1 / 47

Gljive i biotehnologija

Gljive i biotehnologija. Predmet: Biotehnologija Mr Maja Karaman PMF, Novi Sad. GLJIVE (FUNGI, MYCOTA). Eukariotski mikroorganizmi koje čine posebno carstvo živor sveta na osnovu ishrane bazirane na apsorpciji nutrijenata

evan
Download Presentation

Gljive i biotehnologija

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Gljive i biotehnologija Predmet: Biotehnologija Mr Maja Karaman PMF, Novi Sad

  2. GLJIVE (FUNGI, MYCOTA) • Eukariotski mikroorganizmi koje čine posebno carstvo živor sveta na osnovu ishrane bazirane na apsorpciji nutrijenata • prema biohemisjkim karakteristikama pokazuju veliku sličnost sa životinjama ali i neke sličnosti sa biljkama • Heterotrofi (saprofiti ili paraziti); ne poseduju fotosintetske pigmente • poseduju ćelijski zid od hitina, • Sadrže melanin • rezervna materija je glikogen, • poseduju ćel. membranu, citoplazmu, jedro • Razmnožavanje – polno i bespolno • Jednoćelijske gljive- kvasci (pupljenje, pseudomicelije) • Višećelijske gljive mikroskopskih veličina- filamentozne plesni (hife- septirane i neseptirane/ micelija) Saccharomyces sp.

  3. Značaj:negativan: • Uzročnici mnogih bolesti (ekonomske štete u šumama- fitopatogene gljive; kandidijaza kod ljudi) • Producenti toksina (mikotoksini)- kvarenje namirnica • Biodegradacija različitih materija (“micro fungi”) Pozitivan: • Primena u biotehnologiji (proizvodnja alkoholnih pića, peciva, sireva, antibiotika, enzima, itd.) Candida sp. Penicillium sp. Mucor sp. Aspergillus sp.

  4. Značaj gljiva u biotehnologiji • Biotehnologija primena naučnih i inženjerskih principa u procesuiranju sirovina pomoću bioloških agenasa u cilju dobijanja određenih dobara i proizvoda za ljude • Ranije primenjeni genetski inženjering i molekularna biologija • koriste se kao zdrava i lekovita hrana, • u proizvodnji pojedinih namirnica, • u farmaceutskoj industriji - antibiotici i drugi lekovi, • Izvori bioloških fungicida, regulatori rasta biljaka, • Izvori vitamina i enzima • proizvodnja sisarskih hormona i proteina.

  5. Fermentaciona tehnologija Fermentaciona tehnologija se bavi korišćenjem širokog spektra mikroorganizama u fermentorima, kao i dobijanjem njihovih specifičnih produkata metabolizma sadržanim u ćelijama (intracelularno) samih mikroorganizama ili u medijumima (ekstracelularno) u kojima su oni gajeni. većina mikroorganizima koji se koriste u procesima fermentacione tehnologije jeste aerobno a ne anaerobno- pogrešan termin • Fermentaciona tehnologija podrazumeva nekoliko procesa: • laboratorijska istraživanja samih mikroorganizama i sirovina koje se koriste za njihovo gajenje, • optimum operacija u fermentorima odgovarajućeg dizajna, • kao i krajnji proces «prepravke» željenog produkta.

  6. Preliminarna laboratorijska istraživanja • Izolacija mikroorganizma u cilju proizvodnje odgovarajućeg produkta • Takva kultura predaje onaj deo izvora ugljenika za proizvodnju metabolita u količini koja nije neophodna za njen opstanak • genetske manipulacije • istraživanja fiziologijemikrooorganizama, • medijum «čorba ili bujon» za gajenje mikroorganizama treba da omogući visoku stopu rasta, • dobar prinos organizama i traženog produkta • jeftina hranljiva podloga

  7. Gajenje gljiva u erlenamjer posudama na laboratorijskoj rotacionoj tresilici

  8. Povećanje obima fermentacije – “scale up” • Lab. fermentorizapreminenekolikolitara. • pilot (probni) processafermentorimazapremine 50ldonekoliko 1000 litara • Komercijalna proizvodnja fermentori zapremine od 100 ili 1000 litara • mešanje lopaticama (impelerima) i aeracija. • statičke kulture gde gljive rastu na površini u vidu mutne mase • i nestatične kulture hife u vidu peleta potopljenih u medijum • primenom submerzinih (potopljenih), prvi put dobijen i penicilin koji je bio jeftin

  9. Laboratorijski bioreaktor (3l) za izvođenje diskontinualne, semikontinualne i kontinualne kultivacije (Groningen, Holandija)

  10. Povećanje obima fermentacije – “scale up”

  11. Povećanje obima fermentacije – “scale up” • poteškoćeuovimprocesima: • problemaeracije - ubacivanjekiseonikauzrokuje često penušanjemedijuma, • smanjuje se transferkiseonika- antipenušavci. • neke gljive se usled mešanja mogu fragmentisati, čime se remeti njihov normalan i kontinuiran rast. • obezbediti adekvatno hlađenje.

  12. Čuvanje kultura • Soj gljive koji daje visok prinos nekog produkta je od neizmernog značaja. • master kulture koje su poreklom iz pojedinačne jednoćelijske, haploidne kulture (genetski uniformne) • duže čuvanje, kulture se prelivaju mineralnim uljem (medicinski parafin) koji sprečava gubitak vode, • čuvanjem komadića kultura sa podlogom u vodi. • zamrzavanje u tečnom azotu. • Suspenzija ćelija ili njihovih (bespolnih) spora se napravi u tečnosti sa npr. 10% glicerola ili DMSO (dimetil sulfoksid) sprečava formiranje ledenih kristala prilikom zamrzavanja. • čuvanje u specijalnim kontejnerima prelivene tečnim azotom i po nekoliko godina.

  13. Pripremanje inokuluma • inokulum za proizvodne fermentacije mora biti oko 10% radne zapremine fermentora. • kosi agar • tečni hranljivi medijum. • kraj eksponencijalne faze rasta • inokulacija laboratorijskog fermentora. • Tokom čitavog procesa se proverava ispravnost tj. korektnost rasta kulture i prati njena čistoća

  14. Medijumi i sirovine za fermentacione procese • hranljivi medijum treba da sadrži lako upotrebljiv izvor ugljenika, azota i drugih esencijalnih elemenata u odgovarajućim količinama i odnosima. • lako u laboratorijskim - mnogo teže u industrijskim procesima • izbor sirovine - ključni faktor uspeha • izvor ugljenika- lako usvojiv i jeftin • Gljive- glukoza, saharoza čiji su dobri izvori: • slatki sokovi, • nerafinisani šećer, • melasa – otpadna tečnost iz šećerana • i hidrolizovani dekstrin.

  15. Medijumi i sirovine za fermentacione procese • Surutka- laktozu gljive teško usvajaju, iako se može koristiti kao dobar izvor azota. • Kukuruzno brašno- skrob i prečišćen skrob, se lako usvajaju i predstavljaju dobre sirovine za mnoge gljive • Celulozane predstavlja dobru sirovinu za fermentacije. • sem ugljenih hidrata izvori C mogu biti • biljna ulja kao što su sojino, palmino ili kukuruzno ulje.

  16. Medijumi i sirovine za fermentacione procese • Izvori azota. • melasa šećerne repe, surutka, pored izvora ugljenika sadrže i odgovarajuću količinu azota. • Ako se mora dodavati najčešće u vidu kukuruznog ekstrakta (5% ukupnog azota). • Drugi nutrijenti potrebni za rast su • minerali, • vitamini (kvaščev ekstrakt) i • mikroelementi.

  17. Tipovi i načini rada fermentora • engl. stirred tunk reactor je cilindrični sud • zagrevan je ili hlađen - sterilan • dodaju sirovine proverenog kvaliteta i • kulture gljiva, ne smeju biti kontaminirane. • od nerđajućeg čelika, da bi se izbegla korozija • Prvi put je dizajniran 1940. godine i od tada se veoma malo promenio.

  18. Načini kultivacije gljiva • U laboratorijskim a i u industrijskim uslovima gljive se mogu gajiti u • diskontinualnim(nekontinuiranim, sa prekidima) i uslovi sredine u kojima se dešava rast kontinuirano se menjaju (pošto raste gustina ćelija, nutrijenti se troše i formiraju se produkti) • kontinualnim(kontinuiranim, neprekinutim) kulturama i optimalni uslovi održavaju tokom čitavog procesa,

  19. Kontinualna kultivacija Prednosti: • visoka produktivnost kultura koje su sposobne dugo da rastu i da troše, što je moguće manje nutrijenata pri proizvodnji željenog proizvoda • Kontrola procesa • kada su potrebne velike količine nekog proizvoda (npr. etanola iz kvasaca) ili u slučaju kada je potrebno dobiti direktno neki rezultat rasta ćelija (npr. jednoćelijskog proteina-mikoproteina). • moraju se obezbediti odgovarajući izlazi proizvedenih produkata Nedostaci: • rizik od kontaminacije • genetička nepostojanost mikroorganiazama

  20. Semikontinualna kultivacija (eng. fed batch cultivation) • Dodaje se sveža podloga • Traje dok se ne popuni radna zapremina fermentora • visok nivo glukoze sprečava sekundarni metabolizam. • Ovakav tip kulture se koristi često pri proizvodnji penicilina i drugih antibiotika.

  21. Izolovanje i prečišćavanje proizvoda fermentacije Konačan proizvod: • Kulturelna tečnost – ekstracelularni medijum (npr. submerged mycelium) • Biomasa – masa ćelije kvasaca ili micelije • Problem: proizvoda ima jako malo • 1g traženog enzima ili 10 g antibiotika

  22. Izolovanje i prečišćavanje proizvoda fermentacije • Flotacija • Filtracija • Sedimentacija • Centrifugiranje

  23. Izolovanje i prečišćavanje proizvoda fermentacije Manipulacija biomasom Intaktne ćelije ili intracelularni enzimi - u presama, mlevenje, liza ćelijskog zida ili osmotski šok

  24. Fermentacija na čvrstim podlogama Tradicionalna azijska fermentacija hrane vrši se na čvrstim podlogama. Plesni se koriste za razgradnju materijala biljnog porekla (sojina i pšenična zrna). Ekstracelularni enzimi razgrađuju polimere kao što je celuloza (soja sos, miso i tempeh) • mlevenje i usitnjavanje biljnog materijala • potapanje • Izlaganje vodenoj pari • nizak sadržaj vode

  25. Fermentacija na čvrstim podlogama Gajenje pečuraka i kompostiranje organskog otpada spada u fermentacije na čvrstim podlogama. tehnologija gajenja gljiva na čvrstom supstratu je posebno razvijena u Japanu, proizvode se: limunska i neke druge organske kiseline, i enzimi Prednosti jeftine sirovine, nije neophodna sterilizacija, potrebe za energijom su male, a otpad je kompaktan i u polučvrstom stanju. Nedostaci proces fermentacije sporiji

  26. Enzimi gljiva od komercijalnog značaja • ekstracelularni enzimi koji razgrađuju polisaharide i proteine u šećere i amino kiseline koji se lako mogu asimilovati. • hidroliza skroba, umesto kiselinske hidrolize, • β-1-3-glukanaza (Aspergillusniger) uklanjanje mutnoće piva razgradnjama glukana, • pektinaza za uklanjanje mutnoće kod vina, • laktaza(Kluyveromyces) koja degradira laktozu do glukoze i galaktoze i koristi se umesto zaslađivača sladoleda • celulaza (Trichoderma)

  27. Enzimi gljiva od komercijalnog značaja Proteazesu kisele. • himozin (Rhizomucor miehi, Rhizomucor pusillus), -proizvodnja sireva • Protezama se uklanja i gluten iz brašna što pospešuje kvalitet biskvitnog brašna • Nukleaze (Penicilliumcitrinum) i lipaze (Aspergillusoryzae) se takođe često upotrebljavaju. • Nukleotidi su odgovorni za postizanje mesnog ukusa, a masne kiseline utiču na ukus sireva.

  28. Imobilizacija enzima i slobodne i imobilizirane ćelije da bi se osigurao ravnomeran raspored i dugo zadržavanje u medijumu proteaza i enzima koji razgrađuju skrob vrši se Imobilizacija na nosačima: • neorganski (keramika), • prirodni polimeri (celuloza), ili • sintetički polimeri (najlon).

  29. Imobilizacija enzima i slobodne i imobilizirane ćelije vezivanje jonskim ili kovalentnim vezama ili alternativnim putem: hvatanjem enzima u porozni matriks polimera ili unutar polupropustljive membrane

  30. Proizvodnja alkoholnih pića C6H12O62C2H5OH + 2CO2 • Saccharomycescerevisiae i njegovi varijeteti S. carlsbergensis i S.ellipsoideus). Prema proceduri proizvodnje, sva alkoholna pića se klasifikuju u tri grupe: • Pića dobijena fermentacijom voćnog soka bogatog šećerima (vina, jabukovo vino) • Pića napravljena iz materija bogatih skrobom (pivo) • Pića proizvedena korišćenjem destilacije (alkoholna pića i pojačana vina)

  31. Vino • Pri proizvodnji belih vina, dodatni mehanički pritisak cedi sok iz pulpe, a kožica se uklanja, • pri proizvodnji crnih vina kožica ostavlja da fermentiše zajedno sa sokom. • crna vina bogatija taninima kojima se pripisuju antioksidantna svojstva. • Roze vina se samo na kratko ostavljaju u kontaktu sa ljuskom zrna grožđa ili se dobijaju mešanjem belih i crnih vina.

  32. Vino

  33. Vino • Fermentacija u buradima ili otvorenim sudovima, iako se u poslednje vreme sve više koriste fermontori sa striktno kontrolisanim uslovima • Kvasac S.elipsoideus, • Fermentacija se odvija dok koncentracija alkohola ne dostigne 10-12% (v/v), kada naglo prestaje. • koliko je šećera preostalo dobijaju se, • slatka, umerena ili suva vina. • viši alkoholi, organske kiseline, isparljivih etil-estara koji su odgovorni za aromu vina, glicerol (1%) i malična i tartarična kiselina.

  34. Kultivacija gljiva za ishranu • Gljive su dobri izvori vitamina, amino-kiselina i lipida. • Makrogljive se gaje da bi proizvele krupna plodna tela, dok se kvasci i plesni gaje u fermentorima (za proizvodnju jednoćelijskih proteina) • Pečurke i druge makrogljive • Proizvodnja makrogljiva je jedini profitabilni način upotrebe do sada neikorišćenih rezervi lignoceluloznog otpada. Ovaj fenomen prerasta u razmere tzv. «nezelene revolucije»

  35. Kultivacija gljiva za ishranu • šampinjonAgaricusbisporus, gajen nekad nakonjskojbalegiubaštama, pećinamairudnicima, • danas se gajiuspecijalnimgajilištima, sagodišnjomsvetskomproizvodnjomodokodvamilionatona

  36. Kultivacija gljiva za ishranu • kompostiranje, tj. pripremaodgovarajućegmedijumazarast, štotrajeoko 10-14 dana • slediprocesgajenjakojitraje 9-11 nedelja. • Kompost-slama + konjskabalega • Mešanjem serazvijamikrofloraaktinomicetaidrugihbakterija • Proces kompostiranja se završava u specijalnim komorama na 60ºC. • podstiče razvoj termofilnih vrsta, a efekti pasterizacije ubijaju mezofilne organizme koji bi kasnije bili u kompeticiji sa micelijom gljive Agaricus.

  37. Kultivacija gljiva za ishranu • nestanak nutrijenata sa malom molekulskom težinom, • Nakon inokulacije inkubacija se dešava na 25ºC, i posle 10-14 dana, kompost je potpuno kolonizovan. • plodna tela se javljaju u intervalima od 7-10 dana u narednih 5 nedelja. Posle toga se prostorija čisti parom do 60ºC, da se unište patogeni mikororganizmi, a prestali kompost se daje za upotrebu u hortikulturi ili u baštama

  38. Kultivacija gljiva za ishranu • Pored Agaricusbisporus i Lentinusedodes, još se gaje:Volvariavolvacea, (u Kini se gaji više od 2000 godina, a za kompost se koristi pirinčana slama i pamučni otpad), • Flammulinavelutipes koja se gaji u plastičnim flašama i na piljevini i mekinjama pirinča, • Pleurotusostreatus na različitim supstratima, • Pholiotanameko, Auricularia i Tremella koje se masovno gaje u Kini i Tajvanu • Većina ovih gljiva se proizvodi da bi se koristila njihova plodna tela za ishranu. Radi se o saprofitima i to pre svega razgrađivačima drveta.

  39. Jestiva biomasa kvasaca i plesni - jednoćelijski proteini • Veliki deo ljudske populacije neuhranjen, • Biljke imaju relativno mali sadržaj proteina • Mnogi mikroorganizmi su sposobni da koriste jeftine i lako dostupne izvore azota i izvore ugljenika poput skroba, prirodnog gasa i naftnih ugljovodonika. • Biomasa gajenih mikroorganizama ima visok sadržaj proteina. • masovna proizvodnja mikrobne biomase za ljudsku i životinjsku upotrebu. • biomasa mikroorganizama se obično naziva jenoćelijski protein ili na engleskom «single cell protein» (SCP) .

  40. Mikoprotein • U Velikoj Britaniji gljiva Fusarium graminearum se koristi za proizvodnju mikoproteina - Quorn™mikoprotein

  41. Mikoprotein • Micelija simulira teksturu mesa i zadovoljava potrebe organizma za proteinima. • lipida manje nego u mesune sadrži holesterol • Proizvodnja - kontinualnim kulturama u kolonskim fermentorima sa vazdušnim mešanjem (air lift fermenters). • Fermentacija traje 6 nedelja. • pojava jako granajućih mutanata koji ne zadovoljavaju teksturu samog proizvoda. • Mikoprotein je veoma adsorptivan i zadržava ukus i boju tokom kuvanja.

  42. Korišćenjegljivauprehrambenoj industriji • Hleb • Saccharomycescerevisiae. • Prpoizvodnja – semikontiunalna kultivacija • ćelijeseuklanjajuvakuumfiltracijom • pšeničnobrašnokojesadržigluten, • Voda i kvasac (2%-6%), • soli (1,5-2%) i • Poslemešanja, testoseostavljadaodstojinekolikosati. • Pečenje • kvasciSaccharomycesexiguus, S. cerevisiae, CandidakruseiiPichiasaitoislužezaproizvodnjuraženoghlebakojisedobijaodmešavinepšeničnogiraženogbrašna.

  43. Proizvodi od soje • Soja sos • Sojinazrnasenajprepotapaju, ljušteikuvaju. • aerobnafermentacijana čvrstomsupstratu-Aspegillusoryzae. • mešavinagljiveisupstratakojasezovekoji. • Plesanprodukujevelikukoličinuhidrolitičkihenzima • Fermentacijakojijausavremenojproizvodnjitraje 3 danaiprekidaseprenego štogljivasporuliše. • Ovamešavinasespajasaslanomvodomsaoko 20% solipri čemusedobijemoromi. • anaerobnafermentacija(halotolerantnikvasci + mlečnokiselinskebakterije. • Inkubacijatrajeod 3 mesecado 3 godine. • Nakrajufermentacijeodvajasetečnideo, pasterizujeseipakujeuflaše.

  44. Proizvodi od soje • Misopastapravi se od sojinihzrnaipirinča, sojinihzrnaiječmailisamoodsoje. • Pirinač senatopi, popari, inokulišesaA. oryzae, inkubirasedvadanana 28oC. • Potomsesvepomešasanatopljenimipoparenimzrnimasoje. Nakondodatkasolimoromistadijumzapočinje čistomkulturomZygosaccharomycesrouxiiilisastarterkulturompotpunofermenisanogmisa. • fermentira nedelju dana na 28oC, • dva meseca na 35oC, i • potom dve nedelje na sobnoj temperaturi. • Miso je u vegetarijanskoj ishrani dobar izvor vitamina i proteina.

  45. Sir i fermentisano mleko • U proizvodnji sira mleko se inokuliše sa starter kulturom mlečnokiselinskih bakterija. • dodaje se enzim renin koji izaziva formiranje sira. • U novije vreme se umesto telećeg sve više koristi renin dobijen iz gljiva. • Nakon zgrušavanja mleka novonastali sir se odvaja od surutke. • Različiti mikroorganizmi mogu biti uključeni u proces sazrevanja sira. • Postoje dva osnovna tipa sireva za koje su odgovorne gljive: Kamember sirevi i plavi sirevi Rokfor tip.

  46. Meki sirevi sa plesnima • Kamember, bri, thenaj, troj i vendom su sirevi koji su inokulisani sa Penicilliumcamambertii i Penicilliumcaseiolum. • Bela micelija daje površini brija i kamembera karakterističan izgled, ali nikada ne prodiru u unutrašnjost. • Proteolitički enzimi difunduju u gruš razlažući proteine u peptide i aminokiseline izazivajući omekšavanje sira. • Lipaze oslobađaju masne kiseline koje mogu biti konvertovane u metilketone koji daju siru specifičan ukus i miris.

  47. Meki sirevi sa plesnima • Plavi sirevi Rokfort, stilton, gorgonzola, danski plavi sir i venslidejl su inokulisani Penicillium roquefortii. • U usireno mleko se ubacuju hlebne mrvice sa micelijom plesni P. roquefortii , a zatim se inkubira dok sir ne sazri. • Ova plesan može da toleriše visoke koncentracije CO2 i niske koncentracije O2, • Plavo zelena boja koja se dobija potiče od velikog broja konidija. • Ne menja se samo izgled, već i ukus sira. Plesan oksiduje masne kiseline do metil ketona, naročito 2-heptanona koji je odgovoran za specifičan ukus i miris ovog sira.

More Related