Biotechnologia żywności

Celem kursu jest zapoznanie studentów z kluczowymi problemami biotechnologii żywności pochodzenia mikrobiologicznego, roślinnego i zwierzęcego oraz z bioprocesami realizowanymi w wybranych gałęziach przemysłu spożywczego.

Treść kształcenia - część wspólna

Przedmiot biotechnologii żywności. „Bios” znaczy życie. Harmonia technologii i natury. Alternatywne biotechnologie. Różne rozwiązania problemów technicznych oferowane przez różne gałęzie biotechnologii. Biotechnologia korporacyjna i globalistyczna

Narzędzia biotechnologii żywności Wyodrębnienie DNA i RNA z materiału biologicznego. Enzymy restrykcyjne. Elektroforeza i blotting kwasów nukleinowych. Techniki PCR. cDNA i banki DNA. Lokalizacja miejsc położenia i działania genu. Sekwencjonowanie DNA.

Technologie rDNA i produkcja białek rekombinowanych. Wektory i wektory alternatywne: pUC, lambda, kosmidy. Wektory dwufunkcyjne. Wielokrotne kopie genu, kontrola obcego promotora i inne techniki otrzymywania enzymów z organizmów genetycznie modyfikowanych. Ekspresja białka w tkance roślinnej i zwierzęcej.

Transgeniczne rośliny i zwierzęta. Techniki rekombinacji komórek roślinnych i zwierzęcych. Kultury tkankowe. Główne kierunki modyfikacji genetycznych roślin. Soja Rundup-ready. Kukurydza Starlink. Gen „terminatorowy”. Nadzieje i obawy transgeniki roślin. Gen terminatorowy. Kontrowersje wokół rBGH. Kierunki modyfikacji genetycznych zwierząt. Transgeniczne ryby i gen „trojański” Klonowanie – techniczne i etyczne ograniczenia.

Izolacja i oczyszczanie białek na skalę przemysłową. Warunki prowadzenia procesu biosyntezy z udziałem komórek mikroorganizmów, komórek roślinnych i zwierzęcych. Systemy fermentacji powierzchniowej i wgłębnej. Bioreaktory i ich oprzyrządowanie. Bioreaktory STR i PBR. Urządzenia do separacji i dezintegracji biomasy. Techniki membranowe i chromatograficzne. Metody elektrochemiczne i powinowactwo biologiczne.

Enzymatyczne modyfikacje składników żywności. Główne kierunki stosowania preparatów enzymatycznych. Enzymy unieruchomione.. Biosensory. Ograniczenia techniki i technologii unieruchamiania.

Wybrane bioprocesy w przemyśle spożywczym: Rekombinowana chymozyna. Wytwarzanie kwasów organicznych metodą biosyntezy.

Nowe substraty: melibioza, laktoza, skrobia, lignoceluloza. Nadprodukcja aminokwasów, witamin, prebiotyków.

Wprowadzenie do technik hodowli roślinnych i zwierzęcych kultur tkankowych In vitro.

Literatura podstawowa:

1. Bednarski W., Reps A. 2004. Biotechnologia żywności, WNT, Warszawa.

2. Chmiel A. 1998. Biotechnologia. Podstawy mikrobiologiczne oraz biochemiczne. PWN, Warszawa.

3. Elderidge S. 2003. Food biotechnology. Current Issues and Perspectives. Nova Science Publishers, Inc., New York.

4. Fiedurek J. 2000. Procesy jednostkowe w biotechnologii. Wydawnictwo UMCS, Lublin.

5. Jankiewicz, M., Kędzior, Z. 2003. Metody pomiarów i kontroli jakości w przemyśle spożywczym i biotechnologii. AR Poznań.

Literatura uzupełniająca:

1. Johnson-Green, P. 2002. Introduction to Food Biotechnology. CRC Press, Boca Raton, London, New York, Washington, D.C.

2. King R.D., Cheetham P.S.J. 1987. Food Biotechnology. Elsevier Applied Science.

3. Kofta W. 1999. Podstawy inżynierii genetycznej. Prószyński i S-ka. Warszawa.

4. Kołakowski, E., Bednarski, W., Bielecki, S. 2005. Enzymatyczna modyfikacja składników żywności, Wydawnictwo AR Szczecin

Wiedza

Demonstruje zrozumienie istoty aktywności biologicznej substancji naturalnych, elementów struktury chemicznej, które decydują o tej aktywności oraz wykazuje zdolność eksperymentalnego badania różnych aktywności biologicznych. Rozumie zasady chemii oraz termodynamiki dotyczące biokatalizy.

Rozpoznaje podstawowe fizjologiczne, metaboliczne i molekularne mechanizmy rządzące produkcją i nadprodukcją kwasów organicznych, aminokwasów, białek, enzymów, węglowodanów w różnych rodzajach komórek. Potrafi opisać ogólne zasady rozwiązań technologicznych stosowanych w przeszłości oraz obecnie w produkcji substancji biologicznie aktywnych na potrzeby przemysłu spożywczego i innych gałęzi przemysłu

Charakteryzuje techniki biologii molekularnej (inżynierii genetycznej) oraz definiuje podstawowe obszary ich stosowania w naukach o żywności i technologii przemysłu spożywczego. Wskazuje na zagrożenia i nadzieje dla człowieka i środowiska związane ze stosowaniem manipulacji genetycznych u mikroorganizmów roślin i zwierząt.

Potrafi wytłumaczyć rolę mikroorganizmów w prowadzeniu bioprocesów. Rozpoznaje podstawowe rodzaje mikroorganizmów stosowanych w przetwórstwie żywności. Rozpoznaje i wyjaśnia techniki hodowli komórek mikroorganizmów, roślinnych i zwierzęcych kultur tkankowych oraz definiuje czynniki kontrolujące hodowle komórek i tkanek w różnej skali z użyciem różnych urządzeń

Charakteryzuje zasady dobierania maszyn i urządzeń stosowanych w procesach hodowli mikroorganizmów, oraz w operacjach i procesach oczyszczania i izolowania substancji obdarzonych aktywnością biologiczną. Wybiera maszyny i urządzenia dostosowane do skali i etapu hodowli, izolacji i oczyszczania

Zna naturalne, odnawialne zasoby substancji istotnych w produkcji żywności. Rozpoznaje ograniczenia w wykorzystywaniu zasobów naturalnych oraz charakteryzuje możliwe zastosowania metod nowoczesnej biotechnologii w racjonalnym gospodarowaniu zasobami.

Zna czynniki determinujące efektywność ekonomiczną produkcji substancji biologicznie czynnych oraz rozumie wpływ różnych rozwiązań technicznych i technologicznych na koszty produkcji

Potrafi wytłumaczyć wpływ mikroorganizmów i biokatalizatorów stosowanych w przetwórstwie na biodostępność, przyswajalność, wartość odżywczą i funkcjonalną składników żywności

Kompetencje społeczne

Rozumie potrzebę ciągłego dokształcania się i podnoszenia kwalifikacji zawodowych oraz rozwoju osobistego

Ma świadomość zawodowej i etycznej odpowiedzialności za produkcję zdrowej żywności z wykorzystaniem biotechnologii

Potrafi korzystać z komputerów w celu zdobywania i gromadzenia informacji, przetwarzania danych i budowania nowych tekstów, informacji graficznych i prezentacji

Na ocenę 2

Nie rozpoznaje istotnych zależności, nie wymienia reguł, nie wykazuje znajomości treści lub zasad klasyfikacji zjawisk i procesów zdefiniowanych w odpowiednich efektach kształcenia (tabela wyżej) lub czyni w stopniu niedostatecznym (mniej niż 50% treści)

Nie jest świadomy zagrożeń środowiskowych wynikających z prowadzenia procesów biotechnologicznych

Na ocenę 3

Wymienia reguły, ale nie analizuje zależności, lub wymienia zależności ale nie analizuje reguł, lub nie wykazuje znajomości zasad klasyfikacji ale wykazuje dostateczną znajomość treści zdefiniowanych w odpowiednich efektach kształcenia (tabela wyżej)

Zna zagrożenia środowiskowe wynikających z prowadzenia procesów biotechnologicznych

Na ocenę 4

Wymienia reguły i analizuje zależności, wykazuje znajomość zasad klasyfikacji zjawisk i dobrą (75 %) znajomość treści zdefiniowanych w odpowiednich efektach kształcenia (tabela wyżej)

Jest świadomy zagrożeń środowiskowych wynikających z prowadzenia procesów biotechnologicznych i częściowo uwzględnia w swoich działaniach

Na ocenę 5

Wymienia reguły i analizuje zależności, wykazuje bardzo dobrą znajomość zasad klasyfikacji zjawisk i bardzo dobrą (90 %) znajomość treści zdefiniowanych w odpowiednich efektach kształcenia (tabela wyżej)

Jest świadomy zagrożeń środowiskowych wynikających z prowadzenia procesów biotechnologicznych, przypisuje im znaczącą wagę i uwzględnia w swoich działaniach