Использование заквасок в хлебобулочных изделиях

ВВЕДЕНИЕ 

     Возможности, открываемые биотехнологией перед  человечеством, как в области  фундаментальной науки, так и  во многих других областях, весьма велики и нередко даже революционны.     

     Человек использовал биотехнологию многие тысячи лет: люди пекли хлеб, варили пиво, делали сыр, используя различные  микроорганизмы, при этом, даже не подозревая об их существовании.

     В традиционном, классическом, понимании  биотехнология - это наука о методах  и технологиях производства различных  веществ и продуктов с использованием природных биологических объектов и процессов.     

     Генная  инженерия и биотехнология, будучи одними из магистральных направлений  научно-технического прогресса, активно способствуют ускорению решения многих проблем, таких, как продовольственная, сельскохозяйственная, энергетическая, экологическая.     

     Но  особенно большие возможности биотехнология  открывает перед медициной и  фармацевтикой, поскольку ее применение может привести к коренным преобразованиям  медицины.     

     Многие  болезни, для которых в настоящее  время не существует адекватных методов  диагностики и лечения (раковые, сердечнососудистые, вирусные и паразитные инфекции, нервные и умственные расстройства), с помощью генной инженерии и  биотехнологии станут доступны и  диагностике, и лечению.     

     Под влиянием биотехнологии медицина может  превратиться в дисциплину с ясным  пониманием происходящих в организме  молекулярных и генетических процессов.

     Целью данной работы является изучить использование заквасок в хлебобулочных изделиях

     Задачи:

1. Изучить методы биотехнологии
2. Изучить иммобилизацию путем инкапсулирования
3. Изучить методы определения молекулярной массы ДНК, их характеристики
4. Изучить использование заквасок в производстве хлебобулочных изделиях
5. Изучить в какой фазе роста клеток синтезируются вторичные метаболиты? Вторичные метаболиты и фазы роста клеток.
6. Изучить как ДНК гибридизуется с м-РНК, транскрибированными с этой ДНК. Объяснить тот факт, что со всеми известными м-РНК может гибридизоваться не более 50% всей ДНК E. сoli?

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Методы биотехнологии 

     Методы, используемые в биотехнологии, могут  быть общими, специальными или специфическими.

     К общим относятся методы органической, физической, коллоидной или биологической  химии, микробиологии, цитологии, физиологии и других дисциплин. Это определение  окислительно-восстановительного потенциала, электропроводности, рН, концентрации кислорода, диоксида углерода, аммиака, аминокислот и органических кислот, глюкозы, активности ферментов и многих иных параметров. К специальным относят крупномасштабное глубинное культивирование биообъектов в периодическом, полунепрерывном или непрерывном режиме.

     Специфическими  методами биотехнологии являются методы генетической и клеточной инженерия  генетическая инженерия – это  методы получения рекомбинантных ДНК, объединяющих последовательности нуклеотидов разного происхождения. В генетической инженерии выделяют генную, геномную и хромосомную инженерию.     

     Генная  и клеточная инженерия - являются важнейшими методами (инструментами), лежащими в основе современной биотехнологии. Методы клеточной инженерии направлены на конструирование клеток нового типа. Они могут быть использованы для  воссоздания жизнеспособной клетки из отдельных фрагментов разных клеток, для объединения целых клеток, принадлежавших различным видам  с образованием клетки, несущей генетический материал обеих исходных клеток, и  других операций.     

     Генно-инженерные методы направлены на конструирование  новых, не существующих в природе  сочетаний генов. В результате применения генно-инженерных методов можно  получать рекомбинантные (модифицированные) молекулы РНК и ДНК, для чего производится выделение отдельных генов (кодирующих нужный продукт), из клеток какого-либо организма. После проведения определенных манипуляций с этими генами осуществляется их введение в другие организмы (бактерии, дрожжи и млекопитающие), которые, получив новый ген (гены), будут способны синтезировать конечные продукты с измененными, в нужном человеку направлении, свойствами. Иными словами, генная инженерия позволяет получать заданные (желаемые) качества изменяемых или генетически модифицированных организмов или так называемых «трансгенных» растений и животных.     

     Наибольшее  применение генная инженерия нашла  в сельском хозяйстве и в медицине.      

     Люди  всегда задумывались над тем, как  можно научиться управлять природой, и искали способы получения, например, растений с улучшенными качествами: с высокой урожайностью, более  крупными и вкусными плодами или  с повышенной холодостойкостью. С  давних времен основным методом, который  использовался в этих целях, была селекция. Она широко применяется  до настоящего времени и направлена на создание новых и улучшение  уже существующих сортов культурных растений, пород домашних животных и штаммов микроорганизмов с  ценными для человека признаками и свойствами.     

     Селекция  строится на отборе растений (животных) с выраженными благоприятными признаками и дальнейшем скрещивании таких  организмов, в то время как генная инженерия позволяет непосредственно  вмешиваться в генетический аппарат  клетки. Важно отметить, что в  ходе традиционной селекции получить гибриды с искомой комбинацией  полезных признаков весьма сложно, поскольку к потомству передаются очень большие фрагменты геномов  каждого из родителей, в то время  как генно-инженерные методы позволяют  работать чаще всего с одним или  несколькими генами, причем их модификации  не затрагивают работу других генов. В результате, не теряя других полезных свойств растения, удается добавить еще один или несколько полезных признаков, что весьма ценно для  создания новых сортов     

     и новых форм растений. Стало возможным  изменять у растений, например, устойчивость к климату и стрессам, или их чувствительность к насекомым или  болезням, распространённым в определённых регионах, к засухе и т.д. Учёные надеются даже получить такие породы деревьев, которые были бы устойчивы к пожарам. Ведутся широкие исследования по улучшению пищевой ценности различных  сельскохозяйственных культур, таких  как кукуруза, соя, картофель, томаты, горох и др.     

     Генно-инженерные работы в животноводстве имеют другую задачу. Вполне достижимой целью при  современном уровне технологии является создание трансгенных животных с определённым целевым геном. Например, ген какого-нибудь ценного гормона животного (например, гормона роста) искусственно внедряется в бактерию, которая начинает продуцировать его в больших количествах. Еще один пример: трансгенные козы, в результате введения соответствующего гена, могут вырабатывать специфический белок, фактор VIII, который препятствует кровотечению у больных, страдающих гемофилией, или фермент, тромбокиназу, способствующий рассасыванию тромба в кровеносных сосудах, что актуально для профилактики и терапии тромбофлебита у людей. Трансгенные животные вырабатывают эти белки намного быстрее, а сам способ значительно дешевле традиционного.      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2. Иммобилизация ферментов  путем инкапсулирования 

     Иммобилизованные  ферменты- ферменты искусственно связанные с нерастворимым носителем, но сохранившие свои каталитические свойства. Иммобилизованные ферменты легко отделяются от реакционной среды, могут использоваться многократно. Иммобилизация ведет к изменению свойств фермента: субстратной специфичности, устойчивости и т.д. Иммобилизованные ферменты обеспечивают экономичность и эффективность технологий.

     МЕТОДЫ: 

     2.1 Физические

     Под физической иммобилизацией понимают включение фермента в какую – либо изолированную фазу, которая отделена от фазы свободного раствора, но способна обмениваться с находящимися в последней молекулами субстрат. На этом основании все методы физической иммобилизации фермента, т.е. иммобилизции, при которой фермент не соединен с носителем ковалентными связями, делят на четыре группы:

• адсорбция на нерастворимых носителях;
• включение в поры геля;
• отделение фермента от остальной среды полупроницаемой перегородкой (мембраной);
• включение в двухфазную реакционную среду, где фермент растворим и может находиться только в одной из фаз.

     Иммобилизация ферментов путем  адсорбции достигается при контакте водного раствора фермент с носителем. После отмывки неадсорбировавшегося фермента препарат можно использовать. На практике применяют следующие приемы:

1. Статический – носитель и водный рствор фермента смешивают и оставляют на некоторое время. Иммобилизция достигается за счет самопроизвольной диффузии фермента к носителю с последующей его дсорбцией, обычно для этого требуются сутки или более.
2. Перемешивание раствора фермента и носителя с помощью магнитной мешалки или на шуттель – аппарата.
3. Метод электроосаждения – в раствор фермента погружают два электрода, на один из которых нанесен носитель и пропускают электрический ток.
4. Метод нанесения в колонке – через колонку с носителем прокачивают раствор фермента.

     Удержание фермента на носителе происходит за счет ванн – дер – вальсовах взимодеуствий, электростатических сил, водородных связей и гидрофобных взаимодействий между носителем и поверхностными группами белка. Основными факторами, влияющими на адсорбцию фермента, являются: удельная поверхность и пористость носителя, значения рН и ионной силы раствора фермента, его концентрация и температура поведения адсорбции.

     Для повышения эффективности адсорбции, носитель и фермент предварительно модифицируют: выдерживание носителя в буферном растворе, обработка избытком раствора содержащего ионы соответствующего металла или веществами, молекулы которых содержат большое число функциональных групп, например, альбумином, обработка гидрофобными соединениями и т.д. Для модификации фермента его обрабатывают соединениями, содержащими ионогенные группы – поликислоты, карбоксиметилцеллюлоза, остатки янтарной кислоты и т.д.; для дополнительного удеожния фермента на носителе можно использовать электроудержние. При этом фермент удерживается за счет электростатических сил и диполь – дипольных взаимодействий между поляризованными частицами носителя и молекулами белка.

     Преимущества  адсорбционной иммобилизации обусловлены  доступностью и дешевизной сорбентов, простой методики. Однако при этом способе иммобилизации фермент удерживается на носителе недостаточно прочно. 

     Иммобилизация ферментов путем включения в гели. Здесь молекулы фермента включаются в трехмерную сетку из тесно переплетенных цепей, образующих гель. Расстояние между соседними цепями меньше молекулы фермента. Поэтому фермент не может перейти в окружающий раствор. Для такой иммобилизации существует два основных способа:

1.Фермент  вводят в водный раствор мономера, а затем проводят полимеризацию.  В реакционную смесь добавляют  сшивающие агенты, которые придают  полимеру структуру трехмерной  сетки. Таким путем иммобилизуют  трипсин, рибонуклеазу и амилазу.

2.Фермент  помещают в раствор уже готового  полимера, который затем переводят  в гелеобразное состояние.

     Гели  образуют из крахмала, агар – агара, каррагинана или агарозы.  
Иногда коллагеновые мембраны образуют глутаровым альдегидом и получают сшитые мембраны. Сшитые гели можно получить при воздействии на водные растворы поливинилового спирта или поливинилпирролидона гамма-излучателем или потоком электронов. В последнее время используют включение ферментов в матрицу из фотополимеризующихся смол. Они содержат фоточувствительные функциональные группы и при действии ультрафиолетового облучения образуют между собой ковалентные связи и трехмерную сетку.

     Для получения неорганических гелей  используют поликремневую кислоту (силикагель) или фосфат кальция.

     На  активность ферментов, включенных в гель влияет: содержание фермента, размеры гелевых частиц и природа полимерной матрицы.