Материал: Melnuchuk_Promuslova biotexnologij
`НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БІОРЕСУРСІВ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ УКРАЇНИ
М.Д.Мельничук, О.Л.Кляченко, В.В.Бородай, Ю.В.Коломієць
ПРОМИСЛОВА БІОТЕХНОЛОГІЯ
Київ-2014
УДК 663.078.7:691322/.58(075.8) ББК 40.06.Я7
З 14
Рекомендовано Міністерством освіти і науки України як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів
Лист № 1/11-17916 від 11.11.2014
Рецензенти:
Постоєнко В.О., доктор сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник; Григорюк І.П., доктор біологічних наук, професор;
Пасічник Л.А., доктор біологічних наук, старший науковий співробітник.
Автори-упорядники:
М.Д.Мельничук, О.Л.Кляченко, В.В.Бородай, Ю.В.Коломієць
Рекомендовано до друку рішенням вченої ради Національного університету біоресурсів і природокористування України (протокол № 4 від 19 грудня 2013 року)
Мельничук М.Д.
З 14 Загальна (промислова) біотехнологія: навчальний посібник/ М.Д. Мельничук, О.Л.Кляченко, В.В.Бородай, Ю.В.Коломієць. – Київ: ФОП Корзун Д.Ю., 2014. - 252 с.
У навчальному посібнику викладено класичні та сучасні методи і прийоми біотехнологічних робіт з мікроорганізмами - продуцентами, що використовуються у промисловій біотехнології. Описано методи отримання чистих і накопичувальних культур, культивування аеробних та анаеробних мікроорганізмів в лабораторних умовах, вивчення культуральних та фізіологобіохімічних властивостей мікроорганізмів-продуцентів промислово важливих речовин, дослідження особливостей росту мікроорганізмів в періодичній і безперервній культурі. Показано можливості і переваги використання на виробництві результатів практичного поєднання фундаментальних та прикладних досліджень у промисловій біотехнології.
Для наукових працівників, викладачів, аспірантів, студентів і магістрів біологічних й аграрних вузів, які спеціалізуються в галузі промислової біотехнології та мікробіології.
УДК 663.078.7:691322/.58(075.8) ББК 40.06.Я7
©М.Д.Мельничук, О.Л.Кляченко, В.В.Бородай, Ю.В.Коломієць © Навчально-науковий інститут рослинництва, екології і біотехнологій НУБіП України, 2014 р.
ЗМІСТ
ЗМІСТ
Передмова……………………………………………………………………….. 7 Перелік умовних скорочень……………………………………………………. 9
РОЗДІЛ 1. ОРГАНІЗАЦІЯ ДОСЛІДЖЕНЬ З ПРОМИСЛОВОЇ БІОТЕХНОЛОГІЇ……………………………………………………………… 10
1.1.Принципи організації та особливості роботи в лабораторії промислової біотехнології………………………………………………………………. 10
1.2.Посуд, інструменти та матеріали…………………………………………. 11
1.3. Правила роботи в лабораторії промислової біотехнології……………. |
12 |
1.4. Ведення лабораторного журналу ………………………………………. |
13 |
РОЗДІЛ 2. ОСОБЛИВОСТІ ОРГАНІЗАЦІЇ ПЕРЕДФЕРМЕНТА- |
|
ЦІЙНОЇ СТАДІЇ БІОТЕХНОЛОГІЧНИХ ВИРОБНИЦТВ……………….. |
15 |
2.1.Фізичні методи стерилізації………………………………………………. 15
2.1.1.Термічні методи…………………………………………………..... 15
2.1.2.Стерилізація опроміненням та газами……………………………. 19
2.1.3.Метод фільтрування за допомогою мембранних фільтрів і фільтрів Зейтца……………………………………………………………………. 19
2.2.Хімічні методи стерилізації: дезінфекція антисептиками………………. 21 Робота № 1. Методи стерилізації посуду та живильних середовищ………….. 22 Робота № 2. Ефективність фізичних і хімічних методів стерилізації…………. 24
2.3. Трофічні потреби мікроорганізмів………………………………………… |
28 |
2.4. Живильні середовища…………………………………………………….... |
30 |
Робота № 3. Приготування живильних середовищ для культивування |
|
мікроорганізмів – продуцентів………………………………………………….. |
30 |
Робота № 4. Значення поживних елементів для росту Aspergillus niger. |
|
Культура цвілевих грибів на повному і неповному живильних |
|
середовищах………………………………………………………………………. |
32 |
РОЗДІЛ 3. ВИВЧЕННЯ ВПЛИВУ УМОВ КУЛЬТИВУВАННЯ НА |
|
ФІЗІОЛОГІЧНУ АКТИВНІСТЬ ПРОДУЦЕНТІВ. ….…………………….. |
37 |
3.1. Особливості культивування мікроорганізмів……………………………. |
37 |
Робота № 5. Методи виділення накопичувальних культур мікроорганізмів… |
39 |
Робота № 6. Методи виділення чистих культур мікроорганізмів……………. |
40 |
Робота № 7. Способи культивування аеробних та анаеробних |
|
мікроорганізмів…………………………………………………………………… |
44 |
РОЗДІЛ 4. ТИПИ ФЕРМЕНТАЦІЙНИХ ПРОЦЕСІВ……………………... |
49 |
4.1. Культивування мікроорганізмів у періодичній та безперервній |
|
культурі…………………………………………………………………………... |
49 |
Робота № 8.Фази росту культур-продуцентів і розрахунок кінетичних |
|
параметрів…………………………………………………………………………. |
52 |
Робота № 9.Моделі росту мікроорганізмів……………………………………… |
55 |
Робота № 10. Вивчення кінетики росту дріжджів при глибинній |
|
ферментації………………………………………………………………………... |
58 |
Робота № 11. Типи ферментаційних процесів………………………………….. |
61 |
Робота № 12. Періодичне культивування мікроорганізмів та культивування з |
|
3
|
ЗМІСТ |
|
підживленням субстратів………………………………………………………. |
62 |
|
Робота № 13.Проточні культури: хемостат, турбідостат……………………… |
64 |
|
Робота № 14.Проведення процесу ферментації з лімітуванням субстрату…. |
67 |
|
РОЗДІЛ 5. ПРИНЦИПИ ТА МЕТОДИ ОТРИМАННЯ ПРОМИСЛОВИХ |
|
|
ШТАМІВ ПРОДУЦЕНТІВ …………………………….. |
71 |
|
Робота № 15. Виділення мікроорганізмів-антагоністів продуцентів |
|
|
біологічно-активних речовин з ґрунту………………………………………….. |
72 |
|
Робота № 16. Дослідження морфологічних особливостей промислово |
|
|
важливих штамів мікроорганізмів……………………………………..………... |
75 |
|
Робота № 17. Визначення біохімічних властивостей Bacillus subtilis………… |
78 |
|
Робота № 18. Ідентифікація мікроорганізмів за визначником бактерій |
|
|
Берджі……………………………………………………………………………… |
80 |
|
5.1. Ідентифікація мікроорганізмів-продуцентів із природних ценозів без |
|
|
виділення в чисті культури…………………………………………………….. |
83 |
|
5.1.1.Руйнування клітин, виділення і очищення ДНК…………………. 87
5.1.2.Ампліфікація фрагментів виділеної та очищеної ДНК за
допомогою ПЛР…………………………………………………………... |
89 |
5.1.3. Денатуруючий градієнтний гель-електрофорез (ДГГЕ)………… |
91 |
Робота № 19. Аналіз ДГГЕ методом ПЛР ампліфікованих екстрактів ДНК |
|
мікроорганізмів……………………………………………………………………. |
92 |
5.1.4. Виявлення і визначення мікроорганізмів FISH – методом……… |
97 |
5.1.5.Застосування мікрочіпів в мікробіологічних дослідженнях…….. 99
5.2.Визначення чутливості мікроорганізмів до антибіотичних речовин….. 103 Робота № 20. Визначення антагоністичної активності штамів……………….. 104
5.3.Індукція мутацій у клітинах мікроорганізмів……………………………. 106
Робота № 21. Індукція мутацій у клітинах бактерій нітрозогуанідіном……… |
108 |
5.4. Способи відділення кінцевих продуктів і оцінка концентрації |
|
клітин………………………………………………………………………... |
111 |
Робота № 22. Відділення продукту (клітинної маси) методом осадової |
|
фільтрації, методом мембранної фільтрації, методом центрифугування……... |
116 |
5.5. Тривале зберігання і підтримання в активному стані промислових |
|
штамів мікроорганізмів-продуцентів…………………………………………. |
118 |
5.5.1. Періодичні пересіви на живильні середовища…………………… |
119 |
5.5.2.Зберігання у ліофілізованому стані……………………………….. 119
5.5.3.Зберігання при низьких і наднизьких температурах……………... 120
5.5.4. Зберігання у гліцеролі……………………………………………… |
121 |
5.5.5.Зберігання в дистильованій воді або 1%-му розчині |
|
хлориду натрію…………………………………………………………….. |
122 |
РОЗДІЛ 6. БІОТЕХНОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ОТРИМАННЯ МОЛОЧНОКИСЛИХ ПРОДУКТІВ…………………………………………... 123 6.1. Особливості молочнокислого бродіння………………………………….. 123 Робота № 23. Дослідження морфологічних особливостей молочнокислих бактерій. ………………………………………………….……………………….. 128 Робота № 24. Підготовка молочнокислих бактерій до ферментаційного
4
ЗМІСТ
процесу. Контроль якості заквасок……………………………………………… |
129 |
Робота № 25. Технологія заквашування живильної основи. Приготування |
|
заквасок методом накопичувальних культур…………………………………… |
132 |
6.2.Кислотна коагуляція……………………………………………………..... 135 Робота № 26. Виділення та дослідження властивостей казеїну………………. 137
6.3.Сичужне згортання молока………………………………………………... 138
Робота № 27. |
Механізм процесу сичужної коагуляції казеїну………………… |
141 |
Робота № 28.Визначення кількості молочної кислоти методом титрування…. |
142 |
|
РОЗДІЛ 7. БІОТЕХНОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ ВИКОРИСТАННЯ |
|
|
МІКРООРГАНІЗМІВ У ХЛІБОПЕЧЕННІ, ПИВОВАРІННІ ТА |
|
|
ОТРИМАННІ БЕЗАЛКОГОЛЬНИХ НАПОЇВ…………………………….. |
146 |
|
7.1. Особливості використання культур дріжджів і молочнокислих |
|
|
бактерій у хлібопеченні………………………………………………………… |
146 |
|
Робота № 29. |
Вивчення морфологічних і культуральних ознак дріжджів ….. |
149 |
Робота № 30. Визначення якості хлібопекарських дріжджів. Особливості |
|
|
підйомної сили дріжджів…….…………………………………………………… |
150 |
|
Робота № 31. |
Дослідження вікових особливостей дріжджів………….……….. |
151 |
Робота № 32. |
Визначення активності молочнокислих бактерій………………. |
153 |
7.2. Біотехнологічні аспекти пивоваріння та виготовлення квасу………….. |
154 |
|
Робота № 33. Дослідження культур дріжджів, що використовуються в |
|
|
пивоварінні. Вивчення класичних технологій пивоваріння…………………… |
155 |
|
Робота № 34. Приготування хлібного квасу з концентрату квасного |
|
|
сусла………………………………………………………………………………... 159
РОЗДІЛ 8. |
ОСОБЛИВОСТІ БІОСИНТЕТИЧНОЇ АКТИВНОСТІ |
|
ПРОДУЦЕНТІВ ПЕРВИННИХ ТА ВТОРИННИХ МЕТАБОЛІТІВ.......... |
162 |
|
8.1. Біотехнологія отримання мікробних ферментів…………………............ |
162 |
|
Робота № 35.Отримання екзоферментів бактерій роду Pectobacterium….…… |
166 |
|
Робота № 36. Визначення рівнів продукції β-каротину клітинами Pantoea |
|
|
agglomerans …………………………………………………….......................... |
168 |
|
Робота № 37. Іммобілізація клітин Pseudomonas fluorescence у гелі альгінату |
|
|
кальцію. Визначення ефективності роботи каталази, оксидази і |
|
|
нітратредуктази у іммобілізованих клітин……………………………………… |
169 |
|
Робота № 38. Вплив складу живильного середовища на накопичення амілази |
|
|
при твердофазному культивуванні мікроміцетів……………………………… |
171 |
|
Робота № 39. |
Визначення амілолітичної активності бактерій………………… |
175 |
Робота № 40. |
Визначення амілолітичної активності Aspergillus oryzae……… |
175 |
8.2.Утворення лимонної кислоти Aspergillus niger………………………….. 177 Робота № 41. Особливості утворення лимонної кислоти Aspergillus niger в різних умовах вирощування……………………………………………………… 179
8.3.Мікробіологічний синтез ціанкобаламіну (вітаміну В12)………………. 181 Робота № 42. Виробництво ціанкобаламіну (вітаміну В12) за допомогою пропіоновокислих бактерій………………………………………………………. 182
5