Объекты биотехнологии в пищевой промышленности

В настоящее время существует такой способ лечения заболеваний, как генная терапия. Для этого в клетки больного надо доставить определенные гены, которые исправляют генетические нарушения. При этом возникает вопрос – как преодолеть иммунологический барьер клетки. Было решено использовать для этого вирусы. Ведь именно они могут проникать в клетку и внедрять в нее чужеродный генетический материал. Такие полезные вирусы называются векторами, т. е. переносчиками.

Бактерии

Существует три направления использования бактерий в биотехнологии: источники генов, продуценты полезных веществ и объекты исследования.

Преобразование веществ

1) Органические кислоты и спирты: уксуснокислые бактерии Gluconobacter и Acetobacter – уксусная кислота,  молочнокислые бактерии Leuconostoc, Streptococcus и Lactobacillus – молочная кислота, этанол.

2) Микробные инсектициды: Bacillus thuringiensis.

3) Белок: бактерии Methylomonas и азотфиксирующие цианобактерии – носток, анабена, спирулина, триходесмиум.

4) Витамины: Clostridium – рибофлавин.

5) Растворители: Clostridium acetobutylicum - ацетон, этанол, изопропанол и n-бутанол.

6) Аминокислоты: Corynebacterium glutamicum – лизин.

7) Фиксация атмосферного азота: азотобактер, ризобии, актиномицеты и др.

8) Биогаз и фотоводород.

9) Выщелачивание руд

10) Биодеградация отходов

Грибы

Грибы нашли в биотехнологии широкое и разнообразное применение. В первую очередь это продуценты антибиотиков – актиномицеты (Streptomyces, Micromonospora) и пенициллы.

Как известно, взрослому человеку при умеренной физической нагрузке ежедневно необходимо с пищей получать около 12,5 кДж (3 тыс. кал). Эту потребность в энергии могут покрыть 75 г сахара. Но пища обеспечивает нас не только калориями. Организму нужен материал для роста и регенерации устаревших клеток и тканей, поэтому пища должна содержать белки, жиры, углеводы и витамины. По самым скромным подсчетам в масштабах планеты дефицит пищевого белка оценивается в 15 млн т в год.[3]

Такими источниками пищевого белка могут быть биомасса грибов. Съедобные грибы являются строго сапрофитными организмами. В ходе эволюции грибы сформировали сложные симбиотические взаимоотношения с другими обитателями почвы — микроорганизмами и растениями. Это учли биотехнологи, когда в середине 50-х годов начали эксперименты по выращиванию мицелия высших грибов в биореакторе подобно тому, как удалось в индустриальных условиях выращивать мицелий микромицетов.[6]

 

 

Дрожжи давно заняли свою нишу в пищевой промышленности. Это производство спиртных напитков и хлеба (Saccharomyces cerevisiae), пищевой белок (Saccharomycopsis lipolytica), каротиноид астаксантин (Phaffia rhodozyma).

Также немыслима пищевая промышленность и без плесневых грибов. И это не только сыры с плесенью, хотя в сыроделии пенициллы широко используются. Плесневые грибы сбраживают сою, рис, солод, пшеницу, производя соевый соус (Aspergillus oryzae), саке, ферментированные бобы. Получают из них и органические кислоты, и промышленные ферменты (амилаза, пектиназа).

Простейшие

Простейшие пришли в биотехнологию недавно и не сразу были оценены по достоинству. Сначала их использовали только для очистки сточных вод. Затем стали выращивать на кормовой белок. И лишь в последнее время в них увидели источник биологически активных веществ.[18]

Водоросли

Народы Тихоокеанского побережья с давних пор употребляют в пищу морские и океанские водоросли. Жители Гавайских островов из 115 видов водорослей, обитающих в местных океанских пространствах, используют в питании 60 видов. В Китае также высоко ценят съедобные водоросли. Особенно ценятся сине-зеленые водоросли Nostocpruniforme, по внешнему виду напоминающие сливу и по вкусовым качествам причисленные к китайским лакомствам. В кулинарных справочниках Японии встречается более 300 рецептур, в состав которых входят водоросли. На Дальнем Востоке весьма интенсивно используют водоросли в пищевых целях и плантации не успевают восстанавливаться естественным путем. В связи с этим все чаще водоросли культивируют искусственно, в подводных садах. Выращивание аквакультур — процветающая отрасль биотехнологии. Водоросли используют также в виде сырья для промышленности

В последнее время внимание специалистов, занимающихся вопросами питания, привлекает сине-зеленая водоросль спирулина (Spirulinaplatensis и Spirulinamaxima), растущая в Африке (оз. Чад) и в Мексике (оз. Тескоко). Для местных жителей спирулина является одним из основных продуктов питания, так как содержит много белка, витамины А, С, D и особенно много витаминов группы В. Биомасса спирулины приравнивается к лучшим стандартам пищевого белка, установленным ФАО. Спирулину можно успешно культивировать в открытых прудах или в замкнутых системах из полиэтиленовых труб и получать высокие урожаи (примерно 20 г биомассы в пересчете на СВ с 1 м3 в сут).[13]

В пищевой промышленности водоросли ценятся не только как источник белка, но и маннита – шестиатомного спирта, получаемого из бурых водорослей. Маннит востребован также в фармацевтике и производстве бумаги.

Еще одно перспективное направление – получение из бурых водорослей биогаза.[20]

Растения

В биотехнологии используют как одноклеточные, так и многоклеточные растения.

Из одноклеточных особенно удобны для выращивания сине-зеленые водоросли: хлорелла, спирулина, анабена. Применяют их обычно как источник белка для людей и животных. Кроме того, водоросль анабена в симбиозе с водным папоротником азоллой способна накапливать азот. Поэтому анабену-азоллу выращивают в качестве азотного удобрения на рисовых полях.

Многоклеточные растения выращивают в виде культур клеток, например суспензионных культур, а также протопластов. Также с помощью растительных гормонов можно получить каллус – неорганизованную массу делящихся клеток. Каллус используют для промышленного производства растений.

Животные

Ткани животных также можно выращивать в виде культуры клеток. Расщепляют их на отдельные клетки протеолитическими ферментами. Помещенные в питательную среду, клетки начинают делиться и образуют клеточный монослой.

Культура клеток, способная к неограниченному росту in vitro, называется устойчивой клеточной линией. Она может расти и делиться в течение 50-100 поколений.

Эти искусственно выращенные клетки сохраняют некоторые свойства исходной ткани. Поэтому их можно использовать как для исследований (изучать свойства тканей, их взаимодействие с вирусами), но и в промышленности – для производства вакцин и рекомбинантных белков.

Пищевая биотехнология является новым и перспективным направлением в  перерабатывающей промышленности (мясная, молочная, рыбная и др.). Пищевая биотехнология изучает биотехнологический потенциал сырья животного происхождения и пищевых добавок, в качестве которых используются ферментные препараты, продукты микробиологического синтеза, новые виды биологически активных веществ и многокомпонентные добавки.

С помощью  пищевой биотехнологии в настоящее  время получают такие пищевые  продукты, как пиво, вино, спирт, хлеб, уксус, кисломолочные продукты, сырокопченые и сыровяленые мясные продукты и многие другие. Кроме того, пищевая биотехнология используется для получения веществ и соединений, используемых в пищевой промышленности: это лимонная, молочная и другие органические кислоты; ферментные препараты различного действия – протеолитические, амилолитические, целлюлолитические; аминокислоты и другие пищевые и биологически активные добавки.[19]

Биотехнология позволяет улучшить качество, питательную  ценность и безопасность как сельскохозяйственных культур, так и продуктов животного происхождения, составляющих основу используемого пищевой промышленностью сырья.

Кроме того, биотехнология предоставляет  массу возможностей усовершенствования методов переработки сырья в конечные продукты: натуральные ароматизаторы и красители; новые технологические добавки, в том числе ферменты и эмульгаторы; заквасочные культуры; новые средства для утилизации отходов.

 

 

 

Заключение

Пищевая биотехнология является новым и перспективным направлением в  перерабатывающей промышленности (мясная, молочная, рыбная и др.). Пищевая биотехнология изучает биотехнологический потенциал сырья животного происхождения и пищевых добавок, в качестве которых используются ферментные препараты, продукты микробиологического синтеза, новые виды биологически активных веществ и многокомпонентные добавки.

С помощью  пищевой биотехнологии в настоящее  время получают такие пищевые  продукты, как пиво, вино, спирт, хлеб, уксус, кисломолочные продукты, сырокопченые и сыровяленые мясные продукты и многие другие. Кроме того, пищевая биотехнология используется для получения веществ и соединений, используемых в пищевой промышленности: это лимонная, молочная и другие органические кислоты; ферментные препараты различного действия – протеолитические, амилолитические, целлюлолитические; аминокислоты и другие пищевые и биологически активные добавки.

Биотехнология позволяет улучшить качество, питательную  ценность и безопасность как сельскохозяйственных культур, так и продуктов животного происхождения, составляющих основу используемого пищевой промышленностью сырья.

Кроме того, биотехнология предоставляет  массу возможностей усовершенствования методов переработки сырья в конечные продукты: натуральные ароматизаторы и красители; новые технологические добавки, в том числе ферменты и эмульгаторы; заквасочные культуры; новые средства для утилизации отходов.

 

 

 

Библиографический список

 

1. Альбертс Б. Молекулярная  биология клетки.Т.1/Б. Альбертс, Д. Брей, Дж. Льюис¾ М.: Мир, 1994. – 673 с.

2. Безбородов А.М. Ферменты  микроорганизмов и их применение / А.М. Безбородов.¾ М.: Наука, 1984. ¾ 561 с.

3. Березин И.В. Инженерная  энзимология./И.В. Березин, А.А. Клесов, В.К. Швядас¾ М.: Высшая школа, 2008. ¾144 с.

4. Березин И.В. Иммобилизованные  ферменты./И.В. Березин, Н.Л. Клячко, А.В. Левашев и др. ¾ М.: Высшая школа, 2009. ¾160 с.

5. Биотехнология растений: культура клеток. М.: Агропромиздат, 1999. ¾280 с.

6. Быков В.А. Микробиологическое  производство биологически активных  веществ и препаратов./В.А. Быков, И.А. Крылов, М.Н. Манаков и др.¾ М.: Высшая школа, 2009. ¾142 с.

7. Грачева И.М. Технология  микробных белковых препаратов, аминокислот и жиров./И.М. Грачева, Н.М. Гаврилова, Л.А. Иванова.¾М.: Пищевая промышленность, 1980.¾ 448 с.

8. Кефели В.И. Биотехнология: курс лекций./В.И. Кефели, Г.А. Дмитриева.¾ Пущино, 2011. ¾96 с.

9. Клесов А.А. Применение  иммобилизованных ферментов в  пищевой промышленности//Биотехнология./А.А. Клесов¾М.: Наука, 1984. ¾ 479 с.

10. Клещев Н. Ф. Общая промышленная  биотехнология./Н.Ф. Клещев, М.П. Бенько  М.П¾Х.: НТУ "ХПИ",2009.¾200 с.

11. Лещинская И. Б. Микробная  биотехнология./И.Б. Лещинская, Б.М. Куриненко, В.И. Вершинина. ¾Казань, Унипресс : ДАС, 2000.¾368 с.

12. Лобанок А.Г. Биотехнология - сельскому хозяйству /А.Г. Лобанок, М.В. Залашко, Анисимова Н.И. и др.¾ Минск: Урожай, 1988. ¾199 с.

 

13. Мосин А.В. Экологические  аспекты современной биотехнологии./В.А. Мосин. ¾М.: Наука, 2004. ¾ 354 с.

14. Нечаев А.П. Пищевые  добавки./А.П. Нечаев, А.А. Кочеткова, А.Н. Зайцев.¾М.: Колос, 2001. ¾256 с.

15. Печуркин Н.С. Популяционные  аспекты биотехнологии./Н.С. Печуркин, А.В. Брильков, Т.В. Марченкова ¾Новосибирск: Наука, 1990. ¾173 с.

16. Рычков Р.С. Биотехнология¾ перспективы развития /Р.С. Рычков, В.Г. Попов ¾М.: Наука, 1984. ¾ 354 с.

17. Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды./А. Сассон.¾М.: Мир, 1987. ¾411 с.

18. Хиггинс И. Биотехнология. Принципы и применение /И. Хиггинс, Д. Бест Д., Дж. Джонс. ¾М.: Мир, 1988. ¾480 с.

19. Чуешов Б.И. Промышленная  биотехнология/Б.И. Чуешов, Егоров И.А., Рубан Е.А.,Крутских Т.В. ¾ Х.: Изд." НФаУ", 2011. ¾112 с.

20. Шлегель Г. Общая микробиология./Г. Шлегель.¾ М.: Мир, 1987. ¾566 с.