Биотехнологические продукты новых поколений реферат

Обновлено: 02.07.2024

Биотехнологией называется наука, занимающаяся изучением возможности использования живых организмов либо продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач.

При помощи биотехнологий обеспечиваются определенные потребности, такие как разработка медицинских препаратов, создание новых видов животных и растений или их модификация, что позволяет увеличить качество пищевых продуктов.

В качестве науки биотехнология зародилась в начале 70-х годов ХХ века. Отправной точкой послужила генная инженерия, когда ученым удалось перенести генетический материал из одного организма к другому без половых процессов, с применением рекомбинантной ДНК или РНК. Этот метод используется для улучшения или изменения определенного организма.

Биотехнологии в современной медицине

Биотехнологии, применяемые в медицины, делятся на две группы:

диагностические, которые бывают химическими и физическими
лечебные

Производственные процессы, в которых создаются биообъекты или вещества медицинского назначения, также относятся к медицинским. Это могут быть витамины. Ферменты, антибиотики, полисахариды, аминокислоты.

В медицине биотехнологии применяются для производства инсулина, для чего используются генно-модифицированные бактерии. Также биотехнологии в медицине применяются для создания эритропоэтина.

Эритропоэтин – это гормон, который стимулирует образование эритроцитов в костном мозге.

Биотехнологии в современной науке

Применение биотехнологий в современной науке играет важнейшую роль и приносит огромную пользу. В результате открытия генной инженерии появились возможности выведения новых сортов растений и пород животных, которые станут очень полезными для сельского хозяйства.

Готовые работы на аналогичную тему

Изучение биотехнологий не связано исключительно только с биологическими науками. Например, биотехнологии используются в микроэлектронике, где разработаны ион-селективные транзисторы на основе полевого эффекта. Также биотехнологии применяются для увеличения нефтеотдачи нефтяных пластов. Особенно развитым направлением использования биотехнологий является их применение для очистки бытовых и сточных вод. Кроме перечисленных, в развитие биотехнологий внесли свой вклад и другие научные дисциплины. Таким образом, биотехнологии относят к комплексной науке.

Дефицит социально-экономических потребностей является еще одной причиной активного изучения биотехнологий. По мнению ученых, биотехнологии смогут помочь в решение таких проблем, как:

дефицит в некоторых регионах пресной или очищенной воды
загрязнение окружающей среды химическими веществами
недостаток энергетических ресурсов
необходимость в новых экологически чистых материалах
повышение уровня медицины и т.д.

Современные биотехнологии: применение на практике, этические проблемы

Биотехнологии являются не только наукой, но и сферой практической деятельности человека, которая занимается производством разного вида продукции при помощи живых клеток или организмов.

Генетика является теоретической основой биотехнологии. Практической основой биотехнологии является микробиологическая промышленность. Она, в свою очередь, получила активное развитие после открытия антибиотиков.

Объектами биотехнологий являются бактерии, вирусы, грибы, а также изолированные клетки и органоиды.

Основными сферами современных биотехнологий являются генетическая и клеточная инженерия в сочетании с биохимией.

Клеточная инженерия – это процесс выращивания клеток различных живых организмов в специально созданных условиях, а также исследования над ними.

Клеточная инженерия растений является самым успешным направлением, она дала возможность ускорения селекционных процессов, в результате чего время выведения нового сорта сократилось с 11 до 3 лет.

Генетическая инженерия – это область молекулярной биологии, которая изучает гены живых организмов, занимается выделением генов из клеток, а также проведением манипуляций над ними. Ферменты и векторы являются главными инструментами генной инженерии.

Клонированием называется процесс получения потомков, полностью идентичных прототипу. Первые опыты были проведены на растениях, клонирование происходило вегетативным путем.

Клонирование бактерий – это процесс искусственного размножения растений, которым управляет человек.

В конце ХХ ученые стали активно обсуждать возможность клонирования человека.

Генная инженерия проводит исследования микроорганизмов и человека. также она изучает заболевания, связанные с онкологией и иммунной системой.

Потенциал, открываемый биотехнологиями, огромен не только для науки, но и для других сфер деятельности. Использование биотехнологических методов предоставило возможность массового производства всех белков.

В будущем предполагается, что биотехнологии позволят улучшать растения и животных. При помощи генной инженерии будут бороться с наследственными заболеваниями.

Генная инженерия, являясь основным направлением в биотехнологии, ускоряет решение проблемы аграрного, энергетического, продовольственного кризиса.

Самое большое влияние биотехнологии оказывают на медицину и фармацевтику. Ожидается, что в будущем станет возможным лечение неизлечимых заболеваний.

В современной биотехнологии активно развивается отрасль микробного синтеза веществ, ценных для человека. еще одним важным направлением современных биотехнологий является получение экологически чистой энергии.

Однако существует ряд проблем, связанных с этической стороной исследования в области биотехнологий. После того, как информация о проведении опытов над эмбрионами человека и попытками клонирования стала достояние общественности, возникли бурные дискуссии на эту тему среди ученых и обычных людей. Поэтому подобные исследования подвергаются строгому регламентированию. следования этому регламенту является обязательным для всех ученых и исследователей. Стоит ли клонировать человека - это сложный вопрос. С одной стороны, это открывает новые возможности, а с другой - ни один ученый не может со стопроцентной уверенностью предсказать возможные последствия.

Содержание

Введение;
Понятие биотехнологии;
Этапы развития биотехнологии;
История развития биотехнологии (даты, события);
Биотехнология на службе народного хозяйства, медицины и науке:
Биотехнология и сельское хозяйство. Биотехнология и растениеводство;
Биотехнология и животноводство;
Технологическая биоэнергетика;
Биотехнология и медицина;
Биотехнология и пищевая промышленность;
Биогеотехнология;
Биотехнология охраны окружающей среды;
Биоэлектроника.
Заключение;
Список литературы.

Работа содержит 1 файл

Документ Microsoft Word.docx

Московский Государственный Вечерний Металлургический

по дисциплине общая химическая технология

Студент: Жеребина Н.С. Преподаватель: доцент, кандидат

хим. наук Кругликова Е.С.

Понятие биотехнологии;
Этапы развития биотехнологии;
История развития биотехнологии (даты, события);
Биотехнология на службе народного хозяйства, медицины и науке:

Биотехнология и сельское хозяйство. Биотехнология и растениеводство;

Биотехнология и животноводство;
Технологическая биоэнергетика;
Биотехнология и медицина;
Биотехнология и пищевая промышленность;
Биогеотехнология;
Биотехнология охраны окружающей среды;
Биоэлектроника.

Впервые термин "биотехнология" применил венгерский инженер Карл Эреки в 1917 году. Биотехнология - это интеграция естественных и инже-нерных наук, позволяющая наиболее полно реализовать возможности живых организмов или их производные для создания и модификации продуктов или процессов различного назначения. Биотехнология - это производство, основанное на последних достижениях современной науки: генной инженерии, физико-химии ферментов, молекулярной диагностики, селекционной генетики, микробиологии, химии антибиотиков, комбинаторной химии. [2, с.3] Чаще всего применяется в медицине, пищевой промышленности, также для решение проблем в области энергетики, охране окружающей среды. Современные биотехнологии защиты окружающей среды, основаны на применении биопрепаратов, в состав которых входят разнообразные бактерии (микроорганизмы), способные разлагать различные органические вещества, в том числе и те, которые загрязняют окружающую среду. Микроорганизмы - это удивительные создания природы, обладающие уникальными свойствами. Они - самые многочисленные обитатели нашей планеты. Среда обитания микроорганизмов охватывает весьма широкие зоны биосферы, зачастую с экстремальными условиями обитания, где не могут развиваться ни рас-тения, ни животные. Их повсеместное распространение обусловлено не-большими размерами, позволяющими легко переноситься с потоками воды и воздуха, а также высокой устойчивостью к экстремальным фак-торам среды. Обладая высокой химической активностью, они способны к разложению органических веществ как природного, так и антропогенного происхождения. Именно на этих уникальных свойствах микроорганизмов базируется применение биотехнологии, как эффективного способа защиты и восстановления окружающей среды.

В развитии биотехнологии выделяют следующие периоды:

эмпирический,
научный,
современный (молекулярный).

Последний специально отделяется от предыдущего, так как биотехнологии уже могут создавать и использовать в производстве неприродные организмы, полученные генно-инженерными методами.

Эмпирическая биотехнология неотделима от цивилизации, преимущественно как сфера производства (с древнейших времен – при-готовление теста, получение молочнокислых продуктов, виноделие, пивоварение, ферментация табака и чая, выделка кож и обработка рас-тительных волокон). В течение тысячелетий человек применял в своих целях ферментативные процессы, не имея понятия ни о ферментах, ни о клетках с их видовой специфичностью и, тем более, генетическим ап-паратом. Причем прогресс точных наук долгое время не влиял на технологические приемы, используемые в эмпирической биотехнологии.

Современная биотехнология, основанная на достижениях молекулярной биологии, молекулярной генетики и биоорганической химии (на прак-тическом воплощении этих достижений), выросла из биотехнологии Пастера и, являясь также строго научной, отличается от последней, прежде всего тем, что способна создавать и использовать в производстве не-природные биообъекты, что отражается как на производственном про-цессе в целом, так и на свойствах новых биотехнологических продуктов.

История развития биотехнологии (даты, события)

1917 г. – введен термин биотехнология

- произведен в промышленном масштабе пенициллин;

- показано, что генетический материал представляет собой ДНК;

1953 г. – установлена структура инсулина, расшифрована структура ДНК;

1961-1966 гг. – расшифрован генетический код, оказавшийся универсальным для всех организмов;

1953-1976 гг. – расшифрована структура ДНК, ее функции в сохранении и передаче организмом наследственной информации, способность ДНК организовываться в гены;

1963 г. – осуществлён синтез биополимеров по установленной структуре;

1970 г. – выделена первая рестрикционная эндонуклеаза;

- осуществлён синтез ДНК;

1972 г. – синтезирован полноразмерный ген транспортной РНК;

1975 г. – получены моноклональные антитела;

1976 г. – разработаны методы определения нуклеотидной последовательности ДНК;

- синтезированы фрагменты нуклеиновых кислот;

- разрешена к применению в Европе первая вакцина для животных, полученная по технологии рекомбинантных ДНК;

1983 г. – гибридные Ti-плазмиды применены для трансформации растений;

1994-1995 гг. – опубликованы подробные генетические и физические карты хромосом человека;

1996 г. – ежегодный объем продаж первого рекомбинантного белка (эритропоэтина) превысил 1 млрд. долларов;

1997 г. – клонировано млекопитающее из дифференцированной соматической клетки;

Биотехнология на службе народного хозяйства, медицины и науке.

Биотехнологические разработки могут внести немаловажный вклад в решение комплексных проблем народного хозяйства, здравоохранения и науки.

Для удовлетворения пищевых потребностей необходимо увеличить эф-фективность растениеводства и животноводства. Именно на это, в первую очередь, нацелены усилия биотехнологов. Кроме того, биотехнология предлагает как источник кормового (возможно, и пищевого) белка клеточную массу бактерий, грибов и водорослей.

Во-вторых, повышение цен на традиционные источники энергии (нефть, природный газ, уголь) и угроза исчерпания их запасов побудили челове-чество обратиться к альтернативным путям получения энергии. Биотех-нология может дать ценные возобновляемые энергетические источники: спирты, биогенные углеводороды, водород. Эти экологически чистые ви-ды топлива можно получать путем биоконверсии отходов промышлен-ного и сельскохозяйственного производства.

В-третьих, уже в наши дни биотехнология оказывает реальную помощь здравоохранению. Нет сомнений в терапевтической ценности инсулина, гормона роста, интерферонов, факторов свертывания крови и иммунной системы, тромболитических ферментов, изготовленных биотехнологи-ческим путем. Помимо получения лечебных средств, биотехнология позво-ляет проводить раннюю диагностику инфекционных заболеваний и злока-чественных новообразований на основе применения препаратов анти-генов, моноклональных антител, ДНК/РНК-проб. С помощью новых вак-цинных препаратов возможно предупреждение инфекционных болезней.

В-четвертых, биотехнология может резко ограничить масштабы за-грязнения нашей планеты промышленными, сельскохозяйственными и бытовыми отходами, токсичными компонентами автомобильных выхлопов и т. д. Современные разработки нацелены на создание безотходных технологий, на получение легко разрушаемых полимеров (в частности, биогенного происхождения: поли-b-оксибутирата, поли-амилозы) и поиск новых активных микроорганизмов-разрушителей поли-меров (полиэтилена, полипропилена, полихлорвинила). Усилия биотехно-логов направлены также на борьбу с пестицидными загрязнениями — следствием неумеренного и нерационального применения ядохимикатов.

Биотехнологические разработки играют важную роль в добыче и пере-работке полезных ископаемых, получении различных препаратов и созда-нии новой аппаратуры для аналитических целей.

Биотехнология и сельское хозяйство. Биотехнология и растениеводство.

Культурные растения страдают от сорняков, грызунов, насекомых-вреди-телей, фитопатогенных грибов, бактерий, вирусов, неблагоприятных по-годных и климатических условий. Перечисленные факторы наряду с поч-венной эрозией и градом значительно снижают урожайность сельско-хозяйственных растений. Известно, какие разрушительные последствия в картофелеводстве вызывает колорадский жук, а также гриб Phytophtora — возбудитель ранней гнили (фитофтороза) картофеля.

В последние годы большое внимание уделяют вирусным заболеваниям растений. Наряду с болезнями, оставляющими видимые следы на куль-турных растениях (мозаичная болезнь табака и хлопчатника, зимняя болезнь томатов), вирусы вызывают скрытые инфекционные процессы, значительно снижающие урожайность сельскохозяйственных культур и ведущие к их вырождению.

Биотехнологические пути защиты растений от рассмотренных вредо-носных агентов включают: 1) выведение сортов растений, устойчивых к не-благоприятным факторам; 2) химические средства борьбы (пестициды) с сорняками (гербициды), грызунами (ратициды), насекомыми (инсе-ктициды), фитопатогенными грибами (фунгициды), бактериями, вирусами; 3) биологические средства борьбы с вредителями, использование их естес-твенных врагов и паразитов, а также токсических продуктов, образуемых живыми организмами.

Наряду с защитой растений ставится задача повышения продуктивности сельскохозяйственных культур, их пищевой (кормовой) ценности, задача создания сортов растений, растущих на засоленных почвах, в засушливых и заболоченных районах. Разработки нацелены на повышение энер-гетической эффективности различных процессов в растительных тканях, начиная от поглощения кванта света и кончая ассимиляцией СО2 и водно-солевым обменом.

Вступление. Биотехноло́гия — дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии.

Биотехнологией часто называют применение генной инженерии в XX—XXI веках, но термин относится и к более широкому комплексу процессов модификации биологических организмов для обеспечения потребностей человека, начиная с модификации растений и одомашненных животных путем искусственного отбора и гибридизации. С помощью современных методов традиционные биотехнологические производства получили возможность улучшить качество пищевых продуктов и увеличить продуктивность живых организмов.

Биотехнология основана на генетике, молекулярной биологии, биохимии, эмбриологии и клеточной биологии, а также прикладных дисциплинах — химической и информационной технологиях и робототехнике.

История биотехнологии

Так, в 1814 году петербургский академик К. С. Кирхгоф (биография) открыл явление биологического катализа и пытался биокаталитическим путём получить сахар из доступного отечественного сырья (до середины XIX века сахар получали только из сахарного тростника). В 1891 году в США японский биохимик Дз. Такамине получил первый патент на использование ферментных препаратов в промышленных целях: учёный предложил применить диастазу для осахаривания растительных отходов.

В начале XX века активно развивалась бродильная и микробиологическая промышленность. В эти же годы были предприняты первые попытки наладить производство антибиотиков, пищевых концентратов, полученных из дрожжей, осуществить контроль ферментации продуктов растительного и животного происхождения.

Первый антибиотик — пенициллин — удалось выделить и очистить до приемлемого уровня в 1940 году, что дало новые задачи: поиск и налаживание промышленного производства лекарственных веществ, продуцируемых микроорганизмами, работа над удешевлением и повышением уровня биобезопасности новых лекарственных препаратов.

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Помимо широкого применения в сельском хозяйстве, на основе генной инженерии возникла целая отрасль фармацевтической промышленности, называемая “индустрией ДНК” и представляющая собой одну из современных ветвей биотехнологии. Более четверти всех лекарств, используемых сейчас в мире, содержат ингредиенты из растений. Генно-модифицированные растения являются дешевым и безопасным источником для получения полностью функциональных лекарственных белков (антител, вакцин, ферментов и др.) как для человека, так и для животных. Примерами применения генной инженерии в медицине являются также производство человеческого инсулина путем использования генно-модифицированных бактерий, производство эритропоэтина (гормона, стимулирующего образование эритроцитов в костном мозге. Физиологическая роль данного гормона состоит в регуляции продукции эритроцитов в зависимости от потребности организма в кислороде) в культуре клеток (т.е. вне организма человека) или новых пород экспериментальных мышей для научных исследований.

В XX веке в большинстве стран мира основные усилия медицины были направлены на борьбу с инфекционными заболеваниями, снижение младенческой смертности и увеличение средней продолжительности жизни. Страны с более развитой системой здравоохранения настолько преуспели на этом пути, что сочли возможным сместить акцент на лечение хронических заболеваний, болезней сердечно-сосудистой системы и онкологических заболеваний, поскольку именно эти группы болезней давали наибольший процент прироста смертности.

В настоящее время уже появились практические возможности значительно снизить или скорректировать негативное воздействие наследственных факторов. Медицинская генетика объяснила, что причиной многих генных мутаций является взаимодействие с неблагоприятными условиями среды, а, следовательно, решая экологические проблемы можно добиться снижения заболеваемости раком, аллергией, сердечно-сосудистыми заболеваниями, сахарным диабетом, психическими болезнями и даже некоторыми инфекционными заболеваниями. Вместе с тем, ученым удалось выявить гены, ответственные за проявление различных патологий и способствующие увеличению продолжительности жизни. При использовании методов медицинской генетики хорошие результаты получены при лечении 15% болезней, в отношении почти 50% заболеваний наблюдается существенное улучшение.

Таким образом, значительные достижения генетики позволили не только выйти на молекулярный уровень изучения генетических структур организма, но и вскрыть сущность многих серьезных болезней человека, вплотную подойти к генной терапии.

Клонирование – это один из методов, применяемых в биотехнологии для получения идентичных потомков при помощи бесполого размножения. Иначе клонирование можно определить как процесс изготовления генетически идентичных копий отдельной клетки или организма. То есть полученные в результате клонирования организмы похожи не только внешне, но и генетическая информация, заложенная в них, абсолютно одинакова.

Первым искусственно клонированным многоклеточным организмом стала в 1997 г. овца Долли. В 2007 году одного из создателей клонированной овцы Елизавета II наградила за это научное достижение рыцарским званием.

Достижения биотехнологии

Уже получены трансгенные мыши, кролики, свиньи, овцы, в геноме которых работают чужеродные гены различного происхождения, в том числе гены бактерий, дрожжей, млекопитающих, человека, а также трансгенные растения с генами других, неродственных видов. Например, в последние годы получено новое поколение трансгенных растений, для которых характерны такие ценные признаки, как устойчивость к гербицидам, к насекомым и др.

На сегодняшний день методы генной инженерии позволили осуществить синтез в промышленных количествах таких гормонов, как инсулин, интерферон и соматотропин (гормон роста), которые необходимы для лечения ряда генетических болезней человека — сахарного диабета, некоторых видов злокачественных образований, карликовости,

Нужна помощь в написании доклада?

С помощью генетических методов были получены также штаммы микроогранизмов (Ashbya gossypii, Pseudomonas denitrificans и др.), которые производят в десятки тысяч раз больше витаминов (С, В₃, В₁₃, и др.), чем исходные формы.

Очень важное направление клеточной инженерии связано с ранними стадиями эмбриогенеза. Например, оплодотворение яйцеклеток в пробирке уже сейчас позволяет преодолевать некоторые распространенные формы бесплодия у человека.

Культуру растительных клеток выгодно использовать для быстрого размножения медленно растущих растений — женьшеня, маслинной пальмы, малины, персиков и др.

Уже многие годы для решения проблемы загрязнения окружающей среды используются биологические методы, разработанные биотехнологами. Так, бактерии родов Rhodococcus и Nocardia с успехом применяют для эмульгирования и сорбции углеводородов нефти из водной среды. Они способны разделять водную и нефтяную фазы, концентрировать нефть, очищать сточные воды от примесей нефти.

Биотехнология – это наука об использовании биологических процессов в технике и промышленном производстве.
Пищевая биотехнология является одним из важнейших разделов биотехнологии. В течение тысячелетий люди успешно получали сыр, уксус, спиртные напитки и другие продукты, не зная о том, что в основе лежит метод микробиологической ферментации.
Пищевая биотехнология является новым и перспективным направлением в перерабатывающей промышленности (мясная, молочная, рыбная и др.).

Прикрепленные файлы: 1 файл

реферат пищевая биотехнологие.docx

ФГБОУ ВПО ВЯТСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

ФАКУЛЬТЕТ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ

Кафедра диагностики, терапии и фармакологии

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Биотехнология – это наука об использовании биологических процессов в технике и промышленном производстве.

Пищевая биотехнология является одним из важнейших разделов биотехнологии. В течение тысячелетий люди успешно получали сыр, уксус, спиртные напитки и другие продукты, не зная о том, что в основе лежит метод микробиологической ферментации.

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.

Этапы развития биотехнологии

В начале XIX в. русский академик К.С. Киргоф впервые получил жидкий ферментный препарат амилазы из проросшего ячменя и описал ферментный процесс.

В 1857 г. Луи Пастер установил, что микробы играют ключевую роль в процессах брожения, и показал, что в образовании отдельных продуктов участвуют разные виды микроорганизмов.

1875 г. Разработан метод получения чистых культур микроорганизмов, гарантирующий содержание в посевном материале клеток только определенного вида (Р. Кох).

В 1893 г. установлена способность плесневых грибов синтезировать лимонную кислоту (К. Вемер).

1894 г. Создан первый ферментный препарат, полученный из плесневого гриба, выращенного на влажном рисе (И. Такамине).

В 1923 г. было организовано первое микробиологическое промышленное производство лимонной кислоты, а затем молочной, глюконовой и других органических кислот.

В 30-е годы в СССР было организовано производство микробиологическим способом технических препаратов ферментов и витаминов (рибофлавина, эргостерина).

Следующий важный этап – организация промышленного производства антибиотиков, основанного на открытии химиотерапевтической активности пенициллина в 1940 г. (Флемминг, Флори и Чейни).

В военные годы (1941-1945 гг.) возросла потребность в дрожжах как источнике белковых веществ. Изучалась способность дрожжей накапливать белоксодержащую биомассу на непищевом сырье (древесные опилки, гороховая, овсяная шелуха). В блокадном Ленинграде, Москве были созданы установки, на которых производили пищевые дрожжи. В военной Германии биомассу дрожжей добавляли в колбасу и супы.

В 1948 г. советским ученым Букиным с помощью микроорганизмов был получен витамин В12, который не способны синтезировать ни растения, ни животные.

В 1961 г. установлена способность мутантов бактерий к сверхсинтезу аминокислот (С. Киносита, К. Накаяма, С. Китада). В 1961-1975 гг. было налажено промышленное производство микробиологическим путем аминокислот: глутаминовой, лизина и др.

Еще в 60-х годах ряд нефтяных и химических компаний начали исследования и разработки по созданию биотехнологических процессов получения белка одноклеточных организмов, предназначенного для добавления в пищу животным и людям. Одной из причин этого был недостаток белковой пищи в мире. Наиболее конкурентоспособными оказались процессы на основе метанола и крахмала. На основе углеводородного сырья (жидких и газообразных углеводородов) в 70-х годах в СССР впервые было создано многотоннажное производство кормовых дрожжей.

В конце 60-х годов начали применяться иммобилизованные формы микробных ферментов, которые нашли широкое применение в пищевой промышленности.

В 1972 г. разработана технология клонирования ДНК (П. Берг).

В 1975 г. с возникновением генной инженерии появилась возможность направленно создавать для промышленности микроорганизмы с заданными свойствами.

В 1981 г. проведена микрохирургическая трансплантация эмбрионов животных с целью быстрого размножения высокопродуктивных экземпляров (Вилландсон).

Основные направления в биотехнологии

В некоторых отраслях биотехнология способна заменить традиционную технологию (например, при длительном хранении продуктов, в производстве пищевых приправ, полимеров, при извлечении некоторых металлов из бедных руд). В некоторых отраслях промышленности биотехнология играет ведущую роль (таблица 1).

Таблица 1- Основные направления биотехнологии в различных отраслях

промышленности и практической деятельности человека

Получение новых штаммов микроорганизмов-продуцентов биомассы, используемой в качестве белковых и белково-витаминных концентратов.

Новые методы селекции растений и животных, получение генетически модифицированного сырья, клонирование.

Использование антибиотиков (в том числе полученных биотехнологическим путем) для профилактики и лечения заболеваний сельскохозяйственных животных и птиц; получение вакцин.

Применение гормонов и других стимуляторов роста.

Производство химических веществ и соединений

Производство органических кислот (лимонной, итаконовой).

Получение витаминов, антибиотиков и других веществ.

Использование ферментов в составе отбеливателей и моющих средств.

Контроль за состоянием окружающей среды

Улучшение методов тестирования и мониторинга загрязнения окружающей среды.

Прогнозирование превращений ксенобиотиков благодаря более глубокому пониманию биохимии микроорганизмов.

Усовершенствование методов переработки отходов, бытовых и промышленных, с использованием микроорганизмов, разлагающих пластмассу и другие соединения.

Применение ферментов для усовершенствования диагностики, создание датчиков на основе ферментов.

Использование микроорганизмов и ферментов при создании сложных лекарств (например, стероидов).

Синтез новых антибиотиков.

Применение ферментов (пищеварительных ферментов: фестала, мезима, энзистала) и препаратов микроорганизмов (лактобактерий, бифидобактерий) в терапии.

Продолжение таблицы 1

Увеличение потребления биогаза – продукта жизнедеятельности микроорганизмов.

Крупномасштабное производство этанола как жидкого топлива.

Дальнейшее изучение и контроль биоразложения.

Создание новых методов переработки и хранения пищевых продуктов.

Применение пищевых добавок (продуцируемых микроорганизмами аминокислот, органических кислот, полимеров и др.).

Использование белка, синтезируемого одноклеточными микроорганизмами.

Применение ферментов при переработке пищевого сырья.

Использование микроорганизмов в бродильных производствах.

Применение микроорганизмов в качестве заквасок.

Современное состояние пищевой биотехнологии

В современной пищевой биотехнологии можно выделить два направления: применение веществ и соединений, полученных биотехнологическим способом (например, органических кислот, аминокислот, витаминов), и интенсификация биотехнологических процессов в производстве пищевых продуктов.

В настоящее время в пищевой промышленности широко используется продукция, полученная биотехнологическим способом. Расширяется область применения пищевых добавок, в том числе полученных с помощью микробных клеток: органических кислот, ферментных препаратов, подсластителей, ароматизаторов, загустителей и т.д. (таблица 2). На продовольственном рынке растет ассортимент функциональных пищевых продуктов. Для их производства применяют витамины, аминокислоты и другие соединения, полученные биотехнологическим способом.

Таблица 2 - Использование продукции биотехнологии в пищевой промышленности

Использование в пищевой промышленности

Цистеин, метионин, лизин

Повышение пищевой (биологической) ценности белоксодержащих продуктов

Глутаминовая кислота (глутамат натрия)

Усиление аромата мясных, рыбных и других изделий

Придание кондитерским изделиям, безалкогольным напиткам кисло-сладкого вкуса

Производство низкокалорийных сладких продуктов

Производство спирта, вин, пива, хлеба, кон-

дитерских изделий и продуктов детского питания

Получение глюкозы, удаление декстринов из

Производство кондитерских изделий

Выработка мальтазных (в сочетании с β-амилазой) или глюконовых (с глюкоамилазой) фруктовых сиропов из крахмала

Освобождение молочной сыворотки от лактозы, приготовление мороженого и др.

Приготовление растворимого кофе, морковного джема, улучшение консистенции грибов и овощей, обработка плодов цитрусовых

Осветление вин и фруктовых соков, обработка цитрусовых плодов

Сыроварение, ускорение созревания теста, производство крекеров, улучшение качества мяса

Фицин, трипсин, бромелаин

Ускорение процесса маринования рыбы, отделение мяса от костей

Придание специфического аромата сыру, шоколаду, молочным продуктам, улучшение качества взбитых яичных белков

Удаление кислорода из сухого молока, кофе, пива, майонезов, фруктовых соков для их улучшения и продления сроков хранения

Продолжение таблицы 2

А, В1 , В2 , В6 , В12 , С, D, Е, β-каротин

Повышение пищевой ценности продуктов

Красители, усилители цвета

Уксусная, лимонная, бензойная, молочная, глюконовая, яблочная

Консерванты, ароматизаторы, подкислители

Терпены и родственные соединения:

Загустители и стабилизаторы кремов,

Применение пищевых добавок и ингредиентов, полученных биотехнологическим путем

Усилители вкуса. Вещества, усиливающие оттенки вкуса, содержатся в природных пищевых продуктах. Главным усилителем вкуса считается натриевая соль глутаминовой кислоты (глутамат натрия): ее можно получать при помощи Micrococcus glutamicus.

Расщепляя с помощью фермента нуклеазы микроскопического гриба Penicillium citrinum нуклеиновые кислоты, в промышленном масштабе получают 5´-нуклеотиды (содержащие главным образом инозин и гуанин), которые находят применение как усилители вкуса.

Красители. Основные потребности в этих соединениях удовлетворяются за счет природных источников и продуктов химического синтеза, но два из них традиционно получают методами биотехнологии. В качестве красителей и усилителей цвета используются некоторые витамины, такие как В2(рибофлавин), β-каротин, окрашивающие пищевые продукты в оранжево-желтые цвета. b-каротин применяют при изготовлении колбас с целью замены нитрита натрия, кондитерских изделий, сливочного масла, макаронных изделий.

Некоторые аминокислоты при температуре 100-120 °С и сильнощелочной реакции взаимодействуют с сахарами с образованием красителей.

Загустители. Ксантан был первым микробным полисахаридом, который начали производить в промышленном масштабе (1967 г.). Синтезируется микроорганизмами Xanthomonas campestris при выращивании на глюкозе, сахарозе, крахмале, кукурузной декстрозе, барде, творожной сыворотке. Это вещество обладает высокой вязкостью в широком диапазоне рН, не зависящей от температуры и присутствия солей. Ксантаны безопасны для человека, вследствие чего с 1969 г. используются в пищевой промышленности для производства консервированных и замороженных пищевых продуктов, приправ, соусов, продуктов быстрого приготовления, заправок, кремов и фруктовых напитков.

Широко используется в кондитерской промышленности и при производстве мороженого в качестве стабилизатора полисахарид декстран (α-D-глюкан) из Leuconostoc mesenteroides, выращиваемого на сахарозе.

Читайте также: