PROPEDEUTYKA BIOTECHNOLOGII

w-d 1

BIOTECHNOLOGIA-termin wprowadzony do piśmiennictwa naukowego w latach 70-tych i 80-tych. Na europejskiej Federacji Biotechnologii, integracja nauk przyrodniczych i inżynieryjnych w celu zastosowania organizmów, komórek i ich części oraz molekularnych analogów do pozyskiwania dóbr i usług.

OGCD zastosowanie metod naukowych i inżynieryjnych do obróbki materiałów czynnikami biotechnologii w celu pozyskiwania dóbr i usług.

ROZWÓJ BIOTECHNOLOGII:

-pierwsze procesy biotechnologiczne stosowane przez człowieka: produkcja wina, piwa, octu, fermentowanych napojów mlecznych, wytwarzanie chleba i zastosowanie zakwasu ponad 5000 lat temu p.n.e.

-1857 Ludwik Pasteur wykazał, że drożdże odpowiedzialne są za procesy fermentacji (przemiana cukru gronowego do etanolu).

-wprowadzenie do produkcji przemysłowej i medycznej czystych kultur plesni, bakterii, drożdży.

-w Japonii w XIX w. Stosowano wyciąg z hodowli pleśni Aspergillus oryzae do stosowania zacierów skrobiowych

-1849 przemysłowa produkcja amylazy pleśniowej

-1912 Chaim Weizman wyizolował szczep Clostridium acetobutylium przekształcający węglowodany do butanolu i acetonu

-do roku 1940 opracowano technologię mikrobiologicznej produkcji kwasu cytrynowego przy użyciu Aspergillus nigar oraz pierwszych biotransformacji

-koniec II wojny światowej- początek ery nowoczesnej biotechnologii- przemysłowa produkcja penicyliny(1929- Aleksander Fleming) bakteriostatycznego działania plesni Penicillium-czynnik wywołujący ten efekt nazywany Penicillium

-1953 James Waston i Francis Crick sformułowali model podwójnej spirali DNA

-konstrukcja bioreaktorów umożliwiających prowadzenie procesów w ściśle określonych warunków na dużą skalę

TRADYCYJNE PROCESY BIOTECHNOLOGII UMOŻLIWIAJĄ:

• utrwalenie produktów spożywczych, a przez to przedłużają ich okres przydatności do spożycia

• nadawanie produktom spożywczym korzystnych cech organelopetycznych

• zwiększenie właściwości prozdrowotnych produktu dzięki obecności mikroorganizmów oraz składników odżywczych

• otrzymanie związków chemicznych sporządzonych metodami biotechnologicznymi.

FERMENTACJA MLEKOWA-proces beztlenowy, prowadzony przez bakterie fermentacji mlekowej gram-dodatnie ziarniaki: Streptococcus, Lactococcus, Leuconostac, Oenococcus, Pediococcus, gram-dodatnie nie przetrwalnikowe pałeczki Lactobacillus. Ze względu na podobieństwo prowadzonych procesów metabolicznych oraz kierunki wykorzystania-------- do tej grupy zalicza się także Bifidio bacterium

FREMENTACJE MLEKOWĄ CHARAKTERYZUJE:

• brak gazownia

PODZIAŁ BAKTERII FERMENTACJI MLEKOWEJ W ZALEŻNOŚCI OD:

-ZDOLNOŚCI FERMENTOWANIA I PRODUKCJI ZWIĄZKÓW:

-BAKTERIE HOMOFERMENTATYWNE- prawie czysty kwas mlekowy, wykorzystują cukry proste, Lactococcus lactis, Lactobacillus delburecki, plantarum, acidobhilus

-BAKTERIE HETEROFERMETATYWNE- oprócz kwasu mlekowego, CO2, kwas octowy, aldehyd octowy, alkohol etylowy, diacetyl. Fermentują heksozy, pentozy i rafinozę: Lactobacillus brevis

-BAKTERIE PSEUDOMLEKOWE- najczęściej szkodnikami w produkcji piwa, wina, zamieniają kwas jabłkowy na kwas mlekowy z wydzieleniem CO2(odkwaszenie)

-ZDOLNOŚCI DO WZROSTU W OKREŚLONYCH TEMP I INTESYWNOŚCI KWASZENIA:

-GATUNKI MEZOFILNE- optymalna temp rozwoju 20-30 C, produkują ok. 1-2% kwasu mlekowego: Lactococcus lactis, L. cremoris, Lactobacillus plantarum, L. casei.

-GATUNKI TERMOFILNE- optymalna temp 40-45 C, produkują do 3% kwasu mlekowego: Lctobacillus delburecki, L. bulgaticus, Streptococcus thermophilis.

NATURALNE ŚRODOWISKO WYSTĘPOWANIA BAKTERII FERMENTACJI MLEKOWEJ:

-mleko

-rośliny

-błony śluzowe oraz przewód pokarmowy człowieka i zwierząt

MINIMUM CUKROWE-minimum cukru w suchej masie, tak aby PH produktu spadła do wartości PH 4,2

KISZONA KAPUSTA:

• proces samofermentacji

• etapy produkcji:

*szatkowanie

*dodatek soli 2-3% masy kapusty

*ubijanie

*dodatek chrzanu, czosnku, liści dębu(taniny oraz fitonydy)

• etapy procesu fermentacji

1. ok. 5 dni temp ok. 20 C rozwijają się prócz bakterii mlekowych, bakterie z grupy coli, przetrwalnikujące tlenowe oraz drożdże. Gdy PH zaczyna spadać zmniejsza się liczba heteromlekowych, głównie z gatunku Leuconostoc mesenteroides, a w mniejszym stopniu Lactococcus lactis. Powstaje kwas mlekowy, CO2, kwas mrówkowy, propinowy, bursztynowy, octowy, estry. PH 4 powoduje zahamowanie rozwoju bakterii z grupy coli oraz gnilnych.

2. 10-16 dni rozwój Lactobacillus plantarum i L. brevis. Wzrost ilości kwasu mlekowego oraz Pedicoccus-acetylocholina. Po ok. 2 tyg. fermentacji 1,5-1,8% kwasu mlekowego. PH 3,4- 3,5

3. ukiszoną kapustę pozostawia się w temp kilku stopni, zachodzą reakcje chemiczne między związkami powstałymi w czasie fermentacji.

PRZYCZYNY PSUCIA KAPUSTY KISZONEJ:

• wysoka temp ogranicza rozwój Leuconostoc mesenteroides, dominują pałeczki Lactobacillus plantarumi brevis- nadmierna kwasowość kapusty, wady aromatu i smaku a także ciemnienie kiszonki

• w warunkach tlenowych na powierzchni rozwijają się Candida mycoderma i pleśnie Geotrichum candidum- odkwaszenie produktu, zmiany smaku, zapachu i barwy. Obniżona kwasowość umożliwia rozwój bakterii gnilnych, które powodują całkowite zepsucie kiszonki

OGÓRKI KISZONE:

• proces samofermentacji(niekiedy dodatek bakterii kultur mlekowych)

• etapy produkcji

• ścisłe ułożenie w beczkach

• zasalanie solanką o stężeniu 1-10%NaCl

ETAPY PROCESU FERMENTACJI:

1. rozwój bakterii i drożdży powstają gazy H2, CO2 wytwarzane przez Enterobacter

2. stopniowy rozwój Leuconostoc mesenteroides, spadek PH

3. bakterie Lactobacillus plantarum i brevis, końcowa ilośc kwasu mlekowego 0,8-1,2% PH 3,3-3,5

PRZYCZYNY PSUCIA OPGÓRKÓW KISZONYCH:

• bakterie z grupy coli dziury w ogórkach

• Bacillus nigricans- czernienie ogórków. Powodują rozkład białek i wydzielanie H2S, który łączy się z Fe w zalewie, powstaje czarny siarczek żelaza(II)

• Gazowe psucie, powstają duże ilości CO2 i H2- Sacharomyces, Harvenula Torulopis

• Na powierzchni solanki kożuch z drożdży Candida i ......?

• Rozwój mikroorganizmów o aktywności pektynolitycznej i celulolitycznej, utrata twardości i mięknięcie i powstawanie pustych przestrzeni. Bakterie rozwijają się gdy stężenie soli jest niskie o PH powyżej 5,5(zbyt wysokie)

WYBROBY MLECZARSKIE

-szczepionki(startery) złożone z odpowiednich obronnych szczepów bakterii fermentacji mlekowych: Lactobacillus, Lactococcus, Streptococcus, Propinobacterium, Leuconostac niekiedy także Micrococcus, Brevibacterium. Dla niektórych produktów konieczny jest ponadto dodatek innych mikroorganizmów np. drożdży Oidium lactis, Sacharomyces kefir, pleśni penicillium comambertii, P. candidum i raquefartii.

FUNKCJA SZCZEPIONEK ZALEŻY OD RODZAJU PRODUKTU. GŁÓWNE ZADANIA SZCZEPIONEK:

• wytwarzanie kwasu mlekowego i innych metabolitów nadających produktom odpowiednie cechy sensoryczne

• koagulacja białek mleka

• przyspieszenie synerazy skrzepu mleka podczas serów

• tworzenie gazu(oczkowanie serów)

• przemiany proteoliczne(dojrzewanie serów)

• hamowanie rozwoju mikroorganizmów niepożądanych

• obniżenie zawartosci laktozy

• przemiany zwiększające wartość odżywczą

• nadawanie produktom cech dietetycznych i terapeutycznych(probiotyki)

SERY DOJRZEWAJĄCE:

• napełnienie kotła(wanny) serowaskiego mlekiem(temp 29-33 C)

• dodatek chlorku wapnia(ułatwienie krzepnięcia mleka)

• dodatek podpuszczki(chymozyny) do koagulacji białek mleka

• dodatek kultur bakteryjnych(kwas mlekowy ułatwia proces koagulacji)

• sery średnio-niskodogrzewne- bakterie z rodzaju Lactococcus, L. lactis var lactis, L. lactis var aremoris

• sery wysokodogrzewne- kultury będące mieszanka bakterii z rodzaju Lactococcus i Lactobacillus(L. helveticus, bulgaricus, L. casei)

• sery typu szwajcarskiego- Streptococcus thermophilus

• sery dojrzewające na maź Brevibacterium linens

• skoagulowane mleko poddaje się oddziaływaniu czynników fizykochemicznych, czyli obróbce skrzepu, uzyskuje się tzw. masę serową

• zwiększa się kwasowość na skutek rozwoju bakterii mlekowych

• formowanie i prasowanie- dokładniejsze dociśnięcie ziaren masy serowej i dodatkowe wydzielenie serwatki. Czas trwania procesu wynosi od kilku do kilkunastu godzin, temp ok20 C, intensywny rozwój bakterii mlekowych, kwasowość sera obniża się się do PH 5,3-5,4 albo PH 5

• solenie- nadawanie.......? smaku serom dojrzałym, zahamowanie rozwoju drobnoustrojów, przyspieszenie rozwoju skórki, częściowe rozpuszczenie parakazeiny. Proces w temp 12-16 C, przez 1-5 dni. Powoduje to stopniowe obniżenie temp, wewnątrz sera i zahamowanie metabolizmu bakterii mlekowych

• ociekanie przez 1-2 dni

• dojrzewanie- rozkład białek tłuszczów oraz przemiany sacharydów i kwasów organicznych, czas od kilku dni(sery miękkie) do kilku miesięcy(sery twarde) temp 10-15 C, wilgotność powietrza 85-90%, dla serów młodych, 90-95% dla serów starszych

• sery typu szwajcarskiego (ementaler), niektóre holenderskie(gouda, edamski), mieszane(masdamar)- w czasie dojrzewania fermentacja propinowa

• pakowanie/powlekanie powierzchni serów polioctanem winylu.

PRODUKCJA TWAROGÓW:

• TWARÓG- silnie odwodniony skrzep mleka koagulowany metodą kwasową bez/lub z niewielkim dodatkiem podpuszczki

• Koagulacja mleka zachodzi pod wpływem bakterii mlekowych- mezofilne czasem termofilne homo i heterofermentatywne ziarniaki i niekiedy pałeczki

• W produkcji twarogów stosuje się gatunki Lactococcus lactis subsp aliacetilactis

• Twarożek ziarnisty: Lactococcus lactis subsp lactis, L. lactis subsp cremoris

MLEKO ZSIADŁE:

• samorzutna fermentacja(temp 25 C) mleka świeżego lub zaszcepionego kulturą paciorkowców mleka pasteryzowanego Lactococcus lactis subsp lactis, Lactococcus lactis subsp cremoris, Lactococcus lactis subsp diacetilactis

• zakażenie mleka bakteriami z grupy coli powoduje podchodzenie skrzepu serwatką i rozrywanie skrzepu na skutek gazowania

• psucie- w wyniku rozwoju pleśni mlecznej Geotrichum candidum

JOGURT(MLEKO BUŁGARSKIE)

• tradycyjny- fermentacja mleka e temp 43 C, bakterie Streptococcus thermophilis, Lactobacillus bulgaricus, L. lactis

• produkcja przemysłowa- zwiększenie zawartości s. s mleka 4-4,5%(dodatek odtłuszczonego mleka w proszku/ białek

• ukwaszenie trwa 4,5 godziny w temp 30 kilku C- kilkanaście godzin, ale produkt o większej lepkości

• biojogurty/jogurty łagodne- fermentacja mleka(przygotowanego w taki sam sposób, jak jogurty tradycyjne), przy użyciu szczepionek zawierających gatunki Streptococcus

KEFIR

• fermentacja mleka tzw. ziarnami (grzybkami) kefirowymi

• grzybki kefirowe-symbiotyczna forma współżycia bakterii(ok85%) oraz drożdży(ok15%). Sacharomyces kefir oraz ewentualnie Tanula. Bakterie w większości(75%) paciorkowce mlekowe Lactococcus lactis oraz heterofermentatywne pałeczki Betabacterium caucasicum(25%0) Bakterie przekształcające laktozę w glukozę, galaktozę i kwas mlekowy a drożdże dostarczają bakteriom witaminy z grupy B

• kefir zawiera do 0,8% kwasu mlekowego

• 0,3-0,8% alkoholu oraz CO2

MLEKO ACIDOFILNE

• otrzymuje się z mleka fermentacji kulturami Lactobacillus acidophilus

• L. acidophilus- bakterie wyodrębnione z przewodu pokarmowego niemowląt: lepiej aklimatyzują się w jelicie grubym niż L. bulgaricus, zakwaszają treść jelita grubego i hamują rozwój bakterii gnilnych

PROBIOTYKI

• z języka greckiego” pro bios” dla życia

• probiotyki- pojedyncze lub mieszane kultury żywych mikroorganizmów, które są podawane człowiekowi lub zwierzętom wywierają na ich organizm korzystny wpływ

NAJCZĘŚCIEJ WYMIENIANE EFEKTY AKTYWNOŚCI BAKTERII PROBIOTYCZNYCH:

- synteza witaminy C, wytwarzanie enzymów zwiększających wartość odżywczą żywności

- adhezja „przylepianie się” do śluzówki i w konsekwencji zmniejszenie szansy adhezji bakterii patogennych

- inaktywacja bakterii szkodliwych w tym także chorobotwórczych, dzięki zdolności do wytworzenia przez bakterie probiotyczne substancji działających hamująco, a nawet zabójczo w stosunku do bakterii szkodliwych(kwas mlekowy, nadtlenek wodoru) i specyficzne peptydy zwane bakteriocynami

- obniżanie wchłaninia......?

- detoksykacja koncerogenów i ograniczenie rozwoju komórek nowotworowych

- zwiększenie mechanizmów odporności komórkowej organizmu

- bakterie probiotyczne - to określone szczepy z rodzaju Lactobacillus(acidophilus), L. rhammosus, L. casei shirota, L. plantarum, Bifidiobacterium(bifidium, longum)

• liczba bakterii probiotycznych powinna być nie niższa niż 1*10-6/1cm3 produktu

• zaburzenia w układzie mikroflory jelitowej powodują: terapia antybiotykowa, radiacja, stresy, niewłaściwa dieta i inne

PREBIOTYKI- składniki żywności nie trawione przez endogenne enzymy gospodarza, które mają zdolność stymulowania wzrostu mikroflory probiotycznej, do probiotyków zalicza się np. inulinę występującą w cykorii, szparagach, cebuli oraz digofruktozę uzyskaną w wyniku częściowej hydrolizy inuliny.

SYNBIOTYKI- napoje zawierające zarówno probiotyki jak i prebiotyki.

Jogurty nie zawierają bakterii probiotycznych tylko bakterie jogurtowe

FERMENTOWANE PRODUKTY MIĘSNE:

• celem procesu fermentacji w wyrobach mięsnych jest ukwaszenie mięsa lub farszu mięsnego, co zapobiega rozwojowi mikroflory niekorzystnej lub chorobotwórczej, przedłuża jego trwałość, zapewnia odpowiednią barwę produktu jego smak i zapach.

• Kultury starterowe - bakterie kwaszące, bakterie redukująco-aromatyzujące oraz na powierzchni wyrobów drożdże, pleśnie lub mieszana mikroflora drożdży i pleśni

• Bakterie kwasu mlekowego: Lactobacillus(curvatus, sake, plantarum) oraz Pedicoccus(acidilactis, pentosaceus)- produkcja kwasów z cukru zawartego w mięsie lub dodanego

• Obniżenie PH sprzyja żelowaniu białek mięsa i nadaje kiełbasie stabilną konsystencję, hamuje wzrost drobnoustrojów patogennych i gnilnych(E.coli, Clostridium butalinum, Salmonella)

• Bakterie z rodzaju Lactobacillus rozwijając się w farszach zużywają składniki pokarmowe oraz wydzielają produkty przemiany materii, które uniemożliwiają rozwój innych mikroorganizmów

• Bakterie mlekowe oprócz kwasu mlekowego wytwarzają inne produkty uboczne, wpływające na smak i zapach produktu.

PRZEMYSŁ PIEKARSKI:

• fermentację mlekową stosuje się w produkcji ciast żytnich i mieszanych

• celem fermentacji jest zakwaszenie ciasta; ponadto bakterie uczestniczą w powstawaniu związków będących prekursorami substancji tworzących się podczas wypieku i nadających pieczywu charakterystyczny aromat i smak

• fermentacja jest procesem samorzutnym wywołanym przez mikroorganizmy obecne w mące. Po dodaniu wody do mąki w temp 25-30 C, zaczynają się drobnoustroje, powodując ukwaszenie ciasta

• obecnie najczęściej stosowane bakterie do produkcji ciast żytnich i mieszanych hoduje się w symbiozie z drożdżami. Dodawane bakterie i drożdże noszą nazwę zakwasu lub kultur starterowych

• w szczepionkach stosunek bakterii kwasu mlekowego do drożdży powinien wynosić 100:1, w zakwasach piekarskich najczęściej występują: Lactobacillus plantarum, L. brevis, L. fermentum, L. sanfranciscensis

BAKTERIOCYNY

• peptydy produkowane przez niektóre bakterie fermentacji mlekowej wykazujące działanie antagonistyczne wobec innych mikroorganizmów, głównie bakterii gram-dodatnich

• bakteriocyny tworzą kompleksy z fosfolipidami lub glikoproteinami błon- w efekcie tworzą się kanały, poprzez które następuje wyciek elektrolitów oraz niskocząsteczkowych metabolitów, co prowadzi do inaktywacji lub śmierci komórek

NIZYNA

• produkowana przez niektóre szczepy bakterii Lactococcus lactis ssp. lactis stabilna w środowisku kwaśnym, o szerokiej aktywności antagonistycznej(gatunki z rodzaju Lactobacillus, Pedicoccus, Listeris monocytogenes, Staphylococcus oureus, Clostridium, Bacillus). W 1988 roku Amerykańska Agencja EDA nadała nizynie status substancji bezpiecznej GRAS, dopuszczonej jako konserwant żywności. W Polsce nizyna(E234)- konserwant serów dojrzewających i topionych w maksymalnej dawce 100mg/kg produktu

FERMENTACJA ALKOHOLOWA- proces beztlenowy głównie drożdże należące do rodzaju Sacharomyces, z pleśni rodzaje Rhizopus, Mucar, Oidium, Monilia, bakterie- Zymomonos mobilis. W przemyśle krajowym znaczenie mają drożdże z rodzju Sacharomyces

FERMENTACJĘ ALKOHOLOWĄ CHARAKTERYZUJE:

• zmniejszenie suchej masy nastawu

• obniżenie gęstości(czysty cukier 1,58g/cm3, alkohol 0,789g/cm3)

• nieznaczny wzrost kwasowości spowodowany nagromadzeniem się CO2 i uwalnianiem się kwasów organicznych

Produkcja alkoholu etanolowego z cukru zachodzi w środowisku kwaśnym(PH ok. 4,5), przy PH ok. 8,5-produkcja glicerolu

WYKŁAD 2

MELASA-100% w tym 20% woda i 80% sucha masa. W tych 80%, 50% to sacharoza i 30% niecukry. W niecukrach 10% to związki mineralne i 20% związki organiczne. Do związków mineralnych zalicza się: głównie sole potasowe(K2O) ok. 30%, sole sodu i wapnia, propiolowe, węglany, siarczany, chlorki, azotany i małe ilości fosforanów, potasu, sodu, wapnia, magnezu. Węglany głównie potasu ok. 80%. Związki organiczne to: 10% substancje azotowe. Zwartość azotu wynosi 1,6% a pozostałe 10% to substancje bezazotowe organiczne

W melasie są następujące witaminy:

• bityna

• kwas pantotemowy

• tiamina

BUDOWA SKROBII

Skrobia- skrobia rozpuszczalna- dekstryny-maltoza.

Skrobia składa się z dwóch zasadniczych składników a mianowicie z amylazy ok20% i amylopektyny ok. 40%. Amylaza zawiera łańcuchy α 1,4 glikozydowe a amylopektyna zawiera wiązania 1,4 glikozydowe i 1,6 glkozydowe- skrobia kleikująca. α amylaza- amylza dekstrynotwórcza, optimum działania 70-75 C, temp niszcząca to 80 C. Działa na wewnętrzne wiązania 1,4 glikozydowe. β amylaza- cukrująca maltozotwórcza dziala w temp 55-65 C, optimum 62-65, niszcząca 70 C, działa na zewnątrz na co drugie skrajne wiązanie 1,4 glikozydowe i na 1,6 glikozydowe..

PRODUKCJA SPIRYTUSU

Przygotowanie słodu Przygotowanie surowców skrobiowych

odbiór jęczmienia odbiór i czyszczenie surowców

moczenie ziarna parowanie surowców

I

zacieranie I

rozszczenie w słodowni I

moczenie i gniecenie słodu _____________________mieszanie słodu uparowaną masą

surowca

I

I

Przygotowanie drożdży I

Odbiór cz. Zacieru słodkiego i

Przygotowanie przycierka z _____________________ sporządzenie zacieru słodowego

dodatkiem małej ilości młodego I

słodu fermentacja I

I

Ukwaszenie przycierka i odbiór

zakwasu do następnego I

I dodawanie zacieru słodkiego

I drożdżami transfer do kadzi

I fermentacyjnej

Dodawanie matki drożdżowej I

⇓ ⇑ fermentacja zacieru

namnażanie drożdży i obiór I

matki drożdżowej odpęd spirytusu I

I

Oddestylowanie spirytusu z

Przefermentowanego zacieru

⇓ ⇑

spirytus surowy wywar

CHARAKTERYSTYKA DROŻDŻY PIEKARSKICH;

Zawartość ss średnia 27,0

Białko ogółem w %ss 38-45

Fosfor jako P2O5 w%ss 2,5-30

Trecholoza w%ss 15-20

Glikogen w%ss 10-30

Tłuszcze w%ss 1-6

Czas podnoszenia ciasta wg PN do 120min

jako suma 3 pędów[min] <100min

Trwałość w 30 C[godz] min 96 godz.

CECHY DROŻDŻY GORZELNICZYCH:

• szybka(48-72 h) fermentacja podłoży o stosunkowo wysokim stężeniu cukrów(14-16°Blg)

• szybka wydajność procesu

• odporność na stężenie alkoholu do 14%

• odporność na temp powyżej 35 C

TEORIA FINKA- zakłada, że węglowodany są zużywane w produkcji biomasy drożdży to jest: 1/3C na procesy energetyczne i 2/3C na przyrost biomasy

KRZYWA WZROSTU DROBNOUSROJÓW W HODOWLI DROBNOUSTROJÓW:

• I faza adaptacyjna

• II faza wzrostu log

• III faza zwolnionego wzrostu

• IV faza stacjonarna

• V faza zwolnionego zamierania

• VI faza log zamierania

FERMENTACJA OCTOWA- proces tlenowy prowadzony przez bakterie octowe gram-ujemne lub pałeczkowate komórki o długości 1-4υm

OCET

• uzyskiwany wyłącznie w procesach biologicznych, na drodze najpierw fermentacji octowej z surowców pochodzenia rolniczego. Minimalna kwasowość octu dopuszczona europejską normą wynosi 5g/100cm2, a dla octu winnego 6g/100cm2

• bakterie z rodzaju Acetobacter mogą dalej utleniać kwas octowy do CO2 i H2O. W procesie produkcji wysokoprocentowego octu utlenienie kwasu octowego jest hamowane niskim PH oraz obecnością etanolu. Cykl fermentacji przebiega w warunkach silnie kwaśnego środowiska(PH2-3) i kończy się przed całkowitym odfermentowaniem etanolu

• Glukonobacter so o fenotypie acetofilnym do wzrostu wymagają kwasu octowego w podłożu. W warunkach wysokiego stężenia kwasu octowego nie utleniają go do CO2 i H2O. mechanizm ten można uruchomić poprzez hodowlę na podłożach o coraz niższej zawartości etanolu i kwasu octowego, w ten sposób można uzyskać bakterie nie wymagające do wzrostu kwasu octowego-acetobacter, proces odwrotny jest możliwy

PRODUKCJA KWASU OCTOWEGO

• I metoda powierzchniowa najstarsza metoda orleańska. Samoczynna fermentacja--------------?, bakterie tworzą cienką warstwę na powierzchni(koniuszek)

• II metoda ociekania do produkcji kwasu octowego---------?. Zbiornik z porowatym materiałem z bakteriami fermentacji octowej.(------------------?). rozpryskiwacz podawany zacier(alkohol etylowy), kwas octowy, stymulatory wzrostu. Zacier spływa po wiórach, następuje utlenienie alkoholu do kwasu octowego. Temp 28-34 C. Ocet od 10-15% kwasu octowego trzeba oddzielić od garbników, bakterie octowe. Ocet filtrowany, rozcieńczony. Wydajność 80-90%

• III metoda bezwiórowa:

• lepsze utlenienie, lepsza efektywność procesu

• zacier(etanol, kwas. Substancje wzrostowe, sole mineralne, ekstrakty)

• jest mieszadło-fermentowany zacier jest w ruchu, większa powierzchnia kontaktu zacieru z O2

• temp 30 C

• proces w sposób półciągły część bakterii stanowi zaczątek fermentacji w kolejnym cyklu produkcyjnym

• niskie PH; obniżenie rozwoju bakterii szkodliwych(kwas octowy do procesów konserwacji)

• filtracja oddzielenie biomasy komórkowej

W fermentacji octowej bakterie Acetobacter acetis, A. Shitzeubachii

DODATKI DO ŻYWNOŚCI:

• są niezbędne

• poprawiają jakość, wpływają na prawidłowy przebieg procesu, walory smaku itp.

• są to tłuszcze, cukry, enzymy, garbniki

DO ŻYWNOŚCI ZALICZA SIĘ:

• napoje

• guma do żucia

• woda

• koloidalna substancja włączona w sposób zawiesiny

• 17-----------? Dopuszczona do modyfikacji np. soja, olej rzepakowy, kukurydza, Bacillus subtilis

• enzymy zaczęto w 1923 roku wykorzystywać do produkcji kwasu cytrynowego. Enzymy produkowane z udziałem organizmów zmodyfikowanych genetycznie. Enzymy z normalnych organizmów mała aktywność. Inżynieria genetyczna, uzyskuje enzymy które mogą działać w wysokiej i w niskiej temp.

• ENZYMY:

• skracają procesy

• wydłużają trwałość produktu

• mniejsza ilość produktów ubocznych

• wykorzystują produkty uboczne

WYKŁAD 3

PREPARATY ENZYMÓW AMYLOLITYCZNYCH:

• piwowarski- obniżenie temp, kiełkowanie skrobi, otrzymywanie brzeczki z surowców niesłodowych np. ryż, kukurydza obłuszczona, jęczmień niesłodowy, w których proporcje związków białkowych są inne niż w słodzie jęczmiennym

• gorzelnictwo- scukrzanie skrobi ziemniaczanej lub zbożowej

• piekarnictwo- zwiększenie zawartości cukrów fermentowych, co z kolei zwiększa pulchność ciasta

• przemysł zbożowy- do produkcji dekstryn, krystalicznej glukozy tzw. syropu zbożowego

• cukiernictwo- do odzyskiwania cukrów a odpadów cukiernniczych

• przemysł ziemniaczano-krochmalniczy- produkcja środków zagęszczających dodatków do sosów, budyni, składników odżywek dla dzieci, produkcja dekstryn i amylazy służącej jako materiał do opakowań środków spożywczych, produkcja glukozy i syropów dla przemysłu cukierniczego owocowo-warzywnego, piekarniczego i piwowarskiego

ENZYMY AMYLOLITYCZNE:

• α amylaza- powoduje zmniejszenie lepkości roztworu, stosowana w początkowych procesach rozkładu skrobi, upłynnienie skrobi.

• β amylaza- hydrolizuje co drugie 1,4 glikozydowe od końca nieredukującego łańcucha skrobi. Hydrolizuje amylozę w 75-90%, amylopoektynę od 55-65%. W efekcieuzyskuje się maltozę i dekstryny graniczne. Uzyskiwany głównie ze słodu i metodami inżynierii genetycznej

• glukoamylaza- hydrulizuje 1,4 od nieredukującego łańcucha skrobi oraz 1,6 w amylopektynie, 1,6 hydrolizuje wolniej niż 1,4. uzyskiwana z pleśni Aspargillus avamarii, niger. Przenoszone są geny między organizmami, czy modyfikacje genów

ENZYMY CYTOLITYCZNE(najczęściej są stosowane):

• hemicelulazy- wstępna obróbka ziarna kawowego przed procesem ekstrakcji w celu rozluźnienia struktury ziarna i zwiększenia efektywności ekstrakcji

• celulazy i hemicelulazy- usuwanie zmętnień w sokach cytrusowych, hydrolizowanie włóknika w konserwowanych lub zamrożonych warzywach, w przemyśle piwowarskim B(1-3)(1,4) glukanoza stosowana do hydrolizy β-glukagonu, w piekarnictwie endoksylazy degradujące tylko rozpuszczalny ksylan, a nie naruszając frakcji ksylenu nierozpuszczalnego, ułatwiają filtrację hydrolizatów skrobiowych otrzymywanych z mąki pszennej

• celulazy- bakterie mezofilne i termofilne z rodzaju Cellulomonas i Clostridium, promieniowce: Actinomyces, Thermonospora, a zwłaszcza grzyby z rodzaju Trichoderma, Sportichum, Fusarium

CELULAZY:

• egzoβ-1-4-glukoza- odszczepiająca celobiozę od nieredukującego końca łańcucha celulozy

• β-glukozydaza- rozkładająca celubiozę do glukozy, hemicelulozę do ksylozy, galaktozy, arabinozy.

ZASTOSOWANIE PREPARATÓW ENZYMÓW LIPOLITYCZNYCH:

• odtwarzania zapachu „mlecznego” w niektórych produktach spożywczych

• poprawa cech sesnsorowych (smaku, zapachu) serów ich rola w czasie dojrzewania niektórych rodzajów sera np. chedder, ementaler w wyniku lipolizy tłuszczu mleka

• produkcja koncentratów zapachowych z tłuszczu mlekowego, mających zastosowanie podczas produkcji serów i przypraw do ryb i w przemyśle piekarniczym

• polepszania smaku w wyrobach cukierniczych(cukierki, czekolada), w których zmiany lipolityczne tłuszczu są korzystne dla smaku

• produkcji pełnego mleka w proszku do produkcji czekolad

• odtłuszczenie skór i kości

• syntezy substancji powierzchowno-czynnych

• syntezy substancji zapachowo-smakowych

• syntezy substancji teksturyzuwanych

PRODUCENCI: Rgizopus archicus, Aspergillus niger, Rhizomocar miechei, Candida rugosa. Wykorzystuje się też inżynierie genetyczną np. lipaza z Fusarium salari przeniesiona do E. Coli.

PREPARATY ENZYMÓW PEKTYLITYCZNYCH:

• depektynizacjamiazgi i moszczu

• hydroliza pektyn podczas produkcji zagęszczonych soków owocowych

• zwiększenia efektywności i tłoczenia soku winogronowego i innych owoców

• zwiększenie odzysku barwników i garbników z materiału roślinnego

PRODUCENCI: różne szczepy Aspargillus niger, a także Rhizopus sp., Clostridium diplodela. Obecnie konstruuje się szczepy wykazujące aktywności pojedyńczych enzymów.

PREPARATY ENZYMÓW PROTEOLITYCZNYCH:

• mleczarski- koagulacja białek w procesie wyrobów serów i późniejszej degradacji wytrącenia parakazenianu wapniowego, produkcja hydrolizatów kazeiny: poprawa i stabilizacja „ zwilżności” mleka w proszku

• rybny- przyspieszenie dojrzewania solonych i marynowanych ryb

• męsny- w procesie dojrzewania mięsa, dzięki czemu uzyskuje się poprawę konsystencji(delikatność, kruchość) oraz cech sensorycznych oraz 1-3 krotne skracanie dojrzewania. Stosuje się do oddzielenia resztek od kości, zmiękczenia, dekapilicji(odwłośnienie) skór(uwolnienie tłuszczu)

• piwowarski- podczas przerobu surowców niesłodowanych w celu zapewnienia odpowiednich właściwości sesnsorycznych produktu tj. zapachu, pienistości, klarownosci. Ich stosowanie stabilizuje klarowność piwa. Niekiedy stosowane w początkowej fazie otrzymania brzeczki ze słodu- odpowiedni rozkład substancji białkowych

• koncentratów spożywczych- produkcja hydrolizatów białkowych, sosów sojowych, przetworzonych mięs

• jajczarski- poprawa otrzymanego suszu

• piekarniczy- polepszenie pulchności i konsystencji ciasta, skracają czas wyrabiania ciasta, zmiękczają go i zwiększają objętość bochenka

• proteinazy o duże specyficzności działania są wykorzystywane w wybiórczej degradacji immunoaktywnych peptydów i alergizujących białe żywnościowych

• otrzymywane z udziałem transglutaminazy, kazeiniany są stosowane jako składniki żywności funkcjonalnej, ułatwiające przyswajanie solo mineralnych.

ENZYMY PRODUKOWANE SĄ NA DRODZE MODYFIKACJI GENETYCZNEJ:

• Podpuszczka- (chymozyna) otrzymywana z trwieńców młodych cieląt żywionych mlekiem. W roku 1966 otrzymano przy użyciu Enodthia parasitica, Mucar, Rhizomucar miehei. Obecnie DNA cymozyny młodych cieląt przeniesiono do mokroorganizmów E.coli, Aspergillus niger, Kleyveromyces marxianum, var lactis

• Metaloendopeptydazy- izolowane z Bacillus careus, Pseudomonas marinoglutinosa, Collogenelgticum

• Kwaśne enodopeptydazy:

• Aspergillopepsyna

• Penicylinopepsyna

• Rhizopepsyna

• Endothiapepsyna

• Mucaropepsyna

• Candidopepsyna

• Sacharopepsyna E. Coli

• Rhodotorulopepsyna

AMINOKWASY:

• stosowane jako dodatki do żywności w celu podniesienia wartości odżywczych

• tradycyjna metoda- hydroliza bogatych w aminokwasy białek

• synteza enzymatyczna wymaga stosowania kosztownych prekursorów i enzymów np. używając kwasu fumorowego i amoniaku oraz aspartazy otrzymanej z E.coli uzyskuje się kwas L-asparginowy

• drobnoustroje syntetyzują wiele aminokwasów niezbędnych do budowy specyficznych białek, geny odpowiedzialne za syntezę poszczególnych aminokwasów kontrolują aktywność enzymów biorących w biosyntezie danego aminokwasu aby nie dopuścić do jego produkcji

Kwas L -glutaminowy- pierwszy produkowany w skali przemysłowej, z hydrolizatów białek sojowych lub glutenu. Zdolność biosyntezy wykazują: Corynobacterium glutanicum, Brevibacterium, Kmicrobacterium, Artrobacter

L-lizyna- Corynobacterium glutanicum, Brevibacterium. W syntezie lizyny mogą być wykorzystywane 3 rodzaje mutagenizacji w związku z tym 3 rodzaje różnych szczepów bakteryjnych

BIAŁKA:

- SCP(single cell protein) określone po raz pierwszy w 1966r, początkowo dotyczyło biomasy drobnoustrojów zawierających używane jako dodatek do żywności i pasz. Obecnie to określenie dotyczy także izolatów białek z komórek drobnoustrojów.

KORZYŚCI ZASTOSOWANIA MIKROORGANIZMÓW DO SYNTEZY BIAŁKA:

• mikroorganizmy w optymalnych warunkach wykazują bardzo szybki wzrost

• efektywność biosyntezy białka przez zwierzęta (bydło), rośliny (soja), drobnoustroje (drożdże) wyraża się stosunkiem 1:81:100000

• mikroorganizmy łatwo podlegają modyfikacji genetycznej do nadania ich białku cech wymaganych przez człowieka niż rośliny i zwierzęta

• mikroorganizmy zawierają dużo białka odpowiedniej jakości

• mikroorganizmy mogą być hodowane w sposób ciągły, skracają proces podnoszą jakość

• mogą przetwarzać produkty uboczne, surowce odpadowe i ścieki, przez zmianę składu aminokwasu przez zmianę składu pożywki. Poszczególne mikroorganizmy zdolne do syntezy następujących ilości białka: bakterie 40-70%, drożdże 40-50%, grzyby 10-25%, glony 10-60%

• synteza białka na n-alkanach (olej napędowy) wiele Mucorales, Moniliates, Candida tropicalis

• metan Bacillus, Pseudomonas, Metylomonas, Metylococcus

• metanol Methylomonas, Methylococcus, Archeobakter, Bacillus, Micrococcus, Candida

• tłuszcze pochodzenia roślinnego: olej palmowy, słonecznikowy, rzepakowy, sojowy: Candida, Rhodotorula, Tarulopsis, Trichopsoran

TŁUSZCZE:

• zaletą mikrobiologicznej syntezy tłuszczu jest możliwość modyfikacji jego składu przez dobór warunków hodowli lub mutagenizacje drobnoustrojów. Do zalet biosyntezy można zaliczyć możliwość równoczesnego otrzymania tłuszczów, białka, witamin

• białka nie są dobrym źródłem tłuszczu, ponieważ w suchej masie jego ilość rzadko przekracza 10%. W biosyntezie mogą być wykorzystywane: Nocardia opaca, patrophilia, których lipidy zawierają dużo kwasu tetradekanowego

• do produkcji ważniejsze są drożdże Candida, Cryptococcus, Lipomyces lipofer, starkeyi, Rhodotorula glutiniz (od 44-74% zawartości tłuszczu)

• grzyby strzępkowe Aspergillus nidulans, tereus, Chaetonium globosum, Mucar circinlloides, Penicillium spirulosum, Phytium ultinum (od 48-65% zawartości tłuszczu)

POLISACHARYDY:

Dodatek polisacharydów do żywności ma na celu:

• utrzymanie konsystencji

• zwiększenie lepkości produktów płynnych

• zmniejszenie strat wody w czasie obróbki i przechowywania produktów

• produkcje niskokalorycznej żywności

PULLULON:

• zbudowany z jednostek składających się z 3 cz. glukozy połączonych wiązaniami 1,4 glkozydowymi

• masa od 10³ do 3*10⁶ Da

• syntetyzowany przez Aureobasidium pullulon- czarny drożdże

• jest to biały, niehigoskopijny, proszek bez smaku, zapachu, dobrze rozpuszcza się w wodzie, nie rozpuszcza się w alkoholu i innych rozpuszczalnikach organicznych

• zastosowanie zamienne mąki lub skrobi w produkcji napojów, kremów, sosów sojowych, mrożonych. Wykazuje duże właściwości adhezyjne, dlatego jest stosowany do powlekania produktów żywnościowych przeznaczonych do zamrożenia ponadto do produkcji biodegradowanych opakowań żywności

DEKSTRAN:

• zbudowany z glukozy połączonej wiązaniami 1,6 glikozydowymi między resztami glukozowymi 1,4 i 1,6 glikozydowe stanowiące „łańcuchy” boczne

• masa od 5*10⁴ do 3*10⁸ Da

• jasnożółty lub biały proszek, tworzący w wodzie roztwór koloidalny o zróżnicowanej lepkości w zależności od ilości stosunku między wiązaniami

• produkowany przez Leuconostoc mesenteroides

• może być stosowany jako zagęstnik do produktów żywnościowych, ale mimo licznych patentów nie został dopuszczony przez FAO/WHO jako dodatek do żywności. Powszechnie stosowany jako zamiennik plazmy krwi w produkcji żelu Sephadex

KSANTAN: E415

• zbudowany z glukozy, mannozy ikwasu glukuranowego w stosunku 3:2:2 oraz częściowo z estryfikowanych kwasu octowego i pirogronowego

• proszek barwy kremowej o lekkim zapachu, rozpuszczalny w zimnej i ciepłej wodzie, w mleku, etanolu o stężeniu <20%

• tworzy pseudoplastyczne roztwory, których lepkość jest w małym stopniu zależna od pH (1-13) temp do 100 C, dodatku soli oraz czynników mechanicznych. Jest oporny na kwaśne środowisko, na działanie enzymów i działanie temp. Obecność elektrolitów zwiększa lepkość składu

• produkowany przez bakterie Xanthomenas campestris. Po hodowli obniża się lepkość płynu pohodowlanego przez dodanie wody, wiruje w celu usunięcia bakterii następnie wytrąca metanolem lub izopropanolem suszy i mieli

• stosowany jako dodatek do żywności: zastępnik i substancja żelująca (napoje mleczne, jogurty, desery mleczne, kisiel, sery twarogowe)

WITAMINY:

• w 1912r Kazimierz Funk z łusek ryżu otrzymał substancję która leczyła chorobę beri-beri czyli wit B₁. Uznał ją niezbędną do życia

• obecnie większość witamin jest produkowana metodą syntezy chemicznej

• metodami biotechnologicznymi produkowane są w skali przemysłowej wit B₂ i B₁₂ oraz prowitaminy B-karoten

• synteza chemiczna i biologiczna prekursorów witaminy potem przekształcanie prekursorów w witaminy metodą biotechnologiczną lub chemiczną

WITAMINA B₂ (RYBOFLAWINA):

Do syntezy zdolne są bakterie, drożdże, grzyby strzępkowe i algi. Jest stosowana w medycynie, jako dodatek do żywności i pasz. Do produkcji od dawna używa się drożdży Sachromyces cerevisiae, które zawierają 39,80ug witaminy/g.s.s Stosuje się także Candida flarei zdolne do nadprodukcji wit. Obecnie produkuje się przy użyciu grzybów Aslybia gossipi oraz Eremothecium aslybi. Semisyntetyczną wit otrzymuje się metodą syntezy chemicznej z D-rybozy (otrzymana mikrobiologicznie) lub iroalaksazy (chemicznie)

WITAMINA B₁₂

Do wewnątrz komórkowej syntezy zdolne są Aerobacter, Azotobacter, Bacillus, Clostridium, Propiniobacterium, Pseudomones. Do 6mg: dm³ synt. Nocardia rugosa, gardneri i Streptomyces griselis i alivaceus. W skali przemysłowej Propiniobacterium shermarii (20mg/dm³) Pseudomonas denitrifikans (5120 do 140mg/dm³)

WITAMINA A (PREKURSOR B-KAROTEN)

• do syntezy zdolne są algi Dunaliella selima (skala przemysłowa w USA, Australia, Izrael) grzyby Aspergillus giganteus, Phycomyces, Rhodospiridium

• na skalę przemysłową Blokselea tripsoda

WITAMINA D₂ (PREKURSOR ERGOSTEROL)

• do wzbogacenia mleka np. w przemyśle spoż.: do margaryny, bo oleje roślinne nie mają wit. D

• drożdże piekarnicze zawierają 0,1-0,6% ergosterolu w s.s (I źródło)

• na skale przemysłową Candida

PROCES CIĄGŁY

• następuje jednoznaczny napływ substratów i odpływ produktów

• zwiększenie produktywności

• ogranicza się ryzyko zakażenia

• procesy są bardzo stabilne

• cechy dobrego nośnika:

• obojętność do zatrzymywania mikroorgnizmów

• duża zdolność do zatrzymywania mikroorganizmów

• duża stabilność mechaniczna

• obojętność chemiczna

• zdolność dyfuzyjna do substratu i produktu

• duża ilość

• niski koszt

• materiał makroporowaty dla drożdżów

WYKŁAD 4

Technologia winiarstwa

• 18% wina gronowe

• wina owocowe

• w Polsce 16l/na osobę na rok

• produkcja winorośli 6 tyś lat p. n. e.

• produkcja wina 3,5 tyś lat p. n. e.

Wina gronowe rygorystyczne przepisy:

• w Polsce ustawa 21.I.2004

• potencjalne stężenie alkoholu w % objętościowy- alkohol, który można wyprodukować na drodze całkowitej fermentacji cukrów zawartych w 100 jednostkach obj. produktu

• rzeczywiste stężenie alkoholu w % objętościowy- liczba jednostek czystego alkoholu zawarta w temp 20°C, w 100 jednostkach objętości produktu w tej samej temp, czyli faktyczna zawartość alkoholu w produkcji

• całkowite stężenie alkoholu w % objętościowy- suma rzeczywistego i potencjalnego stężenia alkoholu

• naturalne stężenie alkoholu

Wina owocowe- alkohol 9-18% zawartości rzeczywistej, w wyniku fermentacji owoców lub soków. Przez fermentacje nastawy, mogą być dosładzane lub doalkoholowane

Nastaw- mieszanie soków, owoców, koncentratu owocowego, miodu pszczelego oraz wody i dowolnych substancji słodzących z ewentualnym dodatkiem pożywek, drożdży i kwasów spożywczych

Wina owocowe aromatyzowane- produkowane z win, aromatyzacja dowolnymi substancjami aromatami naturalnymi i identycznymi z naturalnymi, 8-19% alkoholu. Zawierają ok. 75% wina owocowego.

Polskie wino (Polish Vine)- zawiera 9-18% alkoholu, produkowane poprzez fermentacje roztworu na Polskie wino, ewentualnie dosłodzone

Nastaw na Polskie wino to mieszanina z co najmniej jednego składnika: winogron moszczu gronowego, zagęszczonego moszczu gronowego z dodatkiem wody, dozwolonych substancji słodzących z ewentualnym dodatkiem pożywek, drożdży i kwasów spożywczych.

Udział soku winogronowego lub moszczu winogronowego w przeliczeniu na soki surowe nie może być niższy niż75% objętości.

Polskie wino aromatyzowane- 9-18% alkoholu, robione z Polskiego wina poprzez aromatyzację, muszą zawierać co najmniej 75% alkoholu.

Napoje winopodobne- mogą być owocowe lub miodowe. Od 4,5-15% alkoholu. Otrzymane z co najmniej 50% win owocowych, bądź z 50% miodu pitnego. Mogą być dosładzane, doalkoholizowane, ewentualnie poddane aromatyzacji.

Napoje winopodobne- owocowe lub ewentualnie miodowe. Od 9-15% uzyskiwane poprzez fermentację nastawu, który 2x mniej soków.

Miody pitne- 9-18% alkoholu, w wyniku fermentacji ???? miodowej z ewentualnym dodatkiem ziół aromatycznych lub przypraw korzennych.

Podział:

• czwórniak- 1 obj. miodu + 3 obj. wody

• trójniak- 1 obj. miodu + 2 obj. wody

• dwójniak- 1 obj. miodu + 1 obj. wody

• półtorak- 1 obj. miodu + 0,5 obj. wody

Napoje niskoalkoholowe- 0,5-8,5% obj. alkoholu w wyniku fermentacji nastawów owocowych bądź miodowych. Też poprzez częściowe usunięcie alkoholu poprzez metody fizyczne np. odparowanie. Dodatek H₂O po zakończeniu fermentacji win owocowych, napojów winopodobnych, miodów pitnych i napojów niskoalkoholowych jest w zasadzie zabroniony.

WYROBY WINIARSKIE GRONOWE

- wykluczono 6 odmian winorośli

• Wina stołowe- od 8,5-15% (max całkowite) stężenie alkoholu. W wyniku fermentacji winogron lub miąższów winogronowych

• Wina gronowe likierowane- 15-22% alkoholu. Całkowite stężenie alkoholu nie mniejsze niż 17,5% (zawiera cukry). Powstają w wyniku fermentacji

• Wina musujące gronowe- rzeczywiste stężenie alkoholu 8,5-12%. W wyniku pierwotnej lub wtórnej fermentacji w naczyniu zamkniętym, zawierającym naturalny CO₂ (ciśnienie 3 bary)

• Wino musujące gazowane gronowe- o rzeczywistym stężeniu alkoholu nie niższym niż 8,-12%, zawierające dodatek CO₂, ciśnienie 3 bary 20°C

• Wino pół musujące gronowe- od 7-12% alkoholu. Otrzymane jako wino musujące. Ciśnienie od 1 do 2 barów w temp. 20°C

• Wino pół musujące gazowane- od 7 do 12%, CO₂, w butylu

Wino gronowe wysokiej jakości- jakość PSE kontrolna metoda ????, nowoczesna technologia produkcji wody. PSE- świadczy o markowości wina.

Wina aromatyczne gronowe- 13,5-22% alkoholu z co najmniej 75% win gronowych, poddany ????, dosładzany lub doalkoholizowany

Aromatyczny napój winopodobny gronowy- od 7-14,5% alkoholu, z co najmniej 50% win gronowych

Aromatyczny koktajl winopodobny- do 7% obj. nie jest doalkoholizowany

• smak i zapach

• ???? całkowita (w winach gronowych może być suchy osad krystaliczny, w winach czerwonych- suchy osad garbnikowy, w winach owocowych niewielki osad

Wina i produkty winiarskie:

• białe- jasnosłomkowe do barwy bursztynowej

• różowe- różowe do jasnoczerwonej

• czerwone- czerwone do czerwonociemnej

Wina ze wzg. na zawartość cukru:

gr/litr	rodzaj
10	wytrawne
10-30	półwytrawne
30-60	półsłodkie
60-150	słodkie
>150	bardzo słodkie

Kwasowość

• 3,5-9 gr w litrze

• 1,3gr w litrze kwasowość ????

• zawartość SO₂ do 200 mgr/l w ???? do 160 mgr/l w gronowych czerwonych

Drożdże winiarskie:

• dzikie (niepożądane), powodują mniejszą zawartość alkoholu, niekorzystny zapach, smak

• szlachetne ????

Produkcja soku (moszczu)

• Z owoców jabłek i owoców kolorowych. Maliny i winogrona nie są myte aby nie obniżyć ekstraktu. Owoce są rozdrobnione i poddawane tłoczeniu (jabłka). Owoce kolorowe rozdrobnione, podgrzewane, tłoczone po 2-3h, tłoczone na gorąco. Z miąższu można produkować koncentrat. Moszcz poddawany ????, zagęszczone do ekstraktu (72-75%) przechowywany w ???? ???? ????

• Moszcz bądź koncentrat owocowy

• ???? białek z moszczu, wina ???? sfermentować

• przygotowanie nastawy: moszcz winogronowy dodaje się N₂

• w winiarstwie owocowym za mało N_2, cukrów

• regulacja kwasowości: można rozcieńczyć H₂O, dodaje się moszcze mniej kwaśne; za mało kwaśne miesza się z bardzo kwaśnym, dodaje się kwasek cytrynowy

• dodatek zw. ????, lepiej fermentuję do 0,4gr/l fosforanu do 0,3gr siarczan amonu

• dodatek cukru, w gronowym nie można dodawać cukru, aby ↑ cukry zbiera się późno po pierwszych mrozach.

ICE WINE- wina lodowe w winach owocowych- dodaje się cukier na alkohol na 1ml alkoholu 1,72gr cukrów prostych

• siarkowanie moszczu, aby uniemożliwić rozwój mikroorganizmów i niepotrzebnych drożdży. Dodatek SO₂ w 30-60 mg/litr w formie gazowej lub w formie kwasu siarkowego, lub soli siarczanowych. Nastawu się nie pasteryzuje.

• dodajemy drożdże, zbiorniki fermentacyjne wypełnia w 85%

Drożdże- ???? płynna ???? drożdżowa. Drożdże suszone- nie wymagają nawożenia 10-40gr/litr. Rozprowadzamy w letniej, osłodzonej wodzie i dodajemy do roztworu. W ciągu 4 dni szczepimy następne porcje nastawu. Szczepimy w kolejnych cyklach

• Temperatura szczepionego miąższu to 24-26°C, uzyskujemy dużo alkoholu, fermentacja- reakcja ????, wydzielone jest ciepło. Temp. fermentacji nie może przekraczać 28°C. Chłodzenie zbiorników fermentacji. Fermentacje rozpoczynamy w temp. 15-20°C

• Fermentacja winiarska:

• zafermentowanie- trwa 1-3 dni, wydziela się CO₂ i pienienie

• fermentacja burzliwa: 1-2 tyg., silne pienienie, wydzielanie CO₂, spadek gęstości

• dofermentowanie- przefermentowanie resztek cukru, ustaje fermentacja wino leżakuje

Po ok. 2 tyg. zakończenie fermentacji burzliwej, musi zostać odciągnięty osad drożdżowy, bo kam. będą ulegać autolizie, dawać nieprzyjemny posmak, psucie się wina.

Wino leżakuje- wydziela cząsteczki stałe, harmonizuje się.

Zmiany składu moszczu podczas fermentacji

1. Przemiana cukrów w alkohole z wydajnością ok. 90% Tworzą się też kwasy octowy do 1gr/litr, glicerol 9-14gr/100gr alkoholu daje ???? wina, alkohole wyższe, estry, ???? i inne cechy sensoryczne

Trzeba stosować drożdże winiarskie, a nie piekarnicze

Fermentacja w ???? łącznie ze skórkami, pestkami

Leżakowanie wina

I okresie jest dofermentowanie, optymalna temp. 5-15°C

• harmonizacja smakowa, mniejsza kwasowość. Wytwarzanie bukietu, wytrącenie części nierozpuszczalnych

• stabilizacja i ????

• ściągnięcie ???? osadu

• dosładzanie i dokwaszanie

• ???? po 1m-cu, po 2 m-cu aby oddzielić osady

• wprowadzanie niewielkiej ilości O₂, wino lepiej dojrzewa

• wina popularne ok. 2 m-cy

• wina markowe ok. 6 m-cy

• dolewka w przypadku win do 12,5% alkoholu

• Wina gronowe leżakują w beczkach od 1-4 lat

• w białych winach 20-25 mgr SO₂

• w czerwonych winach 10-15 mgr SO₂

• wina słodkie- nie wymagają SO₂

• ???? i stabilizacja- ???? na drodze filtracji

Przyczyny braku stabilności:

• nadmiar metali ciężkich: Fe²⁺, Cu^2-

• związki fenolowe lub polifenolowe ich niestabilność

• obecność niestabilnych frakcji białka wysokocząsteczkowych

• nadmiar soli kwasu winowego

• nadmiar ???? i drożdży, bakterii

• zmętnienie wywołane Ca²⁺ (ich nadmiar) ???? w ???? potasu (???? błękitne) ???? próbne dla każdego zbiornika oddzielona gdy za dużo Fe w litrze

• zmętnienie i osady polifenolowe- niebezpieczne utlenienie frakcja ???? i ????

Obróbka wina czerwonego:

METODY STABILIZACJI:

• wychładzanie wina

• ???? żelatyną

• dodatek żywic (PVPP)

• Zmętnienia i osady białkowe mogą podlegać dehydratacji, ????

Podatne są białka wina gronowego, miody pitne

Skuteczne metody:

• obróbka ????

• Osady krystaliczne wywołane solami kwasu winogronowego. Dotyczą win gronowych

Stabilizacja poprzez wychłodzenie (od 1°C, wyższa niż temp. zamarzania, przetrzymanie ok. 1 tyg. i odfiltrowanie)

???? za pomocą węgla ???? - jest absorbentem, poprawia cechy sensoryczne, do odbarwienia win.

Choroby win:

• Nienormalne zmiany wywołane rozwojem drobnoustrojów

• tlenowe- wywołane rozwojem drobnoustrojów tlenowych

• beztlenowe- wywołane rozwojem drobnoustrojów beztlenowych

Choroby tlenowe:

• w winie o stężeniu alkoholu 12,5%, w warunkach tlenowych

• kożuchowanie- rozwój drożdży kożuchowych

• octowanie wina

Choroby beztlenowe:

• fermentacja mlekowa cukry
  kwas mlekowy

• fermentacja ????

• śluzowacenie

• mysi posmak

Wino przefiltrować, leczyć jak najczęściej

Rozlew wina- na zimno, na ciepło (napoje bez CO₂, w temp. 52-55°C, po uprzedniej pasteryzacji błyskawicznej, butelki ciepłe, wino przefiltrować, stygną samoczynnie). Można dodawać kwas siarkowy do 200 mgr/litr

Wina specjalne:

• proces ???? polega na podgrzaniu białego wina na słońcu w specjalnych komorach termicznych w temp. 40-60°C, przez okres kilku tyg. do kilku m-cy. Regulowany dostęp O₂. Ogrzewanie win białych lub czerwonych w temp. 40-60°C bez dostępu O₂ np. wina ????

Wina typu sherry- otrzymywane jest przez podanie wzmacniaczy win wytrawnych, poprzez zaszczepienie drożdży na powierzchni, drożdże w fazie ???. Podczas szeryzacji surowce wina wytrawnego białego.

Wina typu malaga- uzyskiwane z win poprzez doprowadzenie koncentratu winogronowego.

Wina ziołowe- wina aromatyzowane, otrzymuje się z win poprzez doprowadzenie wyciągami ziołowymi (z surowych mieszanek zawierających ok. 30-50 składników) 2-3 tyg moczenia ziół alkoholem (40-50%)

Wina musujące i gazowane- wina silnie nasycone CO₂ (CO₂ w trakcie fermentacji, gazowanych CO₂ z butli)

Wina musujące zawierają CO₂ poniżej 1 Ba

Technologia wina specjalnego:

• wyrób wina bazowego

• dosładzanie wina przed wtórną fermentację

• dodatek drożdży

• rozlew w butelki

• fermentacja wtórna w butelkach lub zbiorniku

• oddzielenie osadu drożdżowego

• doprawienie lub ewentualny rozlew

WYKŁAD 5

PIWOWARSTWO

PN-A 79098- norma piwa

Piwo- napój na drodze fermentacji alkoholowej brzeczki nastawowej przygotowanej ze słodu, wody i chmielu.

Brzeczka- wodny wyciąg składników rozpuszczalnych z wodą.

Słód- skiełkowane i wysuszone ziarno jęczmienia. Stosuje się jęczmień, szyszki chmielu, woda, drożdże, surowce zastępcze (jęczmień niesłodowany, ryż, kukurydza, cukier)

Do produkcji brzeczki stosuje się słód, często też surowce zastępcze (do 45%) może zastąpić słód (średnio 10-20%)

Jęczmień niesłodowany- łuszczony lub nie łuszczony

Ryż- połówki, ziarna połamano

Kukurydza- po pozbawieniu zarodników

Skład piwa:

78-93% woda

Ekstrakt piwa 4,6-11%

Alkohol etylowy 0,4-9,5%

CO₂ 0,4-0,5%

Ekstrakt piwa- nieprzefermentowane węglowodany, są też związki białkowe i sole mineralne.

Piwa utrwalone- przedłużona trwałość dzięki stabilizacji, pasteryzacja, mikrofiltracja. Trwałość ok. 30 dni, przechowywanie +2+6ºC; przedłużony okres-trwałość 6 m-cy

Piwa nieutrwalone- nie poddane procesom. Trwałość co najmniej 10 dni, w temp. +2 +10ºC

???? :

• piwa filtrowane- ???? z połyskiem

• piwa niefiltrowane- mają osad drożdżowy, nie w pełni ????

Piwa bezalkoholowe- do 0,5% alkoholu

Barwa:

• piwa jasne- do 25 jednostek EBC

• piwa ciemne- co najmniej 26 EBC

Zawartość ekstraktów w brzece podstawowej.

• 11 grup w piwach jasnych

• 8 grup w piwach ciemnych

Zawartość CO₂ ok.-0,4-0,5%

Trwałość piany- piwo leje się z 200 cm

• dla piw jasnych- trwałość ok. 3 min

• dla piw ciemnych- co najmniej 2 min

• dla piw typu ????- 4 min. Mają większą zawartośćekstraktów

W Polsce wyprodukowano 28 milionów hektolitrów piwa.

Na głowę 73 l piwa

W Niemczech 140 l piwa

Produkcja światowa roczna 140 mld litrów

Surowce:

• jęczmień- dwurzędowy jary, kłos jest płaski, ma 2 rzędy ziaren. Jest wyrównany, daje najlepsze piwo. Ubogie nawożenie ????. Musi być mało ???? w ziarnie.

18-13% wody (najlepiej ok. 16%)

54-64% skrobi

9-13% związków białkowe (najlepiej ok. 11,5%)

• chmiel- nadaje gorycz, aromat, kwiatostany żeńskie, szyszki chmielowe bez nasion. Chmiel wysuszony, zasiarkowany (SO₂) w ilości 0,15-0,3%. SO₂ jest przeciwutleniaczem zapobiega przejściu żywic miękkich w twarde. Zamiast chmielu stosuje się ekstrakty lub przetwory chmielowe

• woda- musi mieć mało NaCO₂, korzystne siarczany i chlorki Ca i Mg. pH- 6-8. Gdy pH jest wysokie piwo ma ciemną barwę. Woda klarowna, bezbarwna, ???? alkaliczność resztkowa nie większa niż 5° (jasny Na, ???)

Twardość ogólna do30° niemieckie

Słodowanie jęczmienia- sztuczne skiełkowanie jęczmienia. Otrzymuje się zielony słód. Suszy się go i odkiełkowuje. Wzbogaca się ziarna enzymami: celulitycznymi, ????, ????. Zmienia struktury ziarna ułatwiające wydobycie składników ekstraktu.

Etapy słodowania:

1. czyszczenie

2. sortowanie

3. moczenie sortowania

4. składowanie właściwe

5. suszenie słodu

6. odkiełkowanie

Jęczmień przed słodowaniem musi odleżeć co najmniej 4 tyg.

Moczenie jęczmienia- pobudzanie ziaren do przemian biochemicznych przez doprowadzenie wody. Woda ok. 10-12°C. Grubość ziarna- grube ziarna gorzej chłoną wodę. Sortuje się ziarna. Moczenie w warunkach tlenowych.

Ziarno dokładnie umyte, przy intensywnym mieszaniu

Muszą być usunięte ????

Moczenie w warunkach tlenowych

Moczenie równomierne dla wszystkich ziaren

W Polsce moczenie powietrzno-wodne. Ziarna na przemian pod wodą i bez wody (ok. 64 przy przewietrzaniu). Cykle pod wodę i bez wody powtarzane aż ziarno osiągnie wilgotność od 42-64%. Trwa to 50-60h. Zużycie wody wynosi 1300 litrów na 100 kg ziarna. W nowoczesnych technologiach ok. 300 l.

Namoczony jęczmień na słodowanie

• Słodowanie- część związków w ziarnie zużywana jest skiełkowanie, część spalona. Aby kiełek był jak najmniejszy, było dużo enzymów, ???? białka w całym ziarnie. Wzrost kiełków liścieniowego i korzeniowego (wewnątrz ziarna)

???? ścian kom. powinno dojść do zakończenia ziarna?. Aby ograniczyć wzrost ziarna stosuje się temp. słodowania 15-18°C. Czas słodowania 6-8 dni, często stosuje się ????? 0,1mg/kg, aby skrócić czas słodowania.

• Słodownia pneumatyczna z przedmuchem, klimatyzatorowane powietrze przez warstwę ziaren

• Słodownia ???? - na dużo namoczonych ziaren, przedmuchiwać powietrzem, które jest chłonne zimną wodą

Cechy słodu zielonego:

• zapach świeży

• łatwo rozcierać:???? Świadczy o słabym słodowaniu, namoczeniu

Suszenie słodu: utrwalenie słodu, usunięcie zapachu słodu zielonego. Nadmiar charakterystycznego smaku i zapachu. Obniża się zawartość wody do ok. 3,5-4% w przypadku słodów jasnych, w przypadku słodów ciemnych do ok. 1,3-2%

Suszenie słodu jasnego w temp. 30-85°C przez 24h, 12h do 50°C, 12h powyżej 50°C

Suszenie słodu ciemnego od 30-105°C w 48h ok. 24h do 50°C, 24h powyżej 50°C

Usunięcie korzonków, które są higroskopijne, mają dużo białka, nadają gorycz i smak.

Są też inne słody:

• słód karmelowy przez prażenie w temp 150-180°C w bębnach prażalnianych. Dodatek do słodu jasnego w ilości 3-10%. Przy produkcji piw ciemnych

• słód ????- prażenie w temp. 200-220°C i stosowany jako dodatek do brzeczki na piwa ciemne (do 5%)

Wyprodukowany słód nie nadaje się do przygotowania brzeczki. Musi odleżeć 4-6 tyg w celu ???? enzymów.

Technologia piwa

2 etapy:

I: przygotowanie brzeczki

II: fermentowanie i leżakowanie piwa

Słód się doczyszcza, rozdrabnia, zaciera, filtruje zacier, gotowanie brzeczki z oddzieleniem osadów

Fermentacja, leżakowanie, filtracja i rozlew

Śrutowanie (rozdrabnianie) ułatwia przejście substancji ekstraktu do wody podczas procesu rozcierania.

Zostawia się nierozdrobnionej łuski i max rozdrobnienia ????

Łuski średnio 35%

Można już rozdrobnić słód do mąki

Przy użyciu ???? na sucho i na mokro

Ważenie: brzeczka słodowa zawiera cukry fermentacji, ???? , białka, aminokwasy, sub. Goryczkowe, garbniki, sole mineralne. Miesza się śruty (rozdrobniony słód) z wodą w odpowiedniej temp. zależy od stanu słodu 1:4

śrut woda

Proces zacierania- biorą udział enzymy z procesu słodowania. Stosuje się przerwy w temp. Temperatura zacierania jest stopniowo podnoszona, utrzymuje się temp. stała w ciągu 10-20 min przerwy.

Gotuje się część zacieru dla skleikowania skrobi, bo ???? działają wtedy intensywnej

Enzymy

• ???? temp 38-40°C. Słód słabo rozluźniony, robi się przerwy dla enzymu

• proteolityczne optymalna temp 50-55°C. Słód słabo rozluźniony robi się przerwy. Dobrze rozluźniony brak przerwy

• β ???? opt. 55-65°C, jednak w praktyce opt. 62-65°C

• α ???? opt. ok. 72°C

β ???? odszczepia cześć ???? od końca łańcuchów skrobi i nie rozkłada wiązań 1,6.

α- ???? rozkłada skrobie na 5 do 8 cz. glukozy (atakuje 1,4 wiązania), rozkłada też wiązanie 1,6 może działać wew. cząsteczki skrobi, działa na ????

Stosując odpowiednie temp. regulujemy słód brzeczki, ilość

Metody zacierania

• infuzyjna- bez gotowania części zacieru, stopniowe podnoszenie temp. do 75°C. Stosuje się przerwy dla odpowiednich enzymów

• ?????- gotuje się części zacieru. Scukrzenie skrobi skleikowanej przebiega lepiej

Odebranie części zacieru może być 1,2,3krotne. Ilość ???? i ???? zależy od tego co chcemy uzyskać, od technologii.

• Zacier filtrowany na gorąco w temp. 75°C w kadzi filtrującej, filtrze zacierowym. Są pozostałości ekstraktu. Używa się gorącą wodę.

• Brzeczka przednio z wodami wysokosłodowymi spływa do kotła ?????. Gotowanie brzeczki z chmielem. Ilość chmielu 150-500gr/100l. Piwa jasne wymagają większej ilości chmielu

• Gotowanie chemiczne brzeczki. ???? cech smakowo-zapachowych. Wytrącenie zmętnień i osadów, umieszczenie enzymów i zagęszczenie brzeczki. Gotowanie ok. 1,5h (normalne ciśnienie) 1h (przy podwiększonym ciśnieniu).

• Gotowane intensywne, ok. 8-10% wody odprowadza. Wytrącają się osady grube. Gorąca brzeczka chłodzona do temp. nastawowej, rozpoczynanie fermentacji (ok. 5-12°C). Podczas chłodzenia dochodzi do wytrącania osadów ????? i osadów zimnych. Brzeczka natleniona sterylnym powietrzem. Drożdżowa fermentacja w temp. 5-11°C należą do Sacharomyces- fermentacja dolna.

Drożdże fermentacji górnej 15-25°C. Drożdże mogą przechodzić z dna poprzedniego zbiornika.

Cykli fermentacyjnych od 3 do 5. Gdy więcej drożdży ???? się przestaje dawać „zdrowe piwo”. Stosuje się też drożdże suszone.

Fermentacja płowa:

• faza burzliwa

• faza dojrzewania (leżakowania)

Czas fermentacji ok. 1tyg. od zadania drożdży

Piwo- gdy dodajemy drożdże

Faza burzliwa- temp. rośnie do 11°C, celowe schłodzenie piwa do 3-4°C. Piwo do leżakowania.

Młode piwo- zielone piwo do leżakowania, a osad drożdżowy wykorzystywany do następnego cyklu fermentacji.

Piwo leżakuje- hermetycznie zamknięte, nasyca się CO₂. Leżakowanie w temp. +1°C, trwa ok. 2tyg. W trakcie leżakowania przeprowadza się stabilizację koloidalną piwa:

• chlorek żelu krzemionkowego ok. 50-250gr/hektolitr, usuwa się frakcję związków białkowych, pozostawia się białka korzystne dla piwa

• usunięcie ???? frakcji garbników. Za pomocą PVPB 50-100gr/hektolitr

Po leżakowaniu piwo zwykłe filtrowane przez drobną ziemię. Przebywa przez 24h ???? pośredniczącego, wchłania CO₂. Piwo jest rozlewane do butelek, puszek, beczki 40-50l (piwo jest w stanie Nadciśnienia). Rozlew przy nadciśnieniu (izobaryczny)

• w butelki- wyssanie powietrza, wprowadzenie CO₂ i usunięcie resztek powietrza, wyrównanie ciśnienia do ciśnienia piwa. Napełnienie butelek chłodnym powietrzem. Etykietowanie do pasteryzacji.

• w puszki- nie może być tłuszczu. Przedmuchuje się CO₂. Po wyrównaniu ciśnienia napełnia się piwo-????-mycie parokrotne. Napełniony pod ciśnieniem.

Pasteryzacja w przepływie w temp. 72°C z przetrzymaniem????, po napełnieniu butelek przez pasteryzator ???? w temp. 60-63°C w 15min (tj. utrzymanie max temp.) Łączny czas ok. 1h. Dalej etykietowanie.

• Metody ciągłe- fermentacja może trwać długo (2-3 m-ce), może być w 1 zbiorniku lub kilku ????. ???? fermentacji są stałe w każdym ????. Odfermentowanie nie może być całkowite. Znaczna automatyzacja procesu, zmniejszeniem obsługi.

Fermentacja w ???? ?????- zbiorniki stojące z dnem stożkowym chłodzone strefowo. Zbiornik ?????. Przez ok. 1tyg do 12°C. Zawartość schładza się na dole, drożdże opadają, drożdże stale się wypycha dodaje dobrze fermentującego piwa i podnosi temp do 14°C, dojrzewa, potem się chłodzi, wiruje i przetrzymuje (ok. 2 tyg).

Sposób ???? (form. ciśnieniowa)- skraca cykl fermentacji głównej i cykl dojrzewania.

Brzeczka przed fermentacją, jest filtrowana przez ziemię okrzemkową. Natlenienie nastawienie w 12°C przez dodatek 1l drożdży na 1 hektolitr.

W warunkach ciśnieniowych drożdże słabiej się rozwijają. Po 6 dniach cukry przefermentują całkowicie. Drożdże do ????. Piwo leżakuje 12 dni przy nadciśnieniu w temp. 1°C

WYKŁAD 6

BIOTECHNOLOGIA - zintegrowane zastosowanie wiedzy i technik w dziedzinach biochemii, mikrobiologii i nauk inżynieryjnych w celu technologicznego wykorzystania zdolności tkanek

Biotechnologia - słowo powstało w 1917 roku wykorzystano drożdże, procesy fermentacyjne.

1500r - wykorzystanie bakterii do produkcji jogurtu i kiszonej kapusty.

1859 „O pochodzenie gatunków” Darwin

XIX i XX wiek - rozkwit nauk przyrodniczych:

1851 - Pasteur opracował technikę pasteryzacji

1886 - Mendel opracował podstawowe prawa genetyki

1879 - William James Beal otrzymał pierwszą mieszankę kukurydzy

1910 - Morgan odkrywa, że geny znajdują się na chromosomach

1928 - Griffith odkrywa genetyczną transformacje u bakterii

1943 - DNA bakterii zawiera genetyczną informacje komórki

1953 - J.Watson i F.Crick opisują podwójną helisę DNA

Wczesne lata 70 - Paul Berg, Stanley Colien i Herbert Boyer opracowali metody cięcia i manipulacji DNA

1975 - otrzymano monoklonalne przeciwciała

1982 - insulina wytworzona przez bakterie

1986 - pierwsza genetycznie zmodyfikowana roślina wprowadzona do środowiska

1987 - wprowadzenie do środowiska pierwszych genetycznie zmodyfikowanych drobnoustrojów

1984 - opracowanie techniki PCR służącej do specyficznego namnażania fragmentu DNA

1990 - pierwszy enzym wytworzony technikami rekombinowanego DNA ( chymozyna stosowana do produkcji serów)

1993 - zatwierdzono enzym rBGH/iBST do zwiększenia mleczności krów

BIOTECHNOLOGIA

• medycyna - antybiotyki, (TIPAC? Aktywator komórkowego plankogenu), insulina, hormon wzrostu, przeciwciała monoklonalne, sondy genetyczne.

• Rolnictwo - składniki mineralne w roślinach, odporność na herbicydy choroby i szkodniki , tolerancja na suszę

• Zwierzęta - mamy lepsze rośliny to wzrost produkcji, szczepionki,, hormon wzrostu u zwierząt ( zwiększenie produkcji np. mleko

• Produkty spożywcze - chleb, ser, piwo, jogurt itp.

• Utylizacja odpadów

• Zanieczyszczenia przemysłowe - rozkład oleju, pestycydów, odpadów chemicznych

• Paliwo do samochodów - alkohol z cukrów

Rolnictwo :

• naturalne insektycydy -białka z Bacillus thurigiensis (Bt)

• ochrona przed chorobami - wirus mozaik tytoniu (TMV)

• pasza bogata w fosfor (lepsza wełna owiec)

• selektywna odporność na herbicydy -glyfosat

• mikropropagacje

Perspektywa :

• polepszenie produktywności (plon, jakość)

• ochrona środowiska (ograniczenie stosowania pestycydów, herbicydów)

• zmniejszenie kosztów produkcji

Zwierzęta

• szczepionki - wybrane choroby wirusowe i bakteryjne

• lekarstwa - pasożyty wewnętrzne

• hodowle

• produkcyjność - BSt u krowy dającej 25% więcej mleka, wół o niskokalorycznym mięsie i większym przyroście wagi (10-15%)

• badania nad BST u krów i świń

Medycyna

• antyciała monoklonalne - wysoko specyficzne produkowane przez hybrydową tkankę myszy ( ma właściwości rakowe)

• wykrywanie raka, wirusowe choroby, AIDS

• wykrywanie chorób genetycznych ( szybka i dokładna diagnostyka chorób, wykrycie i przewodzenie chorób genetycznych, identyfikacja tkanek w sadownictwie

Korzyści z biotechnologii:

• konsumenci poszukujący nowej diety

• dzięki ograniczeniu chemicznej ochrony roślin uprawnych znacznie poprawi się jakość pożywienia , poprawi się smak i trwałość pożywienia

• Działkowcy - uprawiający na własny użytek świeże owoce, warzywa i kwiaty uzyskają: mrozoodporne odmiany warzyw, odmiany mieszańcowe które charakteryzują się pewnym i udanym plonowaniem, nowe odmiany roślin ozdobnych o ciekawych kolorach, zdrową żywność, dzięki uprawie roślin odpornych na choroby i szkodniki.

Rolnicy produkują żywność dla przemysłu spożywczego uzyskają:

• większy zysk dzięki lepszemu plonowaniu roślin

• dostęp do nowych rynków, dzięki kontrolowaniu surowca o określonych parametrach

• niższe koszty produkcji poprzez znaczne ograniczenie nakładu na ochronę chemiczną

• większe zaufanie konsumentów dzięki wykorzystaniu metod integrowanej ochrony roślin

• powszechny dostęp do biologicznych (ekologicznych) metod produkcji

• wzrost jakości i produktywności dzięki używaniu co roku nie przeterminowanych sprawdzonych nasion

Leśnicy troszczą się o stan lasów skorzystają z możliwości

• ograniczenia chemicznej walki ze szkodnikami na rzecz metod biologicznych

• wprowadzeniem nowych gatunków drzew charakteryzujących się silniejszym wzrostem

• uprawy gatunków drzew odpornych na szkodliwe warunki środowiska ( kwaśne deszcze)

• zachowanie naturalnych ekosystemów bez ryzyka epidemii szkodników

• ograniczenie ryzyka monokultury ( przy rozmnażaniu wegetatywnym) poprzez wysoką zmienność w obrębie każdego gatunku

Ogrodnicy poszukują metod pozwalających na masową produkcje zdrowych warzyw skorzystają na:

• ograniczeniu stosowania pestycydów i nawozów

• wyższym plonowaniu roślin

• ograniczeniu ryzyka dzięki wyrównanemu plonowi warzyw

• zredukowanie nakładów na zagospodarowanie plonu przy pewności jego wyrównania

• powszechnej dostępności odmian nieszkodliwych

Hodowcy roślin pragnący szybko dostarczyć na rynek nasiona, nowych, doskonałej jakości odmian uzyskają:

• skrócony czas hodowli dzięki wykorzystaniu technik inżynierii genetycznej

• dostęp do genów bakteryjnych i zwierzęcych np. gen odporności na mróz

• dostęp do nowych rynków, dzięki wykorzystaniu nowych, wartościowych cech roślin

• lepszą ochronę praw autorskich i egzekwowanie opłat za reprodukcje, co umożliwi szybki zwrot poniesionych nakładów na hodowlę

• możliwość czerpania zysków z produkcji roślinnej, które stanie się najważniejszą gałęzią przemysłową

Przetwórcy żywności - poszukujący surowców o określonej jakości zyskają na:

• możliwość optymalizacji procesów przemysłowych

• ograniczenie ilości produktów ubocznych

• wyeliminowanie inhibitorów i niekorzystnych składników z żywności, co pomniejszy koszty

• minimalizacja ryzyka ze względu na wyrównaną jakość i zawartość wymaganych składników

Sprzedawcy - chcący sprzedawać produkty śweże o wysokiej jakości

• nie będą musieli rygorystycznie przestrzegać świeżości produktów ze względu na obecność odmian o dłuższej trwałości

• będą wrzucać mniej zepsutych warzyw

• zmniejszą koszty logistyki świeżych produktów

• świadomość o wartościach odżywczych ulegnie poprawie ze względu na szczegółową informacje o produktach

Dietetycy :

• łatwiej zaplanują dietę

• w szpitalu gdzie niektórzy pacjenci muszą unikać określonych składników pokarmu

• w restauracjach gdzie potencjał alergenny pożywienia powinien być zminimalizowany

• na obszarach niedożywionych, gdzie żywność powinna być wzbogacona o pewne składniki

• w przypadku produktów smażonych, gdzie zawartość różnych kwasów tłuszczowych powinny być zminimalizowane

Rośliny transgeniczne na rynku:

• rośliny z genem Bt są chronione przed atakiem owadów: kukurydza, bawełna, ziemniak

• zmniejszone zużycie pestycydów, rośliny wytwarzają białko toksyczne dla niektórych owadów

• plony: słonecznik, soja, rzepak, pszenica, pomidor

• rośliny tolerancyjne na herbicydy np. soja ,bawełna, kukurydza, rzepak

• rośliny odporne na choroby np. słodkie ziemniaki , ryż, kukurydza

• uzbrojone do walki z chorobami wirusowymi ( szczepionki roślin)

• oleje spożywcze zachowują strukturę w wysokiej temperaturze np. słonecznik, soja, orzeszki ziemne

• redukcja obróbki przed sprzedażą, zdrowsza żywność

• zdrowe oleje jadalne np. soja zmniejszenie tłuszczów nasyconych

• opóźnione dojrzewanie owoców i warzyw.

WYKŁAD 7

ULEPSZANIE ROŚLIN UPRAWNYCH

Tworzenie nowych odmian

• HYBRYDYZACJA

• krzyżowanie z dzikimi kuzynami

• hybrydy

• MUTACJE

• promieniowanie

• środki chemiczne

• KULTURY IN VITRO

• niedojrzałe zarodki

• zmienność somaklonalna

Możliwość modyfikacji genetycznych

Transfer genów do roślin uprawnych:

• stosunkowo precyzyjny i przewidywalny

• zmiany są subtelne

• pozwala na dowolność sterowania

• korzystne cechy

Metody dostarczania DNA do komórek:

1. Pośrednie metody - transformacja bakteryjna

Agrobacterium tumefaerens

Agrobacterium rhizogenes

• zawiesina, eksplantanty, infiltracja z podciśnieniem

2. Bezpośrednie metody:

• protoplasty z glikolem polietylenowym (PEG)

• elektroporacja chloroplastów

• włokna węglowo - silikonowe

• mikroiniekcja protoplastów

• strzelba genowa

Procaryota - geny kodujące z DNA → mRNA(na nim po transkrypcji translacja)

Eucariota­- geny z intronów i egzonów DNA może się w każdym dowolnym miejscu zintegrować, musi być ....., modyfikacja ->translacja

KLONOWANIE

Sposób przygotowania plazmidu:

-wektory do transformacji to plazmidy(samoreplikacja)

-można nimi manipulować

-możemy ustawić gen

-miejsce......... to cięcie enzymami restrykcyjnymi

-polimery - kilkadziesiąt nukleotydów z kilkunastoma

-trimery

-ligacja

-na pożywkę selekcyjną

PRC

Testowanie pokolenia F2 na odporność na Fusarium oxyoporium

Jak się robi GMO?

Wykorzystanie naturalnego sposobu transformacji - wprowadzenia genów(z konstrukcji geometrycznych) przez Agrobacterium tumefaciens wywołują raka bakteryjnego.

Otrzymywanie roślin transgenicznych - transformacja

Bakterie → izolacja DNA → namnażanie genu → sporządzanie konstrukcji genowej

Transformacji najlepiej ulegają pojedyncze komórki. Jak z jednej komórki odtworzyć całą roślinę

Kultury in vitro

Jak sprawić żeby odtworzone rośliny powstały wyłącznie z transformowanych komórek:

• wprowadzenie dodatkowych genów odporności roślin na substancje chemiczne

• wprowadzenie dodatkowych genów dających łatwo zauważalny i jednoznaczny efekt

• testowanie otrzymanych roślin

Przykłady GMO - soja odporna na herbicyd

Zalety:

• Roundop - nowoczesny herbicyd biodegradowany, stosowany w małych dawkach

• Ogólne mniejsze zużycie herbicydów, mniejsze zanieczyszczenie środowiska, mniej zuzytych odpadów

• Mniejsze ilości zabiegów, mniej spalonego paliwa, mniej robocizny, tańszy produkt

• Plony o dobrej jakości

Przykłady GMO: kukurydza Bt oporna na larwy drążące pędy

Motyle, larwa i skutki żerowania............

Motyl i larwa monarcha (Damus prexppus)

Bt - bakteria bacillus thurirgensis (choroby jedwabników), produkt z Bt (opryski) ma działanie owadobójcze, rośliny transgeniczne Bt odporne na owady(np. bawełna) 69%, 26% kukurydzy- zawira gen Bt

Ryż- cudowna żywność

Ryż najważniejsza roślina uprawna, jednopienna-3,8 bln ludzi, tylko 6% sprzedawane na światowym rynku, 60% więcej ryżu będzie potrzebne do 2020-na mniejszej powierzchni, mniej pracy i zużycia środków chemicznych, strata plonu-220 mln.ton/rok

Golden rice-złoty ryż- wprowadzili β-karoten

Zwykły ryż:

- nie zawiera β-karotenu,

- 200 mln.dzieci i kobiet odczuwa brak β-karotenu,

- 500 tysięcy dzieci traci wzrok(60 co godzinę)

- rocznie umiera 2 mln. dzieci

WYKŁAD 8

Powierzchnia na której uprawiane są rośliny transgeniczne dochodzi do 60 miliona ha.

Bardzo duża powierzchnia w 1996 do 1,7 natomiast w 2002 do 58,7 miliona hektara.

Bt - transgeniczna topola - nie atakowana przez owady

Kraje gdzie produkowane są rośliny transgeniczne:

• USA, Argentyna, Kanada, Chiny, południowa Afryka, Australia, Indie.

W Polsce można od 1997 roku przeprowadzać testy polowe.

22 czerwca 2001 roku- pojawiła się ustawa o organizmach transgenicznych w Polsce.

Obowiązek oznakowania nie dotyczy produktu który zawiera GMO lub ich część w ilości nie przekraczającej 1% masy tego produktu.

Najwięcej roślin transgenicznych:

• soji - szeroko stosowana

• kukurydza

• tytoń

• bawełna

Cechy zmodyfikowane:

• tolerancja soji na herbicydy -62% upraw rośliny transgeniczne

• transgeniczna kukurydza

• rzepak odporny na herbicydy

• bawełna odporna na szkodniki (Bt), tolerancja herbicydy

Areał ziemski na stałe przeznaczony pod uprawę

• 1950- 1980 -ok. 1500 milionów ha

• 1997 -2000 - tolerancja spadkowa, morze co roku zabiera pewna część lądu, więcej ludności

dystrybucja bioróżnorodność na świecie:

• największa - rejony subtropikalne

• najmniejsza - obszary podbiegunowe i biegunowe

Trendy środowiska w poszczególnych regionach świata:

• Degradacja lasów i ziemi

• Bioróżnorodnośc i straty

• Świeża woda i zanieczyszczenia

• Morza i wybrzeża degradacja

• Atmosfera zanieczyszczona ( muszą być oczyszczalnie powietrza)

• Zabudowa i przemysł -zanieczyszczenie, odpady

W Azji i krajach Pacyfiku rozwój krajów Europa i byłe kraje Rosji, południowa Ameryka bez zmian

• zastosowanie biotechnologii do produkcji rolniczej jest całkiem inne niż tradycyjny system (mit)

• produkty GMO są całkowitą nowością (mit)

• biotechnologia nie wyeliminuje głodu na świecie

• korzyści z biotechnologii czerpią jedynie rolnicy a nie konsumenci ( mit)

• uprawa i żywność biotechnologiczna spowoduje uodpornienie się człowieka na antybiotyki (mit)

• jeżeli produkty GMO znajdują się w sklepach to alergicy będą mogli zorientować się na co są uczuleni (mit)

• długoterminowe efekty spożywania GMO są nieznane i nieprzewidywalne

• uprawy GMO niszczą środowisko (mit)

• produkcja roślin odpornych na choroby i szkodniki spowoduje ewolucje superowadów?? (mit)

• GMO zabije monarchy

„wszystko co zjadamy jest trucizną zależy tylko od pochłoniętej ilości”

• dziennie pochłaniamy 10 000 naturalnych toksyn

• kawa ziarnista ma 1000 związków chemicznych .Z 27 przetestowanych, 19 okazało się rakotwórczych

• biotechnologia jest szansą dla rolnictwa XX w

• coraz więcej mieszkańców Ziemi trzeba będzie wyżywić z tej samej powierzchni uprawy.

• Rolnictwo musi stać się bardziej ekonomiczne i wydajne

Biodegradacja opakowań:

• tworzywa syntetyczne - ostatnie 20 lat

• lekkie, wytrzymałe, trwałe, elastyczne i nieprzepuszczalne

• oszczędność deficytu surowców np. drewno

• tańsze -wzrost techniki mniejsze koszty

• większość z ropy naftowej - odporność na niekorzystne warunki środowiska - groźba katastrofy ekologicznej ( brak organizmów rozkładających długie łańcuchy węglowodanów alifatyczne).

Obecnie na świecie produkuję się i stosuje 5 000 różnych tworzyw sztucznych np. PET, PE. W Polsce produkcja wynosi 1,5 ton

W Polsce zużycie opakowań 1400 ton/rok. 35-37 kg/osobę z tego 20% to syntetyki.

Sposób zagospodarowania odpadów:

• powtórne zużycie

• recycling - zbiórka, segregacja, koszty przetworzenia, niższa jakość produktu.

• Odzysk chemiczne - rozkład polimeru na związki o niższej masie molowej?

• Odzysk energetyczny - spalanie z odzyskiem energii cieplnej

Spalanie w Europie 20% w Polsce 1,3%

Opakowania ekologiczne ulegają biodergadacji w wyniku procesów chemicznych, biologicznych

Związki używane do produkcji opakowań:

• polikorolaktyna

• pollulun

• produkty białkowe - kolagen, gluten, b. Serwatkowe

Jako otoczki błon jadalnych:

• błony jadalne to skrobia - 35% kazeinian sodu i 70% żelatyna

• produkty celulozowe - polisacharydy, papier

• produkty uboczne przemysłu spożywczego

• Alginiany -z brunatnic

• Skrobia - wypełniacz w tworzywach

• Polialkohol winylowy

Im więcej skrobi tym opakowanie się lepiej degraduje.

---