Технологические особенности ферментации.
По технологическому оформлению различают следующие микробиологические процессы: аэробное и анаэробное культивирование; твердофазное, поверхностное и глубинное культивирование; периодическое и непрерывное культивирование.
Аэробное культивирование — аэрация среды — непременное условие в тех микробиологических процессах, в которых используются аэробные микроорганизмы-продуценты.
Потребность аэробных микроорганизмов в молекулярном кислороде зависит от окисляемого источника углерода и от физиологических свойств и активности роста микроорганизмов. Для биосинтеза 1 кг дрожжевой биомассы необходимо, например, 0,74–2,6 кг молекулярного кислорода. При интенсивном потреблении субстрата независимо от источника углерода продуцент ассимилирует 0,83–4,0 мг кислорода/1 л среды/мин.
Растворимость кислорода в среде сравнительно низка и зависит от температуры, давления и от концентрации растворенных, эмульгированных и диспергированных компонентов (табл. 1). При давлении 0,1 МПа и температуре 30°С в 1 л дистиллированной воды максимальное количество растворенного кислорода составляет 7,5 мг. В реальной питательной среде максимальная растворимость кислорода колеблется в интервале 2–5 мг/л. Запасы кислорода в среде обеспечивают жизнедеятельность аэробного продуцента в течение 0,5–2 мин.
При глубинном культивировании запасы кислорода в питательной среде возобновляются при подаче аэрирующего воздуха. Скорость абсорбции кислорода увеличивается с ростом интенсивности перемешивания среды (табл. 2).
Во время роста биомассы микроорганизмы обычно потребляют больше кислорода, чем во время сверхсинтеза целевого метаболита. Принято говорить о критической концентрации кислорода, при которой наблюдается лимитация дыхания клеток. Для большинства аэробных микроорганизмов, растущих в сахаросодержащих субстратах, критическая концентрация кислорода 0,05–0,10 мг/л, что соответствует 3–8 % от полного насыщения среды кислородом. Лимитация роста и физиологической деятельности клеток наблюдается при более высоких концентрациях кислорода: на средах с глюкозой рост дрожжей лимитируется при рО2 на уровне 20–25 % от полного насыщения.
Оптимальной для роста биомассы считается концентрация кислорода 50–60 % от полного насыщения, для биосинтеза целевых метаболитов — 10–20 %.
Анаэробные процессы биологического окисления у гетеротрофных микроорганизмов в зависимости от того, что является конечным акцептором водородных атомов или электронов, делят на три группы: дыхание (акцептор — кислород); брожение (акцептор — органическое вещество) и анаэробное дыхание (акцептор — неорганическое вещество : нитраты, сульфаты и др.).
У облигатных анаэробов брожение является единственно возможным способом получения энергии; у факультативных анаэробов оно составляет обязательную первую стадию катаболизма глюкозы, за которой может следовать аэробное окисление образовавшихся продуктов, если в среде присутствует кислород.
Обособленной промежуточной группой являются аэротолерантные микроорганизмы, получающие необходимую для жизнедеятельности энергию в анаэробном процессе, т. е. на уровне субстратного фосфорилирования, и одновременно имеющие дыхательную цепь для поглощения кислорода среды и создания благоприятных анаэробных условий. Данный эффект носит название «эффекта дыхательной защиты».
Примерами облигатно анаэробных процессов являются маслянокислое и метановое брожения. Универсальным для всех микроорганизмов, за небольшими исключениями, является катаболизм глюкозы — гликолиз до образования пирувата:
Глюкоза + 2АТР + 2 NAD = 2 Пируват + 4АТР + 2NADH + 2Н +
Возбудители спиртового брожения (дрожжи) после декарбоксилирования пирувата и образования ацетальдегида восстанавливают ацетальдегид до этанола. Молочнокислые бактерии гомогенного молочнокислого брожения восстанавливают пируват до молочной кислоты. Гетероферментативные молочнокислые бактерии сбраживают глюкозу по несколько отличающемуся пентозофосфатному пути с образованием молочной кислоты, а также уксусной кислоты, этанола и диоксида углерода.
Анаэробные условия на производстве создают герметизацией аппаратуры, продуванием среды инертными газами, в том числе газообразными продуктами, образовавшимися во время ферментации. Отсутствие необходимости аэрации среды несколько упрощает при анаэробной ферментации конструкцию ферментера (биореактора) и облегчает управление процессом.
Твердофазную ферментацию обычно реализуют в твердой, сыпучей или пастообразной среде, влажность которой составляет 30–80 %.
Различают три типа твердофазных процессов:
• поверхностные процессы: слой субстрата, например соломы, не превышает 3–7 см («тонкий слой»); роль биореактора выполняют большие, площадью до нескольких квадратных метров, подносы из алюминия или культивационные камеры);
• глубинные твердофазные процессы в неперемешиваемом слое («высокий слой»): биореакторы представляют собой глубокие открытые сосуды. Для аэробных процессов разработаны приспособления, обеспечивающие диффузионный и конъюктивный газообмен;
• твердофазные процессы в перемешиваемой и аэрируемой массе субстрата, которая может быть гомогенной или состоять из частиц твердого субстрата, взвешенных в жидкости.
Если субстрат сыпучий, то отдельные твердые частицы его хорошо контактируют с воздухом, рост микроорганизмов в этом случае происходит главным образом на поверхности твердых частиц, а также в порах, заполненных либо водой, либо воздухом. Обеспечение микроорганизмов кислородом затрудняется с увеличением слоя субстрата. Перемешивание слоя не допускается, если культивируются мицелиальные микроорганизмы, например микромицеты, и из-за отсутствия перемешивания рост микроорганизмов происходит по принципу колонизации, поэтому часто возникает локальная нехватка питательных веществ. Другая проблема при твердофазной ферментации — отвод теплоты и поддержание постоянной температуры во всей ферментационной среде.
Однако твердофазные процессы имеют и преимущества по сравнению с процессами, протекающими в жидкой среде:
• они требуют меньших затрат на Лабораторное оборудование и эксплуатацию;
• характер субстрата облегчает отделение и очистку продукта;
• низкое содержание воды в субстрате препятствует заражению культуры продуцента посторонней микрофлорой;
• твердофазные процессы не связаны со сбросом в окружающую среду большого количества сточных вод.

Управляемый процесс твердофазной ферментации в промышленных условиях осуществлен при производстве ферментов с использованием микромицетов. Сыпучий субстрат с культурой инкубируют в тонком слое (3–7 см) в кюветах, размещенных в камерах, где поддерживают оптимальные температуру и влажность воздуха, обеспечивают принудительную циркуляцию газовой фазы вдоль поверхности ферментируемого субстрата. Воздух в данном случае является и аэрирующим, и теплоотводящим агентом.
Более толстый слой гранулированного крахмалсодержащего субстрата используют для протеинизации (до 20 %) корма при помощи Asp. niger. В данном случае применяют неинтенсивное перемешивание среды.
Поверхностная ферментация на жидких субстратах реализуется в кюветах со средой, помещенных в вентилированные воздухом камеры. Культура микроорганизмов при этом образует биомассу в виде пленки или твердого слоя на поверхности жидкой среды. Культура потребляет кислород непосредственно из газовой фазы — воздуха. Массообмен в таких условиях малоинтенсивный.
Глубинное культивирование микроорганизмов происходит во всем объеме жидкой питательной среды, содержащей растворенный субстрат. Ферментер должен обеспечивать рост и развитие популяций микроорганизмов в объеме жидкой фазы, подвод питательных веществ к клеткам микроорганизмов, отвод от микробных клеток продуктов их обмена веществ (метаболизма), отвод из среды выделяемого клетками тепла.
Глубинное культивирование можно осуществлять периодическим и непрерывным способами.
Периодическое культивирование. При периодическом способе культивировании в ферментер загружают сразу весь объем питательной среды и вносят посевной материал. Выращивание микроорганизмов проводят в оптимальных условиях в течение определенного времени, после чего процесс останавливают, сливают содержимое ферментера и выделяют целевой продукт.
Этап роста культуры включает: лаг-фазу, экспоненциальную фазу, фазу замедления роста, стационарную фазу, фазу отмирания.
Широко применяют периодическое культивирование с подпиткой. Существует также объемно-доливочное культивирование, когда часть объема из биореактора время от времени изымается при добавлении эквивалентного объема среды (полунепрерывное культивирование).
Непрерывные процессы. При непрерывном способе питательная среда непрерывно подается в ферментер (биореактор), в котором создают оптимальные условия для роста микроорганизмов, а из ферментера (биореактора) также непрерывно вытекает культуральная жидкость вместе с микроорганизмами.
В непрерывных процессах биообъект поддерживается в экспоненциальной фазе роста. При этом существует равновесие между приростом биомассы за счет деления клеток и их убылью в результате разбавления свежей средой.
Из непрерывных процессов лучше всего изучен метод глубинной ферментации. Процесс может быть гомогенно или гетерогенно-непрерывным.
При гомогенно-непрерывном процессе в аппарате, где идет интенсивное перемешивание, все параметры постоянны во времени.
При гетерогенно-непрерывном процессе несколько ферментеров соединены вместе. Питательная среда поступает в первый аппарат, готовая культуральная жидкость вытекает из последнего.
При непрерывном культивировании микроорганизмов необходимо предотвратить вымывание культуры из системы, т. е. обеспечить постоянную концентрацию клеток. В стерильных условиях непрерывный, проточный метод обеспечивает сохранение культуры в физиологически активном состоянии длительное время.
В зависимости от метода, благодаря которому культура поддерживается в состоянии динамического равновесия (когда μ = D), различают турбидостатный и хемостатный принципы.
При турбидостате скорость притока среды такова, что концентрация биомассы в системе постоянна; при хемостате в системе ограничивают рост культуры одним элементом питания (углерода, кислорода, соответствующего витамина и др.) при нелимитируемых количествах остальных. Известны также методы управления ростом проточной культуры по рН (рН-стат), по кислороду (оксистат).
В зависимости от цели производства — получение клеток или продуктов их жизнедеятельности — способы ведения основной ферментации различаются. Если процесс направлен на получение биомассы, то назначение ферментации — получить максимально возможный титр клеток, а в случае получения метаболитов их накопление осуществляют одновременно, причем максимумы образования продуцента и целевого продукта всегда сдвинуты по времени. Поэтому продолжительность ферментации в первом случае всегда меньше, чем во втором.
Если целью является получение биомассы промышленного штамма в периодическом процессе, то время культивирования не превышает 24 ч. При производстве первичных метаболитов время биосинтеза составляет 48–72 ч, а вторичных — 72–144 ч.
При культивировании различных микроорганизмов интервал рабочих температур варьирует в пределах 25–60°С, значения рН — 2÷9, расход воздуха в аэробных процессах — 0,15–2,5 м3/1 м3 среды/мин.
69. Что важно для аэробного культивирования?
Для роста микроорганизмов существенное значение имеют не только состав питательной среды, но и такие факторы, как кислотность среды, аэрация, температура, свет, влажность. Развитие микроорганизмов возможно лишь в определенных пределах каждого фактора, причем для различных групп микроорганизмов эти пределы часто неодинаковы. При аэрации среды учитывают два показателя: интенсивность и степень аэрации. Интенсивность аэрации характеризуется скоростью растворения кислорода в единице объема культуральной жидкости за единицу времени. Степень аэрации – это объем воздуха, продуваемый через определенный объем среды за единицу времени.
Дата добавления: 2015-04-16 ; просмотров: 18 ; Нарушение авторских прав
7. Для расчета выхода осадка по сухой массе определить влажность полученного осадка методом высушивания до постоянной массы. Сушку проводить в открытых стеклянных бюксах, поместив их в сушильный шкаф при 105 °С на 3-4 ч.
Охладить бюкс, вновь взвесить его и рассчитать влажность по формуле b – масса бюкса с сухим осадком, г.
8. Для определения количества осажденного активного фермента – амилазы, использовать вторую центрифужную пробирку. В нее к осадку добавить дистиллированную воду в количестве, равном объему снятого декантата. Стеклянной палочкой интенсивно перемешать осадок до полного растворения. Полученный раствор использовать для определения амилолитической активности осадка колориметрическим методом.
9. Колориметрический метод определения амилолитической активности осуществляется по следующей схеме.
В две пробирки диметром 2 см и высотой 18 см налить по 10 см3 1 % раствора крахмала и поставить в ультратермостат на 5…10 мин. Затем, не вынимая пробирок из термостата, добавить в первую пробирку 5 см3 дистиллированной воды 5 см3 предварительно разведенного 1 : 5 ферментного раствора (опытная). Смесь быстро перемешать и выдерживать в ультротермостате 10 мин по секундомеру.
Из реакционных смесей контрольного и опытного растворов отобрать 0,5 см3 раствора и перенести их в колбы с предварительно налитыми 50 см3 рабочего раствора йода. Содержимое колб перемешать. Полученные растворы должны приобрести следующую окраску: контрольный – синюю; опытный – фиолетовую (с различной интенсивностью в зависимости от количества негидролизованного крахмала).
Непосредственно после смешивания растворов определить их оптическую плотность на фотоэлектроколориметре, используя светофильтр № 3 и кюветы с толщиной поглощающего свет слоя 10 мм. Контрольным раствором при колориметрировании исследуемых растворов является дистиллированная вода.
Оптическая плотность контрольного раствора соответствует количеству исходного крахмала субстрата. Оптическая плотность опытного раствора соответствует количеству крахмала, оставшегося после действия фермента. Разница между показателями оптических плотностей соответствует гидролизованному количеству крахмала субстрата. Количество гидролизованного крахмала рассчитывать по формуле где D1 – оптическая плотность контрольного раствора; D2 – оптическая плотность опытного раствора; 0,1 – количество крахмала, взятое для испытания в качестве субстрата, г.
Амилолитическую активность препарата рассчитывать по формуле где С – количество гидрлизованного крахмала, г; n – количество фермента взятое для испытания, мг; 100 – коэффициент пересчета миллиграммов в граммы; 7,264 и 0,03766 – коэффициенты расчетного уравнения.
10. Результаты определения амилолитической активности выделенного ферментного препарата свести в табл. 5. 11. Построить график зависимости амилолитической активности выделенного ферментного препарата от концентрации этанола.
12. Полученные в ходе выполнения лабораторной работы экспериментальные данные и результаты расчетов амилолитической активности ферментных препаратов на различных этапах выделения свести в табл. 5.8 – 5.10.
1. Почему необходимо получать ферментные препараты различной степени очистки?
2. Перечислите способы очистки и концентрирования ферментов.
3. С чем связано многообразие способов выделения и очистки ферментных препаратов?
4. Сравните методы концентрирования и очистки, применяемые для выделения ферментов при глубинном и твердофазном культивировании.
5. На чем основан способ выделения ферментов методом осаждения? Какие реагенты используют в качестве осадителей ферментов?
6. От каких параметров зависит эффективность осаждения ферментов из культуральной жидкости органическими растворителями?
7. С какой целью этиловый спирт перед добавлением к водному экстракту фермента охлаждают?
8. В чем заключается колориметрический метод определения амилолитической активности ферментов?
9. Как рассчитать материальный баланс при выделении амилолитических ферментов из поверхностной культуры?
10. Объясните полученный график зависимости амилолитической активности выделенного ферментного препарата от концентрации этанола.
ПОЛУЧЕНИЕ БЕЛКОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ И ИЗОЛЯТОВ
Цель работы: освоение методов выделения белков из белоксодержащих продуктов и их количественного определения Для получения пищевого белка используют пшеницу, сою, овес, лен, подсолнечник, кунжут, чечевицу, горох, побочные продукты переработки зерна, зеленые части растений, микробную биомассу.
Белоксодержащие продукты делят на три группы: белковые изоляты (содержание сырого протеина не менее 85 %), белковые концентраты (не менее 65 % сырого протеина) и белковые продукты (не менее 30 % сырого протеина).
Белковые продукты из пшеничных отрубей получают методом щелочной или кислотной экстракции. По первому способу отруби обрабатывай 0,2 %-ным водным раствором гидроксида натрия при 50…60 °С и получают экстракт, от которого центрифугированием или прессованием отделяют нерастворимый остаток. Экстракт центрифугируют и получают крахмалобелковый продукт и осветленный экстракт. Из осветленного экстракта при подкислении соляной кислотой осаждают белок, который отделяю центрифугированием от сыворотки, промывают и сушат.
При получении белковых препаратов из побочных продуктов переработки зерновых культур целесообразно использование ферментных препаратов цитолитического, пектолитического и гемицеллюлазного действия, облегчающие доступ растворителей к белку. Результатом является повышение выхода препаратов с 9…11 до 11…14 % к массе сырья.
Белковые препараты из отрубей содержат не менее 60 % белка, обладают высокими функциональными свойствами и биологической ценностью. Лимитирующей аминокислотой является изолейцин (скор 88 %). Препараты могут применяться как улучшители или обогатители в производстве хлебобулочных, кондитерских, колбасных изделий, пасты к завтраку и др.
Основные стадии технологии фракционирования листостебельной массы однолетних и многолетних трав включают:
измельчение и отжим биомассы, получение зеленого сока, коагуляцию белков, разделение коагулированного сока на белковую пасту и коричневый сок, сгущение коричневого сока и сушка пасты. Проблема заключается в том, что при измельчении зеленых частей растений разрушаются стенки их клеток. Мембраны хлоропластов также разрушаются и их белки смешиваются с белками цитоплазмы, переходя в клеточный сок. Частицы, содержащие хлорофилл и продукты его распада, очень устойчивы к осаждению, цитоплазматические ферменты вызывают гидролиз белка, а фенольные соединения вакуолей и пектины клеточных стенок могут изменять структуру белка и ухудшать цвет препаратов. Поэтому технологии включают приемы, направленные на исключение необходимости очистки сока от хлорофилла, пектинов и коричневых пигментов.
Технология производства соевых белковых концентратов предусматривает три способа очистки белков от углеводов:
кислую промывку соевой обезжиренной муки; экстракцию белков раствором этанола; денатурацию белков посредством влаготепловой обработки с последующей экстракцией водой. Функциональные свойства полученных такими способами белков при необходимости улучшают обработкой паром или гомогенизацией.
Соевые белковые изоляты являются наиболее очищенной формой белковых препаратов, так как содержат не менее % белка в пересчете на абсолютно сухое вещество (СВ) (табл. 6.1). Из измельченного белого лепестка слабощелочным раствором (рН 8…11) белок экстрагируется, осаждается в изоэлектрической точке (4,2…4,5) и отделяется от олигосахаридов в виде творожистой массы. Белок промывается, нейтрализуется до рН 6,8 и сушится распылительным способом.
Применяя осаждение белка при значениях рН, отличных от изоэлектрической точки, получают соевые изоляты, растворяющиеся при различных значениях реакции среды, а дополнительное обогащение их кальцием, гранулирование улучшает пищевую ценность, физико-химические свойства и расширяет сферы использования.
КОНЦЕНТРАТЫ ИЗОЛЯТЫ
ПОКАЗАТЕЛИ
МАССЫ МАССЫ
(ПЕТРОЛЕЙНЫЙ
УГЛЕВОДЫ
Сухая пшеничная клейковина – продукт, получаемый методом водной экстракции небелковых и растворимых белковых компонентов из пшеницы или пшеничной муки. Процесс осуществляется на специализированных предприятиях или заводах крахмального производства. В мире разработано около 15 схем процесса получения клейковины, различающихся по виду исходного сырья (зерно, мука), методу отделения белка от крахмала (механический, ферментативный, химический), качеству конечного продукта (денатурированная и неденатурированная клейковина) и способу получения (из теста или из мучной болтушки). К способам получения сухой клейковины предъявляются требования получения максимального выхода, сохранения нативных свойств, рационального использования побочных продуктов и утилизации сточных вод. При использовании зерна во всех способах имеются общие операции: замачивание, размалывание, отделение крахмала от клейковины и сушка продукта.
Для получения белковых препаратов из биомассы хлебопекарных и пивных дрожжей используют автолиз и ферментативный лизис с помощью дрожжелитических ферментных препаратов и протеаз обычного типа.
Лизис дрожжей с использованием ферментных препаратов по сравнению с автолизом представляет более широкие возможности для получения продуктов различного состава. Применение ферментных препаратов специфического действия позволяет быстро удалить клеточную стенку, а из освободившихся протопластов выделить продукты различной степени гидролиза в зависимости от целевого назначения. Для получения недеградированных цитоплазматических компонентов следует использовать биомассу с низкой автолитической активностью. Ферментативный лизис клеточных стенок дрожжей проводят с помощью различных ферментов и мультиэнзимных композиций.
Способы получения продуктов глубокого расщепления основываются на сочетании автолиза дрожжей и их лизиса препаратами литического или протеолитического действия. Для активации протеолиза дрожжей используют растительные, животные и микробные протеазы. Протеазы могут быть неспецифичными по отношению к дрожжевому белку, но в сочетании с автолитическими протеазами дрожжей дают хороший эффект. Так, например, папаин, пепсин, протосубтилин Г10х в соотношении с белком пекарских дрожжей 1 : 1000 гидролизуют его не более чем на 4 %, а добавление этих препаратов в том же соотношении к белку автолизирующихся дрожжей через 5 ч после начала автолиза позволяет через час получить глубину гидролиза белка 95 %. В контроле этот уровень достигается лишь после 20 ч автолиза.
С применением препарата Лизосубтилина Г10х разработан способ получения белково-витаминного обогатителя пищи из гидролизных дрожжей рода Сапdida. Процесс включает следующие операции: кормовые дрожжи с влажностью 75…90 % нагревают до температуры 46…50 °С, вносят Лизосубтилин в количестве 0,2…0,5 % к сухому веществу дрожжей, проводят гидролиз в течение 20…30 ч при постоянной температуре и перемешивании. Затем непрогидролизованные остатки клеток отделяют сепарацией, а жидкую фазу высушивают. Сухой продукт представляет собой порошок соломенно-желтого цвета с приятным пищевым запахом. Содержание аминного азота составляет 4,3 %, около половины определяемых аминогрупп принадлежат свободным аминокислотам, среди которых преобладают аланин, лизин, лейцин (соответственно 16,0; 15,7 и 12,4 %).
Лизосубтилин может использоваться для получения белковых продуктов из дрожжей спиртового производства. Эти дрожжи обладают заметной автолитической активностью, причем оптимальные условия автолиза и лизиса Лизосубтилином совпадают, что позволяет вести процесс при постоянных значениях рН и температуры (рН 6,3–6,8, температура 50…55 °С).
При дозе препарата 0,1 % к сухим веществам биомассы дрожжей выход растворимых форм азота и углеводов возрастает в 2раза (по сравнению с автолизом), через 6 ч в жидкую фазу ферментолизата переходит около половины азотистых соединений и треть углеводов. Выход аминного азота составляет около 3 % к сухой массе дрожжей.
Модифицированные белки (частично или полностью гидролизованные) получают из белковых продуктов с применением протеолитических, ферментных препаратов (пепсин, папаин, бромелаин) или кислотного гидролиза. Они используются как функциональные и вкусовые добавки к пище.
На лабораторной работе группа студентов делится на две бригады, первая бригада выделяет белок из муки злаковых культур, вторая – из измельченных бобовых культур.
1. Для создания лучших условий экстрагирования белков необходимо просеять муку, выделяя фракцию с размером частиц не более 100 мкм, и отбрасывая оболочки и более крупные частицы, богатые крахмалом.
2. Взвесить в химическом стакане навеску муки массой 10 г, постепенно прилить к ней 60 мл 10 % (NH4)2SO4.
10…15 мин для растворения белков. Содержимое стакана разлить поровну в две центрифужные пробирки.
3. Разделить суспензию на центрифуге при скорости вращения ротора 500 об/мин и продолжительности процесса центрифугирования 10 мин.
4. Фугат собрать в чистый химический стакан и определить с помощью биуретового метода Яроша концентрацию белка.
5. Для этого в пробирку объемом 20 мл прилить 2,4 мл раствора мочевины, 0,1 мл фугата и 2,5 мл биуретового реактива. Записать время внесения биуретового реактива. Смесь хорошо перемешать и поместить в водяную баню с температурой 40 °С на 10 мин. Затем охладить ее до 20 °С под струей холодной воды или на воздухе.
6. Через 30 минут после внесения биуретового реактива определить оптическую плотность раствора, пользуясь кюветами № 5 и светофильтром № 6 ФЭК-56. Количество белка определить по предватительно построенной калибровочной кривой.
7. В три пробирки объемом 20 мл налить по 5 мл фугата и провести экстракцию белков раствором сульфата алюминия разной концентрации.
В первую пробирку добавить 5 мл 0,5 % Al2(SO4)3 c температурой 3…5 °С, во вторую – 5 мл 2,5 % Al2(SO4)3 c температурой 3…5 °С, в третью – 5 мл 5 % Al2(SO4)3 c температурой 3…5 °С. Содержимое каждой из пробирок тщательно перемешать и провести высаливание белков при температуре 3…5 °С (в холодильнике) в течение 15 мин.
8. Образовавшийся осадок отделить фильтрованием через складчатый фильтр.
9. В фильтрате определить количество белка с помощью биуретового метода Яроша в соответствии с пунктами 5 и 6.
10. Рассчитать коэффициент извлечения белка где сн – концентрация белка в фугате, г/л; ск – концентрация белка в фильтрате, г/л.
11. Полученные экспериментальные данные и результаты расчетов внести в табл. 6.2.
12. Построить график зависимости концентрации остаточного белка от концентрации экстрагента и сравнить эффективность выделения белка из различного сырья.
1. Чем отличаются белковые изоляты, белковые концентраты и белковые продукты?
2. Каково целевое назначение белковых концентратов и изолятов?
3. Какое сырье используют для получения белковых концентратов?
4. Чем отличаются технологии получения белковых продуктов из различных видов сырья?
5. Какие способы используют для выделения и очистки белковых концентратов и изолятов?
6. С какой целью в технологии белковых изолятов используют ферментные препараты?
7. Какие методы используются в лабораторной работе для выделения белков и их количественного определения?
8. От каких факторов зависит эффективность выделения белка?
9. К какой группе белоксодержащих продуктов относятся выделенные из муки злаковых и бобовых культур образцы?
10. В чем заключается сущность биуретового метода определения концентрации белков?
ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ
1. ТЕСТ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ ПО ТЕХНОЛОГИИ
ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ
1. Укажите, какое из перечисленных уравнений отражает химизм биосинтеза уксусной кислоты:
3) C6H12O6 2C2H4OHCOOH + E 4) C12H22O11 2C6H8O7 + 3H2O + E 2. Основным видом сырья для биотехнологического способа получения лимонной кислоты является … 3. Основным видом сырья для биотехнологического способа получения уксусной кислоты является … 4. Укажите, для получения какой из органических кислот в качестве продуцентов используют бактерии Bacterium curvum:
5. Укажите, какую из органических кислот образуют бактерии Bacterium schutzenbachii:
6. Укажите, какую из органических кислот получают биотехнологическим способом в батарее реакторов:
8. Укажите, какой фермент катализирует процесс получения молочной кислоты:
1) алкогольоксидаза 2) лактатдегидрогеназа 3) лактатоксидаза 9. Продолжительность культивирования при производстве уксусной кислоты составляет … 10. Оптимальной температурой биосинтеза молочной кислоты является температура … 11. Содержание лимонной кислоты в культуральной жидкости в конце культивирования составляет … 12. Оптимальное значение рН при получении молочной кислоты составляет … 13. Какой процесс предшествует кислотообразованию при биотехнологическом способе производства лимонной кислоты:
1) спорообразование 2) образование мицелия 3) долив раствора мелассы 14. Укажите, каким из перечисленных способов можно получить концентрированный раствор уксусной кислоты:
15. Укажите, каким способом очищают культуральную жидкость в производстве уксуса столового:
16. Укажите, какое вещество используют для осветления уксусной кислоты:
1) активированный уголь 17. Какую концентрацию имеет уксусная эссенция:
18. Какую концентрацию имеет товарная форма молочной кислоты:
19. Укажите, какое вещество используют для очистки молочной кислоты:
1) активированный уголь 20. На какой технологической стадии в производстве молочной кислоты образуется лактат кальция:
3) кристаллизация 21. Расставьте цифры операций в соответствии с технологией получения молочной кислоты из сброженного раствора:
2) центрифугирование 3) кристаллизация 4) разложение лактата кальция 6) фильтрование 22. Укажите название соли, которая не образует осадка при нейтрализации культуральной жидкости в производстве лимонной кислоты:
3) глюконат кальция 23. Какой реактив используют на стадии химической очистки, чтобы получить раствор лимонной кислоты:
1) активированный уголь 24. Укажите, какая химическая реакция соответствует процессу образования осадка цитрата кальция:
1) 2С6H8O7 + 3Ca(OH)2 Ca3(C6H5O7)2 + 6H2O 2) 2C6H12O7 + Ca(OH)2 Ca(C6H11O7)2 + H2O 3) C2H2O4 + Ca(OH)2 CaC2O4 + 2H2O
2. ТЕСТ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ ПО ТЕХНОЛОГИИ
ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ
1. Укажите, к какой группе химических соединений относятся ферменты:
1) нуклеиновые кислоты 2) аминокислоты 2. Укажите, какой из вариантов ответов указывает на механизм каталитического действия ферментов:
1) увеличивает частоту столкновений молекул реагирующих веществ 2) повышает внутримолекулярную энергию веществ 3) ослабляет внутримолекулярные связи молекулы субстрата 3. Укажите, к какому классу относятся ферменты, катализирующие реакции окисления и восстановления:
4) оксидоредуктазы 4. Укажите, к какому классу относятся ферменты, катализирующие реакции гидролитического расщепления сложных 1) оксидоредуктазы 5. Укажите, к какому классу относятся ферменты, катализирующие реакции переноса атомных группировок от одного соединения к другому:
1) оксидоредуктазы 6. Укажите, к какому классу относятся ферменты, катализирующие реакции негидролитического расщепления:
1) оксидоредуктазы 7. Укажите, какая часть в наименовании ферментного препарата Пектофоетидин ГЗх указываент на его основной фермент:
8. Укажите, какая часть в названии ферментного препарата Амилоризин П10х указывает вид продуцента:
9. Укажите, какая часть в названии ферментного препарата Амилоризин П10х указывает на степень очистки:
10. Укажите, какая часть в названии ферментного препарата Амилоризин П10х указывает на способ ферментации его продуцента:
11. Укажите место локализации экзоферментов при ферментации их продуцента:
2) в культуральной жидкости 12. Назовите группу микроорганизмов, которые используют при твердофазной ферментации в технологии производства ферментов:
13. Укажите тип посевного материала, используемый для засева питательных сред при глубинной ферментации продуцентов-ферментов:
2) поверхностная культура 14. Какие функции выполняет воздух, подаваемый на аэрацию при твердофазном культивировании:
1) снабжение кислородом 5) передавливание 15. Укажите, какую влажность должна иметь питательная среда при твердофазном культивировании продуцентов ферментов:
16. Распределить операции в последовательности, необходимой для получения ферментного препарата с индексом П10х:
17. Укажите, какие компоненты можно использовать для приготовления питательной среды при глубинном культивировании продуцентов ферментов:
1) пшеничные отрубы 3) кукурузный экстракт 4) минеральные соли 5) свекловичный жом 18. Укажите, какие технологические операции и в какой последовательности необходимо выполнить для получения ферментного препарата с индексом Г10х:
19. Какой из нижеперечисленных реагентов чаще всего применяется на практике для выделения ферментов из культуральной жидкости, экстракта:
20. Какая из перечисленных технологических стадий не требуется при выделении ферментов из вытяжки поверхностной культуры гриба, но необходима при выделении из культуральной жидкости:
4) концентрирование 21. Как называется технологическая операция, обеспечивающая разделение смеси ферментов:
2) фракционное осаждение 22. При реализации какого из перечисленных методов наблюдается потеря растворимости белковых молекул, что и используется при выделении и очистке ферментов:
2) ультрафильтрация 4) осаждение органическими растворителями 6) гельхроматография 23. Укажите, какие химические соединения используют фракционировании ферментных растворов:
6) CH3–(NH2)–COOH 24. Сольватная оболочка фермента разрушается, если … 1) изменяется полярность среды 2) энергия связи растворителя и воды меньше энергии связи между диполями воды и фермента 3) молекулы воды теряют растворимость и коагулируют 25. Из перечисленных технологических операций в производстве ферментов назовите следующую за высаливанием:
2) ультрафильтрация 4) осаждение органическими растворителями 6) гельхроматография 26. Какой из нижеперечисленных органических растворителей не следует использовать в технологии производства очищенных ферментных препаратов для пищевых производств:
27. Какой из перечисленных органических растворителей при осаждении дает трудно высушиваемые осадки ферментов:
28. Какая из перечисленных технологических операции позволяет разделить ферменты по молекулярной массе:
2) ультрафильтрация 4) осаждение органическими растворителями 6) гельхроматография 29. Какой из перечисленных методов эффективен для удаления низкомолекулярных соединений и ферментных растворов:
2) ультрафильтрация 4) осаждение органическими растворителями 6) гельхроматография 30. Укажите, какие из перечисленных технологических операций являются завершающими в технологии ферментных препаратов:
5) стандартизация
3. ТЕСТ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ ПО ТЕХНОЛОГИИ БЕЛКОВ
1. Какая из трех белкосодержащих добавок содержит 85 % сырого протеина:
1) белковый изолят 2) белковый концентра 3) белковый продукт 2. Укажите наименования культур растений, плоды которых наряду с микробной биомассой используют для получения белоксодержащих добавок:
3. Какой экстрагент используют для выделения белка из пшеничных отрубей:
3) раствор кислоты 4. Обработка каким БАВ повышает выход белка из продуктов переработки зерна:
5) аминокислоты 5. Разместите номера технологических операций в соответствии со схемой получения белоксодержащих добавок из листо-стебельной массы растений:
2) измельчение 5) разделение скоагулированного сока 6. Какие способы очистки белков от углеводов используют в производстве соевых белковых концентратов:
3) влаготепловая обработка 6) экстракция спиртовым раствором 7. Какая из технологических операций получения соевого изолята требует достижения изоэлектрической точки:
1) обезжиривание 4) промывка раствором HCl 8. Какие из перечисленных методов используют для разделения крахмала от белка при получении клейковины пшеницы как белковой добавки:
1) химический метод 2) ферментный катализ 4) ферментный гидролиз 5) центрифугирование 9. Какие их перечисленных ферментов участвуют в автолизе и лизисе биомассы при получении белковых препаратов из дрожжей:
6) оксидоредуктазы 10. По каким параметрам можно судить о завершении автолиза дрожжей:
1) концентрации сухих веществ 2) температура смеси 4) отсутствие роста клеток 5) содержание аминного азота 11. Какие условия способствуют автолизу дрожжей:
12. Какие из органических растворителей предлагают использовать при проведении автолиза дрожжей:
13. Какими методами пользуются для удаления из автолизата дрожжей нуклеиновых кислот:
1) центрифугирование 14. Какие аминокислоты преобладают в готовом автолизате дрожжей:
15. Отходы какого производства служат хорошим сырьем для получении пищевых добавок путем лизиса:
1) клеточные стенки 2) нуклеиновые соединения 17. Как называют дрожжевую клетку после удаления лизисом у нее оболочки:
18. Какие ферменты можно использовать для автолиза дрожжей:
19. Какие операции являются общими для всех технологических схем получения сухой пшеничной клейковины:
20. Расставьте цифры после операций в соответствии с технологией получения шампиньонов:
2) смешивание компонентов субстрата 3) смешение с покровным материалом 5) термообработка камер с субстратом 7) плодообразование и рост плодовых тел 8) утилизация субстрата
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Представленный в учебном пособии материал подтверждает необходимость обеспечения трех основных условий для эффективной реализации биотехнологий в промышленных масштабах:
• использование высокопродуктивных штаммов продуцентов (очищенных ферментов или мультиэнзимных композиций);
• поддержание оптимальных условий для осуществления требуемого процесса биосинтеза биомассы или продуктов метаболизма;
• выбор рациональных способов выделения целевого продукта из ферментационной смеси, его концентрирования и очистки.
Сложность биотехнологических процессов и многоэтапность биотехнологических производств вызывает необходимость привлечения к их осуществлению специалистов различного профиля – не только «чистых» биотехнологов, но и генетиков, молекулярных биологов, биохимиков, микробиологов, конструкторов, специалистов по эксплуатации оборудования и автоматизации производства. Однако и специалисты в области пищевой биотехнологии должны быть компетентны в вышеперечисленных смежных областях науки и техники.
Повышение эффективности биотехнологии органических кислот и белковых препаратов и их использования в производстве пищевых продуктов возможно только за счет системного подхода к рассмотрению биотехнологических процессов и интеграции возможностей биологических и химических методов с современными инженерными приемами.
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бирюков, В.В. Основы промышленной биотехнологии / В.В. Бирюков. – М. : КолосС, 2004.
2. Грачева, И.М. Технология микробных белковых препаратов, аминокислот и биоэнергия / И.М. Грачева, Л.А.
Иванова, В.М. Кантере. – М. : Колос, 1992.
3. Грачева, И.М. Технология ферментных препаратов / И.М. Грачева. – М. : Агропромиздат, 1985.
4. Егорова, Т.А. Основы биотехнологии / Т.А. Егорова, С.М. Клунова, Е.А. Живухина. – М. : Изд. центр «Академия», 2005.
5. Калунянц, К.А. Микробные ферментные препараты / К.А. Калунянц, Л.И. Голгер. – М. : Пищевая промышленность, 1989.
6. Кислухина, О.В. Ферменты в производстве пищи и кормов / О.В. Кислухина. – М. : КолосС, 2002.
7. Манаков, М.Н. Теоретические основы промышленной биотехнологии / М.Н. Манаков, Д.Г. Победимский. – М. :
Высшая школа, 1989. – 310 с.
8. Мосичев, М.С. Общая технология микробиологических производств / М.С. Мосичев, А.А. Складнев, В.Б. Котов. – М. : Легкая и пищевая промышленность, 1982.
9. Пищевая биотехнология : в 4 кн. / И.А. Рогов [и др.]. – М. : КолосС, 2004.
10. Смирнов, В.А. Пищевые кислоты / В.А. Смирнов. – М. : Легкая и пищевая промышленность, 1983.
СОДЕРЖАНИЕ
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ И БЕЛКОВЫХ ПРЕПАРАТОВ …….
1. Биотехнология органических кислот …………………………….. 2. Биотехнология белковых препаратов …………………………….
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ПОЛУЧЕНИЮ
ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ И БЕЛКОВЫХ ПРЕПАРАТОВ …….
Лабораторная работа 1. Получение уксусной кислоты ……………. Лабораторная работа 2. Получение безалкогольного напитка при Лабораторная работа 3. Изучение особенностей биосинтеза лимонной кислоты при поверхностном культивировании микроскопических грибов ……. Лабораторная работа 4. Влияние состава питательной среды на Лабораторная работа 5. Влияние режимов выделения ферментов на Лабораторная работа 6. Получение белковых концентратов и 1. Тест для контроля знаний по технологии органических кислот 2. Тест для контроля знаний по технологии ферментных 3. Тест для контроля знаний по технологии белков ………………. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ …………………….


















Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.


