Tiziana Pepe » 1.Introduzione al corso di Biotecnologie applicate all'ispezione degli alimenti di origine animale

Biotecnologie

• Biotecnologia
  • bio dal greco bios significa “vita” (da cui biologia “scienza della vita”);
  • tecnologia dal greco teknologia “studio delle tecniche, dei mezzi, delle macchine e dei materiali”.

La biotecnologia è ogni tecnologia che utilizza organismi viventi (batteri, lieviti, cellule vegetali e animali, loro componenti sub cellulari purificati ed enzimi) al fine di ottenere:

1. prodotti utili;
2. miglioramenti nelle caratteristiche di piante e animali;
3. microrganismi utili.

Biotecnologie (segue)

Le biotecnologie si dividono in:

• Biotecnologie tradizionali
  • Sono tecnologie produttive conosciute empiricamente da millenni:
    • es. attività fermentative spontanee o indotte dovute a microrganismi ubiquitari utilizzate nella produzione di birra, vino, pane, formaggio.
• Biotecnologie innovative
  • Sono scienze multidisciplinari, sintesi delle conoscenze avanzate di chimica, biochimica, enzimologia, microbiologia, fisiologia, biologia molecolare, ingegneria genetica maturate a partire dal 1975.
    • Ingegneria genetica
      “Produzione di nuove combinazioni di materiale ereditabile, ottenuto mediante inserzione di tratti di DNA, di qualunque provenienza, in un organismo ospite, nel quale tali tratti non sono presenti naturalmente, ma una volta acquisiti, possano propagarsi indefinitivamente”

Biotecnologie tradizionali – Birra

La Birra viene prodotta a partire da cereali, germinati o meno, quali:

• orzo (Europa-Nord America);
• mais (Centro America);
• sorgo (Africa).

Una prima attività amilasica endogena produce maltosio e glucosio;

Si avviano poi i processi fermentativi veri e propri ad opera dei lieviti del genere Saccaromyces (cerevisiae o uvarum) presenti naturalmente o introdotti con un residuo delle fermentazioni precedenti.

Si ha quindi una fermentazione che, a partire da maltosio e glucosio produce prevalentemente alcool etilico e diossido di carbonio.

Biotecnologie tradizionali – Vino

Il Vino deriva dalla fermentazione alcolica del mosto di vino a partire dal succo d’uva spremuta.

I glucidi solubili presenti nel succo d’uva (monosaccaridi quali glucosio e fruttosio) sono metabolizzati ad opera di lieviti quali Saccaromyces cerevisiae var. ellipsoideus spontaneamente presente sulla cuticola degli acini o apportata con un residuo delle fermentazioni precedenti.

Segue una fermentazione che produce prevalentemente alcool etilico e diossido di carbonio.

a) Operazioni colturali

• Vendemmia
  • manuale: prodotto integro e inalterato;
  • meccanizzata: prodotto più scadente.
• Trasporto
  • rapido per evitare schiacciamenti e quindi deterioramento del prodotto (i traumi subiti dai grappoli durante la raccolta ed il trasporto determinano fenomeni di fermentazione e ammuffimento).

Biotecnologie tradizionali – Vino (segue)

b) Lavorazione delle uve

1. Lavaggio: eliminazione delle foglie e della terra;
2. Determinazione del grado zuccherino;
3. Pigiatura: rottura degli acini per permettere la fuoriuscita del succo che costituirà il mosto (torchio-pressa);
4. Fermentazione: produzione di alcool da lieviti specifici selvaggi o selezionati ad una temperatura di 20-30°C (avviene nei tini di fermentazione, contenitori di cemento, metallici o di vetroresina, rivestiti internamente da diversi tipi di resine);
5. Defecazione: eliminazione delle fecce di fermentazione (tini di fermentazione);
6. Macerazione: solubilizzazione delle sostanze coloranti contenute nelle bucce (tini di fermentazione solo per i vini rosati e rossi);
7. Pressatura delle vinacce (allontanamento delle vinacce e recupero del mosto contenuto);
8. Chiarificazione eliminazione mediante precipitazione di metalli pesanti (Fe, Cu, Zn, Mn, Pb);
9. Correzione: operazioni di taglio; concentrazione; rifermentazione;
10. Maturazione/Imbottigliamento.

Biotecnologie tradizionali – Pane e formaggio

Il pane viene prodotto a partire da farine di svariati cereali: frumento, segale, mais, orzo.
I glucidi complessi (polisaccaridi quali l’amido) sono metabolizzati da lieviti della specie Saccaromyces cerevisiae apportati con un residuo delle lavorazioni precedenti.
Segue una fermentazione che produce alcool etilico e diossido di carbonio, responsabile quest’ultimo del rigonfiamento della pasta al termine del processo di lievitazione.

Il formaggio viene prodotto a partire dalla cagliata del latte (processo enzimatico quindi biotecnologico!).
Nel caso dei formaggi fermentati i microrganismi svolgono un ruolo essenziale nella maturazione e aromatizzazione del prodotto (es. Penicillium roqueforti e camemberti).

Biotecnologie innovative

Tappe di sviluppo ottenute grazie all’applicazione delle biotecnologie innovative:

• Anticorpi monoclonali;
• Insulina umana da batteri ricombinanti;
• Vaccini da microrganismi ricombinanti;
• Sonde molecolari;
• Biofarmaci prodotti da animali transgenici;
• Alimenti prodotti da piante transgeniche.

Applicazioni delle biotecnologie tradizionali o innovative

Nel 1° Congresso Europeo di Biotecnologia tenutosi nel 1978, è stata stilata una lista delle applicazioni tradizionali o innovative delle Biotecnologie:

• Industrie di fermentazione;
• Industrie chimiche e farmaceutiche;
• Diagnostica medica e produzione di nuovi vaccini;
• Industrie agroalimentari;
• Produzione di alimenti con concentrati di proteine;
• Trattamento e valorizzazione dei sottoprodotti agricoli, industriali e dei reflui;
• Produzione di alcool;
• Produzione di biogas;
• Trattamento dei minerali;
• Produzione di nuove varietà di piante transgeniche.

Biotecnologie innovative applicate alla produzione degli alimenti

Formaggio: “prodotto della maturazione (fermentazione) della cagliata ottenuta per coagulazione presamica del latte”;

Caglio o presame: complesso enzimatico ricavato dall’abomaso di vitelli neonati costituito prevalentemente da rennina o chimosina;

La prima produzione industriale di rennina è stata effettuata nel 1874 in Danimarca, a partire da stomaci di vitelli.

Tecnica del DNA ricombinante applicata a Escherichia coli: produzione di chimosina

La produzione di Chimosina, può essere effettuata :

• A partire da cellule di pancreas bovino
  • Ipotesi a – isolamento di mRNA che codifica per la prochimosina, retrotrascrizione a cDNA;
  • Ipotesi b – isolamento della prochimosina, determinazione della sequenza aminoacidica sulla cui base si costruisce la sequenza nucleotidica sintetica;
• Inserto (cDNA specifico);
• Vettore espressione (plasmide o fago);
• Trasformazione microrganismo ospite;
• Produzione ed escrezione di prochimosina nel mezzo di coltura;
• Conversione della prochimosina in chimosina attiva;

Tecnica del DNA ricombinante applicata a Escherichia coli: produzione di chimosina (segue)

Altre applicazioni biotecnologiche per la produzione di formaggi:

• Fermentazioni guidate mediante colture starter;
• Batteri propionici/streptococchi
  (occhiatura dei formaggi tipo emmenthal);
• Muffe/lieviti
  (erborinatura del gorgonzola).