Учебно-методический комплекс дисциплины «Основы биотехнологического производства» (стр. 5 )

23.  Двухстадийный хемостат: увеличивается ли суммарная продуктивность двух аппаратов по сравнению с двумя одиночными?

24.  Расскажите о методе импульсных добавок для подбора оптимальной среды в хемостате, о вариантах пробной дозы и пробной скорости дозирования одного из субстратов.

25.  Чем отличается обычный хемостат от хемостата с внешним контуром регу­лирования?

26.  В чем состоит суть турбидостата? В чем его отличие от хемостата? преиму­щества и недостатки?

27.  Респиростат: какое значение интенсивности дыхания должно в нем под­держиваться?

28.  Оксистат: как в нем поддерживается концентрация растворенного кисло­рода?

29.  Оксистат: как влияет на ход процесса изменение подачи воздуха, давления в аппарате, интенсивность перемешивания?

30.  рН-стат: что используется в этом процессе в качестве управляющего воз­действия — подача щелочи или кислоты?

31  Нутристат: в чем его отличие от хемостата?

32. Теплостат: какое значение температуры самопроизвольно устанавливается при отключении контура регулирования?

33.  Расскажите о преимуществах и недостатках непрерывного культивирова­ния.

Стехиометрия процессов культивирования микроорганизмов

Сырье для процессов ферментации.

Тубулярный и хемостатный  процессы  непрерывного культивирования

Масштабирование процессов ферментации

Биокатализ и Биотрансформа-ция

Отделение биомассы от культуральной жидкости.

Дезинтеграция клеток микроорганизмов.

Экстракционные методы выделения продуктов.

2 ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

Тема № 1. Виды технологий.

Цель работы: Изучить основные виды и классы технологий. Знать преимущества биотехнологических процессов.

Тема № 2. Значение биотехнологии для различных отраслей народного хозяйства.

Цель работы: Изучить применение биотехнологии в различных отраслях народного хозяйства.

Тема № 3. Типовая схема биотехнологических производств.

Цель работы: Изучить типовую схему биотехнологических производств. Знать основные стадии.

Тема № 4. Изучение типов технологических схем биотехнологических производств.

Цель работы: Уметь составлять блок-схемы производства различных биотехнологических продуктов.

Тема № 5. Процесс ферментации.

Цель работы: Изучить основные параметры и фазы периодической и непрерывной ферментации.

Тема № 6. Стехиометрия процессов культивирования микроорганизмов.

Цель работы: Изучить стехиометрию процессов культивирования микроорганизмов.

Тема № 7. Сырье для процессов ферментации.

Цель работы: Знать основные виды сырья, используемых для процессов ферментации.

Тема № 8. Непрерывное культивирование микроорганизмов.

Цель работы: Изучить процессы непрерывного культивирования микроорганизмов.

Тема № 9.  Масштабирование процессов ферментации.

Цель работы: Изучить масштабирование процессов ферментации.

Тема № 10. Методы иммобилизации ферментации.

Цель работы: Знать методы иммобилизации ферментов.

Тема № 11. Изучение процессов отделения биомассы  от культуральной жидкости.

Цель работы: Изучить процессов отделения биомассы  от культуральной жидкости.

Тема № 12. Экстракционные методы выделения продуктов метаболизма.

Цель работы: Изучить  экстракционные методы выделения продуктов метаболизма.

Тема № 13. Сорбционные методы выделения продуктов.

Цель работы: Изучить  сорбционные методы выделения продуктов.

3 САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТА

Биотехнология в медицине. Биотехнология в пищевой промышленности. Биотехнология в сельском хозяйстве. Экологическая биотехнология. Кинетические характеристики процесса ферментации. Макростехиометрические характеристики процесса ферментации. Расчет выхода биомассы на углеродный субстрат. Определение стехиометрических соотношений в реальных процессах ферментации. Расчет тепла выделяемого  в биохимическом процессе. Оптимизация ферментационных сред. Ультрафильтрация Иммуносорбция Метод импульсных добавок для подбора оптимальной среды в хемостате. Непрерывное культивирование с внешним регулированием параметров. Метод Бокса-Уилсона.

Тема 1. Введение ……………………………………………………………  5

Цели, задачи, основные биологические объекты биотехнологии.  Особенности биотехнологического процесса. …………………… 6 Принципы биотехнологии. ………………………………………...10

Тема 2. Микробиотехнология …………………………………………...  11

Биологические объекты биотехнологии …………………………. 12 Подбор форм микроорганизмов с заданными свойствами …… . .13 Методы биотехнологии ………………………………………….…15

Тема 3. Способы и системы культивирования микроорганизмов.…18

Способы культивирования микроорганизмов ……………………18 Системы культивирования микроорганизмов ……………………21 Методы, используемые в биотехнологическом производстве …. 23

Тема 4. Охрана окружающей среды на предприятиях микробиологической промышленности ………………………………...29

Очистка сточных вод ……………………………………………….29 Очистка газовоздушных выбросов ………………………………. 37

Тема 5. Производство и промышленное использование ферментов..38

  1. Значение ферментов, источники их получения …………………...39

  2. Промышленные ферментные препараты …………………………..40

  3. Факторы, влияющие на биосинтез ферментов …………………….42

  4. Применение ферментативных препаратов ………………………...45

Тема 6. Генная инженерия бактерий, высших растений и области её применения ………………………………………………………………… 51

Нуклеиновые кислоты и факторы наследственности у животных организмов………………………………………………………….. 51 Генная инженерия бактерий………………………………………. 53 Генная инженерия растений………………………………………. 56 Получение трансгенных растений………………………………... 57 Получение трансгенных животных………………………………. 58

Тема 7. Области применения трансгенных растений ……………….. 60

Получение трансгенных растений, устойчивых к вредным насекомым …………………………………………………………. 60 Перспективы и ограничения в использовании трансгенных  растений ……………………………………………………………..61 Экологические проблемы, связанные с использованием  трансгенных растений ………………………………………………64

Тема 8. Биотехнология производства продуктов питания и напитков……………………………………………………………………..75

Функциональные пищевые продукты …………………………...75 Ферментация овощей ……………………………………………...79 Биотехнологии в производстве чая, кофе ………………………..80 Производство сыра ……………………………………………….. 82

Тема 9. Технология производства алкогольных напитков, сахарозаменителей …………………………………………………………85

Технология производства алкогольных напитков …………… 85 Технология производства сахарозаменителей ………………… 91

Тема 10. Вторичное сырье, используемое в биотехнологическом производстве ………………………………………………………………..94

Растительное сырьё …………………………………………… 95 Промышленные отходы ……………………………………….. 98 Отходы животноводства ……………………………………... 104

Приложение ………………………………………………………………..106

Тема 1. Введение

Цели, задачи, основные биологические объекты биотехнологии. Особенности биотехнологического процесса.

2. Принципы биотехнологии.

В наследство будущему столетию XX век оставляет глобальную экологи­ческую проблему - основательно исчерпанные невозобновимые природные ре­сурсы, деградированную и загрязненную биосферу, а также множество проблем, связанных с дефицитом продовольствия, ухудшением здоровья людей и качества жизни в целом. Но есть и другая сторона - это реальные пути и оригинальные подходы к решению глобальной экологической проблемы. Выработке стратегии и тактике этого решения мы также обязаны XX веку: во второй его половине ста­ла успешно набирать темпы новая, наукоемкая, бурно развивающаяся отрасль народного хозяйства - биотехнология.

Биотехнология базируется как на традиционных научных дисциплинах (физиология, биохимия, микробиология, медицина, агробиология), так и на рож­денных уходящим веком молекулярной биологии и генетике, клеточной и гене­тической инженерии, кибернетике и информатике. Биотехнология - область зна­ния, позволяющая получать путем управляемого культивирования организмов и (или) их фрагментов (тканей, клеток) полезные для человека продукты - пищу, корма, медицинские препараты, разнообразное сырье, доступные растениям формы азота, средства защиты растений и животных, а также утилизировать (конверсировать) различные органические отходы (промышленные, сельскохо­зяйственные и коммунальные).

1. Цели, задачи, основные биологические объекты биотехнологии. Особенности биотехнологического процесса

Биотехнология - это новая, сравнительно недавно получившая широкое развития наука о практическом использование различных биологических (генов, клеток, тканей, микроорганизмов, растений и животных) с целью получения ан­тибиотиков, ферментов, кормовых белков, биоудобрений, безвирусных растений новых сортов растений и животных, переработки сырья, промышленных и сель­скохозяйственных отходов, очистки сточных вод и газовоздушных выбросов и так далее. Успехи, достигнутые в области биотехнологии, стали возможными благодаря бурному развитию таких наук, как биохимия, генетика, цитология, микробиология, молекулярная биология и другие.

1.1. История возникновения и развития биотехнологии

История возникновения и развития биотехнологии включает три этапа.

этап - зарождение биотехнологии с древних времен до конца XVIII в. Археологические раскопки показывают, что ряд биотехнологических процессов зародились в древности. На территории древнейших очагов в Месопотамии, Египте сохранились остатки пекарен, пивоваренных заводов, сооруженных 4-6 тысячелетий назад. В 3 тысячелетии до н. э. шумеры изготовляли до двух десят­ков сортов пива. В Древней Греции и Риме широкое распространение получили виноделие и изготовление сыра. 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. 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. На ру­беже XIX и XX вв. в ряде стран создаются первые биогазовые установки, в кото­рых отходы животноводства и растениеводства под действием микроорганизмов превращались в биогаз (метан) и удобрение. В конце 40-х годов XX, века, с организацией  крупномасштабного  производства  антибиотиков  стала развиваться микробиологическая промышленность. 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 мик­роорганизмов производились аминокислоты, витамины, органические кислоты, ферменты. В конце 60-х годов получила развитие технология иммобилизованных ферментов. 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. До этого момента использовались, главным образом, физические и химические мутагены с целью создания форм микроорга­низмов, синтезирующих ценные для человека вещества в 5 - 10 раз интенсивнее, по сравнению с исходными штаммами.

1.2. Биотехнологический процесс