История возникновения и развития биотехнологии

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ФГОУ ВПО

«Уральская государственная академия ветеринарной медицины»

А.А. Белооков

Базовые лекции по курсу

«Основы биотехнологии переработки сельскохозяйственной продукции»

Троицк, 2006

УДК 631. 147 (075)

ББК 65. 9 (2)

Б 44

Рецензенты:

Доктор сельскохозяйственных наук, профессор УГАВМ.

А.М. Монастырев

Доктор сельскохозяйственных наук, профессор Башкирского научно-исследовательского института с.-х.

А.Г. Фенченко

Кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Уральской государственной сельскохозяйственной академии.

С.А. Сафронов

Белооков, А.А.

Б44 Основы биотехнологии переработки сельскохозяйственной продукции.Учебное пособие для с.-х. вузов/ А.А. Белооков – Троицк: УГАВМ, 2006.- 112с.

ISBN – 5901987-65-9

Базовые лекции рекомендованы Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по агрономическому образованию в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальности 110305 “Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции”.

Курс лекций включает в себя обобщенный материал по изучаемому предмету «Основы биотехнологии переработки сельскохозяйственной продукции» и рекомендован в качестве учебного пособия для студентов технологических специальностей.

ISBN – 5901987-65-9

© Белооков А.А., 2006

© Уральская государственная академия

ветеринарной медицины, 2006 г.

Оглавление

Тема 1. Введение …………………………………………………………… 5

1. Цели, задачи, основные биологические объекты биотехнологии. Особенности биотехнологического процесса. …………………… 6

2. Принципы биотехнологии. ………………………………………...10

Тема 2. Микробиотехнология…………………………………………... 11

Биологические объекты биотехнологии …………………………. 12

Подбор форм микроорганизмов с заданными свойствами …… . .13

Методы биотехнологии ………………………………………….…15

Тема 3. Способы и системы культивирования микроорганизмов.…18

Способы культивирования микроорганизмов ……………………18

Системы культивирования микроорганизмов ……………………21

Методы, используемые в биотехнологическом производстве …. 23

Тема 4. Охрана окружающей среды на предприятиях микробиологической промышленности………………………………...29

Очистка сточных вод ……………………………………………….29

Очистка газовоздушных выбросов ………………………………. 37

Тема 5. Производство и промышленное использование ферментов..38

1. Значение ферментов, источники их получения …………………...39

2. Промышленные ферментные препараты …………………………..40

3. Факторы, влияющие на биосинтез ферментов …………………….42

4. Применение ферментативных препаратов ………………………...45

Тема 6. Генная инженерия бактерий, высших растений и области её применения………………………………………………………………… 51

1. Нуклеиновые кислоты и факторы наследственности у животных организмов………………………………………………………….. 51

2. Генная инженерия бактерий………………………………………. 53

3. Генная инженерия растений………………………………………. 56

4. Получение трансгенных растений………………………………... 57

5. Получение трансгенных животных………………………………. 58

Тема 7. Области применения трансгенных растений……………….. 60

1. Получение трансгенных растений, устойчивых к вредным насекомым …………………………………………………………. 60

2. Перспективы и ограничения в использовании трансгенных растений ……………………………………………………………..61

3. Экологические проблемы, связанные с использованием трансгенных растений ………………………………………………64

Тема 8. Биотехнология производства продуктов питания и напитков……………………………………………………………………..75

1. Функциональные пищевые продукты …………………………...75

2.Ферментация овощей ……………………………………………...79

3.Биотехнологии в производстве чая, кофе ………………………..80

4.Производство сыра ……………………………………………….. 82

Тема 9. Технология производства алкогольных напитков, сахарозаменителей…………………………………………………………85

Технология производства алкогольных напитков …………… 85

Технология производства сахарозаменителей ………………… 91

Тема 10. Вторичное сырье, используемое в биотехнологическом производстве………………………………………………………………..94

Растительное сырьё …………………………………………… 95

Промышленные отходы ……………………………………….. 98

Отходы животноводства ……………………………………... 104

Приложение………………………………………………………………..106

Тема 1. Введение

1. Цели, задачи, основные биологические объекты биотехнологии. Особенности биотехнологического процесса.

2. Принципы биотехнологии.

В наследство будущему столетию XXвек оставляет глобальную экологи­ческую проблему - основательно исчерпанные невозобновимые природные ре­сурсы, деградированную и загрязненную биосферу, а также множество проблем, связанных с дефицитом продовольствия, ухудшением здоровья людей и качества жизни в целом. Но есть и другая сторона - это реальные пути и оригинальные подходы к решению глобальной экологической проблемы. Выработке стратегии и тактике этого решения мы также обязаны XXвеку: во второй его половине ста­ла успешно набирать темпы новая, наукоемкая, бурно развивающаяся отрасль народного хозяйства - биотехнология.

Биотехнология базируется как на традиционных научных дисциплинах (физиология, биохимия, микробиология, медицина, агробиология), так и на рож­денных уходящим веком молекулярной биологии и генетике, клеточной и гене­тической инженерии, кибернетике и информатике. Биотехнология - область зна­ния, позволяющая получать путем управляемого культивирования организмов и (или) их фрагментов (тканей, клеток) полезные для человека продукты - пищу, корма, медицинские препараты, разнообразное сырье, доступные растениям формы азота, средства защиты растений и животных, а также утилизировать (конверсировать) различные органические отходы (промышленные, сельскохо­зяйственные и коммунальные).

1. Цели, задачи, основные биологические объекты биотехнологии. Особенности биотехнологического процесса

Биотехнология - это новая, сравнительно недавно получившая широкое развития наука о практическом использование различных биологических (генов, клеток, тканей, микроорганизмов, растений и животных) с целью получения ан­тибиотиков, ферментов, кормовых белков, биоудобрений, безвирусных растений новых сортов растений и животных, переработки сырья, промышленных и сель­скохозяйственных отходов, очистки сточных вод и газовоздушных выбросов и так далее. Успехи, достигнутые в области биотехнологии, стали возможными благодаря бурному развитию таких наук, как биохимия, генетика, цитология, микробиология, молекулярная биология и другие.

История возникновения и развития биотехнологии

История возникновения и развития биотехнологии включает три этапа.

1этап- зарождение биотехнологии с древних времен до конца XVIIIв. Археологические раскопки показывают, что ряд биотехнологических процессов зародились в древности. На территории древнейших очагов в Месопотамии, Египте сохранились остатки пекарен, пивоваренных заводов, сооруженных 4-6 тысячелетий назад. В 3 тысячелетии до н. э. шумеры изготовляли до двух десят­ков сортов пива. В Древней Греции и Риме широкое распространение получили виноделие и изготовление сыра. В основе пивоварения и виноделия лежит деятельность дрожжевых грибков, сыроделия - молочнокислых бактерий, сычужно­го фермента Получение льняного волокна происходит с разрушением пектино­вых веществ микроскопическими грибами и бактериями. Иными словами, зарождение биотехнологии тесно связано с сельским хозяйством, переработкой расте­ниеводческой и животноводческой продукции.

2этап(XIX- первая половина XXв.) - становление биотехнологии как
науки. Этот этап связан с началом бурного развития биологических наук: генетики, микробиологии, вирусологии, цитологии, физиологии, эмбриологии. На ру­беже XIXи XXвв. в ряде стран создаются первые биогазовые установки, в кото­рых отходы животноводства и растениеводства под действием микроорганизмов превращались в биогаз (метан) и удобрение. В конце 40-х годов XX, века, с организацией крупномасштабного производства антибиотиков стала развиваться микробиологическая промышленность. Антибиотики нашли широкое примене­ние не только в медицине, но и в сельском хозяйстве для лечения животных и растений, в качестве биодобавок в корма. Были созданы высокоэффективные формы с помощью мутаций. Возникли предприятия, на которых с помощью мик­роорганизмов производились аминокислоты, витамины, органические кислоты, ферменты. В конце 60-х годов получила развитие технология иммобилизованных ферментов.

3этап(с середины 70-х годов XXвека) - ознаменовался развитием био­технологии в различных направлениях с помощью методов генной и клеточной инженерии. Формальной датой рождения современной биотехнологии считается 1972г., когда была создана первая рекомбинативная (гибридная) ДНК, путем встраивания в нее чужеродных генов. До этого момента использовались, главным образом, физические и химические мутагены с целью создания форм микроорга­низмов, синтезирующих ценные для человека вещества в 5 - 10 раз интенсивнее, по сравнению с исходными штаммами.