf life), inaktiválja a vegetatív mikroorganizmusokat és bizonyos enzimeket, elõsegíti a baktérium spórák csírázását, így hõ érzékeny sejtállapottá való átalakulását, miközben megõrzi a természetes vitaminokat és aromákat. Ezen új technológia az ún. minimal processing alapelvet valósítja meg, minimalizálva a minõségcsökkenést és az energiafelhasználást. Mindemellett az UHP technológia egyedülálló tulajdonsága, hogy alkalmazható különbözõ szövetek és gélek esetében is. Munkájuk során a szerzõk - az UHP készülék alkalmazásában, illetve a közeli infravörös spektroszkópiai kutatásokban tevékenykedõ kutatók együttmûködésével - különbözõ magas nyomással kezelt, darált sertés- és marhahús minták közeli infravörös spektrumait rögzítették azzal a céllal, hogy az UHP kezelés hatására bekövetkezett változásokat nyomonkövessék. A mérések során használt scanning jellegû spekrométerrel a minták spektrumait az 1000-2500 nm-es hullámhossz tartományban rögzítették 2 nm-es spektrális lépésközzel, majd kvalitatív jellegû vizsgálataikhoz matematikai statisztikai kiértékelõ módszerként a hazai fejlesztésû polár minõsítõ rendszert (polar qualification system, PQS) használtak. A kezelések után a mintákat 4±1 C-on tárolva a különbözõ nyomáskezelések eltarthatóságra gyakorolt hatását, a minták illatában bekövetkezõ változásokkal egy kémiai érzékelõsor ( elektronikus orr ) mûszerrel, illetve a jelválasz információtartalmának fõkomponens analízissel történt kiértékelésével is elemezték. Dr. Kaffka Károly egyetemi magántanár, a mûszaki tudomány kandidátusa Dr. Farkas József egyetemi tanár, az MTA rendes tagja Dr. Seregély Zsolt kutatómérnök* Mészáros László kutatómérnök SZIE Élelmiszertudományi Kar, Hûtõ- és Állatitermék Technológiai Tanszék * Metrika Kutató, Fejlesztõ és Szolgáltató Kft. 2
1,3-PROPÁNDIOL DEHIDROGENÁZ ELÕÁLLÍTÁSA KLEBSIELLA PNEUMONIAE-VEL Az 1,3-propándiol (1,3-PD) egyre elterjedtebben használt polimer alapanyag. Alifás savakkal (pl. adipinsav) alkotott kopolimerjei megfelelõ mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek és emellett biodegradálhatóak, ezért kiválóan alkalmasak eldobható élelmiszeripari csomagolóanyagok (pl. tejfölöspohár) gyártására. 1999-ben a Shell üzembe helyezett egy 80000 t/év kapacitású 1,3-PD gyártó üzemet, a Degussa pedig 10000 t/év kapacitással rendelkezik. Bár mindkét üzem kémiai eljárással termel, a DuPont cég több, biológiai gyártásra vonatkozó szabadalommal is rendelkezik. Az 1,3-PD gazdaságos biológiai elõállítására vonatkozóan számos kísérlet folyik, a glicerint propándiollá alakító két enzim, a glicerin-dehidratáz és az 1,3-propándiol dehidrogenáz nem kapható kereskedelmi forgalomban. A szerzõk kutatási célja olyan eljárás kidolgozása, mellyel ezt a két enzimet eltartható formában lehet elõállítani. A két enzim az Enterobacterekben aktív, glicerin szénforráson, anaerob körülmények között, amikor a glicerin dihidroxi aceton úton képzõdõ NADH-t regenerálja. 3-hidroxi-propanal 1,3-PDDH 1,3-propándiol GDHT glicerin NAD + NADH+H + GDH dihidroxi-aceton A fenti enzimek közül a jelen elõadásban az 1,3-PDDH enzim elõállításával kapcsolatos kutatásaik eddigi eredményeit kívánják ismertetni a szerzõk. A Clostridium butyricum és az Enterobacterek közül a Klebsiella pneumoniae törzsek mutatnak kiemelkedõ 1,3-PD hozamot. A Klebsiellá-t 1,3-PD elõállítás céljára anaerob módon, nitrogén atmoszféra alatt glicerinen növesztik. Irodalmi adatok szerint így 5 g/l maximális sejtkoncentráció érhetõ el, a feltárt sejtekbõl kinyert 1,3-PDDH enzimaktivitás pedig 37,5 U/liter értékû. Az általuk Klebsiella pneumoniae DSM2026 jelû törzzsel elvégzett szakaszos anaerob fermentáció hasonló eredményt mutatott. A vizsgált törzs magasabb kezdeti glicerin koncentrációnál egyáltalán nem nõtt, a szakaszos tenyésztést követõ glicerin rátáplálás esetében pedig nem növekedett tovább. Ezért a nagyobb enzimkoncentráció elérése érdekében elõbb egy aerob, szénforrásként a katabolit represszor glükózt használó növekedési fázist iktattak be, amit a glükóz elhasználása után egy rövid aerob glicerines szakasz követett, végül nitrogén atmoszférában anaerob körülmények közt fejezõdött be a fermentáció. Ezzel a technikával 16,5 g/l szárazanyag tartalmat és 112 U/l enzimaktivitást érték el. Németh Áron biomérnök Kupcsulik Bálint Ph.D hallgató, biomérnök Dr. Sevella Béla egyetemi tanár, a kémiai tudomány doktora BME Mezõgazdasági Kémiai Technológiai Tanszék 3
THERMOSTABIL ENDOGLÜKANÁZ ENZIM KINYERÉSÉNEK LEHETÕSÉGE SZUPERKRITIKUS SZÉN-DIOXIDDAL TÖRTÉNÕ SEJTFELTÁRÁSSAL Napjainkban egyre inkább elõtérbe kerülnek a környezetvédõ technológiák, melyek során megújuló anyagok felhasználására kell törekednünk. Ez különösen akkor fontos, ha nagy mennyiségben használunk bizonyos anyagokat, mint például a papírt és az üzemanyagokat. A thermostabil endoglükanáz enzim már önmagában is jól alkalmazható az újrapapír gyártás során a papír víztelenítésének javítására. Amennyiben az endoglükanázt kiegészítjük hasonlóan thermofil tulajdonságú egyéb celluláz komponensekkel, az enzim komplex jól alkalmazhatóvá válik a lignocellulózból történõ biohidrogén elõállítás SSF mûveletében. Mivel az enzim intracelluláris, az elõállítás során szükségessé válik sejtfeltárási mûveletek alkalmazása is. A sejtfeltárásnak egy újfajta módszerét vizsgálták a szerzõk, nevezetesen a szuperkritikus sejtfeltárást. Ennek során a sejtroncsolás szuperkritikus állapotú szén-dioxiddal történik. A szén-dioxid alkalmazása miatt ez a módszer is környezetbarát. További elõnye még, hogy sikeressége esetén méretnövelhetõ. A kísérletek során vizsgálták a szuperkritikus feltárás eredményességére ható faktorokat: a szén-dioxid hõmérsékletét és nyomását, továbbá a nyomás alatt tartási idõt. Ennek alapján megállapítható, hogy az alacsony hõmérséklet, a magas nyomás és a rövid tartózkodási idõ, kedvezõen befolyásolja a sejtfeltárás eredményességét. A szuperkritikus módszerrel elért eredményeket összehasonlították a hagyományos és laboratóriumi léptékben leginkább elterjedt szonikálásos feltárással is. Ennek alapján megállapítható, hogy a szuperkritikus feltárás során elért enzimaktivitás mintegy 20%-kal maradt el a szonikálással elért eredményhez képest. A fajlagos enzimaktivitás a két feltárásnál közel azonos volt. Juhász Tamás egyetemi hallgató Székely Edit Ph.D hallgató Dr. Simándi Béla egyetemi docens Dr. Réczey Istvánné egyetemi docens BME Mezõgazdasági Kémiai Technológia Tanszék BME Vegyipari Mûveletek Tanszék 4
KUKORICASZÁR HÍG SAVAS ELÕKEZELÉSE HOSSZÚ TARTÓZKODÁSI IDÕVEL A kukoricaszár, mely Magyarországon a legnagyobb mennyiségben termelõdõ mezõgazdasági melléktermék, ígéretes nyersanyaga az üzemanyagcélú bioetanol termelésnek. A tárolást és a közvetlen hasznosítást a magas nedvességtartalom megnehezíti ugyan, de a magas cellulóztartalom (40-45%) és az évi 11 millió tonnás termelt mennyiség miatt mindenképpen érdemes az amúgy csak a talajerõ pótlására használt mellékterméket cukrosítási kísérleteknek alávetni. A lignocellulóz struktúra azonban igen ellenálló az enzimes hidrolízisre nézve, így elõkezelés szükséges, mely a hemicellulóz kioldása, a hemicellulózlignin-cellulóz kapcsolatok részleges megbontása, a pórustérfogatok növelése, illetve a cellulóz kristályosságának csökkentése révén javítja a cellulóz enzimes emészthetõségét. A kukoricaszárat híg (0,5; 2; 5% m/m) kénsavval, 120 o C-on, 60-120 percig kezelték. Az elõkezelés paramétereibõl egyesített reakciókonstanst számoltak, mely a ph-t, hõmérsékletet és a reakcióidõt figyelembe véve jelzi a reakció körülményeinek erõsségét. Az elõkezelés és az enzimes hidrolízis során kapott eredményeket a reakciókonstans függvényében is ábrázolták és értékelték. A hemicellulóz kioldása több esetben elérte a 100%-ot, mely felülmúlja az irodalomban, rövidebb tartózkodási idõk után közölt értékeket. Az irodalomban általában olvasható, 140-160 o C-os elõkezelésekhez képest viszonylag alacsony hõmérséklet mellett ez jó eredménynek mondható. A cellulóz emészthetõsége azonban elmaradt az általában közölt konverzióktól. Az elõkezelés után kapott rostanyag cellulóz tartalma 60-98 %-ban volt enzimesen hidrolizálható az elõkezelés körülményeitõl és az enzimadagolástól függõen. 80% feletti eredményt azonban csak fokozatos enzimadagolással és/vagy emelt enzimmennyiséggel tudtak elérni. A hosszú tartózkodási idõvel és relatív alacsonyabb hõmérséklettel végzett elõkezelések fõ elõnye a magas hemicellulóz konverzió és pentóz kitermelés, illetve az alacsony lignin- és cukorbomlás. Utóbbi azért fontos, mert az elõkezelés során elõálló melléktermékek (pl. Hidroximetil-furfurol, HMF) inhibítor hatásúak lehetnek a cukrosítást követõ erjesztések során. Kálmán Gergely vegyészmérnök hallgató Varga Enikõ Ph.D hallgató Dr. Réczey Istvánné egyetemi docens BME Mezõgazdasági Kémiai Technológia Tanszék 5
NÖVÉNYI OLAJOK HPLC-APCI-MS VIZSGÁLATA Többféle növényi olajat (avokádó, búzacsíra, dió, földimogyoró, kukoricacsíra, lenmag, mandula, napraforgó, olíva, szója, szõlõmag, tökmag) vizsgáltak a szerzõk HPLC-APCI-MS (high performance liquid chromatography-atmospheric pressure chemical ionization-mass spectrometry) készülékkel. A mérések célja volt a különbözõ fajta növényi olajok csoportosítása a triglicerid összetételük alapján. Ehhez a mérések eredményeit egy többváltozós matematikai statisztikai módszerrel, diszkriminancia analízissel elemezték. Az olajokban található triglicerid komponensek elválasztását ODS oszlopon (Purospher RP- 18, 125x4 mm, 5µm), aceton/acetonitril eluenssel gradiens programot alkalmazva végezték. Az alkalmazott áramlási sebesség 0,6 ml min -1 volt, amit splittelés nélkül a tömegspektrométer ionforrásába vezettek. A méréseket trigliceridekre optimalizált APCI ionforrás paraméterek mellett végezték a szerzõk. A diszkriminancia analízissel feldolgozott mérési adatokból megállapítható, hogy a különbözõ olaj csoportok megkülönböztethetõek triglicerid összetételük alapján. Az elemzés 42 eset 96,7 %-át helyesen csoportosította. Az eredményeket összefoglalva megállapítható, hogy a HPLC-APCI-MS a statisztikai elemzéssel kombinálva jó módszernek bizonyult a különbözõ növényi olajok elkülönítésére. A diszkriminancia analízissel felállított modellel pedig lehetõség nyílik növényi olajok eredetvizsgálatára is. Jakab Annamária Ph.D hallgató Dr. Forgács Eszter a kémiai tudomány kandidátusa MTA Kémiai Kutatóközpont Kémia Intézet 6
ÕRLÉSI FRAKCIÓK HATÁSA PSZEUDO-CEREÁLIA BÁZISÚ TÉSZTÁK TULAJDONSÁGAIRA A pszeudo-cereáliákhoz tartoznak az amaránt, a quinoa és a hajdina. Az amaránt és a családhoz közel álló quinoa magok és lisztek nem tartalmaznak gliadint, így nem okoznak coleákiás megbetegedést. Ezért alkalmasak a betegségben szenvedõk diétájára is. A pszeudocereáliák gazdagok, mind a funkcionális élelmiszerek, mind a fitokemikáliák komponenseiben (Goldberg, 1994). A pszeudo-cereáliákhoz tartozó magok prolamin típusú fehérje tartalma kisebb, mint 1 %, a termék szerkezetének kialakítása csak adalékanyagokkal pl. emulgeátor segítségével lehetséges. A célja az volt a kísérletek során, hogy a pszeudo-cereáliák családjába tartozó quinoa és amaránt õrleménybõl és õrlési frakciójából állítsanak elõ száraztészta modell rendszereket és tanulmányozzák a fehérje-emulgeátor valamint emulgeátor-szénhidrát kölcsönhatásokat, majd a molekuláris szintû megállapítások felhasználásával állítsanak elõ õrleményekbõl és azok õrlési frakcióiból jó minõségû és jó szerkezetû terméket. Különbözõ minõségû makaróni termékek állíthatók elõ amaránt és quinoa lisztbõl és azok õrlési frakcióiból emulgeátorok felhasználásával. Az oldható fehérje frakciók molekulatömeg eloszlása a termékeknél szignifikánsan különbözik egymástól. A termék szerkezetének a kialakításában mind a fehérje-emulgeátor, mind a szénhidrát emulgeátor kölcsönhatások fontosak. Minden emulgeátor kölcsönhatásba lép a fehérjével. A kis és nagy molekulatömegû frakciók aránya megváltozik az emulgeátorok kölcsönhatása miatt az oldható fehérje frakciókban. Az arány, a LMV/HMV felelõs az albumin és globulin frakcióban a fõzési veszteségért és az LMV/HMV aránynak fontos a szerepe a víz felvételét illetõen a "glutelin" frakcióban. Az amaránt és quinoa rendszereknél az összefüggés szorossága és a korrelációs koefficiensek értéke eltérõ. A kísérletek az Oktatatási Minisztérium (No. O457/1999) a Magyar-Osztrák Kormányközi Pályázat (No. A-36/1999) pénzügyi fedezetével kerültek kivitelezésre. Dr. Kovács Erzsébet T. egyetemi tanár, a kémiai tudomány kandidátusa SZTE Szegedi Élelmiszeripari Fõiskolai Kar 7