Zagadnienia na zaliczenie z przedmiotu „Biotechnologia” dla wieczorków

1. Przedstaw definicje związane z żywnością modyfikowana genetycznie.

Żywność Modyfikowana Genetycznie - Jest to żywność wyprodukowana z roślin lub zwierząt lub za ich pomocą, które zostały wcześniej ulepszone za pomocą technik inżynierii genetycznej. Są to artykuły spożywcze zawierające produkty modyfikacji genetycznej:

- żywność będąca GMO (np. świeże pomidory i ziemniaki),

- żywność zawierająca przetworzone GMO (np. koncentraty zup z pomidorów, frytki mrożone, np. czekolada zawierająca lecytynę z transgenicznej soi),

- żywność produkowana z zastosowaniem GMO (np. chleb pieczony z wykorzystaniem transgenicznych drożdży, piwo i inne produkty fermentacji alkoholowej produkowane z zastosowaniem drożdży transgenicznych),

- produkty żywnościowe pochodne GMO, lecz nie zawierające żadnych

komponentów „ transgenicznych” (np. olej rzepakowy otrzymywany z

transgenicznego rzepaku, cukier z transgenicznych buraków).

(Rozporządzenie (WE) 1829/2003 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 22 września 2003 roku w sprawie genetycznie zmodyfikowanej żywności i środków żywienia zwierząt).

W pracach genetycznych prowadzonych w celu uzyskania żywności transgenicznej dominują
4 kierunki:

1. Wzbogacenie żywności w składniki podnoszące jej wartość żywieniową

2. Usuwanie substancji szkodliwych i niepożądanych

3. Ułatwianie procesów przetwórczych i kształtowanie właściwości sensorycznych

4. Kształtowanie cech funkcjonalnych żywności pod katem korzystnego wpływu na zdrowie człowieka

Organizmy transgeniczne (GMO) definiuje się w Polsce następująco:
Organizm genetycznie zmodyfikowany (GMO) organizm, w którym materiał genetyczny został zmieniony w sposób niezachodzący w warunkach naturalnych wskutek krzyżowania lub naturalnej rekombinacji, w szczególności przy zastosowaniu:

a) technik rekombinacji DNA z użyciem wektorów

b) technik stosujących bezpośrednie włączenie materiału dziedzicznego przygotowanego poza organizmem,

c) metod niewystępujących w przyrodzie dla połączenia materiału genetycznego co najmniej dwóch różnych komórek, gdzie w wyniku zastosowanej procedury powstaje nowa komórka zdolna do przekazywania swego materiału genetycznego odmiennego od materiału wyjściowego komórkom potomnym.

Pojęcie GM żywności można z kolei zdefiniować posługując się określeniami:

1)żywności i rolnictwa molekularnego albo

2)żywności oraz produktu genetycznie zmodyfikowanego.

Stąd żywnością (lub paszą) transgeniczną, żywnością genetycznie zmodyfikowaną lub GM żywnością ,można nazwać każdą żywność (paszę) wytworzoną z surowców pochodzących z rolnictwa molekularnego.

Rolnictwem molekularnym (ang. molecular farming) nazywa się uprawę genetycznie modyfikowanych roślin i hodowlę genetycznie modyfikowanych zwierząt w celu uzyskania na skalę przemysłową produktów organizmów genetycznie modyfikowanych (Hałat, 2007, s. 1).

GM żywność stanowi rodzaj tzw. produktów genetycznie zmodyfikowanych.

Produkt genetycznie zmodyfikowany produkt składający się z GMO
lub ich kombinacji, zawierający DNA lub białka z GMO (Ustawa, 2001a).

GM żywność (żywność genetycznie zmodyfikowana) to produkt przetworzony, częściowo przetworzony lub nieprzetworzony, składający się z GMO lub ich kombinacji, zawierający DNA lub białka z GMO, przeznaczony do spożycia przez ludzi.

2. Scharakteryzuj metody bezwektorowe otrzymywania organizmów roślinnych modyfikowanych genetycznie. Metody bezwektorowe - to metody polegające na bezpośrednim wprowadzeniu DNA do komórek roślinnych. Pozwalają one na transformowanie dowolnych roślin. Nim fragment będzie mógł być wprowadzony do komórki gospodarza, ta musi być pozbawiona ściany komórkowej (oprócz mikrowstrzelowania). By to osiągnąć można poddać ją działaniu enzymów degradujących. Otrzymuje się w ten sposób tzw. protoplast, którego błona komórkowa stanowi koleją barierę dla transgenu, wprowadzanego do komórek z wykorzystaniem jednej z metod, ogólnie podzielonych na fizyczne i chemiczne.

• Transformacja protoplastów ( kom. Roślinne pozbawione ściany kom., zachowujące jednak swą żywotność)

*Elektroporacja- chwilowa dezintegracja błony komórkowej za pomocą pola elektrycznego podczas inkubacji kom. Z egzogennym DNA

Elektroporacja - polega na wykorzystaniu serii impulsów elektrycznych, które naruszają strukturę błony, powodując powstanie w niej porów, przez które DNA może przeniknąć do wnętrza komórki.

Podejście to może być stosowane też przy wprowadzaniu genów do innych komórek

- zwierzęcych,

- bakteryjnych.

*Tansformacja indukowana chemicznie

-idea metody jest taka jak w elektroporacji, ale chwilowa dezorganizacja błony kom. następuje pod wpływem środków chemicznych.

Najczęściej stosowany jest PEG- glikol polietylenowy

Metoda chemiczna - polega na wykorzystaniu glikolu polietylenowego (PEG od ang. polyethylene glycol), który powoduje zwiększenie przepuszczalności błony komórkowej, poprzez prowadzenie do jej chwilowej, odwracalnej dezorganizacji. To pozwala na wnikniecie transgenu do komórek, wraz z DNA nośnikowym.

• Mikrowstrzeliwanie-wykorzystuje mikroskopijne kulki ze złota lub wolframu o średnicy 0,5 - 5 mikrometra(0,0000005-0,000005 metra).

Fragmenty DNA które chcemy wprowadzić do komórek są opłaszczane na tych kulkach, a następnie wstrzeliwane do jąder komórek tkanki roślinnej z użyciem tzw. "armatki genowej" (ang. particle gun, gaz pod dużym ciśnieniem). Wadą metody jest niska wydajność oraz mogące wystąpić uszkodzenia komórek. Zaletą jest to iż komórki nie muszą być pozbawiane ściany komórkowej, można wprowadzać np. do fragmentu liścia, DNA jak i do chloroplastów i mitochondriów.

Technikę tę nazwano biolistyką i stosuje się ją zwłaszcza przy wprowadzaniu nowych genów do roślin jednoliściennych /zboża/.

• Lipofekcja- opłaszczenie egzogennego DNA lipidami, które spontanicznie wnikają przez błonę komórkową do cytoplazmy.

1. Inaczej Fuzja liposomów - tworzone są liposomy, wewnątrz których są cząsteczki DNA. Tworzy się je poprzez utworzenie podwójnej błony lipidowej w roztworze z cząsteczkami DNA i wstrząsaniu - powstają wtedy "kuleczki“ błonowe z DNA w środku. Liposomy łączą się z protoplastami komórek wprowadzając do środka DNA.

• Mikroiniekcja- wprowadzanie fragmentów DNA za pomocą mikropipety; metoda czasochłonna, ale większa wydajność

3. Przedstaw modyfikacje genetyczne surowców roślinnych wpływających na jakość żywności i ułatwiających przetwórstwo.

Poprawa cech jakościowych oraz użytkowych roślin.

• Są to m.in. modyfikacje powodujące opóźnienie dojrzewania, (zwiększenie trwałości).

Modyfikacja taka uniemożliwiała powstanie enzymów rozkładających ścianę komórkową, przez co warzywa i owoce dłużej pozostają świeże, co ma duże znaczenie głównie w transporcie. Pomidor z tą modyfikacją był pierwszym GMO wprowadzonym do sprzedaży.

• Zwiększenie zawartości suchej masy poprzez wzrost syntezy skrobi - to poprawia cechy mąki uzyskiwanej z ziaren pszenicy, stworzenie transgenicznego ryżu (z genami żonkila), który charakteryzuje się zwiększoną produkcją beta-karotenu, prekursora witaminy A.

• Wprowadzenie genów odpowiedzialnych za:

- produkcję białek odżywczych,

- większą zawartość mikroelementów,

- nadanie lepszego smaku i intensywniejszego aromatu.

• Usuwanie substancji alergizujących

• Modyfikacje roślin ozdobnych, które dzięki temu mają intensywniejszą barwę (nadprodukcja karotenoidów), zmiana tekstury zabarwienia - nowe kolory, lepszy zapach.

4. Przedstaw metody transgenizacji ssaków.

Do zasadniczych metod tworzenia zwierząt transgenicznych zalicza się:

1. mikroiniekcję DNA do przedjądrza zygoty,

2. modyfikację komórek zarodkowych (ES),

3. transfer wirusowy,

4. klonowanie somatyczne,

5. włączanie i wyłączanie genów.

5. Omów modyfikacje genetyczne zwierząt.

*modyfikacje zwierząt mają na celu głównie:

-uzyskanie zwierząt o pożądanych cechach w hodowli(szybciej rosnące świnie, ryby)

-zastosowanie tych organizmów w hodowli białek, enzymów, innych substancji wykorzystywanych w przemyśle farmaceutycznym(jako bioreaktory)

*modyfikacje zwierząt nie są tak popularne jak roślin, głównie ze względu na trudności w samym procesie modyfikacji, proces jest bardzo skomplikowany i trwa długo, koszty są bardzo duże.

*zwierzęta modyfikowane genetycznie często chorują, czy są bezpłodne

Wykorzystanie praktyczne

1. Zmiany jakościowe produktów zwierzęcych, w tym:

-wydajności i jakości mleka

-przyrost tuszy i polepszenie jakości mięsa

-przyrost i jakość wełny

b) zmiany w odporności zwierząt na choroby i pasożyty

c) polepszenie trawienia i metabolizmu

d) szybsze lub kontrolowane rozmnażanie

e) wykorzystanie zwierząt do celów biomedycznych:

-uzyskiwanie białek o znaczeniu farmaceutycznym

-ksenotransplantacja organów

Mówiąc o praktycznym wykorzystaniu transgenicznych mamy na myśli:

a)zmiany jakościowe produktów zwierzęcych, w tym:

wydajność i jakość mleka, a co za tym idzie poprawę właściwości produktów nabiałowych (zmiana skłądu białek mleka umożliwiająca bardziej wydajną produkcję mleka poprzez wprowadzenie dodatkowych kopii genów kodujących proteiny: beta i kappa-kazeinę. Kazeina jest składnikiem twarogów i białych serów. Dzięki tej modyfikacji z mleka łatwiej i szybciej uzyskuje się ser).

Przyrost tuszy i polepszenie jakości mięsa (szybszy wzrost masy uzyskano przez wprowadzenie genu hormonu wzrostu).

b)np. Kury odporne sa na wirus ptasiej grypy- prace prowadzone w Chinach; krowy odporne na choroby powodowane przez priony np.BSE -choroba wściekłych krów. "), osiąga się to np. poprzez wprowadzenie genów kontrolujących syntezę białek uczestniczących w reakcjach odpornościowych organizmu (mastitis u bydła, retrovirusy u drobiu, interferon), czy poprzez blokowanie ekspresji istniejących genów;

c) polepszenie trawienia i metabolizmu (lepsze wykorzystanie paszy),

główne kierunki wykorzystywania zwierząt transgenicznych

*ksenotransplantacja

*poprawa cech użytkowych/produkcyjnych

-poprawa charakterystyki wzrostu

-modyfikacja biochemiczna cech zwierząt

-poprawa właściwości białek strukturalnych i sekrecyjnych

*bioreaktory (molekularne farmy)

*modele badawcze (do celów medycznych)

6. Wymień i opisz źródła węgla w pożywce.

Źródła węgla

Sacharydy. Najpowszechniej jako źródło węgla są stosowane monosacharydy, disacharydy i polisacharydy.

Spośród monosacharydów: ksylozy, glukozy i fruktozy

* najczęściej jest stosowana glukoza, znana również jako cukier gronowy lub dekstroza. Jest to najbardziej rozpowszechniony sacharyd prosty. Glukoza stosowana jako źródło węgla powstaje podczas enzymatycznej lub kwasowej hydrolizy skrobi ziemniaczanej lub kukurydzianej.

Z disacharydów w przemyśle biotechnologicznym są stosowane przede wszystkim sacharoza i laktoza i to zarówno w postaci czystej, jak i w formie surowców zawierających te sacharydy, np. melasy (sacharoza), serwatki (laktoza); używa się także maltozy obecnej w słodzie, ekstrakcie słodowym lub brzeczce. W procesach w których melasa stanowi źródło węgla, przygotowuje się ją przez częściowe usunięcie inhibitorów.

Laktoza Jako źródło węgla w podłożu laktozę stosuje się tylko w nielicznych przypadkach i najczęściej w dużych stężeniach.

Polisacharydy.

*Skrobia

Źródła węgla niesacharydowe

*Alkohole (metanol, etanol, glicerol)

*Kwasy karboksylowe (kwas octowy, kwas, kwas fumarowy lub alfa-ketoglutarowy)

*Tłuszcze

*Węglowodory

*Substraty gazowe.

7. Scharakteryzuj materiały pomocnicze stosowane w biotechnologii.

Detergenty - są dodawane jako substancje, które emulgują nierozpuszczalne w wodzie składniki odżywcze w pożywce oraz takie substraty jak n-alkany, oleje, surowce zawierające steroidy. Zastosowanie detergentów wpływa na polepszenie wydajności biomasy z n-alkanów, aminokwasów i kwasów organicznych.

Odpieniacze

Powstawanie piany w procesach biotechnologicznych jest zjawiskiem niekorzystnym. Stosowane w biotechnologii odpieniacze mogą być naturalne i syntetyczne. Najczęściej używane odpieniacze naturalne to: olej słonecznikowy, kwas olejowy, olej z wielorybów (tran). Najlepsze odpieniacze syntetyczne to: silikony, polipropyleny i produkty uboczne otrzymywane w syntezie kwasów tłuszczowych (soap stocks

Rodzaj	Główny składnik	Nazwa odpieniacza
Naturalne	Tłuszcze	Olej słonecznikowy Olej z wątroby wieloryba
		Wosk	Lanolina
		Spirytus wielocząsteczkowy	Tran uwodorniony
	Syntetyczne	Detergenty	Sulfanole Awirol (USA)
		Silikon	PMS-154 Silicone S
		Polimer organiczny, niejonotwórczy	Adecanol Aseol Struktol Propynol

Substancje stałe takie jak śruta rzepakowa, otręby pszenne, słoma, sieczka, wytłoki jabłkowe, często zroszone serwatką lub melasą mogą stanowić podłoże do rozwoju grzybów mikroskopowych, tkóre wykorzystując składniki (głównie węglowodany) syntetyzują biomasę zawierającą około 30-40% białek i w ten sposób polepszają wartość żywieniową komponentów podłoża, stosowanych następnie w żywieniu zwierząt. Niekiedy na podłożach z komponentów stałych namnaża się grzyby strzępkowe. Uzyskana biomasa jest po dezintegracji źródłem enzymów, np. amylolitycznych lub cytolitycznych. Również grzyby jadalne, np. Agaricus bisporus (pieczarka), hoduje się na podłożach zawierających stałe odpady przemysłu rolno-spożywczego, takie jak łęty ziemniaczane, wysłodki buraczane lub wycierka ziemniaczana. Innym przykładem jest stosowanie suszonego rozdrobnionego chleba razowego jako podłoża w namnażaniu czystej kultury grzybów pleśniowych, np. Penicilliom roqueforti.

Antyseptyki (środki bakteriobójcze ) i antybiotyki

Dodatek do pożywki chemicznych środków bakteriobójczych jest rzadko stosowany. W handlu znajdują się również środki zawierające antybiotyki polecane przez dystrybutorów do stosowania w przemyśle spirytusowym w celu wyeliminowania ewentualnego niebezpieczeństwa zakażenia zacierów fermentacyjnych. Zastosowanie antybiotyków w biotechnologii żywności powinno być poparte wszechstronną wiedzą na temat zagrożeń, jakie niesie ze sobą stosowanie tych preparatów.

Substancje buforujące

Kontrola odczynu (pH) pożywki ma ogromne znaczenie w produkcji określonych substancji syntetyzowanych przez drobnoustroje, ponieważ często od kwasowości zależy, co drobnoustroje syntetyzują.

Wiele substancji stosowanych jako źródło substancji odżywczych, a więc węgla (serwatka, melasa, brzeczka) i azotu (namok kukurydziany, ekstrakty i hydrolizaty drożdżowe) zawiera substancje o właściwościach buforujących, takie jak: białka, peptydy, aminokwasy, cytryniany. Ilość tych substancji podczas hodowli ulega zmianie, co powoduje konieczność utrzymania pH na określonym poziomie przez dodanie odpowiedniego regulatora pH. Wiele środowisk hodowlanych jest buforowanych przez dodatek węglanu wapnia. Jeżeli pH obniża się - węglan jest rozkładany, jeżeli rośnie - może następować zmiana pH wywołana produkcją kwasu przez drobnoustroje, jak ma to miejsce w produkcji kwasu mlekowego.

pH podłoża można również korygować przez dodanie roztworów wodorotlenków sodu lub amonu i roztworu kwasu siarkowego (VI)

Inne dodatki

Niektóre substancje dodane do podłoża pomagają regulować syntezę produktu, nie wpływając na wzrost mikroorganizmów. Do takich substancji należą tzw prekursory, które są bezpośrednio wbudowywane do żądanego produktu, podnoszą wydajność produkcji. W produkcji penicyliny prekursorem może być kwas fenylooctowy, a w produkcji L-seryny - glicyna

Inhibitory zwiększają przepuszczalność ścian komórki i ułatwiają uwalnianie metabolitów, podnosząc w ten sposób wydajność syntezy. Niektóre inhibitory powodują akumulację metabolitu pośredniego, który bez dodatku inhibitora jest metabolizowany. Przykładowym inhibitorem jest penicylina stosowana w produkcji kwasu glutaminowego. Hodowla drobnoustrojów na określonych substratach indukuje syntezę enzymu potrzebnego do rozkładu tego substratu w komórce hodowanego mikroorganizmu. Substrat ten jest induktorem syntezy enzymu.

Substancje chelatujące. Na skutek mieszania składników pożywki trudno rozpuszczalnych następuje wytrącanie substancji śladowych - mikroelementów. Często jednocześnie wytrącają się makroelementy, jak np. Mg²⁺ i PO₄^-. Problem wytrącania się podczas długotrwałego mieszania dotyczy najczęściej soli metali niealkalicznych

Składniki w stanie wytrąconym nie są dostępne dla drobnoustrojów. Właściwe stężenie substancji śladowych można zapewnić przez chelatowanie, które utrzymuje stan, podaż fizjologicznego stężenia niezbędnego dla hodowanych drobnoustrojów. Substancje chelatujące zawierają grupy kompleksujące - ligandy, które związane odwracalnie z jonami tworzą kompleksy rozpuszczalne. a

8. Omów podział technik hodowli drobnoustrojów ze względu na stan fizyczny pożywki.

1. na podłożu płynnym

2. na podłożu stałym (hodowla grzybów strzępkowych w ziarnie zbóż)

wgłębne- wzrost w całej objętości

powierzchniowe -kożuch na pow

unieruchomiony mat biol na powierzchni nośnika/wewnątrz

9. Hodowla ciągła - warunki, zastosowanie.

Procesy ciągłe

W procesach ciągłych, zwanych procesami otwartymi, następuje ciągły dopływ sterylnej pożywki do fermentora i także w sposób ciągły następuje odbieranie równoważnej części wykorzystanej pożywki wraz z nagromadzonymi mikroorganizmami. Postępowanie takie umożliwia przedłużenie na dość długi okres wykładniczej (logarytmicznej) fazy rozwoju drobnoustrojów, a ponadto daje następujące korzyści

- Pominięcie etapu produkcji inokulum

- Znaczne zwiększenie wydajności w porównaniu z metodami okresowymi

- Zmniejszenie powierzchni użytkowej zakładu w stosunku do wielkości produkcji

W przeciwieństwie do fermentacji okresowej, w której szybkość wzrostu ulega zmianie, w procesie fermentacji ciągłej zachowuje się stałą szybkość wzrostu i stałe parametry środowiska.

Proces fermentacji ciągłej, ze względu na swoje zalety, znalazł zastosowanie w wielu dziedzinach, m.in. w produkcji kwasów organicznych, biomasy (SCP), antybiotyków, enzymów, czystych kultur - inokulum, rozpuszczalników organicznych, degradacji celulozy. Dość często stosuje się metody ciągłe również przy oczyszczaniu ścieków.

Bioreaktory przeznaczone do hodowli drobnoustrojów metodą ciągłą pracują na zasadzie chemostatu, tj utrzymywania stężenia określonego substratu na stałym poziomie, lub turbidostatu - utrzymywania stałego zmętnienia pożywki lub gęstości optycznej bakterii na stałym poziomie, albo też na zasadzie reaktora przepływowego z ograniczonym mieszaniem wstecznym (ang. Plug-flow reactor)

10. Wymień procesy stosowane do wydzielania i oczyszczania produktów biosyntezy w zależności od ich zasadniczej funkcji.

-separacja produktów nierozpuszczalnych i cząsteczek stałych ( rozdzielania zawiesin : filtracja, wirowanie)

-wydzielanie i koncentracja produktu (ekstrakcja rozpuszczalnikiem, absorpcja)

-oczyszczanie produktu (techniki chromatograficzne, elektroforeza, precypitacja)

-końcowa obróbka produktu (krystalizacja, suszenie)

11. Przedstaw ogólną charakterystykę metod membranowych.

Metody membranowe

Postęp w rozwoju membranowych metod separacji był możliwy dzięki opracowaniu warunków otrzymywania różnego typu membran. Membrany stosowane do separacji membranowych mogą występować w formie różnych modułów. Dobór odpowiedniego modułu, a wcześniej rodzaju membrany i metody rozdziału, decyduje o skuteczności procesu frakcjonowania składników roztworu.

Tabela - główne metody separacji membranowej

Metoda	Rodzaj membrany	Charakterystyka membrany/promień porów	Mechanizm rozdziału
Ciśnieniowe metody rozdziału
Mikrofiltracja	Porowata	0,1-10μm	Efekt sitowy
Ultrafiltracja	Porowata, asymetryczna	5-10nm	Efekt sitowy
Nanofiltracja	Porowata, asymetryczna	~10^-?nm (nie widać )	Efekt sitowy
Odwrócona osmoza	Porowata, asymetryczna	Porowate, nanometrowe	Sorpcyjno-kapilarny przepływ rozpuszczalnika
Dyfuzyjne metody rozdziału
Perwaporacja	Asymetryczna, nieporowata		Sorpcyjno-dyfuzyjny
Prądowe metody rozdziału
Elektrodializa	Żelowa, jonowa		Migracja jonów

Metody membranowe służą do wydzielania biomasy. Wydzielanie i koncentracja w układzie ciało stałe-ciecz.

12. Opisz liofilizację kultur drobnoustrojów (warunki, zastosowanie).

1. Liofilizację (oziębienie i zamrożenie zawiesiny komórek w temperaturze -70^oC, a następnie wysuszenie jej w wysokiej próżni) bezpośrednio w podłożu hodowlanym lub po uprzednim zawieszeniu w odpowiednich roztworach zawierających czynniki ochronne - krioprotektanty (sacharozę, odtłuszczone mleko w proszku, glicerol, surowicę końską). Proces liofilizacji umożliwia przechowywanie kultur w hermetycznych ampułkach przez wiele lat

13. Suszenie rozpyłowe - wady i zalety, zastosowanie.

Suszenie rozpyłowe (rozpryskowe)

Suszenie rozpyłowe polega na rozprowadzeniu cieczy w postaci mgiełki drobnych, zdyspergowanych kropli i odparowaniu wody w strumieniu czynnika suszącego. Przy wysokim stopniu dyspersji materiału rozpylonego proces suszenia przebiega prawie natychmiastowo. Dzięki temu stosowanie - jako czynnika suszącego - powietrza o temperaturze 200-250^oC nie powoduje pogorszenia jakości produktu. Zaletą suszenia rozpyłowego jest dobra jakość uzyskiwanych produktów, duża intensywnoć wymiany ciepła, możliwość automatycznego skierowania oraz możliwość prowadzenia procesów ciągłych przy użyciu gazów obojętnych. Wadą tej metody są duże wymiary suszarek rozpyłowych.

Zastosowanie np.: mleko w proszku, kawa instant

14. Omów otrzymywanie ksantanu.

Otrzymywanie ksantanu

W technologii ksantanu syntetyzowanego przez Xanthomonas campestris NRRL B-1459 są wyodrębnione dwa zasadnicze procesy jednostkowe (rysunek).

- Biosynteza ksantanu, uwzględniająca przygotowanie czystych kultur i fermentację w bioreaktorze

Proces jest prowadzony metodą okresową w pożywce z glukozą lub sacharozą, azotem i mikroelementami, w 25-34^oC w czasie 40-144h. Bakterie są namnażane w środowisku o pH 7,0. Pożywka jest mieszana z szybkością 200-400 obrotów/min i napowietrzana. W drugiej fazie znacznie zwiększa się lepkość cieczy pofermentacyjnej, utrudniając transport tlenu, co wymusza zwiększenie szybkości mieszania do 1000 obr/min celem utrzymania stężenia tlenu powyżej 10% wartości nasycenia.

- Wydzielenie biopolimeru. Wydzielenie ksantanu z cieczy pofermentacyjnej, jest trudnym i kosztownym procesem poprzedzonym pasteryzacją lub sterylizacją w celu inaktywacji komórek i zwiększenia wydajności biopolimeru. Zbyt wysokie temperatury pasteryzacji są często przyczyną termicznej degradacji ksantanu. Ogrzewanie cieczy pofermentacyjnej w odpowiednich warunkach (80-130^oC, pH 6,3-6,9, 10-20min) zmniejsza jej lepkość, a zwiększa rozpuszczalność ksantanu. Ze względu na dużą lepkość cieczy jest ona rozcieńczana wodą, rozpuszczalnikami organicznymi (np. alkoholami, ketonami) lub roztworami alkoholu o małym stężeniu bądź ogrzewana i filtrowana przez filtr o wielkości porów 0,45μm lub wirowana. Ksantan jest wydzielany ze środowiska w wyniku zmniejszenia rozpuszczalności polimeru metodą odparowania lub przy użyciu rozpuszczalników organicznych mieszających się z wodą, np. alkoholi i ketonów o małej masie cząsteczkowej (metanolu, etanolu, izopropanolu, n-butanolu, acetonu), albo wielowartościowych soli, względnie kombinowanego działania tych czynników.

Po odfiltrowaniu polimeru lub oddestylowaniu rozpuszczalników ksantan jest przemywany mieszaniną izopropanolu i wody, suszony do zawartości 10% wody w procesie okresowym lub ciągłym w warunkach zmniejszonego ciśnienia lub w środowisku gazu obojętnego, mielony i pakowany w opakowania nieprzepuszczające wody.

15. Utrwalanie biologiczne mięs i produktów mięsnych.

fermentacja mlekowa

16. Przedstaw etapy produkcji piwa.

Produkcja brzeczki: gotowanie słodu (zacieranie), filtracja zatartego słodu, dodawanie chmielu, usuwanie

osadu, chłodzenie przed dodaniem drożdży, fermentacja, leżakowanie w fermentatorze, dodatek CO2,

rozlew do butelek, beczek

17. Scharakteryzuj klasyfikację biosensorów.

Zg na zasadę działania:

* katalityczne (mat biol: enzym, tkanka, drobnosutrów; podstawa do wnioskowania o procesie ubytek substratu/przyrost produktu),

*powinowactwa (rejestr trwałego kompleksu substrat-receptor, mat biol: przeciwciała, hemoglobina,DNA),

* złożone (wyk kilka reakcji nast. po sobie, wyeliminowanie wpływu subst przeszkadzających, biomimetyczne (naśladują narządy zmysłów, zwykle nie zaw matrycy biol);

Zg na konstrukcję przewodnika:

*elektrochemiczne (amperometryczne, kulometryczne, konduktometryczne),

*półprzewodnikowe,

* optyczne,

* mechaniczne,

*termiczne,

*inne np. magnetyczne

18. Podaj zastosowanie biosensorów w przemyśle spożywczym.

Zastosowanie biosensorów do monitorowania procesów przemysłowych

*Biosensory można stosować jako ciągłe monitory do kontroli danego procesu. Korzyściami takich monitorów procesowych są: większa efektywność, lepsza jakość i konsystencja produktu oraz niższe koszty operacyjne.
*Monitory in-line do bioreaktorów z bakteriami i komórkami zwierzęcymi wymagają sensorów, które są pozbawione zanieczyszczeń mikrobiologicznych
*Elektroda do oznaczania glukozy

*Prace na temat możliwości otrzymywania bioczujników do pomiaru stężenia takich cukrowców jak fruktoza, maltoza, sacharoza, laktoza.
*lzw org-izyna - wyznacznik utraty wartości odżywczej spowodowanej ogrzewaniem.

19. Omów oczyszczanie tlenowe ścieków.

Metoda osadu czynnego- jest to metoda biologicznego (tlenowego) oczyszczania ścieków.

Oczyszczenie ścieków metodą tlenowego osadu czynnego polega na ich napowietrzaniu z zawiesiną

mikroorganizmów (tzw. osadem czynnym) w specjalnych komorach (reaktorach biologicznych).

Osad czynny jest skupiskiem kłaczków mikroorganizmów wodnych (bakterii i pierwotniaków), które

rozwijają się intensywnie w warunkach zwiększonej podaży substratów i tlenu, a także zawiesin

doprowadzanych do reaktora biologicznego ze ściekami oraz frakcji martwych powstających z

obumierania bytujących mikroorganizmów. W tych reaktorach biologicznych następuje kontakt

osadu czynnego z substancjami zanieczyszczającymi ścieki. W wyniku wielu powiązanych ze sobą

procesów fizykochemicznych i biochemicznych zanieczyszczenia „wychwytywane” są przez

zawiesinę osadu czynnego, a bytujące w niej mikroorganizmy wykorzystują je w tlenowych

procesach przemiany materii jako źródła energii lub substancje budulcowe w szlakach katabolicznych

i anabolicznych tych mikroorganizmów. Wykorzystanie zanieczyszczeń powoduje ich usunięcie ze

ścieków. Produktami tych przemian są różne substancje, w tym: dwutlenek węgla, woda, siarczany,

azotany, a także energia i przyrastająca biomasa mikroorganizmów. Po procesie zachodzi więc

konieczność oddzielenia osadu od oczyszczonych ścieków, co najczęściej realizowane jest w

osadnikach wtórnych.

1. 
   Przedstaw charakterystykę żelatyny jako źródła azotu w pożywce.

Żelatyna. Żelatyna jest ekstrahowana z kości i skór po uprzednim usunięciu tłuszczu i związków mineralnych, głównie fosforowych. Jako źródło azotu w pożywce żelatynę stosuje się w produkcji kolagenozy przez Flavobacterium sp oraz w biosyntezie żelatynazy przez Bacillus mesentericus

Większość handlowych żelatyn ogrzewana powyżej temperatury 100^oC traci zdolność tworzenia żelu.

Żelatyna nie jest pełnowartościowym białkiem, nie zawiera tryptofanu, zawiera mało tyrozyny i fenyloalaniny, natomiast dużo glicyny i alaniny.

2. Czy Pani/Pana zdaniem żywność modyfikowana genetycznie jest bezpieczna? Uzasadnij.

3. Wymień drobnoustroje stosowane do utrwalania mięs i produktów mięsnych. Opisz dokładniej jeden z nich.(?)

mikrokoki, enterokoki, pałeczki Gram-ujemnych oraz mniej liczne laseczki tlenowe i beztlenowe, bakterie denitryfikujące, bakterie kwasu mlekowego z rodzaju Lactobacillus, drożdże i niektóre pleśnie Penicillium.

4. Podaj wady i zalety ekstrakcji nadkrytycznej.

Zalety tej metody to:

- możliwość regulowania rozpuszczalności poszczególnych składników w zależności od temperatury i ciśnienia procesu;

- prowadzenie procesu w niskiej temperaturze;

- stosowanie nietoksycznych rozpuszczalników;

- całkowite wydzielenie rozpuszczalnika z ekstraktu;

- frakcjonowanie wyekstrahowanych substancji w trakcie ich wydzielania;

- proces ekstrakcji przebiega bez dostępu powietrza, co chroni substancje przed utlenianiem;

- duża selektywność procesu, co jest wynikiem bardzo dobrej penetracji rozpuszczalnika w głąb struktury surowca;

- możliwość recyrkulacji rozpuszczalnika, co obniża koszty;

- zastosowanie ekstrakcji nadkrytycznym dwutlenkiem węgla pozwala nawyeliminowanie ekstrakcji przy użyciu dichlorometanu lub chlorku metylenu.

Do wad można zaliczyć:

- konieczność stosowania drogiej wysokociśnieniowej aparatury, co znacznie

ogranicza jej rozpowszechnienie;

- ponoszenie znacznych nakładów energii na sprężanie rozpuszczalnika.

5. Opisz proces perwaporacji.

Perwaporacja - metoda polega na realizacji przepływu nadawy z jednej strony nieporowatej, liofilowej cienkiej membrany i odparowaniu penetrantu z drugiej strony membrany, gdzie najczęściej przepływa gaz, bądź na stosowaniu podciśnienia.

Proces perwaporacji jest więc związany z przemianą fazową oraz transportem masy przez membranę. Siłą napędową procesu jest różnica potencjałów składników chemicznych po obu stronach membrany, wynikająca z różnicy ich ciśnień. Selektywność rozdziału z zastosowaniem perwaporacji polega natomiast na różnicy rozpuszczalności składników nadawy w membranie oraz różnicy w szybkości dyfuzji przez membranę.

W procesie perwaporacji stosuje się najczęściej membrany hydrofilowe, wykonane np. z polimerów alkoholu winylowego lub octanu celulozy, oraz hydrofobowe, wykonane np. z polichlorku winylu, polietylenu, polidimetylosiloksanu lub polipropylenu.

Metoda perwaporacji doskonale zdaje egzamin podczas izolacji składników lotnych (np. kwasów organicznych) z płynu hodowlanego bądź składników smakowo-zapachowych, odwadniania rozpuszczalników organicznych. Szczególnie interesujące są zastosowania perwaporacji w usuwaniu alkoholu bądź jego odwadnianiu, co ma zastosowanie zarówno podczas prowadzenia fermentacji alkoholowej (tzw fermentacja ekstraktywna), jak i podczas produkcji piwa, wina oraz wspomnianego już wcześniej alkoholu bezwodnego.

A

---