Surowce i materiały w biotechnologii [Monika Trząskowska]
1. biotechnologia to:
a. zastosowanie metod naukowych i inżynieryjnych do obróbki materiałów czynnikami biologicznymi w celu pozyskania dóbr i usług
b. integracja nauk przyrodniczych inżynieryjnych w celu zastosowania […]
c. dyscyplina nauk technicznych wykorzystująca procesy biologiczne na skalę przemysłową
2. surowce i materiały w biotechnologii
a. działalność przemysłu biotechnologicznego jest zróżnicowana
I. wydajność mierzy się w miligramach (np. produkcja enzymów)
II. wydajność mierzy się w tysiącach ton (np. produkcja kwasu cytrynowego)
b. dlatego zapotrzebowanie na surowce, kontrola ich jakości, przechowywanie i transport są różne
3. pożywki w biotechnologii
a. składniki pożywi muszą zapewnić podstawowe wymagania pokarmowe komórki w produkcji biomasy oraz metabolitów, aby wystarczały na potrzeby energetyczne biosyntezy i oddychanie komórki
b. wszystkie składniki pokarmowe muszą występować w środowisku jednocześnie i w formie przyswajalnej
4. rodzaje pożywek w biotechnologii
a. w namnażaniu drobnoustrojów, a także w syntezie określonych produktów przez drobnoustroje, kluczową rolę odgrywa skład pożywki
b. rodzaj pożywki determinuje wiele elementów eksploatacyjnych i technologicznych
5. podział pożywek w biotechnologii
a. stałe (pasty) lub ciekłe
b. organiczne (naturalne lub syntetyczne) i mineralne
c. pożywki ciekłe, ze względu na stan wzajemnego wymieszania składników, dzieli się na roztwory:
I. rzeczywiste
II. koloidalne
III. zawiesiny i emulsje
d. najczęściej stosowane pożywki płynne:
I. serwatka
II. melasa
III. n-alkany – węglowodory o długich łańcuchach
IV. mleko
V. wyciągi wodne z surowców naturalnych (brzeczka, wyciąg z mąki sojowej i kukurydzianej, bulion)
e. pożywki stałe
I. plewy
II. rozdrobnione ziemniaki lub odpady stałe przemysłu spożywczego
f. często, wymienione pożywki wymagają wzbogacenia w określone składniki, np. makroelementy
6. główne składniki pożywek
a. woda
b. odżywcze składniki podłoża
I. makroelementy (C,N,P,…)
II. mikroelementy (Cu, Co,…)
c. stymulatory wzrostu (witaminy, aminokwasy, zawiązki purynowe i pirymidynowe)
7. woda
a. wszystkie procesy zachodzące w organizmach żywych przebiegają w środowisku wodnym
b. woda występuje w komórkach w trzech postaciach
I. jako woda związana z cząsteczkami białka
II. jako rozpuszczalnik koloidów, protoplazmy]
III. jako woda kapilarna krążąca w wolnych przestrzeniach żywej materii
Ø wskaźnikiem dostępności wody kapilarnej jest parametr aktywności wody (aw)
Ø aktywność wody mierzy się stosunkiem prężności pary w danym roztworze do prężności pary czystej wody w tej samej temperaturze
§ aw = p/p0
§ p – prężność pary roztworu
§ p0 – prężność pary czystej wody
8. woda w biotechnologii
a. surowiec w produkcji np. w przemyśle winiarskim, piwowarskim, spirytusowym
b. surowiec pomocniczy np. mycie, ogrzewanie
c. woda musi spełniać określone wymagania, w zależności od jej zastosowania
d. wymagania stawiane wodzie stosowanej w przemyśle spożywczym do celów bezpośrednich musi spełniać normy dla wody do picia
e. rozporządzenia
I. Ministra Zdrowia z dnia 29 III 2007r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi
II. Ministra Zdrowia z dnia 20 IV 2010r. zmieniające rozporządzenie w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi
f. woda używana w różnych gałęziach przemysłu biotechnologicznego musi mieć określoną twardość
I. twardość wody powodują jony wapnia i magnezu
g. woda nie może zawierać
I. substancji toksycznych (np. metale ciężkie)
II. drobnoustrojów, które mogłyby zakazić myte przedmioty
9. zastosowanie wody w biotechnologii
a. o dużej twardości
I. do zalewania ziarna jęczmienia przy wyrobie słodu
II. w przemyśle spirytusowym, piwowarskim i winiarskim do przygotowywania drożdży
III. w przemyśle piekarskim polepsza właściwości fizyczne glutenu
b. o małej twardości
I. chłodzenie, mycie, zasilanie kotłów parowych
10. makroelementy
a. zapotrzebowanie na makroelementy i ich funkcje fizjologiczne
I. węgiel – składnik organiczny komórki, źródło energii
II. azot – składnik białek, kwasów nukleinowych i koenzymów
III. wodór – składnik organiczny komórki i wody
IV. tlen - składnik organiczny komórki i wody
V. siarka – składnik białek i niektórych koenzymów
b. źródła węgla
Ø sacharydowe
§ monosacharydy (np. glukoza)
§ disacharydy (np. sacharoza, laktoza, maltoza)
§ polisacharydy (np. Skrobia, inulina, celuloza)
Ø niesacharydowa
§ metanol
§ etanol
§ kwasy karboksylowe
§ węglowodory
§ substancje gazowa (np. CO, CO2 i H2)
I. glukoza
Ø jej stosowanie umożliwia otrzymanie bardzo czystego produktu z dużą wydajnością
Ø występuje w postaci proszku, pasty lub syropu
II. disacharydy
Ø sacharoza i laktoza są stosowane w postaci czystej lub w formie surowców zawierających te sacharydy np.
§ melasa (sacharoza)
§ serwatka (laktoza)
Ø sacharoza (glukoza + fruktoza)
§ melasa jest produktem ubocznym w produkcji cukru z buraków cukrowych lub trzciny cukrowej
§ jest to brązowy syrop o zawartości ok. 50% sacharozy
§ oprócz sacharozy melasa zawiera mono- i oligosacharydy, biotynę i tiaminę
§ często stosuje się dodatkową obróbkę melasy np. usuwa inhibitory, reguluje pH
Ø laktoza (glukoza +galaktoza)
§ otrzymuje się ją z serwatki
§ stosuje się w produkcji antybiotyków oraz proteaz zasadowych z Bacillus subtilis.
§ na skalę przemysłową stosuje się głównie w produkcji drożdży paszowych i częściowo w produkcji etanolu
§ serwatka jest stosowana w postaci:
i. płynnej lub suszonej, ze słodkiej lub kwaśnej serwatki
ii. serwatki odbiałczanej chemiczne lub termicznie
iii. filtratu
Ø maltoza (glukoza + glukoza)
§ cukier słodowy
§ jest obecna w słodzie, ekstrakcie słodowym i brzeczce piwnej
§ powstaje głównie po hydrolizie skrobi i glikogenu
III. polisacharydy
Ø skrobie
§ proszek lub jako składnik ziemniaków lub zbóż
§ surowiec stosowany głównie do produkcji etanolu, acetonu i butanolu
§ granulki skrobi nie są rozpuszczalne w wodzie
§ w gorącej wodzie pęcznieją, zaczynają żelować i tracą swoją postać (jędrność)
§ w temperaturze 120-130°C skrobia rozpuszcza się całkowicie
§ skrobia ogrzana do temperatury 180°C ulega częściowej hydrolizie, rozpada się na dekstryny i glukozę (dodatek kwasów nieorganicznych, alkaliów lub soli przyspiesza rozpad skrobi)
Ø celuloza
§ zbudowana jest z glukozy
§ występuje w ścianach komórek roślin jako substancja krystaliczna razem z hemicelulozą i ligniną
§ wiązania między celulozą ligniną są bardzo oporne na hydrolizę
§ znajduje się w odpadach przemysłowych (np. po produkcji papieru) i rolnych (słoma, łodygi, kolby kukurydzy, wytłoki trzciny cukrowej i inne pozostałości roślin)
§ do rozerwanie wiązań między celulozą a ligniną stosuje się intensywne działanie mechaniczne (rozdrabnianie) parę wodną, naświetlanie promieniami gamma, działanie ozonem, SO2, obróbkę alkaliczną lub kwaśną w wysokich temperaturach)
Ø otrzymane z wodorostów morskich
i. algininy
ii. karageniany
iii. agary
§ w biotechnologii stosowane do immobilizacji enzymów, drobnoustrojów i tkanek
§ agar jest używany do zestalania podłóż mikrobiologicznych i otrzymania agarozy
Ø niesacharydowe źródła węgla
§ metanol jest stosowany w
...
Elesmera