Министерство образования Российской Федерации
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности
Кафедра технологии жиров, биохимии и микробиологии
ОСНОВЫ БИОТЕХНОЛОГИИ
Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальностей 270900 - “Технология мяса и мясных продуктов” и 271100 - “Технология молока и молочных продуктов” дневной и заочной форм обучения
Кемерово 2004
Составители:
ст. преп. Кригер О.В.
доц. Габинская О.С.
Рассмотрены на заседании кафедры,
Протокол № 9 от 20 июня 2004 г.
Рекомендованы к печати методической комиссией технологического факультета, протокол № 13 от 24 июня 2004 г.
Приведена принципиальная схема биотехнологического производства, рассмотрены способы получения лимонной кислоты, белковых препаратов, представлены вопросы для самопроверки и список рекомендуемой литературы для каждой темы.
Ó Кемеровский технологический институт
пищевой промышленности, 2004
Введение
Развитие биотехнологии обусловлено не только прогрессом наук, но и социально-экономическими потребностями общества. Такие актуальные проблемы как дефицит чистой воды, пищевых веществ, загрязнение окружающей среды, недостаток сырьевых и энергетических ресурсов не могут быть решены традиционными методами, и поэтому возникает необходимость в разработке и широком внедрении принципиально новых технологий.
Перспективность внедрения биотехнологических процессов в производство обусловлена их компактностью, крупномасштабностью, высоким уровнем автоматизации и высокой производительностью труда.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
- знать – задачи биотехнологии; основные термины биотехнологии; типовую схему биотехнологических производств; способы культивирования продуцентов; применение микроорганизмов-продуцентов для получения белковых препаратов, пищевых кислот, аминокислот, витаминов, ферментных препаратов с целью использования в перерабатывающей промышленности; использование биотехнологии в охране окружающей среды.
- Уметь – пользоваться основной, дополнительной и справочной литературой по вопросам биотехнологии, терминами биотехнологии; получать посевной материал из чистых культур микроорганизмов; составлять типовую схему биотехнологического производства; осуществлять анализ продуктов биотехнологического производства.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
Тема: Типовая схема биотехнологического производства.
Цель работы: Ознакомиться с основными стадиями биотехнологического производства. Изучить основные направления развития биотехнологии.
Краткие теоретические положения
Биотехнология - это наука, разрабатывающая способы производства практически важных веществ и продуктов питания с использованием живых организмов и методы конструирования новых организмов с заданными свойствами. Биотехнология – междисциплинарная область, возникшая на стыке биологических, химических и технических наук.
Современная биотехнология использует достижения наук биологического цикла, так как базируется на глубоком знании характеристик микроорганизмов, их строении, физиологии, биохимии, генетике, взаимоотношениях в ассоциациях.
На развитие биотехнологии непосредственно влияют химия, физика, математика, механика, которые связаны с кинетикой процессов, влиянием на процессы различных внешних факторов, массо- и энергопереносом. Успехи машиностроения, электроники, автоматики позволили создать новую аппаратуру и автоматизировать биотехнологические процессы.
Связь с экономическими науками обусловлена постоянной конкуренцией с альтернативными технологиями (химической, сельскохозяйственной).
Основные направления в биотехнологии:
1. Создание новых биологически активных веществ и лекарственных препаратов для медицины.
Антибиотики – специфические продукты жизнедеятельности, обладающие высокой физиологической активностью по отношению к определенным группам микроорганизмов и к злокачественным опухолям, избирательно задерживающие их рост или полностью подавляющие развитие. Всего известно около 5000 антибиотиков, но не все из них допущены для применения в медицине. Это связано с токсичностью существующих антибиотиков, аллергическими реакциями, вызываемыми ими, нарастанием устойчивости патогенных микроорганизмов к применяемым препаратам и др. Поэтому происходит поиск новых антибиотиков по средствам испытания новых продуцентов, химической модификации, клеточной и генетической инженерии.
Гормоны. Биотехнология предоставляет медицине новые пути получения ценных гормональных препаратов. Раньше гормоны получали из органов и тканей животных и человека. Требовалось много материала для получения небольшого количества продукта. В настоящее время с применением генноинженерных штаммов получают гормон роста (соматотропин), инсулин (регулирует уровень глюкозы в крови), кортизон (гормон надпочечников) и другие гормоны. Это позволяет снизить стоимость препаратов и получать их в больших количествах.
Интерфероны – выделяются клетками человека и животных в ответ на инфицирование вирусами. Они обладают антивирусной активностью. До введения методов генной инженерии интерфероны получали из донорской крови – до 1 мкг неочищенного интерферона из 1 л крови, т.е. примерно одну дозу для инъекции. В настоящее время интерфероны успешно получают с применением генноинженерных штаммов Escherichia coli, дрожжей, культивируемых клеток насекомых и млекопитающих. Интерфероны используются для лечения болезней, вызываемых вирусами герпеса, гепатитов и др.
Рекомбинантные вакцины и вакцины-антигены. Вакцинация – один из основных способов борьбы с инфекционными заболеваниями. Путем всеобщей вакцинации ликвидирована натуральная оспа, ограничено распространение бешенства, полиомиелита, желтой лихорадки. Большое экономическое значение имеет разработка вакцин против болезней сельскохозяйственных животных (нпр, ящура). Традиционные вакцинные препараты изготовляют на основе ослабленных или инактивированных возбудителей болезней. Современные биотехнологические разработки предусматривают создание рекомбинантных вакцин и вакцин-антигенов. Вакцины обоих типов основаны на генноинженерном подходе.
Ферменты медицинского назначения. Многообразно применение ферментных препаратов в медицине. Их используют для растворения тромбов, лечения наследственных заболеваний, освобождения организма от токсических веществ и др.
2.Создание микробиологических средств защиты растений от болезней и вредителей, бактериальных удобрений, новых высокопродуктивных сортов и гибридов сельскохозяйственных растений.
Биотехнологические пути защиты растений от болезней и вредителей включают:
- выведение сортов растений, устойчивых к неблагоприятным факторам;
- химические средства борьбы с сорняками, грызунами, насекомыми, фитопатогенными грибами, бактериями, вирусами;
- биологические средства борьбы с вредителями, использование их естественных врагов и паразитов, а также токсических продуктов, образуемых живыми организмами.
Наряду с защитой растений ставится задача повышения продуктивности сельскохозяйственных культур, их пищевой (кормовой) ценности, создания сортов растений, растущих на засоленных почвах, в засушливых и заболоченных районах.
3.Создание ценных кормовых добавок для повышения продуктивности животноводства.
Для повышения продуктивности животных нужен полноценный корм. Биотехнологическая промышленность выпускает кормовой белок на базе различных микроорганизмов – бактерий, грибов, дрожжей, водорослей. Богатая белками биомасса микроорганизмов с высокой эффективностью усваивается сельскохозяйственными животными.
Большое значение для животноводства имеет обогащение растительных кормов микробным белком. Для этого широко используются твердофазные процессы.
4.Создание новых технологий получения хозяйственно ценных продуктов для использования в пищевых и других отраслях промышленности.
Аминокислоты (цистеин, метионин, лизин, глутамат) – повышение питательной ценности пищи, усиление аромата мясных, рыбных, грибных изделий.
Олигопептиды (аспартам, тауматин, монеллин) – низкокалорийные, очень сладкие вещества.
Ферменты:
· b-Галактозидаза - производство безлактозного молока, освобождение молочной сыворотки от лактозы, приготовление мороженого;