%d0%9d%d0%b0%d0%b2%d1%87%d0%b0%d0%bb%d1%8c%d0%bd%d0%be %d0%bc%d0%b5%d1%82%d0%be%d0%b4%d0%b8%d1%87%d0 by НУБіП

КАБІНЕТ МІНІСТРІВ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БІОРЕСУРСІВ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ УКРАЇНИ ФАКУЛЬТЕТ БІОТЕХНОЛОГІЇ Кафедра екобіотехнології та біорізноманіття “ЗАТВЕРДЖУЮ” Декан факультету біотехнології ______________Ю. В. Коломієць “____” ________________ 2013 р.

НАВЧАЛЬНО-МЕТОДИЧНИЙ КОМПЛЕКС дисципліни “ ПРОМИСЛОВА БІОТЕХНОЛОГІЯ” для підготовки фахівців напряму 6.051401 «Біотехнологія» в аграрних вищих навчальних закладах ІІІ-ІV рівнів акредитації

КИЇВ-2013

Форма № Н - 3.04 Національний університет біоресурсів і природокористування України Кафедра екобіотехнології та біорізноманіття “ЗАТВЕРДЖУЮ” Декан факультету біотехнології ______________ Ю. В. Коломієць “____” ________________ 2013 р.

РОБОЧА НАВЧАЛЬНА ПРОГРАМА дисципліни “ ПРОМИСЛОВА БІОТЕХНОЛОГІЯ” для підготовки фахівців напряму підготовки 6.0514 - „Біотехнологія” в аграрних вищих навчальних закладах ІІІ-ІV рівнів акредитації Факультет Біотехнології

КИЇВ-2013

Робоча програма «Промислова біотехнологія» для студентів за напрямом підготовки 6.0514 - „Біотехнологія” „___” ________, 2013 р. − ___ с. Розробник: доцент, к.б.н. Бородай В.В. Робоча програма затверджена на засіданні кафедри екобіотехнології та біорізноманіття Протокол від. “__25 грудня 2012 р. № _8_ В.о. зав. кафедрою екобіотехнології та біорізноманіття к.б.н. _________________ (Кляченко О.Л) (підпис) (прізвище та ініціали) “_____”___________________ 2013 р. Схвалено вченою радою факультету біотехнології Протокол від. “21”січня 2013 р. № 6 “_____”________________20__ р. (_____________________) (підпис)

Голова

_______________

(прізвище та ініціали)

Ó__________, 2013 р. Ó __________, 2013 р.

1. Опис навчальної дисципліни «Промислова біотехнологія» Галузь знань, напрям підготовки, спеціальність, освітньо-кваліфікаційний рівень Галузь знань Напрям підготовки

Біотехнологія 0514 «Біотехнологія»

Освітньо-кваліфікаційний рівень

«Бакалавр»

Характеристика навчальної дисципліни Вид Загальна кількість годин Кількість кредитів ECTS Кількість змістових модулів Курсовий проект (робота)

Нормативна 211 5,8 3 63

(якщо є в робочому навчальному плані)

Форма контролю

Іспит

Показники навчальної дисципліни для денної та заочної форм навчання Рік підготовки Семестр Лекційні заняття Практичні, семінарські заняття Лабораторні заняття Самостійна робота Кількість тижневих годин для денної форми навчання: аудиторних: самостійної роботи студента:

денна форма навчання 3 6 38 год. 38 год. 19 год. 4 год. 1,3 год.

заочна форма навчання 3 6 4 6 131 -

В курсі «Промислова біотехнологія» вивчаються фізіологічні особливості промислових штамів мікроорганізмів, умови отримання продуктів на їх основі, напрямки застосування речовин первинного та вторинного метаболізму , а також перспективи розвитку основ промислової біотехнології в Україні та у світі; оволодіють методами контролю за процесами біосинтезу продуктів на основі мікроорганізмів та оцінки ступеня їх ризику для людини і навколишнього середовища. Теоретичні аспекти дисципліни закріплюються на лабораторних заняттях. Вивчення дисципліни „Промислова біотехнологія” дає студентам знання про мікроорганізми, що використовуються в біотехнологічній промисловості, основи їх фізіології, технологію приготування поживних середовищ, методи культивування, управління процесом вирощування промислових штамів та отримання на їх основі продуктів мікробного синтезу їх властивості, використання в народному господарстві, а також санітарно – гігієнічні вимоги до продуктів та мікробіологічні методи контролю їх якості.

2. Мета та завдання навчальної дисципліни «Промислова біотехнологія» Промислова біотехнологія є однією з основних розділів біотехнології, інтегральною областю науки і техніки, яка спирається на теоретичні та методичні положення молекулярної біології і генетики, мікробіології, біохімії, фізіології і цитології, а також використовує прогресивні хімічні технології. Предметом промисловій біотехнології об'єктами є високопродуктивні штами мікроорганізмів – продуцентів (представники різних фізіологічних і таксономічних груп, які відрізняються як за типом метаболізму, так і за типом живлення), а також загальні принципи біотехнологічних процесів. Незважаючи на велику різноманітність агентів, що здійснюють біотехнологічні маніпуляції, основними об'єктами біотехнології в наш час є мікроорганізми. Мікроорганізми використовуються для біосинтезу важливих метаболітів (амінокислот, органічних кислот, ферментів, екзополісахаридів, лектинів, поверхнево-активних речовин, вітамінів, стимуляторів росту, гормонів); одержання білкових продуктів, пробіотиків, добрив (препарати на основі біомаси); одержання біогазу; вилуговування металів із руд; трансформації речовин (синтез стероїдів, ефедрину, виробництво напівсинтетичних пеніцилінів). Для цього використовується досить велика і різноманітна група мікроорганізмів: міксоміцети, дріжджі, бактерії – представники різних фізіологічних і таксономічних груп, які відрізняються як за типом метаболізму, та к і за типом живлення. Завданням навчальної дисципліни «Загальна (промислова) біотехнологія» є вивчення основних біотехнологічних процесів та їх практичного використання для отримання промисловим способом цінних продуктів життєдіяльності мікроорганізмів, їх біомаси, отримання корисних речовин (препаратів), що використовуються в різноманітних галузях сільського господарства та медицини. Промислова біотехнологія є однією з основних розділів біотехнології, інтегральною галуззю науки і техніки, яка використовує теоретичні та методичні положення молекулярної біології і генетики, мікробіології, біохімії, фізіології і цитології, а також новітні хімічні технології. Предметом промислової біотехнології є високопродуктивні штами мікроорганізмів – продуцентів (представники різних фізіологічних і таксономічних груп, які відрізняються як за типом метаболізму, так і за типом живлення), а також загальні принципи біотехнологічних процесів. Метою вивчення дисципліни є оволодіння студентами знань та уміння використовувати основні біотехнологічні процеси для отримання біологічноактивних сполук, принципи і методи конструювання об'єктів біотехнології, культивування окремих штамів промислових мікроорганізмів, методи

підбору біологічних агентів з метою отримання окремих продуктів, основ управління процесами культивування мікроорганізмів та контролю якості отриманого продукту, визначення екологічної безпеки продуктів біотехнології, створених на основі генетично модифікованих мікроорганізмів. Курс передбачає підготовку бакалаврів і опирається на знання дисциплін "Основи біотехнології", "Мікробіологія", "Біохімія", "Генетика" та інших, що формують фахівця для різних галузей народного господарства, в т.ч. агропромислового виробництва. В результаті вивчення дисципліни студент повинен знати: - основні терміни промислової біотехнології; - історію, сутність, значення, проблеми і перспективи розвитку промислової біотехнології ; - типову схему біотехнологічного виробництва, способи культивування продуцентів; - методи і умови культивування ізольованих тканин та клітин рослин для отримання біологічно –активних речовин рослинного походження; - принципи дії і конструкції біореакторів; - принципи біосинтезу ферментних, бактеріальних препаратів для захисту рослин, бактеріальних добрив і антибіотиків; - промислове використання мікроорганізмів ( застосування мікроорганізмів-продуцентів для отримання білкових препаратів, харчових кислот, амінокислот, вітамінів, ферментних препаратів, бактеріальних добрив та біологічних препаратів для захисту рослин); - технологію приготування живильних середовищ для різноманітних промислових штамів мікроорганізмів; вміти: - користуватися основною, додатковою та довідковою літературою з питань промислової біотехнології, термінами біотехнології; - отримувати посівний матеріал з чистих культур мікроорганізмів; - вирощувати культури мікроорганізмів в колбах і ферментерах, контролювати ферментну активність мікроорганізмів – продуцентів; - проводити селекцію активних штамів продуцентів, - складати типову схему біотехнологічного виробництва; - керувати процесами культивування мікроорганізмів у промислових умовах шляхом збирання, опрацювання і аналізу інформації, експериментального освоєння методів роботи з різними промисловими мікроорганізмами в умовах лабораторії та під час навчальних практик в науково-дослідних установах та біохімічних підприємствах. Програму навчальної дисципліни реалізують шляхом викладення теоретичного матеріалу, проведення лабораторних занять, написання курсової і самостійної роботи. Згідно з навчальним планом підготовки бакалаврів з напряму " Загальна (промислова) біотехнологія" на вивчення дисципліни відведено 118 годин, з

яких: лекційних – 20 годин, семінарсько-практичних (лабораторних) занять – 20 годин, на самостійну роботу студента – 42 годин, навчальна практика – 36 годин. Контроль знань та умінь студентів здійснюється шляхом зарахування рефератів, лабораторних робіт, курсових робіт, вирішення тестових завдань для перевірки знань. Підсумкова форма контролю – іспит. Перелік дисциплін, засвоєння яких необхідне для вивчення дисципліни Вивчення дисципліни «Промислова біотехнологія» базується на знаннях, які студенти набувають при вивченні нормативної частини ОПП – циклів підготовки гуманітарної та соціально-економічної, природничонаукової, професійної та практичної і вибіркової частини – дисциплін за вибором університету та студента. Курс читається після одержання фундаментальної підготовки з дисциплін: «Загальна біотехнологія рослин», «Загальна мікробіологія», «Генетика», «Загальна вірусологія». 3. ПРОГРАМА НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ „ ПРОМИСЛОВА БІОТЕХНОЛОГІЯ ” ТЕОРЕТИЧНІ ЗАНЯТТЯ ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ І. ФЕРМЕНТАЦІЙНІ ПРОЦЕСИ В БІОТЕХНОЛОГІЧНІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ Тема лекційного заняття 1, 2. Історія та досягнення промислової біотехнології. Емпіричний період розвитку промислової біотехнології. Використання продуктів життєдіяльності мікроорганізмів у хлібопеченні, отриманні кисломолочних продуктів, напоїв та оцту, процесах квашення і силосування. Етіологічний період розвитку промислової біотехнології. Дослідження Л.Пастера в галузі мікробіологічної природи бродінь, анаеробних умов життєдіяльності мікроорганізмів, вакцинопрофілактики та вакцинотерапії, методів стерилізації. Роботи Р.Коха, Д.Тиндаля, Е. Дюкло, Ш. Шамберлана, І. Мечникова, Д.Заболотного та інших дослідників. Розробка методів одержання чистих культур мікроорганізмів, виготовлення харчових пресованих дріжджів, початок промислового отримання продуктів метаболізму мікроорганізмів (ацетон, бутанол, лимонна й молочна кислоти). Біотехнічний період розвитку промислової біотехнології. Конструювання, створення і впровадження у практику устаткування для промислової біотехнології, у тому числі й біореакторів. Оптимізація процесів бродіння, культивування мікроорганізмів для одержання практично цінних метаболітів (антибіотиків, амінокислот, вітамінів, ферментів тощо). Розвиток харчової промисловості.

Ферментативний каталіз. Фундаментальні роботи Ф. Кріка та Дж. Уотсона (1953) зі встановлення структури ДНК. Генотехнічний період розвитку промислової біотехнології. Становленням генетичної інженерії, створення першої рекомбінантної молекули ДНК. Роботи О.О. Баєва, A.M. Бєлозерського, О. Ейвері, Г. Гамова, Х.Г. Корані, Ф. Жакоба, Ж. Moнo, Ю.О. Овчинникова, О. С. Спіріна, Р.В. Петрова, Р.Г.Бутенко. Промислове виробництво препаратів, створених за допомогою генної інженерії: інсуліну, інтерферону, соматотропного гормону людини та інших. Тема лекційного заняття 3, 4. Загальна характеристика промислових штамів мікроорганізмів. Основні шляхи отримання нових продуктів та штамів. Скринінг нових продуктів, що синтезуються промисловими мікроорганізмами. Селективне виділення промислово-важливих штамів. Особливості метаболізму мікроорганізмів. Первинні і вторинні продукти анаболізму та катаболізму. Фізіологічні аспекти регуляції метаболізму штамів-продуцентів. Швидкість росту популяції та синтез продукту. Фізикохімічні фактори та синтез метаболітів. Регуляція активності та синтезу ферментів. Вимоги до промислових штамів мікроорганізмів. Виділення продуцентів з природних джерел. Параметри, за якими оцінюється мінливість культур за практично важливими ознаками. Ступінчаста селекція промислових мікроорганізмів. Принципи використання мутагенів в селекції мікроорганізмів. Використання мутантів в селекції (ауксототрофних, прототрофних, стійких до аналогів метаболітів, стійких до антибіотиків, із зміненим транспортом метаболітів). Принципи отримання мутантів мікроорганізмів з порушеною регуляцією синтезу метаболітів. Використання генетичної інженерії для отримання практично цінних штамів мікроорганізмів. Надсинтез продуктів метаболізму з використанням генетичних методів. Отримання білків людини та тварин. Конструювання штамів-продуцентів первинних та вторинних метаболітів. Підготовка до виробничого процесу, тривале зберігання і підтримання в активному стані промислових мікроорганізмів. ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ ІІ. ТИПОВІ СХЕМИ ТА ОСНОВНІ СТАДІЇ БІОТЕХНОЛОГІЧНИХ ВИРОБНИЦТВ Тема лекційного заняття 5,6. Класифікація процесів ферментації: за цільовим продуктом, основною фазою, по відношенню до кисню та світлу, за ступенем захищеності від сторонньої мікрофлори, кількістю видів мікроорганізмів, способом організації. Основні параметри та фази періодичної ферментації.

Кількісні характеристики росту та продуктивності: швидкість росту, час подвоєння біомаси, економічний та метаболічний коефіцієнти, вплив концентрації субстрату на швидкість росту, продуктивність і специфічна швидкість продукції. Кінетика росту мікроорганізмів. Крива росту клітинної популяції. Кількісні показники ферментаційних процесів: утворення тепла, вміст кисню та вуглекислого газу. Типи та режими ферментацій: періодичні та безперервні процеси. Проблеми аерації, піногасіння, асептики та стерильності при різноманітних ферментаціях. Відкриті та замкнуті ферментаційні системи. Хемостатні та турбідостатні режими культивування продуцентів. Основні вимоги, що висуваються до біореакторів. Системи перемішування, що що застосовуються в сучасних ферментерах. Принципи масштабування технологічних процесів: лабораторні, пілотні та промислові ферментери та вирішувані з використанням їх задачі. Спеціалізовані ферментаційні технології: анаеробні, твердо фазні та газофазні процеси. Тема лекційного заняття 7,8. Характеристика основних стадій біотехнологічних виробництв. Основні субстрати та побічні продукти, які використовуються для мікробіологічного синтезу. Джерела вуглецевого та азотного живлення. Природні сировинні матеріали рослинного походження. Відходи різноманітних виробництв, як сировина для біотехнологічних процесів. Хімічні та нафтохімічні субстрати, що застосовуються в якості сировини. Характеристика комплексних середовищ. Вимоги до поживних середовищ, що використовуються в промисловій біотехнології. Підготовча стадія. Приготування та стерилізація середовища, повітря, біореакторів, підготовка посівного матеріалу для поверхневого і глибинного культивування, біокаталізаторів, попередня обробка сировини. Біотехнологічна стадія: ферментація, біотрансформація, біокаталіз, біоокислення, метанове бродіння, біокомпостування, біосорбція та інші. Розділення рідини та біомаси: відстоювання, фільтрація, сепарація, центрифугування, коагуляція, флотація. Виділення внутрішньо – та зовнішньо - клітинних продуктів метаболізму: осадження, екстрагування, адсорбція, електрохімічні методи, іонообмінна хроматографія. Руйнування клітинної стінки і екстрагування цільових продуктів. Попередня обробка культуральної рідини для повнішого розділення фаз. Кислотна коагуляція. Теплова коагуляція. Внесення електролітів. Очищення, концентрування, модифікація та стабілізація цільового продукту. Виготовлення готової форми продукту. Види продуктів за їх місцем в типовій технологічній схемі. Приклади складання блок-схем біотехнологічних виробництв.

МОДУЛЬ 3. ОТРИМАННЯ БІОЛОГІЧНО АКТИВНИХ РЕЧОВИН ТА ОКРЕМИХ КОМПОНЕНТІВ МІКРОБНОГО СИНТЕЗУ Тема лекційного заняття 9,1011,12,13. Біотехнологія продуктів мікробного синтезу. Класифікація продуктів мікробіологічного синтезу. Препарати на основі біомаси мікроорганізмів: пробіотики, бактеріальні добрива, біопрепарати для захисту рослин, хлібопекарські дріжджі, білкові продукти. Біопрепарати на основі живих та інактивованих вакцин. Препарати на основі продуктів метаболізму мікроорганізмів: первинні метаболіти амінокислоти, органічні кислоти, вітаміни; вторинні метаболіти антибіотики, екзополісахариди, поверхнево-активні речовини тощо; продукти бродіння - спирти, органічні кислоти, кетони; ферменти. Іммобілізовані клітини мікроорганізмів та їх застосування. Методи іммобілізації клітин мікроорганізмів. Адсорбція. Ковалентне та поперечне зв'язування. Включення в гелі. Особливості живих іммобілізованих клітин мікроорганізмів. Біотехнологія отримання амінокислот: одержання лізину, глютамінової кислоти, проліну, лейцину, триптофану. Хімізм, ензимологія та регуляція біосинтезу глутамінової кислоти, лізину, треоніну, триптофану. Методи селекції мутантів - надсинтетиків амінокислот. Технологічні схеми отримання амінокислот шляхом мікробіологічного синтезу. Отримання амінокислот за допомогою іммобілізованих клітин та ферментів. Особливості ферментів мікроорганізмів. Ферменти мікроорганізмів, що застосовуються у виробництві. Біотехнологія ферментних препаратів: отримання активних продуценті, поживні середовища для культивування мікроорганізмів, особливості культивування мікроорганізмів-продуцентів ферментів. Виділення та стабілізація ферментів. Іммобілізовані ферменти. Застосування ферментів у харчовій промисловості, сільському господарстві, медицині. Номенклатура мікробних ферментних препаратів. Біотехнологічне виробництво органічних кислот: лимонної, оцтової, глюконової та ітаконової. Застосування лимонної кислоти, продуценти. Вибір активних продуцентів. Біосинтез та його регуляція. Умови ферментації Aspergillus niger. Отримання лимонної кислоти в промисловості: культивування поверхневе, глибинне, твердо фазне. Біосинтез вітамінів та регуляція цих процесів. Способи отримання рибофлавіну, вітаміну В12, каротиноїдів, ергостерину. Мікробіологічний синтез полісахаридів та ліпідів. Полісахариди цитоплазми та мембранних структур. Полісахариди клітинних стінок. Екзополісахариди. Склад та вміст ліпідів у мікроорганізмів. Властивості основних типів полісахаридів і ліпідів мікробного походження, та їх практичне використання. Продуценти полісахаридів та ліпідів. Шляхи їх біосинтезу. Технологічні схеми отримання мікробних полісахаридів та ліпідів. Промислове виробництво ксантану.

Мікроорганізми - продуценти антибіотиків. Шляхи біосинтезу та генетичний контроль утворення цих сполук. Пошуки нових антибіотиків. Утворення антибіотиків в промислових умовах. Антибіотики, утворені бактеріями, актиноміцетами, міцеліальними грибами. Шляхи підвищення біосинтезу антибіотиків мікроорганізмами. Двохфазний характер розвитку продуцентів антибіотиків. Технологічні основи виробництва антибіотиків. Підготовка середовища для культивування продуцентів антибіотиків та посівного матеріалу. Стадія біосинтезу антибіотиків. Попередня обробка культуральної рідини. Виділення та очищення антибіотиків. Промисловий метод отримання напівсинтетичних антибіотиків. Втрата здатності мікроорганізмів до утворення антибіотиків в промислових умовах. Використання процесів бродіння та інших процесів метаболізму мікроорганізмів. Біотехнологія харчових продуктів та продуктів бродіння. Спиртове бродіння. Фізіологія дріжджів та хімізм спиртового бродіння. Характеристика штамів продуцентів, що застосовуються у промисловості. Використання дріжджів у промисловості: Отримання етилового спирту, виробництво хлібопродуктів. Біотехнології отримання вина, пива та міцних спиртових напоїв. Молочнокисле бродіння. Гомо- та гетеро ферментативне бродіння. Поширення та взаємовідношення з іншими мікроорганізмами. Виділення та зберігання молочнокислих бактерій. Біотехнологічне використання молочнокислих бактерій і пекарських дріжджів. Технологічні схеми спиртового і молочнокислого бродінь. Використання молочнокислих бактерій у процесах силосування кормів, квашення овочів, сироварінні, приготуванні профілактичних і лікувальних препаратів. Біотехнологія сироваріння. Пропіоновокисле бродіння, характеристика продуцентів. Мікроорганізми, що використовуються в бродильній промисловості. Ацетоно-бутилове бродіння, особливості, культивування мікроорганізмівпродуцентів, технологічна схема. Отримання біомаси мікроорганізмів як джерело білка. Процес і принципи контролю вирощування мікроорганізмів. Основні види сировини, характеристика штамів-продуцентів. Тема лекційного заняття 14,15,16. Промислова біотехнологія у сільському господарстві. Препаративні форми і стандартизація біопрепаратів. Бактеріальні, вірусні препарати та біопрепарати на основі грибів для захисту рослин. Характеристика мікроорганізмів, які є основою біопрепаратів. Ентомопатогенні бактеріальні препарати: характеристика Bacillus thuringiensis (Bt), метаболіти, механізм дії кристалічного δендотоксину. Біотехнологічне отримання біопрепаратів. Біопрепарати на основі біологічно-активних речовин мікроорганізмів-антагоністів. Характеристика основних біопрепаратів для захисту рослин, що використовуються в Україні.

Бактеріальні добрива і засоби захисту рослин. Типи бактеріальних добрив та мікроорганізми, що використовуються для їх отримання. Азотфіксуючі бактеріальні препарати, властивості бульбочкових бактерій. Технологічні схеми отримання нітрагіну, азотобактерину, планризу, гаупсину та триходерміну. Інокуляція та зберігання препаратів. Контроль виробництва. Шляхи підвищення ефективності інокуляції. Перспективи використання.

4. Структура навчальної дисципліни «Загальна (промислова) біотехнологія» Кількість годин денна форма Заочна форма Назви змістових модулів і тем усього у тому числі усього у тому числі л п лаб інд с.р. л п лаб інд Модуль 1. Ферментативні процеси в біотехнологічній промисловості Тема 1. Історія та досягнення промислової біотехнології. 15 6 6 3 20 2 2 Тема 2. Загальна характеристика промислових штамів 17 7 7 3 18 1 1 мікроорганізмів. Разом за змістовим модулем 1 32 13 13 6 38 3 3 Змістовий модуль 2. Типова схема та основні стадії біотехнологічних виробництв. Тема 1. Класифікація та характеристика процесів ферментації. 15 6 6 3 20 2 2 Тема 2. Характеристика основних стадій біотехнологічних 17 7 7 3 18 1 1 виробництв Разом за змістовим модулем 2 32 13 13 6 38 3 3 Модуль 3. Отримання біологічно активних речовин та окремих компонентів мікробних клітин. Тема 1. Біотехнологія продуктів мікробного синтезу. 16 6 6 3 17 1 1 Тема 2. Промислова біотехнологія у сільському господарстві. 16 6 6 4 17 1 1 Разом за змістовим модулем 3 31 12 12 7 34 2 2 Всього годин 95 38 38 19 110 8 8 Курсовий проект 63 45 Навчальна практика (теми) 1.Техніка культивування мікроорганізмів-продуцентів . 9 2.Отримання накопичувальних культур мікроорганізмів на 9 штучних живильних середовищах. 3. Культивування мікроорганізмів на селективних живильних 9 середовищах. 4. Визначення мікроорганізмів – антагоністів, біологічної 9 активності антибіотиків. 5. Вивчення впливу умов культивування на фізіологічну 9 активність мікроорганізмів –продуцентів. 6. Дослідження якості біопрепаратів. 9 7. Ознайомлення з науковими досягненнями лабораторії 9 мікробіологічного методу захисту рослин Інституту захисту рослин НААН України. 8. Ознайомлення з біотехнологічними розробками Інституту 9 мікробіології та вірусології ім. Д.К.Заболотного НАНУ. Всього годин 72 211 Всього годин з навчальної дисципліни

с.р. 16 16 32 16 16 32 15 15 30 94

5. НАЗВИ ТЕМ ЛАБОРАТОРНИХ ЗАНЯТЬ, ОБСЯГ У ГОДИНАХ Змістовий модуль І Ферментаційні процеси в біотехнологічній промисловості. № п/п Назва теми Кількість годин 2 Робота Принципи та методи культивування мікроорганізмів-продуцентів 1,2 на штучних поживних середовищах. Обладнання та матеріали лабораторії промислової біотехнології. Методи стерилізації обладнання та поживних середовищ 2 Робота Приготування поживних середовищ для культивування бактерій 3,4 та грибів в умовах лабораторії. Принципи складання поживних середовищ у біотехнологічному виробництві Робота Отримання накопичувальних культур Bacillus subtilis, Bacillus 2 5,6 subtilis var mesentericus, Aspergillus niger 4 Робота Первинний скринінг мікроорганізмів – антагоністів у ризосфері 7,8 рослин. Виділення у чисту культуру мікроорганізмів – антагоністів Змістовий модуль ІI Типові схеми та основні стадії біотехнологічних виробництв. Робота Культивування дріжджів на поживних середовищах, що містять 5 11,12 вуглецеві субстрати Робота Культивування мікроорганізмів – антагоністів на селективних 6 13,14 поживних середовищах 5 Робота Дослідження явища антагонізму мікроорганізмів методом 15,16 перпендикулярних штрихів. Визначення чутливості мікроорганізмів до антибіотиків методом паперових дисків Змістовий модуль ІIІ Отримання біологічно активних речовин та окремих компонентів мікробних клітин. 7 Робота Визначення ферментативної активності оксидази і каталази 11,12 мікроорганізмів. Культивування Aspergillus niger на середовищах, різноманітних за складом макро- та мікроелементів Робота Утворення лимонної кислоти грибом Aspergillus niger шляхом 8 13,14,15 культивування на рідкому середовищі поверхневим способом 7 Робота Дослідження ефективності біопрепаратів проти збудника 16,17,18 бактеріальної гнилі рослин Pectobacterium spp. Стандартизація та оцінка якості біопрепаратів шляхом визначення титру препарату. Стандартизація та оцінка якості біопрепаратів шляхом визначення біологічної активності мікроорганізмів – продуцентів

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН НАВЧАЛЬНИХ ЗАНЯТЬ з дисципліни «Промислова біотехнологія» для підготовки фахівців напряму 6.051401 «Біотехнологія» денна форма навчання на 6 семестр 2013-2014 навчального року

„ЗАТВЕРДЖУЮ” Декан факультету біотехнології ____________ доц. Ю. В. Коломієць „____” _________________ 2013 р. Курс Промислова біотехнологія Лекцій 38 год. Лабораторних занять 38 год. Самостійна робота під керівництвом НПП - 19 год. Самостійна робота студентів 22год. Всього 211 год. Кредитів 5,8

ВИДИ ТА ЗМІСТ ЗАНЯТЬ №

Тиждень Лекції

год.

Тема 1. Історія та досягнення 4 промислової біотехнології.

Тема 2. Загальна 4 характеристика промислових штамів мікроорганізмів. 2.

4 3.

Лабораторні (практичні, год. семінарські) заняття Принципи та методи 6 год. культивування мікроорганізмів-продуцентів на штучних поживних середовищах. Обладнання та матеріали лабораторії промислової біотехнології. Методи стерилізації обладнання та поживних середовищ Приготування поживних 6 середовищ для культивування бактерій та грибів в умовах лабораторії. Принципи складання поживних середовищ у біотехнологічному виробництві Отримання накопичувальних 6 культур Bacillus subtilis, Bacillus subtilis var mesentericus, Aspergillus niger

Самостійна робота

год.

Література

Способи очищення повітря. 2 Характеристика фільтрувальних матеріалів. Технологічна схема стиснення й очищення повітря. Очищення відпрацьованого повітря.

О 1, 4, 7. Д 8, 15.

Методи виявлення і кількісний 2 облік в об'єктах навколишнього середовища і техногенних потоків.

О 1, 4,:6,7. Д 12, 15

Поточний контроль знань № Бали модуля

1 3

Безперервне культивування, принципи роботи хемостату, турбідостату. Іммобілізація клітин.

О 1,4,7. Д 8,11,

Тема 1. Класифікація та 4 характеристика процесів ферментації.

Тема 2. Характеристика основних стадій біотехнологічних виробництв

Тема 1. Біотехнологія 4 продуктів мікробного синтезу.

Культивування дріжджів на 4 год. Способи одержання поживних середовищах, що мікроорганізмами енергії. містять вуглецеві субстрати Надходження живильних речовин у мікробну клітину: пасивний перенос, активний транспорт, фагоцитоз, піноцитоз. Культивування 4 Бродіння. Основні стадії 2 мікроорганізмів – антагоністів бродіння. Шляхи утворення на селективних поживних пірувату. Типи бродіння. середовищах Дослідження явища 2 год Зберігання мікроорганізмів. антагонізму мікроорганізмів Періодичні пересівання. методом перпендикулярних Зберігання при низьких штрихів. Визначення температурах. Ліофілізація. чутливості мікроорганізмів до Висушування. Зберігання під антибіотиків методом мінеральним маслом. Вплив паперових дисків зберігання на мікроорганізми. Бактеріофаги в мікробіологічній промисловості. Визначення ферментативної 2 год Регуляторні і ауксотрофні активності оксидази і каталази мутанти – продуценти мікроорганізмів. амінокислот.Розділення Культивування Aspergillus продуктів бродіння. Окисні niger на середовищах, трансформації органічних сполук: різноманітних за складом окиснення моно-, ді-, три- та макро- та мікроелементів багатоатомних спиртів, Утворення лимонної кислоти моносахаридів. Синтез грибом Aspergillus niger аскорбінової кислоти, шляхом культивування на діоксиацетону, оцету. рідкому середовищі поверхневим способом

О 1,5,7. Д 8, 15. 3

О 1, 4, 7. Д 8, 15.

О 1,4,7. Д 3, 5, 6,17.

Тема 2. біотехнологія господарстві.

Промислова 10 сільському

Максимальний рейтинг: _____ балів. Орієнтовні критерії оцінки знань залежно від набраної кількості балів від максимально можливих у %: "Відмінно" — 95 – 100 % – ________ балів "Добре" — 80 – 94 % – ________ балів "Задовільно" — 65 – 79 % – ________ балів "Незадовільно" — менше 64 % – ________ балів ННП, що викладає дисципліну

Дослідження ефективності 8 год біопрепаратів проти збудника бактеріальної гнилі рослин Pectobacterium spp. Стандартизація та оцінка якості біопрепаратів шляхом визначення титру препарату. Стандартизація та оцінка якості біопрепаратів шляхом визначення біологічної активності мікроорганізмів – продуцентів

Вимоги до якості готового 2 продукту. Загальні принципи мікробіологічного контролю готової продукції в харчовій промисловості. Мікроскопічний контроль. Облік на спеціальних середовищах. Санітарно-гігієнічний контроль устаткування, матеріалів виробництва, рук та одягу працівників. Схема контролю, принципи побудови схеми залежно від специфічності виробництва.

О 1,5,7. Д 11, 12, 14

Рекомендована література:Основна література. 1.Бекер М.Е. Введение в биотехнологию. М., «Пищевая промышленность», 1978, 227 с. 2.Берне Ф., Кордонье Ж. Водоочистка сточных вод нефтепереработки. М., «Химия», 1997. -62 с. 3.Виестур .Э., Шмит И.А., Жилевич А.В. БИОТЕХНОЛОГИ Биологические агенты, технология, аппаратура. М., «Пищевая промышленность», 1987, 263 с. 4.Герасименко В.Г. Биотехнология. К., Вища школа, 1989, 343 с 5.Елимов Н.П. Основы биотехнологии.- СПБ.: Наука. 1995.-600 с. 6.Промышленная біотехнология. Под ред. Н.С.Егорова.- М.:»Высшая школа.».1987.- 677 с. 7. Санитарно-бактериологическое и вирусологическое исследование воды.Под ред..канд.мед.наук В.Н.Гирина,проф.. Л.В.Григорьевой.- Киев «Здоров’я»1981-175с. 8.Пиріг Т.П. Загальна мікробіологія.К.,НУХТ, 2004.- 470 с.

___________ Завідувач кафедри _________ (підпис) (підпис) Результати перевірки календарного плану ________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БІОРЕСУРСІВ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ УКРАЇНИ ННІ рослинництва, екології та біотехнологій ННЦ біотехнологій Кафедра екобіотехнології та біорізноманіття (10.02.01.) КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН НАВЧАЛЬНИХ ЗАНЯТЬ з дисципліни «Промислова біотехнологія» для підготовки фахівців напряму 6.051401 «Біотехнологія» заочна форма навчання на 6 семестр 2013-2014 навчального року

„ЗАТВЕРДЖУЮ” Декан факультету біотехнології ____________ доц. Ю. В. Коломієць „____” _________________ 2013 р. Курс Промислова біотехнологія Лекцій 6 год. Лабораторних занять 6 год. Самостійна робота студентів 94 год. Всього 211 год. Кредитів 5,8

ВИДИ ТА ЗМІСТ ЗАНЯТЬ №

Тиждень Лекції

год.

Тема 1. Історія та досягнення 1 промислової біотехнології.

Тема 2. Загальна 1 характеристика промислових штамів мікроорганізмів. 10.

11. 12.

Лабораторні (практичні, год. семінарські) заняття Принципи та методи 2 год. культивування мікроорганізмів-продуцентів на штучних поживних середовищах. Обладнання та матеріали лабораторії промислової біотехнології. Методи стерилізації обладнання та поживних середовищ Приготування поживних 1 середовищ для культивування бактерій та грибів в умовах лабораторії. Принципи складання поживних середовищ у біотехнологічному виробництві Отримання накопичувальних 1 культур Bacillus subtilis,

Самостійна робота

год.

Література

Способи очищення повітря. 16 Характеристика фільтрувальних матеріалів. Технологічна схема стиснення й очищення повітря. Очищення відпрацьованого повітря.

О 1, 4, 7. Д 8, 15.

Методи виявлення і кількісний 16 облік в об'єктах навколишнього середовища і техногенних потоків.

О 1, 4,:6,7. Д 12, 15

Поточний контроль знань № Бали модуля

Безперервне культивування, 15 принципи роботи хемостату,

О 1,4,7. Д 8,11,

2 3

Bacillus subtilis var mesentericus, Aspergillus niger

13.

14.

Тема 1. Класифікація та 1 характеристика процесів ферментації. Тема 2. Характеристика 1 основних стадій біотехнологічних виробництв 1

15.

Тема 1. Біотехнологія 1 продуктів мікробного синтезу.

16.

турбідостату. Іммобілізація клітин. Способи одержання мікроорганізмами енергії. Надходження живильних Культивування дріжджів на 1 год. речовин у мікробну клітину: 16 поживних середовищах, що пасивний перенос, активний містять вуглецеві субстрати транспорт, фагоцитоз, піноцитоз. Культивування Бродіння. Основні стадії 8 мікроорганізмів – антагоністів бродіння. Шляхи утворення на селективних поживних пірувату. Типи бродіння. середовищах Дослідження явища 1 год Зберігання мікроорганізмів. 8 антагонізму мікроорганізмів Періодичні пересівання. методом перпендикулярних Зберігання при низьких штрихів. Визначення температурах. Ліофілізація. чутливості мікроорганізмів до Висушування. Зберігання під антибіотиків методом мінеральним маслом. Вплив паперових дисків зберігання на мікроорганізми. Бактеріофаги в мікробіологічній промисловості. Визначення ферментативної 1 год Регуляторні і ауксотрофні 8 активності оксидази і каталази мутанти – продуценти мікроорганізмів. амінокислот.Розділення Культивування Aspergillus продуктів бродіння. Окисні niger на середовищах, трансформації органічних сполук: різноманітних за складом окиснення моно-, ді-, три- та макро- та мікроелементів багатоатомних спиртів, Утворення лимонної кислоти моносахаридів. Синтез грибом Aspergillus niger аскорбінової кислоти, шляхом культивування на діоксиацетону, оцету. рідкому середовищі поверхневим способом

О 1,5,7.Д 8, 15. О 1, 4, 7. Д 8, 15.

2 2

О 1,4,7. Д 3, 5, 6,17.

Тема 2. біотехнологія господарстві.

Промислова 1 сільському

17.

Дослідження ефективності 1 год біопрепаратів проти збудника бактеріальної гнилі рослин Pectobacterium spp. Стандартизація та оцінка якості біопрепаратів шляхом визначення титру препарату. Стандартизація та оцінка якості біопрепаратів шляхом визначення біологічної активності мікроорганізмів – продуцентів

Вимоги до якості готового 8 продукту. Загальні принципи мікробіологічного контролю готової продукції в харчовій промисловості. Мікроскопічний контроль. Облік на спеціальних середовищах. Санітарно-гігієнічний контроль устаткування, матеріалів виробництва, рук та одягу працівників. Схема контролю, принципи побудови схеми залежно від специфічності виробництва.

О 1,5,7. Д 11, 12, 14

ННП, що викладає дисципліну ___________ Завідувач кафедри _________ (підпис) (підпис) Результати перевірки календарного плану ________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________

6. САМОСТІЙНА РОБОТА СТУДЕНТІВ На самостійну роботу згідно з навчальним планом відведено 42 години. Самостійну роботу студентів поділяють на дві складові - підготовку до навчальних занять і виконання індивідуальних завдань (описові завдання, реферати, розрахункові завдання тощо). Обсяг часу, виділений на кожну із двох зазначених частин, становить: підготовка до навчальних завдань – 20 год., виконання індивідуальних завдань – 22 год. № п/п 1

Назва теми

Кількість годин 4 Способи очищення повітря. Характеристика фільтрувальних матеріалів. Технологічна схема стиснення й очищення повітря. Очищення відпрацьованого повітря. Підготовка біологічного агента. Зберігання вихідних штамів продуцентів. Одержання посівного матеріалу. Дозування і фізіологічний стан посівного матеріалу. Підготовка апаратури та комунікацій. Методи виявлення і кількісний облік в об'єктах навколишнього середовища і техногенних потоків. Безперервне культивування, принципи роботи хемостату, турбідостату. Іммобілізація клітин. 4 Способи одержання мікроорганізмами енергії. Біологічне окиснення. Дихання. Аеробне дихання. Цикл Кребса. Дихальний ланцюг переносу електронів. Неповне окиснення органічних сполук. Анаеробне дихання. Нітратне дихання та нітрифікація. Сульфатне та сірчане дихання. Карбонатне дихання. Фумаратне дихання. Фотосинтез. Надходження живильних речовин у мікробну клітину: пасивний перенос, активний транспорт, фагоцитоз, піноцитоз. Бродіння. Основні стадії бродіння. Шляхи утворення пірувату. Типи бродіння. 4 Вплив факторів навколишнього середовища на життєдіяльність мікроорганізмів: вологість, концентрація розчинених солей, реакція середовища (рН), температура. Відношення мікроорганізмів до кисню, сонячної радіації та антропогенних випромінювань. Генотип і фенотип. Види мінливості. Спонтанні мутації. Мутагенез. Селекція мікроорганізмів і генна інженерія. Передача ознак і генетична рекомбінація. Кон'югація. Трансдукція. Трансформація. Рестрикція та модифікація. Промислові штами мікроорганізмів. Зберігання мікроорганізмів. Періодичні пересівання. Зберігання при низьких температурах. Ліофілізація. Висушування. Зберігання під мінеральним маслом. Вплив зберігання на мікроорганізми. Бактеріофаги в мікробіологічній промисловості. 3 Регуляторні і ауксотрофні мутанти – продуценти амінокислот. Вітаміни та вітамінні концентрати. Вітамін В12, його виробництво та використання. Рибофлавін (вітамін В2), його виробництво та використання. Отримання та використання ергостерину, каротиноїдів. Використання антибіотиків та вітамінів у медицині, сільському господарстві, харчовій промисловості. Пропіоновокисле бродіння. Загальна характеристика. Використання пропіоновокислих бактерій. Ацетоно-бутилове бродіння. Загальна характеристика. Бактерії, що його викликають. Умови культивування. Розділення продуктів бродіння. Окисні трансформації органічних сполук: окиснення моно-, ді-, три- та багатоатомних спиртів, моносахаридів. Синтез аскорбінової кислоти, діоксиацетону, оцету. Вимоги до якості готового продукту. Харчові токсикоінфекції та токсикози. 4

Загальні принципи мікробіологічного контролю готової продукції в харчовій промисловості. Мікроскопічний контроль. Облік на спеціальних середовищах. Санітарногігієнічний контроль устаткування, матеріалів виробництва, рук та одягу працівників. Схема контролю, принципи побудови схеми залежно від специфічності виробництва. РАЗОМ

ПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ СТУДЕНТІВ 1. Назвіть шляхи використання мікроорганізмів у біотехнології. 2. В яких галузях прогнозують розширення сфер використання біотехнології? 3. Охарактеризуйте фази росту бактерій у періодичній культурі. 4. Назвіть параметри кривої росту. 5. В якій фазі експоненційного росту культури клітини відмирають швидше ніж діляться? 6. В чому суть безперервного культивування? 7. Назвіть режими безперервного культивування. 8. Що таке бактеріальна маса? 9. Назвіть принципові відмінності між періодичною та безперервною культурами. 10. На основі яких ознак дріжджі належать до грибів? 11. Чому дріжджі розглядаються як окрема фізіологічна група мікроорганізмів? 12. Назвіть основні етапи дослідження дріжджів. 13. Які типи вегетативного розмноження характерні для дріжджів? 14. Дайте характеристику відомих класифікацій дріжджів. 15. Охарактеризуйте дріжджі як обекти біотехнології. 16. Назвіть приклади використання дріжджів - сахароміцетів у промисловості. 17. На яких субстратах ростуть дріжджі Candida? 18. Коли було налагоджено в світі виробництво кормових дріжджів? 19. Який вміст лізину в білках різних штамів дріжджів? 20. Що таке ферментація? 21. Назвіть приклади використання дріжджів –Saccharomyces у промисловості. 22. Які мікроорганізми використовують для промислового отримання алкогольних напоїв? 23. Скільки дріжджових біомас дозволено використовувати як харчові добавки в інших країнах світу? 24. Назвіть особливості ферментів мікроорганізмів. 25. Які ферменти притаманні мікроорганізмам? 26. Які біологічно активні речовини синтезуються грибами? 27. Які метаболіти належать до первинних і вторинних?

28. Oхарактеризуйте практично цінні вторинні метаболіти мікроорганізмів. 29. Яке біологічне значення має здатність до синтезу антибіотиків у мікроорганізмів? 30. Для біосинтезу яких практично важливих метаболітів використовуються мікроорганізми? 31. Що таке антибіотики, антагонізм? 32. Як діють антибіотики на мікроорганізми? 33. Назвіть мікроорганізми – продуценти антибіотиків. 34. Які методи застосовуються для визначення дії антибіотиків? 35. Яке практичне значення мають лектини мікробного походження? 36. Які Ви знаєте ауксотрофні мутанти? 37. Який метаболічний процес називають бродінням? 38. Які мікроорганізми можуть здійснювати спиртове бродіння? 39. Які гриби беруть участь у виробництві лимонної кислоти? 40. На яких субстратах молочнокислі бактерії продукують молочну кислоту? 41. Назвіть у якій промисловості широко використовують молочну кислоту. 42. Як одержують молочну кислоту в промислових умовах? 43. В якому році була відкрита нова епоха в промисловому використанні процесів неповного окислення? 44. Які мікроорганізми використовують для промислового отримання оцту з натурального вина? 45. Скільки проліну синтезують бактерії роду Brevibacterium? 46. Назвіть мікроорганізми які розвиваються при квашені овочів. 47. Яке рН є оптимальним для утворення лимонної кислоти? 48. Охарактеризуйте особливості вільноживучих азот фіксаторів,назвіть головних представників цієї групи. 49. Значення біотехнологічного процесу розкладання мікроорганізмами сполук фосфору для землеробства. 50. Які мікроорганізми і чому розкладають мінеральні фосфати? 51. Біотехнологічний процес виділення з грунту фосфоромобілізуючі бактерії? 52. Охарактеризуйте мікробіологічні основи застосування мінеральних добрив. 53. Чому мікроорганізми можна використовувати для визначення в грунті наявності доступних рослинам елементів живлення? 54. Що являють собою бактеріальні добрива?Чи замінюють вони мінеральні добрива? 55. Назвіть аспекти та умови ефективності бактеріальних добрив. 56. Які Ви знаєте бактеріальні добрива і методи їх використання? 57. Дайте характеристику основних промислових мікробних полісахаридів. 58. Які вітаміни можна отримати мікробним синтезом?

59. Охарактеризуйте препарати які створені на основі біомаси мікроорганізмів. 60. Назвіть переваги використання біологічних препаратів для захисту рослин від хвороб перед хімічними. 61. Які пробіотики використовуються для корекції мікрофлори організму людини. 62. Назвіть препарати для захисту рослин від шкідливих організмів 63. Який метод використовують для визначення біомаси бактерій? 64. Охарактеризуйте прозорість води при органолептичному дослідженні? 65. Які методи дослідження мікробного забруднення поверхонь використовують в закладах? 66. Які бактерії беруть участь у переробці марганцевих та алюмінієвих руд? 67. За рахунок чого відбувається акумуляція металів? 68. Які добрива одержують за допомогою мікроорганізмів? 69. Назвіть бактерії, які утворюють L-глютамінову кислоту за певних фізіологічних умов? 7. Індивідуальні завдання 1. Підготовка до навчальних занять Повніше оволодіння матеріалом дисципліни «Загальна (промислова) біотехнологія» на підставі засвоєння аналізу літературних джерел за умов проведення індивідуальної роботи буде сприяти підвищенню інтересу до конкретних питань з дисципліни. Після аналізу літературних джерел, студент готує реферат (описове завдання) або презентацію (доповідь) згідно орієнтовного переліку індивідуальних завдань. Реферат – це огляд сучасної літератури (крім підручників), науково-практичних журналів, інформації, що пропонується в системі Internet. Презентацію готують шляхом збору інформації, літератури та допоміжного іллюстраційного матеріалу. Створення презентації загалом та вибір форм подання інформації є творчим та індивідуальним процесом. Якість опрацьованих джерел, методологія, висновки та оформлення роботи враховують під час оцінювання роботи. Орієнтовні теми індивідуальних завдань Модуль 1. Ферментаційні процеси в біотехнологічній промисловості. 1. За допомогою літературних джерел охарактеризуйте світовий ринок біотехнологічної продукції (описова робота). 2. За допомогою літературних джерел охарактеризуйте ринок біотехнологічної продукції в Україні (описова робота).

3. На основі аналізу літературних джерел доведіть перспективи використання у біотехнологічних процесах екстремофільних форм мікроорганізмів, зокрема термофільних і психрофільних (описова робота). 4. На основі аналізу літературних джерел охарактеризуйте методи очищення відпрацьованого повітря біотехнологічних виробництв (описова робота). 5. Провести спостереження з вивчення впливу умов культивування на ріст мікроорганізмів. 6. За допомогою літературних джерел охарактеризуйте попередники вторинних метаболітів найпоширеніших біотехнологічних виробництв (описова робота). Основна література: [ 2, с. 9-216; 3, с.3-74; 6, с.9-130; 7, с.7-136; 8, с.8-128], Додаткова література: [ 10, с. 3-165, 11, с.5-232; 13, с. 1-136; 15, с.5-207; 20, с. 4-213] Модуль2. Типові схеми та основні стадії біотехнологічних виробництв. 1. На основі аналізу літературних джерел описати фактори, які визначають ріст і біосинтетичну здатність продуцентів (описова робота). 2. Провести дослідження антагоністичної активності шмаммів Trichoderma viridis проти збудників основних хвороб сільськогосподарських рослин. 3. За допомогою літературних джерел охарактеризуйте роль співвідношення концентрацій джерел вуглецю й азоту в середовищі у біотехнологічних виробництвах (описова робота). 4. За допомогою літературних джерел охарактеризуйте показники, які визначають у стоках біотехнологічних виробництв (описова робота). 5. На основі аналізу літературних джерел описати амінокислоти, які утворюються в результаті прямого амінування, транс амінування, попередників синтезу амінокислот (описова робота). 6. На основі аналізу літературних джерел описати утворення вуглеводних попередників ліпополісахаридів клітинної стінки у грамнегативних бактерій, синтез вуглеводних компонентів клітинної стінки у еукаріот (описова робота). 7. За допомогою літературних джерел охарактеризуйте оцтовокислі бактерії, утворення оцтової кислоти з етанолу у оцтовокислих бактерій, особливості функціонування циклу трикарбонових кислот, які притаманні оцтовокислим бактеріям (описова робота). Основна література: [ 1, с. 3- 256; 2, с. 236 -523; 3, с.75-198; 6, с.130-188; 7, с. 136 -235; 8, с.128-278; 9, с. 322-498], Додаткова література: [ 10, с. 165- 281, 11, с. 232-324; 13, с. 136- 203; 16, с. 7- 120; 17, с. 40-332; 18, с. 213-502; 19, с. 12-324]

Модуль 3. Отримання біологічно активних речовин та окремих компонентів мікробних клітин. 1. За допомогою літературних джерел охарактеризуйте які особливості притаманні синтезу амінокислот у мікроорганізмів (описова робота). 2. На основі аналізу літературних джерел описати способи одержання ауксотрофних мутантів — продуцентів амінокислот(описова робота). 3. На основі аналізу літературних джерел описати етапи одержання генно-інженерного штаму Е. coli — надсинтетика треоніну (описова робота). 4. За допомогою літературних джерел охарактеризуйте інтермедіати циклу Кребса, які є вихідними для синтезу вітаміну В 12 , механізми регуляції біосинтезу вітаміну В12 (описова робота). 5. За допомогою літературних джерел охарактеризуйте які особливості притаманні синтезу декстрану(описова робота). 6. На основі аналізу літературних джерел описати реакції метаболізму ростового субстрату утворюються інтермедіати, необхідні для синтезу пеніцилінів і цефалоспоринів (описова робота). 7. На основі аналізу літературних джерел описати основні етапи синтезу макролідних антибіотиків (описова робота). 8. За допомогою літературних джерел охарактеризуйте які сполуки є вихідними для синтезу лактонного макроциклу авермектинів, практичне значення авермектинів (описова робота). 9. За допомогою літературних джерел охарактеризуйте особливості, які притаманні молочнокислому бродінню, що здійснюється біфідобактеріями (описова робота). Основна література: [ 1, с.256-698; 2, с.523-680; 3, с.198-230; 4, с. 123-312; 5, с. 3-142; 6, с. 188- 290; 7, с. 235 - 397; 8, с. 278- 334, 9, с. 498-700], Додаткова література: [11, с. 324-476; 12, с. 5-159; 13, с. 203-290; 14, с. 3-90; 17, с. 332478; 19, с. 324 - 410].

ПРОТОКОЛ ПОГОДЖЕННЯ робочої навчальної програми дисципліни „ПРОМИСЛОВА БІОТЕХНОЛОГІЯ” з іншими дисциплінами напряму 6.051401 «Біотехнологія» ПІБ, вчена ступінь та Дисципліна та її вчене звання розділи, що передують викладача, що вивченню даної забезпечує попередню спеціальності дисципліну

Голова Вченої ради факультету біотехнології

Підпис

Наступна дисципліна ПІБ, вчена ступінь та вчене звання та її розділи, які викладача, що використовують забезпечує наступну матеріали даної дисципліну дисципліни

Підпис

________________ доц. Ю.В.Коломієць

НУБіП України

Ф-7.5-2.1.8-04 Структурно-логічна схема викладання дисципліни

Номер змістового модуля

Розділ дисципліни

Змістовий модуль І Ферментаційні процеси в біотехнологічній промисловості.

Змістовий модуль ІІ.

Змістовий модуль ІІІ

Типова схема та основні стадії біотехнологічних виробництв.

Отримання біологічно активних речовин та окремих компонентів мікробних клітин.

Тема практичного (лабораторного) заняття

Тема лекції Історія та досягнення біотехнології. Загальна характеристика штамів мікроорганізмів.

промислової

Принципи та методи культивування мікроорганізмів-продуцентів на штучних промислових поживних середовищах. Обладнання та матеріали лабораторії промислової біотехнології. Методи стерилізації обладнання та поживних середовищ. Отримання накопичувальних культур Bacillus subtilis, Bacillus subtilis var mesentericus, Aspergillus niger. Класифікація та характеристика процесів Культивування дріжджів на поживних ферментації. середовищах, що містять вуглецеві Характеристика основних стадій субстрати. Дослідження явища біотехнологічних виробництв антагонізму мікроорганізмів методом перпендикулярних штрихів. Визначення чутливості мікроорганізмів до фітонцидів. Біотехнологія продуктів мікробного Визначення ферментативної активності синтезу. оксидази і каталази мікроорганізмів. Промислова біотехнологія у сільському Утворення лимонної кислоти грибом господарстві. Aspergillus niger шляхом культивування на рідкому середовищі поверхневим способом. Дослідження ефективності біопрепаратів проти збудника бактеріальної гнилі рослин Pectobacterium spp.

Форма контролю знань Тест

Тест

8. Методи навчання Теоретичні – лекції. Практичні – лабораторні заняття. Самостійна робота студентів. 9. Форми контролю Тести, підсумкові тести 10.МЕТОДИ ТА ШКАЛА ОЦІНЮВАННЯ ЗНАНЬ СТУДЕНТІВ РЕЙТИНГОВЕ ОЦІНЮВАННЯ ЗНАНЬ СТУДЕНТІВ

Поточний контроль

ОРІЄНТОВНИЙ РОЗПОДІЛ БАЛІВ, ЩО ПРИСВОЮЮТЬСЯ СТУДЕНТАМ Модульний Всього Виконання Вид Модуль Тема Навчальні індивідуальних (змістовий контролю заняття балів завдань (підготовка модульний та контроль) виконання) 2 2 3 7 1.1. 3 3 3 9 1.2. Всього за модуль 1 5 5 6 16 4 4 4 12 2.1. 4 4 4 12 2.1. Всього за модуль 2 8 8 8 24 6 6 3 15 3.1. 6 6 3 15 3.2. Всього за модуль 3 12 12 6 30 Всього за поточний контроль 25 25 20 70 Підсумковий контроль - іспит 30 Разом 100

Рейтинг студента із засвоєння дисципліни визначається за 100 бальною шкалою. Він складається з рейтингу з навчальної роботи, для оцінювання якої призначається 70 балів, і рейтингу з атестації (екзамену) – 30 балів. Кожний змістовий модуль теж оцінюється за 100 бальною шкалою. На рейтинг з навчальної роботи за рішенням кафедри може впливати рейтинг з додаткової роботи - до 10 балів і рейтинг штрафний (з від’ємним знаком) до 5 балів. Рейтинг студента з навчальної роботи R НР визначається за формулою RНР =

0,7· (R(1)ОМ + R(2)ОМ+ R(3)ОМ) ------------------------------- + RДР - RШТР, 3

де R(1)ОМ, R(2)ОМ , R(3)ОМ − рейтингові оцінки відповідно 1-го, 2-го та 3-го змістового модулів за 100-бальною шкалою; RДР, RШТР − відповідно рейтинг з додаткової роботи і рейтинг штрафний. Студенти, які набрали з навчальної роботи 60 і більше балів, можуть

не складати екзамен, а отримати екзаменаційну оцінку “Автоматично”, відповідно до набраної кількості балів, переведених в національну оцінку та оцінку ЕСТS згідно з табл. 2.2. У такому випадку рейтинг студента з дисципліни RДИС дорівнює його рейтингу з навчальної роботи: RДИС = RНР. Якщо студент бажає підвищити свій рейтинг і покращати оцінку з дисципліни, він має пройти семестрову атестацію – скласти екзамен. Останню в обов’язковому порядку проходять студенти, які з навчальної роботи набрали менше, ніж 60 балів. Для допуску до атестації студент має набрати не менше 60 балів з кожного змістового модуля, а загалом − не менше, ніж 42 бали з навчальної роботи. Рейтинг студента з атестації RАТ визначається за 100-бальною шкалою. Рейтинг студента з дисципліни RДИС обчислюється за формулою RДИС = RНР + 0,3 · RАТ. Рейтинг студента з дисципліни переводиться в національну оцінку та оцінку ЕСТS згідно з табл. Таблиця Шкала оцінювання: національна та ECTS Оцінка за національною шкалою Сума балів за Оцінка для екзамену, курсового всі види для заліку ECTS навчальної проекту (роботи), діяльності практики 90 – 100 відмінно А 82-89 В добре зараховано 74-81 С 64-73 D задовільно 60-63 Е не зараховано з незадовільно з можливістю можливістю повторного 35-59 FX повторного складання складання не зараховано з незадовільно з обов’язковим обов’язковим повторним 0-34 F повторним вивченням вивченням дисципліни дисципліни

КРИТЕРІЇ оцінки знань на етапах проміжного та підсумкового контролю знань студентів з дисципліни «Промислова біотехнологія» Проміжний контроль знань студентів здійснюється регулярно на лекційних і практичних заняттях шляхом їх опитування з пройденого матеріалу. Форма контролю знань із змістового модуля 1 – результати семінарських виступів, тестові завдання. Змістовий модуль 2 оцінюється за результатами виконання практичних робіт та тестових завдань. Підсумковий контроль знань здійснюється на заліку. Оцінка "Відмінно" виставляється студенту, який протягом семестру систематично працював, на іспиті показав різнобічні та глибокі знання програмного матеріалу, вміє вільно виконувати завдання, що передбачені програмою, засвоїв основну та знайомий з додатковою літературою, відчуває взаємозв'язок окремих розділів дисципліни, їх значення для майбутньої професії, виявив творчі здібності в розумінні та використанні навчальнопрограмного матеріалу, проявив здатність до самостійного оновлення і поповнення знань. Оцінка "Добре" виставляється студенту, який виявив повне знання навчально-програмного матеріалу, успішно виконує передбачені програмою завдання, засвоїв основну літературу, що рекомендована програмою, показав стійкий характер знань з дисципліни і здатний до їх самостійного поповнення та поновлення у ході подальшого навчання та професійної діяльності. Оцінка "Задовільно" виставляється студенту, який виявив знання основного навчально-програмного матеріалу в обсязі, необхідному для подальшого навчання та наступної роботи за професією, справляється з виконанням завдань, передбачених програмою, допустив окремі похибки у відповідях на іспиті та при виконанні екзаменаційних завдань, але володіє необхідними знаннями для їх подолання під керівництвом науковопедагогічного працівника. Оцінка "Незадовільно" виставляється студенту, який не виявив достатніх знань основного навчально-програмного матеріалу, допустив принципові помилки у виконанні передбачених програмою завдань, не може без допомоги науково-педагогічного працівника використати знання при подальшому навчанні, не спромігся оволодіти навичками самостійної роботи. 11. Методичне забезпечення 1. Методичні вказівки для вивчення з дисципліни «Промислова біотехнологія» для підготовки бакалаврів напряму 6.051401 «Біотехнологія» заочної форми навчання.

2. Методичні вказівки для вивчення з дисципліни «Промислова біотехнологія» для підготовки бакалаврів напряму 6.051401 «Біотехнологія» для самостійного вивчення дисципліни. 3. Методичні вказівки для вивчення з дисципліни «Промислова біотехнологія» для підготовки бакалаврів напряму 6.051401 «Біотехнологія»курс лекцій. 4. Методичні вказівки для написання курсової роботи з дисципліни «Промислова біотехнологія» для підготовки бакалаврів напряму 6.051401 «Біотехнологія». 12.КУРСОВИЙ ПРОЕКТ Курсовий проект підводить підсумок освоєння дисципліни "Загальна (промислова) біотехнологія ". Основними завданнями курсової роботи є: - розвиток навичок самостійної роботи, закріплення та поглиблення теоретичних і практичних знань; - систематизація та аналіз літературних джерел з досліджуваних питань; - формулювання науково-практичного завдання, вибір методів його реалізації та розробка проектного рішення; - науковий аналіз поставлених проблем; - вибір шляхів реалізації проектних рішень в конкретних виробничих умовах. Загальними вимогами до курсової роботи є: - відповідність умовам виробництва; - логічність побудови та викладення матеріалу; - лаконічність формулювань; - переконливість аргументації та доказовість висновків. Структура курсової роботи складається із; 1. Вступ. 2. Викладення основного матеріалу. 3. Висновки. У вступі необхідно коротко викласти оцінку сучасного стану питання, новизну та актуальність роботи. При викладенні основного матеріалу обов’язково робити аналіз загальної характеристики промислових штамів мікроорганізмів, принципи та методи культивування мікроорганізмів-продуцентів на штучних живильних середовищах в лабораторних та промислових умовах, типової схеми та основних стадій біотехнологічних виробництв. На основі даного аналізу необхідно дати рекомендації щодо оптимальних умов проведення основних біотехнологічних процесів для отримання біологічно-активних сполук, принципів і методів конструювання об'єктів біотехнології, культивування

окремих штамів промислових мікроорганізмів, методів підбору біологічних агентів з метою отримання окремих продуктів, основ управління процесами культивування мікроорганізмів та контролю якості отриманого продукту . Це відобразити в висновках. Захист курсової роботи проводиться в формі короткої доповіді та відповідей на поставлені запитання, що виникають в результаті ознайомлення з роботою. ОРІЄНТОВНИЙ ПЕРЕЛІК ТЕМ КУРСОВИХ ПРОЕКТІВ 1. Сучасний розвиток біотехнологічних виробництв в Україні. 2. Сучасні тенденції розвитку біотехнологічних досліджень та промислової біотехнології у світі. 3. Використання мутагенезу в селекції промислових штамів мікроорганізмів. 4. Біотехнологічне отримання органічних кислот. 5. Хімізм, ензимологія та технологічні схеми промислового виробництва глютамінової кислоти, лізину, треоніну, триптофану. 6. Біотехнологічне отримання коферментів та вітамінів. 7. Практичне застосування, виділення та властивості α – амілаз мікроорганізмів. 8. Біотехнологічні основи виробництва антибіотиків. 9. Полісахариди і ліпіди мікробного походження, властивості, мікробіологічний синтез та практичне використання. 10.Біотехнологічні аспекти отримання мікробного білка. 11. Використання генетично модифікованих штамів мікроорганізмів у виробництві пробіотиків. 12.Біотехнологія отримання рекомбінантних білків. 13.Використання іммобілізованих ферментів та клітин в біотехнологічних виробництвах. 14. Селекція мікроорганізмів, що використовують для біотехнологічної переробки відходів та ксенобіотиків. 15.Біотехнологічна очистка стічних вод підприємств біотехнологічної промисловості. 16.Селекція мікроорганізмів, що використовують для біодеградації хлорпохідних вуглеводнів, ароматичних сполук, нафтових забруднень, поверхнево активних речовин. 17.Біотехнологічне отримання бактеріальних добрив на основі азотфіксуючих мікроорганізмів в Україні. 18.Біотехнологічне отримання бактеріальних добрив на основі фосфор мобілізуючих бактерій в Україні. 19.Використання генно-модифікованих та традиційних штамів мікроорганізмів для отримання первинних метаболітів.

20.Біотехнологічне отримання мікробіологічних препаратів на основі бактерій для захисту рослин. 21.Біотехнологічне отримання мікробіологічних препаратів на основі міцеліальних грибів для захисту рослин. 22. Конструювання промислових мікроорганізмів за допомогою методів клітинної та генної інженерії. Злиття протопластів. 23.Використанням мікроорганізмів, сконструйованих генно-інженерними методами, в сучасних технологічних процесах. 24.Використання генно-модифікованих та традиційних штамів мікроорганізмів для отримання вторинних метаболітів. 25.Сучасні розробки промислової біотехнології у біодеградації ксенобіотиків. 13.НАВЧАЛЬНА ПРАКТИКА Навчальна практика студентів є продовженням учбового процесу в умовах промислових біотехнологічних лабораторій. В період практики студент розширює та поглиблює отримані теоретичні знання в умовах промислових біотехнологічних лабораторій. Основною метою практики є поглиблення і закріплення набутих теоретичних знань і вмінь, отриманих під час вивчення теоретичного курсу дисципліни та формування відповідних практичних навичок при дослідженні умов культивування промислових штамів-продуцентів та стадій біотехнологічних виробництв з урахуванням класичних та сучасних наукових підходів. Завдання практики полягає у виробленні у студентів навичок із загальних методів та принципів культивування мікроорганізмів, отримання накопичувальних культур бактерій та грибів, які використовують у біотехнологічних виробництвах, складанням типових схем та основних стадій біотехнологічних виробництв, методів отримання біологічно активних речовин та окремих компонентів мікробних клітин, експериментального освоєння методів роботи з різними біотехнологічними об’єктами в умовах лабораторії та в дослідних господарствах. В результаті проходження практики студент всебічно оволодіває знаннями та практичними навичками з промислової біотехнології: 1. Техніка культивування мікроорганізмів-продуцентів на штучних поживних середовищах в умовах лабораторії. Студенти закріплюють знання, які засвоїли в процесі вивчення дисципліни, стерилізують обладнання, інструменти та живильні середовища. Приготування поживних середовищ для культивування бактерій та грибів в умовах лабораторії. Принципи складання живильних середовищ у біотехнологічному виробництві. 2. Отримання накопичувальних культур мікроорганізмів на штучних поживних середовищах. Проведення первинного скринінгу

мікроорганізмів – антагоністів у ризосфері рослин. Виділення мікроорганізмів методами змиву та методом розведення і висіву на селективні поживні середовища. Отримання чистих культур мікроорганізмів. Отримання накопичувальних культур Bacillus subtilis, Bacillus subtilis var mesentericus, Aspergillus niger. 3. Культивування мікроорганізмів на селективних поживних середовищах. Культивування дріжджів на поживних середовищах, що містять вуглецеві субстрати. Культивування мікроорганізмів – антагоністів на селективних поживних середовищах. Отримання посівного матеріалу (інокулюма) для отримання продуктів метаболізму. 4. Визначення мікроорганізмів – антагоністів, біологічної активності антибіотиків. Вивчення отриманих штамів на антагоністичну активність методом перпендикулярних штрихів. Визначення чутливості мікроорганізмів до антибіотиків методом паперових дисків. Визначення чутливості мікроорганізмів до фітонцидів. 5. Вивчення впливу умов культивування на фізіологічну активність мікроорганізмів –продуцентів. Визначення ферментативної активності оксидази і каталази мікроорганізмів. Дослідження зміни рН середовища, маси міцелію Aspergillus niger при культивуванні на середовищах, різноманітних за складом макро- та мікроелементів. Отримання лимонної кислоти грибом Aspergillus niger шляхом культивування на рідкому середовищі поверхневим способом. 6. Дослідження якості біопрепаратів. Визначення ефективності біопрепаратів проти збудників хвороб сільськогосподарських рослин. Проведення оцінки якості біопрепаратів шляхом визначення титру препарату та біологічної активності мікроорганізмів – продуцентів. 7. Ознайомлення з лабораторією мікробіологічного методу захисту рослин Інституту захисту рослин НААН України. Ознайомлення з обладнанням лабораторії та методами, які застосовуються для отримання біопрепаратів. Біотехнологія отримання мікробіологічних препаратів для захисту рослин. 8. Ознайомлення з біотехнологічними розробками Інституту мікробіології та вірусології ім. Д.К.Заболотного НАНУ. Ознайомлення з методами та принципами розробки нових пробіотиків та біопрепаратів для захисту рослин на основі бактерій роду Bacillus та Pseudomonas у відділі антибіотиків; сучасними напрямками досліджень реідентифікації нокардіо- і коринеподібних бактерій, молочнокислих бактерій і дріжджів у відділі фізіології промислових мікроорганізмів. Студенти ведуть робочі щоденники практики, в яких регулярно записують інформації про свою роботу: отримані знання, свою участь у семінарах, екскурсіях, робочих нарадах, а також не зрозумілі питання, які з’ясовують у керівника практики. Результати робіт студенти записують у робочі журнали. Звіт з практики складається по мірі накопичення матеріалів.

За результатами проходження навчальної практики практикант отримує залік. Підставою для отримання заліку є подання на кафедру наступних документів: - щоденника навчальної практики; - звіту про проходження практики, підписаного керівником практики. Відмітка про залік заноситься до залікової відомості та залікової книжки студента. Умови визначення навчального рейтингу по практиці № Вид роботи Кількість Мінімальна Максимальна робіт сума балів сума балів 1 Участь у виконанні 5 40 60 практичних робіт 2 Активність, ініціатива 1 5 10 при виконанні робіт 3 Оформлення звіту 1 5 10 4 Захист звіту 1 10 20 Разом 60 100 14.СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ Основна 1. Машины и аппараты пищевых производств : учебник для вузов/ [Антипов С.Т., Кретов И.Т., Остриков А.Н. и др. ]; под ред. В.А. Панфилова. - М.: Высшая школа, 2001. - 704 с. – (в 2 кн., кн.1). 2. Промышленная микробиология : учеб. пособие для вузов / [Аркадьева З.А., Безбородов А.М., Блохина И.Н. и др. ]; под ред. Н.С. Егорова. М.: Высшая школа, 1989. - 688 с. 3. Безбородов А.М. Биотехнология продуктов микробного синтеза: Ферментативный катализ, какальтернатива органического синтеза / А.М. Безбородов - М.: Агропромиздат, 1991. – 238 с. 4. Бекер М.Е. Биотехнология / Бекер М.Е., Лиепиньш Г.К., Райпулис Е.П.– М.: Агропромиздат, 1990. – 334 с. 5. Егоров Н.С. Биотехнология : микробиологическое производство биологически активных веществ и препаратов: учеб. пособие для вузов. / Н.С. Егоров, В.Д. Самуилов. - М.: Высшая школа, 1997. – 143 с. – ( в 8 кн., кн.6). 6. Воробъёва Л.И. Промышленная микробиология: учеб.пособие / Воробъёва Л.И. – М.: Изд-во МГУ, 1989. – 294 с. 7. Пирог Т.П. Загальна мікробіологія: підручник / Пирог Т.П. — К.: НУХТ, 2004. — 471 с. 8. Пирог Т.П. Загальна біотехнологія: підручник / Т.П. Пирог, О.А. Ігнатова. – К.: НУХТ, 2009. – 336 с.

9. Сельскохозяйственная биотехнология / [Шевелуха В.С., Калашникова Е.А., Кочиева Е.З. и др. ]; под ред. В.С.Шевелухи. – [3-е изд., перераб. и доп.] – М.: Высшая школа, 2008. – 710 с. Додаткова 10.Антипова Л.В. Прикладная биотехнология: Учеб. пособие для вузов / Антипова Л.В., Глотова И.А., Жаринов А.И. - Воронеж: Воронеж. гос. технол. акад., 2000.- 283 с. 11.Биотехнология. Принципы и применение / [Бич Г., Бест Д., Брайерли К. и др. ] Пер. с англ. ; под ред. И. Хиггинса, Д. Беста, Дж. Джонса. – М.: Мир, 1988. – 480 с. 12.Биотехнология микробных ферментов / [Лобанок А.Г., Астапович Н.И., Михайлова Р.В., Безбородов А.М.] – Минск: Наука и техника, 1989. – 204 с. 13.Бирюков В. В. Основы промышленной биотехнологии / Бирюков В. В. — М.: КолосС, 2004. — 296 с. 14.Витол И.С. Экологические проблемы производства и потребления пищевых продуктов: учеб.пособие. / Витол И.С. - М.: МГУПП, 2003. – 93 с. 15.Микробиология / [Воробьев АА., Быков A.C., Пашков Е.П., Рыбакова A.M. ] — М.: Медицина. — 1998. — 336 с. 16.Голубев В.Н. Пищевая биотехнология / В.Н.Голубев, И.Н. Жиганов. – М.: Делипринт, 2001.– 123 с. 17.Елинов Н.П. Основы биотехнологии: Для студентов институтов / Елинов Н.П. – СПб: Наука, 1995. – 600 с. 18.Кавецкий Г.Д., Васильев Б.В. Процессы и аппараты пищевой технологи / Г.Д. Кавецкий, Б.В. Васильев. - М.: Колос, 2000.- 551 с. 19.Неверова О.А. Пищевая биотехнология продуктов из сырья растительного происхождения/ О.А. Неверова, Г.А.Гореликова, В.М.Позняковский. – Новосибирск: Сиб.унив.изд-во, 2007. – 415 с. 20.Современная микробиология. Прокариоты / Под ред. И. Ленгелера, Г. Древса, Г. Шлегеля. — М.: Мир, 2005. — Т. 1. — 654 с. 15. Інформаційні ресурси 1. http://www.biotechnolog.ru 2. http://fp7-bio.ru/biotech/nkt-in-russia 3. http://www.processindustries.mwgroup.net/ru/glavnaja

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ (тезисний варіант) з дисципліни

«ПРОМИСЛОВА БІОТЕХНОЛОГІЯ»

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ І. ФЕРМЕНТАЦІЙНІ ПРОЦЕСИ В БІОТЕХНОЛОГІЧНІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ Тема лекційного заняття 1, 2. Історія та досягнення промислової біотехнології. Емпіричний період розвитку промислової біотехнології. Використання продуктів життєдіяльності мікроорганізмів у хлібопеченні, отриманні кисломолочних продуктів, напоїв та оцту, процесах квашення і силосування. Етіологічний період розвитку промислової біотехнології. Дослідження Л.Пастера в галузі мікробіологічної природи бродінь, анаеробних умов життєдіяльності мікроорганізмів, вакцинопрофілактики та вакцинотерапії, методів стерилізації. Роботи Р.Коха, Д.Тиндаля, Е. Дюкло, Ш. Шамберлана, І. Мечникова, Д.Заболотного та інших дослідників. Розробка методів одержання чистих культур мікроорганізмів, виготовлення харчових пресованих дріжджів, початок промислового отримання продуктів метаболізму мікроорганізмів (ацетон, бутанол, лимонна й молочна кислоти). Біотехнічний період розвитку промислової біотехнології. Конструювання, створення і впровадження у практику устаткування для промислової біотехнології, у тому числі й біореакторів. Оптимізація процесів бродіння, культивування мікроорганізмів для одержання практично цінних метаболітів (антибіотиків, амінокислот, вітамінів, ферментів тощо). Розвиток харчової промисловості. Ферментативний каталіз. Фундаментальні роботи Ф. Кріка та Дж. Уотсона (1953) зі встановлення структури ДНК. Генотехнічний період розвитку промислової біотехнології. Становленням генетичної інженерії, створення першої рекомбінантної молекули ДНК. Роботи О.О. Баєва, A.M. Бєлозерського, О. Ейвері, Г. Гамова, Х.Г. Корані, Ф. Жакоба, Ж. Moнo, Ю.О. Овчинникова, О. С. Спіріна, Р.В. Петрова, Р.Г.Бутенко. Промислове виробництво препаратів, створених за допомогою генної інженерії: інсуліну, інтерферону, соматотропного гормону людини та інших. Тема лекційного заняття 3, 4. Загальна характеристика промислових штамів мікроорганізмів. Основні шляхи отримання нових продуктів та штамів. Скринінг нових продуктів, що синтезуються промисловими мікроорганізмами. Селективне виділення промислово-важливих штамів. Особливості метаболізму мікроорганізмів. Первинні і вторинні продукти анаболізму та катаболізму. Фізіологічні аспекти регуляції метаболізму штамів-продуцентів. Швидкість росту популяції та синтез продукту. Фізико-хімічні фактори та синтез метаболітів. Регуляція активності та синтезу ферментів.

Вимоги до промислових штамів мікроорганізмів. Виділення продуцентів з природних джерел. Параметри, за якими оцінюється мінливість культур за практично важливими ознаками. Ступінчаста селекція промислових мікроорганізмів. Принципи використання мутагенів в селекції мікроорганізмів. Використання мутантів в селекції (ауксототрофних, прототрофних, стійких до аналогів метаболітів, стійких до антибіотиків, із зміненим транспортом метаболітів). Принципи отримання мутантів мікроорганізмів з порушеною регуляцією синтезу метаболітів. Використання генетичної інженерії для отримання практично цінних штамів мікроорганізмів. Надсинтез продуктів метаболізму з використанням генетичних методів. Отримання білків людини та тварин. Конструювання штамів-продуцентів первинних та вторинних метаболітів. Підготовка до виробничого процесу, тривале зберігання і підтримання в активному стані промислових мікроорганізмів. ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ ІІ. ТИПОВІ СХЕМИ ТА ОСНОВНІ СТАДІЇ БІОТЕХНОЛОГІЧНИХ ВИРОБНИЦТВ Тема лекційного заняття 5,6. Класифікація процесів ферментації: за цільовим продуктом, основною фазою, по відношенню до кисню та світлу, за ступенем захищеності від сторонньої мікрофлори, кількістю видів мікроорганізмів, способом організації. Основні параметри та фази періодичної ферментації. Кількісні характеристики росту та продуктивності: швидкість росту, час подвоєння біомаси, економічний та метаболічний коефіцієнти, вплив концентрації субстрату на швидкість росту, продуктивність і специфічна швидкість продукції. Кінетика росту мікроорганізмів. Крива росту клітинної популяції. Кількісні показники ферментаційних процесів: утворення тепла, вміст кисню та вуглекислого газу. Типи та режими ферментацій: періодичні та безперервні процеси. Проблеми аерації, піногасіння, асептики та стерильності при різноманітних ферментаціях. Відкриті та замкнуті ферментаційні системи. Хемостатні та турбідостатні режими культивування продуцентів. Основні вимоги, що висуваються до біореакторів. Системи перемішування, що що застосовуються в сучасних ферментерах. Принципи масштабування технологічних процесів: лабораторні, пілотні та промислові ферментери та вирішувані з використанням їх задачі. Спеціалізовані ферментаційні технології: анаеробні, твердо фазні та газофазні процеси. Тема лекційного заняття 7,8. Характеристика основних стадій біотехнологічних виробництв. Основні субстрати та побічні продукти, які використовуються для мікробіологічного синтезу. Джерела вуглецевого та азотного живлення. Природні сировинні матеріали рослинного походження. Відходи різноманітних виробництв, як сировина для біотехнологічних процесів. Хімічні та нафтохімічні субстрати, що застосовуються в якості сировини. Характеристика комплексних середовищ. Вимоги до поживних середовищ, що використовуються в промисловій біотехнології.

Підготовча стадія. Приготування та стерилізація середовища, повітря, біореакторів, підготовка посівного матеріалу для поверхневого і глибинного культивування, біокаталізаторів, попередня обробка сировини. Біотехнологічна стадія: ферментація, біотрансформація, біокаталіз, біоокислення, метанове бродіння, біокомпостування, біосорбція та інші. Розділення рідини та біомаси: відстоювання, фільтрація, сепарація, центрифугування, коагуляція, флотація. Виділення внутрішньо – та зовнішньо клітинних продуктів метаболізму: осадження, екстрагування, адсорбція, електрохімічні методи, іонообмінна хроматографія. Руйнування клітинної стінки і екстрагування цільових продуктів. Попередня обробка культуральної рідини для повнішого розділення фаз. Кислотна коагуляція. Теплова коагуляція. Внесення електролітів. Очищення, концентрування, модифікація та стабілізація цільового продукту. Виготовлення готової форми продукту. Види продуктів за їх місцем в типовій технологічній схемі. Приклади складання блок-схем біотехнологічних виробництв. МОДУЛЬ 3. ОТРИМАННЯ БІОЛОГІЧНО АКТИВНИХ РЕЧОВИН ТА ОКРЕМИХ КОМПОНЕНТІВ МІКРОБНОГО СИНТЕЗУ Тема лекційного заняття 9,1011,12,13. Біотехнологія продуктів мікробного синтезу. Класифікація продуктів мікробіологічного синтезу. Препарати на основі біомаси мікроорганізмів: пробіотики, бактеріальні добрива, біопрепарати для захисту рослин, хлібопекарські дріжджі, білкові продукти. Біопрепарати на основі живих та інактивованих вакцин. Препарати на основі продуктів метаболізму мікроорганізмів: первинні метаболіти - амінокислоти, органічні кислоти, вітаміни; вторинні метаболіти - антибіотики, екзополісахариди, поверхнево-активні речовини тощо; продукти бродіння - спирти, органічні кислоти, кетони; ферменти. Іммобілізовані клітини мікроорганізмів та їх застосування. Методи іммобілізації клітин мікроорганізмів. Адсорбція. Ковалентне та поперечне зв'язування. Включення в гелі. Особливості живих іммобілізованих клітин мікроорганізмів. Біотехнологія отримання амінокислот: одержання лізину, глютамінової кислоти, проліну, лейцину, триптофану. Хімізм, ензимологія та регуляція біосинтезу глутамінової кислоти, лізину, треоніну, триптофану. Методи селекції мутантів надсинтетиків амінокислот. Технологічні схеми отримання амінокислот шляхом мікробіологічного синтезу. Отримання амінокислот за допомогою іммобілізованих клітин та ферментів. Особливості ферментів мікроорганізмів. Ферменти мікроорганізмів, що застосовуються у виробництві. Біотехнологія ферментних препаратів: отримання активних продуценті, поживні середовища для культивування мікроорганізмів, особливості культивування мікроорганізмів-продуцентів ферментів. Виділення та стабілізація ферментів. Іммобілізовані ферменти. Застосування ферментів у харчовій промисловості, сільському господарстві, медицині. Номенклатура мікробних ферментних препаратів.

Біотехнологічне виробництво органічних кислот: лимонної, оцтової, глюконової та ітаконової. Застосування лимонної кислоти, продуценти. Вибір активних продуцентів. Біосинтез та його регуляція. Умови ферментації Aspergillus niger. Отримання лимонної кислоти в промисловості: культивування поверхневе, глибинне, твердо фазне. Біосинтез вітамінів та регуляція цих процесів. Способи отримання рибофлавіну, вітаміну В12, каротиноїдів, ергостерину. Мікробіологічний синтез полісахаридів та ліпідів. Полісахариди цитоплазми та мембранних структур. Полісахариди клітинних стінок. Екзополісахариди. Склад та вміст ліпідів у мікроорганізмів. Властивості основних типів полісахаридів і ліпідів мікробного походження, та їх практичне використання. Продуценти полісахаридів та ліпідів. Шляхи їх біосинтезу. Технологічні схеми отримання мікробних полісахаридів та ліпідів. Промислове виробництво ксантану. Мікроорганізми - продуценти антибіотиків. Шляхи біосинтезу та генетичний контроль утворення цих сполук. Пошуки нових антибіотиків. Утворення антибіотиків в промислових умовах. Антибіотики, утворені бактеріями, актиноміцетами, міцеліальними грибами. Шляхи підвищення біосинтезу антибіотиків мікроорганізмами. Двохфазний характер розвитку продуцентів антибіотиків. Технологічні основи виробництва антибіотиків. Підготовка середовища для культивування продуцентів антибіотиків та посівного матеріалу. Стадія біосинтезу антибіотиків. Попередня обробка культуральної рідини. Виділення та очищення антибіотиків. Промисловий метод отримання напівсинтетичних антибіотиків. Втрата здатності мікроорганізмів до утворення антибіотиків в промислових умовах. Використання процесів бродіння та інших процесів метаболізму мікроорганізмів. Біотехнологія харчових продуктів та продуктів бродіння. Спиртове бродіння. Фізіологія дріжджів та хімізм спиртового бродіння. Характеристика штамів продуцентів, що застосовуються у промисловості. Використання дріжджів у промисловості: Отримання етилового спирту, виробництво хлібопродуктів. Біотехнології отримання вина, пива та міцних спиртових напоїв. Молочнокисле бродіння. Гомо- та гетеро ферментативне бродіння. Поширення та взаємовідношення з іншими мікроорганізмами. Виділення та зберігання молочнокислих бактерій. Біотехнологічне використання молочнокислих бактерій і пекарських дріжджів. Технологічні схеми спиртового і молочнокислого бродінь. Використання молочнокислих бактерій у процесах силосування кормів, квашення овочів, сироварінні, приготуванні профілактичних і лікувальних препаратів. Біотехнологія сироваріння. Пропіоновокисле бродіння, характеристика продуцентів. Мікроорганізми, що використовуються в бродильній промисловості. Ацетоно-бутилове бродіння, особливості, культивування мікроорганізмів- продуцентів, технологічна схема. Отримання біомаси мікроорганізмів як джерело білка. Процес і принципи контролю вирощування мікроорганізмів. Основні види сировини, характеристика штамів-продуцентів. Тема лекційного заняття 14,15,16. Промислова біотехнологія у сільському господарстві. Препаративні форми і стандартизація біопрепаратів. Бактеріальні,

вірусні препарати та біопрепарати на основі грибів для захисту рослин. Характеристика мікроорганізмів, які є основою біопрепаратів. Ентомопатогенні бактеріальні препарати: характеристика Bacillus thuringiensis (Bt), метаболіти, механізм дії кристалічного δ-ендотоксину. Біотехнологічне отримання біопрепаратів. Біопрепарати на основі біологічно-активних речовин мікроорганізмів-антагоністів. Характеристика основних біопрепаратів для захисту рослин, що використовуються в Україні. Бактеріальні добрива і засоби захисту рослин. Типи бактеріальних добрив та мікроорганізми, що використовуються для їх отримання. Азотфіксуючі бактеріальні препарати, властивості бульбочкових бактерій. Технологічні схеми отримання нітрагіну, азотобактерину, планризу, гаупсину та триходерміну. Інокуляція та зберігання препаратів. Контроль виробництва. Шляхи підвищення ефективності інокуляції. Перспективи використання.

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БІОРЕСУРСІВ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ Факультет біотехнології Напрям підготовки, спеціальність Екобіотехнологія Форма навчання очна Семестр 6, курс 3 ОКР «Бакалавр» Кафедра екобіотехнології та біорізноманіття Дисципліна: Промислова біотехнологія Викладач: доц.Бородай В.В. «Затверджую» Зав.кафедри ___________________ « ___» 2013 р. ТЕСТОВІ ЗАВДАННЯ 1. Отримання молочної кислоти здійснюють: А. Дріжджі роду Saccharоmyces Б. Бактерії родів Streptococcus, Lactobacterium В. Бактерії роду Bacillus Г. Бактерії роду Clostridium Д. Бактерії роду Azotobacter 2. Назвіть правильну послідовність фаз росту клітинної популяції бактерій А. прискорення росту Б. стаціонарна В. відмирання культури Г. експоненціального росту (логарифмічна) Д. уповільнення росту Є. Лаг-фаза 3. В залежності від джерела отримання вуглецю мікроорганізми поділяють на: А.Симбіонти та антогоністи Б.Автотрофи і гетеротрофи В. Психрофіли та мезофіли Г.Аероби та анаероби Д.Сапрофіти та паразити 4. Яке слово пропущено в реченні? Тільки у бактерій існує ( у бланку відповідей своєрідний впишіть вірну метаболітичний тип, який відповідь одним називається ……… словом) 5. Розставити у відповідності до кінцевого продукту мікробного синтезу наступні способи виділення цільового продукту А.Клітини 1. Седиментація і декантація продуценту Б. Розчинні 2. Екстракція метаболіти 3. Хроматографія 4. Відстоювання 5. Флотація 6. Фільтрування 7. Сорбція 8. Осадження 9. Центрифугування 10. Виділення за допомогою

мембран 6. Як поділяють мікроорганізми по відношенню до потреби в кисні: А. Аероби та анаероби Б. Вищі та нижчі В. Хемотрофи та органотрофи Г. Патогенні та непатогенні Д. Епіфітні та ендофітні 7. Які продукти метаболізму відносяться до первинних і вторинних продуктів анаболізму та катаболізму А. Первинні 1. Ліпіди, вітаміни, біомаса, продукти анаболізму полісахариди та інтермедіати клітинного біосинтезу: нуклеотиди та амінокислоти Б. Вторинні 4. Ацетон, бутанол. продукти анаболізму В. Первинні 3. Етанол, оцтова кислота, СО2, продукти АТФ. катаболізму Г. Вторинні 4. Антибіотики, алкалоїди, продукти токсини. катаболізму 8. Чиста культура ізольованих з природного субстрату мікроорганізмів одного виду – це: А Родина Б Штам В Асоціація Г Клас Д Царство 9. Культури, які отримують з природних умов існування продуценту, висівають в елективне середовище, яке забезпечує переважний розвиток потрібного мікроорганізму, називають ……………? ( у бланку відповідей впишіть вірну відповідь одним словом) 10. Температурний оптимум розвитку в межах від 20°С до 42°С мають А Мезофіли Б Термофіли В Аероби Г Анаероби Д Еукаріоти 11. Вкажіть механізм біологічної дії антибіотиків 1. Пригнічення синтезу А.Гризеофульвін, клітинної стінки канаміцин,

2. Порушення функцій мембрани 3. Пригнічення синтезу (обміну) РНК 4. Пригнічення синтезу (обміну) ДНК 5. Пригнічення синтезу білка

неоміцин Б. Пеніциліни, цефалоспорини В. Актиноміцин Д Г. Тетрацикліни

Д. Олігоміцини, патулін 6. Інгібітори дихання Є. Граміцидіни, трихоміцини 12. Основний каркас клітинної стінки більшості бактерій складається з: А Хітину Б Целюлози В Пектинів Г Сахарози Д Пептидоглікану 13. Які мікроорганізми є продуцентами нижче наведених антибіотиків? 1. Bacillus brevis А.Нізин 2. Bacillus polymyxa Б.Стрептоміцин 3. Streptococcus lactis В.Еритроміцин 4. Streptomyces griseus Г.Пеніциліни 5.Streptomyces Д.Цефалоспорини kanamyceticus 6. Streptomyces aureofaciens Є.Тетрациклін 7. Streptomyces erythreus Ж..Гризеофульвін 8. Penicillium chrysogenum З.Канаміцини 9. Penicillium griseofulvum К.Поліміксини 10.Cephalosporium Л. Граміцидини ( А, acremoniuum В, D) 14. Позахромосомні ДНК бактеріальної клітини називаються: А Плазмідами Б Джгутиками В Мезосомами Г Нуклеоїдом Д Рибосомами 15. Вкажіть за якою хімічною природою є наступні антибіотики 1. β-лактамні антибіотики А.Граміцидини, поліміксини, нізин 2.Гетероциклічні Б.Стрептоміцин, антибіотики гентаміцин 3. Аміноглікозиди В.Гризеофульвін, трихотецин 4.Поліпептиди та Г.Пеніциліни, низькомолекулярні білки цефалоспорини 16. Яка послідовність систематики прокаріот є вірною : А Домен – Відділ – Клас – Порядок – Родина - Рід Б Домен – Клас - Відділ –– Порядок – Родина - Рід В Домен – Відділ – Порядок - Клас –– Родина Рід Г Відділ – Клас – Родина - Порядок – Рід Д Домен – Відділ – Родина - Клас – Порядок – Рід

17. Згідно Міжнародній класифікації ферменти поділені на ……. класів: ( у бланку відповідей впишіть вірну відповідь одним словом) 18. Бактерії розмножуються шляхом бінарного поділу, тому їх кількість збільшується в:

1.Арифметичній прогресії 2. Геометричній прогресії 3. Логарифмічній прогресії 4. Регенераційній прогресії 5. Інтегруючій прогресії 19. Як називається фаза експоненційного росту культури, в якій кількість клітин подвоюється?

1. Спокою 2. Стаціонарна 3. Логарифмічна 4. Лаг-фаза 5. Відмирання 20. Ріст яких антибіотик……….

мікроорганізмів

даний

А. не пригнічує Б. пригнічує

21. Автотрофи використовують в якості джерела вуглецю: А ліпіди Б вуглеводи В органічні речовини Г амінокислоти та білки Д диоксид вуглецю 22. Основним видом сировини для біотехнологічного способу отримання лимонної кислоти є: А етанол Б сахароза В мальтоза Г меляса 23. Назвіть мікроорганізми-продуценти та вкажіть їх основне застосування у біотехнологічних виробництвах А Б В Г

1.Aspergill us spp.

2. Penicillium spp.

3.Streptomyc es spp.

4.Saccharom yces spp.

5. Отриманн я етанолу

6. 7.Отриманн 8. Біосинтез Отримання я βлимонної аміноглікоз лактамних кислоти идних антибіотикі антибіотику в 24. Тип апарату для безперервного культивування мікроорганізмів, в якому швидкість росту мікроорганізмів регулюється обмеженням концентрації субстрату, необхідного для їх життєдіяльності називається: А ферментатор Б инокулятор В хемостат Г термостат Д автоклав 25. Здатність мікроорганізмів синтезувати певний продукт у кількостях, що перевищують фізіологічні потреби називається …………… ( у бланку відповідей впишіть вірну відповідь одним словом) 26. Розподіліть ферменти за типом реакцій, які вони каналізують: 1.Гідролази А.Ізомерізація 2. Ізомерази Б. Синтез складних органічних сполук 3. Ліази В. Окислення та відновлення 4. Лігази (синтетази) Г. Перенос атомних угрупувань від однієї сполуки до іншої 5. Оксидоредуктази Д. Гідролітичне розщеплення складних

органічних сполук Є. Негідролітичне розщеплення 27. Апарат для глибинного культивування мікроорганізмів в аеробних та анаеробних умовах називається……. ( у бланку відповідей впишіть вірну відповідь одним словом) 28. Вкажіть рівняння, яке відображує хімізм біосинтезу оцтової кислоти: А C6H12O6 → 2C2H5OH + 2 CO2 + E 6. Трансферази

C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O + E

C6H12O6 → 2C2H4OHCOOH + E

C12H22O11 → 2C6H8O7 + 3H2O + E

29. Основним видом сировини для біотехнологічного способу отримання оцтової кислоти є: А етанол Б сахароза В мальтоза Г меляса 30. Для виробництва амінокислот в основному використовують……….. – мікроорганізми, які втратили здатність синтезувати деякі життєво важливі сполуки й нездатні рости на середовищах без цих речовин. ( у бланку відповідей впишіть вірну відповідь одним словом) Правильна відповідь: ауксотрофні мутанти.