Пищевая биотехнология

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»









ПИЩЕВАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ



            УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ (ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ)





Направление подготовки
19.03.01 Биотехнология

Профиль подготовки «Биотехнология пищевых продуктов и биологически активных веществ»


Бакалавриат











Ставрополь
2020

УДК 591.133(075.8)
ББК 36-1: 24.2 я73

П36

       Печатается по решению редакционно-издательского совета Северо-Кавказского федерального университета







П36 Пищевая биотехнология: учебное пособие (лабораторный практикум) / авт.-сост.: Е. А. Абакумова, А. Д. Лодыгин. - Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2020. - 118 с.


   Пособие составлено на основе современных теоретических и практических знаний в области пищевой биотехнологии. Работы подобраны с учетом доступности исследуемого материала, реактивов и оборудования, возможности выполнения в отведенное для занятий время. Каждая работа содержит теоретическое обоснование, порядок выполнения, способ учета результатов, вопросы для самопроверки.
   Предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 19.03.01 Биотехнология, по направленности (профилю) «Биотехнология пищевых продуктов и биологически активных веществ».


УДК 591.133 (075.8)
ББК 36-1: 24.2 я73



Авторы-составители: канд. техн, наук, доцент Е. А. Абакумова, д-р техн, наук, доцент А. Д. Лодыгин



Рецензенты:
д-р техн, наук, профессор В. Е. Жидков, д-р техн, наук, доцент С. А. Емельянов






                               © ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет», 2020

                СОДЕРЖАНИЕ





Предисловие.................................................4

Указания по технике безопасности к выполнению лабораторных работ.............................7

     1. Изучение влияния технологических режимов на эффективность тепловой обработки питательных сред и пищевого сырья.......................................13
     2. Влияние условий процесса ферментации на рост микроорганизмов при периодическом культивировании .....20
     3. Изучение технологии получения и контроля качества бактериальных препаратов для пищевых производств ......29
     4. Оценка качества различных видов молочной продукции с пробиотическими свойствами...........................39
    5.  Оценка качества хлебопекарных дрожжей..............45
     6. Оценка качества и конкурентоспособности новых видов пива российских и зарубежных производителей............51
     7. Изучение технологии микробного синтеза биологически активных веществ на молочной сыворотке.................58
     8. Оценка качества различных видов лекарственных пребиотических препаратов..............................68
    9.  Оценка качества различных видов ферментных препаратов.73
    10. Биотехнология производства хлеба...................86
    11. Биотехнология производства пива....................95
     12. Изучение технологии получения и контроля качества ферментных препаратов для пищевых производств.........105
     13. Изучение технологии получения ферментированных безалкогольных напитков на молочном сырье.............111

Рекомендуемая литература..................................116

Пищевая биотехнология

   предисловие


   Биотехнология - это наука об использовании биологических процессов в технике и промышленном производстве, а также совокупность промышленных методов, основанных на использовании микроорганизмов, клеток и тканей растений или животных, изолированных из клеток биологических структур, и направленных на получение полезных для человека продуктов. В соответствии с определением ЕФБ биотехнология базируется на интегральном использовании биохимии, микробиологии и инженерных наук в целях промышленной реализации способностей микроорганизмов, культур клеток тканей и их частей.
   Таким образом, местоположение биотехнологии в ряду научных дисциплин и областей практической деятельности человека определено как пограничное, позволяющее реализовать результаты фундаментальных исследований в области биологических, химических и технических дисциплин для решения прикладных научно-практических задач.
   В настоящее время биотехнологическая промышленность производит широкий ассортимент продуктов пищевого назначения:
   *  бактериальные препараты молочнокислых, пропионовокислых бактерий, бифидобактерий;
   •  хлебопекарные дрожжи;
   •  ферментные препараты;
   •  пищевые кислоты и этиловый спирт;
   •  белковые концентраты;
   *  биологически активные добавки к пище;
   *  пищевые добавки.
   Учебное пособие составлено на основе современных теоретических и практических знаний в области пищевых биотехнологий, включает изучение различных способов производства биотехнологической продукции в зависимости от технологических и пищевых свойств сырья и готовых изделий. Учебное пособие в полной мере отражает основные положения программы по пищевой биотехнологии и предназначены в помощь студентам направлению подготовки Биотехнология для выполнения практических работ по дисциплине «Пищевая биотехнология».

-4-

Предисловие

   Цель дисциплины состоит в формировании профессиональных компетенций будущего бакалавра по направлению подготовки 19.03.01 Биотехнология направленность (профиль) Биотехнология пищевых продуктов и биологически активных веществ.
   При этом задачами дисциплины являются:
   •  освоение технологии получения и применения в пищевых производствах ферментных препаратов, дрожжевых и бактериальных культур;
   •  производство методами биотехнологии нутриентов, биологически активных добавок к пище, пищевых добавок и их использование в технологии продуктов функционального питания.
   Место дисциплины в структуре ООП. Дисциплина «Пищевая биотехнология» относится к числу дисциплин по выбору вариативной части, её освоение проходит в 7, 8 семестре. Дисциплина «Пищевая биотехнология» опирается на такие дисциплины как, Пищевая химия, Основы биотехнологии, Основы физиологии и рационального питания, Системы управления биотехнологическими процессами. Знания, умения и навыки, приобретенные студентом при изучении дисциплины Подготовка к государственному экзамену, Государственный экзамен.
   Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины:
   •  способность осуществлять технологический процесс в соответствии с регламентом и использовать технические средства для измерения основных параметров биотехнологических процессов, свойств сырья и продукции (ПК-1);
   •  способность к реализации и управлению биотехнологическими процессами (ПК-2);
   *  владение основными методами и приемами проведения экспериментальных исследований в своей профессиональной области способностью проводить стандартные и сертификационные испытания сырья, готовой продукции и технологических процессов (ПК-9);
   •  способность к проектированию реализации и управлению биотехнологическими процессами на предприятия пищевой промышленности (ППК-1).

-5-

Пищевая биотехнология

В результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
•   состав и свойства химических веществ сырья. Физико-химические, биохимические и микробиологические изменения, происходящие с пищевым сырьем в процессе получения, переработки и хранения;
•   технологию и аппаратурное оформление основных стадий биотехнологических производств;
•   технологии получения и направления использования в пищевой промышленности продуктов на основе биомассы микроорганизмов и микробных метаболитов;
•   специфику основных типов пищевых дисперсных систем, их структурно-механические свойства и реологические характеристики;
уметь:
•   охарактеризовать химический состав, функционально-технологические свойства и условия технологической совместимости различных видов сырья;
•   исследовать состав питательных сред и культуральных жидкостей;
владеть:
•   принципами расчетов кинетических закономерностей и количественных показателей роста микроорганизмов, состава питательных сред;
•   способами решения задач по оптимизации состава питательных сред и параметров процесса культивирования микроорганизмов при получении целевых продуктов ферментации;
•   методами стандартных испытаний по определению состава, функционально-технологических и физико-химических свойств пищевого сырья, материалов и готовой продукции.

-6-

Указания по технике безопасности

  УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ
  К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ


            Общие правила техники безопасности в химической лаборатории


  1.  Работать в лаборатории необходимо в халате из хлопковой или хлопчатобумажной ткани (но не из синтетики!). Рабочий халат должен быть по длине ниже колен и застегиваться спереди. В кармане халата должно быть маленькое чистое сухое полотенце или платок для быстрого удаления попавших на кожу твердых или жидких реагентов. При работе с особо опасными веществами дополнительно надевают длинный фартук из поливинилхлорида и нарукавники. При необходимости для защиты лица и глаз используют защитные маски и защитные очки, для защиты рук - специальные защитные перчатки, а для защиты дыхательных путей - респираторы. Волосы должны быть тщательно убраны (используют шапочку или платок) или закреплены и не свисать по сторонам.
  2.  Рабочее место следует поддерживать в чистоте, не загромождать его посудой и побочными вещами.
  3.  Студентам запрещается работать в лаборатории без присутствия преподавателя или лаборанта, а также в неустановленное время без разрешения преподавателя.
  4.  До выполнения каждой лабораторной работы можно приступить только после получения инструктажа по технике безопасности и разрешения преподавателя.
  5.  Приступая к работе, необходимо: изучить методику работы, правила ее безопасного выполнения; проверить соответствие взятых веществ тем веществам, которые указаны в методике работы.
  6.  Опыт необходимо проводить в точном соответствии с его описанием в методических указаниях, особенно придерживаться очередности добавления реактивов.
  7.  Для выполнения опыта пользоваться только чистой, сухой лабораторной посудой; для отмеривания каждого реактива нужно иметь мерную посуду (пипетки, бюретки, мензурку, мерный цилиндр или мерный стакан); не следует выливать избыток налитого в пробирку реактива обратно в емкость, чтобы не испортить реактив.

-7-

Пищевая биотехнология

   8.  Если в ходе опыта требуется нагревание реакционной смеси, надо следовать предусмотренным методическим указаниям способа нагрева: на водяной бане, на электроплитке или на газовой горелке и др. Сильно летучие горючие вещества опасно нагревать на открытом огне.
   9.  Пролитые на пол и стол химические вещества обезвреживают и убирают под руководством лаборанта (преподавателя) в соответствии с правилами.
   10. При работе в лаборатории следует соблюдать следующие требования: выполнять работу нужно аккуратно, добросовестно, внимательно, экономно, быть наблюдательным, рационально и правильно использовать время, отведенное для работы.
   11. По окончании работы следует привести в порядок свое рабочее место: помыть посуду, протереть поверхность рабочего лабораторного стола, закрыть водопроводные краны, выключить электрические приборы.
   Помните, не каждое нарушение инструкции влечет за собой несчастный случай, однако мелкие нарушения быстро входят в привычку и объективно способствуют росту травматизма. Умение работать без травм и аварий - один из основных критериев при определении профессиональной квалификации любого специалиста.


            Правила техники безопасности в лаборатории при работе с кислотами и щелочами


   1.  Кислоты и щелочи в большинстве относятся к веществам повышенного класса опасности и способны вызвать химические ожоги и отравления. Поэтому необходимо внимательно следить за тем, чтобы реактивы не попадали на лицо, руки и одежду.
   2.  Не ходить по лаборатории с концентрированными кислотами и щелочами, а наливать их только в отведенном для этого месте.
   3.  Разливать концентрированную азотную, серную и соляную кислоты следует только при включенной вентиляции в вытяжном шкафу.
   4.  Запрещается набирать кислоты и щелочи в пипетку ртом. Для этого следует применять резиновую грушу и прочее оборудование для отбора проб.

-8-

Указания по технике безопасности

   5.  Для приготовления растворов серной, азотной и других кислот необходимо их приливать к воде тонкой струей при непрерывном перемешивании, а не наоборот. Приливать воду в кислоту запрещается!
   6.  Растворять твердые щелочи следует путем медленного добавления их небольшими кусочками к воде при непрерывном перемешивании. Кусочки щелочи нужно брать только щипцами.
   7.  При смешивании веществ, которое сопровождается выделением тепла, необходимо пользоваться термостойким толстостенной стеклянной или фарфоровой посудой.
   8.  Разлитые кислоты или щелочи необходимо немедленно засыпать песком, нейтрализовать, и только после этого проводить уборку.
   9.  При попадании на кожу или одежду кислоты, надо смыть ее большим количеством воды, а затем 3 - 5% раствором питьевой соды или разбавленным раствором аммиака.
   10. При попадании на кожу или одежду щелочи, после смывания ее большим количеством воды, нужно провести обработку 2 - 3 % раствором борной, лимонной или уксусной кислотами.
   11. Вещества, фильтры, бумагу, использованные при работе, следует выбрасывать в специальное ведро, концентрированные растворы кислот и щелочей также сливать в специальную посуду.


            Правила техники безопасности в лаборатории при работе с химической посудой


   1.  Основным травмирующим фактором, который связан с использованием стеклянной посуды, аппаратов и приборов, являются острые осколки стекла, способные вызвать порезы тела работающего, а также ожоги рук при неосторожном обращении с нагретыми до высокой температуры частями стеклянной посуды.
   2.  Размешивать реакционную смесь в сосуде стеклянной палочкой или шпателем надо осторожно, не допуская разлома сосуда. Держать сосуд при этом необходимо за ее горловину.

-9-

Пищевая биотехнология

   3. Перенося сосуды с горячей жидкостью, надо держать их двумя руками: одной - за дно, другой - за горловину, используя при этом полотенце (чтобы избежать ожогов кистей и пальцев рук).
   4. При закрывании толстостенной посуды пробкой следует держать ее за верхнюю часть горловины. Нагретый сосуд нельзя закрывать притертой пробкой пока он не охладится.
   5. В опытах с нагревом необходимо пользоваться посудой, которая имеет соответствующую маркировку.
   6. В случае пореза стеклом нужно сначала внимательно осмотреть рану и извлечь из нее осколки стекла, если они есть, а затем обмыть раненное место 2% раствором перманганата калия, смазать йодом и завязать бинтом или заклеить лейкопластырем.


            Правила техники безопасности в лаборатории с электрооборудованием и электроприборами


   1. Химические лаборатории согласно степени опасности поражения электрическим током относятся к помещениям с повышенной или особой опасностью, которая обусловлена возможностью воздействия на электрооборудование химически активных сред.
   2. Все работы, связанные с применением электроприборов должны проходить под наблюдением преподавателя (лаборанта).
   3. При работе с водяной баней нельзя пробовать степень нагрева воды рукой.
   4. При неисправности в работе электроприбора необходимо обратиться к преподавателю. Чинить самостоятельно приборы запрещается.
   5. При поражении электрическим током, если пострадавший остается в соприкосновении с токоведущими частями, необходимо немедленно выключить ток с помощью пускателя или вывернуть охранную пробку или перерубить токопроводящий провод изолированным инструментом. К пострадавшему, пока он находится под током, нельзя касаться незащищенными руками (без резиновых перчаток). Если пострадавший потерял сознание, после выключения тока нужно немедленно, не дожидаясь врача, делать искусственное дыхание.


-10-

Указания по технике безопасности



            Правила техники безопасности в лаборатории при работе с реактивами


   1. Если к работе не дано указаний относительно дозировки реактивов, то брать их для проведения опытов необходимо в возможно меньшем количестве (экономия материалов и времени, которое затрачивается на опыт).
   2. Избыток реактива нельзя высыпать и выливать обратно в сосуд, из которого он был взят.
   3. После расходования реактива банку или стакан необходимо сразу закрыть пробкой и поставить на место.
   4. Сухие реактивы брать с помощью лопаток, пластмассовых или металлических шпателей. Шпатель должен быть всегда сухим и чистым. После расходования следует его тщательно обтереть.
   5. Когда реактив отбирается пипеткой, ни в коем случае нельзя той же пипеткой, не вымыв ее, брать реактив с другой емкости.
   6. При наливании реактивов нельзя наклоняться над сосудом, предотвращая попадания брызг на лицо или одежду.
   7. Нельзя держать банку или стакан с реактивом, которую нужно открыть, держа в руках, ее надо поставить на лабораторный стол и только после этого открывать.


            Меры первой помощи при отравлениях неорганическими веществами


   Азотной кислотой. Свежий воздух, покой, тепло. Вдыхание кислорода. Сульфадимезин или иной сульфаниламидный препарат (2 г), аскорбиновая кислота (0,5 г), кодеин (0,015 г). Искусственное дыхание. Консультация врача.
   Серной кислотой. Свежий воздух. Промыть верхние дыхательные пути 2 % раствором питьевой соды. В нос - 2-3 капли 2 % раствора эфедрина. Теплое молоко с содой, кодеин (0,015 г) или дионин (0,01 г). При попадании в органы пищеварения смазать слизистую рта 2 % раствором дикаина. Промывание желудка большим количеством воды. Внутрь принять: столовую ложку оксида магния на стакан воды каждые 5 минут, яичный белок, молоко, крахмальный клейстер, кусочки сливочного несоленого масла, кусочки льда. Нельзя вызывать рвоту и применять карбонаты. Консультация врача.

- 11 -