Биотехнология грибов Отрасли биотехнологии грибов

Биотехнология грибов

Отрасли биотехнологии грибов: - традиционные, известные с древних времен - возникшие в 1940 -х годах, с введением понятия о стерильности процессов - новейшие отрасли, с использованием генных и молекулярных методов модификации организмов

Виноделие Название произошло из Древнего Рима «Vinum» - от лат. «vis» , что означает «сила» In vinum veritas – истина в вине Винный дух: Spiritus vini – у римлян, Veingeist – у немцев, Алкоголь – у арабов. Отсюда – «спиритуозные» или спиртные напитки, спирт

Спирт в вине – результат брожения Брожение – процесс, подобный гликолизу, однако на последнем этапе молекулы ацетальдегида восстанавливаются до этилового спирта с помощью фермента зимазы ЗИМАЗА

Дрожжи – причина брожения 1857 – Луи Пастер «Note on Alcohol Fermentation» , открыл дрожжи как причину брожения 1897 – Эдуард и Ганс Бюхнеры доказали, что живые клетки дрожжей вовсе необязательны для брожения. Э. Бюхнер – Нобелевская премия 1898 – Вильгельм Кюхне теоретически обосновал наличие внутри клеток дрожжей агента, вызывающего спиртовое брожение. Назвал его «энзим» , что значит «внутри дрожжей» , от лат. «en» -внутри, «zume» дрожжи

В виноделии используют различные штаммы Saccharomyces cerevisiae: Saccharomyces oviformis, Saccharomyces carlsbergiensis, Saccharomyces italicu Saccharomyces hispanica, Saccharomyces vini В настоящее время в лабораториях получены штаммы «культурных» дрожжей, которые обладают определенными свойствами: действовать при более высоких или низких температурах, сохранять или расщеплять вещества, ответственные за аромат вина и т. д.

Существуют даже специально выведенные линии кошерных дрожжей, изготовленные по законам кашрута.

В природных условиях на ягодах живет большое количество разных видов дрожжей, в т. ч. и нежелательных для виноделия. Поэтому в промышленном производстве вина ягоды винограда стерилизуют (путем пастеризации или добавления SO 2), а затем заселяют нужным штаммом дрожжей.

Этапы виноделия 1) Сбор и транспортировка винограда 2) Отделение ягод от гребней 3) Дробление и 3 -разовая прессовка ягод

Красные вина Из красных сортов винограда Белые вина Из красных и белых сортов винограда

4) Брожение. Бурное – длится от 10 до 100 дней. Тихое – длится в течение нескольких месяцев после окончания бурного. Брожение считается оконченным, когда вино становится прозрачным.

5) Выдержка вина. Традиционно происходит в деревянных бочках, или в той же таре, где и тихое брожение, только долитой доверху. При выдержке ароматические вещества в вине образуют эфиры. Из стенок бочки в вино переходят таннины. Так формируется букет.

А зачем же нам тоска-то? А весна уже близка так. А достать бы нам муската И разлить его в хрусталь! Б. Щербаков Классификация вин.

1) По насыщенности СО 2 2)- тихие и игристые 3)Игристые вина (например, шампанское): 4)Дрожжевой осадок переводят на пробку (ремюаж) и удаляют (дегоргаж)

2) По цвету - белые, красные, розовые (купаж белых и красных, приготовление из розовых сортов) 3) По концентрации сахаров: - сухие, полусухие, сладкие 4) По содержанию спирта: - натуральные и специальные (крепленые) – портвейн, мадера, херес, кагор.

2) По качеству: ординарные, марочные, коллекционные Марочные вина - выдержанные высококачественные вина, вырабатываемые по специальной технологии. Выдержка - не менее 2 лет. Коллекционные - особо качественные вина, которые дополнительно выдерживают не менее 3 лет

Наиболее известные мускатные вина Украины: мускат белый «Ливадия» мускат белый «Красного камня» мускат белый «Южнобережный» мускат черный «Массандра» и др.

Коньяки. 1701 г. - война между Францией и Англией, британский флот блокировал транспорт вин из Франции. Значительная часть брендиуайна вынужденно находилась в дубовых бочках несколько лет. Затем, когда бочки открыли оказалось, что напиток приобрел замечательный вкус и аромат. Итак, коньяк получают путем перегонки белого вина с после дующим выдерживанием в дубовых бочках. Образуются «коньячные спирты» .

Советская традиция маркировки: - ординарные -выдержанные -коллекционные Ординарные коньяки: *** - 3 года выдержки, **** - 4 года, ***** - 5 лет Марочные коньяки – выдержка свыше 6 лет. КВ – коньяк выдержанный, 6 -7 лет. КВВК – коньяк выдержанный высшего качества, 8 -10 лет. КС – коньяк старый, более 10 лет. Коллекционные коньяки - марочные коньяки, дополнительно выдержанные в дубовых бочках свыше 5 лет.

Европейская традиция маркировки: “E” - специальный, "F" - великолепный, "V" - очень, "O" - старый, "S" - превосходный, "P" - светлый, "X" - экстра, "C" - коньяк. "V. S. “ – не менее 2, 5 лет, "V. S. O. P. " - не менее 4 лет, "V. V. S. O. P. "– не менее 5 лет, "X. O. “ – не менее 6 лет.

Пивоварение. 1) Проращивание зерен ячменя (получение солода). При проращивании питательные вещества зерна переходят в форму, доступную для потребления дрожжами 2) Измельчение солода и смешивание с горячей водой «затирание» . Эта смесь варится, а затем фильтруется, после чего становится суслом 3) Охмеление – кипячение с шишками хмеля 4) Брожение идет 1 -2 дня. Брожение может быть верховое и низовое, это зависит от штамма дрожжей

Верховое брожение Эль Низовое брожение Лагер Прожаренные зерна ячменя – темное пиво Непрожаренные зерна ячменя – светлое пиво

Сыроварение. 1) Закваска (культуры Lactobacillus, Streptococcus, Propionibacterium) 2) Створаживание молока. Изначально использовался сычужный фермент телят – химозин. Сейчас испольуют ферменты грибной природы (р. Mucor, Endothia) 3) Отделение сыворотки 4) Дозревание

Изготовление благородных сыров Рокфор – сыр с голубыми прожилками Сыры протыкают иглами и заселяют спорами Penicillium roquefortii Сыры созревают в пещерах близ деревни Рокфор Сыры, сделанные по идентичной технологии, но в других регионах Франции, называются блё, сделанные в США – блю

В созревании сыров сорта камамбер и бри участвует белая плесень Penicillium caseicolum (candidum) Белая плесень разрастается от периферии к центру камамбер бри

Хлебопечение Дрожжи превращают сахар в углекислый газ, делая тесто пористым

Современные отрасли биотехнологии грибов Производство органических кислот

Лимонная кислота Получают из: Aspergillus niger Области применения: Пищевая промышленность Усилитель вкуса. Консервант (блокирует действие полифенолоксидазы) Производные ЛК, например, цитрат натрия – вещества, «стабилизирующие» пену во взбитых сливках, заварном креме, мороженом. Неограниченный GRAS-статус (Generally Recognized as Safe)

Койевая кислота. Получают из: Aspergillus flavus, A. oryzae. Области применения: Пищевая промышленность Ингибитор роста бактерий, вирусов, грибов. Консервант. Блокирует полифенолоксидазу, тирозиназу Добавляется прямо в продукты или в корма Входит в состав красителей, придающих приятный цвет колбасам, сосискам

Производство белка SCP

Single-cell protein ( SCP, “белок из одной клетки”). Преимущества получения белка из одноклеточных организмов: - б. Ольшая скорость накопления биомассы

- для производства используются гораздо меньшие площади -производство не зависит от климата - микроорганизмы способны потреблять широкий спектр растительных материалов, имеющих низкую пищевую ценность, в частности – производственные отходы.

Недостатки SCP: - производство SCP должно вестись в стерильных условиях на дорогостоящем оборудовании; -SCP должен тщательно очищаться от примесей среды. -необходимость долгосрочных и дорогостоящих клинических испытаний и одобрение технологии множеством инстанций. - психологический барьер

Quorn - единственный SCP, используемый в качестве пищи для человека. 1960 -1985 гг, $40 млн. – разработка технологии и санкционирование продукта. Продуцент – Fusarium graminearum. Субстрат – крахмалистые отходы пищевой промышленности. Причины, по которым продуцентом выбран этот мицелиальный гриб: не токсичен, по сравнению с бактериями содержит меньшее количество нуклеиновых кислот, имеет волокнистую структуру, что позволяет сделать конечный продукт похожим на мясо.

“Конечный продукт светло-коричневого цвета, волокнистой структуры, после кулинарной обработки по вкусу похож на мясо, имеет высокую энергетическую ценность. ”

Производство ферментов

Целлюлазы целлюлазы Разрушают целлюлозу Производство биопорошков, «восстановителей цвета» Пятновыводители – разрушают поверхностные слои ткани в месте нанесения

Осветление соков Придание джинсовой одежде модной «потертости»

Переработка растительных сельскохозяйственных остатков

Амилазы Λ-амилаза Расщепляют крахмал на олигосахариды. Получают из: р. Aspergillus, Penicillum, Rhizopus, Mucor, Humicola, Thermomonospora. Области применения: Гидролиз крахмала - производство подсластителей в безалкогольных напитках, сиропах и т. д.

Хлебопечение разрыхлители теста. Уменьшают способность крахмала к связыванию воды

3) Протеазы протеазы Расщепляют пептидые связи в белках. Получают из : р. Aspergillus, Mucor, Penicillum, Rhizopus, Sporotrichum. Детергенты в моющих средствах, стиральных порошках Производство сыра (заменитель животного химозина)

Кожевенная промышленность – удаление остатков шерсти и смягчения кож Медицина – предоперационная обработка ран, удаление сгустков крови, поврежденных тканей

4) Липазы Расщепляют липиды до глицерола и жирных кислот. Получают из: A. niger, Candida cylindracea, Humicola lanuginosa и т. д. Производство молочных продуктов

Парфюмерная промышленность розеноксид Косметическая промышленность. Моноацил- и диацилглицериды – производство кремов, средств от морщин

Медицина Вещества, которые содержат хиральный центр (атом) образуются в рацемической смеси энантиомеров (50/50) Лекарственными свойствами часто обладает только 1 из энантиомеров. Другой же энантиомер может наоборот, неблагоприятно взаимодействовать с клетками Некоторые липазы обладают стереоселективностью – способностью избирательно расщепляють один из энантиомеров липида, практически не действуя на другой

5) Ксиланазы Расщепляют ксиланы до простых сахаров Получают из термофильных плесневых грибов: Aspergillus fumigatus, Thermomyces lanuginosus, Sporotrichum thermophile Области применения: Осветление соков Разрыхлители в пекарской промышленности Сахарификация бытовых отходов для производства корма для животных

Производство белой бумаги с меньшей нагрузкой на окружающую среду

6) Танназы Получают из: Aspergillus flavus, A. niger Расщепляют таннины до мономеров, в частности, глюкозы и галловой кислоты Области применения: Производство чернил, красителей Производстве пищевых консервантов

7) Фитазы Поэтапно гидролизуют фитиновую кислоту растений до миоинозитола и фосфатов Получают из: Aspergillus, Penicillium, Rhizopus Области применения: Сельское хозяйство. Снижают необходимость в искусственном добавлении фосфатов Биохимические исследования. Инозитол фосфаты – сигнальные молекулы

Антибиотики 1929 – А. Флемминг открыл, что некоторое вещество, содержащееся в грибе Penicillium notatum может инактивировать широкий спектр Грам + бактерий. С 1945 - началось широкое использование пенициллина. Пенициллины (F, G, V) и цефалоспорины - наиболее известные антибиотики грибного происхождения. Усовершенствование антибиотиков – путем разработки хемисинтетиков.

Ядро молекулы пенициллина Пенициллин G, натуральный антибиотик Ампициллин, хемисинтетик

Гидрофобины Находятся на поверхности спор грибов, обеспечивая их гидрофобность, прикрепление к субстрату, рост воздушных гиф грибов. Сильные поверхностно активные вещества (снижают силу поверхностного натяжения воды). В биотехнологии находят свое применение в очищении ферментов. В ген, кодирующий фермент внедряют последовательность ДНК, ответственную за синтез гидрофобина. Фермент начинает скапливаться у поверхности культуральной жидкости, откуда его извлекают. Также возможно оседание фермента на различных гидрофобных поверхностях.

Биотехнология грибов Отрасли биотехнологии грибов — традиционные