Реферат на тему: Биотехнология. Студент гр. 32-6

4. Биотехнология и пищевая промышленность

Микроорганизмы, культуры растительных клеток могут дать пищевые добавки, выгодно отличающиеся своей «натураль­ностью» от синтетических продуктов, преобладающих в насто­ящее время. В будущем кулинар сможет добавить в изделие аромат земляники или винограда, масло чеснока или мяты — продукты, образуемые в биореакторах с растительными клет­ками.

Все большее значение приобретают низкокалорийные, не опасные для больных диабетом заменители сахарозы, в первую очередь фруктоза — продукт превращения глюкозы при участии иммобилизованной глюкоизомеразы. В некоторых продуктах применяют глицин, дающий в комбинации с аспарагиновой кислотой различные оттенки сладкого и кислого. Планируют пищевое применение очень сладкого дипептида аснартама и особенно 100—200-звенных пептидов тауматина и монеллина, которые слаще сахарозы в 10 тыс. раз. В виде мультимера аспартам получен с помощью генноинженерных мутантов Е. coli, недавно клонирован также ген тауматина.

Немаловажную роль играют ныне в пищевой промышленности ферменты. С их помощью осветляю! фруктовые соки, производят безлактозное (диетическое) молоко, размягчают мясо. Большие возможности в плане повышения питательной ценности представ­ляет добавление в продукты питания витаминов и аминокислот. Ряд аминокислот производят с применением микробов-сверх­продуцентов, полученных с применением методов генетической инженерии. Так, генноинженерный штамм E. coli синтезирует до 30 г/л L-треонина за 40 ч культивирования. Важный аспект биотехнологии — улучшение штаммов промышленных микроорганизмов. Основные приложения био­технологии к пищевой промышленности суммированы в табл. 3.

Биомасса одноклеточных в перспективе может употребляться как пищевая добавка. Основные принципы получения белка в пищу те же, что и для производства кормового белка, однако крут допустимых субстратов более ограничен, в требования к компонентному составу биомассы более жесткие. В пищевой биомассе должно содержаться не менее 80% белка сбаланси­рованного аминокислотного состава, не более 2% нуклеиновых кислот и 1% липидов (М. Г. Безруков, 1985). Необходимы детальные токсикологические и медико-биологические исследова­ния с последующим клиническим испытанием пищевых препара­тов биомассы (В. Г. Высоцкий, 1985)

Психологический барьер, на который наталкивается произ водство «микробной пиши» в странах Европы и Японии, связан не только с прямым риском подвергнуться интоксикации, но и с сомнительными вкусовыми достоинствами этой «пищи будущего». Эксперт по проблемам питания, попробовав обра­зец бактериальной биомассы, заметил: «Она имеет все те свойства, которыми должна обладать новая человеческая пища: не имеет ни запаха, ни цвета, ни структуры, ни вкуса».

Остается выразить надежду на то, что в эпоху, когда белок одноклеточных войдет в употребление, биотехнология смо­жет в полной мере использовать созданный ею же потенциал расти­тельных и микробных клеток как продуцентов вкусовых, арома­тизирующих и структурирующих пищу добавок. Перспективным представляется культивирование грибов (Fusarium), цианобак-терий (Spirulina), зеленых водорослей (Chlorella, Scenedesmus), имеющих консистенцию и другие органолептические свойства, более привычные для человека. Волокнистую массу Fusarium на базе картофельного или пшеничного крахмала как источник пищи для человека производит ныне компания Rank Hovis Me. Dougall.
Таблица 3. Перспективы использования биотехнологических продуктов в пищевой промышленности (по П. П. Клесову, 1984; М. Haas, 1984; J. Kas, 1984; О. Volfova, 1984; О. Sahai, M. Knuth, 1985)

Продукт	Примеры	Применение в пищевой промышленности
Аминокислоты	Цистеин, метионин, лизин	Повышение питательной ценности пищи (в том числе белка одноклеточных)
	Глутамат	Усиление аромата мясных, рыбных, грибных изделий
	Глицин, аспартат	Придание кондитерским изделиям и напиткам кисло-сладкого вкуса
Олигопептиды	Аспартам, тауматин, монеллин	Низкокалорийные, очень сладкие веще­ства
Ферменты	a-Амилаза	Гидролиз крахмала при производстве спирта, вин, в пивоварении, хлебопече­нии, изготовлении кондитерских изделий и детского питания
	Глюкоамилаза	Получение глюкозы, удаление остаточ­ных декстринов из пива
	Инвертаза	Производство кондитерских изделий
	Пуллуланаза	Производство мальтозных (в сочетании с a-амилазой) или глюкозных (в сочета­нии с глюкоамилазой) сиропов из крах­мала, предварительно обработанного a-амилазой
	b-Галактози-даза	Производство безлактозного молока, освобождение молочной сыворотки от лактозы, приготовление мороженого
	Целлюлозы	Приготовление растворимого кофе, мор­ковного джема, улучшение консистенции грибов и овощей, обработка цитрусовых
	Пектиназы	Осветление вин и фруктовых соков, обработка цитрусовых
	Микробные протеазы	Сыроварение, ускорение созревания теста, производство крекеров
	Пепсин, па-паин	Осветление пива
	Фицин, трип­син, бромелаин	Ускорение маринования рыбы, удаление мяса с костей
	Липазы	Придание специфического аромата сы­ру, шоколаду, молочным продуктам, улучшение качества взбитых яичных белков
	Глюкозооксидаза в сочетании с каталазой	Удаление кислорода из сухого молока, кофе, пива, майонезов, лимонных, апель­синовых и виноградных соков
Витамины	А, В1, В2, В6, В12, С, D, Е, нико­тиновая кислота С, Е	Повышение питательной ценности пи­щевых продуктов Антиоксиданты
Терпены и род­ственные соедине­ния	Гераниол, не­рол	Ароматизаторы
Органические кислоты	Уксусная, бен-зойная, молочная, глюконовая, ли­монная	Консерванты, ароматизаторы

5. Биогеотехнология

Приложения биотехнологии к добыче, обогащению и перераработке руд, отделению и концентрированию металлов из сточ­ных вод как вторичного сырья, экстракции остаточных порций нефти из иссякающих месторождений относятся к области биогео-технологии. Большую роль в этих процессах играют микроорга­низмы, способные жить в недрах Земли и осуществлять там химические превращения.

Способностью переводить металлы в растворимые соединения (выщелачивание металлов из руд) обладают различные бакте­рии. Например, Thiobacillus ferrooxydans выщелачивает железо, медь, цинк, уран и другие металлы, окисляя их серной кисло­той, которая образуется этой бактерией из сульфида (Г. И. Ка-равайко, 1984). Chromobacterium violaceum растворяет золото по схеме Au-vAu(CN)₂ (A. D. Smith, R. J. Hunt, 1985). Техно­логии подобных процессов подкупают своей простотой: для из­влечения остатков меди, урана, никеля из «пустых пород» горно­рудного производства их обливают водой и собирают вытекающие продукты жизнедеятельности микроорганизмов — растворимые соединения (CuSO4, UO|⁺ и т. д.). Метод бактериального выщелачивания позволяет рассматривать разработку бедных месторождений как экономически выгодное предприятие. В США бедные никелевые руды, содержащие всего около 1 кг Ni на 1 т породы, предполагают «выдать на гора» с применением бактери­ального выщелачивания.

Если речь идет об извлечении металлов из сточных вод, то большое значение придается таким микроорганизмам, как Citrobacter sp. (L. Е. Macaskie, А. С. R. Dean, 1985), Zoogloea ramigera, клетки и внеклеточные полисахариды которой извле­кают U, Си, Cd (Г. И. Каравайко, 1984). Велика хелирующая способность грибной биомассы, что, учитывая сравнительную дешевизну ее наработки в больших количествах, открывает

перспективы не только для концентрирования металлов (РЬ, Hg, Zn, Cu, Ni, Co, Mn, Cr, Ag, Au, Pt, Pd) из растворов, где они присутствуют в следовых количествах (Г'. И. Каравайко, 1984), но и для освобождения растворов от радиоактивных примесей (дезактивации).

Ксантан, внеклеточный полисахарид бактерии Xanthomonas campestris, может применяться для извлечения нефти из иссяка­ющих месторождений. Остаточные порции нефти обычно адсор­бируются на различных породах, содержащихся в нефтеносных пластах, и не вымываются из них водой. Раствор ксантана в воде обладает, однако, высокой вязкостью и при закачке в пласты под повышенным давлением высвобождает капли нефти из всех трещин и углублений нефтеносных пород (S. Prentis,

1984). Бактерии-деэмульгаторы, например Nocardia sp, Rhodoco-сеик rhodochrous, разделяют водную и нефтяную фазы, что может быть использовано как для конценгрирования нефти, так и для очистки сточных вод от нефтяных примесей, создающих угрозу для окружающей среды.

Пересечение различных сфер приложения биотехнологии (в нашем примере — биогеотехнологической и природоохранной) составляет характерную особенность ее современного этапа развития. Генноинженерные штаммы псевдомонад, утилизиру­ющие сырую нефть, допускают, по меньшей мере, две сферы применения: получение биомассы на базе необ работанной нефти и предотвращение нефтяного загрязнения окружающей среды, в частности устранения нефтяных пленок на поверхности вод морей и океанов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Нет сомнения, потенциал биотехнологии в наши дни велик. Ей дано — пусть в определенных границах — перевивать поновому «нить жизни» — ДНК — методами генетической и кле­точной инженерии, создавать биообъекты по заранее заданным параметрам и, как обычно добавляют, на благо человечества.

Всегда ли на благо? Думается, что уже из основного текста ясно: что накопленный разносторонний потенциал современной биотехнологии — это обоюдоострый меч, который, подобно другим новым отраслям научно-технического прогресса, сформировавшимся в XX в. (ядерная энергетика, компьютерная электроника, космонавтика), может принести не только пользу, но и вред при бесконтрольном, неосторожном и тем более зло­намеренном применении. Так, в распространении методов генети­ческой инженерии видели угрозу заражения людей невидан­ными болезнетворными «генетическими монстрами», создания новых разновидностей злостных сорняков и даже выведения «стандартных людей» по заранее заданным программам. Потен­циальную угрозу, заключающуюся в развитии биотехнологии, нельзя ни преувеличивать, ни преуменьшать, она в значительной мере определяется не чисто научно-техническими, а этическими и социально-политическими факторами. Как отмечено в материа­лах XXVII съезда КПСС, в разных общественно-политических системах научно-техническая революция оборачивается разными ее гранями и последствиями.

Биотехнология представляется «страной контрастов», сочета­ния самых передовых достижений научно-технического прогресса с определенным возвратом к прошлому, выражающимся в ис­пользовании живой природы как источника полезных для человека продуктов вместо химической индустрии.

Значительные контрасты характерны для биотехнологии и в отношении необходимых для ее развития финансовых средств, сырьевых материалов и кадров. Есть биотехнологические раз­работки, требующие весьма внушительных капиталовложений, концентрации усилий крупных коллективов научных работников, инженерно-технических и управленческих кадров, дорогосто­ящего сырья и оборудования (многие генноинженерные разра­ботки, биотехнологические процессы с применением автоматизи­рованных систем управления). Это так называемая «большая

биотехнология». Ей противостоит «малая биотехнология» (полу­чение биогаза, выращивание микроводорослей в прудах), об­ходящаяся во многом даровыми источниками энергии и сырья, низкими капиталовложениями, небольшими затратами труда.

Все направления современной биотехнологии должны служить всему человечеству, а не только тем, кто способен финансировать развитие той или иной отрасли. В частности, развивающиеся страны должны получить доступ к «большой биотехнологии», которая им пока во многом «не по карману». Генно-инженерная вакцина против малярии необходима для стран Африки, где от малярии погибает более миллиона детей в год. Но могут ли развивающиеся страны Африки финансировать массовое произ­водство генно-инженерных вакцин? Настоятельной необходи­мостью является международная координация усилий биотехно­логов, всех заинтересованных стран. В рамках государств — участников СЭВ такая координация предусмотрена в Комплекс­ной программе научно-технического прогресса, рассчитанной на период до 2000 г.

Биотехнология — междисциплинарная область научно-техни­ческого прогресса. Она весьма гетерогенна по своему теорети­ческому базису, потому что призвана исследовать не какой-либо класс объектов, а решать определенный круг комплексных проблем. Одной из них является, например, поиск дешевого заменителя тростникового (свекловичного) сахара, и армия биотехнологов берется за дело, сочетая в своей деятельности элементы различных наук: методы микробиологии, необходимые для выращивания микроорганизма, биохимии — для выделения глюкоизомеразы (дающей глюкозо-фруктозный сироп при ис­пользовании глюкозы как субстрата), органического синтеза— для получения полимерного носителя, а при регулировке пара­метров системы с иммобилизованным ферментом необходимы физико-химические расчеты. Можно добавить еще, что для повышения эффективности биосинтеза глюкоизомеразы могут быть исполь­зованы методы генетической и клеточной инженерии.

Круг вопросов, к решению которых привлекают биотехноло­гические разработки, весьма широк. Однако большинство из них прямо или косвенно связано с глобальными проблемами, стоящими перед современной цивилизацией: загрязнение окру­жающей среды, угроза экологического кризиса; истощение запа­сов полезных ископаемых, в первую очередь источников энергии, угроза мирового энергетического кризиса; нехватка продоволь­ствия, особенно ощутимая в развивающихся странах.

Слова «биология» и «биотехнология» различаются лишь тем, что в слове «биотехнология» есть вставка «техно». И биология, и биотехнология имеют дело с живыми объектами, но как раз­личны их подходы к живому! Биотехнолог изучает живое не из чисто познавательного интереса, он пытается «заставить» рабо­тать живые объекты, производить нужные человеку продукты. «Зачем брать на себя труд изготовления химических соедине-

ний, если микроб может сделать это за нас?», — говорил Дж. Б. С. Холдейн еще в 1929 г., предвосхищая грядущий расцвет биотехнологии. В современной биотехнологии живое рассматривается как средство производства в ряду всех прочих средств; например, при биологической трансформации органиче­ских соединений микроорганизмам отводят роль химических реагентов. Не случайна и стандартная для инженерной энзи-мологии метафора, уподобляющая иммобилизованные биообъ­екты «закованным в цепи рабам». Биообъект, таким образом, понижают в ранге, переводя из категории самостоятельной целостной живой системы в категорию реагентов, датчиков, реле, компьютерных деталей, прочих орудий модернизированного производства.

Эта тенденция современной биотехнологии имеет не только философское, но и практическое значение. Она порождает черес­чур грубый, примитивный, чисто эмпирический подход к такому сложному объекту, как живое, что ведет к его низкоэффектив­ному функционированию в условиях биотехнологического про­цесса. Не оправдал себя, в частности, лобовой метод оптими­зации подобного процесса, оптимизация «грубой силой», про­водимый без детальных знаний физиологии используемого организма. Недостаточно надежен в биотехнологии и метод кибернетического моделирования, упрощающий биологический объект до «черного ящика».

Существует и другая тенденция в биотехнологии. Ее при­верженцы относятся с «пониманием» к тонкости и слаженности систем регуляции процессов жизнедеятельности в клетке био­объекта. В полушутливой форме эти мысли выражены журна­листом и популяризатором биотехнологии Фишлоком в предисло­вии к книге «Биотехнологический бизнес» (1982): «Микробы намного умнее и способнее микробиологов, генетиков и инже­неров». Речь нередко идет о повышении ранга биообъекта в биотехнологии.

Описанные особенности подхода биотехнологии к объекту выделяют ее среди традиционных естественно-научных дис­циплин.

Биотехнология — типичное порождение нашего бурного, ди­намичного XXI в. Она открывает новые горизонты перед челове­ческим разумом. Проблемы биотехнологии чрезвычайно много­образны, начиная от чисто технических (например, снижение каталитической активности ферментов при их иммобилизации) и кончая тонкими интеллектуальными проблемами, связанными с обеднением фундаментальной науки в связи с доминирова­нием чисто проблемно-прикладных разработок.

В условиях социализма открываются широкие перспективы и возможности для использования новых научных исследований и разработок на благо человека и общества.

Список используемой литературы.

1. 
   ''Биотехнология: свершения и надежды'' – Сассон А., Москва, «Мир» 1987г.
   
2. 
   ''Биотехнология проблемы и перспективы'' – Егоров Н.С., Москва, «Высшая школа» 1987г.
   
3. 
   ''Биотехнология: что это такое?'' Вакула В.Л., Москва, «Молодая гвардия» 1989г.