Биотехнология органических веществ и белковых препаратов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
СЕМИПАЛАТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВРСИТЕТ имени ШАКАРИМА
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
ДИСЦИПИНЫ
«Биотехнология органических веществ и белковых препаратов»
для специальности 6М070100-«Биотехнология»
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Семей
2012
Лекция №1
Тема: Введение.
Введение
Биотехнология – междисциплинарная область научно-технического
прогресса, возникшая на стыке биологических, химических и технических
знаний, целью которой является промышленное производство товаров и
услуг с использованием живых организмов, биологических систем и
процессов.
Важной
отраслью
биотехнологии
является
пищевая
биотехнология, которая направлена на решение проблем дефицита продуктов
питания, повышения их качества и разработки новых пищевых продуктов с
использованием биотехнологических методов и приемов.
К традиционным направлениям пищевой биотехнологии относится
получение органических кислот – лимонной, молочной, яблочной, уксусной,
янтарной, которые широко используются в пищевой промышленности в
качестве регуляторов кислотности и консервантов.
Несмотря на значительный прогресс в области органического синтеза
многие кислоты (лимонная, молочная, итаконовая, уксусная и др.) получают
в настоящее время микробиологическим синтезом. Органические кислоты
находят широкое применение в фармацевтической, химической, текстильной
и других отраслях промышленности. Пищевая промышленность
традиционно является основным потребителем лимонной, уксусной и
молочной кислот, так как продукты естественного брожения более
предпочтительны, чем синтетические кислоты в связи с безвредностью для
организма человека содержащихся в них примесей.
К новым направлениям пищевой биотехнологии, относится получение
белковых препаратов, включающих в себя производство ферментов,
белковых продуктов, концентратов и изолятов.
В связи с широким использованием ферментов в различных отраслях
пищевой промышленности важным является формирование у будущих
специалистов теоретических знаний и практических навыков получения,
выделения и очистки ферментных препаратов. На этом курсе будут
рассмотрены особенности поверхностного и глубинного способов получения
ферментных препаратов различной степени очистки. Лабораторные работы
посвящены изучению условий твердофазного культивирования и режимов
выделения на активность ферментных препаратов.
Наиболее дефицитным компонентом пищи является белок, для
получения которого можно использовать процессы биоконверсии
растительного и минерального сырья микроорганизмами.
Лекция №2
Тема:Биотехнология органических кислот
Для получения пищевой уксусной кислоты используется способность
уксуснокислых бактерий окислять этиловый спирт до уксусной кислоты.
Реакцию образования уксусной кислоты катализирует окислительный
фермент алкогольоксидаза. Этот сложный многоступенчатый процесс
выражается суммарным уравнением
СН3СН2ОН + О2 = СН3СООН + Н2О + 490 кДж.
этиловый спирт уксусная кислота
Эскизная схема производства уксусной кислоты представлена на рис.
1.1.
Посевной
материал
Этиловый
спирт
Стерильный
воздух
Ферментация
бентонит
Очистка
культуральной
жидкости
Фильтрование
Биомасса
Бентонит
9 % уксусная кислота
Рис. 1.1. Схема производства уксусной кислоты
1.1. Основные характеристики биотехнологической стадии
производства уксусной кислоты
Параметры стадии
Значения параметров
Продуценты
Компоненты питательной среды
рН питательной среды
Температура культивирования
Режим аэрации
Продолжительность культивирования
Содержание уксусной кислоты в
культуральной жидкости
Bacterium Schutzenbachii,
Bacterium Curvum
Этиловый спирт, хлорид аммония,
сульфат магния, монофосфат калия
3,0…3,2
28 → 25 °С
0,35…0,4 → 0,1…0,15 м3 / м3·мин
7…10 суток
От 6…7 % до 9…14 %
Основные характеристики биотехнологической стадии производства
уксусной кислоты представлены в табл. 1.1.
Молочная кислота CH3CHOHCOOH образуется в результате анаэробного
превращения углеводов молочнокислыми бактериями.
Схема биосинтеза молочной кислоты.
C6H12O6
ферменты гликолиза
2НАД+
2CH3―CHOH―COOH
2НАД·Н(+Н+)
2CH3―CO―COOH
лактатдегидрогеназа
В промышленных условиях пищевую молочную кислоту получают методом
глубинного
культивирования
с
помощью
гомоферментативных
термофильных бактерий.
Эскизная схема производства молочной кислоты представлена на рис. 1.2.
Посевной
материал
Вытяжка
солодовых ростков
Питательная
среда
Размножение чистой культуры
Молочнокислое брожение (49…50 °С)
Известковое
молоко
Обработка сброженного раствора
гашеной известью (80…90 °С)гашеной
известью (80…90 °С)
Фильтрация
Серная кислота
Желтая
кровяная соль
Кристаллизация лактата кальция
Расщепление лактата кальция
серной кислотой
Фильтрат
Очистка молочной кислоты
Активный уголь
Гипсовый шлам
Фильтрация
Шлам
Пар
Конденсат
Первое упаривание раствора
до 50 %-ной концентрации
Пар
Фильтрация
Гипсовый шлам
Второе упаривание раствора
до 80 %-ной концентрации
Фильтрация
Конденсат
Розлив
Лекция №3
Тема: Основные характеристики биотехнологической стадии производства
уксусной кислоты
Лекция №4
Тема: Схема производства молочной кислоты. Основные характеристики
биотехнологической стадии производства молочной кислоты
Лекция №5
Тема: Основные характеристики биотехнологической стадии производства
лимонной кислоты
Лекция №6
Тема: Биотехнология белковых препаратов. Классификация ферментов.
Лекция №7
Тема: Поверхностный способ производства ферментов
Лекция №8
Тема: Глубинный способ производства ферментов
Введение
Биотехнология – междисциплинарная область научно-технического
прогресса, возникшая на стыке биологических,
химических и технических знаний, целью которой является промышленное
производство товаров и услуг с использованием
живых организмов, биологических систем и процессов. Важной отраслью
биотехнологии является пищевая биотехнология,
которая направлена на решение проблем дефицита продуктов питания,
повышения их качества и разработки новых пищевых
продуктов с использованием биотехнологических методов и приемов.
В учебном пособии представлен ряд традиционных и новых направлений
пищевой биотехнологии