Перспективы использования биотехнологий в пищевых производствах

ВВЕДЕНИЕ …………………………..……………………………………...…..3
1. ПРОДУКТЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ МИКРОБИОЛОГИИ ……….……...…..5
1.1 Этапы становления микробиологии ……………………………………….5
1.2. Микроорганизмы как мини-фабрики ………………………………….….6
1.3. Биотехнология и экология ………………………………………………….8
1.4. Микроорганизмы и химический синтез ………………….………………..9
1.5. Аминокислоты, биопестициды и биокрасители ………………………….11
1.6. Биопластики ……………………………………………………..………….15
1.7. Витамины и ферменты …………….……………………………………….16
1.8. Препараты для медицины ………………………………………………….19
2. Перспективы использования биотехнологий в пищевых производствах ……………….……………………………..21
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………30
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ………………………………………………………32

Весь текст будет доступен после покупки

Современные биологические технологии основаны на новейших достижениях наук о жизни: молекулярной биологии, генетической инженерии, микробиологии, генетики, функциональной геномики, комбинаторной химии и др.
Специалисты подразделяют биотехнологию на «белую», «красную», «зеленую» и «голубую» (морскую или водную). «Красная» биотехнология ориентирована на медицину, «зеленая» - на сельское хозяйство, «белая» используется в промышленности.
Единого определения промышленной биотехнологии пока еще нет. Одно из наиболее удачных дает Европейская федерация биотехнологии: «Промышленная биотехнология - это интегрированное применение естественных и инженерных наук для технологического применения живых организмов, тканей, отдельных клеток, их органелл, ферментов, а также их молекулярных аналогов в качестве биокатализаторов для создания полезных продуктов и процессов».
Таким образом, промышленная биотехнология базируется на ферментации и биокатализе, то есть использовании клеток и ферментов как катализаторов химических реакций. Наиболее широко в качестве биологических агентов используются микроорганизмы. Существенным фактором в промышленной биотехнологии является аппаратурное и инженерное обеспечение процесса.

Весь текст будет доступен после покупки

1. ПРОДУКТЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ МИКРОБИОЛОГИИ

1.1 Этапы становления микробиологии

Зарождение промышленной биотехнологии относят к VI тысячелетию до н.э., когда люди стали получать вино путем ферментации виноградного сока и применять дрожжи для приготовления пива и хлеба. Затем в IV тысячелетии до н.э. в Китае возникло производство сыров, уксуса, кисломолочных и других пищевых продуктов. Тогда еще не было известно, что лежит в основе этих процессов.
Только в 1675 г. с помощью микроскопа были открыты микроорганизмы, и лишь спустя 200 с лишним лет французский микробиолог Луи Пастер установил, что процессы ферментации обусловлены их деятельностью [5].
В 1916 г. в Англии для обеспечения военных нужд был разработан крупномасштабный процесс ферментации для получения ацетона, а в 1928 г. английский микробиолог Александр Флеминг получил из плесени вещество с сильным антимикробным действием, которое впоследствии было названо пенициллином.
В 40-х гг. ХХ в. начались исследования в области производства пенициллина, и уже после второй мировой войны была разработана современная крупномасштабная промышленная технология получения этого чудо-лекарства путем микробной ферментации. Это стало исходным этапом развития биотехнологических производств.
Далее последовала организация крупномасштабного производства многих ценных продуктов, таких, как белково-витаминные кормовые добавки, органические кислоты, аминокислоты, жиры, спирты, антибиотики, а также разработка технологии выщелачивания металлов, получения биогаза и др.
Следует отметить, что в 1950-е и 1970-е гг. особый интерес в мире вызывало производство микробного белка из растительного сырья, очищенных парафинов нефти, спиртов, природного газа [11]. Был разработан целый ряд технологий получения белковых препаратов. Однако в последующем по ряду причин, в основном экономических, это направление не получило развития.

1.2. Микроорганизмы как мини-фабрики

Многочисленные бактерии, дрожжи и грибы, широко распространенные в природе, редко находят оптимальные условия для роста и образования тех или иных продуктов в среде их естественного обитания. Но в условиях искусственного культивирования, например в ферментере или биореакторе, можно создавать оптимальную среду для их выращивания и образования целевых продуктов. Благодаря огромному биосинтетическому потенциалу, всеядности, высокой скорости роста микроорганизмы оказались очень эффективными и во многих случаях незаменимыми «рабочими лошадками» в различных секторах производства [15].
В промышленной биотехнологии они используются как своего рода химические «нанофабрики» для получения различных целевых продуктов. Эти миниатюрные организмы размером всего несколько микрон оказывают существенное влияние на экономику и качество нашей жизни. Рекомбинантные ДНК-технологии позволяют осуществлять направленные изменения микробных ДНК с целью улучшения работы «клеточной фабрики».
В качестве примера метаболической инженерии можно привести пекарские дрожжи, которые сегодня превратились в многоцелевую клеточную фабрику, производящую целый ряд продуктов - от вина до лекарств. Так, половина мирового производства инсулина обеспечивается генетически модифицированными дрожжами, которые являются также мощными продуцентами топливного этанола.
Важным преимуществом применения генетически модифицированных микроорганизмов в промышленности является то, что они работают в строго контролируемых условиях биореактора, не попадают в окружающую среду и поэтому не вызывают экологических проблем. Продукты микробного синтеза не перестают удивлять разнообразием, новизной и сложностью строения молекул.

Рисунок 1 - Промышленная биотехнология: микроорганизмы как «клеточные фабрики» [9]
В крупнейших фармацевтических компаниях типичные коммерческие коллекции микроорганизмов, например актиномицетов, которые считаются главным источником получения биоактивных соединений, могут состоять из десятков тысяч культур.
Промышленная биотехнология используется для крупномасштабного получения различных химических веществ и энергии в результате применения экологически чистых, ресурсо- и энергосберегающих процессов с минимальным образованием отходов. Она вносит основной вклад в так называемую зеленую химию, в которой возобновляемые источники сырья и энергии, такие как сахара или растительные масла, превращаются в различные химические соединения, в том числе в лекарственные вещества, красители, растворители, детергенты, пластики, витамины, пищевые добавки, этанол и дизельное топливо.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Великорецкая И.А., Середа А.С., Костылева Е.В., Цурикова Н.В., Нефедова Л.И., Веселкина Т.Н., Рожкова А.М., Синицын А.П. Получение рекомбинантного штамма-продуцента грибной сериновой протеазы и комплекса карбогидраз // Перспективные ферментные препараты и биотехнологические процессы в технологиях продуктов питания и кормов: сб. науч. тр. - М.: ВНИИПБТ, 2019. - С. 17?25.
2. Волкова Г.С., Куксова Е.В. Защитно-профилактические добавки с L-формами кислот на основе растительного сырья // Пищевая промышленность. - 2014. - № 3. - С. 26?28.
3. Волкова Г.С., Куксова Е.В. Использование комплекса пропионовокислых и молочнокислых препаратов с высоким антимикробным действием для защиты пищевых продуктов // Развитие постгеномных технологий при формировании и оценке качества сельскохозяйственного сырья и готовых пищевых продуктов: сб. науч. тр. - М.: ВНИИМП, 2018. - С. 25?28.

Весь текст будет доступен после покупки