Биотех Практика
.pdfМІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ
ЗАТВЕРДЖУЮ
Ректор __________________ С.В. Іванов
(Підпис)
«_____» ______________ 2013 р
ЗАГАЛЬНА БІОТЕХНОЛОГІЯ
МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ до практичних занять
для студентів напряму підготовки 6.051401 «Біотехнологія» денної форми навчання
Всі цитати, цифровий та фактичний |
СХВАЛЕНО |
матеріал, бібліографічні відомості |
на засіданні кафедри |
перевірені. Написання одиниць |
біотехнології і мікробіології |
відповідає стандартам |
Протокол № 3 |
Підпис автора ________________ |
від 19.09.2013 р. |
|
|
«____» ____________ 2013 р. |
|
Реєстраційний номер електронних методичних рекомендацій у НМВ
69.27-09.12.2013
Київ НУХТ 2013
Загальна |
біотехнологія [Електронний ресурс]: метод. рекомендації до |
практ. занять |
для студ. напряму підготовки 6.051401 «Біотехнологія» ден. |
форми навч. / уклад. Ю.М. Пенчук, Є.О. Омельчук – К. : НУХТ, 2013. – 16 с.
Рецензент: О.В. Карпов, д-р біол. наук, проф.
Укладачі Ю.М. Пенчук, канд. техн. наук, доц.
Є.О. Омельчук
Відповідальний за випуск: Т.П. Пирог, д-р біол. наук, проф.
Подано в авторській редакції
2
1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ Предметом вивчення дисципліни є вивчення процесу виробництва
біологічних препаратів або продуктів за допомогою біологічних об’єктів із
застосуванням наукових та інженерних методів. При вивченні дисципліни |
|
||||||||||||||||
розглядаються |
технології, |
які |
застосовуються |
у |
різноманітних |
галузях |
|||||||||||
промисловості та медицині, питання біологічної |
переробки |
промислових |
|
||||||||||||||
відходів, біодеградації ксенобіотиків у навколишньому середовищі та ін. |
|
|
|
||||||||||||||
Міждисциплінарні зв’язки: дана дисципліна спирається на знання, |
|
||||||||||||||||
здобуті студентами при вивченні процесів та |
апаратів, біології клітини, |
|
|||||||||||||||
біохімії, неорганічної, органічної, фізичної |
|
та колоїдної |
хімії. Подальше |
|
|||||||||||||
застосування |
|
одержаних |
знань |
та |
|
навичок |
необхідне |
|
для |
вивче |
|||||||
технологічних |
дисциплін («Технологія |
|
мікробного |
синтезу |
лікарських |
||||||||||||
засобів», |
«Технологія |
вакцин», |
«Технологія |
пробіотиків», |
«Промислова |
|
|||||||||||
технологія |
лікарських |
засобів», |
«Харчова |
|
біотехнологія», |
«Біотехнологія |
|
||||||||||
білків терапевтичної дії» та ін.), а також є складовою частиною курсових і |
|
||||||||||||||||
дипломних |
проектів, |
що |
виконуються |
студентами |
спеціальностей |
напряму |
|
||||||||||
«Біотехнологія» і використовуватиметься під час проходження технологічної |
|
||||||||||||||||
та переддипломної практики, виконання НДРС і у майбутній виробничо- |
|
||||||||||||||||
практичній та науково-дослідній роботі. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
1.1. Мета та завдання навчальної дисципліни |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
1.1.1. |
|
Метою |
викладання |
|
навчальної |
дисципліни“Загальна |
|
||||||||||
біотехнологія” є ознайомлення студентів з традиційними та новими галузями |
|
||||||||||||||||
промисловості, заснованих на використанні клітин мікроорганізмів, тварин і |
|
||||||||||||||||
рослин, |
у |
тому |
числі |
зі |
зміненою |
генетичною |
програмою, також |
|
|||||||||
позаклітинних речовин і клітинних компонентів. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
1.1.2. |
Основними |
|
завданнями вивчення |
дисципліни |
є |
|
надання |
||||||||||
студентам базові знання про основні компоненти біотехнологічного процесу, а |
|
||||||||||||||||
саме: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-біологічні агенти,
-субстрати,
-цільові продукти,
-апаратуру,
-сукупність методів управління.
1.1.3. Згідно з |
вимогами |
освітньо-професійної |
програми |
студенти |
||||
повинні: |
|
|
|
|
|
|
|
|
знати: |
|
|
|
|
|
|
|
|
- стан та перспективи розвитку сучасної біотехнології. |
|
|
|
|||||
- стан |
сучасних |
розробок |
в |
плані |
отримання |
більш |
ефективни |
|
продуцентів біологічно активних речовин. |
|
|
|
|
||||
- основи |
біотехнологій, які |
використовуються |
у |
різних |
галузях |
|||
промисловості та медицини. |
|
|
|
|
|
|
||
вміти: |
|
|
|
|
|
|
|
|
-класифікувати біотехнологічні процеси;
-оперативно орієнтуватися у матеріалах щодо різноманітних біотехнологій, викладених у наукових виданнях.
3
Роль у підготовці майбутніх фахівців. Опанування дисципліни дасть змогу майбутнім фахівцям на базі аналізу та узагальнення знань зрозуміти
специфіку проведення біотехнологічних процесів одержання цільових продуктів, обґрунтовувати вибір способів реалізації допоміжних робіт, таких як підготовка та стерилізація поживних середовищ, аераційного повітря та
технологічного обладнання, обирати способи культивування біологічних агентів і об’єднувати теоретичні висновки фундаментальних дисциплін з практичними питаннями біотехнології.
Практичні заняття побудовані таким чином, щоб студенти на основі знань про технологічні особливості біотехнологічних процесів мали змогу опанувати принципи охарактеризувати біотехнологічне виробництво в цілому та навчитись самостійно вирішувати практичні задачі.
Лабораторний курс побудований таким чином, що студент опановує методики контролю біотехнологічної сировини та готової продукції. Студенти самостійно вирішують практичні завдання по підготовці поживних середовищ та культивуванню промислових продуцентів.
Отримані знання необхідні для успішної практичної діяльності майбутніх
фахівців в наукових установах та підприємствах біотехнологічної галузі |
|
||||
Вимоги |
до |
навчальної |
підготовки |
студентів. Для |
успішного |
опанування даної дисципліни студентам необхідно мати знання з біологічних та хімічних дисциплін, навички роботи з комп’ютерними програмамиWord, Excel, PowerPoint для обробки даних за допомогою текстових та графічних редакторів; знати принципи роботи пошукових програм в мережі Internet, мати базовий рівень знання іноземної мови.
4
2. ТЕМИ ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ
№ |
|
Назва теми |
Кількість годин |
||
з/п |
|
|
|
денна |
заочна |
|
|
|
|
форма |
форма |
1. |
Історія |
розвитку |
біотехнології. Складові |
2 |
- |
|
біотехнологічного |
процесу. Мікроорганізми- |
|
|
|
|
продуценти та їх селекція. |
|
|
||
2. |
Характеристика поживних середовищ. Продукти |
2 |
- |
||
|
біотехнології. |
|
|
|
|
3. |
Підготовка |
поживних середовищ. |
2 |
- |
|
4. |
Підготовка стерильного стисненого повітря. |
2 |
- |
||
5. |
Підготовка |
біологічного агента. |
2 |
- |
|
6. |
Підготовка апаратури та комунікацій. |
2 |
- |
||
|
Піногасіння. |
|
|
|
|
7. |
Культивування мікроорганізмів. Періодичне |
2 |
- |
||
|
культивування. |
|
|
|
|
8. |
Культивування мікроорганізмів. Безперервне та |
2 |
- |
||
|
напівбезперервне культивування. |
|
|
||
9. |
Одержання |
продуктів |
біотехнології. |
2 |
- |
10. |
Знешкодження відходів біотехнологічних |
2 |
- |
||
|
виробництв. |
|
|
|
|
11. |
Основи генетичної та клітинної інженерії. |
2 |
- |
||
|
Генетична трансформація рослин і тварин. |
|
|
||
12. |
Технології одержання продуктів мікробного |
2 |
- |
||
|
синтезу. Технології одержання органічних |
|
|
||
|
кислот. |
|
|
|
|
13. |
Технології одержання продуктів мікробного |
2 |
- |
||
|
синтезу. Технологічні особливості одержання |
|
|
||
|
вітамінів. |
|
|
|
|
14. |
Технології одержання продуктів мікробного |
2 |
- |
||
|
синтезу. Технологічні особливості одержання |
|
|
||
|
амінокислот. |
|
|
|
|
15. |
Технології одержання продуктів мікробного |
2 |
- |
||
|
синтезу. Технології одержання антибіотиків. |
|
|
||
16. |
Екологічна |
біотехнологія. |
2 |
- |
|
|
|
|
Всього: |
32 |
|
5
3. ЗМІСТ ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ
Практичне заняття № 1 Тема: Історія розвитку біотехнології. Складові біотехнологічного
процесу. Мікроорганізми-продуценти та їх селекція Мета заняття: ознайомлення студентів з історією розвит
біотехнології як науки, складовими біотехнологічного процесу, а також номенклатурою та вимогами до біологічних агентів.
План проведення заняття:
1.Дати визначення біотехнології.
2.Охарактеризувати історичні етапи розвитку біотехнології.
3.Навести приклади практичного використання та перспективи розвитку біотехнології.
4.Охарактеризувати складові біотехнологічного процесу.
5. |
Охарактеризувати |
біологічні |
агенти, що |
використовуються |
в |
|
біотехнології. |
|
|
|
|
6. |
Навести методи селекції мікроорганізмів. |
|
|
||
Література: [1, 4, 5, 6]. |
|
|
|
|
|
Практичне заняття № 2 Тема: Характеристика поживних середовищ. Продукти біотехнології
Мета заняття: ознайомлення студентів з основною сировиною, що використовується в біотехнологічних виробництвах.
План проведення заняття:
1.Охарактеризувати субстратів з точки зору енергетичної цінності та легкості засвоювання.
2.Навести джерела вуглецю, що використовуються як субстрати в мікробному синтезі.
3. |
Вимоги |
до |
сировини, що |
використовується |
як |
субстрат |
в |
|
біотехнологічних виробництвах. |
|
|
|
|
||
4. |
Навести приклади та охарактеризувати відходи |
|
виробництва |
як |
|||
|
субстрати. |
|
|
|
|
|
|
5.Надати характеристику деяких комплексних середовищ.
6.Охарактеризувати продукти біотехнології.
Література: [1, 4, 5, 6].
Практичне заняття № 3 Тема: Підготовка поживних середовищ
Мета заняття: ознайомлення студентів з принципами підготовки компонентів поживних середовищ, розрахунком їх необхідної кількості та способами стерилізації.
План проведення заняття:
1. Охарактеризувати основні принципи складання поживних середовищ.
6
2.Навести способи зберігання сипких та рідких компонентів поживних середовищ в умовах виробництва.
3.Охарактеризувати способи стерилізації сипких поживних середовищ.
4.Охарактеризувати способи стерилізації рідких поживних середовищ.
5. Розрахунок |
ефективності |
термічної |
стерилізації. Критерій |
стерилізації. |
|
|
|
6.Охарактеризувати періодичну стерилізацію компонентів поживних середовищ. Навести переваги та недоліки.
7.Охарактеризувати безперервну стерилізацію компонентів поживних середовищ. Навести переваги та недоліки.
|
8. |
Характеристика |
обладнання |
для |
приготування |
та |
стерилізації |
||||
|
|
поживних середовищ. |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
9. |
Охарактеризувати процес рекуперації тепла. |
|
|
|
|
|||||
|
10.Користуючись даними з таблиці3.1 розрахувати необхідну кількість |
|
|||||||||
|
|
компонентів та води, необхідних для приготування поживного |
|
||||||||
|
|
середовища. |
Розрахувати |
необхідну |
кількість |
збірників |
для |
||||
|
|
приготування |
розчинів. Вибрати |
обладнання для |
приготування |
|
|||||
|
|
стерилізації компонентів. Відповідь обґрунтувати! |
Таблиця 3.1 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
№ |
|
Компоненти поживного |
Об‘єм |
Примітки |
|
|
|
||||
пп |
|
середовища |
|
поживного |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
середовища |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
|
|
3 |
4 |
|
|
|
|
1 |
Соєве борошно– 5 г/л |
|
20 м3 |
|
Концентрації суспензії |
|
|
|
|||
|
Кукурудзяний екстракт – 11 г/л |
|
|
соєвого борошна та |
|
|
|
||||
|
К2НРО4 – 0,5 |
|
|
|
|
розчину кукурудзяного |
|
|
|
||
|
КН2РО4 – 0,5 |
|
|
|
|
екстракту до стерилізації |
|
|
|||
|
NH4NO3 – 1 |
|
|
|
|
20 та 30 % відповідно. |
|
|
|
||
|
Ca(NO3)2 – 0,01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Глюкоза – 1 % |
|
|
55 м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Сахароза – 5 % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NaCl – 2 % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КН2РО4 – 5 % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH4NO3 – 3 % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Аланін – 0,05 % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НCl – 0,5 % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
Меляса – 12 г/л |
|
|
200 м3 |
Концентрації суспензії |
|
|
|
|||
|
Пшеничне борошно – 5 г/л |
|
|
пшеничного борошна та |
|
|
|||||
|
NH4NO3 – 5 г/л |
|
|
|
|
розчину меляси до |
|
|
|
||
|
Крейда – 1 г/л |
|
|
|
|
стерилізації 20 та 30 % |
|
|
|
||
|
КCl – 2 г/л |
|
|
|
|
відповідно. |
|
|
|
|
|
|
КН2РО4 – 3 г/л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Олія сояшникова – 0,1 % (об.) |
|
|
|
|
|
|
|
|||
7
1 |
2 |
3 |
4 |
4 |
Сахароза – 13 г/л |
100 м3 |
Концентрації суспензії |
|
Кукурудзяний екстракт – 11 % |
|
розчину кукурудзяного |
|
КNO3 – 5 г/л |
|
екстракту до стерилізації |
|
Na2SO4 – 2 г/л |
|
30 % відповідно. |
|
КН2РО4 – 5 % |
|
|
|
ZnSO4 – 0,1 % |
|
|
5 |
Сироватка молочна– 10 % |
10 м3 |
|
|
NH4NO3 – 5 % |
|
|
|
КН2РО4 – 10 % |
|
|
|
Крейда – 1 г/л |
|
|
6 |
Соєве борошно– 15 % |
63 м3 |
Концентрація суспензії |
|
К2НРО4 – 10 % |
|
соєвого борошна до |
|
NaCl – 2 % |
|
стерилізації 30 %. |
|
NaН2РО4 – 2 % |
|
|
|
Рослинний жир – 1 % (об.) |
|
|
7 |
Меляса – 17 % |
120 м3 |
Концентрації суспензії |
|
Крохмаль – 5 % |
|
крохмалю та розчину |
|
КNO3 – 5 г/л |
|
меляси до стерилізації 20 |
|
Na2SO4 – 2 г/л |
|
та 30 % відповідно. |
|
КН2РО4 – 5 % |
|
|
8 |
Кукурудзяне борошно– 15 % |
60 м3 |
Концентрація суспензії |
|
Крейда – 1 г/л |
|
кукурудзяного борошна |
|
NH4NO3 – 5 % |
|
до стерилізації 30 %. |
|
КН2РО4 – 10 % |
|
|
|
Спирт етиловий – 2 % (об.) |
|
|
9 |
Меляса – 12 % |
1 м3 |
Концентрації |
|
Кукурудзяний екстракт – 10 % |
|
кукурудзяного екстракту |
|
NH4NO3 – 5 % |
|
та розчину меляси до |
|
КН2РО4 – 10 % |
|
стерилізації 10 та 25 % |
|
Крохмаль – 5 % |
|
відповідно. |
10 |
Сахароза – 17 г/л |
6,3 м3 |
Концентрації розчинів |
|
Кукурудзяний екстракт – 5 % |
|
сахарози та |
|
КNO3 – 1 г/л |
|
кукурудзяного екстракту |
|
Na2SO4 – 2 г/л |
|
до стерилізації 20 та 30 % |
|
КН2РО4 – 8 % |
|
відповідно. |
|
ZnSO4 – 0,7 % |
|
|
11.Навести технологічну схему підготовки поживних середовищ.
Література: [1, 4, 5, 6].
8
Практичне заняття № 4 Тема: Підготовка стерильного стисненого повітря
Мета заняття: ознайомлення студентів з принципами підготовки
аераційного повітря, способами |
його очищення, механізмами видалення |
||||
дисперсних часточок та очищенням відпрацьованого повітря. |
|
||||
План проведення заняття: |
|
|
|
|
|
1. Охарактеризуйте |
фізико-хімічні |
та |
мікробіологічні |
параметри |
|
аераційного повітря. |
|
|
|
|
|
2.Наведіть механізми видалення дисперсних часточок та контамінантів з повітря.
3.Охарактеризуйте фільтрувальні матеріали, що використовуються у головних фільтрах.
4.Охарактеризуйте фільтрувальні матеріали, що використовуються у фільтрах тонкого очищення.
5.Наведіть технологічну схему стиснення та очищення аераційного повітря.
6. |
Наведіть |
способи |
перевірки |
працездатності |
фільтрувальног |
||||
|
матеріалу в фільтрах. |
|
|
|
|
|
|
||
7. |
Охарактеризуйте способи очищення відпрацьованого повітря. |
|
|
||||||
Література: [1, 4, 5, 6]. |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Практичне заняття № 5 |
|
|
|
|||
|
|
Тема: Підготовка біологічного агента |
|
|
|||||
Мета заняття: ознайомлення студентів з способами зберігання вихідних |
|
||||||||
штамів, підготовкою посівного матеріалу для поверхневого та глибинного |
|
||||||||
культивування. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
План проведення заняття: |
|
|
|
|
|
|
|||
1. |
Охарактеризуйте способи зберігання вихідних штамів-продуцентів. |
|
|||||||
2. |
Охарактеризуйте |
спосіб |
одержання |
посівного |
матеріалу |
д |
|||
|
поверхневого культивування. |
|
|
|
|
|
|||
3. |
Охарактеризуйте |
спосіб |
одержання |
посівного |
матеріалу |
д |
|||
|
глибинного культивування. |
|
|
|
|
|
|
||
4. |
Обґрунтуйте дози посівного матеріалу для різних груп продуцентів. |
|
|||||||
5. |
Розрахуйте |
кількість |
стадій |
підготовки |
посівного |
матеріалу |
|
||
|
залежності від об‘єму ферментаційного середовища та характеристики |
|
|||||||
|
біологічного агенту. |
|
|
|
|
|
|
|
|
6. |
Технологічна схема одержання посівного матеріалу. |
|
|
||||||
Література: [1, 4, 5, 6].
Практичне заняття № 6 Тема: Підготовка апаратури та комунікацій. Піногасіння
Мета заняття: ознайомлення студентів з способами підготовки технологічного обладнання та способами піногасіння.
9
План проведення заняття:
1.Базові принципи вибору устаткування для біосинтезу.
2.Охарактеризуйте способи миття ферментаційного обладнання.
3.Охарактеризуйте способи стерилізації ферментаційного обладнання.
4. |
Охарактеризуйте |
процес |
підготовки обладнання для |
стерилізації |
||
|
поживних середовищ. |
|
|
|
|
|
5. |
Охарактеризуйте |
процес |
підготовки |
фільтрів |
для |
очищен |
|
аераційного повітря. |
|
|
|
|
|
6.Наведіть основні причини утворення піни в процесі біосинтезу.
7.Охарактеризуйте основні способи піногасіння, їх переваги та недоліки.
8.Способи підготовки піногасників.
Література: [1, 4, 5, 6].
Практичне заняття № 7 Тема: Культивування мікроорганізмів. Періодичне культивування
Мета заняття: ознайомлення студентів з теоретичними основами культивування мікроорганізмів, закономірностями росту та їх практичним використанням.
План проведення заняття:
1.Охарактеризуйте періодичного культивування.
2.Охарактеризуйте закономірності розвитку мікробної популяції. Крива росту.
3.Вплив субстрату та метаболітів на ростові процеси. Рівняння Моно.
4.Наведіть критерії оцінки процесу культивування мікроорганізмів.
5.Практичне використання економічного коефіцієнту.
6.Охарактеризуйте вплив факторів зовнішнього середовища на процеси культивування.
7.Масообміні процеси в біотехнології при глибинному культивуванні біологічних агентів.
8. |
Закономірності |
транспортних |
процесів |
в |
біотехнології. Типи |
|
транспорту поживних речовин. |
|
|
|
|
9. |
Практичне використання періодичного культивування. |
|
|||
Література: [1, 4, 5, 6]. |
|
|
|
||
Практичне заняття № 8 Тема: Культивування мікроорганізмів. Безперервне та
напівбезперервне культивування Мета заняття: ознайомлення студентів з способами регулювання
безперервними процесами та їх практичним використанням.
План проведення заняття: |
|
|
|
|
|||
1. |
Охарактеризуйте |
безперервне |
культивування |
з |
точки |
||
|
ефективності проведення процесу. |
|
|
|
|||
2. |
Закон експоненційного росту. |
|
|
|
|||
3. |
Наведіть |
способи |
керування |
безперервним |
|
культивуванн |
|
мікроорганізмів.
10