Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

 

Повышение оригинальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.

Работа № 124571

Обходим антиплагиат


Наименование:


Ответы на вопросы к экзамену(зачету) по предмету Биотехнология

Информация:

Тип работы: Ответы. Добавлен: 09.02.2021. Год: 2017. Страниц: 29. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


1.
Предмет и задачи биотехнологии. Направления биотехнологии. История развития биотехнологии.
Предмет Биотехнологии - является использование живых систем и их компонентов для создания и производства новых продуктов, повышающих качество жизни и улучшающих сост. окр. среды.
К первоочередным задачам современной биотехнологии относятся -
•создание и широкое освоение: новых биологически активных веществ и лекарственных препаратов для медицины (интерферонов, инсулина, гормонов роста, антител);
•микробиологических средств защиты растений от болезней и вредите
лей, бактериальных удобрений и регуляторов роста растений, новых высокопродуктивных и устойчивых к неблагоприятным факторам внешней среды гибридов сельскохозяйственных растений, полученных методами генетической и клеточной инженерии;
•ценных кормовых добавок и биологически активных веществ (кормового белка, аминокислот, ферментов, витаминов, кормовых антибиотиков) для повышения продуктивности животноводства;
•новых технологий получения хозяйственно-ценных продуктов для использования в пищевой, химической, микробиологической и других отраслях промышленности;
•технологий глубокой и эффективной переработки сельскохозяйственных, промышленных и бытовых отходов, использования сточных вод и газовоздушных выбросов для получения биогаза и высококачественных удобрений.
Одним из основных направлений в биотехнологии является генная инженерия, сосредоточенное на создании генетически модифицированных организмов с теми или иными полезными для человека признаками, такими как, высокая устойчивость к неблагоприятным условиям среды, повышенная продуктивность или способность к интенсивному синтезу целевых биологических активных веществ.
История возникновения и развития биотехнологии включает три этапа.
1 этап - зарождение биотехнологии с древних времен до конца XVIII в. Археологические раскопки показывают, что ряд биотехнологических процессов зародились в древности. В основе пивоварения и виноделия лежит деятельность дрожжевых грибков, сыроделия - молочнокислых бактерий, сычужного фермента. Получение льняного волокна происходит с разрушением пектиновых веществ микроскопическими грибами и бактериями. Иными словами, зарождение биотехнологии тесно связано с сельским хозяйством, переработкой растениеводческой и животноводческой продукции.
2 этап (XIX - первая половина XX в.) - становление биотехнологии как
науки. Этот этап связан с началом бурного развития биологических наук: генетики, микробиологии, вирусологии, цитологии, физиологии, эмбриологии. Антибиотики нашли широкое применение не только в медицине, но и в сельском хозяйстве для лечения животных и растений, в качестве биодобавок в корма. Были созданы высокоэффективные формы с помощью мутаций. Возникли предприятия, на которых с помощью мик-роорганизмов производились аминокислоты, витамины, органические кислоты, ферменты. В конце 60-х годов получила развитие технология иммобилизованных ферментов.
3 этап (с середины 70-х годов XX века) - ознаменовался развитием биотехнологии в различных направлениях с помощью методов генной и клеточной инженерии. Формальной датой рождения современной биотехнологии считается 1972г., когда была создана первая рекомбинативная (гибридная) ДНК, путем встраивания в нее чужеродных генов.

2.
Питательные среды и методы стерилизации. Оптимизация состава питательных сред. (в тексте, которые скинул он)
В состав питательной среды обязательно входят 5 основных элементов ( С, Н2, О2, N) и зольные элементы, микроэлементы, количество воды не менее 60%. По составу питательные среды подразделяются на 2 группы: естественные и искусственные
Естественными называются среды, которые состоят из натуральных пищевых продуктов (молоко, яйца, мясо). Большинство из них применяют в виде экстратов или настоев.
Примерами служат мясопептонный бульон, почвенная вытяжка, картофельная среда.
Искусственные среды (синтетические среды) - это среды, в состав которых входят только определенные, химически чистые соединения, взятые в точно указанных концентрациях.
К ним можно отнести: гидролизат козеина, дрожжевой автолизат, кукурузный экстракт.
По назначению различают элективные и дифференциально-диагностические среды.
Элективные среды обеспечивают развитие одного вида или группы микроорганизмов и непригодны для развития других. Элективные среды применяют для выделения микроорганизмов из мест их естественного местообитания или для получения накопительных культур.
Дифференциально-диагностические (индикаторные) среды позволяют достаточно быстро отличить одни виды микроорганизмов от других. Состав этих сред подбирают с таким расчетом, чтобы позволить четко выявить наиболее характерные свойства определенного вида.
Индикаторные среды применяются в клинической бактериологии, при генетических исследованиях.
По физическому состоянию различают: жидкие, плотные, сыпучие среды.
Жидкие среды широко применяют для выяснения физиолого-биохимических особенностей микроорганизмов, для накопления биомассы.
Плотные среды используют для выделения чистых культур (получение изолированных колоний) для хранения культур, количественного учета микроорганизмов.
Сыпучие среды применяют в промышленной микробиологии. К ним относятся: отруби, кварцевый песок, разваренное пшено.
Для уплотнения сред применяют агар-агар, желатину и кремнекислый гель.
Стерилизация - полное обеспложивание объектов, при котором уничтожаются все формы микроорганизмов (вегетативные и споры). Для стерилизации применяют физические и химические методы. Выбор метода определяется видом стерилизующего материала, который после стерилизации должен сохранять свои основные свойства (форму, эластичность, активность и др.). Физические методы - действие высокой температуры, ионизирующего излучения, фильтрование через коллоидные фильтры.
Фильтрование - Этот метод применяют на химико-фармацевтических заводах при изготовлении вакцин, иммунных сывороток, растворов антибиотиков, бактериофагов.
Газовая стерилизация. Используют окись этилена или смесь окиси этилена с бромистым ме-тилом, экспозиция 6-24 часа. Стерилизуют оптику, радиоэлектронное оборудование. В некоторых случаях используют совместное воздействие физических и химических факторов.
Дезинфекция- комплекс мероприятий, направленных на уничтожение в объектахконкретных патогенных микробов. После дезинфекции могут сохраняться непатогенные микробы. В медицине применяют физические и химические методы дезинфекции.
1. Физические методы: 1) механические (вытряхивание, проветривание, влажная уборка, стирка с мылом); 2) действие высокой температуры (прокаливание утюгом, кипячение, пастеризация); 3) УФО (облучение бактерицидными лампами).
2. Химические методы - применяют в различных концентрациях следующие дезинфицирую-щие вещества: I) хлорсодержащие препараты (хлорная известь, хлорамин Б, гипохлорит кальция, хлоргексидин и др.); 2) окислители (перекись водорода, перманганат калия); 3) фенолы (карболовая кислота, лизол); 4) йод и йодофоры (йод + ПАВ); 5) соли тяжёлых металлов (сулема, диоцид, мертиолят); ПАВ (сульфанол); 7) четвертичные аммонийные соединения (роккал); 8) 70% этанол; 9) формалин; 10) красители (бриллиантовый, зеленый);II) кислоты (салициловая, борная и др.). Асептика и антисептика.

3.
Суспензионные культуры. Методы выращивания суспензионных культур: хемостат, турбидистат, их особенности и прееимущества.
Культуру клеток растений, выращиваемую в жидкой среде, называют суспензионной культурой. Для поддержания клеток во взвешенном состоянии при глубинном культивировании их перемешивают разными аппаратами. Аэрация клеток обеспечивается либо путем непрерывного вращения или качания среды, либо путем продувания жидкой среды стерильным воздухом. В отдельных экспериментах инкубируемые клетки не бывают погружены в питательную среду постоянно, а попеременно контактируют с жидкой средой и воздухом. В этом случае газообмен существенно улучшается. Состав питательной среды, в принципе, тот же, что и при поверхностном культивировании клеток.
Клетки в суспензии имеют ряд преимуществ по сравнению с клетками, выращиваемыми статистическим способом на агаризованной поверхности: клетки популяции находятся в однородных условиях питания, аэрации и удаления токсических метаболитов клеточного окружения: у них легче проследить влияние на рост и метаболизм различных экзогенных факторов: они удобнее для биохимических и молекулярно-биологических исследований: на них реальнее возможность получения стабильной клеточной популяции.
В хемостатном режиме непрерывное культивирование идет под воздействием лимитирующего рост фактора. Хемостатная культура представляет собой перемешиваемую суспензию, в которую с постоянной скоростью поддается свежая среда с заданной концентрацией какого-то лимитирующего рост компонента и с такой же скоростью отбирается часть культуры. Общий объем суспензии остается постоянным. При выращивании клеточных суспензий в хемостатном режиме скорость размножения клеток регулируется концентрацией лимитирующего фактора. Скорость роста и плотность клеточной популяции проходят в соответствии с заданной скоростью поступления среды (скорость разбавления), т.е. подачей лимитирующего фактора и других компонентов среды. Это приводит популяцию в стационарное состояние, для которого характерны выравненность физиологического состояния, постоянства концентрации лимитирующего фактора и других компонентов среды.
Принцип турбидостата предусматривает непрерывное культивирование без внешнего лимитирования, рост клеток популяции поддерживается на определенном уровне регулированием оптической плотности культуры. Для этого подходят суспензии с низкой плотностью клеток и высокой удельной скоростью роста, т.е. популяции в начальные фазы роста. Турбидостат представляет собой хемостат, дополненный фотоэлектрическим элементом, чувствительным к мутности культуры. Рост клеточной популяции поддерживается на заданном уровне автоматически с помощью фотометрической регуляции подачи среды.
Хемостатный и турбидостатный режимы применяют с целью стабилизации клеточной популяции в определенном состоянии роста и поддержания его неограниченное время. Эти приемы культивирования очень ценны для изучения регуляции роста и метаболизма клеток в строго стандартных условиях под влиянием различных лимитирующих и ингибирующих факторов. Однако, таких работ очень мало, что связано с новизной метода и техническими трудностями. Препятствием к культивированию клеток высших растений в проточном режиме является их высокая чувствительность к повреждениям, агрегированность, длительное время генерации.


4.
Каллусная культура. Особенности роста каллуса. Применение каллусной культуры в промышленности.
Каллусная культура– это неорганизованная пролиферирующая ткань, состоящая из дедифференцированных клеток, которые в дальнейшем специализируются как каллусные, т.е. становятся особым образом дифференцированными. Каллус («мозоль»)может образовываться как на изолированных кусочках ткани (эксплантах) in vitro, так и на растениях при поранении.
Каллусная ткань – основной тип ткани, получаемой при культивировании в условияхinvitroизолированных клеток и тканей растений. Каллусная ткань представляет собой аморфную массу тонкостенных паренхимных клеток, не имеющих определенной анатомической структуры. В зависимости от происхождения и условий выращивания она может быть разной консистенции:
• рыхлой, состоящей из сильно оводненных клеток, легко распадающейся на отдельные мелкие агрегаты;
• средней плотности, с хорошо выраженными меристематическими очагами;
• плотной, в которой дифференцируются элементы камбия и проводящей системы.
Каллусная ткань в условиях invitroв основном бывает белого или желтоватого, реже зеленоватого цвета. Очень редко она может иметь интенсивную зеленую окраску. Темно-коричневая окраска возникает чаще при старении каллусных клеток и связана с накоплением в них фенолов.
Каллусная клетка имеет свой цикл развития и повторяет развитие любой клетки (деление, растяжение, дифференцировка, старение, отмирание). Для того чтобы не происходило старение и отмирание каллусных клеток, через каждые 4-6 недель на свежую питательную среду переносят первичный каллус, возникший на эксплантах– фрагментах ткани или органа, которые были выделены и помещены на питательную среду. Эту операцию называютпассивированием. При регулярном пассивировании способность к делению может поддерживаться в течении десятков лет.
Дифференцировка клеток
Дифференцировка клеток — процесс реализации генетически обусловленной программы формирования специализированного фенотипа клеток, отражающего их способность к тем или иным профильным функциям.
Растяжение клеток — это второй процесс клеточной деятельности, важный для возникновения формы органа и габитуса всего растения.


5.
Эмбриогинез in vitrto. Способы образования эмбриогинезов.
Неорганизованно растущие каллусные клетки, характеризующиеся монотонным размножением и ростом, благодаря процессам вторичной дифференцировки могут образовывать ткани (гистогенез), органы (органогенез), зародышеподобные структуры – эмбриоиды (эмбриоидогенез, или соматический эмбриогенез).
Способы образования эмбриоидов in vitro
Процесс, в котором каллусная клетка имитирует зиготу и дает начало биполярной эмбриоидной структуре, носит название соматического эмбриогенеза, или эмбриоидогенеза. Первыми наблюдали эмбриоидогенез в суспензионной культуре моркови Стюард и Рейнерт в 1958 г. После них это явление было обнаружено у многих видов растений, как в соматических, так и в репродуктивных тканях, однако причины, вызывающие его, пока неясны. Эмбриоидогенез может осуществляться разными путями. Т.Б. Батыгина с коллегами на основе литературных и собственных данных обобщили способы образования эмбриоидов in vitro в виде следующей схемы (рис. 6) . В основе этих способов лежат два пути: образование эмбриоидов непосредственно из одиночной изолированной клетки (1 способ) и из эмбрионального клеточного комплекса (2,3,4 способы). Эмбриональный клеточный комплекс (ЭКК) - это комплекс разнородных клеток, который возникает путем деления одной или нескольких изолированных клеток и в дальнейшем может инициировать эмбриоиды.
1. Из одиночной изолированной клетки – прямо и организованно
2. Из одиноч-ной изолированной клетки через ЭКК и преобразование его в эмбриоид
3. Из одной клетки ЭКК – прямо и организованно
4. Из группы клеток ЭКК

6.
Этапы работы по созданию клеточной биотехнологии. Факторы накопления вторичных метаболитов в культурах клеток.
Экономически обоснованный выбор объекта. Растения, выбранные для введения в культуру, должны содержать значительное количество ценных, экономически важных вторичных соединений. Особенно это относится к редким и исчезающим видам растений. Первичное введение тканей в культуру. Для этих целей отбираются отдельные растения, обладающие наибольшим содержанием искомого вещества. Обычно вначале получают каллусы на твердой среде. Химическое изучение биомассы по количественному и качественному составу вторичных метаболитов. Пролиферирующие каллусные клетки растений за редким исключением содержат вторичных соединений меньше, чем органы целого растения. Это говорит о том, что в интактном растении синтез вторичных веществ находится под контролем цитодифференцировки. Подавление дифференциации клеток в культуре ведет к снижению их биосинтетического потенциала в отношении вторичных соединений. Неполная реализация генетических возможностей клетки может быть связана и с другими причинами, например с нарушениями автотрофности питания при переходе к гетеротрофному типу питания. Кроме того, под воздействием различных факторов может изменяться качественный состав продуктов. У некоторых растений переход к биосинтезу веществ вторичного метаболизма наступает при замедлении роста, для них применяют двухступенчатые режимы культивирования: вначале создают условия для интенсивного роста клеточной массы, а затем – для биосинтеза веществ. Для эффективного химического контроля за биомассой нужны экспресс-методы оценки веществ.
Следует подчеркнуть, что определение очень низких концентраций метаболитов в медленно растущих клетках представляет большую трудность. Поэтому в качестве экспресс-методов оценки каллусных культур в последнее время применяют радиоиммунохимический и иммуноферментный метод. Последний имеет преимущества благодаря более высокой скорости проведения анализов и возможности их автоматизации.

7.
Клональное микроразмножение растений. Преимущества метода. Этапы размножения, факторы влияющие на процесс.
В природе существует два способа размножения растений: половой (семенной) и вегетативный. Эти способы имеют свои преимущества и недостатки. К недостаткам семенного размножения следует отнести генетическую пестроту получаемого посадочного материала и длительность ювенильного периода. При вегетативном размножении сохраняется генотип материнского растения и сокращается продолжительность ювенильного периода. Однако для большинства видов (в первую очередь для древесных пород) проблема вегетативного размножения остается до конца не решенной. Это обусловлено следующими причинами: 1) не все породы, даже на ювенильной стадии, могут размножаться вегетативным способом с требуемой эффективностью (дуб, сосна, ель, орехоплодные и др.); 2) практически невозможно с помощью черенкования размножать многие виды древесных пород в возрасте старше 10-15 лет; 3) не всегда удается получать стандартный посадочный материал (существует возможность накопления и передачи инфекции); 4) операции при размножении взрослых (древесных) растений с помощью прививок отличаются трудоемкостью и сложностью; 5) разработанные технологии не эффективны для получения достаточного количества генетически однородного материала в течение года.
Этапы и методы. Процесс клонального микроразмножения можно разделить на четыре этапа: 1 - выбор растения-донора (донор - растение, часть которого вводится в культуру), изолирование эксплантов (эксплант - ткань, взятая из своего оригинального места и перенесенная в искусственную среду для роста и поддержания жизнедеятельности) и получение хорошо растущей стерильной культуры; 2 - собственно микроразмножение, когда достигается получение максимального количества мериклонов (микропобегов); 3 - укоренение размноженных побегов с последующей адаптацией их к почвенным условиям, а при необходимости депонирование растений-регенерантов при пониженной температуре (2-10 С); 4 - выращивание растений в условиях теплицы и подготовка их к реализации или посадкевполе.
Первый метод, используемый при клональном микроразмножении растений, - это активация развития уже существующих в растении меристем, основывающийся на снятии апикального доминирования. Это может быть достигнуто двумя путями:
удалениеверхушечноймеристемыстебля. Добавление в питательную среду веществ цитокининового типа действия, индуцирующих развитие многочисленных пазушных побегов.
Второй метод - это индукция возникновения адвентивных почек непосредственно на тканях экспланта. (Адвентивный - добавочный побег. Развитие растений из необычных точек происхождения, например, почечные или корневые ткани, возникающие из каллуса, или зародыши, развивающиеся из других источников, а не из зигот.
Третий метод, практикуемый при клональном микроразмножении, основывается на дифференциации из соматических клеток зародышеподобных структур, которые по своему внешнему виду напоминают зиготические зародыши. Этот метод получил название соматическийэмбриогенез.
Четвертый метод клонального микроразмножения - дифференциация адвентивных почек в первичной и пересадочной каллусной ткани. Каллус - неорганизованная, пролиферирующая масса дифференцированных растительных клеток. Дедифференциация - переход специализированных, неделящихся клеток к пролиферации. Практически он мало используется в целях получения посадочного материала in vitro.

Факторы:генетическиеифизиологичекие (сортовая и родовая специфика, физиологический возраст и время изоляции экспланта)
гормональный (цитокинин-ауксин)
физические (консистенция среды, кислотность среды, температрура)
8.
Оздоровление растений. Методика и примеры применения.
Многие полезные растения настолько инфицированы вирусными, бактериальными и грибными болезнями, что это приводит ежегодно к резкому снижению урожая и ухудшению качества продукции. Клональное микроразмножение растений, осуществляемое стерильными эксплантами в асептических условиях, приводит к оздоровлению от бактериальных и грибных патогенов, однако от вирусной инфекции поверхностной стерилизацией материала освободиться нельзя.
Бороться с вирусными болезнями привычными химическими методами невозможно, так как жизнедеятельность вирусов тесно связана с метаболизмом клетки-растения-хозяина. Фитопатогенные вирусы, которых сейчас описано более 600, не опасны для человека, но, поражая все культурные растения, они наносят большой ущерб сельскому хозяйству. Например, потери урожая от вирусных заболеваний картофеля составляет 25-88 %, у винограда – до 60 %, у вишни – до 35-96 %, у сливы – 5-95%, у яблони – 66%. Причем продуктивность и качество урожая могут снижаться и без внешних симптомов заболевания, что в конце концов приводит к вырождению сорта. Так, ценный сорт картофеля Бель-де-Фонтенэ во Франции практически исчез в результате заражения вирусом и был возрожден из здоровой меристемы, выделенной из зараженного растения и культивируемой in vitro.
Основной путь борьбы с вирусными болезнями – получение здорового посадочного материала. В последнее время для получения безвирусных растений картофеля и многих других вегетативно размножаемых культур успешно применяется метод культуры апикальных меристем в сочетании с термообработкой, хемотерапией и тестированием на наличие вирусов.
Метод культуры апикальных меристем принципиально отличается от традиционных методов очистки растений от вирусов, потому что при культивировании здоровых растений-регенерантов в стерильных условиях исключается опасность повторной инфекции. Основанием для использования апексов с целью получения здоровых растений послужили эксперименты П.Лимассе и П.Корнуе. Они в 1949 году установили, что концентрация вирусов табачной мозаики в листьях табака снижалась по мере приближения к верхушке. У половины верхушек побегов, или апикальных меристем, вирус не был обнаружен. Применение метода апикальной меристемы на практике для оздоровления вегетативно размножаемых культур от вирусных болезней началось благодаря работам Г.Мореля и К.Мартина в 1952 году. Они использовали этом метод для оздоровления георгина от вируса мозаики.
При тепловой обработке размножение вирусов в развивающейся верхушке побегов так сильно тормозится, что при дифференциации меристемы возможно появление клеток, свободных от вирусов. Для успеха тепловой обработки необходимо выдерживать донорные растения при высокой температуре (34-40 оС) в оптимальном для роста состоянии как можно дольше, чтобы получить прирост, свободный от вирусов. Однако не все растения выдерживают длительную тепловую обработку, что приводит к отставанию в росте и другим нарушениям у меристемных растений. У полевых и плодоовощных культур оздоровление проводится при комплексном применении термообработки, культуры меристемы и отбора на основе вирусных тестов.
В основе метода растений-индикаторов лежит способность растений отдельных видов отвечать специфической реакцией при нанесении на них сока из тканей больного растения. Это трудоемкий и длительный метод. Требуются специальные растения, условия и площади для их выращивания. В основе метода растений-индикаторов лежит способность растений отдельных видов отвечать специфической реакцией при нанесении на них сока из тканей больного растения. Это трудоемкий и длительный метод. Требуются специальные растения, условия и площади для их выращивания. Наиболее чувствительным методом тестирования является метод иммуноферментного анализа в различных вариантах. Помимо высокой чувствительности и быстроты анализа, преимуществом метода является то, что для индикации требуется минимальное количество растительного материала из любых органов растений.
9.
Гаплоидные технологии. Получение гаплоидных культур. Андрогинез и гиногинез: условия проявления и факторы культивирования.
Основным преимуществом гаплоидной технологии является быстрое получение гомозиготных линий. Такие линии происходят либо из отцовского, либо из материнского геномов репродуктивных клеток, имеют максимальную гомозиготность в отличии от соматических клеток, для которых характерна гетерозиготность. Значение гаплоидной технологии было сразу оценено селекционерами из-за значительного сокращения времени для создания гомозиготных линий и получения быстрой информации о ценности тех или иных комбинаций в ранних поколениях.
Гаплоидные растения при культивировании пыльников получены более чем у 70 видов, в том числе у пшеницы, ячменя, риса, кукурузы . Возникновение гаплоидных растений из каллусов, которые образуются в результате дедифференциации микроспор, называется косвенным андрогенезом. Не все растения, регенерировавшие из каллусов, являются гаплоидными, поэтому для массового получения гаплоидов необходимо индуцировать пыльцевой эмбриогенез.
В клетках культивируемых пыльников могут идти следующие процессы: 1) эмбриоидогене; 2) дедифференциация и каллусогенез; 3) возникают структуры шаровидной формы: из которых не регенерируют растения; 4) продолжение микроспорогенеза и гаметогенеза; 5) деградация микроспор. Растения-регенеранты: в том числе гаплоидные появляются благодаря двум первым процессам.
Гиногенез — своеобразная форма размножения, при которой ядро сперматозоида не сливается с ядром яйцеклетки; последующее развитие обусловлено наследственной информацией лишь материнского организма. Гиногенез встречается у некоторых видов рыб, например у серебристого карася. Яйца этой рыбы лишь активизируются сперматозоидами, а слияния ядер после оплодотворения не происходит. При отсутствии самцов своего вида яйца серебристого карася активируются сперматозоидами других видов рыб. При гиногенезе у рыб потомство состоит Андрогене?з — развитие яйцеклетки с мужским ядром, внесённым в неё спермием в процессе оплодотворения. Андрогенез — особый случай девственного развития, или партеногенеза; иногда его называют «мужской партеногенез».из одних самок.

10.
Микробиотехнологии. Выбор объекта, выделение накопительной культуры. Селекция и генная инженерия микроорганизмов.
В биотехнологии и микробиологии часто пользуются терминами «вид», «штамм», «клон», «чистая культура». Поэтому необходимо дать их характеристику.
Вид – основная таксономическая (классификационная) единица, представляет собой совокупность особей одного генотипа, обладающих хорошо выраженным фенотипическим сходством. Вид подразделяют на подвиды, или варианты.
Штамм – более узкое понятие, чем вид. Это культуры микроорганизмов одного и того же вида, выделенные из различных природных сред (почв, водоемов, организмов) или из одной и той же среды, но в разное время. Разные штаммы одного вида микроорганизмов могут различаться по некоторым признакам, например, чувствительности к антибиотикам, способности синтезировать некоторые продукты метаболизма и т.д., но эти различия выражены в меньшей степени, чем видовые.
Клон (в микробиологии = колония)– совокупность потомков, выращенных из единственной микробной клетки.
Чистая культура – совокупность (популяция) микроорганизмов, состоящая из особей одного вида.
Генетика — наука о закономерностях наследственности и изменчивости. Идеи и методы генетики играют важную роль в медицине, сельском хозяйстве, микробиологической промышленности, а также в генетической инженерии.
Селе?кция — наука о создании новых и улучшении существующих пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов. Первоначально в основе селекции лежал искусственный отбор, когда человек отбирает растения или животных с интересующими его признаками.
Генетическая инжене?рия (генная инженерия) — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы. Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология.
Генная инженерия служит для получения желаемых качеств изменяемого или генетически модифицированного организма. В отличие от традиционной селекции, в ходе которой генотип подвергаются. Основные этапы решения генноинженерной задачи следующие:
1. Получение изолированного гена.
2. Введение гена в вектор для переноса в организм.
3. Перенос вектора с геном в модифицируемый организм.
4. Преобразование клеток организма.
5. Отбор генетически модифицированных организмов (ГМО) и устранение тех, которые не были успешно модифицирован


11.
Биотехнология ферментов. Значение ферментов, истчники получения. Применение ферментов.
Ферменты (энзимы) - катализаторы белковой природы, образующиеся и функционирующие во всех живых организмах. Ферменты не изменяются и не расходуются в процессе реакции, ускоряют только те реакции, которые могут протекать и без них. Скорость протекания реакции при участии ферментов на несколько порядков выше, чем под влиянием химических катализаторов. Для ферментативных реакций характерен почти 100% выход продуктов. Ферменты обладают узкой специфичностью, действуют только на те же вещества, превращение которых они катализируют. В настоящее время в природе обнаружено свыше 3 тысяч ферментов.
Большинство биотехнологий основано на использовании биокатализаторов, потребность в которых постоянно возрастает. Единственным, неограниченным источником ферментов являются микроорганизмы, из которых можно выделить любые из известных в настоящее время ферментов. Исключение составляет папаин (размягчитель мяса), который получают из плодов папайи. Продуктивность штаммов микроорганизмов, производящих ферменты, можно увеличить с помощью мутагенных факторов в 2-5 раз. Пересадкой плазмид получают количество ферментов, достигающее 50% массы продуцируемого белка.
Синтезируемые микроорганизмами ферменты подразделяются на внеклеточные и внутриклеточные. К внеклеточным ферментам относятся амилаза, целлюлаза, лактаза, липаза, пектиназа, протеаза, к внутриклеточным - аспарагиназа. каталаза, инвертаза.
Внеклеточные ферменты получают из культуральной жидкости, предварительно отделанной от микроорганизмов. Для выделения внутриклеточных ферментов разрушают клеточные оболочки с помощью механических, физических, химических (действие кислот, растворителей), ферментативных и биологических методов.
Ферменты применяются в пищевой, фармацевтической, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности, в медицине, сельском хозяйстве, химическом синтезе.


12.
Биотехнология ферментов. Промышленные ферментные препараты. Факторы синтеза ферментов.
К амилолитическим ферментам относятся L-амилаза, ?-амилаза, глюкоамилаза. Их действие проявляется при гидролизе крахмала и гликогена. Крахмал при гидролизе сначала расщепляется на более простые полисахариды - декстрины, а затем - до глюкозы.
Эти ферменты применяются в спиртовой промышленности, хлебопечении.
Протеолитические ферменты относятся к гидролазам, образуя группу пептидгидролаз. Их действие заключается в ускорении гидролиза пептидных связей в белках и пептидах. Важная их особенность - выборочный, селективный характер действия на пептидные связи в белковой молекуле.
Применение протеаз широкое: мясная промышленность для умягчения мяса, кожевенная промышленность - при обезволошивании (удаление волосяного покрова) и размягчении шкур; кинопроизводство - для растворения желатинового слоя на пленках при их регенерации; парфюмерия - при создании добавок в зубную пасту, кремы, лосьоны, промышленность синтетических моющих средств - при применении моющих добавок для удаления загрязнений белковой природы; медицина - при лечении воспалительных процессов, ожогов, тромбозов.
Пектолитические ферменты объединены в одну группу по внешнему проявлению своего действия - уменьшению молекулярной массы и снижению вязкости пектиновых веществ (пектин - пектиновые кислоты и протопектин) представителей полисахаридов.
Целлюлолитические ферменты очень специфичны, их действие проявляется лишь в деполимеризации молекул целлюлозы, обычно они действуют в виде комплекса, который в целом доводит гидролиз целлюлозы до глюкозы. Использование их очень перспективно в гидролизной промышленности - это получение глюкозы из целлюлозы; в медицинской - выделение лекарственных веществ (стероидов) из растений; в пищевой - улучшение качества растительных масел; в сельском хозяйстве - как добавки в комбикорма для жвачных животных.
13.
Генетическая инженерия. Методы получения трансгенных организмов. Плазмиды, векторы. Агробактериальная трансформация растений.
Технология рекомбинантных ДНК (молекулярное клонирование, или генная инженерия) – это совокупность экспериментальных процедур, позволяющих осуществлять перенос генетического материала (ДНК) из одного организма в другой.
Плазмиды представляют собой внехромосомный генетический элемент в виде кольцевых молекул ДНК, содержащих 1-3 % генома бактериальной клетки. Плазмиды есть у всех бактерий. Одни из них содержат информацию, обеспечивающую их собственный перенос из одной клетки в другую (F-плазмиды), другие – несут гены устойчивости к антибиотикам (R-плазмиды) или специфические наборы генов, ответственных за утилизацию метаболитов (плазмиды деградации). Каждая плазмида содержит сайт начала репликации, без которого репликация плазмиды в клетке-хозяине невозможна. Если две или более плазмиды не могут сосуществовать в одной и той же клетке – они принадлежат к одной группе несовместимости. Плазмиды, относящиеся к разным группам несовместимости, беспрепятственно существую в одной клетке независимо от числа копий. У некоторых микроорганизмов в одной клетке обнаружено до 10 разных плазмид, каждая из которых выполняла свои функции и относилась к своей группе несовместимости. Репликация плазмид идет независимо от репликации хромосом. Количество копий определяется регуляторной системой клетки.
Т.о., плазмиды обладают свойствами, позволяющими использовать их в качестве вектора для переноса клонируемой ДНК.
Использование бактериофагов в качестве носителей генетической информации основано на том, что рекомбинантный ген встраивается в геном вируса и в последующем реплицируется с генами вируса при размножении в инфицированной клетке-хозяина. С этой целью применяют бактериофаг l-вирус с двухцепочечной ДНК, которая после проникновения в клетку смыкается в кольцо. Бактериофаг М-13 – вирус нитевидной формы с кольцевой замкнутой ДНК, которая в клетке превращается в двухцепочечную и реплицируется в клетках-потомках. В поисках эукариотических систем экспрессии, для получения биологически активных белков, созданы бакмиды – экспрессирующие векторы на основе бакуловирусов для E.coli и клеток-насекомых. Выход рекомбинантных бакуловирусов в такой системе повысился до 99 %. Клетки насекомого, инфицированные бакуловирусами, синтезировали гетерологичный белок. Векторы на основе фага удобны для создания клонеток (банка генов), но не для тонких манипуляций с фрагментом ДНК. Для детального изучения и преобразования фрагменты ДНК переклонируют в плазмиды.


14.
Перспективы генной инженерии. Этические и экологические аспекты применение генномодифицированных организмов. Возможные проблемы применения ГМО.
Некоторые особенности новых технологий 21 века могут привести к большим опасностям, чем существующие средства массового уничтожения. Прежде всего, - это способность к саморепликации. Разрушающий и лавинно самовоспроизводящийся объект, специально созданный или случайно оказавшийся вне контроля, может стать средством массового поражения всех или избранных. Для этого не потребуются комплексы заводов, сложная организация и большие ассигнования. Угрозу будет представлять само знание: устройства, изобретённые и изготовленные в единичных экземплярах, могут содержать в себе всё, необходимое для дальнейшего размножения, действия и даже дальнейшей эволюции – изменению своих свойств в заданном направлении. Конечно, выше описаны вероятные, но не гарантированные варианты развития генной инженерии. Успех в этой отрасли науки сможет радикально поднять производительность труда и способствовать решению многих существующих проблем, прежде всего, подъему уровня жизни каждого человека, но, в то же время, и создать новые разрушительные средства.


15.
Биотехнология чая. Производство черного чая. Производство красного чая.
В странах Восточной Азии, Африки и Латинской Америки безалкогольные ферментированные напитки готовят из чайных и кофейных растений. В восточных странах с незапамятных времен чай использовали в качестве бодрящего напитка, однако технология производства чая была разработана лишь в XX в. Разнообразие чайного продукта зависит от вида растений и технологии переработки листа. Известны три технологии приготовления чая - черного, зеленого и находящегося между ними по степени окисленности дубильных веществ желтый чай. Готовый чай по степени ферментации делится на следующие категории:
- неферментированный чай, в котором степень окисления дубильных веществ (катехинов) не превышает 12%;
- слабоферментированный чай, степень окисления дубильных
веществ - до 12-30%;
- ферментированный чай, степень окисления дубильных веществ - в пределах 35-40%.
Каждая категория готовой продукции по степени окисления, в свою очередь, делится на более мелкие группы. Неферментированный - это зеленый чай. Для инактивации окислительных ферментов сырье фиксируют водяным паром и горячим влажным воздухом. В результате на следующих стадиях переработки в чайном листе не происходят процессы ферментативного окисления.
Чай второй категории - слабоферментированный, подвергается частичной ферментации; к нему относятся: желтый, оолонг (красный) и черный чай.
Для получения черного чая свежесобранные листья подвергают следующим технологическим операциям: завяливанию, скручиванию, ферментации и сушке. Завяливание является важным технологическим этапом, при котором происходят основные биохимические изменения в чайном листе, определяющие вкус и образование ароматических соединений во время процесса скручивания и ферментации. Во время скручивания чайного листа повреждается структура и нарушается целостность клетки, в результате обеспечивается контакт окисли-тельных ферментов и их субстратов. В чайном листе ферментация осуществляется за счет эндогенных ферментов. Этим производство чая отличается от многих других процессов пищевой промышленности, где ферменты добавляют искусственно. В технологическом цикле производства чая ферментация является цент-ральным процессом, от которого в значительной степени зависит качество готовой продукции.
Производство красного чая.
Вначале собранные чайные листья подсушиваются на солнце в течение 13-18 часов, расстилая их тонким слоем на стилажах. Потеряв большую часть влаги, листья становятся мягкими и податливыми.
1. Вручную или на специальном оборудовании чайные листочки скручиваются в трубки. Скручиваются достаточно плотно, так, чтобы происходило выделение сока, и это – обязательное условие. Выделенный сок впоследствии усилит аромат чая.
2. Скрученные листья должны пройти ферментацию, т.е. - окисление. Для этого их расстилают слоем в 10 см на ровной поверхности в темном и влажном помещении. На этом этапе обработки чайные листья приобретают яркий, со множеством оттенков, аромат. Сколько по времени длиться ферментация, зависит от сорта чая.
3. Прекратить процесс ферментации вовремя – это, пожалуй, самый ответственный момент. Знание этого момента, умение его определить передается чаеводами из поколения в поколение и относится к секретам мастерства.
4. Просушка горячим воздухом – последняя стадия изготовления красного чая. Сок, выделившийся на скрученных чайных листочках, запекается под воздействием высокой температуры, и при заваривании отдает напитку великолепное сочетание эфирных ароматов.
В зависимости от качества сырья, красный чай различают – среднелистовой, крупнолистовой, мелколистовой (на самом деле мелколистовой красный чай получают не из маленьких листьев, а из обломков и мелких фракций собранного урожая). Из остатков производства и чайной пыли изготавливают красный чай пакетированный и в гранулах. Но это уже не красный чай. О сортах красного чая читайте в следующей статье.
16.
Биотехнология чая. Производство зеленого чая. Производство желтого чая.
Если при производстве черного чая целью технологического процесса является развитие окислительных реакций (ферментация), вызывающих образование вкусовых и ароматических продуктов, а также красных и коричневых пигментов, характерных для настоя черного чая, то при производстве зеленого чая основная цель — исключить развитие окислительных процессов на первой же стадии производства для получения чая светло–желтого цвета со специфическим вкусом и ароматом. В зеленом чае, прошедшем все этапы технологической обработки, сохраняется почти весь объем катехинов и витаминов (в 5–6 раз больше, чем в черном чае), содержащихся в исходном сырье — чайном листе. Что касается содержания дубильных веществ, то в зеленом чае их в два раза больше, чем в черном, к тому же в биологическом отношении они находятся в более активном состоянии, поскольку присутствуют в неокисленной форме. Основными производителями и потребителями зеленого чая является Китай и Япония. Некоторое количество зеленого чая, в основном для республик Средней Азии, входивших в СССР, производила Республика Грузия. Объемы его производства составляют около 25% от общего объема производства байхового чая. Относительно невысокий уровень потребления зеленого чая, помимо сложившихся веками традиций, видимо, следует объяснять и тем, что черный чай обладает более приятным ароматом и вкусом. Однако за последние годы число поклонников зеленого чая неуклонно возрастает. Это говорит о том, что в наше время люди стали более внимательно относиться к своему здоровью. В этом отношении, как выше отмечалось, зеленый чай по сравнению с черным обладает рядом значительных преимуществ. Поэтому нетрудно прогнозировать в будущем неуклонный рост потребления зеленого чая во всем мире. Сырьем для производства зеленого чая, как и черного, служат двух-трехлистные молодые побеги чайного растения, т.е. флеши. Технология производства зеленого чая состоит из следующих этапов: фиксация (пропаривание, подсушка и выдержка чайного листа), скручивание, сушка и сортировка полуфабриката чая. Фиксация (пропаривание) чайного листа является первым этапом производства зеленого чая. Целью этого процесса является инактивация ферментов и прекращение связанных с ними химических превращений. При пропаривании, кроме инактивации ферментных систем, происходит разрушение отрицательно действующих на качество чая веществ, при этом исчезает запах свежей зелени и лист становится эластичным, что облегчает проведение процесса скручивания. Фиксация чайного листа осуществляется в специальных пропарочных аппаратах или чаефиксационных агрегатах в течение 2,5–3 минут. Оптимальной температурой пропарки, принятой производством, считается 95–100°С. После пропарки лист подсушивают до остаточной влажности 61–62%, чтобы подготовить сырье для проведения процесса скручивания. Оптимальной температурой подсушки считается 90–95°С, при продолжительности 12–15 минут. Подсушка пропаренного листа осуществляется с использованием специальной машины для фиксации подсушки и выдержки. Скручивание. Цель процесса скручивания заключается в раздавливании тканей сырья, вследствие чего на поверхности листа выделяется клетчатый сок. В отличие от черного чая, при производстве зеленого чая применяется одно-двухкратное скручивание продолжительностью 70–80 минут. Скручивание осуществляется на тех же роллерах, что и при производстве черного чая. Сушка. Сушка зеленого байхового чая обеспечивается аналогично процессу сушки черного чая — в тех же печах и при таком же режиме, но с доведением остаточной влажности чая до 3–5%. Высушенный полуфабрикат приобретает оливково-зеленый цвет. Сортировка. Сортировка зеленого чая, так же, как и сортировка черного, является чисто механической операцией, в результате которой продукту придается вид фабричного стандарта. При сортировке полуфабриката зеленого чая, аналогично сортировке черного, получают листовой и мелкий чай, который в зависимости от размера чаинок делится на листовой первый (Л1), второй (Л2), третий (Л3) и мелкий второй (М2) и третий (М3). К мелкому чаю относятся высевка и крошка. В зеленом чае наиболее ценными считаются листовые сорта, обладающие более высокими показателями вкуса, аромата и цвета настоя. Купажирование и упаковку зеленого чая производят в том же порядке, что и при производстве черного чая. Производство желтого и красного чая Желтый чай и красный чай (Оолонг ) занимают промежуточные положения между черным и зеленым, причем желтый чай ближе к зеленому, а красный — к черному. Желтый чай является приятным освежающим напитком, имеет более мягкий вкус и более сильный аромат, чем зеленый. Этот вид чая характеризуется более высоким содержанием катехинов, витаминов и экстрактивных веществ, поэтому в физиологическим отношении он также более ценен, чем черный чай. Основным производителем и потребителем желтого чая является Китай. Там этот вид чая наряду с зеленым пользуется особой популярностью. Красный чай (Оолонг) образует янтарно-красный настой, обладает прекрасным ароматом и очень приятным терпким вкусом. Иногда его используют при купажировании с черным чаем, с целью улучшения вкусовых качеств последнего. Красный чай не производится в больших объемах. В основном им интересуются гурманы. Некоторое количество красного чая импортируется в США. Российский потребитель мало знаком с желтым и красным чаем. Небольшое количество желтого чая закупает Уфимская чаеразвесочная фабрика. В свое время (в семидесятые годы) в институте им. А.Н.Баха АН СССР и ВНИИ чайной промышленности проводилась большая работа по созданию технологии производства желтого и красного чая. Отечественная технология производства желтого и красного чая предусматривает переработку зеленого листа по следующей схеме: при переработке желтого чая происходит завяливание до остаточной влажности 63–66%, фиксация завяленного сырья, двухкратное скручивание по 40 минут, сушка до остаточной влажности 5–7% и термическая выдержка полуфабриката в течение 2–5 часов. По этой схеме в 1970 году в ВНИИ чайной промышленности была выработана опытная партия желтого чая, реализация которого показала повышенный интерес к нему любителей чая. При выработке красного чая схема такова: завяливание до остаточной влажности 63–65%, первое легкое скручивание в течение 20–30 минут, кратковременная ферментация в течение 2,5–3 часов до начала скручивания, фиксация (поджарка), повторное скручивание 40–50 минут, сушка до влажности 5–7% и термическая выдержка полуфабриката в течение 2–5 часов. Существуют и другие схемы производства желтого и красного чая. По мнению некоторых специалистов, желтый и красный чай, так как они являются промежуточными продуктами, можно получать путем купажирования в определенных соотношениях зеленого и черного чая.


17.
Производство кисломолочной продукции. Культуры, технологические цепочки, условия
Способы приготовления молочнокислых напитков
- термостатный способ (наиболее старый, в настоящее время применяется редко). Молоко подготавливают к заквашиванию: вносят закваску в охлаждённое до температуры заквашивания молоко и направляют на розлив в стеклянные бутылки, полимерные пакеты. Тару затем выдерживают в термостате до образования сгустка, затем помещают в холодильник
- резервуарный способ. Заквашивание смеси, сквашивание и охлаждение происходит в одной ёмкости с рубашкой, снабжённой мешалкой. Т.е. сквашенную смесь перемешивают, нарушая сгусток, затем в рубашку подают ледяную воду и охлаждают. Преимущества данного способа:
– обеспечиваются лучшие условия санитарно-гигиенического плана, так всё происходит в одной ёмкости.
- образуется большее количество молочной кислоты – если происходит загрязнение посторонней микрофлорой, то она подавляется;
- увеличивается выход продукции с единицы площади производственных помещений в 1,5-2 раза.
- возможность автоматизации технологического процесса сквашивания
- однородность продукции.
Преимущество термостатного способа – получается продукт с более плотной консистенцией.
Технологическая схема производства кисломолочных напитков – приёмка молока и оценка качества – очистка – нормализация – пастеризация – гомогенизация – заквашивание
При термостатном способе – фасовка и упаковка – сквашивание – охлаждение и созревание – хранение и реализация.
При резервуарном способе – сквашивание – охлаждение – фасовка и упаковка – доохлаждение – хранение и реализация.
Молоко для кисломолочных напитков должно соответствовать требованиям ГОСТа – не ниже 2-го сорта, кислотность не выше 19?Т, плотность не ниже 1028 кг/м3, можно применять обезжиренное молоко с плотностью не ниже 1030 кг/м3. Допускается применять пахту от сладкосливочного масла кислотностью не выше 19 ?Т, плотностью 1027 кг/м3. Можно использовать восстановленное молоко, обезжиренное и цельное распылительной сушки, чтобы повысить сухие вещества в молоке, так как при их низком содержании образуется дряблый сгусток, нормализацию проводят по рецептуре – рассчитывают сколько сколько нудно добавить обезжиренного, цельного молока и закваски, вычисляют жирность нормализованной смеси исходя из материального баланса.

Контроль количества сухих веществ проводят по плотности. Для напитков нужно, чтобы сыворотка удерживалась в сгустках, температура пастеризация 90-95 ?С 2-3 мин, если температура 80-90 ?С – 5-10 минут. Тепловую обработку сочетают с гомогенизацией, обычно её проводят при температуре пастеризации, с давлением 15±2,5 МПа. Затем охлаждают смесь до температуре заквашивания и добавляют закваску в количестве 5-10% при перемешивании, затем перемешенную заквашенную смесь 15 минут и оставляют до сквашивания, контролируют сквашивание по кислотности сгустка. В зависимости от продукта время сквашивания варьирует от 3-х до 12 часов.
Итоговая кислотность составляет 75-90 ?Т, затем начинают охлаждение. При термостатном способе сквашивание происходит в потребительской таре и охлаждение нужно вести осторожно, чтобы не произошёл синерезис, при резервурном способе охлаждение тоже ведут медленно (1-2 часа) до температуры 8-12 ?С, затем начинают фасовку, фасованный продукт направляют в холодильную камеру, где происходит доохлаждение до 6 ?С. Если при начальном охлаждении продукте замедляется развитие МКБ, то при доохлаждении их развитие полностью прекращается, происходит уплотнение сгустка, повышается вязкость, хорошо развиваются ароматообразующие бактерии и продукт приобретает аромат, затем продукт реализуют. Срок хранения 36 часов.


18.
Производство сыров. Культуры, технология.
Для производства сыра в молоко вносят культуру бактерий, род и вид которых зависит от типа производимого сыра.
Размножение молочнокислых бактерий при скисании молока - это важный технологический процесс, так как они подавляют размножение других бактерий и тем самым обусловливают требуемые вкусовые качества и аромат сыра. Молочнокислые бактерии положительно влияют на желудочно-кишечную микрофлору. После внесения бактерий молоко инкубируют при определенной температуре и в результате оно скисает. Для углубления этого процесса — гидролиза белка, искусственно вносят протеолитический фермент, называемый сычужным ферментом или ренином. Ренин образуется в сычуге - в четвертом отделении желудка ягненка или теленка, вскормленных молоком. С возрастом организм животных вместо сычужного фермента вырабатывает другие протеолитические ферменты, с другой субстратной специфичностью, не вызывающие образования сыра.
Производство сычужного фермента в мировом масштабе составляет 25 млн. л. Несмотря на это, сычужный фермент является дефицитным и лимитирующим компонентом в технологии производства сыра.
В результате многочисленных поисков получен протеолитический фермент микробного происхождения с аналогичной сычужному ферменту субстратной специфичностью. Этот фермент частично восполнил дефицит сычужного фермента. Другая значительная био-технологическая новизна заключается в клонировании гена ренина в одну из культур мицелиальных грибов. Это позволило получить абсолютный аналог сычужного фермента.
Для промышленных целей сычужный фермент получают из животных организмов (ягнят, телят, поросят) и из культур грибов.
По данным на 1998 г., аналог ренина, выделенный из грибов, удовлетворяет потребность в этом ферменте на одну треть. Микробный фермент широко используется в США и Франции - странах с большими традициями производства сыра.
Сразу же после внесения в молоко фермента, выделенного из животных или микроорганизмов, происходит ограниченный протеолиз казеина. Коагулированный казеин образует гелеподобную массу и соединяется с жиром, после чего сыворотку фильтруют, отжимают остаточную воду и высушивают завертыванием в ткань. Следующим этапом технологии является созревание сыра. Производство сыра из молока — дегидратационный процесс, при котором происходит концентрирование казеина и жира в 6-12 раз. В процессе созревания некоторых сыров практикуется искусственное размножение микроорганизмов (бактерии и грибы) для придания сыру специфического вкуса и аромата.
Приблизительно 100 лет тому назад производство сыра достигло такого уровня и коммерческих масштабов, что производители перестали доверять процессу спонтанного размножения молочнокислых бактерий и начали применять чистые бактериальные культуры. Многообразие бактерий вызвало значительное расширение ассортимента сыров.
Вкус, аромат и качество разных сортов сыра определяют следующие факторы: разновидность молока (козье, коровье, овечье), температура приготовления сыра, наличие вторичной микрофлоры.
Если первичная микрофлора - молочнокислые бактерии осуществляют формирование сыра как продукта, то вторичная микрофлора (бактерии, грибы) придают аромат и свойства, определяющие специфический вкус сыра.

19.
Пивоварение. Сырье, технологический процесс, штаммы дрожжей.
Пиво. Известно, что в растворе, содержащем сахаристые вещества, быстро развиваются микроорганизмы. Этот факт стал основой многих производственных технологий.
Пиво получают из злаковых, содержащих крахмал чаще всего для этой цели используют ячмень. Пиво производится по следующей технологической схеме.
Сухой ячмень замачивают в воде для получения всходов, содержащих ферменты (амилаза и протеаза). Амилаза способствует разложению крахмала на олигодекстрины, чем в основном определяется вязкость пива и характерная способность к пенообразованию, протеаза катализирует гидролиз белков до аминокислот, которые необходимы для размножения дрожжей и формирования специфического аромата пива. После прорастания ростки солода дробят и помещают в воду при температуре 60°-65 °С. В результате инкубирования в этих условиях ростки теряют способность к дальнейшему росту (отмирают), а ферменты (амилаза, протеаза) сохраняют свою активность. Водный раствор ростков солода наливают в чан с субстратом и настаивают в течение нескольких часов. За это время протекают основные ферментативные процессы, при которых происходит гидролиз крахмала и белков. Водный раствор, или, как его называют, пивное сусло, отделяют от осадка и варят с хмелем для придания аромата и антисептических свойств, характерных для пива. После этого хмель удаляют фильтрацией и полученный раствор готов для сбраживания.
Ферментация или брожение протекает в специальном сосуде - биореакторе, где к раствору добавляется чистая культура дрожжей. Если можно внести какую-нибудь биотехнологическую новизну в эту ставшую классической технологию — это в первую очередь касается культуры дрожжей. С этой целью традиционно использовали селективно отобранные в течение сотен лет дрожжи.


20.
Виноделие. Сырье, технологический процесс, применяемые микроорганизмы.
Вино. Может показаться необычным, но технология производства вина, по сравнению с технологией производства пива является более простой. Этот процесс почти не изменился на протяжении 5 000 лет. Предполагают, что вино - напиток ближневосточный и европейский, в этих районах распространены разные сорта винограда. До сегодняшнего дня география виноделия охватывает все в этой области традиционно известные страны: Францию, Италию Испанию, Германию, Грецию, Венгрию, Молдову, Россию, Украину и Закавказье, где по распространенности эндемных сортов винограда и технологий производства вина ведущее по-ложение занимает Грузия. Значительно возросло число стран, производящих вино, к ним добавились Австралия, Китай, США, Чили, Аргентина, Израиль, Южно-Африканская Республика. В этих странах климатические условия и почва позволяют выращивать высоко-качественные сорта винограда.На протяжении столетий собирают урожай из белых и красных, селективно подобранных сортов винограда и выжимают сок, содержащий 15-25% сахара. Красное вино получают прессованием черного винограда и ферментацией всей виноградной массы. Розовое - добавлением кожицы красного винограда в сок белого.
Еще не так давно брожение виноградного сока происходило спонтанно, за счет естественной микрофлоры.
Сегодня подход к процессу спиртового брожения существенно изменился. Для стабильного производства высококачественного вина необходимо осуществлять брожение чистыми культурами дрожжей, заранее выделенными, желательно адаптированными к местным условиям. Для этого к виноградному соку добавляют одну из чистых культур бактерий. Брожение проводится в определенных условиях: в специальных сосудах большой емкости, при температуре 7°-14 °С. О завершении брожения судят по разным параметрам. Среди них важнейшими являются: остаточный сахар, количество этилового спирта, глицерина, летучих кислот. После окончания брожения процентное содержание этилового спирта в разных типах вин составляет 10—14%. Кроме этого, во время брожения часто происходит спонтанное, бактериальное брожение, при котором первичная яблочная кислота превращается в молочную. По окончание брожения молодое вино для старения переливают в резервуары больших размеров, часто дубовые. При хранении вина температура снижается и образуется осадок. Как правило, этот процесс сопровождается химическими изменениями бродящей массы.
Как уже было отмечено, технология производства вина является одной из самых консервативных отраслей пищевой промышленности. Несмотря на это, в некоторых странах с целью масштабного производства вина применяют метод непрерывного культивирования. Согласно этой технологии, в чаны (сосуды для брожения) непрерывно добавляют виноградный сок, откуда в равном объеме вытекает молодое вино. Несмотря на определенные преимущества, этот метод не нашел широкого применения.
Большое количество литературы посвящено полезным свойствам вина. Как было установлено, в вине содержится до 700 метаболитов, имеющих разную химическую природу, в частности антиоксиданты и пептиды, пищевые органические кислоты, алкалоиды, стероидные гормоны, широкий спектр фенольных соединений, углеводы и др. Например, исследования последних десяти лет подтвердили тот факт, что воздействие фенольных соединений на живой организм имеет многостороннее значение. Их роль в обмене веществ подтверждает особую значимость этих соединений. Фенольные соединения вина активно используются для лечения таких заболеваний, как цинга, авитаминоз, плеврит, перитонит, эндокардит, лучевая болезнь, глаукома, гипертония, ревматизм, атеросклероз и др. Таким образом, виноградное вино можно рассматривать как низко алкогольный напиток, обладающий уникальными лечебными свой-ствами, умеренное применение которого может принести большую пользу здоровью человека.
С применением технологии рекомбинантной ДНК получены дрожжевые культуры с расширенным метаболическим спектром. Некоторые из них применяются только в конкретных случаях (сбраживание лактозы, целлобиозы, пентоз). В перспективе для приготовления экологически чистых вин целесообразно создать такие формы дрожжей, которые кроме своей главной функции (брожение) будут способны усваивать и превращать те химикаты, которые предусмотрены агротехническими мероприятиями и часто попадают в ягоды винограда, а затем и в вино.

21.
Технология производства сахарозаменителей.
Употребление сахарозы или любого другого натурального сахара даже при рациональном подходе в ряде случаев вызывает развитие атеросклероза, диабет, прибавление в весе и ряд других патологий. Поэтому большое внимание уделяется изысканию эквивалентных вкусовых сахарозаменителей не сахаристой природы. Соединения, обладающие сладким вкусом, могут быть разделены на две группы: природные органические соединения - белки, дипептиды и другие натуральные соединения и вещества, полученные путем химического синтеза.
Как правило, при выборе сахарозаменителей большое внимание уделяется их способности включаться в метаболизм, калорийности, безопасности для здоровья человека, а также себестоимости и технологии получения. На сегодняшний день в научной литературе описано большое количество сахарозаменителей, но по разным причинам реально в практике применяется только их небольшая часть.
К натуральным сладким соединениям относятся моносахариды и низкомолекулярные олигосахариды, продукты гидролиза крахмала и частичной изомеризации - смесь глюкозы и фруктозы, а также соединения неуглеводного типа.
В пересчете на сахарозу, использование сахарозаменителей в США и Западной Европе составляет 55-56 кг в год на душу населения.
Сахарозаменитель сахарин, получаемый химическим синтезом и в течение нескольких десятков лет интенсивно используемый в кондитерской промышленности, сегодня полностью вытеснен новыми натуральными, низкокалорийными сахарозаменителями, например, метилированным дипептидом аспартамом, производимым биотехнологическим методом. Аспартам (торговое название "Нутрисвит") широко применяется в производстве диетических напитков.
При синтезе аспартама аминокислота фенилаланин является самым дорогим компонентом, ее в большом количестве получают путем культивирования соответствующего продуцента. Токсикологические исследования в течение десяти лет предшествовали применению аспартама в производстве пищевых продуктов.
Среди большого числа других сахарозаменителей заслуживает внимания стевиозид, содержащийся в растении Stevia vebaudiana, распространенном в Южной Америке. Это растение культивируется на Черноморском побережье, дает хороший урожай в виде сладких листьев. Широкое использование стевиозида в пищевой промышленности пока ограничено ввиду сложности его получения в чистом виде.
Сахарозаменители другого типа — флавонол-7-глюкозиды -содержат цитрусовые растения. В результате незначительной химической модификации этих соединений образуются дигидрохалконы, которые намного слаще сахара. Наибольший интерес среди этих соединений представляют нарингениндигидрохалкон, неогесперединдигидрохалкон и гесперединдигидрохалкон-4-?-D-глюкозид. Последние два соединения в 300 раз слаще сахарозы. Что касается нарингениндигидрохалкона, характеризующегося незначительной токсичностью, то это соединение в 2000 раз слаще сахарозы. В США нарингениндигидрохалкон выпускается в промышленных масштабах.
Хорошим сырьем для получения неогесперединдигидрохалкон-4-?-глюкозида является цитрусовый отжим, накапливающийся при переработке цитрусовых (получение сока).
Тауматин - соединение белкового происхождения. В промышленных масштабах тауматин получают экстракцией из плодов этого растения. Из всех известных сегодня сахарозаменителей это соединение - самое сладкое.
Сахарозаменители используются в производстве разных напитков (алкогольных и безалкогольных), варений, джемов, пирожных, конфет, жевательных резинок и других сладких продуктов.
С уверенностью можно констатировать, что производство и продажа сахарозаменителей в ближайщем будущем (10 лет) будут увеличиваться, на это указывают данные последних лет (годовой рост потребления составляет 8-9%).
Кроме того, биотехнологические процессы применяются в хлебопечении, производстве пищевых органических кислот (уксусная, лимонная кислота), вкусовых добавок (араматизаторы), в выращивании грибов, а также в других отраслях пищевой промышленности.

22.
Биотехнология выращивания высших грибов. Организмы, условия, технологический процесс.
Грибы— эукариоты, имеющие чётко ограниченное ядро, отделённое от цитоплазмы ядерной мембраной. У них нет фотосинтетических пигментов, они гетеротрофы (то есть используют в качестве источника энергии и углерода органические соединения) и растут в аэробных условиях. В эволюционном плане и по ряду признаков грибы близки к растениям (наличие клеточной стенки, вакуолей с клеточным соком, неспособность к перемещению, видимое под микроскопом движение цитоплазмы). Гифы высших грибов содержат перегородки (септы), разделяющие их на отдельные клетки. Септы имеют отверстия, позволяющие цитоплазме и некоторым органеллам перетекать из одной клетки в другую. Гифы низших грибов перегородок не имеют, и такие гифы называют ценоцитными, или асептированными. Таким образом, в целом плесневой гриб представляет собой ценоцит [от греч. koinos, общий, + kytos, клетка] — обширную территорию цитоплазмы с множеством ядер, располагающуюся в скоплении трубок-гиф. Врастающая в субстрат часть тела гриба, абсорбирующая питательные вещества, — вегетативный мицелий, а растущая на поверхности субстрата часть —воздушный мицелий
Биотехнологические функции грибов разнообразны. Их используют для получения таких продуктов, как:
• антибиотики (пенициллы, цефалоспорины);
• гиббереллины и цитокинины (фузариум и ботритис);
• каротиноиды (н-р, астаксантин, придающий мякоти лососевых рыб красно-оранжевый оттенок вырабатывают Rhaffia rhodozima, которых добавляют в корм на рыбозаводах);
• белок (Candida, Saccharomyces lipolitica);
• сыры типа рокфор и камамбер (пенициллы);
• соевый соус (Aspergillus oryzae).

23.
Биотехнология консервирования овошей.
В одном из древнейших методов консервирования овощей, основанном на действии ферментов, используется рассол, в котором присутствуют молочнокислоые бактерии. Роль консервантов здесь выполняют поваренная соль и молочная кислота. Во многих странах этот метод применяют в производственных масштабах. В частности, капуста, огурцы, другие овощи и маслины консервируются в рассоле с помощью брожения. Иногда овощи требуют предварительной обработки. Например, до помещения маслин в 18%-й рассол их обрабатывают гидроксидом натрия для удаления терпкого вкуса, вызванного присутствием глюкозида - олеорупеина.
В рассоле овощи подвергаются последовательному воздействию разных микроорганизмов. На начальном этапе благодаря наличию кислорода в ферментационной среде развивается аэробная микрофлора. Несмотря на это, довольно быстро развиваются молочнокислые бактерии и дрожжи, в результате образуются молочная и уксусная кислоты. На последней стадии брожения создаются более благоприятные условия для преимущественного развития дрожжей. Брожение заканчивается при исчерпании сбраживаемых углеводов. Для регулирования процесса брожения вместо спонтанно размножающейся микрофлоры стали использовать чистые культуры — бактерии молочнокислого брожения. Точное соблюдение температуры (7,5 °С) и концентрации соли (2,25%) дает возможность получить соленые (отброженные) овощи высокого качества.
В результате брожения овощи обогащаются метаболитами, которые придают им соответствующий вкус и аромат. В то же время при брожении пища обогащается белковыми соединениями. География пищевых продуктов, полученных молочнокислым брожением, имеет явную ориентацию на Восток, например соленая рыба - чисто восточная еда.


24.
Биотехнология выращивания водорослей. Организмы, методы очистки культур, среды, аппаратура для культивирования.
Водоросли используются, в основном, для получения белка. Весьма перспективны в этом отношении и культуры одноклеточных водорослей, в частности высокопродуктивных штаммов рода Chlorella и Scenedesmus. Их биомасса после соответствующей обработки используется в качестве добавки в рационы скота, а также в пищевых целях. Одноклеточные водоросли выращивают в условиях мягкого теплого климата (Средняя Азия, Крым) в открытых бассейнах со специальной питательной средой. Варьируя состав питательной среды, можно процессы биосинтеза в клетках хлореллы сдвинуть в сторону накопления либо белков, либо углеводов, а также активировать образование тех или иных витаминов. Гидролизаты белка зеленой водоросли Scenedesmus используются в медицине и косметической промышленности. В Израиле на опытных установках проводятся эксперименты с зеленой одноклеточной водорослью Dunaliella bardawil, которая синтезирует глицерол. Эта водоросль относится к классу равножгутиковых и похожа на хламидомонаду. Dunadiella может расти и размножаться в среде с широким диапазоном содержания соли: и в воде океанов, и в почти насыщенных солевых растворах Мертвого моря. Она накапливает свободный глицерол, чтобы противодействовать неблагоприятному влиянию высоких концентраций солей в среде, где она растет. После переработки эти водоросли можно использовать в качестве корма для животных, так как у них нет неперевариваемой клеточной оболочки, присущей другим водорослям. Они также содержат значительное количество ?-каротина. Таким образом, культивируя эту водоросль, можно получать глицерол, пигмент и белок, что весьма перспективно с экономической точки зрения. Наряду с кормами водоросли давно применяют в сельском хозяйстве в качестве удобрений.
Одним из самых ценных продуктов, получаемых из красных водорослей, является агар — полисахарид, присутствующий в их оболочках и состоящий из агарозы и агаропектина. Водоросли — единственный источник получения агара, агароидов, каррагинина, альгинатов. В нашей стране основным источником агара служит красная водоросль анфельция.
Альгинат натрия — наиболее используемое соединение — способен поглощать до 300 весовых единиц воды, образуя при этом вязкие растворы. Бурые водоросли богаты также весьма полезным соединением — шестиатомным спиртом маннитом, который с успехом применяют в пищевой промышленности, фармацевтике, при производстве бумаги, красок, взрывчатки и др. Бурые водоросли в ближайшее время планируется использовать для получения биогаза.


25.
Биотехнология в переработке вторичного сырья:отходов растениеводства, животноводства, промышленных отходов.
Растительное сырье - древесные отходы лесного хозяйства и побочные продукты земледелия, составляют традиционную углеводную базу для биотехнологических процессов.
Составными частями растительной массы являются углеводы в виде цел-люлозы, гемицеллюлозы, пентозанов, крахмала, сахаров, пектина, а также масла, жиры, воски, нуклеиновые кислоты, лигнин, хитин, смолы, белковые вещества, витамины, соли и т.д.
Растительные отходы сельского хозяйства. Кукурузная кочерыжка, подсолнечная лузга, рисовая и хлопковая шелуха, солома, стебли хлопчатника (гузапай) и др.
Хлопковая шелуха представляет собой твердую оболочку семян хлопчатника, покрытую короткими волокнами хлопка. Это отход хлопкоочистительных и маслобойных заводов. Состав хлопковой шелухи зависит от сорта хлопчатника. Она содержит 36-48% целлюлозы, 20-31% - лигнина и 21-28% пентозанов. Средний выход шелухи при шелушении хлопковых семян 31,4% их массы, что составляет в нашей стране 1,2 млн. т в год. При получении кормовых дрожжей хлопковую шелуху гидролизуют кислотой.
Кукурузная кочерыжка - это стержень, остающийся после отделения кукурузных зерен от початков. Выход кочерыжки - 25-35% массы початков. Состав стержней (в % к массе стержней): вода 8, сырой протеин 2,8, сырой жир 0,7, безазотистые экстрактивные вещества 54,7, сырая клетчатка 32,8, зола 1. По кормовой ценности перемолотые стержни могут быть приравнены к сену или яровой соломе. Но в чистом виде для корма они не используются: в них мало белка, витаминов, минеральных веществ, особенно кальция, фосфора, йода и кобальта. Кукурузная кочерыжка - это сырье для получения кормовых дрожжей на гидролизных заводах.
Подсолнечная лузга - отход при производстве масла из семян подсолнечника. Выход ее составляет 30-40% массы семян подсолнечная лузга содержит 1,4% богатого углеродом пигмента фитомелана, 23,6-28 пентозанов, 52-66 клетчатки, 24,8-29,6 лигнина, 31-42,4% целлюлозы и является ценным сырьем для получения кормовых дрожжей, гидролизного спирта, фурфурола и других продуктов. Для выращивания кормовых дрожжей используют пентозогексозные гидролизаты лузги после удаления из них фурфурола. На 1 т кормовых дрожжей расходуется 6,7 т лузги, выход дрожжей составляет около 150 кг.
Рисовая шелуха - сырье для гидролизного производства и получения кормовых дрожжей. Она содержит 18% легко-, 29% трудногидролизуемых полисахаридов. Общий выход РВ 50-58%. Гузапай (стебли хлопчатника), так же как камыш и солома служит сырьем для гидролизного производства. Верховой малоразложившийся торф также используется в качестве сырья для производства кормовых дрожжей. Его состав близок к составу растений Это сходство тем больше, чем меньше степень разложения торфа. Верховой торф со степенью разложения 15-20% содержит 25-27% легко- и 9-13% трудногидролизуемых полисахаридов, 0,7-0,4% азотсодержащих соединений, основная часп которых входит в состав гуминовых веществ, 7-10% аминокислот.
Промышленные отходы Отходы, не требующие специальных методов обработки. К ним относятся меласса, последрожжевая барда спиртовых заводов, молочная сыворотка. Свекловичная меласса - отход производства сахара из свеклы (выход 3,5-5% к массе свеклы), богата органическими и минеральными веществами, необходимыми для развития микроорганизмов. Она содержит 45-50% сахарозы, 0,25-2,0 - инвертного сахара, 0,2-3,0% рафинозы. Из азотистых веществ в мелассе содержатся бетаин, пирролидонкарбоновая, глутаминовая, аспарагиновая кислоты, лейцин, изолейцин, аланин, валин, из органических кислот - молочная, муравьиная, уксусная, масляная, лимонная. В малых количествах в ней содержатся кобальт, железо, свинец, бор, цинк, кремний, серебро, йод, марганец, молибден. Свекловичная меласса представляет собой дорогое и дефицитное сырье и в производстве кормовых дрожжей используется редко.
Мелассная барда является отходом производства этанола на мелассе и содержит 6-12% сухих веществ. Это полноцепное сырье для производства кормовых дрожжей. В настоящее время для производства кормовых дрожжей используется более 70% первичной послеспиртовой мелассной барды.
Зерновая и картофельная барда - отход спиртового производства. Состав зерновой и картофельной барды различен. Зерновая барда содержит 3,2-4,1% сухих веществ, картофельная - 6,7-8%. В сухих веществах картофельной барды меньше протеина, чем в зерновой (18,7-19,5% против 26,8-27,5), меньше жиров (3,1% против 5,9-7,5). Картофельная барда богаче зерновой по содержанию углеводов (56,2-58,5 % против 40-41,8). Больше в ней и минеральных веществ. Для получения кормовых дрожжей используется 14,6% получаемой в настоящее время зернокартофельной барды.
Барда ацетоно-бутилового производства содержит до 0,7-1,0% РВ, азотистые вещества, минеральные соли и стимуляторы роста. В ней присутствует немного (0,07-0,30 г/л) бутанола, что требует адаптации к нему микроорганизмов.
Молочная сыворотка - сырье для получения белковых препаратов. В сыворотке содержатся (в % СВ): лактоза 70-80, белковые вещества 7-15, жир 2-8, минеральные соли 8-10. Кроме того, молочная сыворотка имеет в своем составе значительное количество витаминов, гормонов, органических кислот, микро- и ультрамикроэлементов.
Отходы винодельческой промышленности - это гребни, виноградные выжимки, семена, дрожжевые осадки. Смоченные суслом гребни содержат 1-1,5% сахара, до 2,54% минеральных веществ, азотистые вещества. Виноградные выжимки содержат 4-10% сахара, азотистые, пектиновые, дубильные вещества, жиры, клетчатку, до 1,2-3,6% минеральных веществ и могут использоваться в составе сред для выращивания дрожжей. Ежегодный объем виноградных выжимок в стране около 2,6 млн. т. Дрожжевой осадок составляет 3-8% объема вина и содержит (в % на сухое вещество): минеральные вещества 5-10, углеводы 25-50, азот 5-17, белковые вещества 30-75 и жиры 2-5. Из дрожжевого осадка получают этанол, высшие спирты, альдегиды и кормовые дрожжи.
Отходы молокоперерабатывающих предприятий.
При сепарировании молока, производстве сметаны, сливочного масла, натуральных сыров, творога и молочного белка по традиционной технологии получают побочные продукты – обезжиренное молоко, пахту и молочную сыворотку.
Обезжиренное молоко, пахта и молочная сыворотка, относящиеся к вторичным ресурсам молочного подкомлекса АПК, должны использоваться полностью и рационально. В сочетании с цельным молоком и сливками вторичные сырьевые ресурсы формируют комплекс который можно назвать термином «молочное сырье».
Применение новых физико-химических и биологических методов, молекулярно-ситовой фильтрации и криотехнологии позволяет направленно разделять и концентрировать компоненты молока с исключением побочных продуктов.
При производстве 1 т сливочного масла получают до 20 т обезжиренного молока и 1,5 т пахты; при производстве 1 т сыра и творога – до 9 т молочной сыворотки. В обезжиренное молоко, пахту и сыворотку переходит от 50 до 75% сухих веществ молока. Обезжиренное молоко и пахта содержат практически весь белковый, углеводный и минеральный комплекс молока и частично молочный жир. В молочную сыворотку переходит углеводный комплекс, сывороточные белки и минеральные соли.
3. Отходы животноводства.
К отходам животноводства относят навоз и стоки животноводческих ферм. Различают подстилочный, твердый навоз (влажность 75-80%); бесподстилочный, который делится на полужидкий (смесь экскрементов с мочой, влажность до 90%) и жидкий - навоз с примесью воды (влажность 90-93%); навозные стоки -навоз, разбавленный водой (влажность более 93%). С выделениями крупного рогатого скота, свиней, кур, при богатейшем содержании выводится до 30-40% питательных веществ, получаемых животными с кормами. В основном органическое вещество экскрементов представлено структурными веществами с высоким содержанием углерода (целлюлоза, лигнин, пентозаны). Объем питательных элементов во всех стоках животноводческих ферм нашей страны в год эквивалентен 2,2 млн. т. азота, I млн. т. фосфора и 1 млн. т. калия. Это в 4 раза превышает количество загрязнений от сточных вод пищевой промышленности и хозяйственно-бытовых стоков объемом 11,8 млн. м3 в год. В настоящее время одним из перспективных способов утилизации стоков животноводческих ферм является культивирование микроорганизмов на питательных средах из этих отходов с получением кормовой и технической биомассы.
26.
Экологические аспекты биотехнологических производств. Охрана среды на предприятиях биотехнологических производств.
Экологические аспекты биотехнологического производства
Антропогенное воздействие на биосферу неотъемлемо от развития цивилизации. Распашка земель, вырубка лесов, «вытаптывание» степей постоянно сопутствуют истории человечества. Уместно вспомнить об уничтожении отдельных видов животных и растений и о расселении некоторых видов из мест коренного обитания.
В связи с особой актуальностью проблемы влияния промышленности на биосферу рассмотрим, как выглядит в этом отношении биотехнологическое производство. Прежде всего, оно наукоемко и по сравнению с химико-технологическим производством более эффективно, так как клетка продуцента (биообъекта) представляет «сбалансированный комплекс биокатализаторов», работающий более производительно, чем системы последовательных химических реакций с неорганическими катализаторами.
Потребление энергоресурсов и воды биотехнологической промышленностью составляет доли процента от потребляемого современной химической промышленностью. Выброс в атмосферу газообразных отходов предприятий биотехнологической промыш-ленности не превышает и десятой доли процента от выброса промышленностью в целом. Именно биотехнологическое производство наиболее приемлемо в современных условиях, однако и оно имеет специфические, экологические проблемы и, соответственно, совершенствуется в направлениях:
• создания и использования более активных биообъектов-продуцентов (в результате на единицу продукции будет меньше отходов!);
• замены сред и реагентов на менее дефицитные;
• иммобилизации биообъектов (как клеток, так и ферментов), многократного их использования для уменьшения отходов;
• внедрения мембранной технологии на стадии выделения и очистки целевого продукта (уменьшение количества применяемых органических растворителей во избежание агрессивных условий на некоторых стадиях производственного процесса);
• соблюдения правил GMP.
Рассмотрим кратко проблемы, относящиеся к ликвидации (утилизации) или очистки производственных отходов традиционного биотехнологического предприятия.
Твердые отходы. Прежде всего, к ним относится мицелий (биомасса) продуцента после его отделения от культуральной жидкости и целевого продукта. О количестве мицелия, с которым приходится иметь дело, можно получить наглядное представление исходя из того, что объем слива промышленного ферментера — это 50— 100 м3 густой, вязкой (из-за наличия мицелия) жидкости. Учитывая, что на предприятии имеется ряд ферментеров, а ферментационный цикл длится около недели, можно сделать вывод, что этот вид твердых отходов на одном (крупном) предприятии составляет сотни тонн в год. При этом необходимо учитывать, что мицелий содержит и остаточные количества целевого продукта, а это, как правило, биологически высокоактивные вещества.
В настоящее время твердые отходы ликвидируют путем переработки мицелия. Его перемешивают с почвой и помещают в ямы с бетонными подложками. Каждую такую яму оставляют закрытой
на несколько лет. За это время почвенные микроорганизмы подвергают органические вещества мицелия ферментативному расщеплению, используя их для построения «своей» биомассы. Фактически образуется компост, органическая часть мицелия при этом разлагается. Бетонная подложка в такого рода «компостных ямах» необходима, чтобы предотвратить попадание еще неразложившихся растворимых органических веществ мицелия в грунтовые воды и водоемы с дождевой водой. Обычно для компостных ям выделяют специальные участки на территории предприятия. Отметим, что вывоз подсушенного мицелия (его масса по сравнению с первоначальной уменьшается в 10—100 раз) на общегородские свалки запрещен.
Жидкие отходы. В случае биотехнологического производства жидкими отходами являются стоки и сточная жидкость, в основном это культуральная жидкость после отделения от нее мицелия и извлечения целевого продукта. Суммарный годовой объем культуральной жидкости, которая должна подвергнуться очистке, составляет для одного предприятия десятки тысяч кубометров. Степень очистки, контролируемой разными методами, должна быть такой, чтобы очищенная жидкость могла сливаться в открытые водоемы.
Существуют разные схемы очистки. Почти во всех из них ключевую роль играют микроорганизмы (биологическая очистка). Приведем одну из таких схем. Первым компонентом системы очистки является железобетонный отстойник, куда попадает отработанная культуральная жидкость. На дне отстойника проложены трубы, через которые происходит отсасывание осадка. На этой стадии из культуральной жидкости удаляется примерно 40 % загрязнений.
Газообразные отходы. Газовые выбросы очищают от органических соединений при температуре от 300 до 1 000 °С в колонках с неорганическими катализаторами. В этом случае летучая «органика» превращается в СО2. В некоторых случаях используются био-логические фильтры на основе микроорганизмов, окисляющих органические вещества до СО2.
Защита окружающей среды – это комплексная проблема, которая может быть решена только совместными усилиями специалистов различных отраслей науки и техники. Наиболее эффективной формой защиты окружающей среды от вредного воздействия промышленных предприятий является переход к малоотходным и безотходным технологиям, а в условиях сельскохозяйственного производства к биологическим методам.
Биотехнологии, как направления науки и практики, являются пограничной областью между биологией и техникой отраслей человеческой деятельности. Они представляют собой совокупность методов и приемов получения полезных для человека продуктов, явлений и эффектов с помощью микроорганизмов. Применительно к охране окружающей человека природной среды биотехнологию можно рассматривать как разработку и создание технологических процессов, основанных на продуктах жизнедеятельности биологических объектов, микробных культур, сообществ, их метаболитов и препаратов, путем включения их в естественные круговороты веществ, элементов, энергии и информации. Методами и приемами биотехнологии являются фундаментальные и прикладные наработки микробиологии, биохимии, биофизики, клеточной и генной инженерии, их сочетание. История биотехнологии насчитывает тысячелетия (производство хлебопечения, виноделие, сыроделие и т.д.).
Однако ежегодно появляются новые прикладные направления биотехнологии, общим подходом для которых являются искусственное создание условий для эволюционных, биохимических процессов на Земле в виде характерных биореакторов, реализующихся с большими скоростями, оставаясь совместимыми по своим продуктам с окружающей средой.
Защита атмосферы, охрана земель, очистка сточных вод, переработка отходов растениеводства.



Перейти к полному тексту работы