Основы биотехнологии переработки сельскохозяйственной продукции

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

Биолого-технологический институт

Кафедра экологии

 
 
 
 
 
 
 
 
 

дисциплина: «Основы биотехнологии  переработки

сельскохозяйственной  продукции» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнила:

студент 2507 гр.

Комарова  Е. С.

Проверила:

преподаватель кафедры

экологии 

                                                                                                Литвина Л.А. 
 
 
 
 
 
 

Новосибирск – 2012

Содержание:

1. Современные направления развития биотехнологии.
2. Антибиотики как пример БАВ, способы получения.
3. Изоляция микроорганизмов из природы для биотехнологической переработки сельскохозяйственной продукции.
4. Кинетика ферментативных реакций.
5. Выделение продуктов ферментации.
6. Получение Bt-кукурузы.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Современные направления развития биотехнологии

       Сегодня биотехнология стремительно выдвинулась  на передние позиции научно-технического прогресса. Фундаментальные исследования жизненных явлений на клеточном  и молекулярном уровнях привели  к появлению принципиально новых  технологий и получению новых  продуктов. Традиционные биотехнологические процессы, основанные на брожении, дополняются новыми эффективными процессами получения белков, аминокислот, антибиотиков, ферментов, витаминов, органических кислот и др. Наступила эра новейшей биотехнологии, связанная с получением вакцин, гормонов, интерферонов и др. Важнейшими задачами, стоящими перед биотехнологией сегодня, приняты: повышение продуктивности сельскохозяйственных растительных культур и животных, создание новых пород культивируемых в сельском хозяйстве видов, защита окружающей среды и утилизация отходов, создание новых экологически чистых процессов преобразования энергии и получения минеральных ресурсов.

       Характеризуя  перспективы и роль биотехнологии  в человеческом обществе, уместно  прибегнуть к высказыванию на одном  из Симпозиумов по биотехнологии  японского профессора К. Сакагучи, который  говорил следующее: «... ищите все, что пожелаете, у микроорганизмов, и они не подведут вас... Изучение и применение в промышленности культур  клеток млекопитающих и растений, иммобилизация не только одноклеточных, но и клеток многоклеточных организмов, развитие энзимологии, генетической инженерии, вмешательство в сложный и  недостаточно изученный наследственный аппарат растений и животных все  больше расширят области применения существующих направлений биотехнологии  и создадут принципиально новые  направления».

       В определении оптимального направления  развития биологических технологий, независимо от области их применения, большую роль играет международное  сотрудничество, которое обеспечивает выбор той или иной технологии с учетом экономико-социальных условий отдельных стран. Примером региональной кооперации в биотехнологии может служить Центрально-Американский институт промышленных исследований (ICAITI), созданный в 1955 году. Этот институт, расположенный в Гватемале, содействует промышленному развитию региона, который может обеспечить достаточный уровень биопромышленности с учетом имеющихся территорий, климато-географических условий и огромного количества побочных продуктов и отходов сельскохозяйственного производства. В рамках ICAITI в 1970 году был создан биотехнологический отдел, являющийся штаб-квартирой Международного центра по исследованию микробных ресурсов (MIRCEN) данного региона, субсидируемого ЮНЕСКО. Исследовательские проекты института сосредоточились в двух направлениях, связанных с основными видами сельского хозяйства региона: переработкой кофейных зерен и получением сахара.

       Накапливающиеся в огромных количествах отходы данных технологий были использованы в качестве субстратов для производства биогаза и микробной биомассы. Были разработаны также процессы получения спирта из соков тропических фруктов, а на основе иммобилизованных ферментов созданы производства осахаривания фруктозных сиропов из сахарного тростника, разработаны новые технологии ферментации овощей под воздействием чистых культур лактобацилл. Таким образом, наличие этого института сформировало фронт биотехнологических работ, внедрение которых способствовало экономическому развитию региона.

       С целью переноса новейших технологий из развитых стран в развивающиеся  ООН создан Международный центр  генной инженерии и биотехнологии. Под эгидой Организации промышленного  развития ООН (UNIDO) создана комиссия для изучения мнения государств-членов по взаимодействию с Международным центром. На базе совместных исследований центром запланировано создать школу для подготовки специалистов из развивающихся стран. В качестве направлений совместных исследований комиссией UNIDO рекомендованы: использование энергии биомассы, добыча нефти из истощающихся скважин, усовершенствование методов ферментации, синтез лекарств против тропических болезней, получение эффективных вакцин для человека и домашних животных, селекция высокоурожайных и устойчивых к болезням сортов культурных растений.

       Выбор, распространение  и применение биотехнологии.

       Предотвращение  риска

       На  протяжении ряда лет программы крупнейших международных организаций (ФАО, ВОЗ, ЮНЕСКО) содействуют развитию и расширению международного сотрудничества в прикладной микробиологии и технологии. В начале 70-х годах ЮНЕСКО субсидировало создание Международной организации исследования клетки (ICRO). В начале 80-х гг. в рамках «Программы окружающей среды» (UNEP) ЮНЕСКО основало международную программу, призванную охранять генетическое разнообразие микробных ресурсов и сделать их доступными для развивающихся стран. С середины 80-х годов начала формироваться сеть международных центров по исследованию микробных ресурсов (MIRCEN).

       Цели  данного формирования следующие:

-интеграция и сотрудничество между лабораториями;

-распределение и использование микробных ресурсов;

-сохранение микробного генофонда;

 -разработка новых видов недорогих и эффективных технологий;

-использование микробиологии в практике сельского хозяйства;

- обучение персонала и распространение новой информации, связанной с общей и прикладной микробиологию.

       Первым  шагом в создании сети MIRCEN было образование  в Австралии Международного центра данных о микроорганизмах. Центр обладает огромной коллекцией микробных штаммов и имеет мировой указатель микробных коллекций. Аналогичные центры созданы в Бангкоке – для стран Юго-Восточной Азии, в Найроби – для Африки, в Бразилии – для Южной Америки, в Гватемале – для Центральной Америки, в Каире – для арабских стран. Специализация направлений исследований в этих центрах связана с климатогеографическими особенностями и экономикой регионов и способствует их развитию.

       Развитие  всех современных направление биотехнологии, включая экологическую биотехнологию, происходит в настоящее время  настолько быстро, что точные прогнозные оценки в этой области весьма затруднительны. Биологические технологии целиком базируются на научных достижениях. При этом то, что лишь недавно было предметом лабораторных исследований, сегодня активно внедряется в производство. Круг наук, результаты которых воплощаются в биотехнологию, непрерывно расширяется. Таким образом, расширяются возможности и сферы самой биотехнологии. Вероятно, в будущем не будет ни одного направления человеческой деятельности, которое не было бы в тех или иных пределах связано с биотехнологией.

       Постановка  новых биотехнологических процессов связана с большими капиталовложениями и высоким риском. Внедрение новейших методов биотехнологии особенно перспективно, когда целевой продукт не может быть получен иными способами или масштабы его производства малы, а цены очень высоки. Особенно это касается фармакологических препаратов и диагностических средств. В этой связи огромные перспективы у иммунной биотехнологии, с помощью которой можно распознавать и выделять из смесей одиночные клетки. Эти возможности очень важны и перспективны для диагностики и лечения, в фармакологической, пищевой промышленности, для очистки гормонов, витаминов, белков, токсинов, вакцин и пр., а также в научных исследованиях.

       Дальнейшее  развитие биологических технологий во многом связано с

прогрессом  в области технических наук. Повышение  эффективности биотехнологических процессов невозможно без автоматизации и совершенствования аппаратурного и технологического оформления процессов. Это позволит повысить эффективность традиционных биотехнологических процессов и расширит сферы применения получаемых продуктов. Сегодня огромные средства инвестируются на масштабирование биотехнологических процессов. По оценкам специалистов, инвестиции в этой области будут возрастать в среднем на 9 % в год.

       Новые перспективы для биотехнологических производств – это разработка биодатчиков. В настоящее время применяются и создаются в основном ферментные и микробные электроды, иммунодатчики и электродные резисторы. Пример будущего применения биодатчиков – различные области, в том числе определение биологически активных органических веществ в крови, а также концентраций токсических веществ в различных средах, включая вирусы и патогены, нервно-паралитические газы; контроль количества пестицидов и других ксенобиотиков в среде; диагностика заболеваний человека, животных и растений; качественный анализ пищевых продуктов и пр.

       Большое будущее у протоинженерии – технологии изменения свойств природных белков на генетическом уровне и получения новых белков (стимуляторов роста растений, инсектицидов, высокоактивных и устойчивых

ферментов, биосенсоров и биоэлементов для ЭВМ).

       Важнейшая роль принадлежит биотехнологии  в решении проблемы

обеспечения населения планеты пищевыми продуктами. В этой области грядущие усовершенствования связаны с получением высокопродуктивных и

устойчивых  к болезням и вредителям культурных растений и сельскохозяйственных животных, внедрением генов азотфиксации в высшие растения, получением эффективных биопестицидов и биогербицидов.

       В 2000 году мировой рынок традиционных продуктов биотехнологии

составил  более 50 млрд долл. При этом мировой объем продаж составил (в

млрд долларов в год): продуктов для пищевой промышленности и сельского хозяйства – 21.20; медицинских препаратов – 10.08; других продуктов – 18.40.

       Велики  перспективы биотехнологии в  создании новых источников энергии. Экологически чистые биотехнологические способы получения энергии уже в настоящее время оказывают существенное влияние на энергетический потенциал общества. Продолжение исследований по усовершенствованию процессов метаногенеза, получения спиртов, а также преобразования различных видов энергии и созданию биотопливных элементов чрезвычайно перспективны и обещают большие экономоэкологические выгоды. Объем продажи биотехнологических энергоносителей в настоящее время оценивается около 18 млрд долларов в год.

       Более широкое применение биотехнологии  в добывающей промышленности приведет к переходу от тяжелой индустрии  к высоким технологиям. Применение методов биогеометаллургии позволит вовлечь в производство огромное количество отходов, забалансовые, а также трудноперерабатываемые руды и горные породы.

       Генетическую  инженерию следует рассматривать  как одно из приоритетных направлений  развития биотехнологии. Рынок генноинженерных продуктов уже составил около 40 млрд долл. и будет включать до 40 наименований. Основными среди них будут интерфероны, человеческие гормоны, моноклональные антитела, противораковые агенты, вакцины, тромболитики.

       Прогнозируя мировой объем продажи продуктов  биотехнологии, многие специалисты ведущих западных фирм полагают, что ежегодный прирост составит около 7.5 %; в настоящее время от достиг 65 млрд долл в год. Около 80 % этой суммы приходится на традиционные продукты и 20 % – на новые.

       На  основе ферментов намечено получать до 32 % общего объема вырабатываемых препаратов; 40–50 % продукции составят аминокислоты, медицинские препараты, включая  полученные на основе рекомбинантных ДНК.

       Расширение  сферы внедрения биотехнологии  изменяет соотношение в

системе «человек – производство – природа», повышает производительность