1 Βιοτεχνολογία – Θρεπτική Αξία και Ασφάλεια Τροφίμων ΑΣΚΗΣΗ ΠΡΑΞΗΣ 12η ΘΡΕΠΤΙΚΗ ΑΞΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ - ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ

2 Βιοτεχνολογία τροφίμων Ένας από τους πλέον αποδεκτούς ορισμούς της έννοιας της Βιοτεχνολογίας Τροφίμων: "Η Βιοτεχνολογία Τροφίμων, περιλαμβάνει τεχνολογίες παραγωγής τροφίμων, νέων ή παραδοσιακών, με την χρησιμοποίηση μικροοργανισμών, κυττάρων ή επιλεγμένων ζυμών, από ζύμωση, κατακρήμνιση ή βιοσύνθεση συστατικών, που επηρεάζουν την ποιότητα και την θρεπτική αξία τού τελικού προϊόντος". Η πλειοψηφία των εφαρμογών της βιοτεχνολογίας στη βιομηχανία είναι διεργασίες ζύμωσης.

3 Τι είναι Βιοτεχνολογία? Η διεπιστημονική* χρήση, βιολογικών συστημάτων για έρευνα και η πρακτική χρήση των παραγόμενων επιτευγμάτων Τι είναι γενετική τεχνολογία? Eίναι περιοχή της Βιοτεχνολογίας: Σχετίζεται με όλες τις τεχνικές και διαδικασίες απομόνωσης, μετατροπής και μεταφοράς του γενετικού υλικού Ορισμός της Βιοτεχνολογίας και της γενετικής τεχνολογίας

4 Βιοτεχνολογία τροφίμων Η ανάπτυξη της βιοτεχνολογίας επέφερε πολλές αλλαγές στη βιομηχανία τροφίμων, οι οποίες διαμορφώνουν νέες δυνατότητες για το μέλλον. Τα επιτεύγματα αφορούν και τους παρακάτω κλάδους. Τρόφιμα: με εφαρμογές στην τυροκομία, στην παραγωγή κρασιού και μπύρας, στην παραγωγή χυμών εσπεριδοειδών, στην παραγωγή βιταμινών αμινοξέων και ενζύμων διατροφικής σημασίας. Υγεία: με εφαρμογές στην παραγωγή νέων εμβολίων, ινσουλίνης μονόκλωνων αντισωμάτων, αντιβιοτικών, βιταμινών και ορμονών.

5 Σύγχρονη διαδικασία: Bιοτεχνολογική σύνθεση. Kλασσική διαδικασία: Χημική σύνθεση. Γλυκόζη K-Aραβονικό Ca-Aραβονικό Ca-Ραβονικό Ριβονιλακτόνη Ριβόζη Ριβιτυλχιλιδίνη Βιταμίνη B 2 Bιομάζα Διαδικασία σύνθεσης βιταμίνης Β 2

6 Ένζυμα στην βιομηχανία

7 Βιοτεχνολογία τροφίμων Η βιοτεχνολογία μπορεί να εφαρμοστεί στην επεξεργασία των τροφίμων, ώστε: Να βελτιώσει την ποιότητα των ζυμούμενων τροφίμων με την χρήση γενετικά τροποποιημένων μικροοργανισμών ως εκκινήτριες μικροβιακές καλλιέργειες (starters) ζύμωσης/επεξεργασίας. Να παράγει μέσω διεργασιών ζύμωσης "φυσικά" πρόσθετα τροφίμων όπως αρωματικές ύλες, γλυκαντικά χαμηλού θερμιδικού περιεχομένου, υποκατάστατα λιπών κ.ά. Να αναπτύξει νέες μεθόδους για τον ταχύ προσδιορισμό παθογόνων μικροοργανισμών, τοξινών ή χημικών υπολειμμάτων στα τρόφιμα.

8 Βιομηχανικές ζυμώσεις Με τον όρο ζύμωση περιγράφεται εκείνη η διεργασία κατά την οποία οι ύλες τροφοδοσίας μετατρέπονται σε επιθυμητά προϊόντα μέσω της δράσης συγκεκριμένων τύπων μικροοργανισμών. Η πιο διαδεδομένη εφαρμογή των βιομηχανικών ζυμώσεων απαντάται στην παραγωγή ψωμιού και προϊόντων αρτοποιίας. Η χρήση ζύμης (μαγιά) στο ζυμάρι στόχο έχει την μετατροπή των σακχάρων σε διοξείδιο του άνθρακα, αιθανόλη, και δευτερογενή προϊόντα με ιδιαίτερο άρωμα, καθώς επίσης και τη δημιουργία υφής του ζυμαριού, ώστε αυτό να μπορεί να συγκρατεί το αέριο διοξείδιο του άνθρακα.

9 Πολυσώματα Mιτοχόνδριο ΕΔ δίκτυο Κυστίδια Πυρήνας Κυτταρικοί πόροι Τελική παραγωγή ΔΕΗ Δίκτυο μεταφοράς Προμήθειες Διεύθυνση Πύλη Το κυτταρικό εργοστάσιο

10 Βιομηχανικές ζυμώσεις Επίσης διαδεδομένη είναι και η παραγωγή μπύρας η οποία παράγεται από τη ζύμωση της βύνης με επιλεγμένα στελέχη ζυμών. Οι βιοτεχνολογικές μέθοδοι χρησιμοποιούνται σήμερα, κατά προτεραιότητα από τη βιομηχανία τροφίμων διότι παρουσιάζουν μια σειρά από πλεονεκτήματα: α. Μεγάλη εξειδίκευση στην παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας. β. Εξοικονόμηση ενέργειας (οι περισσότερες ζυμώσεις γίνονται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος). γ. Περιορισμένος αριθμός παραγωγής δευτερευόντων προϊόντων. δ. Μεγάλες σχετικά αποδόσεις παραγωγής προϊόντος.

11 1 Λίτρο μπύρας παρασκευάζεται από: -1,3 g λυκίσκου -1,3 l νερό -180 g βυνογλεύκος -και 10 Δις κύτταρα ζύμης Κριθάρι και Νερό συσκευασίααποθήκευση Διόγκωση σε νερό βλάστηση Θέρμανση °C, τέλος της βλάστησης άλεση Χυλοποίηση, ανάμειξη με θερμό νερό Διαχωρισμ ός Στερεών και Υγρών Συστατικ ών Προσθ ήκη λυκ ίσκου ζύμωση ζάχαρης σε αλκοόλη Ξαφνική ψύξη Διαχωρισμός καταλοιπων βυνογλεύκους Βρ άσιμο βυνογλε ύκους Κ άθε κύτταρο ζύμης περι έχει 16 χρωμοσ ώματα και ca –8.000 γον ίδια Προσθ ήκη ζύμης Περ ίσσεια θρεπτικ ού υλικού Διαδικασία παραγωγής μπύρας

12 Γενετική Μηχανική Τροφίμων Η γενετική μηχανική χρησιμοποιείται στη δημιουργία γενετικά τροποποιημένων εδώδιμων φυτών με βελτιωμένη ευχυμία (γεύση και άρωμα), διάρκεια συντήρησης και θρεπτική αξία, όπως για παράδειγμα τομάτα που έχει καλύτερη γεύση και ποιότητα. Έχει επίσης χρησιμοποιηθεί για να αλλάξει τη θρεπτική αξία κάποιων φυτών, όπως για παράδειγμα του μπιζελιού και της σόγιας. Η χρήση γενετικά τροποποιημένων οργανισμών ασφαλώς ενέχει και κινδύνους που πρέπει να ληφθούν σοβαρά υπόψη πριν την οποιαδήποτε απελευθέρωση τους στο περιβάλλον.

13 Συνήθης παρέμβαση Γενετικής Μηχανικής

14 Βελτιωμένα συστατικά σε βρώσιμα φυτά χαμηλότερο δυναμικό αλλεργία Βελτίωση των καλλιεργειών για τη βιομηχανική παραγωγή χημικών μειώνοντας τη λιγνίνη στο ξύλο για τη βιομηχανία χαρτιού, την παραγωγή βιοπολυμερών ή ενζύμων Βελτιωμένα συστατικά σε ζωοτροφές διευκολύνει την πέψη, αυξάνουν το ποσοστό των βασικών αμινοξέων Παραγωγή πρωτεΐνων στα φυτά που προορίζονται για ανθρώπινη χρήση „Molecular Pharming“ π.χ. τα ένζυμα για τη διάγνωση, τα εμβόλια, πρωτεΐνες του αίματος, θεραπευτικά αντισώματα Βελτιωμένες ιδιότητες των φυτών για την απομάκρυνση των περιβαλλοντικών ρύπων σε μολυσμένα εδάφη Εφαρμογές της Βιοτεχνολογίας των φυτών

15 Κίνδυνοι Γ.Μ. Τροφίμων Σαν τέτοιους μπορούμε να αναφέρουμε: α) την εμφάνιση νέων ειδών με ανεπιθύμητα χαρακτηριστικά και τη «διαρροή» τους στο περιβάλλον, β) την ανάπτυξη νέων μικροοργανισμών με ανθεκτικότητα σε αντιβιοτικά, γ) την πιθανή διαταραχή της ισορροπίας του οικοσυστήματος εξαιτίας της εμφάνισης αυτών των νέων οργανισμών που μπορεί να ανταγωνίζονται οικολογικά άλλους και δ) τη «διαρροή» γονιδίων προς «άγρια» είδη - συγγενή με τα βιοτεχνολογικά τροποποιημένα και με άγνωστες συνέπειες.

16

17 Γενετική Μηχανική Τροφίμων Συγκεκριμένες προσπάθειες και εξελίξεις στη βιοτεχνολογία τροφίμων περιλαμβάνουν τη μείωση της αλλεργιογόνου δράσης στα τρόφιμα, καθώς επίσης και τη μείωση του επιπέδου μυκοτοξινών. Αυτές είναι ισχυρές τοξίνες, συχνά κατασταλτικές του ανθρώπινου ανοσοποιητικού συστήματος και νεοπλασιογόνες – οι οποίες εναποτίθενται στα σιτηρά και σε άλλα προϊόντα από τους μύκητες κατά τη διάρκεια της εποχής της ανάπτυξης ή κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης των τροφίμων αυτών.

18

19

20 Γενετική Μηχανική Τροφίμων Στο Πανεπιστήμιο Nagoya στην Ιαπωνία, οι ερευνητές κατόρθωσαν να μειώσουν τα επίπεδα της σημαντικότερης αλλεργιογόνου πρωτεΐνης στο ρύζι (γλουτενίνη) από 70 έως 80% με την εισαγωγή ενός αποκαλούμενου αντί-αγγελιαφόρου γονιδίου, που εμποδίζει την παραγωγή της πρωτεΐνης στο φυτό. Άλλοι ερευνητές προσπαθούν επίσης να μειώσουν περισσότερα μόρια που παράγονται από τα φυτά και που μπορούν να είναι «αντιθρεπτικά» ή τοξικά. Plant Cell Physiol. 52(12): 2190–2199 (2011) doi: /pcp/pcr151, Published by Oxford University Press on behalf of Japanese Society of Plant Physiologists.

21 Γενετική Μηχανική Τροφίμων Περαιτέρω εργασία που στρέφεται στη βελτίωση του θρεπτικού περιεχομένου των τροφίμων περιλαμβάνει την τροποποίηση των ιδιοτήτων των ελαίων, των πρωτεϊνών και των υδατανθράκων, καθώς επίσης και την τροποποίηση της περιεκτικότητας σε βιταμίνες και ανόργανα άλατα (παραδείγματος χάριν βιταμίνες C και E και β-καροτίνη στα φρούτα και τα λαχανικά).

22 Το «Χρυσό Ρύζι» Ρύζι πολύ πλούσιο σε β-καροτίνη (προβιταμίνη-Α)

23 Το «Χρυσό Ρύζι» Ρύζι πολύ πλούσιο σε β-καροτίνη (προβιταμίνη-Α) Ye X, Al-Babili S, Klöti A, Zhang J, Lucca P, Beyer P, Potrykus I, (2000). Engineering the provitamin A (beta-carotene) biosynthetic pathway into (carotenoid-free) rice endosperm. Science 287:

24 Γενετικά τροποποιημένη σόγια* με αυξημένη περιεκτικότητα σε ολεϊκό οξύ (18:1) *DuPont Pioneer’s Plenish®

25 Σόγια με αυξημένη περιεκτικότητα σε ωμέγα-3 Οι ερευνητές εξελίσσουν είδη σόγιας τα οποία είναι ακόμα πιο πλούσια σε ωμέγα-3, με μεγαλύτερη βιοδιαθεσιμότητα σε σχέση με το α-LA. Στόχος αυτής της εμπλουτισμένης σόγιας είναι να δημιουργηθεί μια οικονομικά προσιτή, χερσαία ανανεώσιμη πηγή ωμέγα-3 λιπαρών οξέων, η οποία να μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εναλλακτική λύση σε σχέση με τα ψάρια για τη δημιουργία εύγευστων τροφών, πλούσιων σε αυτά τα θρεπτικά συστατικά.

26 J. Dairy Sci Jan; 93(1): 32-7, doi: /jds Hot topic: Enhancing omega-3 fatty acids in milk fat of dairy cows by using stearidonic acid-enriched soybean oil from genetically modified soybeans. Bernal-Santos G, O'Donnell AM, Vicini JL, Hartnell GF, Bauman DE. Abstract: Very long chain n-3 fatty acids such as eicosapentaenoic acid (EPA; 20:5n-3) are important in human cardiac health and the prevention of chronic diseases, but food sources are limited. Stearidonic acid (SDA; 18:4n-3) is an n-3 fatty acid that humans are able to convert to EPA. In utilizing SDA-enhanced soybean oil (SBO) derived from genetically modified soybeans, we examined the potential increase the n-3 fatty acid content of milk fat and determine the efficiency of SDA uptake from the digestive tract and transfer to milk fat.

27 Γενετική Μηχανική Τροφίμων Προτεραιότητες αποτελούν επίσης η αυξημένη αντοχή, η πεπτικότητα και τα τρόφιμα που συμβάλλουν στην πρόληψη ασθενειών. Τα τρόφιμα με τα πρόσθετα οφέλη στην υγεία θα λάβουν περισσότερη προσοχή και προτεραιότητα. Παραδείγματος χάριν, είναι πιθανό να αναπτυχθούν συστατικά ενσωματωμένα σε νέα τρόφιμα, που να μειώνουν τα επίπεδα χοληστερόλης του αίματος.

28 Τομάτες που δεν «μαλακώνουν»

29 Νομοθεσία Η Κοινοτική Οδηγία 219 του 1990, που ρυθμίζει τη χρησιμοποίηση γενετικά τροποποιημένων οργανισμών, σε περιορισμένο χώρο, δηλαδή στο εργοστάσιο, στη φαρμακοβιομηχανία κ.λπ. Η Κοινοτική Οδηγία 220 του 1990 που ρυθμίζει τα της απελευθέρωσης Γενετικά Τροποποιημένων Οργανισμών (ΓΤΟ ή GMO – Genetically Modified Organisms) στο ελεύθερο περιβάλλον και έχει δύο σκέλη. Το ένα ρυθμίζει τις μικρές, σχετικά, δοκιμές ΓΤΟ στο περιβάλλον και το άλλο σκέλος ρυθμίζει την εμπορία τέτοιων προϊόντων.

30 Τα στάδια για την άδεια κυκλοφορίας γενετικά τροποποιημένων φυτών Αυξανόμενος αριθμός παραμέτρων που εξετάζονται Εργαστήριο/Θερμοκήπιο Πειραματικές έρευνες ασφάλειας άδεια χρήσης στον αγρό Ελεύθερο χωράφι Άδεια καλλιέργειας με συνεχή έρευνα βιοασφάλειας Αγροτική καλλιέργεια Άδεια εμπορικής κυκλοφορίας Καλλιέργεια με συνεχή έλεγχο Τέλος στον περιορισμένο χρόνο καλλιέργειας Χρόνος Περιβαλλοντολογικός έλεγχος χρόνια Διαγονιδιακά φυτά: από το εργαστήριο μέχρι την άδεια κυκλοφορίας

31 Νομοθεσία Την τροποποίηση της Οδηγίας 220/90 τον Ιούνιο του 1997, που υποχρεώνει την επισήμανση με ετικέτα όλων των ΓΤΟ. Αυτή είναι μια εξέλιξη στην Ε.Ε. που δεν ισχύει στην Αμερική, και δημιουργεί προβλήματα, γιατί φτάνουν από την Αμερική προϊόντα χωρίς επισήμανση, αφού εκεί δεν προβλέπεται κάτι τέτοιο υποχρεωτικά. Τον Κοινοτικό Κανονισμό 258 του 1997, που αφορά προϊόντα -κυρίως τρόφιμα που φτιάχνονται από γενετικά τροποποιημένους οργανισμούς. Η Οδηγία ονομάζει αυτά τα τρόφιμα "Novel Foods" που στα ελληνικά αποδόθηκε ως "Νεοφανή Τρόφιμα".

32 Σήμανση

33 Νομοθεσία Οι έλεγχοι σχετικά με τα ΓΤ τρόφιμα έχουν εισαχθεί προοδευτικά. Οι τρέχουσες οδηγίες περιλαμβάνουν: Τον κανονισμό (ΕΚ) αριθ. 1829/2003 του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου, της 22ας Σεπτεμβρίου 2003, για τα γενετικώς τροποποιημένα τρόφιμα και ζωοτροφές. Επίσης: Ο Κανονισμός (ΕΚ) αριθ. 1830/2003 του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου, της 22ας Σεπτεμβρίου 2003 σχετικά με την ιχνηλασιμότητα και την επισήμανση γενετικώς τροποποιημένων οργανισμών και την ιχνηλασιμότητα τροφίμων και ζωοτροφών που παράγονται από γενετικώς τροποποιημένους οργανισμούς, όπως και για την τροποποίηση της οδηγίας 2001/18/ΕΚ 24.

34 Σήμανση