1 .В чем отличие биотехнологии от других отраслей народного хозяйства?(стр 8)

Биотехнология это целенаправленное получение ценных для различных отраслей народного хозяйства продуктов, в процессе которого используется биохимическая деятельность микроорганизмов, изолированных клеток или компонентов.

Часто биотехнологию путают с растениеводством и животноводством. Но, например, в растениеводстве используется биохимическая деятельность не изолированных клеток, а целого растения, макроорганизма.

2. Что означают понятие «технология» и «биотехнология»?(стр 8)

Технология – это совокупность способов и приемов для получения из исходного материала(сырья) некоторого практически ценного продукта.

Биотехнология - это целенаправленное получение ценных для различных отраслей народного хозяйства продуктов, в процессе которого используется биохимическая деятельность микроорганизмов, изолированных клеток или компонентов.

3. На стыке каких наук возникла биотехнология?(стр 13)

Успехи в области биотехнологии стали возможны благодаря естественным наукам.( генетика, цитология, микробиология, молекулярная биология и т.п)

4. Какие виды биохимической деятельности микроорганизмов используют в биотехнологии «целенаправленно»?( стр 10)

Следует знать, какие виды биохимической деятельности микрообъектов используют в биотехнологии целенаправленно, т. е. какие цели преследуют при применении микроорганизмов в области биотехнологии:

1. Наращивание клеточной массы, которая и представляет собой продукт (получение пекарских и кормовых дрожжей).

2. Образование в процессе роста и развития новых биохимических продуктов. Некоторые из них выделяются в среду, часть этих продуктов накапливается в биомассе. В этих случаях биотехнологическое производство существует только ради получения таких продуктов, а не самой биомассы.

3. Биотрансформация – процесс, в результате которого под воздействием биохимической деятельности микроорганизмов или ферментов происходит изменение химического состава исходного химического вещества

4. Потребление микроорганизмами из жидких сред различных веществ , которые являются нежелательными примесями.

5. Выщелачивание с помощью микроорганизмов и использование биохимической деятельности микроорганизмов с целью образования газов.

5.Что такое «микробная биотехнология», «инженерная энзимология», «генная и клеточная инженерия»?( стр 8-12)

* Промышленная микробиология

*Инженерная энзимология – цель данного предмета заключается в создание технологических процессов с использованием биологических катализаторов(ферментов)

* Генная инженерия – наука, включающая комплекс подходов и методов, позволяющих вносить изменения в «конструкцию» наследственного вещества организмов( животных, растений, микробов) и вирусов, умение получать рукотворные генетические структуры.

* Клеточная инженерия – раздел биотехнологии, объектом которого стали культуры клеток, полученные культивированием на различных средах отдельно выделенных из организмов клеток, или микроорганизмы, полученные методом генной инженерии.

6.Что такое пищевая «биотехнология»?(стр 13)

Международный конгресс « Биотехнология. Вода и пищевые продукты»

Где отмечали, что на фоне явно выросшего уровня традиционных направлений биотехнологии появились новые направления , связанные с производством пищи, с учетом современных тенденций в питании для обеспечения полноценной жизни человека. В связи с пересмотром подходов в производстве продуктов питания определенное внимание конгресса было уделено подготовке инженерных кадров для решения задач пищевой биотехнологии.

7. Укажите роль биотехнологии в пищевой промышленности и фамилии ученых, которые внесли вклад в развитие пищевой биотехнологии?(стр 13)

Роль биотехнологии в пищевой промышленности неоценима, о чем свидетельствуют итоги работы отечественных научных школ и ученых : Р.Г. Бутенко, А.А. Баева, Н.П. Дубинина, Р.В. Петрова, Ю.А. Овчинникова, К.Г. Скрябина, Л.В. Антипов.

8. Чем характеризовались 1-3 этапы развития биотехнологии?(стр 13-15)

1й этап – зарождение биотехнологии с древних времен до конца 18 века. Биотехнология, связанная с процессами брожения: получение пива, вина, сыра, хлеба. Таким образом, в данный период биотехнология тесно связано с сельским хозяйством , переработкой растениеводческой и животноводческой продукцией.

2й этап – становление биотехнологии как науки. Этот этап связан с началом бурного развития биологических наук : генетики, микробиологи, цитологии, физиологии, эмбриологии. На рубеже 19-10 вв. в ряде стран создаются первые биогазовые установки, в которых отходы растениеводства и животноводства под действием микроорганизмов превращались в метан и удобрение.

3й этап и эра новой биотехнологии ознаменовался развитием биотехнологии в различных направлениях с помощью методов генной и клеточной инженерии

9. Какие пищевые продукты получали биотехнологическим путем с древних времен?(стр 14)

На территории древнейших очагов в Месопотамии, Египте сохранились остатки пекарен, пивоваренных заводов, сооруженных 4-6 тысяч лет назад. В 3-м 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.

10. Чем характеризуется этап развития «современной биотехнологии»?(стр 15)

Формальной датой рождения современной биотехнологии считается 1972 год, когда была создана первая гибридная ДНК путем встраивания в нее чужеродных генов. Современная биотехнология позволила во многих отраслях промышленности заменить традиционные методы получения продуктов , необходимых человеку: синтез искусственных приправ, получения биогаза, этанола, метанола и т.д Выращивание дрожжей, бактерий с целью получения белка одноклеточных, аминокислот, витаминов, ферментов и т.д. Рубеж 20-21 века ознаменовался значительным развитием биотехнологии в производстве пищевых продуктов.

11.В чем заключается интенсификация производственных процессов в биотехнологии?(стр 21)

Она построена на основе введения новых высокопродуктивных биообъектов и применении эффективных технологических режимов. Необходимо подобрать подходящий субстрат(сырье), разработать конструкцию аппарата, оптимизировать условия культивирования биообъекта, обеспечить автоматический контроль за протеканием биотехнологического процесса, разработать способ выделения и очистки готового целевого продукта.

12. Какие преимущества биотехнологии перед другими видами технологий?(стр 21)

Во многих странах мира биотехнологии придается первостепенное значение. Это связанно с тем, что биотехнология имеет ряд существенных преимуществ перед другими видами технологий. Это возможность получения специфических и уникальных природных веществ, часть из которых ещё не удается получать путем химического синтеза, низкая энергоемкость , микроорганизмы имеют значительно более высокие скорости роста и накопление клеточной массы, чем другие организмы, в качестве сырья в биотехнологии можно использовать дешевые отходы сельского хозяйства и промышленности, экологическая целесообразность биотехнологии.

13.Какова основная цель биотехнологии?(стр 25)

Основная цель биотехнологии – промышленное использование биологических процессов и агентов на основе получения высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и животных с заданными свойствами.

14. Какие этапы включает биотехнологический процесс?(стр 25)

Подготовку объекта, его культивирование, выделение, очистку, модификацию и использование продуктов.

15. На каких видах культивирования биообъектов основаны биотехнологические процессы?(стр26)

Биотехнологические процессы могут быть основаны на периодическом и непрерывном культивировании.

16. Что включает периодический процесс?(26)

Включает: а) стерилизацию сред, биореакторов и вспомогательного оборудования б) загрузку аппарата питательной средой в) внесение посевного материала г) рост культуры д) синтез целевого продукта е) отделение и очитка готового продукта. Речь идет о временной последовательности этапов , по окончании последнего этапа проводится мойка реактора и его подготовка к новому циклу.

17. Что представляет собой непрерывный процесс культивирования биообъектов?(стр 32)

В непрерывных процессах биообъект постоянно поддерживается в экспоненциальной фазе роста. Обеспечивается непрерывный приток свежей питательной среды в биореактор и отток из него культуральной жидкости, содержащий клетки и продукты их жизнедеятельности.

18. Что является главным объектом биотехнологии?(стр 13)

Биотехнология – это новая, сравнительно недавно получившая широкое развитие наука о практическом использовании различных биологических систем(генов, клеток, тканей, микроорганизмов, растений и животных) с целью получения антибиотиков, ферментов, кормовых белков, биоудобрений, безвирусных растений, новых сортов растений и пород животных, переработки сырья, промышленных и сельскохозяйственных отходов и т. п.

19.Дать понятие определению «питательные, антипитательные и чужеродные вещества»?(стр 15)

1. Питательные вещества, в том числе пищевые: белки, жиры, углеводы , витамины, минеральные вещества , вода, вкусовые: органические кислоты, эфиры, кетоны, красители, дубильные вещества, ароматические соединения и т.д. Это те компоненты, ради которых и потребляют продукты питания. Они обеспечивают биологическую потребностьорганизма и снобжают его энергией

2. Антипитательные вещества: антиаминокислоты, антиминеральные вещества, антивитамины и т.д. Являются естественными компонентами пищи, уменьшают их биологическую ценности за счет снижения усвоения соответствующих пищевых веществ.

3. Чужеродные вещества( примеси) :

Остаточное количества пестицидов, радиоактивных веществ, соли тяжелых металлов, примеси растительного происхождения и т.д.

Питательные и антипитательные вещества являются естественными компонентами пищевого продукта , а примеси попадают в продукты питания в результате нарушений при каких-либо причинах.

20.Приведите примеры консервантов биотехнологического происхождения?(стр 19)

Пищевые консерванты – это вещества, добавляемые в пищевые продукты для увеличения его срока хранения. Известны консерванты биотехнологического происхождения. Низин – добавление его в пастеризуемый продукт позволяет получить эффект, подобный эффекту жесткой тепловой стерилизации, с уничтожением спор и одновременно сохранением вкусовых качеств и целостности продукта в течение долгого времени. Дальвацин – блокирует действие плесневых грибов, но не влияет на вкус и качество продукта.

21. Как получают безвредные пищевые красители?(стр 19)

Микроорганизмы или изолированные клетки высших грибов используют также продуцирования пищевых красителей ярко-желтого, красного и синего цветов. Поскольку такие красители получают не химическими методами, они действительно безопасны в использовании для пищевых целей.

22. Что включает понятие «отрицательная биотехнология»?(стр 20)

Известно, что в пищевой промышленности посторонняя микрофлора обычно способствует порче продуктов. Консерванты – это один з аспектов борьбы с посторонней микрофлорой. Сегодня для описания мероприятий такого характера применяют термин «отрицательная биотехнология», что означает предохранение приготовленной пищи от проникновения и воздействия нежелательных микроорганизмов.

23. Что служат основной стадией получения продукта с использованием биообъектов?(стр 37)

Основной стадией получения биотехнологического продукта является собственно биотехнологическая стадия, на которой с использованием того или иного биологического объекта( микроорганизмов, изолированных клеток, ферментов или клеточных органелл) происходит преобразование сырья в тот или иной целевой продукт. Биотехнологическая стадия включает синтез новых органических соединений, ферментацию, биотрансформацию, биокатализ, биоокисление, метановое брожение, биокомпостирование, биосорбцию, бактериальное выщелачивание, биодеградацию.

24. Какие биотехнологические процессы могут быть использованы на стадии подготовки сырья?(стр 37)

Подготовительные стадии служат для подготовки и приготовления необходимых видов сырья биотехнологической стадии. На стадии подготовки могут быть использованы следующие биотехнологические процессы:

1.Приготовление среды, включающие необходимые компоненты питания для биотехнологической стадии.

2. Стерилизация среды – для асептических биотехнологических процессов, где нежелательное попадание посторонней микрофлоры.

3.Подготовка и стерилизация газов(обычно воздуха)

4. Подготовка и хранение клеток посевного материала.

25.Что такое сепарация, центрифугирование, флотация?(стр 39)

Сепарация, центрифугирование- разделение взвешенных частиц под действием центробежных сил. Наиболее часто используется для отделения дрожжей или бактерий в производстве кормовой биомассы.

Флотация – захват биомассы микроорганизмов пузырьками пены и выделение её из пенной фракции. Этот прием используют в том случае, если клетки продуцента в биореакторе из-за низкой смачиваемости накапливаются в поверхностных слоях жидкости.

26. Что представляет собой фильтрация, ультрофильтрация, коагуляция?(стр 39-40)

Фильтрация – пропускание суспензии через фильтрующий материал, на котором задерживаются частицы твердой фазы – биомасса.

Микрофильтрация, ультрофильтрация – пропускание суспензии через мембраны с весьма малым размером пор, обеспечивающее удержание клеток микроорганизмов в мембране и получение раствора, свободного от взвешенных клеток. Ультрофильтрация задерживает не только клетки, но и крупные молекулы растворенных веществ.

Коагуляция – добавление в суспензию реагентов, способствующих образованию и осаждению более крупных клеточных агломератов и отделению их от жидкости путем отстаивания.

27. Что представляет собой второй этап получения целевого продукта?(стр 40)

Вторым этапом при получении целевого биотехнологического продукта, накапливающегося в клетках, является разрешение клеток, которое проводят физическим, химическим, химико-ферментативным и др методами. Эта стадия имеет определенные отличия, связанные с тем, являются ли продукты внеклеточными или внутриклеточными. Так для внутриклеточных продуктов сначала необходимо разрушить клеточную оболочку.

28.Привидите определение понятиям : дезинтеграция клеток, ферментолиз, экстракция, адсорбция и ионный обмен.(стр 40-41)

Дезинтеграция клеток – процесс разрушения клеточной оболочки – может осуществляться физическим, химическим и биотехнологическим методами.

Ферментолиз – разрушение клеточных оболочек под действием ферментов при повышенной температуры, обработкой толуолом или бутанолом при промышленном получении дрожжевого автолизата – разновидность ферментолиза – когда используются собственные ферменты клетки.

Экстракция – переход целевого продукта из водной фазы в несмешивающуюся с водой органическую жидкость.

Адсорбция – перевод растворенного в жидкости продукта в твердую фазу путем его адсорбции на специальных твердых носителях.

Ионный обмен – то же, что адсорбция, но в этом случае в твердую фазу переходят ионы, а не целиком молекула целевого продукта или примеси.

29. Как проводят физическое, химическое и химико-ферментатиное разрушение клеток?(стр 40)

Физическое разрушение проводят ультразвуком, с помощью вращающихся лопастей или втбраторов, встряхиванием со стеклянными бусами, продавливанием под высоким давлением через узкое отверстие, раздавливанием замороженной массы, с помощью мелющих тел, осмотическим шоком, замораживанием-оттаиванием, методом декомпрессии. Физические методы позволяют целенаправленно выделять какую-либо одну фракцию внутриклеточного содержимого.

Химическое и химико-ферментативное разрушение клеток избирательно и не всегда пригодно. Его проводят обработкой клеток ферментами – ферментолиз, применяю гидролиз – разрушение клеточной оболочки под действие химических реагентов и температуры. Разрушение клеточной стенки отделяют методами сепарации. В большинстве биотехнологических процессов клеточные стенки отбрасывают как балласт , но возможно промышленное получение компонентов клеточной стенок как целевого продукта.

30. Что включает стадия очистки биотехнологического продукта?(стр 41)

На стадии выделения продукта главная задача – отделить основную часть продукта, пусть даже с некоторыми примесями, т.е получить как бы неочищенный продукт. Поэтому , когда необходимо получать биопродукты высокой кондиции, добавляют ещё стадию очистки продукта. Задача этой стадии – убрать примеси, сделать продукт максимально чистым. Эта задача решается с помощью разнообразных процессов ( экстракция, адсорбция, ионный обмен, ультрофильтрация, обратный осмос, ректификация, ферментолиз, хромотография, диализ, кристаллизация)

31. Какими методами проводят концентрирование, модификацию и стабилизацию готовой форм продукта?( стр 42-43)

После очистки продукта он часто находится все-таки в растворе с небольшими концентрациями примесей. Дальнейшая задача – обеспечить его концентрирование. На стадии концентрирования применяют такие процессы, как выпаривание, сушка, осаждение, кристаллизация с фильтрацией получившихся кристаллов, ультрафильтрация и гиперфильтрация или нанофильтрация.

Модификация биотехнологического продукта – перестройка полученных соединения животного, растительного или микробного происхождения с целью придания им специфических свойств, необходимых человеку. Модификация – необходимый этап в получении ряда ферментов.

Стабилизация биотехнологического продукта – направлена на сохранение свойств продукта в период его хранения и использования потребителем. Стабилизация включает физико-химическое воздействие на продукт.

32. Что представляет собой классификация продуктов по их месту в типовой технологической схеме?( стр 43-47)

Различные виды продуктов пищевой биотехнологии отличаются не только по цвету, вкусу, запаху или химическому составу, но и по тому, какое место в типовой технологической схеме они занимают.

1.Продукты являются газами со стадии ферментации.

2.Продукт- среда ферментации: культуральная жидкость вместе с микроорганизмами или твердый субстрат.

3.Концентрат культуральной жидкости – выпаренный или высушенный.

4.Жидкость, получающаяся после отделения биомассы от культуральной жидкости.

5. Концентрат жидкости, полученный с помощью выпаривания, сушки или ультрофильтрации

6.Биомасса инактивированная.

7.Биопрепарат – жизнеспособная биомасса микроорганизмов.

8. Ослабленная биомасса микроорганизмов

9.Внеклеточный биопродукт – легкокипящая жидкость

10. Внеклеточный биопродукт – твердое вещество или высококипящая жидкость, растворенные в культуральной жидкости

11. Внутриклеточный продукт- многие антибиотики, нуклеотиды, витамины

12. Переработанная биомасса микроорганизмов

13. Очищенный от загрязнений поток жидкости – при очистке сточных вод.

14. Очищенная от загрязнения культуральная среда

15. Жидкая среда с экстрагированными из твердой фазы компонентами

16. Среда ферментации, увеличившая свой объем

33. Какие типы и конструкции промышленных ферментеров используют в биотехнологическом производстве?с(тр 65)

Биореактор, ферментер или ферментатор – это закрытая или открытая емкость, в которой при определенных условиях (давлении, температура, концентрация сухих веществ, рН среды и т.п) протекает на клеточном или молекулярном уровне контролируемая реакция, осуществляемая с помощью микроорганизмов.

Конструкция промышленных биореакторов отличаются большим разнообразием в зависимости от специфических свойств субстратов, морфологических и физиологических особенностей культивируемых микроорганизмов, перемешивания, подвода энергии, отвода теплоты и др.

34.Какие системы подачи воздуха, подвода энергии используют в промышленных ферментерах?(стр 65, 68)

По способу подвода энергии ферментёры можно подразделить на три группы:

1.ферментёры барботажные с механическим перемешиванием . Для культиворования грибов, бактерий, дрожжей и др. микроорганизмов на средах с различной вязкостью, для выращивания микроорганизмов на газообразных углеводах.

2.Ферментёры с подводом энергии к жидкой фазе. Аппараты применяются для производства кормовых и пищевых дрожжей , получаемых на различном сырье.

3. Ферментёры с подводом энергии в газовую фазу. Они применяются при культивировании микроорганизмов, не склонных к образованию агломератов, и при невысоких вязкостях сред.

35. Какие требования предъявляются к конструкции ферментёров?( стр 67-68)

1.Герметичность – исключает посторонней микрофлоры, сохранение постоянства объема культуральной жидкости

2.Возможность регулирования рН среды, температуры, пенообразования, парциального давления кислорода

3.Отсутствие токсичных материалов

4. Устойчивость к коррозии

5.Доступность для стериализации, чистки всех частей аппарата.

36. Чем отличатся культивирования биооъектов в открытой и закрытой системы?(стр 67)

Культивирование микроорганизмов может осуществляться в открытой или закрытой системах. Система называется закрытой, если не одно составная часть этой системы после начала процесса в биореакторе не вводится и не выводится. В периодическом процессе в ферментер сначала попадают все питательные вещества, водную фазу посевной материал. Проводят непрерывное культивирование по крайней мере с одной лимитирующей рост концентрацией вещества. Регулирование осуществляют поддержанием концентрации биомассы или продукта на посевном уровне изменении концентрации субстрата(турбидостат) или применения строго лимитированной концентрации питательных веществ с соответствующем изменении концентрации клеток или продукта(хемостат)

37.Какие группы ферментов участвуют в трансформации органического сырья?(стр 56)

Все эти ферменты можно поделить на 4 группы:

1.Ферменты собственного сырья

2.Ферменты сопутствующей микрофлоры сырья

3.Ферменты системы культурных штаммов микроорганизмов – возбудителей брожения, продуцентов органических кислот, аминокислот, витаминов, ферментов, пищевого белка и т.д

4. Ферментные препараты растительного, микробного и животного происхождения

38.Какие ферменты относят к первой группе?(стр 56)

В первой группе наиболее важными являются гидролитические и окислительно-восстановительные ферменты. Гидролитические ферменты – определяющие в начальной стадии производства продуктов глубокой биоконсервации, такие как спирт, вино, пиво, различные виды продуктов микробиологического синтеза

Технологические приемы заготовок и хранения сырья , а также многих видов кормов направлены на ограничение активности ферментов, прежде всего гидролитических и окислительно-восстановительных, действие которых приводит к снижению качества большинства видов растительного и животного сырья.

39. Какие ферменты включают во вторую группу? (стр 56)

Технологические приемы заготовок и хранения сырья , а также многих видов кормов направлены на ограничение активности ферментов, прежде всего гидролитических и окислительно-восстановительных, действие которых приводит к снижению качества большинства видов растительного и животного сырья.

40. Какие ферменты относят к третий группе?(стр 57)

Основной признак третий группы: это ферменты, входящие во внутриклеточные системы синтеза метаболитов. Существенным условием функционирования отдельных ферментов и систем в целом является их строгая локализация внутри клеток. Поэтому такие ферментные системы не выделяют из клеток, а используют клетки как носители ферментных систем.

41 Какие ферменты относят к четвертой группе?(стр 57)

Это ферменты, получаемые в виде препаратов, активная часть которых может быть растворимой или находится в связанной форме. Используются также индивидуальные ферменты, локализованные в клетках.

42. Что такое ферментативный гидролиз растительного сырья?(стр 58)

В производстве пищи и кормов используется ферментативный гидролиз. В технологиях пищевых продуктов и кормов распространены процессы гидролиза смеси нескольких субстратов различной природы. Это процессы гидролиза нефракционного растительного сырья(зерна, солода, зеленой массы растений и др.)Они используются при получении продуктов брожения, соков, пектина, хлебобулочных растений, пищевого и кормового белка, питательных сред для культивирования микроорганизмов. Гидролиз может осуществляться с помощью ферментов самого сырья или ферментных препаратов. В первом случаи задача технолога является наиболее полное использование ферментативной активности сырья, что достигается соблюдением оптимальных условий действия ферментов и введение активаторов, допустимых в технологии получаемого продукта. Активность основных ферментов сырья нужно контролировать с целью определения параметров процесса гидролиза( температуры, продолжительности) и необходимости использования дополнительных источников ферментов. Ферменты сырья играют важную роль в производстве пива, вина, хлеба, чая, табака и др.