Mikroorganismen werden in der Lebensmittelindustrie weit verbreitet, der Haushalt, der mikrobiologischen Industrie zum Erhalten von Aminosäuren, Enzymen, organischen Säuren, Vitaminen usw. der klassischen mikrobiologischen Produktion gehört zu Winzerfahren, Brauen, Kochen von Brot, Milchsäureprodukten und Lebensmittelessig. Zum Beispiel sind Winzerfahren, Brüh- und Hefe-Teigproduktion ohne die Verwendung von Hefe unmöglich, ohne in der Natur weit verbreitet zu sein.
Die Geschichte der industriellen Produktion von Hefe begann in Holland, in der 1870 die erste Fabrik gegründet wurde, die Hefe produzierte. Die Hauptart der Produkte wurde mit einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 70% extrudiert, was nur wenige Wochen gelagert werden konnte. Die langfristige Lagerung war unmöglich, da die Zellen der gepressten Hefe lebendig blieben, ihre Aktivität beibehalten, die zu ihrer Autolyse und dem Tod führte. Eine der Arten der industriellen Canening-Hefee war trocknend. Bei trockener Hefe bei niedriger Luftfeuchtung befindet sich die Hefezelle in einem anabiotischen Zustand und kann lange Zeit gespart werden. Die erste trockene Hefe erschien 1945. Im Jahr 1972 erschien die zweite Generation von trockener Hefe, die sogenannte Instant Hefe. Mitte der 1990er Jahre erschien die dritte Generation von Trockenhefe: Bäckereihefe Saccharomyces cerevisiae, die die Vorteile der vorliegenden Hefe mit einem hochkonzentrierten Komplex von spezialisierten Bäckereisenzymen in einem Produkt kombiniert. Diese Hefe ermöglichen nicht nur, die Qualität des Brotes zu verbessern, sondern auch dem Prozess der Beschichtung aktiv zu widerstehen.
Bäckereihefe. Saccharomyces cerevisiae.in der Herstellung von Ethylalkohol verwendet.
Die Weinhersteller verwendet viele verschiedene Risse von Hefe, um eine einzigartige Weinmarke mit nur seiner inhärenten Eigenschaften zu erhalten.
Babe Bakterien nehmen an der Herstellung von Lebensmittelprodukten wie Sauerkohl, eingelegten Gurken, eingelegten Oliven und vielen anderen marinierten Produkten teil.
Lokale Bakterien transformieren Zucker in eine Milchsäure, die Lebensmittel aus putrefactive Bakterien schützt.
Mit Hilfe von Milchsäurebakterien wird eine große Auswahl an Milchsäure-Produkten, Hüttenkäse, Käse, hergestellt.
Viele Mikroorganismen spielen jedoch eine negative Rolle im menschlichen Leben, sind ursächliche Bevollmächtigte menschlicher Krankheiten, Tiere und Pflanzen; Sie können Lebensmittelprodukte, die Zerstörung verschiedener Materialien usw. verursachen können.
Antibiotika - Penicillin, Streptomycin, Grammikidin und andere, die Produkte des Metabolismus von Pilzen, Bakterien und Actinomycetes sind, wurden mit solchen Mikroorganismen eröffnet.
Mikroorganismen geben eine Person die notwendigen Enzyme. Also wird Amylase in Lebensmitteln, Textilien, Papierindustrieunternehmen verwendet. Proteasa verursacht die Zersetzung von Proteinen in verschiedenen Materialien. Im Osten wurde die Pilzprotease vor mehreren Jahrhunderten verwendet, um Sojasauce vorzubereiten. Es wird derzeit bei der Herstellung von Reinigungsmitteln eingesetzt. Bei der Konservierung von Fruchtsäften wird ein solches Enzym als Pektinase verwendet.
Mikroorganismen werden zur Reinigung von Abwasser, Lebensmittelverarbeitung der Lebensmittelindustrie verwendet. In der anaeroben Zersetzung der organischen Substanz wird Biogas gebildet.
In den letzten Jahren ist eine neue Produktion aufgetreten. Carotinoide und Steroide werden aus Pilzen erhalten.
Bakterien synthetisieren viele Aminosäuren, Nukleotide und andere Reagenzien für biochemische Studien.
Die Mikrobiologie ist eine schnell entwickelnde Wissenschaft, die weitgehend mit der Entwicklung von Physik, Chemie, Biochemie, Molekularbiologie usw. verbunden ist.
Für das erfolgreiche Studium der Mikrobiologie erfordert Kenntnisse der aufgeführten Wissenschaften.
Im vorliegenden Kurs wird die Mikrobiologie der Lebensmittelprodukte hauptsächlich berücksichtigt. Eine Vielzahl von Mikroorganismen lebt auf der Körperoberfläche, im Darm von Mensch und Tieren, an Pflanzen, auf Lebensmittelprodukten und an allen Fächern um uns herum. Mikroorganismen verbrauchen das unterschiedlichste Lebensmittel, extrem leicht an sich ändernde Lebensbedingungen anzupassen: Wärme, Kälte, Laptop von Feuchtigkeit usw. Sie sind sehr schnell multipliziert. Ohne Kenntnis der Mikrobiologie ist es unmöglich, Biotechnologieprozesse kompetent und effektiv zu verwalten, in allen Phasen seiner Produktion hochwertige Nahrungsmittel aufrechtzuerhalten und den Lebensmittelverbrauch zu verhindern, der Lebensmittel- und Vergiftungssporde enthält.
Es sollte betont werden, dass mikrobiologische Untersuchungen von Lebensmittelprodukten, nicht nur aus der Sicht der technologischen Merkmale, sondern auch nicht weniger wichtig, in Bezug auf ihre sanitäre und mikrobiologische Sicherheit das komplexeste Objekt der sanitären Mikrobiologie ist. Dies wird nicht nur durch die Vielfalt und Fülle von Mikroflora in Lebensmitteln erläutert, sondern auch mit Mikroorganismen bei der Herstellung vieler von ihnen.
In dieser Hinsicht sollten mit der mikrobiologischen Analyse der Qualität und Sicherheit von Lebensmitteln zwei Gruppen von Mikroorganismen unterschieden werden:
- spezifische Mikroflora;
- nichtspezifische Mikroflora.
Spezifisch - Dies sind kulturelle Rennen von Mikroorganismen, die zur Erstellung eines Produkts verwendet werden und in seiner Produktionstechnologie eine obligatorische Verbindung sind.
Eine solche Mikroflora wird in der Technologie zur Erlangung von Wein, Bier, Brot, allen Milchprodukten eingesetzt.
Nichtspezifisch. - Dies sind Mikroorganismen, die aus der Umwelt in Lebensmittel fallen, um sie zu verschmutzen. Unter dieser Gruppe von Mikroorganismen zeichnen sich durch Saprophyte, pathogene und bedingte pathogene Weise sowie Mikroorganismen, die Produkte verursachen.
Der Verunreinigungsgrad hängt von der Reihe von Faktoren ab, zu denen die Richtigkeit des Werkstücks von Rohstoffen, deren Lagerung und Verarbeitung sowie die Beachtung der technologischen und sanitären Modi der Produktion von Produkten, deren Lagerung und Transport berücksichtigt werden.
Die Prozesse, die mit der Beteiligung von Bakterien, Hefe und Mold-Pilzen, einer Person, die eine Person auftrat, nutzte Hunderte von Jahren, um Lebensmittel und Getränke, Verarbeitung von Textilien und Haut zu erhalten, aber die Teilnahme an diesen Prozessen von Mikroorganismen wurde jedoch nur in der Mitte des 19. Jahrhunderts eindeutig gezeigt .
Im 20. Jahrhundert Die Industrie nutzte die gesamte Vielfalt der wundervollen biosynthetischen Fähigkeiten von Mikroorganismen, und jetzt nimmt die Gärung einen zentralen Ort in der Biotechnologie ein. Damit wird eine Vielzahl von hochreinen Chemikalien und Medikamenten erhalten, Bier, Wein, fermentierte Lebensmittel hergestellt. In allen Fällen ist der Fermentationsprozess in sechs Hauptstufen unterteilt.
Ein Medium erstellen.
Zunächst ist es notwendig, das geeignete Kulturmedium zu wählen. Mikroorganismen für ihre Höhe benötigen organische Kohlenstoffquellen, eine geeignete Stickstoffquelle und verschiedene Mineralstoffe. Bei der Herstellung von alkoholischen Getränken in der Umgebung muss es eine begründete Gerste, Obst- oder Beeren-Quetschen geben. Zum Beispiel wird Bier normalerweise aus Malzkraut und Wein - aus Traubensaft hergestellt. Neben Wasser und vielleicht sind einige Additive diese Extrakte und bilden eine unhöfliche Umgebung.
Das Medium, um Chemikalien und Medikamente zu erhalten, ist viel komplizierter. Am häufigsten werden Zucker und andere Kohlenhydrate als Kohlenstoffquelle verwendet, sondern oft Öle und Fette sowie manchmal Kohlenwasserstoffe. Die Quelle von Stickstoff wird in der Regel serviert, serviert Ammoniak- und Ammoniumsalze sowie verschiedene Produkte von Pflanzen oder tierischen Ursprungs: Soja-Mehl, Sojabohnen, Mehl aus Baumwollsamen, Mehl aus Erdnüssen, Nebenprodukten der Produktion von Maisstärke, Abfall von Erschultel, Fischmehl, Hefeextrakt. Die Herstellung und Optimierung des Wachstumsmediums ist ein sehr komplexer Prozess und die Rezepte der industriellen Umgebungen - eifersüchtig geschütztes Geheimnis.
Sterilisation.
Mittwoch muss sterilisiert werden, um alle verschmutzenden Mikroorganismen zu zerstören. Der Fermenter selbst und das Zubehör sind ebenfalls sterilisiert. Es gibt zwei Sterilisationsmethoden: Direkteinspritzung von überhitzten Dampf und Erhitzen mit einem Wärmetauscher. Der gewünschte Sterilitätsgrad hängt von der Art des Fermentationsprozesses ab. Es muss maximal bei der Herstellung von Medikamenten und Chemikalien sein. Die Anforderungen an die Sterilität bei der Herstellung von alkoholischen Getränken sind weniger streng. Diese Fermentationsprozesse sprechen als "geschützt", da die im Medium erzeugten Bedingungen so sind, dass nur bestimmte Mikroorganismen in ihnen wachsen können. Zum Beispiel wird das Wachstumsmedium in der Herstellung von Bier einfach gekocht und nicht sterilisiert; Der Fermenter ist auch sauber, aber nicht steril.
Eine Kultur erhalten.
Vor dem Beginn des Fermentationsprozesses ist es notwendig, eine reine hohe produktive Kultur zu erhalten. Reine Kulturen von Mikroorganismen werden in sehr geringen Volumina gelagert und unter Bedingungen, die ihre Lebensfähigkeit und Produktivität gewährleisten; Dies wird in der Regel durch Lagerung bei niedrigen Temperaturen erreicht. Der Fermenter kann mehrere hunderttausend Liter des Kulturmediums aufnehmen, und der Prozess beginnt, ein Kultur (Inokulum) in sie einzuführen, das 1-10% des Volumens beträgt, in dem die Gärung gehen wird. Somit sollte die anfängliche Kultur allmählich (mit Platzierung) vor dem Erreichen des Niveau der mikrobiellen Biomasse erheben, ausreichend, um den mikrobiologischen Prozess mit der erforderlichen Produktivität auszuschließen.
Es ist absolut notwendig, die Reinheit der Kultur all dieser Zeit aufrechtzuerhalten, ohne seine Infektion mit Außenstehenden ausländischen Mikroorganismen zu ermöglichen. Die Erhaltung der aseptischen Bedingungen ist nur mit einer gründlichen mikrobiologischen und chemischen und technologischen Steuerung möglich.
Wachstum des industriellen Fermenters (Bioreaktor).
Industrielle Mikroorganismen sollten im Fermenter mit optimalen Bedingungen für die Bildung des gewünschten Produkts wachsen. Diese Bedingungen werden streng überwacht, nach dem Wachstum der Mikroorganismen und der Produktsynthese. Das Design des Fermenters sollte die Regulierung der Wachstumsbedingungen ermöglichen - eine konstante Temperatur, pH-Wert (Säure oder Alkalität) und die im Sauerstoffmedium gelöste Sauerstoffkonzentration.
Ein gewöhnlicher Fermenter ist ein geschlossenes zylindrisches Reservoir, in dem das Medium und der Mikroorganismen mechanisch gemischt werden. Die Luft wird durch das Medium gepumpt, manchmal mit Sauerstoff gesättigt. Die Temperatur ist durch Wasser oder Dampf einstellbar, das durch Wärmetauscher-Röhrchen übertragen wird. Ein solcher Fermenter mit Rühren wird in Fällen verwendet, in denen der enzymatische Prozess viel Sauerstoff erfordert. Einige Produkte, im Gegenteil, sind in sauerstofffreien Bedingungen ausgebildet, und in diesen Fällen verwendeten Fermenter eines anderen Designs. Also wird Bier bei sehr geringen Konzentrationen an gelöstem Sauerstoff gekocht, und der Inhalt des Bioreaktors ist nicht abzielt und nicht gemischt. Einige Brüder verwenden traditionell immer noch offene Behälter, aber in den meisten Fällen befindet sich in den meisten Fällen der Prozess in geschlossenen nicht-aeronialen zylindrischen Tanks, der sich nach unten verjüngt, was zur Sedimentation von Hefe beiträgt, was zur Sedimentation von Hefe beiträgt.
Die Grundlage für das Erhalten von Essig ist die Oxidation von Alkohol zu Essigsäure durch Bakterien Acetobacter.. Der Fermentationsprozess tritt in Containern auf, die als Acetatoren genannt wird, mit intensiver Belüftung. Luft und Medium werden von einem rotierenden Rührer angesaugt und kommen an den Wänden des Fermenters.
Auswahl und Reinigung von Produkten.
Nach Beendigung der Fermentation in der Brühe gibt es Mikroorganismen, ungenutzte Nährstoffkomponenten des Mediums, verschiedene Produktivität von Mikroorganismen und des Produkts, das sie in industrieller Skala erhalten wollten. Daher wird dieses Produkt von anderen Komponenten der Brühe gereinigt. Beim Erhalten von alkoholischen Getränken (Wein und Bier) reicht es aus, die Hefe einfach mit Filtration zu trennen und das Filtrat in den Zustand zu bringen. Einzelne Chemikalien, die durch Fermentation erhalten werden, werden jedoch aus einer komplexen Brühe extrahiert. Obwohl industrielle Mikroorganismen in ihren genetischen Eigenschaften speziell ausgewählt sind, so dass die Ausbeute des gewünschten Produkts ihres Metabolismus maximal (im biologischen Sinne) war (im biologischen Sinne), ist die Konzentration davon im Vergleich zu dem in der Herstellung von Chemikalie erreicht Synthese. Daher ist es notwendig, auf komplexe Entlastungsmethoden zurückzugreifen - die Extraktion von Lösungsmittel, Chromatographie und Ultrafiltration.
Recycling und Beseitigung von Fermentationsabfällen.
Für industrielle mikrobiologische Prozesse wird der Abfall gebildet: Brühe (Flüssigkeit nach der Extraktion des Produktionsprodukts); Zellen verwendeten Mikroorganismen; Schmutziges Wasser, das mit der Installation gewaschen wurde; Wasser zum Kühlen verwendet; Wasser, das organische Lösungsmittel, Säuren und Alkalien in Spurenmengen enthält. Flüssiger Abfälle enthalten viele organische Verbindungen; Wenn sie sie in die Flüsse fallen, werden sie das intensive Wachstum der natürlichen mikrobiellen Flora anregen, das zum Essen von Flusswasser mit Sauerstoff führt und anaerobe Bedingungen schafft. Daher wird Abfälle vor dem Entfernen einer biologischen Verarbeitung unterzogen, um den Gehalt an organischem Kohlenstoff zu reduzieren.
Industrielle mikrobiologische Prozesse
Industrielle mikrobiologische Prozesse können in 5 Hauptgruppen unterteilt werden: 1) Die Kultivierung der mikrobiellen Biomasse; 2) Erhalten der Produkte des Metabolismus von Mikroorganismen; 3) Erhalten von mikrobiellen Ursprungsenzymen; 4) Rekombinante Produkte erhalten; 5) Biotransformation von Substanzen.
Mikrobielle Biomasse.
Mikrowellenzellen selbst können als Endprodukt des Produktionsprozesses dienen. In der industriellen Maßstab werden zwei Haupttypen von Mikroorganismen erhalten: die für den Brotmacher benötigte Hefe, und Einzelzellen-Mikroorganismen, die als Quelle von Proteinen verwendet werden, die dem Lebensmittel der Person und Tiere zugesetzt werden können. Bäckereihefe wurde von Anfang des 20. Jahrhunderts in großen Mengen angebaut. und als Lebensmittelprodukt in Deutschland während des Ersten Weltkrieges verwendet.
Die Technologie der Produktion von mikrobiellen Biomasse als Quelle von Lebensmittelproteinen wurde jedoch erst in den frühen 1960er Jahren entwickelt. Eine Reihe von europäischen Unternehmen zeigte auf die Möglichkeit, Mikroben auf einem solchen Substrat als Kohlenwasserstoffe aufzubauen, als Kohlenwasserstoffe, um das sogenannte zu erhalten. Protein von einzelzelligen Organismen (Boo). Der technologische Triumph bestand darin, ein Produkt zu erhalten, das dem Futter eines Rinders hinzugefügt wurde, und bestehend aus getrockneten mikrobiellen Biomasse, die auf Methanol wuchs. Der Prozess war in einem kontinuierlichen Modus im Fermenter mit einem Arbeitsvolumen von 1,5 Millionen Litern. Aufgrund der Erhöhung der Ölpreise und deren Verarbeitungsprodukte ist dieses Projekt jedoch wirtschaftlich unrentabel geworden, wodurch die Herstellung von Soja- und Fischmehl aufgibt. Bis zum Ende der 80er Jahre wurden die Anlagen zum Erhalt von Boo demontiert, was dem stürmischen, aber kurzen Entwicklungszeitraum dieser mikrobiologischen Industrie ein Ende setzte. Ein anderer Prozess erwies sich als vielversprechender - erhielt ein Pilz-Biomasse und ein Pilzprotein-Mykoprotein mit Kohlenhydraten als Substrat.
Metabolismus-Produkte.
Nach der Herstellung einer Kultur im Nährmedium gibt es eine Verzögerungsphase, wenn das sichtbare Wachstum von Mikroorganismen nicht auftritt; Diese Periode kann als Anpassungszeit betrachtet werden. Dann nimmt die Wachstumsrate allmählich zu, wodurch das dauerhafte Maximum für diese Wertbedingungen erreicht wird; Eine solche Zeit des maximalen Wachstums wird als exponentielle oder logarithmische Phase bezeichnet. Allmählich verlangsamt das Wachstum ab, und das sogenannte kommt. Stationäre Phase. Als nächstes wird die Anzahl der realisierbaren Zellen reduziert, und das Wachstum stoppt.
Nach den oben beschriebenen Kinetik können Sie die Bildung von Metaboliten in verschiedenen Stufen verfolgen. Produkte sind in der logarithmischen Phase ausgebildet, lebenswichtig für Mikroorganismen: Aminosäuren, Nukleotide, Proteine, Nukleinsäuren, Kohlenhydrate usw. Sie werden primäre Metaboliten genannt.
Viele primäre Metaboliten sind erheblicher Wert. So ist Glutaminsäure (genauer, sein Natriumsalz) Teil von vielen Lebensmittelprodukten. Lizin wird als Nahrungsergänzungsmittel verwendet; Phenylalanin ist der Vorgänger des Zuckerersatzers Aspartam. Primärmetaboliten werden von natürlichen Mikroorganismen in den erforderlichen Mengen synthetisiert, nur um ihre Bedürfnisse zu erfüllen. Daher besteht die Aufgabe der industriellen Mikrobiologen darin, mutierte Formen von Mikroorganismen - Superprodukte geeigneter Substanzen zu schaffen. In diesem Bereich wurden erhebliche Erfolge erreicht: Zum Beispiel wurden Mikroorganismen erhalten, die Aminosäuren bis zu einer Konzentration von 100 g / l (zum Vergleich, Wildtyp-Organismen synthetisieren, die Aminosäuren in den von Milligramm berechneten Mengen ansammeln).
In der Phase der Wachstumsabblendung und in der stationären Phase synthetische Mikroorganismen synthetisieren Substanzen, die nicht in der logarithmischen Phase gebildet werden und nicht eine explizite Rolle im Stoffwechsel spielen. Diese Substanzen nennen sekundäre Metaboliten. Sie werden nicht von allen Mikroorganismen synthetisiert, sondern meistens Nichtigenbakterien, Pilze und sporenbildende Bakterien. Somit gehören die Hersteller von primären und sekundären Metaboliten zu verschiedenen taxonomischen Gruppen. Wenn die Frage nach der physiologischen Rolle von sekundären Metaboliten in produzierten Zellen das Thema schwerwiegender Diskussionen war, ist der industrielle Empfang von unschlüssigem Interesse, da diese Metaboliten biologisch aktive Substanzen sind: Einige von ihnen haben antimikrobielle Aktivität, andere sind spezifische Enzyminhibitoren, Dritte - Wachstumsfaktoren Viele haben pharmakologische Tätigkeit. Erhalten dieser Art von Substanzen, die als Grundlage für die Schaffung einer Vielzahl von Sektoren der mikrobiologischen Industrie serviert wurden. Der erste in dieser Reihe war die Herstellung von Penicillin; Die mikrobiologische Methode zum Erhalten von Penicillin wurde in den 1940er Jahren entwickelt und legte die Grundlage der modernen industriellen Biotechnologie.
Die pharmazeutische Industrie hat mit der Fähigkeit, wertvolle sekundäre Metaboliten (Masseninspektion) von Mikroorganismen (Masseninspektion) von Mikroorganismen (Masseninspektion) von Mikroorganismen) entwickelt. Zunächst war der Zweck des Screenings, neue Antibiotika zu erhalten, aber bald wurde festgestellt, dass Mikroorganismen synthetisiert werden, und andere pharmakologisch aktive Substanzen. In den achtziger Jahren wurde die Herstellung von vier sehr wichtigen Sekundärmetaboliten eingerichtet. Dies waren: Cyclosporin - ein Immunsuppresant, das als Mittel verwendet wird, der die Ablehnung von implantierten Organen verhindert; IMIPENEM (eine der Modifikationen des Carbapenems) ist eine Substanz mit der breiten Palette antimikrobieller Wirkung von allen bekannten Antibiotika; Lovastatin ist ein Medikament, das Blutcholesterin reduziert; Ivermectin ist ein anthelmintisches Mittel, das in der Medizin zur Behandlung von Online-Sektor oder "Flussblindheit" sowie in der Veterinärmedizin verwendet wird.
Enzyme mikrobiellen Ursprungs.
In einem industriellen Maßstab werden Enzyme aus Anlagen, Tieren und Mikroorganismen erhalten. Die Verwendung der letzteren hat den Vorteil, dass Enzyme in großen Mengen unter Verwendung von Standardfermentationstechniken ermöglicht. Um die Produktivität von Mikroorganismen zu erhöhen, ist außerdem unvergleichlich einfacher als Pflanzen oder Tiere, und die Verwendung der rekombinanten DNA-Technologie ermöglicht die Synthese von tierischen Enzymen in Mikroorganismenzellen. Die auf diese Weise erhaltenen Enzyme werden hauptsächlich in der Lebensmittelindustrie und in angrenzenden Bereichen eingesetzt. Die Synthese von Enzymen in Zellen wird genetisch kontrolliert, und daher wurden vorhandene industrielle Produktionsmikroorganismen infolge von zielgerichteten Änderungen in der Genetik von Wildtyp-Mikroorganismen erhalten.
Rekombinante Produkte.
Die Technologie rekombinanter DNA, ein besser bekannt als "Gentechnik", ermöglicht es, die Gene höherer Organismen im Genom von Bakterien aufzunehmen. Infolgedessen erwerben die Bakterien die Fähigkeit, "Alien" (rekombinante) Produkte - Verbindungen zu synthetisieren, die zunächst nur die höchsten Organismen synthetisieren könnten. Auf dieser Grundlage wurden an dieser Grundlage für die Herstellung von menschlichen oder tierischen Proteinen viele neue biotechnologische Prozesse erstellt, die zuvor unzugänglich oder mit mehr Gesundheitsrisiko verwendet werden. Der Begriff "Biotechnologie" selbst wurde in den 1970er Jahren aufgrund der Entwicklung von Methoden zur Herstellung von rekombinanten Produkten verteilt. Dieses Konzept ist jedoch viel breiter und umfasst jede industrielle Methode, die auf der Verwendung von lebenden Organismen und biologischen Prozessen basiert.
Das erste rekombinante Protein, das auf einem industriellen Maßstab erhalten wurde, war ein menschliches Wachstumshormon. Zur Behandlung von Hämophilie wird eines der Proteine \u200b\u200bdes Blutgerinnungssystems verwendet, nämlich Faktor VIII. Bevor die Methoden zur Erzielung dieses Proteins mit dem Gentechnik entwickelt wurden, wurde er aus menschlichen Blut isoliert; Die Verwendung eines solchen Medikaments war mit dem Risiko einer Infektion mit dem menschlichen Immundefizienzvirus (HIV) verbunden.
Langer Zeit wurde Diabetes erfolgreich mit Tierinsulin behandelt. Wissenschaftler glaubten jedoch, dass das rekombinante Produkt weniger immunologische Probleme schaffen würde, wenn er in der reinen Form gelingt, ohne Verunreinigungen anderer Peptide, die von der Bauchspeicheldrüse erzeugt werden. Darüber hinaus wurde erwartet, dass die Anzahl der Diabetes-Patienten aufgrund von Faktoren, wie Änderungen in der Natur der Ernährung, zunehmen würden, und die medizinische Versorgung für schwangere Frauen leiden (und dadurch erhöht, dass die Häufigkeit der genetischen Veranlagung an Diabetes erhöht wird) und schließlich erwartete Erhöhen Sie die Lebenserwartung von Patienten mit Diabetes. Das erste rekombinante Insulin ging 1982 zum Verkauf, und bis Ende der achtziger Jahre verdrängte er praktisch tierische Insulin.
Viele andere Proteine \u200b\u200bwerden in sehr geringen Mengen in der Körper einer Person synthetisiert, und der einzige Weg, um sie auf eine ausreichende Skala zu bringen, die für den Einsatz in der Klinik ausreicht, ist die Technologie von rekombinanter DNA. Diese Proteine \u200b\u200bumfassen Interferon und Erythropoietin. Erythropoietin regelt zusammen mit einem positiven Faktor von myeloidem Kolonie den Prozess des Bildens von Blutkörperchen beim Menschen. Erythropoietin wird verwendet, um Anämie mit dem Nierenversagen zu behandeln, und kann als Mittel verwendet werden, um das Blutplättchen während der Krebschemotherapie zu erhöhen.
Die breite Verteilung von Mikroorganismen weist auf ihre große Rolle in der Natur hin. Mit ihrer Beteiligung bestimmen sie die Zersetzung verschiedener organischer Substanzen in den Böden und Gewässern, sie bestimmen die CYPHANS von Substanzen und Energie in der Natur; Die Fruchtbarkeit des Bodens, der Bildung von Steinkohle, Öl, viele andere Mineralien hängt von ihren Aktivitäten ab. Mikroorganismen sind an den verwitterten Felsen und anderen natürlichen Prozessen beteiligt.
Viele Mikroorganismen werden in der industriellen und landwirtschaftlichen Produktion eingesetzt. So birgt der Brothersteller, die Herstellung von fermentierten Milchprodukten, Winzerieren, Erhalten von Vitaminen, Enzymen, Lebensmittel- und Futterproteinen, organischen Säuren und vielen in der Landwirtschaft, Industrie und Medizin verwendeten Substanzen auf den Aktivitäten einer Vielzahl von Mikroorganismen. Es ist besonders wichtig, Mikroorganismen in der Ernteproduktion und der Tierhaltung zu verwenden. Es hängt von der Anreicherung des Bodens durch Stickstoff, dem Kampf gegen Schädlinge mit mikrobiellen Zubereitungen, richtiger Vorbereitung und Lagerung von Futter, der Erzeugung von Futterprotein, Antibiotika und mikrobiellen Ursprungssubstanzen zur Fütterung von Tieren ab.
Mikroorganismen wirken sich positiv auf die Prozesse der Zerfall von Nicht-Sensingencies aus - Xenobiotika, künstlich synthetisiert, in Böden und Wasserkörper fallen und sie verschmutzen.
Neben nützlichen Mikroorganismen gibt es eine große Gruppe sogenannter Erreger oder pathogene Mikroorganismen, die eine Vielzahl von Erkrankungen von Nutztieren, Pflanzen, Insekten und Menschen verursachen. Infolge ihrer lebenswichtigen Tätigkeit entstehen Epidemien von ansteckenden Krankheiten von Mensch und Tieren, die die Entwicklung der Wirtschaft und der produktiven Kräfte der Gesellschaft beeinflussen.
Die jüngsten wissenschaftlichen Daten erweiterten nicht nur erheblich die Ideen über Bodenmikroorganismen und -prozesse, die von ihnen in der Umwelt verursacht wurden, aber auch neue Industrien in der Industrie und in der landwirtschaftlichen Produktion schaffen dürfen. Zum Beispiel werden Antibiotika, die von Bodenmikroorganismen hervorgehoben sind, geöffnet und die Möglichkeit, sie zur Behandlung von Menschen, Tieren und Pflanzen sowie bei der Lagerung von landwirtschaftlichen Produkten zu nutzen. Die Fähigkeit von Bodenmikroorganismen wurde als biologisch aktive Substanzen gefunden: Vitamine, Aminosäuren, Stimulanzien der Pflanzenwachstum - Wachstumsstoffe usw. Wir fanden Möglichkeiten, Protein-Mikroorganismen zum Füttern von Nutztieren zu verwenden. Mikrobielle Zubereitungen sind isoliert, was die Luftstickstoffzufuhr von Luft erhöht.
Die Entdeckung neuer Methoden zur Erlangung ersterblicherweise modifizierter Formen von vorteilhafter Mikroorganismen ermöglichte es, die Mikroorganismen in der landwirtschaftlichen und industriellen Produktion sowie in der Medizin zu bestimmen. Besonders vielversprechend die Entwicklung des Gens oder des genetischen Techniks. Seine Erfolge sorgten die Entwicklung der Biotechnologie, die Entstehung hochproduktiver Mikroorganismen, die Synthese von Proteinen, Enzymen, Vitaminen, Antibiotika, Wachstumssubstanzen und andere, die für die Tierhaltung und die Ernteproduktion notwendig sind.
Mit Mikroorganismen eilte die Menschheit immer, das Millennium weiß nicht einmal davon. Von der Zeit imkmal beobachtete die Menschen die Gärung des Teigs, sie produzierten alkoholische Getränke, die Milch wurde getrocknet, sie machten Käse, übertragene Käse, übertragen verschiedene Krankheiten, einschließlich der Epidemie. Beweise von letzteren in biblischen Büchern sind ein Hinweis auf die Patientenkrankheit (wahrscheinlich Pest) mit Empfehlungen, um Leichen zu verbrennen und Ziblüten zu machen.
Vor der Mitte des letzten Jahrhunderts stellte sich jedoch niemand sogar vor, dass verschiedene Arten von Fermentationsprozessen und -krankheiten eine Folge der Aktivität vernachlässigbarer Wesen haben können.
Von den mehr als 100 Tausend bekannten Mikroorganismen in der Branche gelten nur wenige hundert Arten, da die industrielle Belastung der strengen Anforderung der Reihe entsprechen muss:
1) wachsen auf billigen Substraten;
2) eine hohe Wachstumsrate haben oder in kurzer Zeit eine hohe Produktleistung ergeben;
3) Synthetische Aktivität in Richtung der gewünschten Pro-Dukta zeigen; Die Bildung von Nebenprodukten sollte gering sein;
4) stabil für Produktivität und Anforderungen an Kultivierungsbedingungen;
5) resistent gegen Phagen und andere Arten von Infektionen;
6) für den Menschen und die Umwelt harmlos sein;
7) thermopophile, acidophile (oder alcofile) -stämme sind wünschenswert, da sie leichter, die Sterilität in der Produktion aufrechtzuerhalten;
8) Anaerobe Stämme sind von Interesse, da Aerobic Schwierigkeiten in der Kultivierung schafft - ein Ziel erfordern;
9) Das produzierte Produkt muss den wirtschaftlichen Wert haben und leicht herausfallen.
In der Praxis werden in der Praxis von vier Gruppen von Mikroorganismen verwendet:
- Hefe;
- Mycelispilze (Form);
- Bakterien;
- Ascomycetes.
Der Begriff "Hefe" in einem strengen Sinne hat keinen taxonomischen Wert. Dies sind einzellige Eukaryoten, die mit drei Klassen zusammenhängen: Ascomycetes, Bassidiomycetes, Deuteromycetes.
In erster Linie werden Saccharomyces cerevisiae, dadurch, dass bestimmte Stämme zum Brühen, Winzer, Brot, Ethylalkohol verwendet werden, auf Ascchomycetes angewendet werden.
Sacchaomyces Lipolytica Asskomycetes verschlechtern Ölkohlenwasserstoffe und dienen zur Erzeugung von Proteinmasse.
Deuteromitzet Candida Utilis wird als Quelle von Eiweiß- und Vitaminen verwendet und auf Nicht-Schishingery-Rohstoffen angebaut: Sulfitflüssigkeiten, Holzhydrolysen und flüssige Kohlenwasserstoffe.
Trichosporon Cutaneum Deuteromycete oxidiert viele organische Verbindungen, einschließlich toxisch (zum Beispiel Phenol), und wird in der Verarbeitung von Abwasser verwendet.
Benutzer der Mycelial-Pilze:
- Bei der Erlangung von organischen Säuren: Zitrone (Aspergillus niger), Glukonova (Aspergillus niger), Itaconova (Aspergillus terreus), Furmar (Rhizopus chrysogenum);
- beim Erhalt von Antibiotika (Penicillin und Cephallosporin);
- bei der Herstellung von speziellen Käsesorten: Camumbert (Penicillium camamberti), Rockfor (Penicillium roqueforti);
- Außerdem verursachen Hydrolyse in festen Medien: in Reibstärke nach Erhalt von Sake, in Sojabohnen, wenn Sie ein Tempo erhalten, Miso.
Nützliche Bakterien gehören zu Eubacteriens.
Industrielle Anwendung für lange Zeit haben Milchsäurebakterien von Lactobacillus, Leuconostoc, Lactococcus.
Acetobater, Essigsäurebakterien, Gluconobacter umsetzen Ethanol in Essigsäure.
Bakterien Bacillus dient zur Herstellung schädlicher Giftstoffe für Insekten sowie für die Synthese von Antibiotika und Aminosäuren.
Bakterien Gattung Corynebacterium dient zur Herstellung von Aminosäuren.
Von Actinomycetes sind die Vertreter der Vertreter der Gattung Streptomyces und Mikromonospora, die als Antibiotika-Produzenten verwendet werden. Beim Wachstum auf festen Medien bilden Actinomycetes ein dünnes Myzel mit Luftgifs, das in die Ketten von Conidiospore differenziert wird.
Derzeit werden die folgenden Verbindungen unter Verwendung von Mikroorganismen synthetisiert:
- Alkaloide,
- Aminosäuren,
- Antibiotika,
- Antimetabolitis,
- Antioxidantien,
- Proteine,
- Vitamine,
- Herbizide,
- Inhibitoren von Enzymen,
- Insektizide,
- ionophore,
- Coenzyme,
- Lipide,
- Nukleinsäuren,
- Nukleotide und Nukleoside,
- Oxidatoren,
- organische Säuren,
- Pigmente,
- Tenside,
- Polysaccharide,
- Antikelagenten,
- Antitumormittel,
- Lösungsmittel,
- Wachstumshormone von Pflanzen,
- Zucker,
- Sterole und umgebaute Substanzen,
- Fahrzeugtransportfaktoren,
- pharmakologische Substanzen,
- Enzyme.
- Emulgatoren.
2 Herstellung von einzelligen Proteinen
Organismen
^
2.1 Die Machbarkeit der Verwendung von Mikroorganismen für
produktion von Protein.
In Übereinstimmung mit den Normen der Ernährung sollte eine Person täglich von 60 bis 120 g eines vollen Proteins erhalten.
Um die lebenswichtigen Funktionen des Körpers aufrechtzuerhalten, erfordert der Bau von Zellen und Geweben eine konstante Synthese verschiedener Proteinverbindungen. Wenn die Pflanzen und die meisten Mikroorganismen alle Aminosäuren aus Kohlendioxid, Wasser, Ammoniak- und Mineralsalzen synthetisieren können, können Mensch und Tiere einige Aminosäuren (Valin, Leucin, Isoleucin, Lysin, Methionin, Threonin, Tryptophan und Phenylalanin) nicht synthetisieren können. . Diese Aminosäuren sind unverzichtbar. Sie müssen mit Essen kommen. Ihr Nachteil verursacht schwere menschliche Erkrankungen und verringert die Produktivität der Nutztiere.
Derzeit beträgt das globale Defizit des Proteins etwa 15 Millionen Tonnen. Die vielversprechendste mikrobiologische Synthese. Wenn 2 Monate für Rinder erforderlich sind, um die Proteinmasse zu verdoppeln, für Schweine - 1,5 Monate, für Hühner - 1 Monat, dann für Bakterien und Hefe - von 1 bis 6 Stunden. Die weltweite Produktion von Lebensmittelproteinprodukten aufgrund der mikrobiellen Synthese beträgt mehr als 15 Tausend Tonnen pro Jahr.
Betrachten ein Beispiel: Die Verdopplungszeit des Darmstabes beträgt 20 Minuten, nach 20 Minuten werden zwei Tochtergesellschaften aus einer Zelle gebildet, nach 40 Minuten - vier "Grandthters", nach 60 Minuten - acht "Luniten", nach 80 Minuten - 16 "Rechte". Nach 10 Stunden, 40 Minuten von einem Bakterium, werden mehr als 6 Milliarden Bakterien gebildet, was der Population der Erde entspricht, und nach 44 Stunden Biomasse in der Menge von 6 10 24 g, was der Masse der Erde wird aus einem einzelnen Bakterium gebildet.
Die Verwendung verschiedener Mikroorganismen als Proteinquellen und Vitamine ist auf die folgenden Faktoren zurückzuführen:
A) die Möglichkeit der Verwendung zum Kultivieren von Mikroorganismen verschiedener chemischer Verbindungen, einschließlich Abfallentsorgung;
B) eine relativ einfache Technologie für die Herstellung von Mikroorganismen, die das ganze Jahr über erbringen können; die Möglichkeit seiner Automatisierung;
C) Hoher Proteingehalt (bis zu 60 ... 70%) und Vitamine sowie Kohlenhydrate, Lipide in mikrobiellen Zubereitungen;
D) ein erhöhter Gehalt an wesentlichen Aminosäuren im Vergleich zu pflanzlichen Proteinen;
E) die Möglichkeit des gerichteten genetischen Einflusses auf die chemische Zusammensetzung von Mikroorganismen, um den Protein- und Vitaminwert des Produkts zu verbessern.
Für die industrielle Produktion von Lebensmittelprodukten, die auf Mikroorganismen basieren, sind sorgfältige medizinische und biologische Forschung erforderlich. Solche Produkte müssen eine umfassende Prüfung auf die Erkennung krebserregender, mutagener, embryotischer Wirkung auf den menschlichen und tierischen Organismus sein. Toxikologische Studien, Verdaulichkeit der mikrobiellen Syntheseprodukte sind die Hauptkriterien für die Zweckmäßigkeit ihrer Produktionstechnologie.
Für Proteine, Hefe, Bakterien, Algen und Mycel-Pilze werden verwendet.
Der Vorteil der Hefe an andere Mikroorganismen ist ihre Herstellbarkeit: Widerstandsfähigkeit gegen Infektionen, Leichtigkeit der Trennung vom Medium aufgrund der großen Zellgröße. Sie können bis zu 60% des Proteins reich an Lysin, Threonin, Valin und Leucin (wenige dieser Aminosäuren in Kräuterfutter) ansammeln. Die Massenfraktion an Nukleinsäuren beträgt bis zu 10%, was dem Körper schädlich ist. Infolge ihrer Hydrolyse werden viele Purinbasen gebildet, dann in Harnsäure und seine Salze, die Urolithiasis, Osteochondrose und andere Krankheiten verursachen. Die optimale Norm der Additive der Hefe-Masse in der Nahrungsmittel-Tierzufuhr beträgt 5 bis 10% Trockensubstanzen. Hefen werden für Lebensmittel- und Futterzwecke verwendet.
Die Vorteile von Bakterien sind die hohe Wachstumsrate und die Fähigkeit, bis zu 80% Protein zu synthetisieren. Das resultierende Protein enthält viele Defizit-Aminosäuren: Methionin und Cystein. Die Nachteile sind kleine Zellengrößen und ihre geringe Konzentration im Kulturmedium, was dem Selektionsprozess schwierig macht. Einige bakterielle Lipide können Giftstoffe enthalten. Massenfraktion von Nukleinsäuren bis 16%. Wird nur für Futterzwecke verwendet.
Die Vorteile von Algen sind der hohe Gehalt an einem vollwertigen, der über die Aminosäurerzusammensetzung eines Proteins, das in einer Menge von 65% ansammelt, eine geringe Auswahl von Algen aus dem Kulturmedium, einem geringen Gehalt an Nukleinsäuren - 4% (für Vergleich - an höheren Anlagen 1 ... 2%). Algen werden für Lebensmittel- und Futterzwecke verwendet.
Mycelispilze werden traditionell als Lebensmittelprodukt in den afrikanischen Ländern, in Indien, Indonesien, China usw. verwendet, usw. sammeln sich bis zu 50% iger Protein, je nach der Aminosäurezusammensetzung des tierischen Ursprungs, reich an Vitaminen der Gruppe B. Zellwände sind dünn und problemlos im Gastrointestinaltrakt von Tieren verdaut. Die Massenfraktion an Nukleinsäuren beträgt 2,5%.
Seit 1985 wird das mikrobielle Protein in der Lebensmittelindustrie zur Herstellung verschiedener Produkte und Halbzeuge eingesetzt.
Die Herstellung von Lebensmittelprodukten diskutiert drei Hauptformen der Verwendung von mikrobialem Protein:
1) feste Masse (ohne Zerstörung von Zellwänden);
2) teilweise gereinigte Biomasse (die Zerstörung von Zellwänden und Entfernung unerwünschter Komponenten);
3) Proteine \u200b\u200b(Isolate), isoliert aus Biomasse.
Die (Weltgesundheitsorganisation) kam zu dem Schluss, dass das Protein von Mikroorganismen in Lebensmittelprodukten verwendet werden kann, aber die zulässige Anzahl von Nukleinsäuren, die zusammen mit dem Protein in der erwachsenen Ernährung eingeführt wurden, sollte 2 g pro Tag nicht überschreiten. Die Einführung von mikrobialem Protein verursacht keine negativen Folgen, sondern es gibt eine Manifestation allergischer Reaktionen, Magenerkrankungen usw.
