Weekly outline

  • General

    Podstawy Mikrobiologii Przemysłowej

    Micro

    Witam Państwa na kursie Podstawy mikrobiologii przemysłowej przeznaczony dla uczniów i studentów. Kurs prowadzony zostanie przez mgr Karolinę Szacherską (karolina.szacherska@uwm.edu.pl).

    Kurs ma na celu przedstawienie wiadomości o mikroorganizmach wykorzystywanych w przemyśle, poznanie genetycznych i biochemicznych podstaw biosyntezy wielu wartościowych produktów. Omawiane są klasyczne i molekularne metody otrzymywania szczepów produkcyjnych. Prezentowane są zagadnienia dotyczące wybranych procesów biosyntezy oraz produkcji przemysłowej, wykorzystującej nowe odkrycia i osiągnięcia biotechnologiczne.

    Liczba lekcji w kursie: 3.

    Efekty po kursie:

    1. WIEDZA:

    - Ma elementarną wiedzę w zakresie mikrobiologii przemysłowej oraz rozumie związki i zależności między wiedzą mikrobiologiczną, a biochemiczną.

    - Posiada wiedzę dotyczącą rozwoju mikrobiologii przemysłowej oraz historii odkryć, najnowszych badań oraz zastosowań mikroorganizmów w praktyce przemysłowej.

    - Wykazuje znajomość podstawowych technik i narzędzi w badaniach właściwości fizjologicznych i biochemicznych mikroorganizmów wykorzystywanych w przemyśle i rozumie znaczenie pracy doświadczalnej w mikrobiologii przemysłowej oraz potrafi opisać znaczenie analiz molekularnych w konstrukcji zmodyfikowanych mikroorganizmów.

    - Wykazuje znajomość podstawowego słownictwa związanego z mikrobiologią przemysłową.

    2. UMIEJĘTNOŚCI:

    - Potrafi ocenić rolę mikroorganizmów w przemyśle.

    ZALICZENIE: Test z zakresu mikrobiologii przemysłowej.

    LITERATURA:

    - Bednarski W., Fiedurka J. Podstawy biotechnologii przemysłowej. Wyd. Nauk-Tech. Warszawa, 2007.

    - Chmiel A. Biotechnologia - Podstawy mikrobiologiczne i biochemiczne. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa, 1998.

    - El-Mansi E.M.T., Bryce C.F.A., Demain A.L., Allman A.R. Fermentation Microbiology and Biotechnology wyd. Taylor and Francis Group, 2007.

    - Libudzisz Z., Kowal K., Żakowska Z. Mikrobiologia techniczna. Tom I i II, PWN, 2007 i 2010.

    - Schlegel H.G. Mikrobiologia ogólna. PWN, 2003.

  • Mikrobiologia przemysłowa

    Mikrobiologia przemysłowa (biotechnologia mikrobiologiczna) – zajmuje się zastosowaniem wiedzy mikrobiologicznej i inżynieryjnej w procesach przemysłowych z zastosowaniem mikroorganizmów (takich jak bakterie,grzyby, glony, pierwotniaki i wirusy) lub komórek roślin i zwierząt do produkcji użytecznych dóbr konsumpcyjnych lub półproduktów procesowych (Definicja Amerykańskiego Towarzystwa Mikrobiologii Przemysłowej, SIM).

    Mikrobiologia przemysłowa - zajmuje się wykorzystaniem określonych gatunków mikroorganizmów w różnorakich branżach przemysłu z jednoczesnym monitorowaniem mikroflory szkodliwej (Microbial Biotechnology: Fundamentals of Applied Microbiology by Alexander N. Glazer, Hiroshi Nikaido).

    Drobnoustroje, stanowiące podstawowe ogniwo wszelkich procesów biotechnologicznych powinny zapewniać wysoką jakość produktu i powtarzalność prowadzonych procesów.
    micro2

    Wybór mikroorganizmów dla danego procesu technologicznego uwzględnia:

    charakterystykę odżywiania mikroorganizmu,
    optimum temperaturowe,
    wzrost w aparaturze przemysłowej,
    stabilność cech drobnoustrojów oraz odporność na manipulacje genetyczne,
    produkcyjność,
    łatwość wydzielania produktu z medium pofermentacyjnego,

    brak toksycznych produktów metabolizmu.

    Pozyskiwanie szczepów mikroorganizmów o znaczeniu przemysłowym:

    izolacja nowych mikroorganizmów o pożądanych cechach,
    badanie znanych szczepów, nowe sposoby hodowli, bardzo czułe metody analityczne,
    metoda opracowana indywidualnie szczególnie „cenny” szczep.

    micc

    Pozyskiwanie nowych szczepów mikroorganizmów o znaczeniu przemysłowym:

    1) założenia projektowe (musimy wiedzieć, co chcemy pozyskać),
    2) wybór miejsca (najczęściej gleba, ale w różnych miejscach, wszędzie jest inna mikroflora),
    3) pobranie próby ze środowiska (najważniejszy jest czas od pobrania próbki do podjęcia pierwszych
    kroków, wtedy najwięcej się z tą mikroflorą dzieje),
    4) wstępna obróbka próbki,
    5) izolacja (do czystej kultury),
    6) testy selekcyjne (wyodrębnienie kultury o najlepszych cechach produkcyjnych),
    7) testy fermentacyjne,
    8) identyfikacja gatunkowa wybranego mikroorganizmu
  • Bakterie fermentacji mlekowej

    Bakterie fermentacji mlekowej (BFM):

    • Lactobacillus
    • Lactococcus
    • Enterococcus
    • Bifidobacterium

    Lactobacillus acidophilus - dodawane do szczepionek probiotycznych.

    Lactobacillus acidophilus

    Lactococcus lactis – surowce, mleko, obecne na zielonych częściach roślin.

    Lactococcus lactis

    Enterococcus – paciorkowce fermentacji mlekowej, naturalnie występują w przewodzie pokarmowym ludzi i zwierząt. Istnieją wśród nich szczepy o właściwościach probiotycznych (tzn. że nie mają żadnych wyznaczników chorobotwórczych). Są one oporne prawie na wszystkie antybiotyki, dlatego jeśli dojdzie do zakażenia, to bardzo ciężko jest je wyleczyć. Każda żywność to różne środowiska dla życia i rozwoju drobnoustrojów.

    Enterococcus

    Propionibacterium – występują w serach, które mają oczka, wadą jest jeśli bakterie propionowe wyprodukują za dużo CO2. sery z oczkami mają słodko orzechowy smak. Dąży się do tego aby sery zawierały witaminy z grupy B. Kwas propionowy będący produktem fermentacji tych bakterii odpowiada za konserwację serów.

    • Propionibacterium acnes – wchodzi w skład mikroflory skóry, jeżeli osoba ma tłustą skórę, czyli warunki dogodne do rozwoju bakterii, tworzy się trądzik (rozwój w warunkach beztlenowych).

    Propionibacterium acnes

    Acetobacter – powoduje psucie się wina – powstaje z niego ocet, powoduje powstawanie dużych ilości octu z małych ilości alkoholu, szczepy tych bakterii wykorzystywane są w przemyśle do produkcji właśnie octu.

    Acetobacter

    Bacillus – laseczki tlenowe stosowane do produkcji enzymów.

    Bacillus

    Drożdże – niektóre wchodzą w skład szczepionek wykorzystywanych do produkcji kefirów, winiarstwie, piwowarstwie czy też do produkcji drożdży piekarniczych.

    drozdze

    Pleśnie – stosowane do produkcji różnych serów, np. z przerostem; kolor sera i pleśni zależy od koloru zarodników.

    Aspergillus niger – grzyb strzępkowy, wykorzystywany do produkcji kwasu cytrynowego.

    Aspergillus niger

    Bakterie z grupy E. coli powodują sitowość serów, mniej oczek.

    Po izolacji szczepu, należy sprawdzić z jakiego środowiska on pochodzi. W tym celu posiewa się go na różne podłoża wybiórczo – różnicujące, hoduje w warunkach tlenowych i beztlenowych.

    PODŁOŻA:

    • VLBR dla pałeczek Enterobacteriaceae
    • RPV – gronkowce
    • Podłoże Chaprorama
    • Podłoże Slanetza – Enterococcus
    • MRS – Lactobacillus
    • MRS kogoza (pH 5,8 - 5,6 większa wybiórczość)
    • Podłoże 17
    • Podłoże z błękitem chińskim – paciorkowce
    • YGC – zawiera dodatkowo ekstrakt z drożdży, glukozę oraz antybiotyk – chloramfenikol
    • YGTD
    • Brzeczka – wyciąg ze słodu, pH 3,5, zakwaszana kwasem winowym
    • Podłoże Debucka – zakwaszone kwasem cytrynowym, żeby rosły pleśnie i drożdże

    Przy posiewaniu należy pamiętać o:

    • Dobraniu odpowiedniego podłoża, zawierającego określone związki odżywcze,
    • Odpowiednim stosunku O2 do CO2.
  • Zastosowanie szczepów przemysłowych w przemyśle spożywczym

    Zastosowanie szczepów przemysłowych w przemyśle spożywczym:

    Przemysł mleczarski:

      • bakterie fermentacji mlekowej – sery, twarogi, napoje mleczne fermentowane,
      • pałeczki fermentacji propionowej – sery szwajcarskie, długo dojrzewające,
      • pleśnie – produkcja miękkich serów pleśniowych (z przyrostem i przerostem) , np. Penicilium,
      • drożdże wraz z bakteriami – produkcja kefirów (nie wytwarzają β-D-galaktozydazy, szczepy Cluiveromyces zdolne do fermentacji laktozy),

    Przemysł alkoholowy:

      • browarnictwo, gorzelnictwo, winiarstwo – drożdże Saccharomyces cerevisiae,

    Piekarnictwo i cukiernictwo:

      • drożdże Saccharomyces cerevisiae – fermentacja alkoholowa, powstaje CO2, który powoduje spulchnianie zaczynu – ciasta,

    Przemysł owocowo – warzywny:

      • kiszonki spożywcze – Lactobacillus plantarum, pałeczki fermentacji mlekowej,
      • fermentowane soki warzywne - lepsze walory smakowe, większa trwałość, lepsze wartości odżywcze, dietetyczne,

    Produkty orientalne:

      • sosy sojowe, pasty sojowe – wykorzystywanie szczepów pleśni Aspergillus, Rhizopus, bakterii fermentacji mlekowej.

    W przemyśle spożywczym obecnie stosuje się biokonserwację, zamiast konserwacji metodami chemicznymi. Konserwacja następuje przy udziale biomasy szczepów z niską aktywnością fermentacyjną, eliminują one mikroflorę szkodliwą, np. próżniowe pakowanie wędlin – metoda kropelkowa, konserwacja sałaty – wolniejsze więdnięcie.

    Bakterie propionowe – biokonserwacja ziarna, produktów piekarskich, zapobiega rozwojowi pleśni.

    Przemysł mięsny:

    • produkcja wędlin fermentowanych (salami, kiełbasy typu metka), kiełbasy fermentowane dojrzewające i niedojrzewajace – pałeczki fermentacji mlekowej – Lactobacillus, Pediococcus,szczepy zawierają niekiedy drożdże oraz zarodniki pleśni – Penicilium,

    Przemysł farmaceutyczny:

        • produkcja antybiotyków,
        • pleśnie i promieniowce – leki steroidowe,
        • witaminy – bakterie i grzyby,
        • produkcja szczepionek – szczep na bazie metabolitów bakterii Lactococcus lactis – przeciw tężcowi,
        • insulina – syntetyzowana przez bakterie – paciorkowce fermentacji mlekowej,
        • produkcja hormonów wzrostu, probiotyków – drożdże Saccharomyces bulardi,

    Przemysł chemiczny:

        • produkcja aminokwasów (Corynebacterium – lizyna, cysteina, kwas glutaminowy, asparaginowy),
        • produkcja kwasów – mlekowy, propionowy, octowy, cytrynowy, glukonowy, winowy, jabłkowy, galusowy, itakonowy,
        • bakterie z rodziny Bacillus wykorzystywane do produkcji insektycydów – środków do zwalczania szkodników oraz produkcja zamienników pestycydów – biopestycydy,
        • metabolity bakterii wykorzystywane jako polepszacze smaku, wzmacniające smak, środki barwiące, zapachowe,
        • produkcja białek – muszą być oczyszczone z alergenów bakteryjnych, lipidów – pleśnie,
        • produkcja biopaliw, degradacja ścieków, szczepy przemysłowe – degradacja serwatki, odzysk laktozy,
        • degradacja celulozy,
        • zatężanie metali,
        • produkcja enzymów – amylazy, izomerazy, peroksydazy – przemysł tekstylny, komponenty proszków do prania – proteinazy, lipazy,
        • produkcja soków owocowych – pektynazy.