Технология получения ферментов из сырья животного происхождения

ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Вавилова»

кафедра биотехнологии

 

Задание по подготовке курсовой работы:

 

Студенту: Шатову А.А.                                                    Зав. кафедрой:______________

 

Тема работы: Технология получения ферментов            Руководитель_______________

 из сырья животного происхождения

 

Дача выдачи задания:                                                       Задание принял к исполнению

«21» октября 2010г.                                                            Студент____________________

 

Исходные данные к работе:

Перечень вопросов, подлежащих разработке:

1. Брожение, виды, значение. 2. Культивирование клеток и тканей  высших растений. 3.1 Гиперурикемические  лекарственные средства. 3.2 Техника получения кристаллов мочевой кислоты.  4. Технология получения ферментов из сырья животного происхождения. 5. Вопрос, задача.

Рекомендуемая литература:

1. - Шлегель Г. - Общая микробиология, М., 1987, 567 ст. 2. - Р.Г. Бутенко Биология клеток высших растений in vitro и биотехнологий на их основе. М., 1999 153 ст. 3. -  электронная энциклопедия википедия http://ru.wikipedia.org 4. -  Иванский В. И., Химия гетероциклических соединений, М., 1978, с. 432-34 5. -  ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ИНСТРУКЦИЯ ПО ПЕПСИНУ 24 ст. 6. -  А. Ленинджер Основы биохимии 1 том М., 1985, 369 ст. 7. – В.А. Блинов Общая биотехнология, часть 1, С., 2003, 163 ст.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение, задачи и цель.....................................................................4

2. 1.Брожение, виды, значение..............................................................5

3. 2.Культивирование клеток и тканей высших растений.................13

4. 3.1 Гиперурикемические лекарственные средства.........................26

5. 3.2Техника получения кристаллов мочевой кислоты....................28

6. 4 Технология получения ферментов из сырья животного происхождения.................................................................................................30

7. Вопросы и задачи...............................................................................35

8.Список источников литературы........................................................39

9. Приложение........................................................................................40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ, ЗАДАЧИ И ЦЕЛЬ

 

В данной курсовой работе будут рассмотрены несколько тем по биотехнологии. Биотехнология наука изучающая процессы нашей повседневной жизни. Брожение, очень интересный процесс о котором ранее не знали наши предки, но использовали его для производства хлеба, пива, вина и других продуктов которые до сих пор находятся на наших столах и в холодильниках. В настоящий период биотехнология проникла во множество сфер человеческой деятельности, изучение и культивирование растений, изготовление медицинских препаратов, антибиотиков, а так же использование микроорганизмов для получения тех или иных продуктов. Но в нашей стране её уделяется не достаточное внимание. Цель биотехнологии дать представления о современном состоянии и перспективах развития биотехнологии, имеющей в своей основе использование биологических объектов и биомолекул в промышленном производстве, сельском хозяйстве, здравоохранении и охране окружающей среды. Исходя из этой цели, вытекают следующие задачи:

- Изучить процессы брожения, их  сущность,  виды и значения.

- Понять процессы культивирования  клеток и тканей высших растений.

- Изучить болезнь гиперурикемию и средства борьбы с данным заболеванием.

- Изучить технику получения  кристаллов мочевой кислоты

- Изучить технологию получения  ферментов из источников сырья  животного происхождения

- Решить задачу и ответить  на поставленный вопрос.

 

 

 

1. БРОЖЕНИЕ, ВИДЫ, ЗНАЧЕНИЕ

Брожение – окислительно-восстановительный процесс, проходящий в анаэробных условиях и приводящий к образованию АТФ, в котором роль донора и акцептора атомов водорода (или соответствующих электронов) играют органические соединения. Образование молекул АТФ при брожении происходит путем субстратного фосфорилирования.

Чаще  всего в процессах брожения микроорганизмы используют углеводы. Существует несколько типов брожения, названия которых даются по конечному   продукту:   спиртовое,   пропионовокислое,   молочнокислое, ацетонобутиловое, маслянокислое и т.д.

Первый этап окисления углеводов в процессе брожения (рис. 1) включает гидролиз углеводов до простых сахаров и изомеризацию их до глюкозы.

На втором этапе глюкоза через ряд последовательных реакций окисляется в пировиноградную кислоту. Этот процесс называется гликолизом. Основными стадиями гликолиза являются присоединение фосфатных групп от молекулы АТФ и превращение во фруктозо-1,6-дифосфат. Далее фруктозо-1,6-дифосфат превращается в фосфоглицериновый альдегид, который через ряд последовательных реакций превращается в пировиноградную кислоту. При этом образуется свободная энергия, достаточная для образования 4 молекул АТФ. Но так как 2 АТФ затрачиваются на активацию глюкозы, то энергетическая ценность любого брожения – образование из одной молекулы глюкозы двух молекул АТФ (энергетическая ценность брожения). Следует отметить также, что при гликолизе восстанавливается дегидрогеназа (2 НАДН₂).[1]

 

 

 

 

 

2 АТФ	¯    глюкоза                           ¯
	Фруктозо-1,6-дифосфат
4 АТФ	¯                2 ФГА (фосфоглицериновый альдегид)                      ¯                  2 ПВК (пировиноградная  кислота)	2 НАДН2

Рис. 1 - Схема окисления углеводов в процессе брожения

Третий этап. Пировиноградная кислота при серии последовательных реакций претерпевает превращения, характер которых зависит от ферментативных особенностей того или иного возбудителя. Так, в клетках дрожжей имеются специфические ферменты – пируватдекарбоксилаза и алкогольдегидрогеназа, осуществляющие превращение ПВК в этиловый спирт.[1]

Спиртовое брожение – микробиологический процесс превращения углеводов в спирт и углекислый газ. Вызывается аскомицетовыми дрожжами рода Saccharomyces, некоторыми бактериями и отдельными представителями мукоровых грибов.

Суммарное уравнение реакции:

 

С₆ H₁₂ O₆  →    2 СНзCH₂ ОН +    2 СО₂ + Е

глюкоза           этиловый спирт

 

Как и любое брожение, это сложный  многоступенчатый процесс, который  протекает при участии комплекса  ферментов. Наряду со спиртом, могут  образовываться побочные продукты: глицерин, уксусный альдегид, уксусная, яблочная кислоты, сивушные масла (смесь высших кислот).

Основными возбудителями спиртового брожения являются дрожжи – сахаромицеты.

Это факультативно-анаэробные микроорганизмы. В аэробных условиях дрожжи получают энергию путем полного окисления  моно- и дисахаридов до углекислого  газа и воды, т.е. путем аэробного  дыхания. При этом интенсивно накапливается  биомасса  (эффект  Пастера).  Поэтому  производство хлебопекарных дрожжей  ведут в аэробных условиях. Ацидофилы. Мезофилы.

Естественным местообитанием дрожжей является поверхность плодов и ягод, сок и поверхность листьев, нектар, вода, почва, кожные покровы и пищеварительный тракт людей и животных.

Условия проведения спиртового брожения

1. Источники питания. В качестве источника углерода используют глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу. Крахмал дрожжи не сбраживают, так как амилолитические    ферменты    у    них    отсутствуют.    Поэтому крахмалсодержащее сырье подвергают осахариванию при участии амилаз различного происхождения. Концентрация сахара 10–15% наиболее благоприятна для большинства дрожжей. В качестве источника азота используются аммонийные соли органических кислот и аминокислоты.

 

2. Анаэробные условия.

3. Температура. По отношению к температуре сахаромицеты делятся на низовые и верховые дрожжи. Дрожжи верхового брожения вызывают бурное и быстрое брожение при температуре 20–28 °С. При этом они всплывают на поверхность под действием выделяющегося диоксида углерода. Низовые дрожжи осуществляют более спокойное брожение, которое ведут при 5–10 °С.

4. Концентрация этилового спирта. Этиловый спирт, накапливающийся в среде, оказывает неблагоприятное действие на дрожжи. Угнетающее действие спирт оказывает уже при концентрации в среде 2–5 % об., а при 12–15 % об. брожение прекращается.

5. Активная кислотность среды (рН). Спиртовое брожение протекает в кислой среде (рН 4–4,5). При подщелачивании среды до рН 8 дрожжи в качестве основного продукта брожения накапливают не спирт, а глицерин. Это так называемая глицериновая форма спиртового брожения:

 

2С₆Н₁₂0₆ → 2CН₂0HCHOHСН₂0Н+СНзСН₂0Н+СНзСООН+2С0₂ + Е

глюкоза               глицерин                этиловый      уксусная

                                                              спирт          кислота

Практическое  использование спиртового брожения

Спиртовое брожение лежит в основе производства этилового спирта, пива, вина, используется в хлебопечении. Совместно с молочнокислым брожением  оно используется при производстве кваса, кефира, кумыса. Основными потребителями  этилового спирта являются пищевая  и химическая промышленность, а также  медицина.[1]

Молочнокислое брожение – процесс превращения углеводов молочнокислыми бактериями в молочную кислоту.

Возбудители молочнокислого брожения подразделяются на 2 группы:

гомоферментативные и гетероферментативные, которые, в свою очередь, вызывают гомоферментативное и гетероферментативное молочнокислое брожение. В основу этого деления положены конечные продукты, образуемые при гомо- и гетероферментативном молочнокислом брожении.[1]

Гомоферментативное   молочнокислое   брожение   и   его возбудители.  При гомоферментативном  молочнокислом брожении образуется преимущественно молочная кислота.

 Химизм процесса:

 

С₆H₁₂О₆ → 2 СНзСНОНСООН + Е

 глюкоза        молочная кислота

 

К   гомоферментативным   молочнокислым   бактериям   относятся молочнокислые стрептококки: Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris, Streptococcus thermophilus, а также молочнокислые палочки: Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus ptantarum.

Гетероферментативное   молочнокислое   брожение   и   его возбудители. Конечными продуктами при этом брожении являются не только молочная кислота, но и побочные продукты: уксусная кислота, этиловый спирт, янтарная кислота, диоксид углерода, водород. Суммарное уравнение процесса имеет вид:

 

С₆H₁₂О₆ → СНзСНОНСООН + СООНСН₂СН₂СООН + СНзСООН +                  

       глюкоза      молочная кислота       янтарная кислота      уксусная  кислота           

+СНзСН₂ОН + C0₂­+Н₂­ +Е

             этиловый спирт

К гетероферментативным молочнокислым бактериям относятся бактерии рода Streptococcus: Streptococcus diacetilactis, Streptococcus acetoinicus; бактерии рода Lactobacillus: Lactobacillus brevis, Lactobacillus helveticus, а также бактерии рода Leuconostoc: Leuconostoc mesenteroides, Leuconostoc cremoris.[1]

 

Характеристика молочнокислых  бактерий

Все молочнокислые бактерии - грамположительные, факультативные анаэробы. Среди молочнокислых бактерий есть мезофилы (предпочитают температуру около 30 °С) и термофилы (Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus), оптимальной температурой для которых является температура около 40–50 °С.

Молочнокислые бактерии отличает высокая требовательность к питательной  среде: они нуждаются в полном наборе готовых аминокислот, в витаминах  группы В₁₂, в компонентах нуклеиновых кислот, что и определяет их распространение в природе.

Молочнокислые бактерии обитают в  основном на растениях, плодах, овощах, в желудочно-кишечном тракте, в молоке и молочных продуктах, а также в местах разложения растительных остатков.

В качестве источника углерода используют лактозу, мальтозу.

Оптимальное значение рН для развития молочнокислых бактерий около 4. Молочнокислые  бактерии образуют от 1 до 3,5 % молочной кислоты. [1]       

Практическое значение молочнокислого брожения

Оно находит широкое применение при изготовлении кисломолочных  продуктов, сливочного масла, маргарина, используется в хлебопечении, при квашении овощей, силосовании кормов и производстве молочной кислоты.

Многие мезофильные гетероферментативные молочнокислые бактерии и лейконосток являются вредителями в производстве спирта, пива, вина, безалкогольных напитков, сахара и др.[1]

Пропионовокислое брожение вызывается пропионовокислыми бактериями, относящимися к роду Propionibacterium.

Единственным источником энергии  для пропионовокислых бактерий является процесс сбраживания различных веществ: моносахаридов (гексоз, пентоз), молочной, яблочной кислот, глицерина и других в пропионовую и уксусную кислоту, диоксид углерода и воду.

Химизм пропионовокислого брожения:

 

ЗС₆H₁₂О₆ → 4СНзCH₂СООН + 2СНзСООН + 2CO₂ + 2H₂O +Е

 глюкоза           пропионовая           уксусная   

                          кислота                  кислота

 

Пропионовокислые бактерии  – небольшие,    неподвижные грамположительные палочки, не образующие спор, факультативные анаэробы. Обитают в основном в кишечном тракте жвачных животных и в молоке.

Практическое применение пропионовокислого брожения

Пропионовокислое брожение используется в сыроделии. Летучие кислоты (пропионовая и уксусная) придают сырам кисловато-острый вкус, а выделяющийся в виде пузырьков углекислый газ образует «глазки» в сыре.

У пропионовокислых бактерий обнаружена способность к активному синтезу витамина В₁₂, поэтому они используются в качестве продуцента в микробиологической промышленности для получения этого витамина.[1]