opracowane_pytania_na_zaliczenie_z_podstaw_biotechnologii200.doc

(219 KB) Pobierz
1

1.     Opisz czynniki wewnętrzne, zewnętrzne i analityczne wpływająca na
jakość mięsnych produktów fermentowanych.

 

Na jakość mięsnych produktów fermentowanych wpływają czynniki:

·         Wewnętrzne

o       Rodzaj drobnoustrojów wchodzących w skład kultury starterowej

o       Jakość surowców, dodatków

o       Receptura

o       Zawartość soli

o       Zawartość sacharydów

o       Stan rozdrobnienia

o       I cos jeszcze ale nie mam

·         Zewnętrzne

o       Temperatura

o       Wilgotność względna powietrza

o       Szybkość przepływu powietrza

o       Dym i dostępność tlenu

·         Analityczne

o       Stopień zakwaszenia i pH

o       Aktywność wody

o       Potencjał redox

o       Zwięzłość

o       Ubytek masy

 

I to raczej cała odpowiedź na to pytanie. Można dopisać, że:

Mikroorganizmy stosowane do produkcji fermentowanych wyrobów mięsnych to:

·         bakterie kwaszące

·         bakterie redukująco-aromatyzujące

·         mikroflora powierzchniowa – pleśnie, drożdże, mikroflora mieszana

Bakterie kwaszące produkują kwasy z cukru zawartego w mięsie. Wytworzony kwas powoduje obniżenie pH co sprzyja żelowaniu, rozpadowi białek mięsa i nadaje kiełbasom stabilną konsystencję (Lactobacillius curratus). Niskie pH powoduje wzrost drobnoustrojów patogennych i gnilnych (E.coli, Salmonelli, Clostridium botulinum), np. w kiełbasie salami (pH <5,3), kiełbasie typu metka (pH >5,3).

Lactobacillus rozwijając się w farszu mięsnym, zużywa składniki pokarmowe, ich produkty przemiany materii uniemożliwiają rozwój innych mikroorganizmów. Z upływem czasu fermentacji, na skutek ich zbyt dużej liczby, nie rozwijają się i giną.

 

2. W których procesach technologii fermentacyjnych mają zastosowanie
fermentacje alkoholowe?


Fermentacja alkoholowa przeprowadzana jest przez drożdże i jest wykorzystywana do produkcji napojów alkoholowych oraz przy wypieku ciasta.

Istota fermentacji alkoholowej polega na przemianie cukru w alkohol i CO2 pod wpływem drożdży.

 

Ogólny zapis fermentacji alkoholowej:

C6H12O6+2ADP+2Pi->2C2H5OH+2ATP+2CO2

C6H12O6-glukoza
 

W przemyśle piekarskim fermentacja alkoholowa nadaje porowatą strukturę ciasta przez drożdże Saccharomyces cerevisiae. Celem jest spulchnianie ciasta przez wytworzony ditlenek węgla, który w postaci pęcherzyków nadaje ciastu strukturę gąbczastą (zwiększa objętość ciasta).

 

W przemyśle spirytusowym fermentacja alkoholowa występuje podczas fermentowania zacieru. Rozpoczyna się po dodaniu drożdży S. cerevisiae, trwa 2-3 doby w temperaturze 30oC. Fermentowanie zacieru dzielimy na 3 etapy:

1.      zafermentowanie (silne namnożenie drobnoustrojów)

2.      fermentacja główna (wydzielanie CO2 i rozkład maltozy)

3.      dofermentowanie (hydroliza dekstryn, przekształcenie cukrów w etanol)

W przemyśle winiarski występuje fermentacja moszczu. Fermentacja ta jest trójfazowa i przebiega w temperaturze 10 – 25oC.

Etapy fermentacji:

1.      zafermentowanie

2.      fermentacja burzliwa

3.      dofermentowanie

Dla wina białego trwa 2-3 dni dla wina czerwonego 3-10 dni.

W przemyśle piwowarskim fermentacja alkoholowa występuje podczas fermentacji brzeczki. Zawarte w brzeczce cukry zmieniają się dzięki enzymom drożdży (Saccharomyces) w alkohol etylowy i CO2. Fermentacja trwa 10 – 12 dni w temperaturze 5 – 8oC w przypadku użycia drożdzy fermentacji dolnej i 15 – 20oC w przypadku drożdży fermentacji górnej.

 

 

3. Gdzie maja zastosowanie bakterie mlekowe w przemyśle spożywczym?

 

  1. W przemyśle mleczarskim są wykorzystywane do produkcji szczepionek (tzw. zakwasów) do produkcji serów (twarogowych i dojrzewających) masła, mlecznych napojów fermentowanych.
  2. Do produkcji kiszonek spożywczych (ogórki, kapusta, oliwki, sałatki, soki warzywne, orientalne produkty)
  3. Do produkcji wędlin fermentowanych
  4. Do produkcji kiszonych pasz
  5. W przemyśle farmaceutycznym do produkcji dekstranu, preparatów probiotycznych, szczepionek
  6. do przemysłowej produkcji kwasu mlekowego

 

4. Co może być celem procesów biotechnologicznych?

 

Podstawowym celem współczesnej biotechnologii jest zmodyfikowanie mikroorganizmów i komórek roślinnych i zwierzęcych tak, aby procesy życiowe nowych organizmów były szybsze, wydajniejsze, tańsze i dostarczały nowych metabolitów

Cele:

1. Rolnictwo i produkcja żywności:

·         Zwiększenie odporności na szkodniki i choroby, szczególnie wirusowe, co umożliwi ograniczenie ilości stosowanych chemikaliów w produkcji rolnej i podczas magazynowania

·         Przystosowanie roślin do ekstremalnych warunków, np.. zasolenia gleby, suszy, mrozów, krańcowych pH gleby,

·         Stosowanie określonych preparatów chemicznych, które będą niszczyć chwasty, ale nie rośliny uprawne

·         Poprawienie parametrów technologicznych upraw i hodowli (m.in. ich trwałości, zawartości tłuszczów i wody w produktach)

·         Wzrost wydajności produkcji rolnej (zmniejszenie kosztów i energochłonności)

·         Podnoszenie wartości odżywczej (np. zwiększenie zawartości aminokwasów niezbędnych w zbożach oraz roślinach strączkowych)

·         Poprawa lub nadanie nowych cech jakościowych

2. Ochrona zdrowia:

·         Nowe metody diagnostyczne (analiza DNA)

·         Produkcja hormonów i białek z zastosowaniem technik inżynierii genetycznej zamiast tradycyjnych metod

·         Profilaktyka i leczenie nieuleczalnych dotąd chorób

3. Ochrona środowiska:

·         Usuwanie zanieczyszczeń z wykorzystaniem mikroorganizmów (np. zanieczyszczeń ropą lub metalami ciężkimi)

·         Monitorowanie skażeń

·         Uruchamianie mikrobiologicznych oczyszczalni odpadów

4. Przemysł chemiczny:

·         Produkcja rzadkich i cennych odczynników z zastosowaniem biosyntezy

·         Wykorzystanie w różnych technologiach mikroorganizmów zamiast metod chemicznych (np. wybielanie papieru w papierniach)

 

5. Przedstaw mechanizmy regulacji biosyntezy metabolitów wtórnych przez mikroorganizmy na przykładzie biosyntezy antybiotyków.

 

Mechanizmy regulacji metabolicznej decydują o:

-inicjacji procesu biosyntezy

-kontroli jego szybkości, wydajności i czystości chemicznej produktu

-zakończeniu procesu biosyntezy

 

Na produkcję metabolitów wtórnych uwalnianych do środowiska, w tym antybiotyków, mają wpływ:

-wyczerpywanie się składników podłoża

-nagromadzenie produktów toksycznych

-nieodwracalna inaktywacja lub degradacja enzymów

-zahamowanie syntezy (resyntezy) enzymów

 

W inicjacji biosyntezy idiolidów w idiofazie poprzez derepresję specyf. enzymów szlaku biosyntezy podstawową rolę odgrywa wyczerpanie się w podłożu łatwo przyswajalnych składników pożywki, tj.

-glukoza lub inne łatwo przyswajalne źródła C i energii

-jon amonowy

-jon fosforanowy

 

Mechanizmy represji (derepresji) katabolicznej w biosyntezie antybiotyków:

-efekt glukozowy

-represja biosyntezy związana z nadmiarem jonu amonowego w podłożu

- represja biosyntezy związana z nadmiarem jonu fosforowego w podłożu

(stężenie nie powinno przekraczać 10 mmol/dm3, a czasami powinno wynosić nawet < 1 mmol/dm3)

 

Mechanizmy sprzyjające syntezie antybiotyków (autoregulatory):

-czynnik A (lakton kwasu 2-izokapronoilo-3-hydroksymetylo-4-hydroksybutanowego wytw. przez szczepy Streptomyces griseus prod. streptomycynę)

 

Proces biosyntezy antybiotyków:

-prowadzenie hodowli drobnoustrojów w bioreaktorze z mieszaniem i napowietrzaniem, w podłożu zapewniającym pełne wykorzystanie metaboliczne potencjału szczepu produkcyjnego

-podstawowym składnikiem podłoża jest źródło węgla i enzymów, wykorzysta. do namnażania kom. i syntezy produktu monosacharydy i disacharydy (sacharoza i laktoza)

-źródło azotu: sole amonowe, woda amoniakalna, najczęściej mąka sojowa lub kukurydziana oraz namok kukurydz.

-zestaw soli mineral.

-CaCO3 jako czynnik neutralizujący powstanie kwasów org.

-podłoża produkcyjne mogą zawierać specjalne składniki tj. czynniki wzrostu (wybrane aa-y i wit.); prekursory produktu końcowego.

 

Proces biosyntezy przebiega głównie w 2 etapach:

-w fazie wzrostu (trofofaza)- wykorzysta. źródeł węgla i energii, intensywne procesy metaboliczne

-faza przejściowa- zaczynają być syntetyzowane enzymy odpowiedzialne za syntezę penicyliny

-głównie w fazie produkcyjnej (idiofazie) prod. jest głównie penicylina

 

6. Na czym polega produkcja szczepionek przemysłowych?

 

Produkcja szczepionek przemysłowych polega na:

-namnożeniu szczepów składowych w optymalnych środowiskach hodowlanych;

-uzyskaniu dużej liczby kom. w stanie pełnej aktywności bichem.;

-standaryzacji składu gatunkowego, tj. zestawienia właściwych proporcji gatunków czy szczepów stanowiących o przydatności szczepionki w warunkach produkcyjnych (podczas konstrukcji szczepionek wieloskładnikowych);

-zabezpieczaniu żywotności kom. i ich właściwości biochem. poprzez odp. utrwalanie szczepionki.

 

7. Znaczenie biotechnologii dla współczesnego społeczeństwa

 

Biotechnologia jest najstarszym kierunkiem gospodarczej działalności człowieka, pomimo, że sam termin został wprowadzony w naszych czasach. Już 7 tyś. Lat temu najstarszymi technikami biotechnologii były: wypiek chleba, wyrób produktów mlecznych, produktów fermentacji – wino, piwo. Wyróżniamy 3 okresy:

- okres przedpasteurowski do XIX w. Człowiek wykorzystywał mikroorganizmy i mechanizmy do produkcji, nie mając świadomości o ich istnieniu.

- okres przejściowy II poł. XIX w. do lat 40 XX w. Była to era mikrobiologicznych początków współczesnej biotechnologii, wykorzystującej czyste kultury drobnoustrojów w warunkach aseptycznych. L. Pasteur udowodnił, że drożdże fermentują cukier.

- era nowoczesnej biotech. od lat 40 XX w. wiązała się z uruchamianiem wielkoprzemysłowej produkcji antybiotyków, witamin, nukleotydów, hormonów roślinnych takich jak gibereliny, leków steroidowych. Do produkcji wyosobniono z naturalnego środowiska wydajne szczepy mikroorg. i ulepszono je przez stosowanie mutagenizacji. Nowoczesne metody genetyczne rozwinięto w latach 70.

Biotechnologia ma szerokie zastosowanie. Wykorzystywana jest w wielu dziedzinach:

- W przemyśle stosowana jest biała biotechnologia. Wykorzystuje ona żywe kom. np. pleśni, drożdży czy bakterii oraz enzymy do wytwarzania nowych produktów i inicjowania procesów przetwórczych. Mikroorganizmy wykorzystywane w białej biotechnologii są zwykle zmodyfikowane przy zastosowaniu inżynierii genet. Ulepszane w ten sposób kom. mikroorg. pracują jako komórkowe fabryki w bioreaktorach produkując np. liczne enzymy. W przemyśle spożywczym biotechnologia wykorzystywana jest do ulepszania żywności, produkcji witamin, kultur podstawowych i zakwasów. W przemyśle chemicznym wykorzystywana jest w katalizie enzymatycznej, bioenergetyce, biotransformacjach, bioplastiku.

- W medycynie jest stosowana czerwona biotach. Wykorzystuje się ją przy tworzeniu nowych leków w diagnostyce, profilaktyce i leczeniu dotychczas nieuleczalnych chorób. Ulepszone mikroorg. wytwarzają antybiotyki, witaminy, szczepionki i białka na użytek medycyny. Preparaty biotechnologiczne stanowią obecnie ok. 20% sprzedawanych leków i ok. 50% nowych, badanych leków

- W rolnictwie stosowana jest biotech. zielona. Wykorzystywana jest do: ulepszania gatunków roślin uprawnych o dużym znaczeniu gospodarczym, wytworzenia nowych, korzystnych cech roślin umożliwiających im przetrwanie, podnoszenia wartości odżywczej lub przetwórczej. Stosując modyfikacje genetyczne roślin można nadać im różne cechy np.: odporność na herbicydy, odporność na szkodniki i choroby. Można także uzyskać wiele korzyści: polepszenie składu aminokwasów białek, polepszenie barwy owoców, wprowadzenie białek odżywczych lub funkcjonalnych, usunięcie alkaloidów, wzbogacenie w Wit. C. Biotechnologia wykorzystywana jest także do klonowania zwierząt oraz nadawania im różnych cech.

- W ochronie środowiska biotech. wykorzystywana jest w oczyszczalniach ścieków i utylizacji odpadów.

 

8. Modyfikacje genetyczne surowców roślinnych wpływające na jakość żywności i ułatwiających procesy przetwórcze.

 

Zadaniem biotechnologii jest m.in. zwiększenie i polepszenie tradycyjnej produkcji roślinnej. Dąży się do zwiększenia wydajności plonowania, przez:

-zwiększenie odporności roślin uprawnych na: chemiczne środki ochrony, niesprzyjające warunki, szkodniki, choroby i herbicydy;

-zwiększenie zawartości aminokwasów niezbędnych w podstawowych frakcjach białek zbóż oraz roślin strączkowych (modyfikacji genów strukturalnych w kierunku wprowadzenia dodatkowych kodonów biorących udział w biosyntezie metioniny lub lizyny);

-wprowadzenie do genomu rośliny genów kodujących biosyntezę białek o korzystniejszej wartości biologicznej i lepszych właściwościach funkcjonalnych, a nawet leczniczych;

-zmniejszenie kosztów i energochłonności produkcji rolnej przez zwiększenie wydajności fotosyntezy (genetycznego doskonalenia enzymów, które powodują asymilacje CO2 oraz

białek chloroplastowych, w celu zwiększenia ich poziomu w komórce i aktywności biologicznej);

 

-zwiększenie biologicznego wiązania azotu i jednoczesne ograniczenie strat azotu w procesach nitryfikacji i denitryfikacji (pszenica, kukurydza) ;

 

 

Doskonalenie składu chemicznego i właściwości użytkowych roślin jest przedmiotem badań genetyków od dawna. Przykładem efektów tych prac są wyhodowane w Polsce, z udziałem technik genetyki mendlowskiej, odmiany rzepaku "dwuzerowego". Nasiona tych odmian nie zawierają związków wolotwórczych, a w składzie frakcji olejowej nie występuje kwas erukowy. Innym przykładem jest wyhodowanie pszenżyta, zboża o dobrej plenności w polskich warunkach klimatycznych oraz dużej przydatności technologicznej. Postęp w biologii molekularnej oraz opanowanie technik inżynierii genetycznej zwiększyło możliwości polepszenia składu chemicznego oraz właściwości roślin stosowanych w technologii żywności.

Istnieje sporo przykładów wyhodowania roślin transgenicznych, których nowe właściwości wychodzą naprzeciw zainteresowaniom technologów żywności.

 

Przykładem sa ziemniaki transgeniczne:

1uzyskano zwiększenie zawartości skrobi w bulwach; 2odmiany transgeniczne, u których występuje wyłącznie amylopektyna są surowcem bardziej przydatnym w technologii krochmalu; 3 mała zawartość sacharydów redukujących oraz zwiększony poziom cyklodekstryn; 4 wyhodowano odmiany u których zmniejszono aktywność oksydazy polifenolowej odpowiedzialnej za ciemnienie miąższu; 5 zmniejszeni zawartości alkaloidów pogarszających smak bulw; 6 odporne na stonkę (gen z bakterii Bacillus thuringensis).

 

 

 

Innym przykładem dokonań inżynierii genetycznej, o dużym znaczeniu praktycznym, są odmiany pomidorów transgenicznych:

1 uzyskano odmiany pomidorów odpornych na choroby grzybicze, bakteryjne, wirusowe; 2 pomidory charakteryzujące się tolerancją na herbicydy, np. glufosiat (Basta) i glifosat (Roundup); 3 owoce charakteryzujące się brakiem aktywności poligalakturonazy -owoce pomidorów modyfikowanych w ten sposób, nie miękną podczas dojrzewania, są odporne na marszczenie i pękanie podczas tzw. przejrzewania, maja także lepsze właściwości przetwórcze, otrzymuje się z nich więcej koncentratu; 4 częściowo zahamowano aktywność esteraz pektynowych -owoce tych pomidorów mają większą zawartość suchej substancji.

 

Obok regulacji syntezy substancji zapasowych celem modyfikacji genetycznych j...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin