P. J. ŠAFÁRIK УНІВЕРСИТЕТ У КОШИЦІ НАУКОВОГО ФАКУЛЬТЕТУ КАФЕДРА ХІМІЧНИХ НАУК КАФЕДРА БІОХІМІЇ RNDr. Даніка Саболова, к.т.н. ІНСТРУКЦІЯ ДЛЯ ПРАКТИЧНИХ ВПРАВ З БІОТЕХНОЛОГІЇ КОШИЦЬ 2012
2012 р. Даніка Саболова, доктор філософії Рецензенти: Doc. Інж. Петро Оравець, к.с.н. Інж. Альжбета Медвежова, к.т.н. Діапазон сторінок: 66 Електронний підручник для університету для факультету природничих наук UPJŠ у Кошицях. Автор відповідає за професійні та мовні аспекти цього університетського підручника. Рукопис не зазнавав редакційного чи мовного редагування. Видавець: Університет Павла Йозефа Шафарика в Кошицях Місцезнаходження: http://www.upjs.sk/pracoviska/univerzitna-kniznica/e-publikacia/#pf Доступно з: 03.12.2012 ISBN 978-80-7097-989-1
ЗМІСТ 1. БЕЗПЕКА ПРАЦІ. 4 Вправа No. 1 Принципи безпеки праці в хімічній лабораторії. 5 2. СПИРТОВА ФЕРМЕНТАЦІЯ ТА АЛКОГОЛОВІ НАПИТКИ. 8 Вправа No. 2 Спиртове бродіння. 12 3. БІОПОЛІМЕРИ - ПЕКТИНИ. 14 Вправа No. 3 Аналіз технічного пектину, приготування варення. 17 4. МОЛОКО І МОЛОЧНІ ПРОДУКТИ. 19 Вправа No. 4 Молоко, пастеризація молока. 30 Вправа No. 5 Аналіз молочного бродіння. 33 Вправа No. 6 Приготування кисломолочних продуктів та сиру. 36 5. ЗБЕРІГАННЯ ПРОДУКТІВ. 38 Вправа No. 7 Двоокис сірки як консервант. 43 6. БІОЛОГІЧНІ ОКСИДАННЯ. 46 Вправа No. 8 Антиоксидантна дія вітаміну С на цитохром с. 48 7. АНТИБІОТИКА. 50 Вправа No. 9 і 10 бактеріоцинів. 52 8. КОСМЕТИКА, МИЛО І ЗАСОБИ ДЛЯ ЗАСОБУ. 54 Вправа No. 11 Косметика. 61 9. ХАРЧОВІ ДОДАТКИ ФАРБИ. 62 Вправа No. 12 Харчові барвники, спектральний аналіз їжі. 64 3
Передмова Цей університетський підручник призначений для студентів факультету наук UPJŠ у Кошицях, які зареєстрували практичні вправи з біотехнології, а також для всіх інших студентів, які зацікавлені ознайомитись із практичними застосуваннями біотехнологій. Метою практичного курсу є ознайомлення студентів з основними біотехнологічними методами та їх застосуванням. Студенти перевірять на практиці теоретичні знання, отримані на лекціях з біотехнологій, такі як хід процесів бродіння, виробництво вина, приготування кисломолочних продуктів та сирів, підготовка живильних середовищ, інокуляція та вирощування мікроорганізмів тощо. Частиною практичних вправ є використання аналітичних та спектральних методів, які є невід’ємною частиною біохімії. Сценарії публікуються лише в електронному вигляді та доступні на веб-сайті університету: http://kosice.upjs.sk/
kbch/uk, оскільки все ще можна буде оновити та модернізувати зміст лабораторних завдань. Автор 4
Етанолопродукуючі мікроорганізми: 1. Бактерії - Zymomonas, Clostridium, Streptomyces, Pseudomonas, Klebsiella, Lactobacillus, Thermoanaerobacterium, Zymobacter та ін. 2. Дріжджі - Saccharomyces, Kluyveromyces, Zygosaccharomyces, Candida та ін. 3. Волокнисті гриби - Rhizopus, Aspergillus та ін. Saccharomyces cerevisiae, який найкраще відповідає усім критеріям, є найбільш широко використовуваним промисловим лікеро-горілчаним заводом. Виробництво етанолу: 1. Приготування ферментаційного середовища 2. Розмноження дріжджів 3. Ферментація 4. Дистиляція Дистиляція Дистиляція ферментованої каші проводиться в апараті безперервної дистиляції. Концентрація стоку неочищеного спирту становить 90-92%, який після переведення переробляють (ректифікують) до 40-50%, відокремлюючи леткі компоненти (кислоти та складні ефіри від спирту). Сирий спирт поділяють на фракції: попередньо капніть чистий спирт по краплях 9
ВИНО Це алкогольний напій, вироблений ферментацією виноградного сусла. Технологічна процедура: 1. Подрібнення та подрібнення виноградників 2. Пресування та обробка сусла 3. Спиртове бродіння та дозрівання вина 4. Розлив, освітлення та фільтрація вина 5. Розлив вина в пляшки Види дріжджів: Saccharomyces, Saccharomycodes, Bretanomyces, Candida, Hanseniospora, Trulopsis та ін. Під час бродіння дія дріжджів перетворює цукор на спирт, вуглекислий газ та побічні продукти. На першій фазі відбувається бурхливе бродіння (період бурчак), яке триває кілька днів. Після бурхливого бродіння вино вперше розливають у пляшки. Шлам відокремлюють і молоде вино ферментують протягом наступних тижнів. На цьому етапі закрийте ємність з молодим вином пробкою для бродіння. Оптимальна температура бродіння - від 14 до 18 С. На наступному етапі вино самоочищається. Дріжджі гинуть через збільшення вмісту спирту і осідають на дні ємності разом з домішками. Спиртове бродіння білих вин з використанням чистих культур винних дріжджів займає від 10 днів до декількох місяців, залежно від температури та складу сусла. Після бродіння вино знову розливають у пляшки, фільтрують і змішують (змішуючи різні партії). Нарешті, його заливають у пляшки і залишають дозрівати за необхідності. 10
Розподіл вин Словацькі вина поділяються за вмістом цукру у винограді; вміст алкоголю; виноградні сорти; технології виробництва та кінцевої якості для: Столового вина Столового вина з ГІ (регіональне вино) Якісне вино Якісне сортове вино Якісне торговельне вино Якісне вино із зазначеного регіону Якісне вино з атрибутичним шафою вибір пізнього винограду селекція ягід родзинка селекція цибеб вибір морозиво селекційне вино солом'яне вино Оброблене вино Безалкогольне вино Слабоалкогольне вино Вино для промислової переробки Вино, вироблене у виноробному регіоні Токая За вмістом цукру: Сухі вина містять максимум 4 г залишкового цукру на літр Напівсухі вина містять 4- 12 г залишкового цукру на літр Напівсолодкі вина містять 12-45 г залишкового цукру на літр Солодкі вина містять мінімальний вміст 45 г залишкового цукру на літр За вмістом CO 2: безшумне газоване ігристе 11
деміжон і пробка з бродильною пробкою. Через 4 тижні розлийте його в скляні банки 0,7 л і додайте в кожну по 1 чайній ложці винної кислоти. Дайте постояти 1 тиждень, поки вино не стане прозорим, а потім розкачайте його по пляшках. Готуючи червоний вермут, ми фарбуємо вино червоним харчовим барвником. Пікнометричний метод визначення щільності: мм Розрахунок: ρ = = V m V m = mm 2 1 2 1 m 3 1 де: m 1 = маса порожнього пікнометра m 2 = маса пікнометра з виміряною рідиною m 3 = маса пікнометра з дистильована вода Процедура: Ми розглядаємо сухий порожній пікнометр. Потім залийте його рідиною, закрийте пробкою, висушіть зайву рідину фільтрувальним папером і зважте. Потім ми також розглянемо пікнометр з дистильованою водою. Точніше, ми розраховуємо щільність згідно: m2 m1 ρ = (ρ ρ) + ρ 2 мм 3 1 HOVV де ρ H2O = щільність води при даній температурі (при 20 ºC дорівнює 0,9982 g.cm -3) ρ V = густина повітря (при t = 20 ºC і тиску 101,325 кпа становить 0,0012 г. см -3) З хімічних таблиць віднімаємо відсоток алкоголю, що відповідає виміряній густині. Результат ми порівнюємо зі значенням, виміряним лічильником алкоголю, і записуємо в протокол. 13
1% H 2 O 2, 2% етанол, розчин п-фенилендіаміну, пастеризоване та непастеризоване коров’яче молоко Процедура: тест Келера: До 3 см 3 пастеризованого молока додайте 5 крапель мастила і після струшування краплю 2% H 2 O 2. Те саме повторити процедуру з непастеризованим молоком. Утворюється синя смужка, яка після струшування змінюється на синюватий весь об’єм молока, якщо це не пастеризоване молоко. Тест Шторка: До 10 см 3 непастеризованого молока додайте кілька крапель сильно розведеного H 2 O 2 (0,2 1%) і кілька крапель 2% спиртового розчину пара-фенілендіаміну. Повторіть ту ж процедуру з пастеризованим молоком. Молоко, яке не було підігріте, стає синім до індиго після струшування протягом декількох хвилин, інше молоко стає сірим або взагалі не стає. 32
температура до 20 ° C, розвиток молочнокислих бактерій та втрата дріжджів, що призводить до більшого утворення молочної кислоти та зменшення спиртового бродіння. Матеріал, інструменти: зерна кефіру (активоване), коров’яче молоко, термометр Процедура: Промийте зерна кефіру кип’яченою холодною водою, а потім залийте кип’яченим, загартованим, загартованим молоком 20 С. Виливши зерна на поверхню молока, злийте їх і використовуйте як закваску на кефірі. Остудити кип'ячене коров'яче молоко до 15 20 С і додати активовані зерна кефіру. Дайте їм працювати в молоці протягом 24 годин. При цьому ми час від часу змішуємо молоко. Після згортання молоко перекладають у пляшки, які закривають і залишають бродити при температурі 12 15 С. Кефір залишають стояти 1-4 дні залежно від того, скільки спирту він повинен містити. 35
Вправа No. 6 Приготування кисломолочних продуктів та сиру. Завдання: 1.) Приготування сиру Принцип: Сир - це кисломолочний продукт, який виготовляється з молока шляхом коагуляції його з молочною кислотою. Кисневі продукти містять пробіотики, корисні бактерії. Пробіотики - це молочнокислі бактерії, представлені головним чином родами Bifidobacterium та Lactobacillus, відповідно. певні види стрептококів. Вони колонізують кишковий тракт і допомагають не тільки нормально функціонувати кишечнику, але і підтримують імунітет організму. Матеріал, інструменти: коров’яче молоко, термометр, марля Порядок дій: Нехай знежирене молоко бродить при кімнатній температурі (від 1 до 2 днів), отримуємо т.зв. чхати. Нагрійте пиріг при постійному помішуванні при температурі від 28 до 32 С. Сир піднімається на поверхню сироватки за пів до 1 години. Коли сирна маса сильно нагрівається, вона згортається, втрачає жирність і суха. Вилийте сир і сироватку над марлею, щоб відокремити сироватку. Нехай сир пресується і висушується. 2.) Приготування йогуртів Принцип: Йогурт готують шляхом посіву змішаних йогуртових культур у якісне молоко, а потім відбувається бродіння в гартуваних камерах. Матеріал, інструменти: молоко, білий йогурт, підсолоджене згущене молоко Salko, сезонні фрукти (вимиті, сухі), банки з кришкою, термостат 36
Процедура: 1 літр молока закип’ятити у більшій ємності. Остудіть його до 30 С, змішайте 1 салко та 1 білий йогурт. На дно банки помістіть сухі фрукти або. варення і залити підготовленим йогуртом. Закрийте склянки і дайте їм постояти в термостаті протягом 6 годин при t = 42 45 C. Дайте покритим охолонути і поставте їх у холодильник. 3.) Приготування сирів Принцип: Сир - це молочний продукт, що містить молочний білок, жири та інші молочні компоненти. Сир виготовляють шляхом згортання молока з сичугом (виробництво солодких сирів). Матеріал, інструменти: молоко, сичуг, термометр, марля Процедура: У ємності нагрійте молоко до необхідної температури - якщо ми хочемо готувати сири твердіше, до температури 28 35 С, якщо м’якше, до температури 20 25 Потім додайте сичуг у молоко (на літр приблизно 1 чайна ложка). Змішайте і залиште до сиру, знову ж відповідно до виду сиру - важче 15-60 хвилин, м’якше 30-120 хвилин. Залийте готовий сир марлею, відокремте сироватку і дайте їй вільно висохнути. 37
5. ЗБЕРЕЖЕННЯ ХАРЧУВАННЯ Консервація - це приготування їжі, що дозволяє продовжити її природний термін зберігання. Ефект консерванту може бути досягнутий або знищенням мікроорганізмів, або обробкою середовища, в якому мікроорганізми не мають належних умов для метаболізму та розмноження. У той же час необхідно інактивувати ферменти та забезпечити асептичну упаковку їжі та відповідні умови мікрокліматичного зберігання. В даний час використовуються такі основні методи консервування їжі: 1. Фізичне збереження тепла, пастеризація, стерилізація, варіння, випікання, сушіння, холодне консервування, охолодження та заморожування, УФ-консервація, ультразвук, фільтрація та вакуумна упаковка. 2. Хімічна хімічна консервація органічних кислот, солей, нітритів, нітрати, CO 2, SO 2, алкоголь, цукор, куріння. 3. Біологічне бродіння - молочно-алкогольне бродіння, лізоцим та консервація антибіотиками (нині заборонено) Фізичні методи консервації: Консервація тепла Тепло вбиває мікроорганізми і одночасно зупиняє активність ферментів у їжі (пастеризація, стерилізація). Стерилізована їжа має більший термін зберігання, але її харчова цінність (вітаміни) зменшується, а також відбуваються сенсорні зміни (колір, консистенція). 38