Объекты биотехнологии в пищевой промышленности

Оглавление

 

Введение…………………………………………………………………………...3

Глава 1.Основные разделы биотехнологии и их характеристика……………...5

Глава 2.Клетка как основной объект биотехнологических           

               исследований………………………………………………………..…12

Глава 3. Механизмы синтеза и распада веществ в живой клетке.

                Биополимеры и их производные……………………………………..18

Глава 4. Классификация направлений пищевой биотехнологии по

                целевым продуктам………………………………………………...…26

Глава 5. Объекты биотехнологии в пищевой промышленности……..........…30

Заключение…………………………………………………………………..…...36

Библиографический список…………………………..…………………………37

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Биотехнология - междисциплинарная область научно-технического прогресса, возникшая на стыке биологических, химических и технических знаний, целью которой является промышленное производство товаров и услуг с использованием живых организмов, биологических систем и процессов. Важной отраслью биотехнологии является пищевая биотехнология, которая направлена на решение проблем дефицита продуктов питания, повышения их качества и разработки новых пищевых продуктов с использованием биотехнологических методов и приемов.

Пищевая биотехнология изучает биотехнологический потенциал сырья животного происхождения и пищевых добавок, в качестве которых используются новые ферментные препараты, продукты микробного синтеза, новые виды биологически активных веществ и многокомпонентные добавки.

Пищевая биотехнология разрабатывает новые, более рентабельные и перспективные конкретные технологические решения, что позволяет создать высококачественную продукцию перерабатывающей промышленности.

Биотехнология используется для изготовления продуктов питания уже на протяжении более 8000 лет. Наличию на полках магазинов и в холодильнике хлеба, алкогольных напитков, уксуса, сыра, йогурта и многого другого мы обязаны ферментам, вырабатываемым различными микроорганизмами. Современная биотехнология постоянно оказывает влияние на пищевую промышленность посредством создания новых продуктов, а также снижения себестоимости и усовершенствования бактериальных процессов, с незапамятных пор используемых в производстве продуктов питания.

Помимо решения продовольственной проблемы перед пищевой промышленностью стоит ряд других, не менее важных задач, решение которых возможно с помощью биотехнологий уже применяемых и внедряемых в пищевой промышленности.

Одной из таких задач является проблема контроля качества на разных стадиях производства, начиная от сырья и заканчивая готовой продукцией. В задачи служб контроля качества входит определение наличия примесей микробиологического (патогенная микрофлора) и химического (токсичные и вредные вещества) характера. Одним из главных требований к используемым для решения этих задач тест-системам являются их точность, простота в использовании и высокая скорость определения.

Предмет исследования - биотехнологические процессы. Объект исследования - пищевая промышленность.

Основной целью работы является исследование биотехнологических процессов в пищевой промышленности.

Задачи работы:

1) изучить основные разделы биотехнологии;

2) рассмотреть клетку как основной объект биотехнологических исследований;

3) изучить механизмы синтеза и распада в клетке;

4)       рассмотреть  направления и объекты биотехнологии  в пищевой промышленности.

За теоретическую основу работы взяты работы следующих авторов: Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Артамонов В.И., Безбородов А.М.,  Березин И.В., Клесов А.А., Швядас В.К., Лобанок А.Г., Залашко М.В., Анисимова Н.И., Быков В.А., Манаков М.Н., Панфилов В.И., Голубовская Э.К., Егоров Н.С., Казанская Н.Ф., Ларионова Н.И., Торчилин В.П., Клещев Н. Ф., Бенько М.П., Еремина И.А. и др.

 

 

 

 

 

 

Глава 1. Основные разделы биотехнологии и их характеристика

 

Биотехнология – это уникальная наука, которая использует живые организмы и биологические процессы в практических интересах человека.

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; экологически чистые производственные процессы; новые средства для обеспечения сохранения безопасности продуктов в процессе изготовления; и даже биоразрушаемую пластиковую упаковку, уничтожающую бактерии.[14]

Возделывание трансгенных культур первого поколения уже принесло фермерам неплохие доходы. Польза, которую при этом получил потребитель, не так очевидна, но не учитывать ее нельзя. Например, исследования показали, что кукуруза устойчивых к насекомым сортов (содержащих ген Bt-токсина) практически не повреждается насекомыми и, соответственно, менее подвержена грибковым заболеваниям, чем кукуруза обычных сортов. Таким образом, содержание синтезируемых этими возбудителями микотоксинов, некоторые из которых могут вызывать гибель скота и хроническое отравление людей, в растениях Bt-сортов гораздо ниже.

 Полезные свойства  следующего поколения генетически  модифицированных культур гораздо  более очевидны для потребителя. Кроме улучшения качества и  безопасности пищи в целом, в  будущем должны появиться специализированные  продукты, отличающиеся повышенной  питательностью и способствующие  сохранению и укреплению здоровья.

 На современном рынке  представлено большое количество  полезных для здоровья растительных  масел, получаемых с помощью биотехнологии. Биотехнология позволила ученым  снизить содержание насыщенных  жирных кислот в некоторых  растительных маслах. Им также  удалось осуществить трансформацию  омега-6 полиненасыщенной линолевой  жирной кислоты в омега-3 полиненасыщенную  линоленовую, встречающуюся в основном  в рыбе и способствующую снижению  уровня холестерина в крови.

 Другим вопросом, касающимся  питательных свойств растительных  масел, является отрицательное влияние  на состояние здоровья транс-изомеров  жирных кислот, образующихся при  гидрогенизации жиров. Этот процесс  применяется для повышения жаростойкости (для жарки) или изменения консистенции (для изготовления маргарина) растительных  масел. Процесс гидрогенизации приводит  к образованию вредных транс-изомеров  жирных кислот.

 Специалисты биотехнологических  компаний разработали метод придания  соевому маслу необходимых качеств  не за счет гидрогенизации, а  за счет повышения содержания  в нем стеариновой кислоты.

 Биотехнологи, работающие  с животными, тоже занимаются  поисками путей повышения качества  продуктов питания. Уже создана  говядина с пониженным содержанием  жира и свинина с повышенным  соотношением мясо/сало.

 Повышение питательной  ценности продуктов имеет особенно  большое значение для развивающихся  стран. Исследователи университета  Неру (Нью-Дели) использовали ген  южноафриканского растения амаранта  для повышения содержания белка  в клубнях картофеля. Трансгенный  картофель также содержит большое  количество незаменимых аминокислот, не входящих в состав клубней  обычного картофеля. В качестве  примеров можно также упомянуть  «золотой рис» и масло канолы, обогащенные витамином А. Дальнейшее  усовершенствование «золотого риса»  привело к повышению содержания  в зернах легкоусваиваемых форм  железа.[1]

 Биотехнология подает  большие надежды и в улучшении  показателей продуктов функционального  питания. Программы разработки и  внедрения на рынок нутрицевтиков  – продуктов-лекарств, систематическое  употребление которых оказывает  регулирующее действие на определенные  системы и органы организма, улучшая  здоровье человека, приняты во  многих странах. Такие продукты  содержат повышенное по сравнению  с обычными количество незаменимых  аминокислот, витаминов, минералов  и других биологически активных  веществ. Знакомые всем нутрицевтики  – чеснок и лук, содержащие  вещества, снижающие уровень холестерина  и усиливающие иммунитет; богатый  антиоксидантами зеленый чай; брокколи  и кочанная капуста, в состав  которой входят глюкозинолаты, стимулирующие  активность противоопухолевых ферментов.

 Биотехнология используется  для повышения содержания этих  и других полезных соединений  в продуктах функционального  питания. Например, исследователи университета  Пердью (г. Лафейетт, штат Индиана) и  Министерства сельского хозяйства  США (USDA) создали сорт томатов, содержащий  в три раза более высокий  по сравнению с обычными сортами  уровень антиоксиданта ликопена. Употребление ликопена снижает  риск возникновения рака простаты  и молочной железы, а также  снижает содержание в крови  «плохого» холестерина. Другая группа  специалистов USDA работает над увеличением  содержания в клубнике эллаговой  кислоты, обладающей противоопухолевыми  свойствами.

Биотехнологи занимаются улучшением качества растительного сырья также с точки зрения его привлекательности для покупателя и легкости приготовления. Ученые удлиняют срок хранения фруктов и овощей; делают морковь, паприку и сельдерей более хрустящими; создают не содержащие семян сорта дынь и винограда; продлевают длительность сезонно-географической доступности томатов, клубники и малины; улучшают вкусовые качества томатов, салата-латука, перца, зеленого горошка и картофеля; создают не содержащие кофеина сорта кофе и чая.[8]

 Японские ученые идентифицировали  фермент, заставляющий нас плакать  во время резки лука, и таким  образом уже сделали первый  шаг на пути к созданию лука, от которого не плачут.

 Большая часть работы  по улучшению способности продуктов  переносить тепловую обработку  заключается в изменении соотношения  содержания в них воды и  крахмала. Например, богатый крахмалом  картофель полезней, так как во  время жарки он впитывает меньше  жира. Другим полезным свойством  крахмалистой картошки является  то, что для ее приготовления  требуется меньше энергии и, соответственно, меньше финансовых затрат. Большинство  изготовителей томатных паст  и кетчупов в настоящее время  используют в качестве сырья  созданные с помощью метода  клеточных культур сорта томатов. Мякоть таких помидоров содержит  на 30% меньше воды, и их переработка  экономит пищевой промышленности  США 35 миллионов долларов ежегодно.[1]

 Другой областью пищевой  промышленности, экономически выигрывающей  от повышения качества сырья, является производство молочных  продуктов. Биотехнологические методы  позволили новозеландским ученым  добиться повышения содержания  в молоке белка казеина –  важного компонента процесса  сыроварения – на 13%.

 Биотехнология также  обеспечивает возможность получения  продуктов, производство которые  при традиционном подходе оказывается  экономически невыгодным. Например, промышленное изготовление используемых  в качестве подсластителей полимеров  фруктозы давно перестало быть  прерогативой обычных методов  пищевого процессинга. Полимеры  фруктозы представляют собой  короткие цепочки, состоящие из  молекул фруктозы, по вкусу напоминающие  сахар, но не содержащие калорий. Исследователи обнаружили ген, превращающий 90% сахара сахарной свеклы в  полимеры фруктозы. Они составляют 40% веса такой трансгенной свеклы, что делает ее весьма привлекательным  сырьем для изготовления подсластителей.

Наиболее значимой проблемой безопасности сырья для производителей продуктов питания является микробное заражение, которое может возникнуть на любом этапе движения продукта от фермы до стола потребителя. Любой биотехнологический продукт, снижающий количество микроорганизмов на продуктах животного и растительного происхождения, существенно повышает безопасность сырья пищевой промышленности. Повышение безопасности продуктов за счет снижения микробной контаминации начинается с фермы. Устойчивые к вредителям и заболеваниям трансгенные сорта растений в значительно меньшей степени подвержены бактериальному заражению. Новые биотехнологические методы диагностики позволяют выявлять характер бактериальных заболеваний на ранних этапах и с высокой степенью точности, что позволяет изымать и уничтожать заболевших животных или инфицированные растения до того, как болезнь распространилась.

 Биотехнология способствует  повышению качества сырья еще  и за счет выявления и удаления  аллергенных белков, содержащихся  в таких продуктах, как арахис, соя и молоко. Хотя 95% аллергенов  могут быть отнесены к одной  из восьми пищевых групп, в  большинстве случаев мы не  знаем, какой из тысяч пищевых  белков послужил причиной запуска  аллергической реакции. Использование  биотехнологических методик привело  к значительному прогрессу в  этой области. Кроме того, биотехнологи  разработали методы блокирования  или удаления генов аллергенности  из геномов арахиса, сои и креветок.[10]