Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Приморская государственная сельскохозяйственная академия»
Институт земледелия и природообустройства
| Кафедра технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции |
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по выполнению контрольной работы по дисциплине
«Основы биотехнологии переработки сельскохозяйственной продукции» для студентов заочной формы обучения
по специальности 110305
«Технология производства и переработки
сельскохозяйственной продукции»
Уссурийск, 2009
УДК 631.527: 573.6
Составитель: Н.В.Кияшко, кандидат с.-х. наук, доцент кафедры технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции
Рецензент: Рыженко В.Х. – к.с-х.н., профессор кафедры земледелия и растениеводства
Методические указания по выполнению контрольной работы по дисциплине «Основы биотехнологии переработки сельскохозяйственной продукции» для студентов заочной формы обучения по специальности 110305 «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции» / ФГОУ ВПО ПГСХА; сост. Н.В.Кияшко. – Уссурийск, 2009. – 18 с.
Печатается по решению методического совета ФГОУ ВПО «Приморская государственная сельскохозяйственная академия
Цели и задачи дисциплины
Биотехнология - это новая, сравнительно недавно получившая широкое развитие наука о практическом использовании различных биологических объектов (генов, клеток, тканей, микроорганизмов, растений и животных). С помощью методов биотехнологии получают антибиотики, ферменты, кормовые белки, биоудобрения, безвирусные растения. Биотехнологию применяют при переработке сырья, промышленных и сельскохозяйственных отходов, очистке сточных вод и газовоздушных выбросов и т.д.
Цель дисциплины – формирование необходимых теоретических знаний об использовании биотехнологических процессов в технике и промышленном производстве ферментов, пищевого белка, полисахаридов, гликозидов, аминокислот, пищевых кислот, витаминов и других биологически активных веществ различного функционального назначения; знание основ создания генномодифицированных источников пищи, приобретение практических навыков в организации перерабатывающих производств с применением биотехнологии.
Задачи дисциплины – изучить способы подготовки питательных сред для культивирования ряда биообъектов, являющихся продуцентами биологически активных соединений; освоить методы контроля качества и безопасности биологических продуктов; изучить биотехнологические процессы и способы переработки сельскохозяйственной продукции, биотрансформации вторичных сырьевых ресурсов перерабатывающих предприятий и отходов.
В межсессионный период студент-заочник должен самостоятельно проработать материал учебной литературы и в соответствии с утвержденной программой выполнить контрольную работу, предусмотренную учебным планом
Литература
Основная
1 Иванова, Л.А. Пищевая биотехнология. Кн.2. Переработка растительного сырья / Л.А.Иванова, Л.И.Войно, И.С.Иванова; Под ред. И.М.Грачевой. – М.: КолосС, 2008. – 472с.: ил. − (Учебники и учеб. пособия для студентов высш.учеб.завед.).
2 Неверова, О.А. Пищевая биотехнология продуктов и сырья растительного происхождения [Текст]: Учебник / О.А.Неверова, Г.А.Гореликова, В.М.Позняковский. – Новосибирск: Сиб.унив.изд-во, 2007. – 415 с.: ил. – (Питание).
3 Шевелуха, В.С. Сельскохозяйственная биотехнология: учеб.пособие для студентов вузов / В.С.Шевелуха, Е.А.Калашников, Е.С.Воронин. − 2-е изд., перераб.и доп. - М.: Высш.шк., 2003. – 469с. – (Учебники и учеб. пособия для студентов вузов).
Дополнительная
1 Бирюков, В.В. Основы промышленной биотехнологии. – М.: КолосС, 2004. – 296 с
2 Грачева, И.М. Технология ферментных препаратов: учеб.пособие / И.М.Грачева – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1987. – 335с
3 Рогов, И.А. Пищевая биотехнология: В 4 кн. Кн.1. Основы пищевой биотехнологии: учеб.пособие / И.А.Рогов, Л.В.Антипова, Г.П.Шуваева. – М.: КолосС, 2004. – 440с. – (Учебники и учеб. пособия для студентов высш.учеб.завед.).
4 Щелкунов, С.Н. Генная инженерия: учеб.пособие: В 2ч. Ч. 1. – Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 1994. – 304с.
ВВЕДЕНИЕ
Основной целью биотехнологии является промышленное использование биотехнологических процессов и агентов на основе получения высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и животных с заданными свойствами.
Биотехнология возникла на стыке биологических, химических и технологических наук.
Биотехнологический процесс включает ряд этапов: подготовку объекта, его культивирование, выделение, очистку, модификацию и использование продуктов.
Существуют международные системы GLP (Good Laboratory Practice) и GMP (Good Manufacturing Practice) контроля качества биотехнологических продуктов.
В своем развитии биотехнология прошла несколько этапов, начиная с революционного изменения существа биотехнологических процессов и по настоящее время, в котором она является, наряду с информатикой и микроэлектроэлектроникой, основной движущей силой технического прогресса.
Осознание перспектив биотехнологии привело к изменению приоритетов государственной научно-технической политики всех развитых стран в пользу биологии и биотехнологии.
1 МИКРОБИОТЕХНОЛОГИЯ
1.1 Основные сведения о микроорганизмах
Необходимо ознакомиться с классификацией и номенклатурой микроорганизмов, морфологией и физиологией, а также знать отличия прокариотов и эукариотов, пути обмена веществ у микроорганизмов.
Микроорганизмы имеют свои особенности роста и развития.
1.2 Способы культивирования микроорганизмов
Технология микробных препаратов включает в себя культивирование микроорганизмов – продуцентов ферментов или других веществ.
Биотехнологические процессы могут быть основаны на периодическом или непрерывном культивировании. Современные периодические процессы основаны на принципе дифференцированных режимов культивирования.
В непрерывных процессах биообъект постоянно поддерживается в экспоненциальной фазе роста. Обеспечивается непрерывный приток свежей питательной среды в биореактор и отток из него культуральной жидкости, содержащей клетки и продукты жизнедеятельности. Системы непрерывного культивирования классифицируют.
Глубинный метод культивирования заключается в выращивании микроорганизмов в жидкой питательной среде, поверхностный – на твердой питательной среде.
1.3 Типовая технологическая схема микробиологического
производства
Технологический процесс можно разбить на 3 стадии: 1) получение посевного материала; 2) получение производственной культуры микроорганизма методами поверхностного или глубинного культивирования и 3) получение из готовой производственной культуры продуцента технических или очищенных препаратов.
Начальным этапом биотехнологической разработки является получение чистых культур клеток и тканей.
При промышленном культивировании клеток в биореакторах идет процесс постепенного вытеснения менее приспособленных форм более приспособленными, часто менее продуктивными по отношению к вырабатываемым веществам. Он получил название автоселекции. В связи с этим встает проблема длительного хранения клеток без утраты ценных свойств. Это возможно, если резко затормозить все протекающие в них жизненные процессы. Существуют различные способы хранения микроорганизмов (лиофильное высушивание, криоконсервация и др.)
Значительные трудности представляет поддержание сред, оборудования и воздуха в стерильном состоянии. Это необходимо для исключения попадания в биореакторы посторонних микроорганизмов.
Выделение целевого продукта - завершающая стадия биотехнологического процесса. Продукт может накапливаться в клетке или выделяться в культуральную жидкость. Наиболее сложно выделение продукта, накапливающегося в клетках. Для этого клетку необходимо отделить от культуральной жидкости, разрушить, затем целевой продукт очистить от массы компонентов разрушенных клеток.
1.4 Клеточная, суспензионная и тканевая биотехнологии и
биоинженерия
Клеточная биотехнология базируется на способности клеток к существованию и размножению in vitro, их тотипотентности и регенерации. Необходимо соблюдать определенные условия культивирования изолированных клеток, клеточных суспензий, тканей и протоплатов на искусственных питательных средах in vitro. Растительные экспланты (фрагмент ткани или органа растения), питательные среды и оборудование стерилизуют. Составляют питательные среды согласно технологии.
Каллусная ткань имеет свои особенности. Дедифференцировка является обязательным условием перехода специализированной клетки к делению и образованию каллусной ткани. Фитогормоны индуцируют дедифференцировку и переход клетки к делению. Каллусные клетки, культивируемые in vitro, генетически неоднородны. Структура ядерного и цитоплазматического генома изменяется.
Для получения веществ вторичного синтеза используются суспензионные культуры. Клеточные популяции растений имеют ростовые и биосинтетические характеристики. Эти процессы зависят от способов культивирования клеток в условиях in vitro.