bio_3денисенко

Вариант № 3

Вопрос № 1

Использование ферментов для проведения технологических процессов. Технология получения фруктозного сиропа.

Многие ферменты используют в пищевой промышленности. В кондитерском производстве применяется инвертаза дрожжей, превращающая сахарозу в глюкозу и фруктозу, предотвращая кристаллизацию сахарозы при высоких ее концентрациях.

Глюкозоизомераза, иммобилизованная на целлюлозном носителе, применяется для получения глюкозо-фруктозных сиропов с преимущественным содержанием фруктозы. Крупномасштабным производством является получение глюкозы из крахмала с использованием иммобилизованной амилоглюко- зидазы в проточных перемешиваемых реакторах.

Для просветления пива используют протеиназы, в частности папаин, иммобилизованный на хитине. В пивоварении для замены солода используют амилазы. Эти ферменты находят свое применение также при производстве патоки и растворимого крахмала. В хлебопечении амилазы на 30% ускоряют процесс созревания теста, улучшают качество хлеба, предотвращая процесс черствления.

При обработке молока ферменты используют в нескольких технологических процессах.

При производстве сыра одной из основных стадий является коагуляция молока, которая осуществляется при помощи реннина. Для удешевления процесса в ряде случаев применяют бактериальные ренинины, иммобилизованные на нерастворимых носителях. Вкусовые свойства сыра могут быть улучшены за счет укорочения цепи углеродных атомов в результате гидролиза под действием липаз микроорганизмов. Отходом при производстве сыра является молочная сыворотка, содержащая большое количество лактозы. Последняя содержит галактозу и глюкозу, представляющую большую пищевую ценность. Однако получение глюкозы из лактозы при помощи растворимой лактазы нетехнологично, поэтому был разработан метод гидролиза лактозы при помощи иммобилизованной на триацетате целлюлозы лактазы. Для стабилизации молока его обрабатывают протеиназами. Так, обработанное иммобилизованным трипсином молоко меньше подвержено окислению и в течение двух недель не утрачивает своего вкуса.

Целлюлазы используют при приготовлении растворимого кофе, а также при обработке цитрусовых. Кислая липаза применяется в хлебопечении; она катализирует процесс образования моноглицеридов, препятствующих чсрств- лению хлеба.

В кожевенном производстве для обработки шкур применяют препараты протеиназ микробного происхождения, при этом качество сырья значительно улучшается, а время технологического процесса сокращается почти в два раза.

В текстильной промышленности пектолитические ферменты с успехом используют для переработки льносоломы и получения из нее льноволокна. Некоторые протеиназы применяют для обесклсивания шелка и высвобождения шелковых волокон.

Широкое применение нашли ферменты в тонком органическом синтезе. Чаще всего используют гидролитические ферменты, иммобилизованные на растворимых носителях. В частности, гидролазы применяют для модификации пенициллинов и цефалоспоринов. Биокаталитический процесс связан с модификацией боковой цепи антибиотика без изменения его ядра.

Примером может служить производство полусинтетических пенициллинов. Они являются производными 6-аминопенициллановой кислоты, деацилированной формы бензилпенициллина. В настоящее время известно много технологических процессов, в которых используется иммобилизованная пенициллинамидаза, осуществляющая это деацилирование. Полусинтетические пенициллины получают в реакторах периодического действия, иммобилизацию фермента проводят на триацетате целлюлозы.

Технология получения фруктозного сиропа.

В основе технологии ГФС лежит ферментативное превращение (изомеризация) глюкозы во фруктозы под действием фермента глюкоизомеразы. Глюкоизомеразу продуцируют несколько видов микроорганизмов. Изомеризация глюкозы во фруктозу является обратимой реакцией. Равновесное состояние характеризуется содержанием 48 – 52 % фруктозы и зависит от температуры реакции.

Крахмальная суспензия, содержащая 35 – 40 % мас. СВ, под действием фермента α-амилаза разжижается, при 60 ^оС подкисляется до рН 4,5, осахаривается ферментом глюкоамилаза до содержания РВ 97 – 98 % мас. Полученный гидролизат для отделения жиробелковых примесей и азотистых соединений фильтруется на вакуум-фильтрах с намывным слоем. Для удаления остаточных примесей в виде красящих веществ, различных катионов и анионов, аминокислот, сиропы подвергаются обесцвечиванию активным углем, фильтруются и обрабатываются ионообменными смолами обычно по схеме катионит – анионит. Очищенный сироп с содержанием СВ около 35 % мас. сгущается на выпарной установке до СВ 40 – 45 % мас. Полученный сироп нагревается до 65 ^оС, нейтрализуется до рН 6,5 – 8,5, активируется добавками солей (сульфаты магния кобальта), стерилизуется за счет ввода гидросульфита натрия и направляется на стадию изомеризации.

Ферментативная изомеризация может проводиться в периодическом и непрерывном режиме. При непрерывной изомеризации содержание фруктозы в сиропе регулируется изменением его объемной скорости прохождения через реактор. Периодический процесс осуществляется в реакторах большой вместимости (50 – 125 м³), имеющих перемешивающее устройство и систему поддержания заданного температурного режима. Глюкозный сироп изомеризуется при вводе расчетной дозы фермента в течение 20 – 24 ч до содержания в нем фруктозы 42 %. Для исключения контакта фермента с кислородом, снижающим активность изомеразы, в верхнюю часть реактора подается азот.

После проведения изомеризации сироп отстаивается, фермент в иммобилизованном виде выпадает в осадок, а затем используется в следующем цикле изомеризации. Фермент повторно используется в течение 20 – 24 дней. При снижении активности фермента до 30 % от начальной его выводят из реактора. Полученный жидкий глюкозно-фруктозный сироп подкисляется соляной кислотой до рН 4,5 и очищается по схеме катионит – анионит – активный уголь с последующим двухступенчатым фильтрованием. Очищенный сироп уваривается в вакуумаппаратах до содержания СВ 71 – 74 % мас.

Вопрос № 2

Асептические процессы, стерилизация питательных субстратов, оборудования и воздуха. Способы стерилизации, основные кинетические параметры стерилизации.

Асептикой называют комплекс мероприятий, направленных на предотвращение попадания микробов в рану. Под раной стоит понимать не только собственно хирургическую рану, но и различные нарушения целостности кожи вследствие косметологических процедур, маникюра, татуажа, пирсинга и т.д.

Существует два основных вида асептики: физический и химический.

Методы физической асептики применяют главным образом для обработки инструментов, изделий, посуды, перевязочного материала, белья.

Методы химической асептики применяют при обеззараживании не только инструментов и изделий, но также и поверхностей помещения.

Методы физической асептики

Суть физических методов асептики заключается в обеззараживании объектов путем воздействия на них физическими факторами — высокой температурой, ультрафиолетовым излучением, ультразвуком и т.д.

Физическая асептика может осуществляться с помощью:

• Кипячения;

• Паровой стерилизации;

• Воздушной стерилизации;

• Ультрафиолетового облучения;

• Ионизирующего излучения;

• Ультразвука.

Методы химической асептики

К химическим методам асептики относят обеззараживание с помощью химических средств (дезсредств). Асептическими свойствами обладают кислоты и щелочи, спирты, окислители, галоиды, альдегиды и другие группы веществ.

Обработка химическими средствами проводится двумя методами:

1. Погружение в дезсредство;

2. Протирание (распыление).

Питательные среды стерилизуют главным образом в автоклавах насыщенным паром под давлением 0,05-0,2 МПа. Температура насыщенного пара при различных давлениях:

Показатели манометра, МПа	Температура насыщенного пара, ºC	Показания манометра, МПа	Температура насыщенного пара, ºC
0,00	100	0,15	128
0,05	12	0,20	134
0,10	121	0,30	144

Подготовку автоклава к работе и процесс стерилизации осуществляют следующим образом. Тщательно проверяют исправность аппарата. В водопаровую камеру через воронку заливают дистиллированную воду до тех пор, пока ее уровень не дойдет до верхней метки водомерного стекла. После этого кран перекрывают. Питательные среды в пробирках или колбах, закрытых ватными пробками с бумажными колпачками, завернутую в бумагу посуду и другой стерилизуемый материал помещают на решетчатую подставку и накрывают бумагой. Автоклав закрывают крышкой, равномерно завинчивают зажимы, не допуская перекосов и не плотностей. Открывают спускной кран пароотводной трубы, включают автоклав в электрическую сеть и начинают прогрев. Образующийся пар должен вытеснить из автоклава весь воздух, так как температура чистого насыщенного пара выше температуры смеси пара с воздухом. После полного удаления воздуха и влажного пара непрерывную струю свистящего сухого пара выпускают еще 10-15 мин и перекрывают спускной кран. Пар выпускают через резиновый шланг, надетый на пароотводную трубку и опущенный в сосуд с водой. За повышением рабочего давления в автоклаве следят по манометру. Время стерилизации отсчитывают с момента установления необходимого давления. Излишний пар, образующийся в результате нагрева, выпускается предохранительным клапаном, как только стрелка манометра переходит черту требуемого давления. По истечении времени стерилизации автоклав выключают из электрической сети, нагревание прекращают и ждут момента, когда давление по манометру упадет до нуля. Только после этого можно открыть спускной кран, осторожно выпустить из автоклава остаток пара, затем отвинтить и откинуть крышку. Для проверки стерильности питательные среды помещают на 2-3 сут в термостат при 30ºC, и если обнаруживают рост микроорганизмов, среды готовят заново.

Температура и продолжительность автоклавирования определяются составом питательных сред и их рН. Субстраты, легко разрушающиеся при нагревании до 120 ºC, стерилизуют при 0,05 МПа. При кислой реакции некоторые вещества, входящие в состав питательной среды, в процессе автоклавирования гидролизуются. Во избежание этих явлений, растворы некоторых компонентов (сахара, многоатомные спирты, витамины, аминокислоты) стерилизуют отдельно при значениях рН, обеспечивающих их устойчивость, и добавляют после стерилизации. Такой способ обеспложивания называется раздельной стерилизацией.

Стерилизация текучим паром (дробная стерилизация). Данный способ применяют для стерилизации питательных сред, изменяющих свой состав и свойства под действием температур выше 100 ºC. Сущность дробной стерилизации состоит в том, что нагревание среды (или ее компонентов) проводят при 100 ºC три раза по 30 мин трое суток подряд. Кратковременное прогревание среды кипячением уничтожает в основном термолабильные вегетативные клетки микроорганизмов. Поэтому между нагреваниями питательные среды выдерживают при комнатной температуре (или в термостате при 30 ºC) и дают возможность прорасти оставшимся жизнеспособным спорам. Образовавшиеся из термоустойчивых спор вегетативные клетки погибают при повторном кипячении. Продолжительность нагревания может быть увеличена до 45-60 мин, что зависит от объема жидкости.

Дробную стерилизацию питательных сред проводят в аппарате Коха или в автоклаве с закрытой, но не завинченной крышкой. Так как нагревание ведут в парах кипящей воды, способ называют стерилизацией текучим паром. Дробной стерилизации подвергают среды, в состав которых входят сахара, многоатомные спирты, желатин.

Стерилизация путем прерывистого нагрева Среды необратимо изменяющиеся при кипячении, осторожно прогревают при более низкой температуре: при 60-80 ºC в течение 5 сут подряд по 30-60 мин или при 56-58 ºC на протяжении 6-7 сут, в первые сутки – 2 ч, в последующие – по 1 ч. Температурную обработку сред ведут на водяной бане или в ультратермостате, где температура автоматически поддерживается на определенном уровне с помощью специального устройства. В промежутках между нагревами среды выдерживают в обычном термостате при 30 ºC.

Пастеризация. Пастеризация, или неполная стерилизация, предложена Луи Пастером. Она предназначена для уничтожения в основном аспорогенных микроорганизмов однократным прогреванием при температуре 60-75 ºC и выдержке 15-30 мин или при 80 ºC в течение 10-15 мин. Пастеризации подвергаются продукты и среды, которые при воздействии боле высоких температур претерпевают глубокие изменения, теряют качество и питательную ценность. Пастеризацию широко применяют в пищевой промышленности.

Стерилизация фильтрованием. Стерилизацию жидких питательных сред, не выдерживающих даже незначительного нагревания, производят фильтрованием через специальные мелкопористые бактериальные фильтры. На бактериальных фильтрах задерживаются механические взвешенные примеси, в том числе и клетки микроорганизмов. Исключение составляют вирусы и фаги. Фильтрованию подвергают среды с белками, антибиотиками, витаминами, летучими веществами, а также культуральные жидкости с целью освобождения от клеток и сохранения всех продуктов метаболизма в неизменном виде. Фильтры изготавливают из положительно заряженных материалов.

стерилизация оборудования

Асептические условия производства требуют стерилизации пе­ред началом процесса всей аппаратуры (изнутри) и всех матери­альных потоков. Стерильность дол­жна быть сохранена в течение всего рабочего цикла. Иными сло­вами, технологический процесс должен быть защищен от конта­минации за счет обеспечения герметичности всех соединений в аппаратуре. В системах, работающих в асептических условиях, должна быть обеспечена возможность стерилизации всех точек внутренних объектов аппаратов и коммуникаций. Для этого перед загрузкой ферментеров через них пропускают насыщенный водяной пар под давлением. Промышленные ферментеры большого объема стерилизуют в течение часа при 125—130"С.

стерилизация технологического воздуха

Стерилизация технологического воздуха. Технологический воздух – это воздух, проходящий через ферментер. Через ферментер с объемом 50м³ (кубических метров за час) пропускается 30000 м³/час (кубических метров за час) воздуха. Обычный воздух содержит в 1 м³ (метр кубический)от 1 тысячи до 100 тысяч клеток микроорганизмов. Воздух стерилизуют только фильтрацией, пропуская его через систему фильтров, другие способы (УФ, термические) не подходят, так как нужно стерилизовать очень большие объемы воздуха.

Вопрос № 3

Незаменимые аминокислоты, ауксотрофия у различных организмов.

Алифатические

Моноаминомонокарбоновые:

глицин, аланин, валин, изолейцин, лейцин

Оксимоноаминокарбоновые:

серин, треонин

Моноаминодикарбоновые:

аспартат, глутамат, за счёт второй карбоксильной группы несут в растворе отрицательный заряд

Амиды моноаминодикарбоновых:

аспарагин, глутамин

Диаминомонокарбоновые:

лизин, аргинин, несут в растворе положительный заряд

Серосодержащие:

цистеин, метионин

Ароматические:

фенилаланин, тирозин, триптофан, (гистидин)

Гетероциклические:

триптофан, гистидин, пролин

Иминокислоты:

пролин

Незаменимые аминокислоты:

Необходимые аминокислоты, которые не могут быть синтезированы в том или ином организме, в частности, в организме человека. Поэтому их поступление в организм с пищей необходимо. Для большинства животных и человека незаменимыми аминокислотами являются: валин, изолейцин, лейцин, треонин, метионин, лизин, фенилаланин, триптофан, аргинин, гистидин.

Ауксотрофия

Ауксотрофия- это неспособность организма синтезировать определенное органическое соединение, необходимое для его роста .

Ауксотроф - это организм, который проявляет это свойство.

Ауксотрофия - это противоположность прототрофии, которая характеризуется способностью синтезировать все соединения, необходимые для роста.

Прототрофные клетки являются самодостаточными продуцентами всех необходимых метаболитов (например, аминокислот , липидов , кофакторов ), в то время как ауксотрофы должны находиться в среде с метаболитом, который они не могут продуцировать. Например, утверждение, что клетка ауксотрофна по метионину, означает, что она должна находиться в среде, содержащей метионин, иначе она не сможет реплицироваться. В этом примере это связано с тем, что он не может производить собственный метионин (метиониновый ауксотроф). Однако прототроф или прототрофная метиониновая клетка сможет функционировать и реплицироваться в среде с метионином или без него.

Посев на реплики - это метод, при котором колонии переносятся с одного планшета на другой в том же месте, что и последний планшет, чтобы можно было сравнивать разные планшеты со средой бок о бок. Он используется для сравнения роста одних и тех же колоний на разных чашках со средой, чтобы определить, в каких средах может или не может расти бактериальная колония (это дает представление о возможных ауксотрофных характеристиках. Метод посева на реплики, реализованный Джошуа Ледерберг и Эстер Ледерберг, включал ауксотрофы, которые были чувствительны к температуре; то есть их способность к синтезу зависела от температуры (ауксотрофы обычно не зависят от температуры. Они также могут зависеть от других факторов).

В генетике штамм называются ауксотрофным, если он несет в себе мутацию которая делает его неспособным синтезировать эфирное соединение. Например, дрожжевой мутант с инактивированным геном пути синтеза урацила является ауксотрофом урацила (например, если ген дрожжевой оротидин-5'-фосфатдекарбоксилазы инактивирован, полученный штамм является ауксотрофом урацила). Такой штамм не может синтезировать урацил и сможет расти только в том случае, если урацил может быть поглощен из окружающей среды. Это противоположность прототрофу урацила или, в данном случае, штамму дикого типа , который все еще может расти в отсутствие урацила.

Ауксотрофные генетические маркеры часто используются в молекулярной генетике - это позволяет составить карту биосинтетических или биохимических путей, что может помочь определить, какой фермент или ферменты мутированы и дисфункциональны в ауксотрофных штаммах изучаемых бактерий. Исследователи использовали штаммы E. coli, ауксотрофные по определенным аминокислотам, чтобы ввести в белки аналоги неприродных аминокислот. Например, клетки, ауксотрофные по аминокислоте фенилаланину, можно выращивать в среде с добавлением аналога, такого как пара-азидо фенилаланин. Многие живые существа, включая человека, являются ауксотрофными по отношению к большим классам соединений, необходимых для роста, и должны получать эти соединения с пищей.