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Dietologia

Biotecnologie alimentari

Autori
Gigliotti - Verga

45,00 €

  • publish date maggio 2007
  • ISBN 978-88-299-1848-5
  • Code Piccin 0705050
  • Pages 520

Presentazione

Nel Dicembre 2004, la Facoltà di Medicina e Chirurgia dell'Università degli Studi di Brescia ha preso la decisione di istituire un ruolo di professore di II fascia per il settore scientifico disciplinare di CHIM 10 - Chimica degli Alimenti, ritenendo strategico poter disporre di un docente con specifiche competenze in un settore importante non solo per il neonato Corso di Laurea in Biotecnologie, ma anche, in generale, nell’ambito delle scienze biomediche. L’interesse che le problematiche connesse ad un uso corretto degli alimenti rivestono ai fini della qualità della vita, sia dei soggetti sani che di quelli ammalati, è evidente. Tali problematiche riguardano l’intera filiera agro-alimentare, dalla produzione degli alimenti alla loro trasformazione e conservazione. La presenza, quindi, nell’ambito del corpo docente della Facoltà, della Prof.ssa Gigliotti ha favorito il coagularsi di interessi scientifici e di progetti di ricerca nell’ambito del settore alimentare, e ha consentito già in questi due anni lo sviluppo di specifiche iniziative che hanno coinvolto il tessuto produttivo agro-alimentare del bresciano.

Un frutto assai significativo della scelta effettuata dalla Facoltà è questo testo, primo in Italia, di Biotecnologie Alimentari. Molto, forse troppo, è stato scritto in questi anni relativamente alle applicazioni biotecnologiche nel campo degli alimenti. Sicuramente, non in modo sistematico e privo di pregiudizi, diversamente dall’approccio che la Prof.ssa Gigliotti e il Dott. Verga, esperto biotecnologo industriale, ci offrono in queste pagine. Mi auguro che il testo sia apprezzato e amato non solo dagli studenti, ma anche dal grande pubblico, che ha veramente bisogno non di slogan, ma di scienza.

Brescia, 15 settembre 2006

Prof. Luigi Caimi Preside della Facoltà di Medicina e Chirurgia dell’Università degli Studi di Brescia

Prefazione

Da sempre l’uomo è alla ricerca di tecniche e metodi per produrre, trasformare, migliorare e conservare al meglio gli alimenti. Le biotecnologie, sia derivate da esperienze pratiche casuali, sia usate in modo consapevole e mirato, giocano un ruolo primario nella realizzazione di questi obiettivi. Le biotecnologie, nel senso più classico del termine, sono basate sull’uso di microrganismi per la produzione e/o trasformazione degli alimenti e vengono utilizzate da secoli, come esempio si ricordano le produzioni di vino e formaggio, le cui origini si perdono nella notte dei tempi. Nell’ultimo trentennio alle biotecnologie tradizionali si sono affiancate quelle più innovative che con la possibilità di intervenire sul DNA hanno aperto una nuova frontiera, e sicuramente ci riservano ancora molte sorprese. In ambito alimentare, le biotecnologie moderne consentono, insieme alle nuove acquisizioni ingegneristiche, non solo di controllare nel migliore dei modi i processi produttivi, ma anche di ottenere alimenti qualitativamente migliori e sicuri.

Il comparto alimentare è notevolmente vasto e complesso, e certamente quanto trattato in quest’opera, che intende fornire al lettore una panoramica sulle molteplici e possibili applicazioni delle biotecnologie nella “filiera alimentare”, non esaurisce assolutamente la problematica. Di questo complesso mosaico, tuttavia, si sono considerati diversi aspetti.

L’opera è indirizzata a tutti gli studenti che seguono i Corsi di Laurea in cui è previsto lo studio delle biotecnologie e presuppone le conoscenze sia delle materie di base, come biologia, biochimica e microbiologia sia delle tecniche di ingegneria genetica, ma vista la semplicità con cui sono esposti gli argomenti, il libro è accessibile a tutti coloro che vogliono avere un’idea dei campi in cui possono essere utilizzate le biotecnologie applicate agli alimenti.

Nell’opera, suddivisa in sei parti, dopo una rapida introduzione alle biotecnologie e ai bioprocessi, si passa a considerare le categorie alimentari più significative e, nei singoli esempi riferiti, si evidenzia il ruolo e la flessibilità operativa che hanno microrganismi e molecole biologiche nelle produzioni alimentari, tanto da diventare nella maggior parte dei casi praticamente indispensabili per l’esistenza stessa del prodotto. Per quanto riguarda la composizione e la produzione delle varie categorie di alimenti trattati si fornisce una breve sintesi e si rimanda ad altre fonti per eventuali approfondimenti. Nella terza parte si sono considerate tematiche più ampie, non legate al singolo alimento, ma a prodotti che hanno un largo impiego in tutto il settore alimentare e non solo. In particolare, vista l’importanza che sempre più è attribuita alle interazioni tra alimento e confezione, si è dato spazio alle applicazioni delle biotecnologie nella produzione di imballaggi per alimenti, che rappresentano un perfetto esempio di integrazione delle conoscenze biologiche con quelle dei processi tecnici acquisite nel corso degli anni.

Successivamente, nella quarta parte, si sono prese in esame le possibilità d’uso delle tecniche molecolari nel settore alimentare sia sotto il profilo produttivo, comprendendo anche l’uso degli Organismi Geneticamente Modificati (OGM), sia sotto quello analitico e da qui alla tracciabilità degli alimenti.

Le biotecnologie possono essere utilizzate anche per produrre prodotti alimentari non destinati direttamente al consumo, ma che possono apportare benefici all’uomo, agli animali e all’ambiente e questo è quanto trattato nella quinta parte del libro.

Nell’ultima parte, infine, si sono considerati gli aspetti etici e legislativi legati all’uso delle biotecnologie e degli OGM nel settore alimentare.

Da questa breve rassegna degli argomenti trattati nel libro si evince come siano numerosi i tasselli del mosaico e sicuramente, data la rapida evoluzione della biologia molecolare, sono destinati ad aumentare.

Carmen Gigliotti Roberto Verga

Indice generale
Parte I
Generalità sulle biotecnologie e loro impiego nel settore alimentare
Capitolo 1
Introduzione alle biotecnologie
3
R. Verga
Generalità
3
Applicazione delle biotecnologie
nell’ambito dei prodotti alimentari
3
I microrganismi come risorsa primaria
per un utilizzo diretto
4
3. La cellula come “biofabbrica” naturale
9
3.1. Struttura della cellula: procarioti
ed eucarioti
9
3.2. Il ciclo cellulare
17
Bibliografia
18
Capitolo 2
Principali tecniche di microbiologia
ed enzimologia nel settore alimentare
19
R. Verga
Generalità
19
Principali caratteristiche dei microrganismi
maggiormente utilizzati nell’industria
alimentare
19
Enzimi e loro importanza nel campo
alimentare, classificazione
e nomenclatura
22
2.1. Cenni di cinetica enzimatica
25
Descrizione delle principali tecniche
di enzimologia applicabili al campo
alimentare
27
3.1. Rottura di cellule e tessuti
29
3.2. Centrifugazione
31
3.3. Filtrazione
31
3.4. Cromatografia
33
Cenni sulle tecniche di immobilizzazione
di cellule ed enzimi
37
Produzione di metaboliti primari e
secondari di interesse alimentare mediante
fermentazione da microrganismi
39
Bibliografia
41
Parte II
Uso delle biotecnologie per la produzione e/o trasformazione degli alimenti
Capitolo 3
Latte e derivati
45
R. Verga e C. Gigliotti
Generalità
45
1. Latte
45
1.1. Definizione e composizione
45
1.2.Trattamenti del latte
e classificazione
48
1.3. Latte delattosato
51
1.4. Latte probiotico
52
2. Latte fermentato
53
2.1. Yogurt
53
2.1.1. Produzione
55
2.2. Kefir
56
3. Crema e burro
57
3.1. Generalità e definizione
57
3.2. Produzione
58
3.3. Microrganismi utilizzati
61
4. Formaggio
61
4.1. Generalità e definizione
61
4.2. Classificazione
62
4.3. Produzione e principali tipi
di formaggi
64
4.4. Microrganismi utilizzati
nella produzione dei formaggi
68
4.5. Azione del caglio, chimosina
e altre proteasi utilizzate
77
4.6. Azione dei microrganismi
e degli enzimi nei processi
di maturazione e aromatizzazione
81
Bibliografia
83
Capitolo 4
Prodotti da forno
85
M.A. Pagani e M. Manzoni
Generalità
85
1. Definizione e classificazione
85
Il frumento, materia prima d’elezione
per il pane e i prodotti da forno
87
Il processo di macinazione del frumento
e la classificazione degli sfarinati
90
4. Il processo di panificazione
94
5. Aspetti microbiologici dei prodotti da forno
100
5.1. Aspetti metabolici di Saccharomyces
cerevisiae
100
5.1.1. Metabolismo dei carboidrati
100
5.1.2. Struttura della membrana
103
5.2. Produzione industriale di lievito
per panificazione
104
5.3. Tipologie di lievito
105
5.4. Lievito naturale o Impasto acido
106
6. Impiego di enzimi
109
Bibliografia
110
Capitolo 5
Carne e salame
111
G. Comi e P. Cattaneo
Generalità
111
1. La carne
112
1.1. Composizione e valore nutrizionale
della carne
112
1.2. Tecnologia della carne
112
1.3. Cambiamenti nel muscolo
dopo la morte
113
1.4. Contaminazione delle carni
115
1.5. Sistemi per il controllo
dei patogeni della carne
116
1.6. Qualità e proprietà della carne
116
1.7. Conservazione sottovuoto
ed in atmosfera protettiva
119
2. Il salame
120
2.1. Produzione
123
2.2. Qualità del salame
135
2.3. Alterazione dei salumi
137
3. Gelatina e idrolizzati proteici
137
Bibliografia
140
Capitolo 6
Vino
143
F. Battistutta e P. Comuzzo
Generalità
143
1. Definizione
144
Composizione media e variabili
compositive
144
La filiera enologica ed il ruolo
delle biotecnologie
146
3.1. Produzione del vino (cenni)
146
3.2. Ruolo delle biotecnologie
148
I processi fermentativi del vino:
biochimismo e microrganismi coinvolti
150
5. Starters per l’enologia
151
6. Enzimi ad uso enologico
154
7. Aromi e difetti dei vini
156
7.1. La frazione aromatica
156
7.2. I difetti del vino
157
Bibliografia
160
Capitolo 7
Birra . .
163
S. Buiatti
Generalità
163
Legislazione e composizione
della birra
163
2. Produzione della birra
165
2.1. Materie prime utilizzate
per la produzione della birra
165
2.2. Produzione del mosto
e della birra
166
2.3. Storia e problematiche
della produzione della birra
166
Impiego degli enzimi nell’industria
della birra
171
Bibliografia
175
Capitolo 8
Succhi di frutta
177
R. Verga e C. Gigliotti
Generalità
177
1. Definizione
177
2. Produzione (cenni)
178
Utilizzo degli enzimi nella preparazione
dei succhi di frutta
179
3.1. Pectinasi e vantaggi del loro utilizzo
179
3.2. Altri enzimi utilizzati nella
produzione dei succhi di frutta
183
3.3. Riduzione del gusto amaro
nei succhi di agrumi
185
Bibliografia
188
Capitolo 9
Alimenti nervini
191
G. Marcozzi
Generalità
191
1. Il caffè
191
1.2. Preparazione
192
1.3. Torrefazione e aroma
193
1.4. Composizione
193
1.5. Attività biologiche
194
1.6. Caffè decaffeinato
196
2. Il tè
197
2.1. Preparazione
197
2.2. Composizione
198
2.3. Aroma
200
2.4. Attività biologiche
200
3. Il cacao
200
3.1. Preparazione
201
3.2. Lavorazione e utilizzazione
201
3.3. Composizione
201
3.4. Attività biologiche
202
4. Altre bevande nervine
202
Sfruttamento di enzimi endogeni
nei processi di trasformazione
di caffè, tè e cacao
203
5.1. Processo
203
5.2. Fermentazione
204
5.3. Imbrunimento enzimatico
205
5.4. Conservazione
207
Bibliografia
207
Capitolo 10
Oli e grassi
209
A. Ranalli, F. Ranalli e M. Antinucci
Generalità
209
Costituzione chimica e proprietà
fisico-chimiche degli oli e dei grassi
211
2. Gli acidi grassi
213
3. Gli acilgliceroli o trigliceridi
217
4. Componenti lipidici minori
218
4.1. Sottofrazione saponificabile
218
4.2. Sottofrazione insaponificabile
o non-gliceridica
220
Bioattività dei costituenti lipidici
(cenni)
230
6. Bioconversione delle sostanze grasse
231
6.1. Interesterificazione
231
6.2. Lipasi e reazioni catalizzate
233
6.3. Principali bioreazioni di esterificazione
e interesterificazione lipidica basate
sull’utilizzo delle lipasi
236
7. Bio-oleificazione delle olive
243
7.1. Generalità sull’olio vergine
243
7.2. Tecnologie di oleificazione:
uso degli enzimi per l’estrazione
degli oli vergini di oliva
247
Bibliografia
248
Capitolo 11
Preparazione delle olive da mensa
con metodi biologici
253
A. Ranalli, F. Ranalli e M. Antinucci
Generalità
253
Proprietà e composizione delle olive
da mensa
256
Sistemi di trasformazione
e conservazione
257
2.1. Olive verdi
257
2.2. Olive cangianti
260
2.3. Olive nere
260
3. Tecniche biologiche ed ecocompatibili
261
Bibliografia
263
Parte III
Altre applicazioni delle biotecnologie nell’industria alimentare
Capitolo 12
Carboidrati
267
R. Verga e C. Gigliotti
Generalità
267
1. Amido
268
1.1. Liquefazione dell’amido
269
1.2. Saccarificazione
271
2. Caratteristiche dei principali
zuccheri ottenuti mediante
liquefazione e saccarificazione
276
Isomerizzazione del destrosio
a fruttosio
277
Immobilizzazione degli enzimi coinvolti
nelle reazioni di idrolisi dell’amido
279
Dolcificanti alternativi agli zuccheri
tradizionali
280
6. Inversione del saccarosio
282
Fruttani e oligosaccaridi con proprietà
probiotiche e ipocaloriche
283
7.1. Fruttani e inulina
283
7.2. Idrolisi dell’inulina e prodotti
derivati
284
7.3. FOS e altri oligosaccaridi con
proprietà dolcificanti o probiotiche
285
8. Il miele
290
Bibliografia
292
Capitolo 13
Aromi alimentari
295
G. Marcozzi e F. Vitali
Generalità
295
1. Classificazione
295
Produzione di aromi mediante
estrazione del metabolita
297
2.1. Estrazione mediante solventi
298
2.2. Estrazione con vapore
300
2.3. Estrazione supercritica
300
Produzione di aromi mediante
biotecnologie
303
3.1. Dolcificanti
304
3.2. Esaltatori di sapidità
305
3.3. Acidulanti
306
3.4. Oli essenziali
306
3.5. Formazione di aromi
da acidi grassi
309
3.6. Lattoni
311
Bibliografia
312
Capitolo 14
Antiossidanti alimentari: enzimi e
microrganismi ad azione antiossidante
313
M.C. Nicoli e L. Manzocco
Generalità
313
1. Antiossidanti enzimatici
316
1.1. Rimozione enzimatica
dell’ossigeno
317
1.2. Rimozione di intermedi reattivi
dell’ossigeno
320
1.3. Riduzione degli idroperossidi
lipidici
320
2. Microrganismi con azione antiossidante
320
Bibliografia
321
Capitolo 15
Impiego delle biotecnologie per la
produzione di imballaggi per alimenti
323
L. Piergiovanni e E. Mascheroni
Generalità
323
1. Bio-based materials
324
1.1. Polimeri di diretta derivazione
naturale
326
1.2. Polimeri prodotti a partire da fonti
rinnovabili
327
1.3. Polimeri prodotti
da microrganismi
328
2. Bio-packaging funzionali
329
2.1. Immobilizzazione di enzimi
329
2.2. Inclusione di sostanze
biologicamente attive
330
2.3. Incorporazione di cellule
331
3. Conclusioni
331
Bibliografia
332
Parte IV
Applicazione delle tecnologie molecolari agli alimenti
Capitolo 16
Tecnologie di genetica molecolare
337
D. Mariotti
Generalità
337
1. Enzimi di restrizione
337
2. Clonaggio genico
339
Trasformazione genetica delle piante
di interesse agrario
341
Vettori plasmidici per il trasferimento
genico nei vegetali
343
Metodi di trasferimento genico
nelle piante
344
6. Geni, agricoltura ed alimentazione
346
Bibliografia
348
Capitolo 17
Organismi geneticamente modificati
349
D. Mariotti
Generalità
349
Organismi geneticamente modificati
(OGM) e prodotti estratti da OGM
350
Organismi geneticamente modificati
in commercio
352
Interventi genetici sulle principali specie
agrarie di interesse alimentare
355
3.1. Carboidrati
355
3.2. Proteine
357
3.3. Oli e grassi vegetali
360
3.4. Vitamine, minerali, prodotti
fitochimici (composti funzionali)
363
3.5. Riduzione del contenuto di composti
vegetali indesiderati
366
3.6. Miglioramento dei mangimi
vegetali per alimentazione animale
368
4. Enzimi ricombinanti
370
Bibliografia
371
Capitolo 18
Uso delle tecniche molecolari per
il controllo analitico degli alimenti
373
D. Mariotti
Generalità
373
Individuazione di proteine GM
usando saggi immunologici
373
1.1. Analisi Western Blot
374
1.2. ELISA (Enzyme Linked
Immunosorbent Assay)
374
1.3. Metodi immunocromatografici
su striscia (immunocard)
374
Valutazione di OGM usando la PCR
(Polymerase Chain Reaction)
375
2.1. PCR “multiplex”
375
2.2. QC-PCR (PCR Quantitativa/
Competititiva)
376
2.3. “Real Time” PCR
376
DNA-microarray per la valutazione
di OGM
376
4. Considerazioni finali
377
Bibliografia
377
Capitolo 19
Impiego delle biotecnologie
per la tracciabilità degli alimenti
379
G. Ceriotti e A. Caroli
Generalità
379
1. Tracciabilità e rintracciabilità
379
1.1. Definizioni, aspetti legislativi,
benefici
379
1.2. Tracciabilità e tipicità dei prodotti
alimentari
381
2. Sistemi di tracciabilità
381
2.1. Etichettatura, codici a barre
382
2.2. DNA-tag, DNA sintetici
382
2.3. Traccianti biologici
283
2.3.1. Scelta e utilizzo del tracciante
biologico
383
2.3.2. Un esempio di tracciante
biologico applicato ad un prosciutto
a denominazione di origine
protetta (DOP)
384
2.4. Biosensori
384
2.5. Biomarcatori
385
Tracciabilità di specie, razza/cultivar,
individuale
387
3.1. Tracciabilità di specie
387
3.2. Tracciabilità di razza/cultivar
388
3.3. Tracciabilità individuale
389
4. Alcuni esempi di tracciabilità
390
4.1. Tracciabilità della specie animale:
DNA mitocondriale
390
4.2. Tracciabilità della specie vegetale:
allergeni in alimenti
391
4.3. Tracciabilità mediante i polimorfismi
genetici delle caseine
393
4.4. Tracciabilità della razza
394
4.5. Tracciabilità delle cultivar da olio
396
4.6. Autenticazione e tracciabilità
dei vini
396
4.7. Tracciabilità individuale:
la carne bovina
398
4.8. Costituenti di origine animale
negli alimenti ad uso zootecnico
399
5. Considerazioni finali
400
Bibliografia
400
Parte V
Impiego delle biotecnologie per la produzione di alimenti a differente destinazione d’uso
Capitolo 20
Potenzialità d’uso di piante geneticamente modificate
405
M.L. Colombo
Generalità
405
Piante alimentari GM, quali fonti
di proteine con valenza farmaceutica
e di vaccini
406
1.1. La cellula vegetale come bioreattore:
produzione di proteine con valenza
farmaceutica per l’uomo
406
1.2. La cellula vegetale come bioreattore:
produzione di anticorpi
408
1.3. La cellula vegetale come bioreattore:
produzione di vaccini
410
1.4. La cellula vegetale come bioreattore:
incremento della produzione
di metaboliti secondari
411
Le biotecnologie al servizio
dell’identificazione botanica dei vegetali:
la botanica forense
415
Piante alimentari ed officinali GM
impiegate nella fitodepurazione
ambientale
416
Bibliografia
417
Capitolo 21
Alimenti ad uso zootecnico
419
G. Marcozzi
Definizioni
419
Applicazione delle biotecnologie nella
produzione di alimenti per animali
419
1.1. Utilizzo della catalisi enzimatica
420
1.2. Fermentazione di insilati
421
1.3. Single cell protein (SCP)
422
1.3.1. Siero di latte
423
1.3.2. Limitazioni all’impiego
delle SCP
425
1.4. Probiotici e prebiotici
427
Bibliografia
429
Parte VI
Cenni di normativa nazionale e comunitaria
Capitolo 22
Normative vigenti nel settore
alimentare
433
I. De Gasperis
1. Premessa: impatto delle biotecnologie
433
1.1. Aspetti economici e sociali
435
1.2. Impatto sull’ambiente
e sulla salute umana
438
1.3. Riflessioni etiche
440
Legislazione in materia di organismi
geneticamente modificati
444
2.1. La legislazione comunitaria
precedente al Libro Bianco
della Commissione del 2000
444
2.2. Il punto di svolta segnato dal Libro
Bianco del 2000 sulla sicurezza
alimentare: la recente normativa
comunitaria sugli OGM
448
2.3. La normativa del 2003 sugli alimenti
e i mangimi geneticamente modificati
451
2.4. Il regime giuridico dei movimenti
transfrontalieri di OGM
455
2.5. Concetto di qualità e riferimento
a HACCP
456
2.6. Il quadro normativo italiano
460
Glossario
465
Indice analitico
481

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