Elektyw 1: Podstawy bioprocesów w przemyśle spożywczym

Zadaniem przedmiotu jest zapoznanie studentów z podstawowymi szlakami metabolizmu drobnoustrojów i możliwością ich wykorzystania w przemyśle spożywczym. Prezentowane będą opisy bioprocesów, bioreaktorów, rozwiązań technologicznych do biosyntezy wybranych produktów przemysłu spożywczego i biotransformacji składników żywności. Przedstawiona będzie charakterystyka technologiczna wybranych szczepów przemysłowych, ich doskonalenie, opisy kinetyczne bioprocesów, możliwości ich regulacji i kontroli.

Treść kształcenia

Ogólna charakterystyka przedmiotu, historia rozwoju biotechnologii i bioprocesów, główne pojęcia biotechnologiczne, wykorzystanie bioprocesów w rolnictwie, gospodarce żywnościowej i farmacji, szanse i zagrożenia, aspekty etyczne i ekologiczne.

Przydatność drobnoustrojów przemyśle spożywczym, pozyskiwanie czystych kultur, wyróżniki charakteryzujące wzrost drobnoustrojów, współczynnik wydajności, wzrost ograniczony i nieograniczony, właściwa szybkość wzrostu, modele wzrostu.

Metody hodowli drobnoustrojów, hodowle okresowe i ciągłe, zalety i wady, hodowla w chemostacie i turbidostacie, hodowle tlenowe i beztlenowe, typy reakcji w bioreaktorach. Procesy z udziałem enzymów i komórek im mobilizowanych.

Warunki prowadzenia bioprocesów z udziałem mikroorganizmów, etapy procesu, przygotowanie pożywek, zapewnienie sterylności, materiał posiewowy, schematy technologiczne wybranych biosyntez, kontrola parametrów bioprocesu, układy pomiarowo – regulacyjne.

Wydzielanie i oczyszczanie bioproduktów zewnątrz – i wewnątrzkomórkowych, aspekty inżynieryjne izolacji produktów biosyntezy, maszyny i urządzenia.

Bioreaktory i ich charakterystyka technologiczna, bioreaktory laboratoryjne i przemysłowe, powiększenie skali, moc mieszania, zapotrzebowanie mocy, liczba mocy, napowietrzanie i mieszanie, napowietrzanie pęcherzykowe, systemy napowietrzania w bioreaktorach, modelowe obliczenia

Sposoby prowadzenia bioprocesów, systemy inokulacji, zabezpieczenie sterylności, systemy odpieniające i inne układy w bioreaktorach. Zasady projektowania aparatury do pracy w warunkach sterylnych.

Ogólne zasady biosyntezy drożdży, bioetanolu, antybiotyków, witamin i enzymów. Biotechnologia w diagnostyce laboratoryjnej (biosensory).

Skrining drobnoustrojów o cechach pożądanych w przemyśle spożywczym. Podstawowe metody różnicowania drobnoustrojów.

Bezpośrednie metody oznaczania liczby drobnoustrojów. Określenie podstawowych wyróżników stanu fizjologicznego biomasy drożdży.

Metody określania optymalnych warunków fizyko-chemicznych do wzrostu drożdży z rodzaju Saccharomyces.

Produkcja kwasów organicznych. Wykorzystanie pleśni Aspergillus niger do syntezy kwasu cytrynowego. Kolorymetryczne oznaczanie zawartości kwasu mlekowego w produktach spożywczych.

Metody immobilizacji biopreparatów i ich praktyczne zastosowanie w przemyśle spożywczym, immobilizacje enzymów i komórek drobnoustrojów, ko immobilizacje.

Zastosowanie preparatów enzymatycznych przemyśle sokowniczym i owocowo-warzywnym.

Otrzymywanie protoplastów z liści sałaty. Zakładanie hodowli tkanki kalusowej.

Oznaczanie wrażliwości drobnoustrojów na antybiotyki oraz ekstrakty roślinne metodą mikrobiologiczną.

Wpływ warunków fizyko-chemicznych na rozkład różnych materiałów i tkanin przez mikroorganizmy.

Literatura podstawowa

1. Bednarski W., Reps A. Biotechnologia żywności, WNT, Warszawa 2003.

2. Chmiel A. Biotechnologia. Podstawy mikrobiologiczne i biochemiczne. PWN, Warszawa 1991.

3. Malepszy S. Wprowadzenie do biotechnologii w genetyce i hodowli roślin. SGGW, Warszawa, 1990.

4. Praca zbiorowa pod red. W. Bednarskiego i J.Fiedurka: Podstawy biotechnologii przemysłowej. WNT, Warszawa 2007

5. Tuszyński T., Tarko T. Procesy fermentacyjne – przewodnik do ćwiczeń. Wydawnictwo Uniwersytetu Rolniczego, Kraków 2010

6. Klimiuk E., Łebkowska M.: Biotechnologia w ochronie środowiska, PWN, Warszawa 2004.

Literatura uzupełniajaca:

1. Bulock J., Kristiansen B. Basic biotechnology. Academic Press, UK, 1997.

2. Mittal G. S. Food biotechnology. Techniques and Applicationss. Technomic Publishing Company Inc., USA, 1992.

3. Mukhopadhyay S. N. Advances process biotechnology. Anshan Ltd., UK, 2006.

4. Satyanarayana T., Kunze G. Yeast Biotechnology: Diversity and Applications, Springer, USA, 2009.

5. Singleton P. Bakterie w biologii, biotechnologii i medycynie. PWN, Warszawa, 2000.

6. Stahl U., Donalies U. E. B., Nevoigt E. Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology - Food Biotechnology, 2008, Springer-Verlag, Berlin, Germany.

Wiedza

Definiuje podstawowe pojęcia biotechnologiczne, zna historię rozwoju biotechnologii i jej osiągnięcia w rolnictwie, gospodarce żywnościowej i medycynie, zna szanse i zagrożenia wynikające z rozwoju bioprocesów, rozumie aspekty etyczne i ekologiczne.

Charakteryzuje przydatność drobnoustrojów w procesach biosyntezy, opisuje wzrost drobnoustrojów, zna kinetykę i modele wzrostu, metody hodowli i typy bioprocesów, modele procesów okresowych i ciągłych, objaśnia etapy wybranych biosyntez oraz kontrolę parametrów i podstawowe układy pomiarowo-regulacyjne.

Zna i objaśnia metody wydzielania i oczyszczania bioproduktów, charakteryzuje układy bioreaktorów i bioprocesy, rozumie potrzebę zabezpieczania sterylności, zasady projektowania bioprocesów. Charakteryzuje procesy biosyntezy wybranych metabolitów użytecznych w przemyśle spożywczym.

Umiejętności

Potrafi zaplanować, wykonać i zinterpretować proste bioprocesy z wykorzystaniem mikroorganizmów.

Potrafi oznaczyć aktywność wybranych enzymów, preparatów enzymatycznych i określić wydajność bioprocesów.

Kompetencje społeczne

Potrafi pracować indywidualnie i w grupie.

Ma świadomość potrzeby dokształcania i doskonalenia zawodowego.

Na ocenę 2

Nie definiuje podstawowych pojęć, nie zna historii rozwoju biotechnologii i jej osiągnięć w różnych dziedzinach, nie rozpoznaje zagrożeń i szans rozwoju biotechnologii oraz aspektów etycznych i ekologicznych.

Nie umie scharakteryzować przydatności drobnoustrojów w biotechnologii, nie zna wyróżników wzrostu drobnoustrojów, współczynników wydajności procesów, kinetyki i modelów wzrostu, metod hodowli i typów reakcji w bioreaktorach, nie zna etapów procesu w bioreaktorach.

Nie zna metod wydzielania i oczyszczania bioproduktów, wybranych procesów i urządzeń, nie potrafi opisać i szkicować bioreaktorów, procesów mieszania, odmieniania oraz zabezpieczenia sterylności.

Nie potrafi zaplanować, przeprowadzić i zinterpretować prostego doświadczenia z wykorzystaniem mikroorganizmów

Nie potrafi zaprojektować i wykonać eksperymentu z praktycznym wykorzystaniem wolnych oraz immobilizowanych enzymów.

Nie potrafi pracować samodzielnie, wymaga stałego nadzoru.

Nie potrafi współpracować w grupie.

Nie jest świadomy konieczności ciągłego doskonalenia i pogłębiania swojej wiedzy.

Na ocenę 3

Definiuje podstawowe pojęcia biotechnologiczne, omawia historię rozwoju biotechnologii i jej osiągnięcia, rozpoznaje szanse i zagrożenia rozwoju biotechnologii, aspekty etyczne i ekologiczne.

Charakteryzuje przydatność szczepów biotechnologicznych, wyróżniki i współczynniki wzrostu drobnoustrojów, rozpoznaje modele wzrostu i kinetykę procesów, zna metody hodowli i typy reakcji w bioreaktorach oraz etapy procesów biosyntezy układy kontrolno-pomiarowe.

Zna ogólne zasady wydzielania i oczyszczania bioproduktów, wybrane procesy omawia bioreaktory, procesy mieszania, napowietrzania i odmieniania oraz zabezpieczania sterylności i projektowania technologicznego.

Potrafi zaplanować, przeprowadzić zinterpretować proste doświadczenie z wykorzystaniem mikroorganizmów pod kontrolą prowadzącego.

Potrafi zaprojektować i wykonać eksperyment z praktycznym wykorzystaniem wolnych oraz immobilizowanych enzymów pod kontrolą prowadzącego.

Nie potrafi pracować samodzielnie, wymaga stałego nadzoru.

Potrafi pracować w grupie pod kierunkiem silnego lidera, który go poprowadzi i skontroluje.

Jest świadomy, że uzyskana wiedza i umiejętności z czasem tracą na aktualności, jednak nie wykazuje inicjatywy by to zmienić.

Na ocenę 4

Omawia pojęcia biotechnologiczne i historię rozwoju w różnych dziedzinach biotechnologii białej, czerwonej, zielonej i niebieskiej, objaśnia szanse rozwoju i zagrożenia oraz aspekty etyczne i ekologiczne.

Charakteryzuje szczepy przemysłowe, ich przydatność do procesów, cechy użytkowe, zna wyróżniki wzrostu drobnoustrojów, współczynniki wydajności, dyskutuje kinetykę procesów modele wzrostu, opisuje metody hodowli i reakcje w bioreaktorze, zna i tłumaczy etapy procesów oraz układy kontrolno-pomiarowe.

Omawia dokładnie procesy w bioreaktorach, wydzielanie i oczyszczanie bioproduktów, zna modele bioreaktorów, omawia schematy, procesy mieszania, napowietrzania i odmieniania wraz z umiejętnością szkicowania, dyskutuje o układach zabezpieczających i projektowaniu.

Potrafi samodzielnie zaplanować i przeprowadzić proste doświadczenie związane z wykorzystaniem mikroorganizmów. W interpretacji wyników wymaga pomocy prowadzącego.

Potrafi samodzielnie zaprojektować i wykonać eksperyment z praktycznym wykorzystaniem wolnych oraz immobilizowanych enzymów. W interpretacji wyników wymaga pomocy prowadzącego.

Potrafi pracować indywidualnie, wymagając co najwyżej nieznacznej pomocy.

Potrafi pracować w grupie przyjmując w niej różne role.

Jest świadomy, że uzyskana wiedza i umiejętności z czasem tracą na aktualności, stara się dokształcać, wykazuje inicjatywę.

Na ocenę 5

Omawia i objaśnia różne pojęcia biotechnologiczne opisuje szczegółowo historię rozwoju biotechnologii oraz jej osiągnięcia w różnych obszarach, objaśnia i dyskutuje szanse rozwoju i zagrożenia oraz aspekty etyczne i ekologiczne.

Szczegółowo charakteryzuje szczepy przemysłowe i ich cechy użytkowe, opisuje matematyczne modele kinetyczne i modele wzrostu oraz metody hodowli i reakcje w bioreaktorach, umie dyskutować o procesach biotechnologicznych i układach pomiarowych.

Omawia szczegółowo i szkicuje bioreaktory, zna procesy wydzielania i oczyszczania bioproduktów oraz modele i układy technologiczne, rysuje schematy, systemy napowietrzające, odmieniające i układy zabezpieczające sterylność, zna technologiczne wytyczne do projektowania bioreaktorów.

Potrafi samodzielnie zaplanować, przeprowadzić i zinterpretować doświadczenie związane z wykorzystaniem mikroorganizmów

Potrafi samodzielnie zaprojektować, wykonać i zinterpretować eksperyment z praktycznym wykorzystaniem wolnych oraz immobilizowanych enzymów.

Potrafi pracować w grupie przyjmując w niej różne role. Potrafi planować i koordynować działaniami małej grupy, przyjmuje odpowiedzialność za swoje działania.

Potrafi pracować całkowicie indywidualnie, nie wymaga nadzoru, pomocy, naprowadzania. Samodzielnie planuje prace, wykonuje zadania i interpretuje wyniki.

Ma świadomość odpowiedzialności, jaką technolog żywności bierze za produkcję zdrowej żywności. Zdaje sobie sprawę z dezaktualizowania się uzyskanych umiejętności i wiedzy i ciągłej potrzeby doskonalenia. Wykazuje inicjatywę w kierunku dokształcania i doskonalenia zawodowego.