A BIOTECHNOLÓGIA ALAPJAI



Hasonló dokumentumok
BIOTERMÉK TECHNOLÓGIA-2

A biotechnológia alapjai A biotechnológia régen és ma. Pomázi Andrea

EGYSEJTŰ REAKTOROK BIOKATALÍZIS:

MAGYAR ÉLELMISZERKÖNYV. Codex Alimentarius Hungaricus számú irányelv

Tejsavasan erjesztett savó alapú ital kifejlesztésének membrán-szeparációs és mikrobiológiai alapjai

Maláták használata. Barla Roland Spíler, Budapest

Baktériumok felhasználása fermentációs folyamatokban

4. GÉNMANIPULÁLT MIKRO- ORGANIZMUSOK

4. GÉNMANIPULÁLT MIKRO- ORGANIZMUSOK Elsődleges anyagcseretermék: például: triptofán Másodlagos anyagcsere-termékek: az antibiotikumok

4.4 BIOPESZTICIDEK. A biopeszticidekről. Pécs Miklós: A biotechnológia természettudományi alapjai


Hőkezelés az élelmiszeriparban

Az élelmiszerek tartósítása. Dr. Buzás Gizella Áruismeret bolti eladóknak című könyve alapján összeállította Friedrichné Irmai Tünde

Biotechnológiai alapismeretek tantárgy

4. SZERVES SAVAK. Az ecetsav biológiai előállítása SZERVES SAVAK. Ecetsav baktériumok. Az ecetsav baktériumok osztályozása ECETSAV. 04.

Az élelmiszerek mikrobiális ökológiája. Mohácsiné dr. Farkas Csilla

ÁLTALÁNOS MIKROBIOLÓGIA

Fejezet a Gulyás Méhészet által összeállított Méhészeti tudástár mézfogyasztóknak (2015) ismeretanyagból. A méz. összetétele és élettani hatása

Sörfőzés alapjai kezdőknek. Első Magyar Házisörfőző Egyesület Csontos Zoltán

A SÖRCEFRE SZŰRÉSE. hasonlóságok és különbségek az ipari és házi módszer között. II. házisörfőzők nemzetközi versenye Jenei Béla március 15.

Szakdolgozatok - Élelmiszermérnök ( )

A BIOTECHNOLÓGIA ALAPJAI ÉS EGYES TERMÉKEI

MELLÉKLET. a következőhöz: A BIZOTTSÁG (EU).../... FELHATALMAZÁSON ALAPULÓ RENDELETE

SZENNYVÍZ ISZAP KELETKEZÉSE,

2. A MIKROBÁK ÉS SZAPORÍTÁSUK

ÉLELMISZER-IPARI ALAPISMERETEK

MAGYAR ÉLELMISZERKÖNYV. Codex Alimentarius Hungaricus számú irányelv

Élesztőgombák felhasználása fermentációs (erjesztési) folyamatokban

MIKROBIOLÓGIA. Dr. Maráz Anna egyetemi tanár. Mikrobiológia és Biotechnológia Tanszék Élelmiszertudományi Kar Budapesti Corvinus Egyetem

S Z I N T V I Z S G A F E L A D A T O K

LXIII. ÉVFOLYAM 5. SZÁM május 17. A VIDÉKFEJLESZTÉSI MINISZTÉRIUM HIVATALOS LAPJA T A R T A L O M. 5. S z á m T á r g y O l d a l.

Vinasse +P szakmai ismertető anyag

Élesztők típusai, jellemzőik Bajkai Tibor

Alkoholtartalmú italok 2. rész Sörök. Készítette: Friedrichné Irmai Tünde

Új zöld ipari technológia alkalmazása és piaci bevezetése melléktermékekből. csontszén szilárd fermentációjával (HU A2-2016)

Az Európai Unió Tanácsa Brüsszel, február 1. (OR. en)

Természetes vizek, keverékek mindig tartalmaznak oldott anyagokat! Írd le milyen természetes vizeket ismersz!

MAGYAR ÉLELMISZERKÖNYV. Codex Alimentarius Hungaricus /1 számú irányelv

KÖRNYEZETI MIKROBIOLÓGIA ÉS BIOTECHNOLÓGIA. Bevezető előadás

BIOTERMÉKEK IZOLÁLÁSA avagy A BIOLÓGIAI IPAROK ELVÁLASZTÁSI MŰVELETEI

Penészgombák élelmiszeripari jelentősége, és leküzdésük problémái

Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítı elıadás I.

VEBI BIOMÉRÖKI MŰVELETEK

6B. Előadás Élelmiszeripari műveletek mikrobiológiai vonatkozásainak áttekintése

VEBI BIOMÉRÖKI MŰVELETEK KÖVETELMÉNYEK. Pécs Miklós: Vebi Biomérnöki műveletek. 1. előadás: Bevezetés és enzimkinetika

Xilit fermentáció Candida boidinii segítségével. Kutatási beszámoló

Vegyipari és BIOMÉRNÖKI műveletek

mérnöki tudományok biomérnöki vegyészmérnöki tudomány tudományok biotechno- lógia kémia biológia

BIOTECHNOLÓGIA - BIOMÉRNÖKSÉG. Vegyipari és BIOMÉRNÖKI műveletek. BIOMÉRNÖKI műveletek. Pécs Miklós: Biomérnöki műveletek 1. Bevezetés, enzimek

S Z I N T V I Z S G A F E L A D A T O K

Söripar. Összeállította: dr. Simon László. Minden szerzői jog fenntartva

Biogáz hasznosítás. SEE-REUSE Az európai megújuló energia oktatás megerősítése a fenntartható gazdaságért. Vajdahunyadvár, december 10.

MAGYAR ÉLELMISZERKÖNYV. Codex Alimentarius Hungaricus számú irányelv

Gyógyszer készítménygyártó Vegyipari technikus

Codex Alimentarius Hungaricus számú irányelv

4. Génmanipulált mikroorganizmusok

ZOLEND Szolgáltató és Kereskedelmi Kft. Mérnöki Szolgáltatások és Berendezések a modern Biotechnológiai Iparágak részére

Kémiai technológia laboratóriumi gyakorlatok M É R É S I J E G Y Z Ő K Ö N Y V. című gyakorlathoz

Maláta technikai adatok

Mikrobiológiai borstabilizálás

Környezettechnológia. Dr. Kardos Levente adjunktus Budapesti Corvinus Egyetem Talajtan és Vízgazdálkodás Tanszék

A szteroidok. A szteroidok általános előállítása:

A szénhidrátok lebomlása

BUDAFOK 50g Sütőélesztő Magyarország

Borászati mikrobiológia és kémia vizsgakérdések 2012.

Biológiai szennyvíztisztítás klasszikus modellje (városi szennyvíz tisztítására) Biológiai műveletek

Tantárgy tematikája: I. Félév

Osztályozóvizsga követelményei

Herceg Esterházy Miklós Szakképző Iskola, Speciális Szakiskola és Kollégium TANMENET Élelmiszer, fogyasztóvédelem modul

C- források: 1. közvetlenül erjeszthetők ( melasz, szulfitszennylúg, szörpők) 2. Közvetett úton erjeszthetők (gabonák, cellulóz tartalmú anyagok)

Klímaváltozás és borászat, alkalmazkodás a mindennapi gyakorlatban. Nyitrainé dr. Sárdy Diána SZIE, Borászati Tanszék Tanszékvezető, egyetemi docens

Fordított ozmózis. Az ozmózis. A fordított ozmózis. Idézet a Wikipédiából, a szabad lexikonból:

Evolúció ma: az antibiotikum rezisztencia a baktériumoknál

Horgászvízkezelő-Tógazda Tanfolyam (Elméleti képzés) 4. óra A halastavak legfőbb problémái és annak kezelési lehetőségei (EM technológia lehetősége).

A baktériumok (Bacteria) egysejtű, többnyire pár mikrométeres mikroorganizmusok. Változatos megjelenésűek: sejtjeik gömb, pálcika, csavart stb.

SZÉNHIDRÁTOK. Biológiai szempontból legjelentősebb a hat szénatomos szőlőcukor (glükóz) és gyümölcscukor(fruktóz),

A pálinka jogi szabályozása. Dull Péter Vidékfejlesztési Minisztérium Pálinka Nemzeti Tanács titkár

Antibiotikumok I. Selman Abraham Waksman

Iszapkezelés, biogáz előállítás és tisztítás

Elektrokémia. A nemesfém elemek és egymással képzett vegyületeik

Tartalom. Előszó... 3

Gázfázisú biokatalízis

VÍZTISZTÍTÁS BIOLÓGIAI MÓDSZEREKKEL. Készítette: Kozma Lujza és Tóth Ádám

Információtartalom vázlata: Mezőgazdasági hulladékok definíciója. Folyékony, szilárd, iszapszerű mezőgazdasági hulladékok ismertetése

MAGYAR ÉLELMISZERKÖNYV Codex Alimentarius Hungaricus számú irányelv

POSZTTRANSZLÁCIÓS MÓDOSÍTÁSOK: GLIKOZILÁLÁSOK

A mikroorganizmusok szerepe a borászatban

Sör etanoltartalmának meghatározása GC-FID módszerrel

Colostrum ESSENS. Természetesen tiszta termék

BIOLÓGIAI PRODUKCIÓ. Az ökológiai rendszerekben végbemenő szervesanyag-termelés. A növények >fotoszintézissel történő szervesanyagelőállítása

GYÓGYNÖVÉNYISMERET ALAPFOGALMAK

Anaerob fermentált szennyvíziszap jellemzése enzimaktivitás-mérésekkel

Települési szennyvíz tisztítás alapsémája

Glutént tartalmazó gabona (búza, rozs, árpa, zab, tönköly, kamut-búza vagy ezek hibrid változatai) és azokból készült termékek

hajos_ek_03_tord_01_uj_j:hajos_elemiszerkemi_2tord 10/20/08 5:32 PM Page 1 Élelmiszer-kémia

40/1977. (XI.29.) MÉM rendelet - 6. számú

a biotechnológus képzés

A talaj szerves anyagai

utóbbira helyezzük most a hangsúlyt, különös tekintettel az iparban már alkalmazott törzsekre.

A nitrogén körforgalma. A környezetvédelem alapjai május 3.

Átírás:

A BIOTECHNOLÓGIA ALAPJAI

Alapfogalmak A biotechnológia definiciója Biokémiai, mikrobiológiai és vegyészmérnöki ismeretek integrált alkalmazása; mikroorganizmusok, növényi vagy állati szövetek, vagy részeinek technológiai felhasználása hasznos termékek előállítása céljából. Tudományos integrációja az adott területen: Biológiai tudományok: biológia, mikrobiológia, genetika, biokémia, enzimológia és immunológia Mérnöki tudományok: Kémia, Vegyipari Művelettan, Géptan, Méréstechnika, Irányítástechnika.

A biotechnológia alkalmazási területei Gyógyszeripar: Antibiotikumok és vírus ellenes szerek Enzimek, aminosavak, vitaminok, peptidek és szteroidok előállítása Élelmiszeripar: Keményítők, cukrok Illat és színanyagok Sör- és alkoholos italok előállítása Mezőgazdaság: Állat- és növényegészségügy Takarmánykiegészítők Vitaminok, adalékanyagok Embriómanipuiláció (génsebészet)

A biotechnológia alkalmazási területei Biometallurgia Biológiai ásványfelhasználás (Meddő kőzetek hasznosítása, amelyek hagyományos módon nem dolgozhatók fel) Fermentáció Definiciója: Mikroorganizmusok optimális körülmények melletti tenyésztése és metabolitok hasznos metabolitok előállítása. Alkalmazása pl.: Szövettenyésztés Rögzített sejtek, enzimek alkalmazása gyógyszerek stb. előállítására Vegyipar: Etanol, szerves savak, mosószerek, biopolimerek stb. előállítása.

Fermentációs eljárások Baktériumok, gombák, algák Anyagcseréjük intenzív Lehetnek aerobok, anaerobok Ideális körülmények között szaporodásuk gyors

Baktériumok Osztódással szaporodnak (20-30 perc) Gyakorlati jelentőségük: Ecetsavbaktériumok Bélbaktériumok Tejsavbaktériumok Sugárgombák

Gombák Penészgombák: szerves tápanyagon összefüggő bevonatot képez, aerob életműködésűek, savanyú kémhatást kedvelnek, enzimtermelők (amiláz, penicillin, citromsav, sajtgyártás) Tömlőspenészek Penicillium fajok Élesztők: egysejtűek, nem képeznek gombafonalakat, sarjadzással szaporodnak, gyengén savas tápoldatot kedvelnek (sör és szeszgyártás, borászat, kefir készítés, laktáz enzim)

Sejtműködésük Nedvességtartalmuk 70-90 %. Szárazanyag tartalmuk: fehérjék, szénhidrátok, lipidek. Növekedésükhöz, szaporodásukhoz tápanyagot igényelnek (elsősorban szerves anyag). A tápanyagokat vizes oldat formájában veszik fel, amelyeket enzimek által katalizált folyamatokban hasznosítanak. A lebontás közben energia szabadul fel.

A tápoldat Ivóvíz minőségű természetes vizek Szénforrás: melasz, cukor, mezőgazdasági anyag Szervetlen vegyületek: nitrogénforrások Szerves anyagok

Az erjedés folyamata A mikroorganizmusok növekedési rátája:

Ipari mikrobiológiai műveletek kivitelezése A mikrobiológiai iparok termékeinek előállítása, történjen az enzimek vagy mikroorganizmusok segítségével, a következő részlépések sorozatából áll: 1. Oltótenyészet készítése 2. Tápoldat készítése 3. Sterilezés 4. Fermentáció levezetése 5. Termékek elkülönítése 6. Termékek további feldolgozása

Oltótenyészet készítése Fokozatos méretnöveléssel érik el az üzemi fermentor legjobb kapacitásáhozszükséges mikroorganizmus mennyiséget. A külön tenyésztést sok esetbenindokolja, hogy mikroorganizmusok megfelelő növekedéséhez más körülményekkellenek, mint amelyen a kívánt biokémiai reakció lejátszódik.

Tápoldat készítése A tápoldat készítése az alapanyagok előkészítéséből, oldásából, szükség szerint azoldat tisztításából és sterilezéséből, majd a fermentáció szempontjából kedvező paraméterek (koncentráció, ph, hőmérséklet) beállításából áll.

Sterilezés Sterilezésre elvileg minden olyan behatás alkalmas, ami a mikrooragnizmusok pusztulását okozza, vagy távoltartja azokat. Leggyakrabban alkalmazott sterilezési módok: Az élő szervezetek elpusztítása, inaktiválása vegyszerrel, besugárzással, hőkezeléssel A sejtszerkezet szétroncsolása erős oxidálószerekkel Minden élő szervezet eltávolítása fizikai módszerekkel

A fermentáció levezetése és termékelválasztás A megfelelően előkészített bioeaktorban a sejtek működéséhez optimáliskörülmények fenntartásával vezetik le a fermentációt. A fermentáció levezetése után a kapott biomasszát fel kell dolgozni, attól a célterméket el kell különíteni. A feldolgozás módja függ attól, hogy a végtermék a mikroorganizmuson kívüli folyadékfázisban található (extracellulárisan), vagy a hatóanyagot a mikroorganizmus test tartalmazza (intracellulárisan). Utóbbi esetben a sejteket roncsolják, amely történhet fizikai, kémiai-biológiai úton.

A fermentáció levezetése és termékelválasztás izolálás és dúsítás Extracelluláris hatóanyagtartalom esetén a sejtek és egyéb szennyeződések, roncsolás után pedig a sejtmaradványok szeparációjára szűrési, centrifugálási műveleteket alkalmaznak. Az izolálás és termékdúsítás legfontosabb műveletei: ultraszűrés, mikroszűrés, lecsapás, adszorpció fluid rétegen, folyadék-folyadékszilárd extrakció, bepárlás és kristályosítás. Tisztítási műveletek közül nagy jelentősége van az elektroforézis, a dialízis és az elektrodialízis módszerének is.

Sörgyártás A sör a maláta cukrosított vizes kivonatának szeszes erjesztésével készült, komlóval ízesített, kis alkoholtartalmú és viszonylag nagy szárazanyagtartalmú, szénsavdús ital. Leggyakoribb összetevői: 1,5-6 % Etil-alkohol 0,25-0,4 % oldott szén-dioxid 3-10 % nem illó extrakt anyag (dextrinek, sók, cukrok, aminosavak, polipeptidek, fehérjék, színező és zamatanyagok) Jelentős a tápértéke, 1liter átlagos minőségű sör megfelel : 150g kenyérnek szénhidráttartalmat tekintve. 120g tejnek, 25g húsnak nitrogéntartalmat tekintve.

Gyártásának technológiája

Malátagyártás A csíráztatást megelőzően a sörárpát áztatókádakban 10-12 C hőmérsékleten vízben 2-3 napig áztatják. A szemek 44-46% vizet vesznek fel, kiázik a kellemetlen ízt adó csersavak nagyrésze és megindul a magok élettevékenysége.

Malátagyártás A következő fázis a csíráztatás: 5-30 C közötti hőmérsékleten a magok kicsíráznak és olyan enzimek keletkezése indul meg, melyeknek hatására a keményítőt tartalmazó sejtek közötti vázanyagok feloldódnak, megindul a tartalék tápanyagok lebontása és a sejtlégzés. (világos sör: 6-8 nap) A malátaaszalás a következő lépés, melyben a kicsirázott gabonát 40-45 C-on szárítják, majd majd magasabb hőmérsékleten aszalják. Eközben enzimatikus folyamatok lévén íz- és színezőanyagok keletkeznek. Az aszalt malátáról a megszáradt csírát forgó dobokban letördelik.

Cukrosítás vagy cefrézés A megőrölt sörmalátát vízzel keverik és a kívánt enzimes folyamatok számára kedvező körülmények biztosításával, a malátában lévő keményítőt maltózzá és dextrinekké, a fehérjék egy részét pedig aminosavakká és polipeptidekké alakítják.

Cukrosítás vagy cefrézés A cefrézőkádban vízzel elkeverik a sörmalátát, azután a cefre egy részét a cefrézőüstbe szivattyúzzák, felforralják, majd visszavezetik a törzscefréhez. A törzscefre hőmérséklete 50 C-ra emelkedik. A cefrét ezen a hőmérsékleten pihentetik (~1óra), majd a műveletet még kétszer ismétlik. A hőmérséklet a 2. lépcsőben 60-65 C-ra,a 3. lépcsőben 70-75 C-ra emelkedik. A felhasznált anyagoktól (receptúra), a cefrézés idejétől és hőmérsékletétől függ a sör színe és testessége, továbbá meghatározható vele a lehetséges alkoholtartalom.

Szűrés és komlóforralás A cefre ezután szűrőkádakba kerül, ahol az édes sörlé elválik a törkölytől. Miután a színlé lefolyt, forró vizet permeteznek a törkölyre, hogy kinyerjék a még benne lévő extraktot. A komlófőzéshez a szűrőből a szűrletet a főzőüstbe vezetik, majd átlagosan 1hl sörre számolva 0,1-0,17kg komlót adnak hozzá, ezután felfőzik. A főzés után kapjuk a sörlét.

Erjesztés A lehűtött komlózott sörlébe speciális sörélesztő kerül. Ez beindítja az erjedést, amely szabályozott hőmérsékleten zajlik. Ennek során a sörélesztő alkohollá és széndioxiddá alakítja a sörlé cukortartalmát. A gyakran betonból készült erjesztőkádakat paraffinszurok védőréteggel vonják be, azonban alkalmaznak aluminium, vas és zománcozott kádakat is.

Érlelés Az erjesztésből kikerült sör (fickó) kellemetlen ízű, zavaros folyadék, ezér hordókban nyomás alatt 1-2 hónapon át, 0-3 C hőmérsékleten érlelik. Ilyen körülméynek között lassú utóerjedés játszódik le, a sör kitisztul, kialakul végső állaga és telítődik szén-dioxiddal. A kész sör nyomás alatt szűrik majd szénsavdús tiszta tartályokba töltik.

Csomagolás A lehető leggyorsabban csomagolják a kész sört. Nagy kapacitású gépsorokon hordókba, üvegekbe, illetve dobozokba töltik a sört. A doboz- és hordótöltés előtt pasztörizálják a sört, hogy minél tovább megőrizze minőségét. A palackos söröknél is elvégzik ezt a műveletet, de már akkor, amikor a sör az üvegbe került.

Antibiotikumok előállítása

Az antibiotikum fogalma Antibiotikumnak tekintünk minden olyan anyagot, melyek élő organizmusok termékei (mikro- és makroorganizmusok, ill. prokarióták és eukarióták, beleértve tehát a magasabb rendű növényeket és az állati organizmusokat is), melyek biokémiai mechanizmuson keresztül gátolják (befolyásolják) más élő szervezetek (pl.: vírusok, ráksejtek, növények.) növekedését. Az antibiotikumok kutatása közel 150 évre vezethető viszza, PASTEUR és kortársai már megfigyelték a különböző mikroorganizmusok - gombák és baktériumok - közötti kölcsönös gátlóhatását az ún. antagonizmus jelenségét.

Az antibiotikumok nagy száma A leghíresebb felfedezés 1928-ban esett, amikor FLEMING észrevette, hogy egy penészgomba (Penicillium notatum) baktériumölő hatással bír. Napainkban a legfontosabb antibiotikumforrások, amelyekből a forgalmazott gyógyszerek hatóanyagait nyerik: Sugárgombák Mikroszkópikus gombák Baktériumok Napjainkban a fenti három mikroorganizmus család segítségével előállított ismert antibiotikumok száma ~12000. Napjainkban egy új antibiotikum bevezetése kb. 10 évi munkába és 50-100 millió dollárba kerül.

Előállítás:

Penicillinek A penicillin egyike a ma legtöbbet használt antibiotikumoknak. A penicillin név valójában egy vegyületcsoportot jelöl, melynek alapváza egységes, eltérés egyedül az R szubsztituensben lehetséges:

A penicillin gyártása Gyártási célra csak a Penicillium notatum újabban Penicillium chrysogenum képes A gyártási célra kiválasztott törzset liofilizálva szárítják és fagyasztva tárolják. A tápoldat összetétele a gyártás során nemcsak a termelés mennyiségére van hatással, hanem többé kevésbé meghatározza azt is, hogy melyik penicillin keletkezik. A gyakorlati szempontból legfontosabb G-penicillin (R=benzil) gyártásánál a tápoldatot az alábbiakból állítják össze: Laktóz (3-4%), kukoricalekvár (3-4%), glükóz (1%), kálium-dihidrogénfoszfát (kb. 0.4%) és kalcium-karbonát (kb. 1%). A tápoldat ph értéke 5.5-6 között ingadozhat (ez a legkedvezőbb a penész szaporodásához). A termelő fermentorba steril tiszta levegőt vezetnek be, az átlagos levegőszükséglet 0,5-1 liter levegő/liter tápoldat/perc. A termelés hőfokoptimuma 25 C, ezt max. 2 fok eltéréssel tartani kell. A fermentáció időtartama ~40óra.

A penicillin gyártása A fermentáció levezetése után a végterméket legtöbbször alacsony hőmérsékletű (bomlás visszaszorítása miatt) folyadék-folyadék extrakcióval szeparálják: A penicillint a vizes oldatból szerves fázisba viszik át. A nyersterméket többszöri átkristályosítással tisztítják. Sajnos a természetes penicillinekkel szemen több olyan probléma merült fel, amely alkalmazási korlátokat szabott, azonban ezek a problémák vetették meg a félszintetikus penicillinek kifejlesztésének alapjait.

Félszintetikus penicillinek A természetes penicillinekkel gyógyászati alkalmazása során a következő problémák merültek fel: Szűk antibiotikus spektrum, csak Gramm-pozitív sejtekre gyakorol hatást. A G-penicillin alkáli sók savérzékenyek, szájon át nem szedhetők. Allergén hatások, melyeket antihisztaminokkal sem sikerült kiküszöbölni A kórokozók penicillinekkel szemben kialakult rezisztenciája A félszintetikus penicillinek azon antibiotikumok, melyek hatóanyagának előállításánál, az alapmolekulát mikroorganizmus állítja elő, azonban ehhez szintetikus úton olyan oldalláncot kapcsolnak, amelyekre fermentációs úton nem nincs lehetőség.