Transcript Predavanje 1

Prehrambeno-biotehnološki fakultet
Laboratorij za tehnologiju
vrenja i kvasca
Principi biotehnološke
proizvodnje hrane
Koordinator modula:
Doc. dr. sc. Damir Stanzer (1. kat, 132)
e-mail: [email protected]
NASTAVNICI Laboratorija za tehnologiju vrenja i
kvasca
Prof. dr. sc. Vesna Stehlik-Tomas (3. kat, 132)
Izv. prof. dr. sc. Jasna Mrvčić (3. kat, soba 132, 142)
[email protected]
Stela Križanović, dipl. ing (3. kat, 142)
[email protected]
Laboratorij za tehnologiju antibiotika, enzima,
probiotika i starter kultura
Prof. dr. sc. Jagoda Šušković (4. kat)
Nastavni plan
Nastavni plan
Nastavni plan - vježbe
1.
Proračun, priprema i sterilizacija hranjivih podloga
2.
Izolacija čiste kulture i uzgoj inokuluma za
mikrobni proces
3.
Anaerobni mikrobni proces – proizvodnja mliječne
kiseline
Termini ??? - dogovor na predavanju, Četvrtkom 8-13 h
Lokacija – veliki laboratorij, 3. kat
Preporučena literatura i potrebna predznanja
Preporučena literatura
• Predavanja i seminari u PowerPoint
• V. Marić (2000): Biotehnologija i sirovine
• V. Marić i Božidar Šantek (2008): Biokemijsko inženjerstvo
• S. Grba (2010): Kvasci u biotehnološkoj proizvodnji
Potrebna predznanja
• Opća mikrobiologija
• Biokemija
Vodič do položenog ispita !
??
?
27.01.2015.
DEFINICIJA BIOTEHNOLOGIJE
Karl Ereky (1917): “Svi načini proizvodnje u kojima se produkti
dobivaju iz sirovina uz dodatak živih organizama”
DEFINICIJA BIOTEHNOLOGIJE
• bios + tehnos + logos = život + vještina + znanje
• Biotehnologija je povezivanje prirodnih i
inženjerskih znanosti u cjelinu, što omogućuje
primjenu organizama, stanica, njihovih dijelova i
molekulskih analoga u proizvodnji i uslužnim
djelatnostima (EFB, Generalna skupština 1989. god)
• Pojednostavljeno rečeno, biotehnologija je
proizvodnja s primjenom bioloških katalizatora
Slika 1. Podjela biotehnoloških procesa s obzirom
na vrstu biokatalizatora (Marić, 2000)
Što je BIOPROCES ?
PROCESI PRIJE BIOREAKTORA
PROCESI NAKON BIOREAKTORA
Primjer: Dinamika alkoholne
fermentacije u šaržnom procesu
Slika 2. Opća shema mikrobnog procesa (Marić, 2000)
Osnovna terminologija
Bioproces – glavni dio biotehnološkog postupka u kojem se
sirovina s pomoću biokatalizatora kemijski transformira u proizvod
Biokemijski reaktor (fermentor) je posuda u kojoj se provodi
bioproces
Cjepivo (inokulum) – nacjepljivanje (inokulacija) – početna količina
mikroorganizma (biokatalizatora) potrebna za početak bioprocesa
Hranjiva podloga (medij), supstrat – suspenzija u vodi otopljenih
svih hranjivih sastojaka potrebnih za rast i biokemijsku aktivnost
radnog mikroorganizma
Komina - prefermentirana hranjiva podloga (sadrži željeni produkt)
Kako izgleda bioreaktor (fermentor) ?
Slika 3. Bioreaktor (ilustrator: D. Stanzer)
Slika 4. Mikrobna stanica = bioreaktor (ilustrator: D. Stanzer)
Podjela biotehnoloških procesa prema
biokemijskim reakcijama
• Jednostavne oksidacije
Glukoza + O2
Glukonska kiselina
• Složene oksidoredukcije
Glukoza
Piruvat
• Polimerizacija
Glukoza
• Biosinteza
Glukoza
Etanol
Dekstran
Mikrobna biomasa, enzimi,
vitamini, antibiotici i dr.
Slika 5. Tipovi biokemijskih reakcija u biotehnološkim
procesima (Marić, 2000)
Različite podjele biotehnoloških procesa:
 prema potrebi za kisikom:
 prema biokatalizatoru:
aerobni
mikrobna tehnologija
anaerobni
enzimska tehnologija
 prema mikroorganizmu:
kultura stanica
procesi pomoću kvasaca
procesi pomoću bakterija
procesi pomoću plijesni
 Prema načinu vođenja procesa:
šaržni
šaržni s pritokom supstrata
šaržni s pritokom supstrata i reciklacijom biomase
polukontinuirani
kontinuirani
RAZVOJ BIOTEHNOLOGIJE
•
Tradicionalna biotehnologija:
od davnina:
(r. prije Pasteura)
kruh, meso, vino, pivo, fermentirani
mliječni proizvodi, ocat , kvasac
1865-1940:
(Pasteurovo razdoblje)
organske kiseline, otapala,
otpadne vode
1940-1960:
(antibiotičko razdoblje)
pencilin i drugi antibiotici
1960-1975:
SCP (proteini jednostaničnih mikroorganizama)
(postantibiotičko razdoblje) bio-plin, gasohol, enzimi, aminokiseline, insekticidi
•
Nova biotehnologija:
1975- danas:
genetičko inženjerstvo (DNA), humani inzulin, hormon rasta,
interferon, transgenska rajčica, klonirana ovca…
Gospodarske grane i najznačajniji biotehnološki proizvodi (Marić, 2000)
Grane Biotehnologije:
 biopharma - crvena biotehnologija
primjena u medicini, novi lijekovi)
 agri-biotech - zelena biotehnologija
(primjena u poljoprivredi, GMO)
 industrial biotech - bijela biotehnologija
(biotehnološka proizvodnja kemikalija)
siva biotehnologija
(zaštita okoliša)
 environm. biotech - plava biotehnologija
(biotehnologija mora)
Tablica 2. Uloga biotehnologije u proizvodnji hrane
Biotehnološki proizvodi
•
Mikrobno promijenjena hranjiva podloga s mikrobnim stanicama
(mliječni i mesni proizvodi, pivo s kvascem, mlado vino, kiseli kupus)
•
Odmikrobljena, izbistrena mikrobno promijenjena hranjiva podloga
(pivo, vino, ocat)
•
Mikrobne biomase (pekarski i prehrambeni kvasac, starter kulture za
bioprocese)
•
Proizvodi metebolizma mikrobne biomase (primarni i sekundarni
metaboliti - enzimi, aminokiseline, organske kiseline, etanol, vitamini,
polimeri)
•
•
•
Proizvodi biotransformacije (većinom enzimska tehnologija)
Proizvodi genetički preinačenih organizama
Proizvodi kultura biljnih i životinjskih stanica
Biotehnološki proizvodi (Marić i Šantek, 2008)
• Mikrobne biomase (pekarski i prehrambeni kvasac, starter
kulture za bioprocese)
• Primarni metaboliti (etanol, octena kis.,)
• Sekundarni metaboliti (antibiotici)
• Enzimi (amilaze, proteaze, lipaze…)
• Terapeutički proteini (interferon, hormon rasta, inzulin)
• Vakcine (hepatitis A i B, meningitis)
• Gume (ksantan)
• Površinski aktivne tvari
Nove strategije u biotehnološkoj
proizvodnji hrane
• Povezanost hrane i zdravlja potrošača
• Popularizacije namirnica koje osim uobičajenih
nutritivnih funkcija imaju i povoljan utjecaj na
ljudsko zdravlje - funkcionalna hrana, nutraceutici
• Primjena bakterija mliječne kiseline u proizvodnji
fermentirane hrane
– Zdravstveni aspekti fermentirane hrane
– Zaštita i trajnost fermentirane hrane - proizvodnja
antimikrobnih supstanci
Primjer
Slika: Primjena tehnologije kiselog tijesta za
proizvodnju zdravijih pekarskih proizvoda (Mrvčić i sur., 2011)
Pitanja za ponavljanje
1.
Definicija biotehnologije
2.
Podjela biotehnoloških procesa s obzirom na vrstu
biokatalizatora (prednosti i mane)
3.
Što je bioproces, od kojih se faza sastoji biotehnološki postupak
proizvodnje nekog proizvoda?
4.
Kako izgleda bioreaktor?
5.
Razvoj biotehnologije kroz povijest
6.
Grane biotehnologije
7.
Osnovne grupe biotehnoloških proizvoda