ВВЕДЕНИЕ В ПРОФЕССИЮ БИОТЕХНОЛОГА ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

УДК 613.8 (076)

Рецензент:

профессор, д-р техн. наук, зав. кафедрой технологии продуктов питания ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный технический университет (Дальрыбвтуз)» С.Н. Максимова

Мезенова, О.Я.

Введение в профессию биотехнолога пищевой промышленности / О.Я. Мезенова. – Калининград: Издательство ФГБОУ ВПО «КГТУ», 2013. – 109 с.

Рассмотрены основные определения в области биотехнологии. Показана история формирования биотехнологии. Рассмотрены пищевая биотехнология и этапы ее становление. Освещена профессиональная деятельности бакалавра по направлению «Биотехнология». Охарактеризовано профессиональное техническое образование в России. Дана история рыбохозяйственного образования и Калининградского государственного технического университета. Приведены основные определения отраслей пищевой промышленности и ее структура, охарактеризованы пищевая промышленность и биотехнология в Калининградской области. Показаны основные направления развития пищевой биотехнологии с использование микроорганизмов на примере биотехнологии молочных продуктов, производства алкогольных напитков. Освещены микробная биотехнология и ее перспективные промышленные биотехнологические объекты. Показаны основы генетической инженерии, биоэнергетики, биотехнологии иммобилизованных ферментов, экологической биотехнологии.

Учебное пособие предназначено для студентов вузов, обучающихся в бакалавриате по направлению подготовки «Биотехнология».

Список лит. – 52 наименования.

Учебное пособие рекомендовано к изданию учебно-методической комиссией механико-технологического факультета 30.06.2013 г., протокол № 12.

УДК 613.8(076)

© Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Калининградский государственный технический университет», 2013 г.

2

3

ВВЕДЕНИЕ

Биотехнология, как наука, является важнейшим разделом современной биологии, химии и инженерии, ставшая в конце XX века одним из ведущих приоритетов в мировой науке и экономике.

Существует несколько определений биотехнологии. В традиционном, классическом понимании биотехнология – это наука о методах и технологиях производства различных веществ и продуктов с использованием природных биологических объектов и процессов.

Биотехнология сегодня – это производственное использование биологических агентов (растения, животные, микроорганизмы, клетки или их части: клеточные мембраны, рибосомы, митохондрии, хлоропласты и др.) для получения ценных продуктов различного назначения или осуществления целевых превращений. В биотехнологических процессах также используются такие биологические макромолекулы, как рибонуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), белки (чаще всего ферменты). ДНК или РНК необходима для переноса чужеродных генов в клетки и создания продукции генной инженерии.

Биотехнология – это наука об изучении законов живой природы, которые используются для повышения качества жизни человека в различных сферах его жизнедеятельности. Немаловажным является использование биопотенциала уникального по разнообразию и свойствам природного сырья. С учетом интегральной по своей природе биотехнологии, использующей теоретические и методические положения прикладной биохимии, микробиологии, молекулярной биологии, физиологии, генетики, химических технологий, экологии, технологии различных продуктов, включая функциональные и медицинские, возможности ее в области получения ценных продуктов жизни очень широкие.

Биотехнология своим появлением обязана эволюции биологии, главным этапом развития которой стал прикладной аспект знаний об основополагающих механизмах жизнедеятельности живой материи.

Биотехнология сегодня является одним из приоритетов современности, соединяя в широком толковании слова все области, связанные с технологией жизни.

Биотехнология представляет собой синтез науки и практики во многих сферах, являясь междисциплинарной областью знаний, базирующейся, прежде всего, на биологии, химии и инженерии. Эта интегральная область опирается на теоретические и методические положения микробиологии, молекулярной биологии, физиологии, генетики, цитологии, биохимии, биофизики, вирусологии и иммунологии, химических технологий, экологии, инженерных наук – технологии продуктов питания, фармацевтических и медицинских продуктов, нефтепереработки и т. д.

Исторически биотехнология началась с использования культур клеток бактерий, дрожжей, животных или растений, метаболизм и биосинтетические возможности которых обеспечивают выработку специфических веществ. Согласно Европейской Биотехнологической Федерации, созданной в 1978 г., био-

4

технология на основе применения знаний и методов биохимии, микробиологии, генетики и химической техники позволяет извлекать выгоду в технологических процессах из свойств микроорганизмов, клеточных культур и других биологических материалов. Она дает возможность получать с помощью легкодоступных и возобновляемых ресурсов те вещества и соединения, которые важны для жизни и благосостояния людей.

Биотехнология, как наука, может рассматриваться в двух измерениях – современном и традиционном (классическом).

Современная биотехнология – это наука о генно-инженерных и клеточных методах создания и использования генетически трансформированных биологических объектов, создаваемых и используемых для повышения эффективности производства и получения новых видов продукции, полезных для общества.

Традиционная биотехнология – это наука о методах и технологиях производства различных продуктов с использованием природных биологических объектов и процессов (хлебопечение, квашение, виноделие, пивоварение и др.).

Высшим достижением современной биотехнологии является генетическая инженерия, т. е. трансформация и перенос чужеродных генов (носителей наследственности) в другие организмы (трансгенные или генетически модифицированные организмы – ГМО) с новыми или усиленными свойствами и признаками.

Всплеск исследований по генетической инженерии в мировой науке произошел в 80-х годах, когда новые методологические подходы обеспечили переход к эффективному их использованию в науке и практике, появилась реальная возможность извлечь из этого экономический эффект. Согласно прогнозам, уже в начале XXI века биотехнологические товары будут составлять четверть всей мировой продукции. В нашей стране значительное расширение научноисследовательских работ в биотехнологии началось в 80-е годы. В этот период была разработана и осуществлялась первая общенациональная программа по биотехнологии, были созданы межведомственные биотехнологические центры, подготовлены квалифицированные кадры биотехнологов, организованы специализированные лаборатории и кафедры в научно-исследовательских учреждениях и вузах.

Однако в дальнейшем внимание к проблемам биотехнологии в стране ослабло, а финансирование данных исследований было сокращено. В результате развитие биотехнологии в России замедлилось, что привело к отставанию от мирового уровня, особенно в области генетической инженерии, а именно клеточных методах создания и использования в практике генетически трансформированных биологических объектов.

Сегодня условно можно выделить следующие основные направления биотехнологии: пищевых продуктов (пищевая биотехнология), препаратов для сельского хозяйства (сельскохозяйственная биотехнология), продуктов для промышленного и бытового использования (промышленная биотехнология), лекарственных препаратов (медицинская биотехнология), средств диагностики и реактивов (биопротеомика), методов защиты окружающей среды от загрязне-

5

ния и деградации токсичных отходов (экобиотехнология), современных видов топлива (биоэнергетика), систематизации и информатизации биоматериалов (биоинформатика), методов управления в экономике (биоэкономика) и др.

В настоящем учебном пособии рассматривается введение в профессию в области пищевой биотехнологии, которая является перспективным направлением развития пищевой промышленности, использующим биотехнологические процессы для получения пищевых продуктов нового поколения и различных форм пищи.

Пищевая биотехнология в перерабатывающей промышленности подразделяется по отраслям (пивоварение, виноделие, мясная, молочная, рыбная отрасли и т. д.). Данные отрасли изучают биотехнологический потенциал сырья растительного, животного происхождения, рыбы и морепродуктов, микроорганизмов, а также пищевых добавок, который предлагается использовать для создания продуктов здорового питания. В качестве приоритетных добавок используются ферментные препараты, продукты микробиологического синтеза, биологически активные вещества и их композиции, функциональные ингредиенты и др.

Люди выступали в роли биотехнологов пищевых продуктов на протяжении тысячи лет: пекли хлеб, варили пиво, делали сыр, молочно-кислые продукты, используя различные микроорганизмы, и даже не подозревали об их существовании. Сам термин «биотехнология» появился в нашем языке не так давно, вместо него употреблялись слова «промышленная микробиология», «техническая биохимия», «прикладная молекулярная биология» и др. Древнейшим биотехнологическим процессом, используемым в пищевых целях, является брожение. В пользу этого свидетельствует описание процесса приготовления пива, обнаруженное в 1981 г. при раскопках Вавилона на дощечке, которая датируется примерно VI тысячелетием до н. э. Уже в III тысячелетии до н. э. шумеры изготовляли до двух десятков видов пива. Не менее древними биотехнологическими процессами являются виноделие, хлебопечение и получение молочнокислых продуктов.

Всовременной пищевой биотехнологии применяют не только ее традиционные формы, но и новые биотехнологические приемы (методы генной инженерии, биопроцессорную технику, молекулярную биологию и др.). Так, обычное производство спирта в процессе брожения наряду с «традиционной» биотехнологией (использование в процессе дрожжей) использует и «новую» биотехнологию (дрожжи улучшены методами генной инженерии для увеличения выхода спирта).

Впищевой биотехнологии основными достижениями являются получение новых биологически ценных продуктов: биологически активных веществ – БАВ и добавок – БАД, обогащенных продуктов, изделий заданного состава и свойств, лечебно-профилактических продуктов, продуктов функционального назначения и т. д. Формула пищи человека третьего тысячелетия – это постоян-

ное использование в рационе продуктов, обогащенных биологически активными компонентами, которые изучает пищевая биотехнология.

6

Внашей стране ограничено количество вузов, которые готовят специалистов по биотехнологии с профилем «Пищевая биотехнология»: Калининградский государственный технический университет (КГТУ); Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет (Дальрыбвтуз); Воронежский государственный университет инженерных технологий (ВГУИТ); Ивановский государственный химико-технологический университет (ИГХТУ); Кировский филиал Московского университета государственного управления; Московский государственный университет пищевых производств (МГУПП); Орловский государственный технический университет (ОрелГТУ); СанктПетербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий (СПбГУНиПТ до 2012 г., с 2012 – Институт холода и биотехнологии НИУ ИТМО); Северо-Кавказский государственный технический университет (СевКавГТУ); Тихоокеанский государственный экономический университет (ТГЭУ).

Целью освоения дисциплины «Введение в профессию» является формирование представлений о биотехнологии, объектах, видах и задачах профессиональной деятельности бакалавра в сфере пищевой биотехнологии, основной образовательной программе (ООП) по направлению 240700.62 «Биотехнология» в университете, условиях и результатах ее освоения.

Задачами дисциплины являются:

•изучение основных понятий будущей профессиональной деятельности в области биотехнологии, раскрывающих ее сущность, объекты, виды и основные задачи;

•формирование необходимых для успешного освоения ООП по направлению 240700.62 «Биотехнология» знаний и мотиваций;

•получение первичных навыков работы с различными источниками информации, сбора, анализа и обобщения необходимых сведений и данных.

Врезультате освоения дисциплины у обучающегося формируются следующие общекультурные (ОК) и профессиональные (ПК) компетенции и их

элементы, предусмотренные ФГОС ВПО по направлению 240700.62 «Биотехнология». Он:

•владеет культурой мышления, способен к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения

(ОК-1);

•умеет логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь, способен в письменной и устной речи правильно (логически) оформить результаты мышления (ОК-2);

•готов к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-3);

•умеет использовать нормативные правовые документы в своей деятельности (ОК-6);

•стремится к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства, приобретению новых знания в области техники и технологии

(ОК-7);

7

•осознает социальную значимость своей будущей профессии, обладает высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности

(ОК-9);

•работает с информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-12);

•понимает роль охраны окружающей среды и рационального природопользования для развития и сохранения цивилизации (ОК-13);

•использует знания о современной физической картине мира, простран- ственно-временных закономерностях, строения вещества для понимания окружающего мира и явлений природы (ПК-2);

•умеет работать с научно-технической информацией, использовать отечественный и зарубежный опыт в профессиональной деятельности, систематизировать и обобщать информацию по использованию ресурсов производства (ПК-6);

•владеет основными методами и приемами проведения экспериментальных исследований в своей профессиональной области; способен проводить стандартные и сертификационные испытания сырья, готовой продукции и технологических процессов (ПК-7).

Изучение дисциплины будет полезно всем, кто интересуется биотехнологией и ее пищевой составляющей.

Автор благодарит рецензента зав. кафедрой технологии продуктов питания ФГБОУ ВПО «Дальрыбвтуз», д. т. н. профессора С.Н. Максимову за внимательное прочтение работы и будет благодарен всем, кто пришлет свои критические замечания.

8