P. J. ŠAFÁRIK UNIVERSITY IN KOŠICE НАУЧЕН ФАКУЛТЕТ КАФЕДРА ПО ХИМИЧНИ НАУКИ КАФЕДРА ПО БИОХИМИЯ RNDr. Д-р Даника Саболова. ИНСТРУКЦИИ ЗА ПРАКТИЧЕСКИ УПРАЖНЕНИЯ ОТ БИОТЕХНОЛОГИЯТА НА КОШИЦЕ 2012
2012 RNDr. Д-р Даника Саболова Рецензенти: Doc. Ing. Петър Оравец, CSc. Ing. Alžbeta Medveďová, д-р. Обхват на страниците: 66 Електронен университетски учебник за Факултета по природни науки UPJŠ в Кошице. Авторът е отговорен за професионалните и езикови аспекти на този университетски учебник. Ръкописът не е претърпял редакционна или езикова редакция. Издател: Университет Павел Йозеф Шафарик в Кошице Местоположение: http://www.upjs.sk/pracoviska/univerzitna-kniznica/e-publikacia/#pf Достъпно от: 03.12.2012 ISBN 978-80-7097-989-1
СЪДЪРЖАНИЕ 1. БЕЗОПАСНОСТ НА ТРУДА. 4 Упражнение бр. 1 Принципи на безопасността на труда в химическа лаборатория. 5 2. АЛКОХОЛНА ФЕРМЕНТАЦИЯ И АЛКОХОЛНИ НАПИТКИ. 8 Упражнение бр. 2 Алкохолна ферментация. 12 3. БИОПОЛИМЕРИ - ПЕКТИНИ. 14 Упражнение бр. 3 Анализ на технически пектин, приготвяне на конфитюр. 17 4. МЛЯКО И МЛЕЧНИ ПРОДУКТИ. 19 Упражнение бр. 4 Мляко, пастьоризиране на млякото. 30 Упражнение бр. 5 Анализ на мляко за ферментация на мляко. 33 Упражнение бр. 6 Приготвяне на кисело млечни продукти и сирене. 36 5. ОПАЗВАНЕ НА ХРАНИТЕ. 38 Упражнение бр. 7 Серен диоксид като консервант. 43 6. БИОЛОГИЧНИ ОКИСЛЕНИЯ. 46 Упражнение бр. 8 Антиоксидантен ефект на витамин С върху цитохром с. 48 7. АНТИБИОТИКИ. 50 Упражнение бр. 9 и 10 бактериоцини. 52 8. КОЗМЕТИКА, САПУНОВЕ И ПОЧИСТВАТЕЛИ. 54 Упражнение бр. 11 Козметика. 61 9. ХРАНИТЕЛНИ ДОБАВКИ ОЦВЕТИТЕЛИ. 62 Упражнение бр. 12 Хранителни багрила, спектрален анализ на храната. 64 3
Предговор Този университетски учебник е предназначен за студенти от Факултета по природни науки на UPJŠ в Кошице, които са регистрирали практически упражнения по биотехнологии, но също така и за всички останали студенти, които се интересуват от запознаване с практическите приложения на биотехнологиите. Целта на практическия курс е да запознае студентите с основните биотехнологични методи и техните приложения. Студентите ще проверят на практика теоретичните знания, придобити в лекции по биотехнологии, като хода на ферментационните процеси, производството на вино, приготвянето на кисело млечни продукти и сирена, подготовката на хранителни среди, инокулирането и култивирането на микроорганизми и др. Част от практическите упражнения е използването на аналитични и спектрални методи, които са неразделна част от биохимията. Сценариите се публикуват само в електронен вид и са достъпни на уебсайта на университета: http://kosice.upjs.sk/
kbch/bg, защото все още ще бъде възможно да се актуализира и модернизира съдържанието на лабораторни задачи. Автор 4
Етанол продуциращи микроорганизми: 1. Бактерии - Zymomonas, Clostridium, Streptomyces, Pseudomonas, Klebsiella, Lactobacillus, Thermoanaerobacterium, Zymobacter и др. 2. Дрожди - Saccharomyces, Kluyveromyces, Zygosaccharomyces, Candida и др. 3. Влакнести гъби - Rhizopus, Aspergillus и др. Saccharomyces cerevisiae, който най-добре отговаря на всички критерии, е най-широко използваната промишлена дестилерия. Производство на етанол: 1. Приготвяне на ферментационна среда 2. Размножаване на дрожди 3. Ферментация 4. Дестилация Дестилация Дестилацията на ферментирала каша се извършва в оборудване за непрекъсната дестилация. Концентрацията на отпадъчните води суров алкохол е 90-92%, който се дестилира (ректифицира) след разреждане до 40-50%, отделяйки летливите компоненти (киселини и естери от алкохола). Суровият алкохол се разделя на фракции: предварително капнете чист алкохол на капки 9
ВИНО Това е алкохолна напитка, получена чрез ферментация на гроздова мъст. Технологична процедура: 1. Смилане и почистване на лозя 2. Пресоване и обработка на мъст 3. Алкохолна ферментация и узряване на виното 4. Бутилиране, избистряне и филтриране на вино 5. Бутилиране на вино Видове дрожди: Saccharomyces, Saccharomycodes, Bretanomyces, Candida, Hanseniospora, Trulopsis и др. По време на ферментацията действието на дрождите превръща захарта в алкохол, въглероден диоксид и странични продукти. В първата фаза има бурна ферментация (период на бурчак), която продължава няколко дни. След бурната ферментация виното се бутилира за първи път. Утайката се отделя и младото вино ферментира през следващите седмици. На този етап затворете съда с младото вино със запушалка за ферментация. Оптималната температура на ферментация е 14 до 18 С. На следващия етап виното се самопочиства. Дрождите умират поради нарастващото съдържание на алкохол и се утаяват на дъното на съда заедно с примесите. Алкохолната ферментация на бели вина, използвайки чисти култури от винени дрожди, отнема от 10 дни до няколко месеца, в зависимост от температурата и състава на мъстта. След ферментацията виното отново се бутилира, филтрира и смесва (смесвайки различни партиди). Накрая се пълни в бутилки и се оставя да узрее при необходимост. 10
Разпределение на вината Словашките вина се разделят според съдържанието на захар в гроздето; наличното алкохолно съдържание; лозови сортове; на производствена технология и крайно качество за: Трапезно вино Трапезно вино с ГИ (Регионално вино) Качествено вино Качествено сортово вино Качествено марково вино Качествено вино от определен регион Качествено вино с атрибут шкаф селекция грозде зърно селекция стафида селекция цибеб избор сладолед селектирано вино сламено вино Преработено вино Деалкохолизирано вино Нискоалкохолно вино Вино за промишлена преработка Вино, произведено във винен регион Токай Според съдържанието на захар: Сухите вина съдържат максимум 4 g остатъчна захар на литър Полусухите вина съдържат 4- 12 g остатъчна захар на литър Полусладките вина съдържат 12-45 g остатъчна захар на литър Сладките вина съдържат минимално съдържание на 45 g остатъчна захар на литър Според съдържанието на CO 2: тихо аерирано пенливо 11
демижон и запушалка с ферментационна запушалка. След 4 седмици го изсипете в стъклени буркани от 0,7 л и към всеки добавете 1 чаена лъжичка винена киселина. Оставете да престои 1 седмица, докато виното се избистри и след това го навийте в бутилки. Когато приготвяме червен вермут, оцветяваме виното с червен хранителен оцветител. Пикнометричен метод за определяне на плътността: mm Изчисляване: ρ = = V m V m = mm 2 1 2 1 m 3 1 където: m 1 = маса на празен пикнометър m 2 = маса на пикнометър с измерена течност m 3 = маса на пикнометър с дестилирана вода Процедура: Ние считаме за сух празен пикнометър. След това го напълнете с течност, затворете със запушалка, изсушете излишната течност с филтърна хартия и претеглете. След това разглеждаме и пикнометър с дестилирана вода. По-точно изчисляваме плътността според: m2 m1 ρ = (ρ ρ) + ρ 2 mm 3 1 HOVV където ρ H2O = плътност на водата при дадена температура (при 20 ºC е 0.9982 g.cm -3) ρ V = плътност на въздуха (при t = 20 ºC и налягане 101,325 kpa е 0,0012 g.cm -3) От химическите таблици изваждаме процента на алкохол, съответстващ на измерената плътност. Сравняваме резултата със стойността, измерена с алкохолен метър и го записваме в протокола. 13
1% H 2 O 2, 2% етанол, разтвор на п-фенилендиамин, пастьоризирано и непастьоризирано краве мляко Процедура: тест на Кьолер: Към 3 cm 3 пастьоризирано мляко добавете 5 капки смазка и след разклащане капка от 2% H 2 O 2. Същото повторете процедурата с непастьоризирано мляко. Образува се синя ивица, която се променя след разклащане до посиняване на целия обем мляко, ако не е пастьоризирано мляко. Тест на Щурч: Към 10 cm 3 непастьоризирано мляко добавете няколко капки силно разреден H 2 O 2 (0,2 1%) и няколко капки 2% алкохолен разтвор на пара-фенилендиамин. Повторете същата процедура с пастьоризирано мляко. Млякото, което не е било загрято, става синьо до индиго, след като се разклати за няколко минути, другото мляко става сиво или изобщо не става. 32
температура до 20 С, се развиват млечнокисели бактерии и дрождите се губят, което води до по-голямо производство на млечна киселина и намалена алкохолна ферментация. Материал, инструменти: кефирни зърна (активирани), краве мляко, термометър Процедура: Измийте зърната кефир с преварена студена вода и след това залейте с преварено, закалено, 20 C закалено мляко. След като изсипете зърната върху повърхността на млякото, отцедете ги и ги използвайте като закваска от кефир. Охладете свареното краве мляко до 15 20 C и добавете активираните зърна кефир. Оставете ги да работят в млякото за 24 часа. В същото време от време на време смесваме млякото. След коагулация млякото се прехвърля в бутилки, които се затварят и оставят да ферментират при температура 12 15 С. Кефирът се оставя да престои 1-4 дни в зависимост от това колко алкохол трябва да съдържа. 35
Упражнение бр. 6 Приготвяне на кисело млечни продукти и сирене. Задачи: 1.) Приготвяне на извара Принцип: Изварата е кисело млечен продукт, който се произвежда от мляко чрез коагулация с млечна киселина. Кислородните продукти съдържат пробиотици, полезни бактерии. Пробиотиците са млечнокисели бактерии, представени главно от родовете Bifidobacterium и Lactobacillus, респ. някои видове стрептококи. Те колонизират чревния тракт и помагат не само за правилното функциониране на червата, но и подпомагат имунитета на организма. Материал, инструменти: краве мляко, термометър, марля Процедура: Оставете обезмасленото мляко да ферментира при стайна температура (1 до 2 дни), получаваме т.нар. кихане. Загрейте тортата при постоянно разбъркване при температура от 28 до 32 С. Изварата се издига на повърхността на суроватката за половин до 1 час. Когато изварата се нагрява силно, тя се съсирва, губи омазняването си и е суха. Изсипете изварата и суроватката върху марлята, за да се отдели суроватката. Нека изварата се пресова и изсуши. 2.) Приготвяне на кисели млека Принцип: Киселото мляко се приготвя чрез инокулиране на смесени култури от кисело мляко в качествено мляко и след това ферментацията протича в закалени камери. Материал, инструменти: мляко, бяло кисело мляко, подсладено кондензирано мляко Salko, сезонни плодове (измити, сухи), буркани с капак, термостат 36
Процедура: Сварете 1 литър мляко в по-голям съд. Охладете го до 30 C, смесете 1 Salko и 1 бяло кисело мляко. На дъното на бурканите поставете сухи плодове или. конфитюр и изсипете готовото кисело мляко. Затворете чашите и ги оставете да престоят в термостат за 6 часа при t = 42 45 C. Оставете покритите да се охладят и ги приберете в хладилника. 3.) Приготвяне на сирена Принцип: Сиренето е млечен продукт, който съдържа млечен протеин, мазнини и други млечни компоненти. Сиренето се получава чрез коагулация на мляко със сирище (производство на сладки сирена). Материал, инструменти: мляко, сирище, термометър, марля Процедура: В контейнер загрейте млякото до необходимата температура - ако искаме да приготвим сирена по-силно, до температура 28 35 C, ако е по-мека, до температура 20 25 След това добавете сирище към млякото (на литър приблизително 1 чаена лъжичка). Смесете и оставете да сирене, отново според вида сирене - по-твърдо 15-60 минути, по-меко 30-120 минути. Изсипете готовото сирене върху марлята, отделете суроватката и я оставете да изсъхне свободно. 37
5. ОПАЗВАНЕ НА ХРАНИТЕ Консервирането е приготвянето на храни, което позволява да се удължи естественият им срок на годност. Консервантният ефект може да бъде постигнат или чрез унищожаване на микроорганизмите, или чрез третиране на средата, в която микроорганизмите нямат подходящи условия за метаболизъм и размножаване. В същото време е необходимо да се инактивират ензимите и да се осигури асептична опаковка за храни и подходящи микроклиматични условия за съхранение. Понастоящем се използват следните основни методи за консервиране на храни: 1. Физическо запазване на топлината пастьоризация, стерилизация, готвене, печене, сушене студено консервиране охлаждане и замразяване UV консервиране, ултразвук, филтриране и вакуумно опаковане 2. Химично химично консервиране органични киселини, соли, нитрити, нитрати, CO 2, SO 2, алкохол, захар, пушене. 3. Биологична ферментация - млечно-алкохолна ферментация, лизозим и консервиране с антибиотици (сега забранени) Физически методи за консервиране: Запазване на топлината Топлината убива микроорганизмите и в същото време спира активността на ензимите в храната (пастьоризация, стерилизация). Стерилизираната храна има по-дълъг срок на годност, но нейната хранителна стойност (витамини) намалява и също настъпват сензорни промени (цвят, консистенция). 38