background image

 

1 

W1 

 
Biotechnologia- jedna z kluczowych nauk XIX wieku. 
 
Biotechnologia jest nauką interdyscyplinarną skupiającą:  

- 

chemia 

- 

biologia 

- 

biofizyka 

- 

matematyka 

- 

inżynieria chemiczna 

- 

inżynieria  środowiskowa 

 
Biotechnologia: wykorzystanie możliwości organizmów żywych oraz pochodzących z nich 
biokatalizatorów do produkcji i ulepszania dóbr konsumpcyjnych. 
 
Inspiracją dla rozwoju biotechnologii jest podpatrywanie przyrody i wykorzystywanie jej 
mechanizmów metabolicznych oraz regulacyjnych w celu polepszenia życia człowieka. 
 
Podział biotechnologii: 

- 

klasyczna 

- 

nowoczesna 

 
 BIOTECHNOLOGIA KLASYCZNA 
 

Ø Procesy fermentacyjne:  
- 

produkcja piwa 

- 

produkcja wina 

- 

produkcja octu 

- 

produkcja fermentowanych napojów mlecznych 

- 

wytwarzanie chleba z użyciem zakwasu  

 
Ø Metabolity pierwszorzędowe: są to niewielkie cząsteczki chemiczne, które mogą być 

produktami końcowymi podstawowych procesów metabolicznych lub ich produktami 
pośrednimi 

 
Ważne przemysłowo metabolity pierwszorzędowe: 
- 

alkohole: alkohol etylowy 

- 

alkohole wielowodorotlenowe: glicerol  

- 

aminokwasy: Lys, Thr, Phe, Trp 

- 

kwasy organiczne: kwas octowy, kwas propionowy 

- 

cukry: fruktoza 

- 

polisacharydy: ksantan, gellan 

- 

witaminy: B

2

, B

12

 

 

Ø Biokonwersja (biotransformacja): aktywność mikroorganizmów w zakresie enzymatycznych 

przekształceń różnych związków chemicznych, które nie wykazują zazwyczaj żadnej funkcji 
metabolicznej i z dużą wydajnością gromadzone są pozakomórkowo. 

 
 

W1 

- 

procesy biotransformacji nie dostarczają energii 

- 

nie dostarczają prekursorów do syntez komórkowych 

- 

przebiegają z udziałem niewielkiej ilości enzymów 

- 

są stereospecyficzne 

- 

np. biokonwersja steroli 

 
Ø Metabolity wtórne: wszystkie procesy przemiany materii o nieznanej lub drugorzędowej 

funkcji biologicznej określane są mianem metabolitów wtórnych a przemiany których są 
wynikiem metabolizmem wtórnym; charakteryzują się wielokierunkową aktywnością 
biologiczną 

 

 

2 

Produkcja metabolitów wtórnych jest silnie uzależniona od warunków środowiskowych (skład 
podłoża, sposób hodowli). 
 
Faza intensywnego wzrostu mikroorganizmów TROFOFAZA. Metabolity wtórne produkowane są 
w  IDIOFAZIE. 
 
Grupa ważnych idiolitów: 
- 

antybiotyki 

- 

czynniki nieantybiotyczne (leki) 

- 

toksyny 

- 

biopestycydy 

- 

czynniki stymulujące wzrost roślin i zwierząt 

 

Ø Antybiotyki: małocząsteczkowe substancje naturalne, najczęściej pochodzenia 

drobnoustrojowego lub ich półsyntetyczne modyfikacje albo syntetyczne analogi 

 
Replikacja DNA:  
- 

aktynomycyna, 

- 

 ryfamycyna 

 
Translacje:  
- 

chloramfenikol 

- 

tetracykliny 

- 

streptomycyny 

 
Transport przez błony: 
- 

polimyksyny 

- 

jonofory 

- 

nystatyna 

 
Synteza składników ściany komórkowej: 
- 

penicylina 

- 

cykloseryna 

- 

bacytracyna 

 
Procesy energetyczne: 
- 

antymycyna 

- 

oligomycyna 

W1 

Przyczyny poszukiwania antybiotyków: 
- 

oporność  drobnoustrojów 

- 

poprawa właściwości  farmakologicznych 

- 

działanie toksyczne 

 
Ø Leki o działaniu nieantybiotycznym: 
 
POLIETERY (używane jako promotory wzrostu u przeżuwaczy): 
- 

Monensin 

- 

Lasalocid 

- 

Salonomycyna 

 
AVERMYKTYNY (makrocykliczne laktony produkowane przez Streptomyces avermitilis) 
wykazują aktywność p/pasożytniczą 
 
STATYNY (pochodzenia grzybowego, czynniki obniżające poziom cholesterolu u ludzi i 
zwierząt): 
- 

Lovastatyna 

- 

Parastatyna 

- 

Kwas klawulanowy (inhibitor penicylaz) 

 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

3 

AKARBOZA (Actinomycetes) : inhibitor jelitowej glukozydazy, hiperglikemia i synteza 
trójglicerydów w wątrobie i jelicie u pacjentów z cukrzycą, otyłością i hiperlipidemią IV 
 
 
Ø Ukierunkowana biosynteza: manipulacje warunkami hodowli mikroorganizmów pozwalają na 

pewną kontrolę ich metabolizmu 

 
Stosuje się odpowiednie czynniki: 
- 

prekursory: biosynteza penicyliny G w podłożu z fenylooctanem 

- 

induktory: Met w syntezie cefalosporyn 

- 

mutagenezę: szczepy o wysokiej wydajności i wybiórczości produkcji 

 
 
BIOTECHNOLOGIA NOWOCZESNA 
 
Ø Technologie rekombinacji DNA 
 
Technologia pozwalająca na manipulowanie materiałem genetycznym na najniższym poziomie 
strukturalnym genu w sposób całkowicie kontrolowany przez eksperymentatora (swoiste 
techniki). 
 
Najczęściej wykorzystywane szczepy: 
- 

Escherichia coli 

- 

Bacillus subtilis 

- 

Sacharomyces cerevisiae 

- 

Aspergillus niger 

 
 

W1 

Otrzymujemy: 
- 

szczepionki 

- 

hormony 

- 

enzymy 

- 

przeciwciała 

- 

czynniki wzrostu 

 

Ø Biosynteza kombinatoryjna 
 
Technologie rekombinacji DNA używane są aby wprowadzić geny odpowiedzialne za syntezę 
odpowiednich związków do materiału genetycznego mikroorganizmów, które wcześniej nie były 
zdolne do produkcji tych związków; dalsze postępowanie jest analogiczne do biosyntezy 
ukierunkowanej. 
 
Ø Biopestycydy jako alternatywa dla klasycznych pestycydów 
 
- 

posiadają wąski i specyficzny zakres działania 

- 

działają powoli 

- 

powstrzymują a nie eliminują populacje chwastów 

- 

krótki czas półtrwania 

- 

bezpieczniejsze dla środowiska 

- 

brak problemu zalegania 

 
Istnieją dwa typy biopestycydów: 
1.  „biochemiczne”: struktura i funkcja podobna do naturalnie występujących związków 

chemicznych; nietoksyczne (analogi owadzich feromonów- kontrola owadzich populacji) 

2.  „mikrobiologiczne”: związki wytwarzane przez  naturalnie występujące lub zmodyfikowane 

genetycznie bakterie, grzyby i inne. 

 
Ø Bioinsektycydy 
  
- 

Agrobacterium tumefaciens 

 

4 

- 

Bacillus thuringiensis 

 
 

 

ANALIZA ILOŚCIOWA MIKROORGANIZMÓW 
 

1.  Metody mikroskopowe: 
 

• 

liczenie drobnoustrojów przy użyciu komór (Thoma, Burkera) 

• 

liczenie drobnoustrojów w preparacie przeżyciowym 

• 

metoda Breeda 

• 

metoda DEFT 

 
2.  Metody hodowlane (tylko żywe komórki): 
 

• 

metoda rozcieńczeń 

W1 

• 

metoda płytkowa Kocha 

• 

modyfikacje metody płytkowej Kocha: 

o 

metoda filtrów membranowych 

o 

metoda posiewów spiralnych 

o 

metody kropelkowe 

o 

metoda mikrohodowli Frosta 

o 

„plate loap” 

o 

„roll tube” 

o 

gotowe zestawy z podłożami nani9esionymi na plastikowe paski 

 
3.  Metody wagowe (mokra lub sucha biomasa). 
4.  Metody optyczne (turbidymetria, nefelometria). 
5.  Metody biochemiczne: 

A.  pomiar  zawartości  pirogronianiu (340 nm) :  kwas  pirogronowy 

→ kwas  mlekowy 

 

- enzym: dehydrogenaza mleczanowa  

- NADH

+

 + H

+

 

→

 NAD

+

 

- reakcja redukcji 
- zasada: obniżenie ilości zredukowanego NAD-u jest proporcjonalna do ilości 

 

  mikroorganizmów 
 

B. bioluminescencja  w  wykrywaniu  ATP: 

metodę można stosować do badania stanu higienicznego zakładu, linii produkcyjnych czy pomiaru 
ilości drobnoustrojów  w środowisku 
I ETAP: ekstrakcja ATP (związki zwiększające przepuszczalność błon  komórkowych). 
II ETAP: dodatek substratu (lucyferyny) i enzymu (lucyferazy). 
Enzym w obecności ATP katalizuje reakcję oksydatywnej dekarboksylacji lucyferyny 
 

lucyferyna 

→ AMP, CO

2

,  fotony  światła,  utleniona  lucyferyna 

- enzym: lucyferaza 
- dodatkowo: jony Mg

2+

 

- zasada: światło które jest wydzielane jest równoważne stężeniu ATP; ilość emitowanego 

 

  światła jest proporcjonalna do ilości żywych komórek 
 

C.  oznaczanie  poziomu  ergosterolu 

pomiar ilości grzybów w produktach żywnościowych 
 

D. testy  reduktazowe 

6.  Metody biofizyczne: 

• 

System Bioscrean: uniwersalny robot mikrobiologiczny (rozcieńczenia, nanoszenia, 
mieszanie, kinetyczny pomiar zmętnienia hodowli); określanie zanieczyszczeń 
mikrobiologicznych drożdży piwowarskich, skrobi, mleka. 

• 

metoda impedymetryczna: impedancja jest opornością przepływu prądu przez 
przewodzącą pożywkę; rozwój mikroorganizmów prowadzi do obniżenia impedancji 
podłoża podczas gdy siła jonowa i przewodnictwo zwiększają się; określanie 
zanieczyszczeń mikrobiologicznych surowego i mrożonego mięsa, mleka, soków, 
kosmetyków, itp. 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

5 

• 

cytometria przepływowa: metoda wykorzystywana do kontroli prawidłowości 
przebiegu procesu biotechnologicznego opartego na hodowli mikroorganizmów 

 
 
 

W1 

PRZECHOWYWANIE MIKROORGANIZMÓW 
 
Podstawowym źródłem szczepów są kolekcje drobnoustrojów. 
 

1.  ATCC- drożdże, bakterie, pleśnie; 
2.  NRRL- drożdże, bakterie, glony, grzyby strzępkowe 
3.  CBS- drożdże, porosty, grzyby strzępkowe; możliwość zdeponowania materiału genetycznego 

drobnoustrojów 

 

4.  DSMZ- drożdże, pleśnie, plazmidy, wirusy 
5.  NCTC- bakteria 
6.  NCIMB- bakterie dla przemysłu i medycyny 
7.  CCM- bakterie, grzyby strzępkowe 
8.  CCY- drożdże i promieniowce 

 
Kolekcje światowe są zrzeszone w Światowej Federacji Kultur z siedziba w Japonii. 
 
Polskie kolekcje należące do WFCC: 
 

1.  PCM- Polska Kolekcja Mikroorganizmów (Wrocław) 
2.  DMVB- Państwowa Kolekcja Szczepów Oddziału Weterynarii (Puławy) 
3.  LOCK- Ośrodek Czystych Kultur Drobnoustrojów Przemysłowych (Łódź) 
4.  IAFB- Kolekcja Mikroorganizmów Przemysłowych (Warszawa) 
5.  LCC- Laboratorium Kolekcji Kultur (Olsztyn) 
6.  IBA- Warszawa 
7.  KOS- Gdynia 
8.  CPPPPI- Kolekcja Patogenów Roślin (Poznań)  

 
Rosja : 1979 rok; ochrona patentowa na szczepy 
Polska: proces technologiczny może podlegać opatentowaniu ale szczep nie może. 
 
METODY PRZECHOWYWANIA SZCZEPÓW 
 

- 

okresowe przesiewy mikroorganizmów na pożywki stałe lub płynne i przechowywanie w 
40

°

C 

- 

skosy agarowe zalane warstwą jałowej parafiny 

- 

opracowana indywidualnie metoda przechowywania (suszenie, liofilizowanie, mrożenie) 

 
Kolekcje o charakterze przemysłowym zajmują się ponadto przygotowaniem i dostarczaniem czystych 
kultur do zakładów przemysłowych. 
 
PRODUKCJA SZCZEPIONEK PRZEMYSŁOWYCH 
 

1.  Namnożenie szczepów składanych w optymalnych środowiskach hodowlanych 
2.  Uzyskanie dużej liczby komórek w stanie pełnej aktywności biochemicznej 
3.  Standaryzacja składu gatunkowego (zestawienie właściwych proporcji gatunkowych) 
4.  Zabezpieczenie żywotności komórek i ich właściwości biochemicznych przez odpowiednie 

utrwalanie szczepionki 

 

W1 

Przemysł winiarski, browarniczy, gorzelniczy- drożdże na skosach agarowych, w pożywkach 
płynnych, zagęszczane hodowle, suszone, granulowane preparaty w ochronnej polewie. 
 
Przemysł piekarski- kultury liofilizowane lub mrożone. 
 
Szczepionki grzybów są przygotowywane jako: 

 

6 

- 

hodowle na skosach agarowych 

- 

hodowle na słupach przygotowanych ze świeżych skrawków roślin 

- 

wodna zawiesina zarodników 

- 

liofilizaty zarodników lub grzybni wegetatywnej 

 
 
POZYSKIWANIE I DOSKONALENIE MIKROORGANIZMÓW: 
 
Procesy biotechnologiczne prowadzone z udziałem drobnoustrojów izolowane ze środowiska 
przebiegają najczęściej z wydajnością niewystarczającą opracowania ekonomicznie procesów 
biotechnologicznych. 
 
Znaczącą poprawą ich wydajności można uzyskać poprzez zmiany mataboliczno-fizjologiczne 
powstałe w wyniku modyfikacji genotypu drobnoustrojów. 
 
MUTACJE: 
 
Warunki naturalne: mutanty spontaniczne. 
 
Mutacje indukowane: czynniki mutagenne. 
 
Mutacje punktowe: odwracalne, nieodwracalne (przesunięcie ramki odczytu). 
 
Mutacje to główna droga pozyskiwania szczepów dla przemysłu. 
 
Produkcja penicyliny: Penicylium chrysogenum (1945) 
 
Szczepy przemysłowe, które charakteryzuje wybiórczość produkcji: 
- 

produkcja L-lizyny Corynebacterium glutamicum : 

a.  mutacja genu kodującego dehydrogenazę homoserynową (nie wytwarzają Thr) 
b.  zmiana charakteru kinazy asparaginowej (nie reaguje na duże stężenia L-Lys) 

 
Hybrydyzacja:  

a.  hybrydyzacja naturalna: przekazanie informacji genetycznej dawcy do komórki biorcy w 

wyniku fizycznego kontaktu obu komórek i polega na wymianie odcinków DNA między 
chromosomami  lub  genoforami 

b.  fuzja protoplastów: do otrzymywania protoplastów stosuje się: 
- 

bakterie G(+)- lizozym  

- 

bakteria G(-)- lizozym, EDTA, warunki jonowe 

- 

grzyby- sok żołądkowy ślimaka Helix pomatia lub enzymy lityczne pochodzenia 
drobnoustrojowego  (Cytophaga, Arthrobacter, Trichoderma) 

 
 

W1 

Zbliżenie protoplastów, inicjacja fuzji (PEG)- rekombinacja wewnątrz i międzygatunkowa; 
rekombinacja więcej niż dwóch genotypów. 
 
Technologie  rekombinacji  DNA: 
Technologia rekombinacji DNA polega na przenoszeniu genów z jednego organizmu do drugiego 
i otrzymywaniu tzw. klonów komórek, które są zdolne do syntezy nowego białka. 
 
Narzędzia pozwalające na wycinanie i łączenie fragmentów DNA, syntezę DNA, itp.: 
- 

enzymy endonukleazy restrykcyjne: rozpoznają specyficzne zazwyczaj palindronowe 
sekwencje w dwuniciowym DNA i hydrolizują wiązanie fofsodiestrowe w obu niciach w 
miejscu rozpoznania sekwencji lub w niewielkiej odległości od tego miejsca; 

- 

metylazy: towarzysza restryktazom; system chroniący komórki przed inwazją  obcego DNA; 

- 

egzonukleazy: nukleaza S

1

 (endoegzonukleaza) hydroliza jednoniciowego DNA lub RNA; 

- 

alkaliczna fosfataza 

- 

polimerazy DNA: synteza DNA 

a. polimeraza I DNA- holoenzym 
- 

odwrotna transkryptaza 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

7 

- 

ligaza- łączy polinukleotydy ufosforylowane w pozycji 5’ do polinukleotydów posiadających 
wolną grupę 3’-OH 

- 

rybonukleazy- enzymy z trzustki cielęcej 

- 

enzymy lityczne- lizozym, celulazy, chitynazy 

 
Do klonowania genów i ich wprowadzania do komórek gospodarzy służą wektory. 
 
Proces klonowania genów składa się z kilku etapów: 

1.  izolacja lub synteza genu (cięcia losowe DNA, synteza cDNA) 
2.  łączenie genu z wektorem 
3.  wprowadzenie rekombinowanego DNA do komórki gospodarza 
4.  selekcja klonów komórek zawierających zrekombinowany DNA 
5.  produkcyjne wykorzystanie otrzymanych klonów komórek 

 
WYKORZYSTANIE REKOMBINOWANYCH SZCZEPÓW W BIOTECHNOLOGI: 
 

- 

hormon  wzrostu- somatotropina 

o 

wytwarzana przez przysadkę mózgową 

o 

191 aa 

o 

niedobór- karłowatość  przysadkowa 

o 

usunięcie sekwencji sygnałowej HGH cDNA, wprowadzenie kodonu start, miejsce 
wiązania rybosomów, promotora lac- sztuczny gen 

o 

Escherichia coli- 2 mg/dm

3

 

- 

insulina: 

o 

pochodzenia zwierzęcego mniej efektywna niż ludzka 

o 

aktywna insulina- 2 polipeptydy połączone mostkami siarczkowymi 

o 

chemiczna synteza genów odpowiedzialnych za produkcję polipeptydów, 
wklonowanie do plazmidu- aktywny  promotor, transkrypcja, translacja- białko 
fuzyjne (zawiera fragment jednego z łańcuchów polipeptydowych) 

- 

czynniki krzepliwości krwi 

o 

czynniki VII,  VIII, IX- krzepliwość krwi 

o 

hemofilia- brak jednego z czynników 

o 

produkcja z Escherichia coli 

- 

immunoszczepionki: 

o 

białka otoczkowe wirusów, białka powierzchniowe bakterii o właściwościach 
antygenowych 

o 

wirusowe zapalenie wątroby typu B, wścieklizna, grypa 

o 

Lactococcus lactis z plazmidem ekspresyjnym (jadalna szczepionka p/tężcowa) 

- 

inne: 

o 

klonowana podpuszczka 

o 

enzymy hydrolityczne,  pochodzenia mikrobiologicznego środki piorące 

W2 

BIOKATALIZA 
 
Biokatalizator- podstawowe narzędzie procesu biotechnologicznego. 
 
Najobszerniejsza klasa naturalnych substancji katalitycznych to enzymy. 
 
CECHY ENZYMÓW: 
 

1.  Selektywność enzymów: 

o 

selektywność substratowa 

o 

stereoselektywność 

o 

regioselektywność 

o 

chemiselektywność 

 

S E L E K T Y W N O Ś Ć  S U B S T R A T O W A 

 
Zdolność do tolerancji dużej grupy substratów (ale enzym katalizuje tylko określony typ reakcji). 
 

 

8 

O

R

COOH

L- KETOKWAS

R

COOH

N

H

2

H

L-AMINOKWAS

HO

2

H

2

CC

COOH

H

N

H

2

COOH

O

HO

2

CH

2

C

KWAS L-Asp

KWAS SZCZAWIOOCTOWY

grupy aminowej z donora na akceptor

przeniesienie

 

 
Substraty  transaminazy: 

- 

2-ketoglutaran 

- 

β

-fluorofenylopirogronian 

- 

4-tiometylo-2-ketomaślan 

- 

fenylopirogronian 

- 

indylopirogronian 

- 

3-imidazolopirogronian 

 
Im bardziej skomplikowany enzym tym mniej substratów toleruje. 
 
S T E R E O S E L E K T Y W N O Ś Ć (enancjoselektywność, diastereoselektywność) 
 
Zdolność do odróżniania pojedynczych enencjomerów lub diastereoizomerów. 

W2 

A. Produkcja herbicydów pochodnych kwasu fenoksypropionowego: 
 
 

CH

3

CHCl

COOH

kwas R,S-

2

-chloropropionowy

R-dehydrogenaza

C

H

3

Cl

H

HOOC

kwas S,

2

- chloropropionowy

pochodne kwasu

R-fenoksypropionowego

C

H

3

OH

H

HOOC

kwas S-mlekowy

 

 
Substratem R-dehydrogenazy jest  izomer R. 
 
B. Produkcja aspartamu: 
 

C

C

H

O

2

C

CO

2

H

+ NH

aspartaza

C

H

2

CO

2

H

N

O

2

C

kwas fumarowy                                                            L-Asp

 

 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

9 

C

H

2

CO

2

H

N

O

2

C

L-Asp

+ 

H

N

H

2

CO

2

CH

3

termolizyna

H

CO

2

CH

3

HN

O

N

H

2

HOOC

aspartam

 

 
 
40.00 ton L-Asp / rok 
 
 

 

Biosynteza aspartamu- enzym w postaci enzymatycznej lub całej komórki, zawsze immobilizowany; 1 
kg enzymu 

→

 10.000 kg produktu (3$/1 kg). 

 

R E G I O S E L E K T Y W N O Ś Ć 

 
Zdolność odróżniania grup funkcyjnych znajdujących się w różnych regionach tej samej cząsteczki. 

W2 

Hydroksylacja steroli: 
 

O

O

Aspergillus niger

O

O

O

H

progestreon                                                                 1,1-alfa-hydroksyprogesteron

 

 
 

C H E M I S E L E K T Y W N O Ś Ć 

 
Zdolność do rozróżniania określonych grup funkcyjnych spośród grup o podobnej lub wyższej 
reaktywność. 
 
Hydroliza nitryli: 
 

CN

H

3

COOC

COOH

H

3

COOC

nitrylaza

 

 

2.  Enzymy pracują w łagodnych warunkach- minimalizacja niepożądanych reakcji ubocznych 

(dekompozycja, racemizacja, izomeryzacja). 

 
Produkcja akrylamidu: 

 

10 

- 

proces chemiczny 

- 

temp: 80-180

°

C 

- 

produkt uboczny (kwas akrylowy) 

- 

 katalizator miedziowy (toksyczność) 

C

C

CN

hydrataza nitrylowa

akrylonitryl

C

C

O

NH

2

 

akrylamid

 

 
3.  Kataliza enzymatyczna jest „przyjazna środowisku”. 
4.  Przyspieszanie reakcji chemicznej o wartość 10

-9

-10

-10

 

 
 
 

W2 

ZARZUTY WOBEC ENZYMÓW: 
 

1.  Działają tylko w środowisku wodnym  (kłamstwo- biokataliza w układach dwufazowych i 

niewodnych). 

2.  Cena enzymów. 
3.  Stabilność enzymów: 
 
BIOKATALIZATOR 

OKRES PÓŁTRWANIA 

Aspartaza 

6 m. – 2 l. 

Fumaraza 

180 dni 

Deaminaza Arg 

140 dni 

Transaminaza 

90 dni 

Amidaza penicylazy 

>

 6 m. 

Proteaza 

>

 60 dni 

Izomeraza glukozy 

>

 60 dni 

 

4.  Wydajność reakcji katalizowanych przez enzymy: 
- 

reakcje wysokowydajne: 

o 

produkcja L-Asp przez immobilizowaną aspartazę 

o 

produkcja L-Phe przez amidazę lub transaminazę 

o 

produkcja L-tert-Leu przez dehydrogenazę leucynową w reaktorze membranowym 

o 

produkcja kwasu 2-chloropropionowego z użyciem lipaz 

5.  Regeneracja kofaktorów: 
- 

metoda regeneracji NAD

+

: 

o 

dodatkowa reakcja chemiczna 

 

O

CO

2

OH

CO

2

dehydrogenaza

fenylopirogronianu

fenylopirogronian

NADH    2000 cykli   NAD+

S- fenylomleczan

HOCCH

3

dehydrogenaza

alkoholowa

CH

3

CH

3

OH

 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

11 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

W2 

o 

reaktor membranowy (zwiększenie masy kofaktora), np. otrzymywanie  

 

L-tert-Leu: 

 

(CH

3

)

2

C

CO

2

O

+ NH 

dehydrogenaza Leu

(CH

3

)

2

C

N

H

2

H

CO

2

PEG-NADH   6000 cykli  PEG-NAD+

CO

2

dehydrogenaza

mrowczanowa

HCOO-

 

 

o 

zastosowanie całych komórek: 

§  źródło węgla napędzające komórkę 
§  alkohole wykorzystywane do produkcji leków benzodiazepinowych 
§  2 kg glukozy / kg produktu 

 

O

O

CH

3

O

Z. rouxii, glukoza

O

O

CH

3

H

OH

izomer S

 

 

o 

stereoselektywna redukcja 2-podstawionych-

β

-ketoestrów 

 

R1

O

O

OEt

R

2

Cl

R1

O

O

OEt

R2

H

R. arrbizzus

ATTC 1145

OEt

O

OH

H

R2

H

NH

2

NH

2

R1

OH

H

NH

2

NH

2

R2

O

H

NH

2

R2

H

OH

H

R1

 

 
 
 

 

12 

 

W2 

6.  Enzymy nie katalizują przemysłowo atrakcyjnych reakcji: 

a.  kwasy  tłuszczowe 
b.  syropy  fruktozowe 
c.  aspartam 
d.  akrylamid 
e.  6-APA 
f.  aminokwasy 
g.  cyklodekstryny 
h.  S-2-chloropropionian 

 
Forma katalizatora   

ZALETY 

WADY 

 

prosta aparatura, 
tolerancja na wysokie 
stężenia substratów i 
produktów 

niezbędny system 
regeneracji kofaktora 

reakcja w roztworach 
wodnych 

wysoka  aktywność 

produkty uboczne, 
substraty 
nierozpuszczalne w 
wodzie, ekstarkcja 

reakcja w 
rozpuszczalnikach 
organicznych 

łatwa procedura, 
substraty 
rozpuszczalne w 
rozpuszczalnikach 
organicznych, łatwe 
odzyskanie enzymu 

niska aktywność 

ENZYMY 

immobilizowane 

łatwe odzyskanie 
enzymu 

utrata aktywności 
podczas procesu 
immobilizacji 

 

brak  systemów 
regeneracji kofaktora 

sprzęt, obróbka dużych 
objętości, niższa 
tolerancja na reagenty-
niższa  produktywność, 
niska tolerancja na 
rozpuszczalniki 
organiczne, reakcje 
uboczne 

kultury rosnące 

aktywność 

duża biomasa, 
produkty uboczne 

kultury  spoczynkowe 

łatwa obróbka, mniej 
produktów  ubocznych 

niska aktywność 

KOMÓRKI 

immobilizowane 

wielokrotność użycia 

niska aktywność 

 
 
 

 

W2 

WYKORZYSTANIE ENZYMÓW W PRZEMYŚLE 
 
1.  Optycznie czynne: 

a.  D-p-hydroksymetyloglicyna (prekursor semisyntetycznych penicylin i cefalosporyn) 
 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

13 

CHO

COOH

+

NH

2

CO

NH

2

+

OH

amidoalkilacja

N

H

CO

NH

CO

O

H

racemizacja  spontaniczna

N

H

CO

NH

CO

H

O

H

D-hydantoinaza

O

H

H

NHCOSH

2

HOOC

D-karboamylaza

O

H

H

HOOC

NH

2

 

 

2.  Produkcja akrylamidu. 
 

akrylonitryl

woda

usuniecie CO

2

hydratacja

oddzielenie  katalizatora

nierozpuszczalny  akrylonitryl

odzyskanie  katalizatora

zageszczenie

usuniecie Cu
(dekoloryzacja)

 
 

W2 

proces mikrobiologiczny: 
 

 

14 

woda

hydratacja

oddzielenie katalizatora

dekoloryzacja

produkt

hodowla i immobilizacja mikroorganizmow

CH

2

CH

2

CH

hydrataza nitrylu

woda

CH

2

CH

2

CHNH

2

amidaza

woda

CH

2

CH

2

COOH

akrylonitryl

 
 
-  Rhodococcus rhodochrous (również produkcja nikotynamidylu z 3-cyjanopirydyny) 
- 

H-NHaza 520 kDa- mocznik jako induktor, substraty alifatyczne 

- 

L-NHaza 130 kDa- cykloheksanokarboksyamid, substraty aromatyczne 

- 

Krotonamid- obie formy 

 
3.  Produkcja kwasu D-pantotenowego. 
 

O

O

H

OH

O

O

OH

H

O

O

OH

O

D-P
L

L-PL

DL-PL

L-specyficzna
hydroliza

D-specyficzna
hydroliza

O

COOH

OH

H

O

COOH

H

OH

L-PA                                                                  D-PA

 

 
PL- lakton pentyloway 
PA- kwas  pantoteinowy 
DL-PD- hydroliza enzymatyczna 

→

 ekstrakcja 

→

 D-PA 

→

 obróbka 

→

 D-PL 

 

↓

 

 

L-PL 

→

 obróbka 

→

 DL-PL 

 
- 

suszona  mycelia  Fusarium  oxysporum 

- 

70% roztwór form L i D PL w pH 7 przez 20 h izomer D jest całkowicie hydrolizowany 

 
 
 

W2 

4.  Produkcja hydroksyproliny. 
- 

trans-4-hydroksy-Pro 

- 

hydriksylacja Pro  (8 izomerów) 

- 

hydroksylaza z Dactylosporangium sp. (RHI-trans-4-hydroksy-1-Pro) 

- 

hydrolaza z Streptomyces sp. (TH2-cis-3-hydroksy-1-Pro) 

- 

dioksygenazy, askorbinian 

 
SPOSOBY ZASTOSOWANIA ENZYMÓW W R. CHEMICZNYCH 
 
1.  Typowe reakcje w roztworach wodnych. 
2.  Enzymy  immobilizowane. 
3.  Reakcje w układach dwufazowych. 
4.  Reakcje w rozpuszczalnikach organicznych. 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

15 

 
ENZYMY W ROZPUSZCZALNIKACH ORGANICZNYCH 
 
Zastosowanie  układów niewodnych: 
- 

umożliwia  rozpuszczanie hydrofobowych  substratów 

- 

przesuwa równowagę reakcji w stronę reakcji syntezy a nie hydrolizy (synteza estrów, 
peptydów, laktonów) 

- 

daje możliwość uniknięcia niepożądanych reakcji ubocznych zachodzących w obecności 
wody 

- 

daje możliwość uniknięcia procesu immobilizacji (łatwy odzyski nierozpuszczalnych w 
rozpuszczalnikach organicznych enzymów 

- 

w przypadku, gdy immobilizacja jest niezbędna wystarczy immobilizacja na porowatych 
powierzchniach 

- 

łatwy odzysk produktu 

- 

wzrost termostabilności  enzymów 

- 

obniżone ryzyko zakażenia mikrobiologicznego 

 
Badania zastosowania enzymów w roztworach organicznych rozwijały się w kilku etapach: 
- 

woda / rozpuszczalnik organiczny mieszający się z wodą 

- 

układy dwufazowe 

- 

środowisko  niewodne 

 
Woda  jest niezbędna enzymom do przyjęcia odpowiedniej konformacji.  
 
Enzym musi być otoczony molekularną cząsteczka wodą. 
 
PROBLEM pH 
Enzymy liofilizowane bądź wytrącone z roztworów o pH optymalnym- dla ich aktywności „pamięć 
pH” (najlepiej liofilizować ze środowiska o pH optymalnym, bo to pH enzym „zapamięta”). 
 
W rozpuszczalnikach organicznych nie da się zmierzyć pH- enzym będzie w takim stanie w jakim był 
liofilizowany (grupy jednogenne enzymu odpowiedzą na to w jakim są środowisku). 
 

W2 

P R Z Y G O T O W A N I E   B I O K A T A L I Z A T O R A 
 

- 

modyfikacja kowalencyjna, np. przyłączenie PEG 

- 

modyfikacja niekowalencyjna: 

o 

„the ion pairing” (parowanie jonów)- niezbędne niskie stężenie surfaktantu 

o 

liofilizacja z roztworów wodnych w obecności: 

§  soli nieorganicznych (KCl), np. subtylizyna Carlsberga była liofilizowana w 

obecności KCl, uzyskano enzym, którego aktywność w heksanie była 4000 
razy wyższa 

§  związków organicznych (etery koronowe, cyklodekstryny) 
§  substratów- zmiany w specyficzności substratowej („molecular imprinting”- 

analog stanu przejściowego jest zmieniony tak, że uzyskuje aktywność 
kataliyczną) 

 
W P Ł Y W   R O Z P U S Z C Z A L N I K A   N A   P R O C E S   B I O K A T A L I Z Y 
 

- 

bezpośredni wpływ na enzym- obniżenie aktywności katalitycznej lub stabilności 

- 

oddziaływanie na reagenty 

- 

oddziaływanie na warstwę molekularną otaczającą enzym 

 
J A K   W Y B R A Ć   R O Z P U S Z C Z A L N I K? 
 

1.  Kompatybilność rozpuszczalnika z planowaną reakcją: 
- 

np. modyfikacja cukrów- cukry rozpuszczają się w hydrofilowych, mieszalnych z wodą 
rozpuszczalnikach; zastosowanie rozpuszczalnika niepolarnego jest niekorzystne ponieważ nie 
dojdzie do kotaktu pomiedzy substratem a enzymem 

 

16 

- 

np. oksydaza polifenolowa- w heksanie podane produkty (chinony) dążą do pozostania blisko 
enzymu (utrata aktywności, reakcje uboczne); zamiast heksanu stosue się chloroform. 

 
2.  Rozpuszczalnik musi być obojętny dla reakcji: 
- 

reakcja transestryfikacji- zastosowanie rozpuszczalnika o charakterze cukru lub alkoholu- 
estry rozpuszczalnikowe 

 
 
Miarą  hydrofobowości rozpuszczalnika jest log P (P- współczynnik podziału pomiędzy etanol a 
wodę). 
log P wysoki- rozpuszczalniki niepolarne (proszki enzymatyczne) 
log P niski- rozpuszczalniki polarne 
 
R E A K C J E   E N Z Y M A T Y C Z N E   Z A C H O D Z Ą C E   W  
R O Z P U S Z C Z A L N I K A C H   O R G A N I C Z N Y C H: 
 

a.  utlenianie steroidów- sterole charakteryzują się niską rozpuszczalnością w H

2

O; 

Nocardia rodocrous; 3-

β

-hydroksy-

δ

5

-steroid 

→

 3-keto-

δ

4

-steroid, np.: utlenianie 

cholesterolu do cholestenonu (heksan:benzen 1:1) 

b.  reakcja epoksydacji i hydroksylacji 
 
 

W2 

c.  reakcja katalizowanaprzez dehydrogenazę alkoholową, np. HLADH (wątroba 

końska); optycznie czynne alkohole, ketony; enzym immobilizowany na szklanych 
kulkach, eter izopropylowy, racemiczny alkohol lub keton, regeneracja kofaktora- 
aldehyd izomasłowy 

d.  polimeryzacja fenoli 
e.  depolimeryzacja lignin 
f.  synteza estrów- lipazy jako proszki enzymatyczne lub całe komórki, estryfikacja 

kwasów  tłuszczowych; 

i.  wysuszone  mycelia Rhizopus arrhizus w mieszaninie oktanolu + kwasu 

olejowego + sita molekularne (wiążą wodę ze środowiska) 

ii.  reakcja interestryfikacji (wymiana grup acylowych) ważna komercyjnie; 

produkcja masła kakaowego, niskotopliwe margaryny (topią się już w 30

°

C) 

iii.  lipaza z Rhizopus nivens- przekształcanie POP (pochodna glicerolu) przy 

udziale stearynianu w mieszaninę związków, które są skałdnikami masła 
kakowego; modyfikacja triglicerydów wykorzystywana do otrzymywania 
niskotopliwych  margaryn 

g.  synteza peptydów- udział wody 50% lub układ niewodny; hydrofobowe pochodne 

aminokwasów 

i.  chymotrypsyna  immobilizowana na  Sepharose 

ii.  ester N-acetylo-L-Phe-o-metylowy + amid Ala (Gly) w butanodiolu (10% 

wody) 

iii.  chymotrypsyna immobilizowana na chitynie katalizuje syntezę  

  HOOC-Tyr-Gly-NH

2

 95% acetonitrylu 

h.  rozdział mieszanin recemicznych- lipaza ze szczepu Candida cylindracea 
 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

17 

OH

(+) mentol

lipaza
C. cylindracea

OCO(CH

2

)

10

CH

+

CH

3

(CH

2

)

10

COOH

(-)

 

 
W przemyśle rozdział mieszaniny racemicznej kwasów 2-halogenokarboksylowych  (2-
chloro i 2-bromopropionian) przy pomocy butanolu, w heksanie. 
 
Rozdział racemicznych alkoholi przy pomocy świńskiej lipazy trzustkowej, otrzymuje się 
2-oktanol, 2-dodekanol, transestryfikacja z trichloroetylomaślanem (izomer R reaguje 
dając czysty R-ester, izomer S wydzielony) 
 
 

W2 

PERSPEKTYWY BIOKATLIZY 
 
1.  Dostosowanie biokatalitycznej cząsteczki do procesu: 

- 

poszukiwanie nowych biokatalizatorów pochodzących z ekstremofili 

- 

wprowadzanie zmian w molekularnej strukturze biokatalizatora (modyfikacje chemiczne, 
mutacje punktowe, ukierunkowana molekularna ewolucja in vivo) 

- 

odpowiednia postać biokatalizatora 

- 

inżynieria warunków fizycznych procesu 

- 

inżynieria środowiska reakcji (środowisko niewodne, dwufazowe, ciecz nadkrytyczna) 

 

2.  Katalityczne biocząsteczki: 

- 

rybozymy  (RNA-zymy)- niektóre domeny natywnych cząsteczek RNA o właściwościach 
katalitycznych, opisane na poczatku lat 90 

- 

deoksyrybozymy  (DNA-zymy)- katalityczne DNA znalezione w kombinatoryjnych 
bibliotekach fragmentów jednoniciowych syntezowanych chemicznie i wyselekcjonowanych 
za pomocą metody Selex 

- 

abzymy- p/ciała katalityczne; immunizacja zwierząt doświadczalnych przy pomocy analogu 
stanu przejściowego jakiegoś substartu (p/ciała katalityczne); droga produkcja, około 100 
różnych reakcji (hydroliza, kondensacja, inne) 

 

W3 

 

ABZYMY (dodatkowo  seminarium) 
 
Są to katalityczne przeciwciała występujące w naturze. 
 

- 

mleko kobiet karmiących- abzymy o aktywności kinazy białkowej, rybonukleazy, 
deoksyrybonukleazy, 

α

-amylazy. 

 
- 

mikrozymy 

 

- 

masy molowe niższe niż 10 kDa 

 

- 

najmniejszy opisany enzym to mikroesteraza z Bacillus stearothermophilus 

(problemy z procedurą izolacji i oczyszczania) 

 

 

18 

- 

mikroesteraza z Candida lipolytica (5,7 kDa) 

- 

mikroproteaza z termofilnego szczepu Actinomyces sp. 

- 

mikrozym z archeabakterii Sulfolubus sulfataricus 

- 

metaloproteinaza z Grant Kurthia spirofornie (alkalofilna, termostabilna) 

- 

mikroesterazy z termofilnych grzybów (1530-5257 kDa) 

 
Mikrozymy są alternatywą dla rybozymów i abzymów. 
 
Jaka  jest  różnica  między  ekstermofilami  a  ekstremozymami?  (EGZAMIN) 
 

EKSTREMOZYMY 

 
Enzymy pochodzące z mikroorganizmów ekstremofilnych. 
 
Termofile : T

opt

 

>

 45

°

C 

- 

hipertermofile : T

opt

 

>

 85

°

C 

- 

psychrofile : T

min

 

<

 0

°

C 

- 

acidofile : pH 

<

 2 

- 

alkalofile : pH 

>

 10 

- 

barofile : p 

>

 1 atm 

- 

halofile : NaCl 4-5 M 

- 

metalofile : odpowiednie metale ciężkie 

- 

mikroaerofile : O

2

 

<

 21% 

- 

enetektofile : mikroorganizmy żyjące w eutektycznej warstwie lodu (lód typu 4) 

 
Badania zaawansowane prowadzone są na termozymach. 
 
Komercyjny sukces: fag polimerazy z Thermus agnaticus (Pyrococcus furiosus): 
termofilne amylazy, ksylanazy, proteazy (produkcja glukozy i fruktozy ze skrobi, bielenie mas 
papierniczych, browarnictwo, detergenty piorące). 
 
Etap wdrażania:  
- 

pullulanaza z Thermococcus aggregans 

- 

hydrataza nitrylowa z Bacillus pallidens 

W3 

- 

termoacydofilna esteraza z Bacillus acidocaldavirus 

- 

termostabilne lipazy z Bacillus thermocatemulants 

 
Badane psychrofile:  
- 

lipaza z Candida autarctica 

- 

antarktyczna mletylizyna z TA41 (muteina 3G7-3 cykle ukierunkowanej ewolucji  

in vitro, wymiana 7 aminokwasów, 500-krotny wzrost termostabilności w 60

°

C, przesunięcie 

T

top

)- detergenty piorące 

- 

psychrofilne  oksydorektuazy- biosensory, bioremedacja skażonych ropopochodnymi 
związkami środowisk 

- 

lipazy i esterazy w środowiskach niewodnych (gęstość cząsteczki) 

- 

glikozydaza - w niskotemperaturowych roztworach hydrolizy (hydroliza laktozy w mleku i 
ściekach o dużej zawartości serwatki 

 
 Enzymy eutektofili- badanie metagenomu („środowiskowe  DNA”). 
 

Ukierunkowana  ewolucja  enzymów in vitro 

 

- 

opiera się na wykreowaniu dużej liczby wariantów wyjściowego białka katalitycznego i 
znalezienie wśród nich  docelowego ulepszonego enzymu; 

- 

stworzenie biblioteki wariantów genu enzymów (10

8

 – 10

12

 wariantów) i sprawdzenie czy 

każdy wariant ulega ekspresji; 

 
a.  Tworzenie biblioteki genów: 
- 

metody nierekombinacyjne 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

19 

o 

Ep-PCR (error-prone PCR) 

o 

mutacje chemiczne wyjściowego DNA 

o 

techniki inżynierii białkowej (ukierunkowane punktowe mutacje, mutacje poprzez 
nasycenie punktowe) 

o 

pasaże genów przez mutatorowe szczepy Escherichia coli 

- 

metody rekombinacyjne 

o 

„tasowanie genów” (DNA shuffling) 

o 

STEP (Stagered Extention Process) 

o 

RACHITT (Random Chimera Genesis On Transient Template) 

b.  Wiązanie genotypu z fenotypem: 
- 

ekspozycja na fagu (białko fuzyjne z białkiem płaszcza wirusa) 

- 

ekspozycja na powierzchni komórki drożdżowej (2002 r.) 

- 

ekspozycja na  rybosomie (rybosom – m-RNA – białko = kompleks) 

- 

ekspozycja na m-RNA 

- 

kompertmentacja in vitro (jeden gen w kropelce wody; inertny) 

c.  Sortowanie biblioteki wariantów zmutowanego genu fizycznie związanego z enzymem jako 

produktem jego ekspresji 

- 

selekcja (ważna) 

- 

skrining  wysokorpzepustowy  

o 

QUEST (obecny polimeryczne aktywator transkrypcji) 

o 

FAS (pomiar fluorescencji klonów zawierających różne warianty genów enzymu)  

d.  Dotychczasowe osiągnięcia DE: 
- 

zmieniona peroksydaza cytochromowu C 

W3 

- 

Escherichia coli 

β

- galaktozydaza 

→

 

β

- glukozydaza 

- 

lipaza  Staphylococcus aureus 

→

 fosfolipaza 

- 

dehydrogenaza 3-izopropylojabłczan (zwiększenie aktywności) 

- 

fragment DNA (biblioteka genów hipertemofilnego Pyrococcus furiosus) 

o 

aktywność 

β

-laktamazy 

- 

inżynierowanie szlakami metabolicznymi (biosynteza karotenoidów) 

- 

modyfikacje DE (3-indolo-glicerol) 

o 

izomeraza fosforybozylo antranilanu 

 
 

Nowe  postacie  preparatów enzymów 

 

- 

biokatalityczny plastik złoża do bioreaktorów  

- 

enzymy zamykane w hybrydowych kompozytach organiczno- nieorganicznych 

- 

biokatalizator zamykany w sieci polimeru wraz z cząsteczkami magnetytu (złoża do reaktorów 
fluidalnych) 

- 

sieciowanie kryształów enzymów  (CLESs) 

- 

usieciowane agregaty białek enzymatycznych (CLEAs) 

 

Inżynierowanie  środowiskiem  reakcji 

 

- 

ciecze jonowe- sole występujące w temperaturze otoczenia w stanie ciekłym (ciekłe w 
temperaturze T

>

300

°

C, rozpuszczają się w nich różne związki, organiczne i nieorganiczne 

polimery; wysoka polarność, znikome ciśnienie par, doskonała kwasowość Lewisa Bronsteda, 
recykling) stosowane w laboratorium w procesach transestryfikacji, alkoholizy, amonolizy, 
rozdziale racematów P-chiralnych  hydroksymetanofosfonatów, syntezie aspartamu (przy 
udziale termolizyny) 

- 

rozpuszczalniki nadfluoranowe 

 

Biokataliza  i  biosynteza  kombinatoryjna 

 

- 

biokataliza kombinatoryjna jest techniką stosowaną w celu stworzenia bibliotek produktów 
naturalnych lub syntetycznych 

o 

lipaza z Candida antarctica (biblioteka 24 estrów; 4 alkohole + 6 estrów) 

- 

biosynteza kombinatoryjna to przetwarzanie lub inżynierowanie naturalnymi szlakami 
metabolicznymi aby otrzymać analogi produktów naturalnych 

 

20 

o 

nowe makrolidy- manipulacje na poziomie syntezy poliketydylowej 

o 

karotenoidy 

 
 

ANTYBIOTYKI 

 
1928 r. – początek ery antybiotyków 
1942 r. – definicje antybiotyków S.A.Waksman „... antybiotyki są to substancje chemiczne 
wytwarzane przez mikroorganizmy i mające w dużych rozcieńczeniach zdolność zabijania lub 
hamowania  wzrostu innych  drobnoustrojów...” 
 
 
 

W3 

 

DEFINICJA WSPÓŁCZESNA 
 

Makrocząsteczkowe substancje naturalne, najczęściej pochodzenia drobnoustrojowego lub ich 
półsyntetyczne modyfikacje albo syntetyczne analogi, które w małym stężeniu działają wybiórczo 
na struktury i procesy biologiczne hamujące wzrost lub rozmnażanie komórek. 
 

PODZIAŁ ZE WZGLĘDU NA BUDOWĘ CHEMICZNĄ 

 

- 

pochodne aminokwasów, np.: 

o 

β

-laktamy 

o 

antybiotyki polipeptydowe 

o 

antybiotyki glikopeptydowe 

o 

antybiotyki lipopeptydowe 

- 

pochodne cukrów, np.: 

o 

aminoglikozydy 

o 

glikolipidy 

- 

antybiotyki makrocykliczne 

- 

chinony i ich pochodne, np.: 

o 

antracykliny 

- 

inne (pochodne cykloalkanów, nukleozydy, polietery aromatyczne, fosfoniany, steroidy) 

 

PODZIAŁ ZE WZGLĘDU NA WŁAŚCIWOŚCI BAKTERIOBÓJCZE I 

BAKTERIOSTATYCZNE 

 

Antybiotyki 

β-laktamowe – penicyliny 

 
TYP PENICYLINY 

ŁAŃCUCH BOCZNY 

PREKURSOR 

benzylowa (penicylina G) 

CH

2

CO

 

kwas  fenylooctowy 

hydroksybenzylowa  (X) 

CH

2

O

H

CO

 

kwas  hydroksyfenylooctowy 

pentylowa (F) 

CO

 

kwas 3-heksynowy 

fenoksymetylowa  (V) 

O

CH

2

CO

 

kwas  fenoksyoctowy 

n-heptylowa (K) 

CO

 

kwas  karpylowy 

 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

21 

Penicylina G - pierwszy naturalny antybiotyk 

β

-laktamowy o bardzo dobrej aktywności wobec 

ziarenkowców, Gram (+), wywiera działanie bakteriobójcze; nie jest stabilna w roztworach 
wodnych, więc nie może być podawana doustnie. 
 

W3 

Penicylina V- podobne spectrum  aktywności- nieaktywna w stosunku do gronkowców; podawana 
doustnie. 

AKTYWNOŚĆ: 

 
 

 
Penicyliny degradowane są przez 

β

-laktamazy. 

 
Inhibitory 

β

-laktamaz: kwas klawulanowy, sublaktam, tiazolaktam. 

 
JAK DZIAŁA PENICYLINA? 
 
Blokuje ostatni etap biosyntezy bakteryjnej ściany komórkowej (tworzenie poprzecznych wiązań 
pomiędzy różnymi łańcuchami peptydoglikanu). Jej bezpośrednim celem jest transpeptydaza 
glikopeptydowa (mimikra molekularna). 
 
PROCES PRODUKCJI PENICYLIN: 
 

1.  Liofilizowane spory szczepu produkcyjnego. 
2.  Hodowle na skosach agarowych. 
3.  Kultury wegetatywne w kolbach stożkowych. 
4.  Namnażanie biomasy. 
5.  Właściwy proces syntezy (dozowanie odpowiednich składników i prekursorów, 

izolacja, oczyszczanie). 

 
PROCES BIOSYNTEZY PENICYLIN (II fazy): 
 

I. 

trofofaza- namnażanie grzybni (30-40 h), szybka asymilacja składników 
podłoża, temperatura 27-24

°

C; 

II. 

idiofaza- właściwa faza produkcji 

 
WYODRĘBNIANIE PRODUKTU I OCZYSZCZANIE: 
 

A.  oddzielenie grzybni od płynu pohodowlanego, filtracja; 
B.  ekstrakcja rozpuszczalnikami w układzie ciecz-ciecz; 
C.  chromatografia kolumnowa (węgiel aktywny); 
D.  krystalizacja, suszenie i inne czynności prowadzące do otrzymania 

farmaceutyku 

 

Penicyliny  semisyntetyczne 

 
Penicyliny półsyntetyczne zostały wprowadzone do lecznictwa pod koniec lat 50. Niektóre z nich 
mają wąski zakres działania, np.: 
- 

p/gronkowcowe (Oksacylina, Kloksacylina, Metycylina, Nafcylina) 

- 

szeroki zakres (Ampicylina, Amoksycylina, Piperacylina) 

Najbardziej znanym antybiotykiem tej grupy jest Ampicylina, która jako pierwsza była 
wprowadzona do lecznictwa. Następcą Ampicyliny jest Amoksycylin, która wykazuje znacznie 
lepszą aktywność i korzystniejsze właściwości farmakokinetyczne. 
 

W3 

W ostatnich latach pojawiły się skuteczne preparaty, łączące penicylinę półsyntetyczną z 
inhibitorem 

β

-laktamaz. 

 

Penicylina G 

1667 mg

-1

 

Penicylina V 

1595 mg

-1

 

 

22 

Połączenie to rozszerza zakres działania penicylin na bakterie wytwarzające 

β

-laktamazy. 

Przykładem takich połączonych leków jest amoksycylina z kwasem klawulanowym, ampicylina z 
sublaktamem czy piperocylina z tazolaktamem. 

 

N

S

O

CH

3

CH

3

COOH

N

C

R

H

O

acylaza, H

2

O

N

S

O

CH

3

CH

3

COOH

2

HN

 

 
 

 

6APA 

 

 
 

metody chemiczne

S

CH

3

CH

3

COOH

O

N

N

RCO

RCO

diacylopenicylina

penicylina G (V)

 

 
 
Jak  się  otrzymuje  semisyntetyczne  penicyliny?  (E) 
 

NOWE ANTYBIOTYKI 

β-LAKTAMOWE 

 
Thienamycyna- Streptomyces cattleya szerokie spektrum działania (Gram +, Gram -); odporny na 
działanie 

β

-laktamaz. 

 

COOH

O

N

SCH

2

CH

2

NH

2

H

H

O

H

3

HC

 

 
Kwas  klawulanowy- Strepotmyces sp.; inhibitor 

β

-laktamaz. 

 
Epithienamycyny  (kwas  oliwanowy)  Streptomyces olivaceus; aktywne wobec Gram (-); 
inhibitory 

β

-laktamaz. 

 
 

W3 

Nocardicyny- Nocardia sp.; monocykliczne 

β

-laktamy, np.: 

- 

nocardicyna A (aktywna przeciwko Gram - , nietoksyczna, stabilna w roztworach wodnych, 
odporna na 

β

-laktamazy) 

 
Cefalosporyny 
 
Wzory  strukturalne  penicylin,  Thienamycyny  (E). 
 

Antybiotyki  aminoglikozydowe 

 
Aminocukier + aminocyklitol 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

23 

 
Produkty naturalne : Streptomycyna, Neomycyna, Kanamycyna, Gentamycyna 
Produkty semisyntetyczne: Dibekacyna, Amikacyna 
 
PODZIAŁ  ANTYBIOTYKÓW  AMINOGLIKOZYDOWYCH 
 

- 

aminocyklitol jest pochodną streptaminy- streptomycyna 

- 

aminocyklitol jest pochodną  

 
Bardzo silne antybiotyki. Szerokie spektrum działania- działanie bakteriobójcze. Aktywne przeciw 
Escherichia coli, Klebsiella sp, Proteus sp, Enterobacter enterococcus, Pseudomonas aeruginosa, 
Staphylococcus aureus. Nieaktywne wobec Streptococcus sp., bakterii beztlenowych, grzybów, 
wirusów i pierwotniaków. Odporność na te antybiotyki powstaje powoli wśród bakterii 
 
MECHANIZM  DZIAŁANIA 
 
Działają na poziomie biosyntezy białka – rybosom  70S. 
 
Streptomycyna- podjednostka 30S, wiązanie terminalnego RNA z rybosomami (inicjacja biosyntezy 
białka), błędna odczytanie m-RNA . 
 
Gentamycyna, Neomycyna, Kanamycyna- dezorganizacja miejsca dekodowania, blokada splicingu 
autokatalitycznego grupy I intronów. 
 
TOKSYCZNOŚĆ: narządy słuchu, nerki. 
 
Oporność na antybiotyki aminoglikozydowe może być spowodowana: 

- 

zmianami w przepuszczalności błony komórkowej 

- 

mutacjami 30S 

- 

enzymami modyfikującymi antybiotyki 

 

W4 

STREPTOMYCYNY 
 
Rodzina antybiotyków: 

- 

Streptomycyna 

- 

Mannozylostreptomycyna 

- 

Dihydrostreptomycyna 

- 

Mannozylodihydrostreptomycyna 

- 

N-demetylostreptomycyna 

- 

Hydroksystreptomycyna 

 
PROCES WYTWARZANIA STREPTOMYCYNY: 
 
1967 r. –Singh et all opis procesu laboratoryjnego 

- 

Streptomyces griseus DTH

2

 – liofilizowane spory zmieszane z ziemią zostają umieszczone na 

płytkach Petriego lub butelkach Rouxa z agarem sojowym, inkubacja 2-3 tyg, w temp. 27

°

C 

- 

inokulum  

o 

I etap: kultury wegetatywne; 0,5-2 l kolby Erlenmayera, sojowe podłoże A 

o 

II etap: fermentator 5 l, sojowe podłoże B 

- 

proces  właściwy- fermentator produkcyjny, podłoże B, pH 7-6,5-7,5, mieszanie, 
napowietrzanie (trofofaza, idiofaza) 

- 

oczyszczanie: 

o 

zawiesina  pohodowlana 

o 

filtracja lub odwirowanie – przesącz (50 m

3

, 5,5 g/cm) 

o 

+ 50 m

3

 H

2

O 

o 

chromatografia  jonowymienna 

o 

wymywanie związku EDTA, woda nasycona CO

2

, 2,5 M H

2

SO

4

 

o 

wodny roztwór siarczanu streptomycyny (2700 l, 90 g/cm) 

o 

dekoloryzacja na węglu aktywnym 

o 

zagęszczanie pod próżnią 

 

24 

o 

suszenie 

o 

275 kg siarczanu streptomycyny 98% czystości 

 
POSZUKIWANIE  NOWYCH  AMINOGLIKOZYDÓW 
 
- 

skrining + inżynieria genetyczna 

- 

mutageneza 

- 

modyfikacje chemiczne lub enzymatyczne 

- 

synteza chemiczna 

 
 
CEFALOSPORYNY 
 
Antybiotyki 

β

-laktamowe produkowane przez Cephalosporium (grzyb). Mechanizm działania 

analogiczny do penicylin (hamuje syntezę białka...). Poszczególne generacje cefalosporyn różnią 
się przenikalnością do OUN i odpornością w stosunku do 

β

-laktamaz. 

 
Proces wytwarzania FBC (Feed Batch Culture). W lecznictwie stosuje się ponad 50 cefalosporyn. 

W4 

 

N

S

COOH

O

CH

2

OCOCH

3

N

S

COOH

O

N

H

2

CH

2

OCOCH

3

H

2

NCHCOOH(CH

2

)

3

CCOHN

cefalosporyna

ACA

 
 
CEFAMYCYNY 
 

N

S

O

COOH

CH

2

OCOCH

3

H

2

NCHCOOH(CH

2

)

3

COHN

OMe

 

 
Cefamycyna C- Nocardia lactamdurans, Streptomyces clavuligerus; trwałe 
 
Gram (-)- oporne na 

β

-laktamazy 

 
Cefoksytyna- zmodyfikowana cefamycyna (grupa  tienacetylowa). 
 
 
LINKOZAMIDY 
 
Linkomycyna- Streptomyces lincolnensis, metylotioaminocukier + aminokwas, Gram (+) 
(Staphylococcus sp., Diplococcus sp. ) oraz beztlenowce; dobra przenikalność do tkanek i kości; 
działanie- hamowanie biosyntezy białka 50S. 
 
 
ANTYBIOTYKI PEPTYDOWE 
 
Blastycydyna S-  Pyricularia oryzae, Streptomyces sp., rolnictwo 
 
Bleomycyna, Bestatyna – terapia  p/nowotworowa 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

25 

- 

Bleomycyna- hamowanie syntezy  białek kwasów nukleinowych 

- 

Bestatyna- hamuje aminopeptydazy 

 
 
 
ZWIĄZKI P/NOWOTWOROWE 
 
Rośliny, mikroorganizmy, ssacze kultury tkankowe. Trudności przy procesie produkcji: 
toksyczność, wydzielanie, oczyszczanie; detoksyfikacja ścieków. 

W4 

1.  Poszukiwanie i izolacja odpowiednich produktów- izolacja produktu. 
2.  Preskrining – linie P388 mysiej leukemii. 
3.  Testy in vitro sposób podania leku. 
4.  I faza badań klinicznych. 
5.  II faza badań klinicznych. 
6.  III i IV faza badań klinicznych. 
 
Bezpieczeństwo przy produkcji leków cytotoksycznych- bariery biologiczne, filtry HEPA, 
czujniki, blokady, detoksyfikacja ścieków. 
 
ANTRACYKLINY 
 
Należą do najszerzej używanych związków p/nowotworowych.  
Budowa: chromofor antrachinowy podstawiony jednym lub więcej cukrem. 
 
Dannorubicyna  (Daunomycyna)- Streptomyces coeruleorubidus 
Doksorubicyna  (Adriamycyna)- mutant; Streptomyces peucetius; szerokie spektrum działania 
 
PROCES PRODUKCJI DAUNOMYCYNY 
 
Streptomyces peucetius, glikozyd, 60-70 

µ

g/ml daunomycyny, 5-15 

µ

g/ml adriamycyny. 

 
METODA I: 
Skosy agarowe (10 dni, 26-27

°

C), kultury w kolbach (2 dni, mieszanie, napowietrzanie), 800 l 

fermentator (28

°

C, 67 h). 

 
METODA II: 
Kultury w 4 l kolbach (zamrożone mycelia, 28

°

C, 2,5 dnia), 100 l fermentator (30

°

C, 24h), 1000 l 

fermentator (12 dni), 10000 l fermentator (7-10 dni). 
 
PROCES PRODUKCJI ADRIAMYCYNY 
 
Agarowe skosy (26-27

°

C, 10 dni), homogenizacja zaszczepu i zawieszenie w wodzie, kultury w 

kolbach (48 h), wytrząsanie (28

°

C), 800 l fermentator (27

°

C, 67-145

°

C). 

 
 

ANTYBIOTYKI NUKLEOZYDOWE 
 
Najsilniejsze czynniki cytotoksyczne, hamują biosyntezę kwasów nukleinowych i białek, wykazują 
aktywność  antybiotyczną,  antywirusową,  immunosupresyjną. 
 
Produkcja: Streptomyces sp., Nocardia sp. 
 
Enzymy cytotoksyczne:  
L-asparaginaza- hamuje asparaginozależną biosyntezę białka i ewentualnie kwasów nukleinowych; 
limfocytowa leukemia u dzieci. 
 
 

W4 

CO JESZCZE BIOTECHNOLOGIA DAJE MEDYCYNIE? 

 

26 

 
PRZECIWCIAŁA MONOKLONALNE 

- 

diagnostyka, terapia chorób zakaźnych 

- 

badanie właściwości antygenowych białek 

- 

charakterystyka  wirusów 

- 

transplantacja organów 

 
KONIUGATY PRZECIWCIAŁO-LEK 

- 

indukowane wirusem  komórki nowotworowe  (limfoma myszy) 

- 

produkcja przeciwciał kozich (infekcja co 5 dni) 

- 

surowica- wysalanie 33% siarczanem amonu 

- 

frakcje immunoglobulin- odwirowanie, rozpuszczenie w buforze 

- 

trawienie pepsyną, 0,1 M octan sodu, pH 4,5, 16 h, 37

°

C 

- 

fragmenty (Fab)

2

 

- 

lek w postaci utlenionej, kowalencyjne wiązanie typu zasady Schiffa 

- 

redukcja i stabilizacja wiązania p/ciało-lek (HBr) 

- 

gotowy koniugat (2-10 moli leku / 1 mol p/ciała) 

 
SIDEROFORY 
 
Makroelementy – fosfor, wapń, magnez, potas, sód, żelazo. 
 
Fe

3+

 - warunki tlenowe    Fe

2+

 - warunki

 

beztlenowe 

 
Rola żelaza w organizmach żywych (mikroorganizmy) 
 
Skład komórki 

niedobór żelaza powoduje zahamowanie wzrostu, zmniejszenie 
syntezy kwasów nukleinowych, hamowanie sporulacji, zmiany 
morfologii komórki 

Metabolizm 

procesy wymagające żelaza: CKT, transport elektronów, fosforylacja 
oksydacyjna, wiązanie azotu, biosynteza aminokwasów 
aromatycznych, fotosynteza 

Produkty metabolizmu 

biosynteza porfiryn, toksyn, witamin, antybiotyków, pigmentów, 
kwasów nukleinowych (regulowane żelazem) 

Białka i enzymy wymagające 
żelaza 

peroksydazy, dysmutazy nadtlenkowe, nitrogenazy, hydrogenazy 
syntaza glutaminy, cytochromy, ferrodoksyna, flawoproteiny 

 
Mikroorganizmy wykształciły specjalne mechanizmy umożliwiające pobieranie żelaza ze środowiska. 
 
zewnątrz                            błona komórkowa                    wewnątrz 
 
enterobaktyna 

 

←

 

  enterobaktyna (synteza de novo) 

 

↓

Fe

3+ 

 

 

↓

Fe

2+

 

ferri-enterobaktyna 

 

→

 

produkty hydrolizy 

 
rozpuszczanie 

 

transport 

 asymilacja 

W4 

CECHY SIDEROFORÓW 
 

- 

substancje niskocząsteczkowe (względna masa cząsteczkowa mniejsza 1500) 

- 

rozpuszczalne w wodzie 

- 

wiążą żelazo z wysoką swoistością i powinowactwem (stała stabilność 10

30

) 

- 

związki fenolowe lub hydroksomaty 

 
 
enterobaktyna- bakteria jelitowe 
ferichromy- grzyby 
ferrioksoamina- promieniowce 
egzochelina- bakteria śluzowe 
 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

27 

Drobnoustroje wytwarzają siderofory zazwyczaj wtedy, gdy nikła dostępność żelaza ogranicza ich 
wzrost. Siderofory mogą posiadać aktywność antybiotyczną: sideromycyna, albomycyna, ferrimycyna. 
Produkcja przemysłowa sideroforów jest trudna. Siderofor produkowany na skalę przemysłową: 
deksterioksamina (Desferal) produkowany przez Streptomyces pilosus. 
 
WYKORZYSTANIE  SIDEROFORÓW 
 

- 

zatrucia żelazem- terapia chelatowa (cechy dobrego chelatora: łatwość produkcji, 
efektywność, specyficzność, toksyczność, dostęp do puli); 

- 

hemochromatoza 

- 

 usuwanie toksycznych metali z organizmu 

- 

zastosowanie pozamedyczne: rolnictwo (Pseudomonas putida- pseudobaktyna; Rhizobium)  

 
 
FERMENTACJA STEROLI  
 
Steran- 4-pierścieniowy system  cyklopentanoperhydrofenantrenu. 
 
Hormony  sterydowe – ważna funkcja metaboliczna. 
 
Przemysł – leki. 
 

STERAN

O

H

CHOLESTEROL

 

wypchnięte przez analogi półsyntetyczne 

W4 

Analogi półsyntetyczne: 

- 

diosgenina (Discorea mexicana, Discorea composita) 

- 

stygmasterol 

- 

β

- i 

γ

- sitosterole (nasiona soi, bawełny i trzciny cukrowej) 

 
 
 

O

H

O

O

CH

3

DIOSGENINA

 

 

 

28 

O

H

SITOSTEROL

 

 

SITOSTEROL

HO

 

 
 
 
 
 
 
 

W4 

O

H

STYGMASTEROL

 

 
MIKROBIOLOGICZNA KONWERSJA STEROLI OBEJMUJE: 
 

- 

dehydrogenację 

- 

epoksydację 

- 

estryfikację 

- 

izomeryzacje 

- 

hydrolizę acetali 

- 

hydrolizę estrów 

- 

hydrolizę epoksydów 

- 

hydroksylację 

- 

utlenianie alkoholi i ketonów 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

29 

- 

redukcja ketonów i podwójnych wiązań 

 
REAKCJE O ZNACZENIU PRZEMYSŁOWYM 
 

1.  Hydroksylowanie w pozycji 11

α

 i 11

β

, np. hydroksylowanie progesteronu w pozycji 11

α

 

 

O

O

PROGESTERON

O

O

HYDROKSYPROGESTERON

 
 
produkty uboczne: 6-

α

-, 11-

β

-dihydroksyprogesteron 

   
Rhizopus arrhizus, Rhizopus nigricans, Aspergillus ochraceus 
 
 

W4 

O

OH

O

H

ZWIAZEK S

 

 
Currularia lunata, Cunninghamella blakestleeana 
 
MECHANIZM REAKCJI  HYDROKSYLOWANIA- polega na wprowadzeniu jednego atomu tlenu 
cząsteczkowego do substratu przy udziale specyficznych oksygenaz i redukcji drugiego do H

2

O. 

 
steroid                                steroid OH 
 

 

 
enzym-FeO

2+

 

enzym - Fe

2+ 

 
NADP

+

 

NADPH + H

+

 

 
 

H

2

O                  O

2

 

 
 

2.  Dehydrogenacja w pozycji 

∆

1

 

 
Arthrobacter simplex, Bacillus sphaericus, Nocardia restricus, Septomyxa affinis, Fusarium solani 
 
 
 
 

 

30 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 

W4 

3.  hydroksylowanie w pozycji 16-

α

. 

 

O

OH

O

H

O

F

OH

fluorohydrokortyzon

O

OH

O

H

O

F

OH

OH

hydroksy-  -fluoro-  -metylohydrokortyzon

 
Streptomyces argenteolus 
 
4.  Modyfikacje łańcuchów bocznych. 
 
Nocardia sp., Streptomyces sp., Arthrobacter sp., Mycobacterium sp. 
 
Grupa ketonowa (C-17) oraz grupa karboksylowa (C-20). 
 
PROCES FERMENTACJI STEROIDÓW 
 
Produkty o znaczeniu komercyjnym: 
- 

kortyzon 

- 

hydrokortyzon 

- 

testosteron 

- 

testolakton 

- 

flokortolon 

- 

preolnizon 

- 

preolnizolon 

 
 
BIOTECHNOLOGIA SZTUCZNYCH KOMÓREK 
 
Błony komórki sztucznej: 

- 

półprzepuszczalna 

- 

grubość 0,002 

µ

m – 1,8 nm 

- 

uzyskuje się w procesie emulsyfikacji a następnie polimeryzacji międzyfazowej (silastik, 
octan celulozy, nylon polietyloaminowy, materiały biodegradowalne). 

 
Zamykanie systemów enzymatycznych wymagających systemu regeneracji kofaktora: 

- 

heksokinaza i kinaza pirogronianowa (regeneracja ATP) 

o 

glukoza 

→

  glukozo-6P 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

31 

o 

fosfoenolopirogronian 

→

 pirogronian 

- 

dehydrogenaza alkoholowa i dehydrogenaza jabłczanowa (NAD

+

 

→

 NADH) 

- 

ureaza, dehydrogenaza glutaminianowa, dehydrogenaza glukozo-6P (mocznik 

→

 amoniak 

→

 

α

-ketoglutaran) 

W4 

 
Sztuczne komórki zawierające komórki biologiczne i inny materiał biologiczny: 

- 

sztuczne organy 

o 

powierzchnia wymiany 33 ml śr 0,1 mm 

→

 2 m 

2

 

o 

przepuszczalność 0,002 

µ

m 

→

 20 

µ

m 

- 

detoksyfikatory krwi 

- 

sztuczna wątroba 

- 

sztuczna nerka 

- 

substytuty  krwi 

 
NOWE TRENDY BIOTECHNOLOGII DLA MEDYCYNY 
 

- 

1990 r.- Humane Genome Project USA 

- 

Functional Genomics, FunctIonal Proteomics 

- 

technologia rekombinacji DNA 

- 

inżynieria białka – wykorzystanie organizmów  transgenicznych 

- 

systemy  ekspresji: 

o 

prokariotyczny system ekspresji Escherichia coli 

o 

eukariotyczny system ekspresji (Sacharomyces cerevisiae, Pichia pastoris) 

o 

systemy  ekspresji oparte na hodowlach komórek ssaków (chomik, małpa) 

o 

hodowle owadzie (system bakulowirusa, Drosphilla melanogaster) 

o 

ekspresja heterologicznych białek w gruczołach mlecznych ssaków (myszy, króliki, 
owce, kozy, krowy) 

o 

systemy  roślinne 

- 

szczepionki (rekombinowane szczepionki antygenowe, hybrydowe szczepionki wirusowe i 
bakteryjne, antyidiotopowe, hybrydowe, białkowe, antygenowe syntetyczne peptydy) 

- 

terapia genowa 

- 

strategia antysensu i rybozymowa 

- 

metody diagnostyczne 

 

W5 

BIOTECHNOLOGIA DLA MEDYCYNY – POLSKA 
 
Poznań, Łódź- techniki chemicznej syntezy genów i ich analogów 
 

- 

zespół prof. W. Markiewicza (JChB PAN Poznań)- nowe biblioteki kombinatoryjne 

- 

zespół A. Legockiego (JChB PAN Poznań)- ekspresja immunogennego białka 
powierzchniowego HBV w transgenicznych roślinach jadalnych 

- 

zespół B. Szewczyk (UG-AMG Gdańsk)- system bakulowirusa do ekspresji heterologicznych 
białek (antygenów białkowych wirusów grypy  oraz opryszczki) 

- 

AM Łódź- Escherichia coli (czynniki nekrozy  nowotworów) 

 
 
BROWARNICTWO 
 
Egipcjanie praktykowali warzenie piwa już 6000 lat temu. Narody wschodu potrafiły otrzymywać 
napoje fermentowane z ryżu. 
 
1643 r.- król Karol I opodatkował produkcję piwa 
XIX w.- Niemcy; produkcja i eksport 
XIX w.- L. Pasteur; badania mające na celu udoskonalenie francuskich technologii produkcji piwa 
(1889 r. francuski kongres browarników) 
1883 r.- E. Hansen; czyste szczepy drożdży 
 
 

 

32 

SŁÓD 
 

- 

otrzymywany z jęczmienia browarnego (odpowiednie odmiany) 

- 

produkcja słodu (wytworzenie i uaktywnienie enzymów ziarna koniecznych do rozkładu 
skrobi i białek) obejmuje: 

o 

moczenie ziarna jęczmienia 

o 

kiełkowanie 

o 

suszenie 

- 

podział słodów: 

o 

jasne (pilzneńskie) 

o 

ciemne (monachijskie) 

 
CHMIEL 
 

- 

przyprawa 

- 

rozdzielnopłciowa bylina (Humulus lupus) 

- 

kwiatostany żeńskie: gorzkie żywice (goryczka); olejki chmielowe (składniki aromatyczne) 

- 

stosowano suszone szyszki chmielowe (chmiel naturalny siarkowany w balotach) 

- 

stosuje się preparaty chmielowe: proszki, granulaty, ekstrakty 

- 

rodzaje chmielu: 

o 

 

- 

14-21% żywice chmielowe: walory smakowe poprawiające stabilność piany, właściwości 
bakteriobójcze 

- 

200 g/l piwa (słodu 100 razy więcej) 

W5 

WODA 
 
- 

zużycie wody w browarze: 3,7-10,9 hl/hl wyprodukowanego piwa 

- 

woda- zacieranie 

- 

alkaliczność resztkowa- różnice pomiędzy właściwościami alkalizującymi anionów (HCO

3

_

), 

a właściwościami zakwaszającymi kationów (Ca

2+

, Mg

2+

) 

- 

piwa pilzneńskie- AR

<

5

°

n 

- 

jony wpływające ujemnie na proces produkcji: Fe

2+

, Fe

3+

, Mn

2+

, NO

3

-

, SiO

3

-

, SO

4

2-

 

- 

systemy uzdatniania wody: (Ca

2+

) 

 
DODATKI  NIESŁODOWANE 
 

- 

źródło węglowodanów: 15-20% dodatek do słodu 

- 

kukurydza, śruta, płatki, skrobia, syrop kukurydziany, ryż, jęczmień, sorgo, pszenica, cukier 

- 

preparaty enzymatyczne, stabilizujące, filtrujące 

 
DROŻDŻE 
 

- 

mikroorganizmy odgrywają pierwszoplanową rolę w produkcji piwa 

- 

Polska- wyłącznie drożdże; Niemcy, Belgia- bakteria (mlekowe): 

o 

drożdże- wytwarzanie alkoholu, substancji chromatycznych, obniżenie pH brzeczki 

o 

bakterie- obniżenie kwasowości brzeczki  

- 

drożdże dolnej fermentacji 

- 

drożdże górnej fermentacji- Sacharomyces cerevisiae 

- 

dzikie drożdże – Sacharomyces pastorianus, Torulopsis (stęchły smak i zapach) 

 
ETAPY PRODUKCJI PIWA 
 

1.  Przygotowanie słodu: 

a.  usunięcie kiełków 
b.  5-6 tyg. odleżenia 

2.  Mielenie słodu 

a.  przygotowanie słodu do procesu zacierania 
b.  celem mielenia jest ułatwienie rozpuszczenia składników ekstraktywnych słodu w 

wodzie i pobudzenie działania enzymów; stworzenie materiału do budowy warstwy 
filtracyjnej brzeczki w kadzi fermentacyjnej 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

33 

c.  najmniejsze rozdrobnienie łuski, największe rozdrobnienie bielma 

3.  Zacieranie 

a.  ma na celu wyprodukowanie brzeczki (surowiec i podłoże dla mikrobów) 
b.  I faza – przechodzą do roztworu substancje rozpuszczalne słodu powstałe na skutek 

enzymatycznych przemian bielma w czasie kiełkowania 

c.  II faza – hydroliza skrobi w temp. 35-75

°

C (maltoza i dekstryny graniczne); hydroliza 

białek w temp. 48-55

°

C; 50

°

C przerwa białkowa 

d.  typowy skład węglowodanów w typowej brzeczce: 44% maltoza, 31% dekstryny, 

11% maltotrioza, 9% glukoza, 3% sacharoza, 2% fruktoza 

4.  Filtracja brzeczki 
 

W5 

5.  Gotowanie brzeczki z chmielem 

a.  smak i aromat 
b.  ma na celu: 

i.  sterylizacja brzeczki 

ii.  wytrącanie osadów 

iii.  usuwanie niepożądanych składników 

iv.  ustalenie barwy 

v.  zakwaszenie i zagęszczenie brzeczki 

vi.  inaktywacja enzymów 

c.  dawkę chmielu ustala się na podstawie aktualnej zawartości „izo-związków” w 

chmielu oraz wymaganej zawartości w piwie 

d.  związki goryczkowe- „kwasy”, gotowanie formy „izo” (odpowiedni czas dodawania 

odpowiedniego rodzaju chmielu) 

6.  Usuwanie osadów gorących. 
7.  Chłodzenie i natlenianie brzeczki. 
8.  Usuwanie osadów zimnych. 
9.  Zadawanie drożdżami: 

a.  czysta kultura lub drożdże z wcześniejszych szarży 
b.  pielęgnacja drożdży: dekarboksylacja, przemywanie, przesiewanie, napowietrzanie, 

homogenizacja,  przechowywanie 

c.  przygotowanie do zaszczepu, napowietrzanie i mieszanie w celu ujednolicenia 

10.  Fermentacja: 

a.  konwersja cukrów brzeczki do etanolu i CO

2

 

b.  węglowodany  zużywane  w odpowiedniej kolejności 
c.  związki azotowe- aminokwasy, peptydy niskocząsteczkowe, zasady azotowe, 

purynowe  i  pirymidynowe 

d.  aminokwasy- wyższe alkohole alifatyczne i aromatyczne (Wal- diacetyl) 
e.  jony 
f.  temperatura 
g.  fermentacja dolna (8-10 dni) 
h.  fermentacja górna (2-3 dni) 
i.  fermentacja główna (burzliwa): 

i.  zaszczepienie 

ii.  faza krążków niskich 

iii.  faza krążków wysokich 

iv.  faza opadania krążków 

11.  Dojrzewanie piwa (leżakowanie): 

a.  dojrzewanie piwa (fermentacja wtórna) 
b.  zachodzi: nasycenie piwa CO

2

, sklarowanie piwa, uzyskanie odpowiedniego stopnia 

odfermentowania, wytworzenie właściwego bukietu smakowo-zapachowego 

c.  parametry  kontrolowane- temperatura, zawartość ekstraktu, zawartość CO

2

, zmiana 

pH, zawartość diacetylu, ilość osadów drożdżowych 

12.  Filtracja, karbonizacja, rozlew piwa. 

 
 
Piwa angielskie:  
ALE- owocowy  smak 
Lager- dolna fermentacja, złocista barwa 

 

34 

W5 

Porter- mocne, ciemne piwo 
 
Piwa niemieckie: 
Altbier- miedziana barwa, ze słodu jęczmiennego 
Bock- fermentacja dolna, mocne, sezonowe 
Eisbock- moc wzrasta dzięki procesowi mrożenia 
Weissbier- piwo pszennicze 
 
Piwa belgijskie: 
Guezue 
Saison 
 
Piwa holenderskie: 
Kruidenbier- piwo z przyprawami 
 
Piwa hiszpańskie: 
Oscura- ciemne piwo 
 
Produkcja  piwa- etapy (E) 
 
 
PRODUKCJA DROŻDŻY PIEKARSKICH 
 

- 

czołowe miejsce wśród przemysłów fermentacyjnych 

- 

piekarnictwo, dodatek żywieniowy (witaminy B, aminokwasy) 

- 

drożdże prasowane, suszone, suszone instant 

- 

drożdże fermentacji górnej Sacharomyces cerevisiae 

- 

cechy drożdży piekarskich: 

o 

wysoka,  właściwa szybkość  wzrostu 

o 

wysoka aktywność w procesie glikolizy 

o 

zdolność adaptacji do szybko zmieniających się substratów w pożywce hodowlanej 

o 

wysoka aktywność  inwertazy 

α

-glukozydazy, 

β

-fruktofuranozydazy 

o 

zdolność do wzrostu i syntezy enzymów i koenzymów zarówno w procesie tlenowym 
jak i beztlenowym 

o 

produkt- dobra trwałość w czasie przechowywania 

- 

przemysłowa produkcja drożdży piekarskich- prowadzenie kilkuetapowej hodowli tlenowej ze 
zwiększeniem objętości pożywki hodowlanej 

- 

brzeczka hodowlana- melasa, związki będące źródłem azotu i fosforu, witaminy (biotyna, 
kwas pantotenowy, inozytol, tiapirodoksyna, niacyna) 

- 

III etapy produkcji: 

o 

stadium czystych kultur 

o 

generacja I 

o 

generacja handlowa 

 

PRODUKCJA SCP (Single Cell Protein) 
 
- 

wykorzystywanie do produkcji białka 

- 

biomasa mikroorganizmów źródłem białka 

W5 

- 

wykorzystywana  przede wszystkim jako pasza dla zwierząt 

- 

SCP 

- 

korzyści z zastosowania: 

o 

bardzo szybki wzrost mikroorganizmów 

o 

możliwość modyfikacji genetycznej 

o 

odpady jako składnik pokarmowy 

 
 

1.  wytwarzanie SCP z węglowodanów: 
- 

węglowodory  aromatyczne Pseudomonas sp., Anthrobacter sp., Nocardia sp.,  

Candida sp., Torulopsis sp., Aspergillus sp., Penicillium sp. 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

35 

- 

n-oktadekan, n-heksadekan 

- 

produkcyjna hodowla odbywa się w warunkach silnego napowietrzenia pożywki w 
zemulgowanych  środowiskach 

- 

metan jako substrat dla mikroorganizmów 

2.  SCP z alkoholi 

a.  etanol i metanol 
b.  SCP  z metanolu- firma U.V.Hoechst (Niemcy), Mitshubishi (Japonia), Methylophilus 

methylotrophus, ICI (Anglia), Pseudomonas sp. 

c.  SCP z etanolu- Skonaft (Czechy), Amoco Foods (USA)- drożdże 

3.  SCP ze ścieków i odpadów przemysłowych: 
- 

wywary gorzelnicze, melasa, serwatka, poślady zbóż, korzenie, słoma, łuski, osady czynne 
biologicznych oczyszczalni ścieków 

- 

Szwecja- produkcja SCP z odpadów przemysłu krochmalniczego, mieszanka dwóch szczepów 
Endgmycopsis fibuligria, Candida utilis 

- 

Finlandia- produkcja z SCP z ługów posiarczanowych zbiałczonych przez Peacilomyces sp. 

- 

Anglia- Rank Haris McDougall wykorzystanie przemysłu rolno-spożywczego 

- 

odpady  lignino- celulozowe Clostridium thermocellum 

- 

Szwecja- rozkład lignin Sporotriculum pulvenilentum 

 
 
 

W6 

MLEKO = płynna wydzielina gruczołów mlecznych ssaków 
 

 

Skład chemiczny zależy od: 

• 

rasy krów  

• 

okresu laktacji 

• 

sposobu  odżywiania 

• 

pory roku, itp. 

 
SKŁADNIKI 

średnia zawartość % 

woda 

87,7 

tłuszcz 

3,4 

kazeina 

2,5 

inne białka 

0,7 

laktoza 

4,8 

kwas cytrynowy, witaminy A, B

1

, B

2

, B

6

, B

12

,biotyna, inozytol, cholina, 

kwasy:  pantotenowy, foliowy,  nikotynowy 

0,2 

popiół 

0,7 

 
Bakterie fermentacji mlekowej przetwarzają laktozę i kazeinę. 
 
LAKTOZA- cukier, może być w warunkach beztlenowych fermentowana z wydzieleniem głównie 
kwasu mlekowego, który w odpowiednim stężeniu ścina białka mleka powodując powstanie skrzepu. 
 
Niektóre szczepy bakterii są zdolne do hydrolizy białka mleka. 
 
PRODUKTY FERMENTACJI MLEKOWEJ: 

- 

diacetyl 

- 

aldehyd octowy 

- 

alkohol etylowy 

- 

kwas propionowy 

- 

kwas  mrówkowy 

- 

lotne kwasy tłuszczowe 

- 

alkohole 

- 

aceton 

- 

estry 

 

FERMENTACJA INDUKOWANA – STARTERY 

 
Funkcja bakterii fermentacji mlekowej: 

 

36 

- 

nadanie produktom specyficznych cech organoleptycznych (smak, aromat, konsystencja) 

- 

zwiększenie ich wartości odżywczych 

- 

zwiększenie przyswajalności składników mineralnych 

- 

stabilizacja biologiczna produktów (antagonistyczne właściwości bakterii mlekowych) 

 
 
 
 
 

W6 

Główne metabolity antagonistyczne: 

- 

kwasy organiczne- mlekowy, octowy, 2-pirolodono-5-karboksylowy 

- 

bakteriocyny- aktywne, głównie w stosunku do bakterii Gram (+) 

- 

enzymy- układ peroksydazy, lizozym 

- 

niskocząsteczkowe produkty przemiany materii: renteryna, diacetyl, aldehyd octowy, kwasy 
tłuszczowe 

- 

inne: H

2

O

2

 

 
PRODUKCJA SERÓW 
 
SERY produkty nabiałowe bogate w białko i tłuszcz, otrzymane na drodze koagulacji kazeiny, 
odpowiedniej obróbki skrzepu oraz przemian biochemicznych zwanych dojrzewaniem 
 

 
PODZIAŁ SERÓW PODPUSZCZKOWYCH: 
 
- 

twarde i półtwarde 

o 

typ szwajcarski (Ementaler, Grujer) 

o 

typ włoski (Orana, Parmezan) 

o 

typ holenderski (Edamski, Gouda) 

o 

typ szwajcarsko-holenderski 

o 

typ angielski (Chedar) 

o 

typ z masy parzonej (Oscypek) 

- 

miękkie 

o 

z porostem pleśniowym (Camembert, Brie) 

o 

z przerostem pleśniowym (Roquefort) 

o 

maziowe  (Limburski) 

o 

pomazankowe (Bryndza) 

 
PRZYGOTOWANIE MLEKA DO WYROBU SERÓW: 
 

- 

standaryzacja- białka/tłuszcze (P/F stały) 

- 

filtracja- 30

°

C, filtr bawełniany 

- 

klarownie- 32-38

°

C 

- 

usuwanie bakterii- 99% bakterii, 95% spor 

- 

subpasteryzacja- 63-65

°

C, schłodzenie 

- 

ultrafiltracja- sery miękkie 

- 

homogenizacja- rozbicie drobin tłuszczu 

- 

pasteryzacja- całkowite zabicie drobnoustrojów i inaktywacja enzymów 63

°

C, 30 min. lub 

72

°

C, 16 s. 

 
DODATKI DO MLEKA: 
 

- 

CaCl

2

 

- 

azotany 

- 

barwniki 

- 

H

2

O

2

 

- 

lipazy 

 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

37 

W6 

PRODUKCJA SERÓW PODPUSZCZKOWYCH: 

- 

przygotowanie mleka do przerobu 

- 

przygotowanie i dodatek zakwasu lub preparatu bakterii fermentacji mlekowej 

- 

przygotowanie i zaprawienie mleka podpuszczką lub innym preparatem koagulacyjnym 

- 

obróbka skrzepu i gęstwy 

- 

formowanie  serów 

- 

ociekanie i prasownie 

- 

solenie 

- 

dojrzewanie i pielęgnacja serów 

 

SERY TWARDE 

 
Mleko (30-32

°

C) + CaCl

2

 +  saletra potasowa + zakwas 

 
Zadaniem zakwasu dodawanego do mleka w ilości 0,3-2% jest prawidłowe ukierunkowanie procesów 
fermentacji podczas obróbki gęstwy serowej na wannie i w czasie dojrzewania oraz zahamowanie 
rozwoju  drobnoustrojów niepożądanych. 
 
Jednocześnie bakterie zakwasu posiadają enzymy proteolityczne biorące udział w degradacji białka i 
tłuszczu w czasie dojrzewania. 
 
ZAKWAS TERMOFILNY- bakterie termofilne Lactobacillus salivaris, Lactobacillus velveticus, 
Lactobacillus bulgaricus, bakterie propionowe. 
 
ZAKWAS MEZOFILNY- Streptococcus lactis, Streptococcus diacetilacti,  
Streptococcus cremoris, Lactobacillus casei. 
 

FERMENTACJA LAKTOZY 

 
Po uzyskaniu skrzepu o odpowiedniej zwięzłości następuje jego krojenie i rozdrobnienie do postaci 
ziarna w celu usunięcia serwatki. 
 
Ziarno w serwatce (gęstwa) miesza się i podgrzewa do 38

°

C (Gouda) lub 54-58

°

C (Ementaler). 

 
Formowanie, solenie. 
 
Dojrzewanie- 15

°

C, wilgotność względna powietrza 80-85%, proces w całej masie. Produkty 

powstające w czasie dojrzewania i decydujące o cechach organoleptycznych sera: 

- 

produkty przemiany laktozy- kwas mlekowy, propionowy, octowy i inne, lotne kwasy, 
aldehyd octowy, diacetal 

- 

produkty degradacji białek- peptydy, polipeptydy, aminokwasy oraz związki powstające w 
wyniku deaminacji, dekarboksylacji aminokwasów 

- 

produkty przemiany tłuszczów- aldehydy i estry 

- 

produkty biosyntezy powstające w wyniku procesów życiowych mikroorganizmów 

 
 
 

W6 

SERY MIĘKKIE: 
 
Pasteryzowane mleko o znormalizowanej zawartości tłuszczu zaszczepia się  dużą dawką zakwasu 
mezofilnego (paciorkowce). Czas krzepnięcia jest dłuższy- 1-2 h , nagromadzenie bakterii w szczepie. 
Uzyskany skrzep kroi się na duże ziarna, gęstwę osusza się i bez dogrzewania dolewa się do form. Po 
soleniu sery umieszcza się w dojrzewalni.  

 

Otrzymana masa serowa posiada więcej laktozy, która ulega przemianie a tym samym jest bardziej 
kwaśna. 
 
Pielęgnacja- pierwsze rozwijają się drożdże, grzyby i bakterie Brevibacterium lineus. 
 

 

38 

Camembert, Brie:  

- 

Penicillium camembert 

- 

Penicillium candidum 

- 

Penicillium caseicolum 

- 

Brevibacterium lineus 

 
Roquert: 

- 

Penicillium roquefort 

 

BIOTECHNOLOGICZNE PRZETWARZANIE SERWATKI 

 

- 

produkcja napojów fermentowanych (Streptococcus sp., Lactobacillus sp.) 

- 

browarnictwo- zamiast wody do przygotowywania zacieru 

- 

koncentraty biologicznie ukwaszonej serwatki- utrwalenie odpowiednich drożdży piekarskich 

- 

SCP 

- 

kwas  mlekowy, kwas  propionowy 

- 

podłoże z serwatką do hodowli pieczarek 

 
1. Zsiadłe mleko: 

- 

wysoka pasteryzacja mleka 

- 

dodatek zakwasu 

- 

bakterie kwaszące i aromatyzujące: Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris 

- 

inkubacja 30-35

°

C, 7-12 h 

2. Mleko acidofilne: 

- 

Lactobacillus acidofilus 

- 

mleko wysoce pasteryzowane lub sterylizowane 

- 

zakwas  monokulturowy 

- 

inkubacja 38-40

°

C, 7-12 h 

3. Jogurt: 

- 

mleko pełne lub odtłuszczone,  

- 

zgęszczone,  

- 

zakwas 1:1 lub 1:2 (Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus thermophilus);  

- 

metoda zbiornikowa lub termostatowa;  

- 

wzbogacenia: Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium bifidum 

 

W6 

4. Biogurt: 

- 

zakwas 1:3 (Lactobacillus acidophilus, Streptococcus lactis) 

5. Kefir: 

- 

napój musujący 

- 

grzybki kefirowe (Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris, Streptococcus diacetilactis, 
Lactobacillus desidious, Brevibacterium brevis, Lactobacillus casei, Lactobacillus 
cellobiosis), drożdże (Candida kefyr, Candida pseudotropicalis, Kluyveromyces lactis, 
Saccharomyces florentimus, Saccharomyces globasus, Saccharomyces delbrueckii, 
Saccharomyces unisporus) 

6. Maślanka: 

- 

ukwaszenie maślanki (proces ubocznego procesu produkcji masła) 

- 

zakwas Streptococcus Streptococcus cremois lub lactis, S. Diacetalis lub  leuconostoc 

- 

22

o

C, 18 godzin 

7. Kwaśna śmietana- zakwas  śmietankowy 

- 

22

o

C, 18 godzin 

- 

S. cremosis lub lactis, S.leuconostoc 

8. Kumys 

- 

Lactobacillus bulgaricus, Candida kefyr (bakteria + grzyb) 

- 

28

o

C, 2 godziny 

9. Szampan serwatkowy 

- 

niskoprocentowy napój  alkoholowy 

10.  Masło: 

- 

najszlachetniejszy tłuszcz jadalny 

- 

15-16% woda, 83-84% tłuszcze, śmietanka 

- 

dojrzałość fizyczna 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

39 

- 

dojrzałość biologiczna – pH 5,5-5,9 

- 

zakwas Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris, Streptococcus diacetilactis, Leuconostoc 
cremoris, Lactobacillus lactis 

 
Lactobacillus 

→

 warunki beztlenowe i powstaje CH

3

COOH zamiast mleczanu 

 
Leuconostoc dextranium 

→

 kwas  cytrynowy 

→

 kwas  pirogronowy 

→

 acetoina (zapach maślany) 

→

 

diacetyl + CO

2

 

 
L. bulgaricus, S. thermophilus 

→

 acetaldehyd (główny składnik smakowy jogurtu) 

 
ZAKWASY STOSOWANE W MLECZNICTWIE: 
 
Zakwas- hodowla czystych kultur bakterii fermentacji mlekowej stosowana do wyrobu sera, twarogu, 
masła i napojów mlecznych. 
 
Zadaniem zakwasu jest prawidłowe ukierunkowanie procesów fermentacyjnych podczas obróbki 
produktu. 
 
Cechy zakwasu: 

- 

odpowiedni skład mikrobiologiczny 

- 

wysoka  aktywność 

- 

czystość mikrobiologiczna 

 

W6 

Rodzaje zakwasów: 

- 

zakwasy pojedynczych szczepów 

- 

zakwasy  wieloszczepowe 

- 

zakwasy mieszane kombinowane 

 
Kryteria doboru i selekcji nowych szczepów, które wprowadza się do serowarstwa: 
 

mieszanina szczepów 

↓

 

przesiewanie 

↓

 

aktywność syntazy kwasu mlekowego 

↓

 

odporność na bakteriofagi 

↓

 

identyfikacja plazmidów DNA 

↓

 

badanie zgodności steroidów 

↓

 

test na wytwarzanie substancji smakowo-zapachowych 

↓

 

próbny wyrób sera 

↓

 

ocena i klasyfikacja szczepu 

 

 
 
RODZAJE SZCZEPIONEK STOSOWANYCH W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM 
 

- 

ciekłe 

- 

suszone 

- 

zamrożone 

 
 
OCENA SANITARNA WARUNKÓW PRODUKCJI 

 

40 

 
HACCP (Hazard Analysis Critical Central Point) system krytycznych punktów kontroli ustalanych na 
podstawie przeprowadzonej analizy zagrożeń. Prawidłowy stan mikrobiologiczny produktu zostaje 
osiągnięty poprzez zapobieganie zagrożeniom w całym łańcuchu zagrożeń. 
 
Krytyczny punkt kontrolny- surowiec, miejsce, postępowanie, procedura, operacja jednostkowa, punkt 
w którym należy działanie kontrolne lub zapobiegawcze w celu wyeliminowania lub 
zminimalizowania zagrożeń wpływających na jakość końcowego produktu. 
 
Produkowanie zgodnie z praktyką higieniczną- całkowite wykluczenie możliwości wzajemnego 
krzyżowania się lub cofania dróg surowca, półproduktu i gotowego wyrobu we wszystkich etapach 
produkcji. 

W6 

Właściwe opracowanie dróg i szlaków transportu wewnętrznego w celu wyeliminowania ich ruchu 
przez obszary, które mogą być źródłem zanieczyszczeń wtórnych (zasada „first in- first out”). 
 
Higiena personelu. 
 
Metody badań: 

- 

metody klasyczne- tamponowa, wypłukiwania, bezpośrednia, odciskowa (dają efekt po 
upływie czasu) 

- 

metody  nowoczesne- modyfikacja metody płytkowej, bioluminescencji (najszybsza metoda) 

 
 

W7 

PROCES KONWERSJI SKROBII 
 
Skrobia- roślinna substancja zapasowa występująca w dwóch formach: amylazy i amylopektyny. 
 
Amylaza- nie ma rozgałęzień, cząsteczki glukozy połączone wiązaniami 

α

-1,4-glikozydowym. 

 

n

 

OH

OH

 

 
Amylopektyna- rozgałęzienia, na jedno wiązanie 

α

-1,6-glikozydowe przypada 30 wiązań 

α

-1,4-

glikozydowych. 
 

O

O

OH

CH

2

OH

OH

O

O

O

OH

OH

CHOH

CH

2

OH

OH

OH

O

O

OH

O

H

CH

2

OH

 

 
Konwersji podlega tylko skrobia kukurydziana. 
 
HFCS (High Fructose Corn Syrup)- mieszanina dekstrozy i fruktozy, 42%, 55%, 90% środek 
słodzący. 
 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

41 

PROCES PRODUKCJI: 

1.  Przygotowanie dekstrozy ze skrobii (

α-amylaza). 

2.  Przygotowanie do sacharyfikacji- zmiana pH i temperatury. 
3.  Sacharyfikacja (glukoamylaza). 
4.  I rafinacja- oczyszczanie hydrolizatu na węglu aktywnym: 

a.  jony Mg

2+

 aktywują izomerazę glukozy 

b.  inhibitory kompetencyjne do jonów Ca

2+

 (ochrona) 

5.  Izomeryzacja- immobilizowana izomeraza glukozy. 
6.  II rafinacja- odparowanie: 

a.  węgiel aktywny 
b.  chromatografia  jonowymienna 

7.  gotowy  produkt- 42% HFCS (komercyjnie otrzymuje się) 
 

W7 

Wytłumaczyć  proces  konwersji  skrobi,  na  czym  polega?  (E) 

 

PREPARATY ENZYMATYCZNE STOSOWANE W PRZEMYŚLE. 
 
Dzięki zastosowaniu preparatów enzymatycznych uzyskuje się: 
- 

oszczędność surowca, np. zastąpienie słodu jęczmiennego słodem pleśniowym 

- 

zwiększenie wydajności procesu technologicznego, np. zastosowanie pektynaz do klarowania 
soków 

- 

skrócenie cyklu produkcyjnego, np. zastosowanie enzymów proteolitycznych w przemyśle 
mięsnym 

- 

poprawienie jakości wyrobu, np. lepsza jakość soków odwłasianych enzymatycznie 

- 

zwiększenie trwałości produktu, np. stabilizacja piwa za pomocą oksydazy  glukozowej 

- 

możliwość sterowania reakcją enzymatyczną 

 
1896 r.- TAKADIASTAZA  (enzymy hydrolityczne); surowy preparat enzymatyczny otrzymywany z 
hodowli Aspergillus oryzae prowadzonych na otrębach pszennych. 
 

OGÓLNY DIAGRAM PRODUKCJI PRZEMYSŁOWEJ ENZYMÓW 

 
 

mikroorganizmy                                                  tkanki roślinne i zwierzęce 

 

↓

 

↓

 

 

produkcja biomasy 

 

mielenie i homogenizacja 

↓ 

↓

 

 

fermentacja                  fermentacja 
wgłębna                        powierzchniowa 

 

 

 

 

 
 

wodna 

ekstrakcja i filtracja 

 

 

 

 

 

 
 

 

roztwór 

enzymu 

suszenie 

 

↓

 

↓

 

 

 

 

zagęszczanie                          rozdrabnianie 

 

 

 
 
dodatek stabilizatora lub                         precypitacja                     surowy preparat 

 

konserwantów 

 

enzymatyczny 

 

↓

 

↓

 

roztwór enzymu                                         filtracja 
 

 

↓

 

 

suszenie 

 

↓

 

 

rozdrabnianie    

 

↓

 

 

42 

 

proszek enzymatyczny 

 
 

W7 

Większość enzymów używanych w przemyśle to enzymy egzogenne. 
 

ENZYMY PROTEOLITYCZNE 

 

 
Stanowią 60% komercyjnie używanych enzymów. 
 

HYDROLAZY PPEPTYDOWE 

 
- 

pochodzenie roślinne, zwierzęce i mikrobiologiczne 

- 

enzymy indukcyjne 

- 

enzymy egzogenne, endogenne 

 

PROTEINAZY SERYNOWE 

 
Trypsynopodobne, alkaliczne, 

α

-lityczne, proteinazy, Myxobacterium sp. 

 
Proteinazy  trypsynopodobne- trypsyna  (pankreatyna- przemysł spozywczy, garbarstwo  i przemysł 
farmaceutyczny),  chemotrypsyna,  enzymy Streptomyces sp. 
 
Proteinazy alkaliczne- bakteria, drożdże i pleśnie, tkanki ssacze, znaczenie komercyjne: subtylizyna 
(alkaliczne enzymy detergentów), enzym Aspergillus oryzae (preparaty termostabilnych proteinaz 
alkalicznych), enzym Streptomyces vimosus (przemysłowa produkcja oksytetracykliny). 
 
Proteinazy tiolowe-  
 
Proteinazy kwaśne (karboksylowe): 
- 

reninopodobne- podpuszczka cielęca i bakteryjna 

- 

peptydopodobne- wieprzpowa i wołowa pepsyna proteinazy z Aspergillus 

 

Podpuszczka i proteinazy podobne- „gorzkie peptydy”, enzymy zwierzęce, rybne (ryby morskie), 
niskie optimum temperatury, mikrobiologiczne (Aspergillus sp., Rhizopus sp.) 

 
Metaloproteinazy- naturalne, alkaliczne: 
- 

naturalne: 

o 

bakteryjne: Bacillus subtilis (browarnictwo); Bacillus stearothermophilus- termolizyna 
(aspartam) 

o 

grzybowe: Aspergillus oryzae (piekarnictwo, przemysł spożywczy, modyfikacje białek, 
przemysł  farmaceutyczny) 

- 

alkaliczne: Pseudomonas aeruginosa, Serratia sp. (dtergenty) 

 

PRZEMYSŁOWE ZASTOSOWANIE PROTEAZ POCHODZENIA 
MIKROBIOLOGICZNEGO: 

 
- 

hydroliza białek- zmiana właściwości białka i produktu, którego ma być składnikiem kontrola 
gorzkiego smaku hydrolizatów białkowych [„gorzkie peptydy”- maskowanie  (polifosforany, 
żelatyna), usuwanie (filtracja, wytrącanie kwasem), zapobieganie (enzymem)] 

 

W7 

- 

hydrolizaty sojowe- doskonałe właściwości białek soi, sosy i przetwory sojowe, suplementowanie 
białkami napojów, dietetycznej żywności 

- 

hydroliza żelatyny- zniesienie efektu żelu, niski poziom Trp, środki dietetyczne, przemysł 
kosmetyczny; typowy proces 30% roztwór żelatyny + mieszanina alkalicznych i neutralnych 
proteaz, 

>

 4 h, pasteryzacja 90

°

C 

- 

hydroliza kazeiny i białek serwatki 

- 

hydroliza białek mięsa 

- 

białka rybie 

- 

kruszenie mięsa- enzymy roślinne (papaina, ficyna) 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

43 

- 

detergenty- enzymy o dużej stabilności, aktywności w roztworze detergentu; 

- 

mleczarstwo- serowarstwo (podpuszczka zwierzęca 65%, renina + pepsyna 50:50) 

- 

browarnictwo- mielenie słodu (zwiększenie wydajności, poziom aminokwasów, klarowanie- 
papaina) 

- 

piekarnictwo- poprawa jakości mąki 

- 

garbarstwo- proteazy alkaliczne, etap moczenia skóry, oczyszczanie, odwłasianie 

- 

produkcja podłoży mikrobiologicznych 

- 

przemysł farmaceutyczny- mieszanki poprawiające trawienie, urokinaza, zaburzenia krzepnięcia 
krwi, kolagenaza, likwidacja zmian skórnych 

 

INNE ENZYMY HYDROLITYCZNE 

 
PEKTYNAZY- Aspergillus niger, Rhisopus (pektyny-kwasne polimery cukorwe) 
 
- 

esteraza pektynowa- pomidor, Fusarium oxysporum, Clostridium multifermentans 

- 

egzopoligalaktouranaza- brzeczka pofermentacyjna (produkcja kwasu cytrynowego przez 
Aspergillus niger) 

 

LIAZY 

 

CELULAZY- Aspergillus niger, Penicillium sp.: 

- 

enzymy odporne, stabilne w niskim pH 

- 

substrat to celebioza 

- 

zastosowanie: 

o 

przemysłowy alkohol etylowy z celulozy 

o 

obróbka  nasion (browarnictwo,  przetwórstwo) 

o 

wydzielenie wielocukrów glonów morskich 

 

β-GLUKANAZY: 
- 

hydroliza glukanu jęczmienia 

- 

hydroliza poliglukanu wytworzonego przez grzyb etylujący winogrona 

 
HEMICELULAZY I KSYLANAZY- pleśnie, hydroliza arabanu, galaktanu, mannanu, ksylanu 
(tkanki roślinne) wraz z pektynazami i celulazami. 
 
LAKTAZA- konwersja laktozy do glukozy i galaktozy, di- i trisacharydy sa produktami ubocznymi, 
enzymy roślinne (jabłka, brzoskwinie, morele), zwierzęta, mikroorganizmy, enzymy bakteryjne i 
drożdżowe (wewnątrzkomórkowe),  grzybowe (zewnątrzkomórkowe);  
 

W7 

znaczenie komercyjne Kuyveromyces lactis, Kuyveromyces fragilis, Aspergillus oryzae, Bacillus sp. 

 

ŻRÓDŁO  PRODUKT 

UWAGI 

pasza dla zwierząt 

zwiększenie wydajności, , wartości odżywczej, 
zapobieganie krystalizacji laktozy w koncentratach 
serwatkowych 

serwatka 

bezlaktozowy  syrop  serwatkowy 

piekarnictwo, lody 

mleko 

mleko bezlaktozowe 

składnik diety ludzi z niską tolerancja laktozy, 
słodki smak, zapobieganie krystalizacji laktozy w 
koncentratach laktozowych 

 

 

 

 

44 

MLEKO

UHT

MLEKO UHT

pasteryzacja

laktoza drozdzowa

hydroliza fermentowa

pakowanie sterylne

hydrolizat

hydroliza

bezlaktozowe mleko UHT

UHT

pasteryzowane mleko bezlaktozowe

odparowanie

mleczny koncentrat bezlaktozowy

 

 
 
 
 
 
 
 
 

W7 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

45 

SERWATKA

pasteryzacja

zmiana pH

laktoza grzybowa

hydroliza

bla

bla

hydroliza

pasteryzacja

odparowanie

bezlaktozowy syrop serwatkowy

 

 
 
 

UHT- Ultra High Temperature 
 
LIPAZY- Candida sp., Aspergillus sp., Rhizopus sp., Mucor sp., lipazy trzustkowe, przemysł 
farmaceutyczny, produkcja zapachów, przyspieszenie dojrzewania serów twardych, hydroliza olejów 
w produkcji mydła. 
 
PROCES PRZEMYSŁOWY:  
 
- 

kadzie przedmateczne z podłożem A (białko sojowe); 

- 

kadzie mateczne z podłożem B (namok kukurydziany, skrobia kukurydziana, ekstrakt drożdżowy, 
silikan); 

- 

fermentator produkcyjny (podłoże B + dekstroza), 4-28 h, zasilany odpowiednio przygotowanym 
sterylizowanym namokiem kukurydzianym; 

- 

immobilizacja; 

- 

oddzielenie biomasy od płynu pohodowlanego; 

- 

suszenie; 

 
 

W7 

IMMOBILIZACJA  IG 
 
MIKROORGANIZM 

METODA  IMMOBILIZACJI 

Actinoplanes  missouriensis 

całe komórki, żelatyna, glutaraldehyd, enzym, 
alumina 

Streptomyces  rubiginosus 

enzym, żelatyna 

 
 

 

46 

Flavobacterium arborescens = całe komórki, glutaraldehyd 
Bacillus coagulans = lizat komórkowy, glutaraldehyd 
 
Sweetzyme®    =   Bacillus coagulans 
Maxazyme®     =   Actinoplanes missouriensis 
Ketozym®        =   Actinoplanes missouriensis 
Tako–Sweet®  =  Streptomyces olivaceus 
Optisweet22®   =  Streptomyces rubinosus 
 
ENZYMY PRZEMYSŁOWE – PODSUMOWANIE 
 
ENZYMY GLIKOLITYCZNE 
 

α

 - amylazy 

Bacillus subtilis 
Aspergillus niger 

tekstylia, syropy glukozowe, 
detergenty, fermentacja 
etanolowa, karma dla zwierząt 
browarnictwo,  piekarnictwo 

β

-amylazy 

Bacillus  browarnictwo,  syropy 

maltozowe 

celulazy 

 

płyny do mycia naczyń, pasze 
dla zwierząt, bioenergia, 
tekstylia 

β

-glukanazy 

 

piwowarstwo  

dekstranazy 

 

przemysł  spożywczy 

2-galaktozydaza 

 

przemysł  spożywczy 

glukoamylaza 

 

cukrownictwo  

hemicelulazy 

Aspergillus niger 
Rhizopus 

syropy  glukozowe i dekstranowe 

pentozanazy 

 

 

ksylonazy 

 

 

inwertaza 

 

 

laktaza 

Klebsiella lactis 
Aspergillusoryzae 
Bacillus subtilis 

mleczarstwo  

naringinaza 

 

usuwanie goryczy ze skórek 
cytrusowych 

pektynaza 

 

produkcja soków 

pullulanaza 

Klebsiella aerogenes 
Bacillus subtilis 

drożdże piekarskie, 
p/podziałowy 

W7 

PROTEAZY 
 
proteinazy kwaśne 

Aspergillus niger 
Aspergillus oryzae 

piekarnictwo  

proteazy alkaliczne 

Bacillus subtilis 

detergenty, garbarstwo 

pepsyna 

żołądki wieprzowe, wołowe 

produkcja serów 

subtytlizyna 

Bacillus  subtilis   

 
OKSYDOREDUKTAZY 

• 

dehydrogenaza alkoholowa 

• 

katalaza 

 
LIAZY 

• 

histydaza 

 
TRANSFERAZA 

• 

glikozylotransferaza 

• 

cyklodekstrynaza 

 
 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

47 

MIKROBIOLOGICZNE ŚRODKI SMAKOWE I ZAPACHOWE 

 
Związki aromatyczne i smakowe - kompleksowe  mieszaniny 
 
Komercyjny  sukces:  

• 

wysoka wydajność 

• 

tanie substraty 

• 

ograniczenie syntezy chemicznej 

 
 

1.  METYLOKETONY 

• 

aromat sera 

• 

Penicillium roqueforti – formy spoczynkowe, nie wegetatywne, konwersja kwasów 
tłuszczowych (C14) 

→

 metyloketon (C1) 

• 

produkcja  przemysłowa – koszt 

• 

toksyczność związków 

• 

lotność – techniki fermentacyjne + konwersja enzymatyczna 

• 

fermentacja grzybowa 

→

 kwasy  tłuszczowe 

→

 

β

-oksydacja 

→

 odzysk poprzez 

ekstrakcję lub destylację 

 
 
 

2.  DIACETYL 

• 

roztwór  wodny  

• 

charakterystyczny, ostry masłowy zapach 

• 

przemysł spożywczy  i perfumeryjny 

• 

występuje w mieszaninie z acetoiną  

• 

Streptococcus lactis, Leuconostoc 

W7 

3.  LAKTONY 

• 

cykliczne estry specyficzne hydroksykwasów 

• 

zapachy:  śmietankowy, owocowy,  brzoskwiniowy,  orzechowy, kokosowy,  miodowy 

4.  KWAS MASŁOWY: 

• 

uzupełnianie zapachu maślanego w serowarstwie 

• 

estry- pentylowy (zapach bananowy),  izobutylowy (zapach gruszkowy) 

• 

proces fermentacji zależy od pH i podłoża 

 

 
 
 
W8 
 

3.  LAKTONY 
 
4.  KWAS MASŁOWY: 

- niskie stężenie uzupełnia zapach maślany w serowarstwie,  
- naturalne 2% masła,  
- obligatoryjne anaeroby Clostridium, Eubacterium, Fusarium, wrażliwe na pH, w fermentorze pH 

≈

 5 

(CaCO

3

),  

- toksyczny dla produktu: 

a)  maślan pentylowy = zapach owoców brzoskwini, ananasa, moreli; 
b)  maślan izobutylowy = gruszka, ananas, brzoskwinia 
 

5.  KWAS IZOWALERIANOWY: najsilniejszy zapach, zapach brudnych stóp 

• 

izowalerian etylu = zapach jabłkowy (cukierki, gumy do żucia) 

• 

izowalerian izopentylowy = zapach jabłek, malinowy (przemysł spożywczy) 

• 

izowalerian izobutylu = zapach jabłkowo-malinowy  (przemysł  perfumeryjny) 

 

6.  TERPENY i produkty ich transformacji:  

 

48 

- 

olejki eteryczne,  

- 

różnorodność zapachów: owocowe, różane, geranium pachnący, trawiasty, 
migdałowy,  grzybowy,  kamforowy 

 

7.  JONONY:  

- 

produkty enzymatycznej hydrolizy karotenoidów 

- 

zapach tabaki 

 

8.  GEOSMIN: algi, baterie, grzyby, perfumy, olejki eteryczne. 

 
Mikroorganizmy mogą syntezować kompleksowe mieszaniny związków, które uzupełniają się: 

• 

zapachy nabiałowe – zapachy serowe (chipsy, sosy, wypieki), jogurtowe, śmietankowe 

• 

zapachy chlebowe: zapach białego chleba – składniki, produkty fermentacji drożdżowej i 
bakteryjnej, degradacji, produkty reakcji termicznej, 2 kierunki : 

o 

 zapachy prefermentacyjne (mieszanina drożdży, wody, cukru, soli, odtłuszczonego 
mleka, pożywki drożdżowej; 6h fermentacji bezpośrednio do ciasta lub podczas 
wyrabiania) 

o 

preparaty enzymatyczne: amylazy, proteazy mikrobiologiczne 

• 

zapachy grzybowe: 1-octan-3-ol, kwas glutaminowy, 5’-guanylan; poszukiwanie zapachów 
grzybowych nie koncentruje się na poszukiwaniu producentów; hodowla wgłębna, suszenie 

• 

zapachy i smaki z tkanek roślinnych: wanilia i mięta pieprzowa, koszt i dostępność;  

metoda pozyskiwania: bezpośrednia ekstrakcja z materiału, podłoża, biotransformacja, synteza 
enzymatyczna,  
wszystkie techniki z fermentacji mikrobiologicznej używa się w produkcji związków 
smakowych i zapachowych z roślin: selekcja komórek nadprodukujących prekursory, 
manipulacje położenia, hormony. 
 
 
 

W8 

AROMATY IDENTYCZNE Z NATURALNYMI 
 

 

 

 

 

 

 

COH

OH

OMe

 

 
WANILINA = 4-hydroksy-3-metoksybenzaldehyd (aromat identyczny z naturalnym) 

• 

odpowiedzialna za zapach wanilii; 

• 

w materiale roślinnym znajduje się 2% suchej masy wanilii; izolowana w postaci 
proszku o słodkim smaku i intensywnym zapachu; 

• 

zastosowanie: przemysł spożywczy, cukiernictwo, produkcja napojów, perfumy, 
kosmetyki; 

• 

produkcja: 6000ton/rok; 

• 

synteza chemiczna: gwajakol i ligniny, tanio 12$/kg związku (ludziom nie podoba się 
ten związek – jest syntetykiem, więc rozpoczęto poszukiwania metod do produkcji 
tych związków, tzn. identycznych z naturalnymi: biotransformacje, synteza de novo 
przez specjalne szczepy). 

 
Aromaty identyczne z naturalnymi: związki produkowane przy udziale mikroorganizmów. 
 
1.  PRODUKCJA WANILINY PRZEZ BIOTRANSFORMACJĘ: 
-  biotransformacja lignin: utlenianie „white rot fungi”; peroksydaza ligninowa z grzybów z rodzaju 
hub 
- biotransformacja kwasu  ferulowego: 
 

 

WANILINA 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

49 

 

 

OH

OMe

COOH

 

 
pochodna kwasu cynamonowego, enzymatyczne uwalnianie z lignin: esteraza ferulowa i hydrolaza 
estrów  cynamonowych 

• 

dekarboksylacja: grzyby i drożdże 

• 

redukcja: Burkolderia cepacia, Lactobacillus plantarum, Saccharomyces cervisiae  

• 

deacetylacja niezależna od CoA: Pseudomonas, Bacillus subtilis, Escherichia coli 

• 

deacetylacja zależna od CoA: P. putida, Rhodotorula rubra 

-  biotransformacja kwasu  wanilinowego: Pseudomonas fluorescens, 95% wydajności; 

 

OH

OMe

COOH

 

-  biotransformacja eugenolu i izoeugenolu: składniki olejków eterycznych z drzewa 
goździkowego: Corynobacterium, Pseudomonas;  

W8 

-  biotransformacje Phe; 
2.  Produkcja waniliny de novo (toksyczna dla organizmów, które ją produkują i nie jest 

możliwa jej konwersja) mutant Escherichia coli; nadprodukcja aminokwasów 
aromatycznych (Trp); konwersja glukozy w kwas wanilinowy, odzyskiwany i redukowany 
enzymatycznie do waniliny (dehydrogenaza alkoholu arylowego z  

   Nocardia crassa) 

 

BIOTECHNOLOGICZNA PRODUKCJA AMINOKWASÓW 

 
PRODUKCJA AMINOKWASÓW JEST MOŻLIWA: 
 

• 

na drodze syntezy chemicznej  (D,L – Met) 

• 

na drodze syntezy enzymatycznej (L-Asp, L-Trp) 

• 

w procesie jedno- lub wielostopniowej  biosyntezy 

• 

zastosowanie  aminokwasów: przemysł spożywczy, paszowy, medycyna, przemysł 
farmaceutyczny, chemiczny 

 

aminokwasy 

produkcja [t/rok] 

mat. produkcji 

zastosowanie 

glutaminian sodu (sól 

jednosodowa) 

370 000 

biosynteza 

poprawia smak 

potraw 

L-Lys 

70 000 

biosynteza 

wzbogacenie pasz 

białkowych 

(podawana  krowom 

w dawkach 

10mg/dziennie 

zwiększa ilość białka 

w mleku o 10%, 

ekonomicznie 

opłacalne) 

L-Asp, L-Phe 

7 000 

synteza 

enzymatyczna, 

biosynteza 

aspartam (produkt 

spożywczy jako 

słodzik) 

L-Cys 

7 000 

biosynteza 

antyoksydant, 

dodatek do chleba 

D,L-Met 

70 000 

synteza chemiczna 

wzbogacenie pasz 

białkowych 

(podawana  krowom 

w dawkach 

10mg/dziennie 

KWAS  WANILINOWY 

KWAS  FERULOWY 

 

50 

zwiększa ilość białka 

w mleku o 10%, 

ekonomicznie 

opłacalne) 

 
 
DO MIKROBIOLOGICZNEJ PRODUKCJI AMINOKWASÓW WYKORZYSTUJE SIĘ: 

• 

Corynobacterium glutamicum 

• 

Bravibacterium flavum 

   
 

W8 

- 

G(+), katalazododatnie, 

- 

morfologicznie zmienne: tlenowce lub względne beztlenowce w warunkach 
tlenowych:  substrat 

→

 CO

2

 + H

2

O;w warunkach beztlenowych: fermentacja mlekowa 

- 

mezofile 

- 

niskie wymagania pokarmowe (źródło N – nieorganiczne, C – mono-, disacharydy, 
kwasy tłuszczowe, alkany), 

- 

brak aktywności proteolitycznej (bardzo niskie) 

- 

naturalne auksotrofy w stosunku do biotyny bądź tiaminy, 

 

Wspólne cechy tych bakterii: w sprzyjających warunkach produkują i wydzielają poza komórkę kwas 
glutaminowy (duże ilości); bardzo prosty materiał pierwotny: manipulacje dają zmodyfikowane 
ścieżki metaboliczne, tak aby była możliwość nadprodukcji materiału pierwotnego. 
 

1. 

KWAS GLUTAMINOWY 
Kiedyś 

→

 synteza metodą kwaśnej, ciśnieniowej hydrolizy bogatych w ten aa białek 

pszenicy 
Obecnie 

→

 jednostopniowa fermentacja 

 

glukoza 

PEP

szczawiooctan           pirogronian

Corynebacterium glutamicum

cytrynian

dehydrogenaza glutaminianowa (duza aktywnosc)
dehydrogenaza alkoholowa (mala aktywnosc)

cis-akonitan

dodatek detergentu, penicyliny
(zmodyfikowana blona komorkowa-latwosc przenikania aa)

izocytrynian

ketoglutaran

glutaminian

dehydrogenaza glutaminianowa
dehydrogenaza 2-oksoglutaranu

 

Skład pożywki hodowlanej: 

• 

5 

µ

g/l biotyna (stężenie nie może być większe, hamuje wzrost) 

• 

melasa buraczana (uboga w biotynę 

• 

(NH

4

)

2

SO

4

 

• 

kreda (środek zobojętniający) 

efektywna hodowla: napowietrzana, 30

0

C, 40 – 72 h 

→

 wydajność 50% 

tzw.  bakterie  kwasu 
glutaminowego 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

51 

W8 

Bakterie wykorzystujące inny cukier niż glukoza, np. Corynebacterium sp. R7. Wykorzystują 
heksadekan i penicylinę lub Tween 80 ( wydajność 75 g/l), małe stężenie tiaminy. 

 

2. 

KWAS ASPARAGINOWY 

Kiedyś 

→

 produkowany z soku asparagusa 

Teraz 

→

 metody fermentacyjne, enzymatyczne 

Zastosowanie:  

• 

medycyna: sól K, Mg (leczenie znużenia, chorób serca, wątroby, skurczów nóg u 
diabetyków), sól Fe (anemia) 

• 

kosmetyka: związki powierzchniowo czynne L-Asp + B

6 

(kremy rewitalizujące) 

• 

przemysł spożywczy (soki pomarańczowe, aspartam) 

 
Metoda fermentacyjna: 

• 

glukoza: Brevibacterium flavum 

• 

kwas  fumarowy: Bacillus, mutanty  F. fluorescens, E. coli 

 
Metoda enzymatyczna: wykorzystanie liaz do produkcji (L-Asp całkowicie nie rozpuszczalny w 
wodzie, łatwy do wydzielenia) 

   

CH – COOH 



 

 

kwas  fumarowy 

CH – COOH  
 
aspartaza 

↑↓

  amoniak 

 
CH – COONH

4  

 

 

 

 

CH

2

 – COOH 

 

 

 

 

 

 

 

 



 

CH – COONH

4  

 

 

 

 

CH

2

(NH

2

)COO

- 

fumaran  amonu  

 

 

 

 

 

L-Asp  

  (zw. nierozpuszczalny w wodzie) 

 
Stosuje się do tego celu specjalne kolumny wypełnione immobilizowanymi komórkami  
Escherichia coli, jako nośnika używa się roztworu fumaranu amonu. 
 

kolumna z immobilizowanymi komórkami E. coli 

 

 
 
 

odciek 

 

 
 
 
 
 

kryształy L-Asp 

 
 

W8 
BIOTECHNOLOGIA PRODUKCJI KWASÓW ORGANICZNYCH 
 
1. KWAS CYTRYNOWY 
 
 

- otrzymywany na drodze biologicznej 

 
 
Zastosowanie: 

• 

przemysł spożywczy (80%): 

metody  mało  wydajne;  trudne  do 
kontroli 

 

CH

2

 – COONH

4

+

 

 

 

CH

2

(NH

2

)COOH 

sól  amonowa  L-Asp 

roztwór  1,2  M  fumaranu  amonu  +  1mM  Mg

2+

 

pH  8,5 
37

0

C 

powolny  przepływ 

zmiana  pH 2,8,  60%  H

2

SO

4

 

ochłodzenie  do  15

0

C 

odwirowanie 
przemycie  wodą 

OH

HOOC

COOH

COOH

 

 

 

52 

o 

 składnik konserw – obniża pH 

o 

inaktywacja oksydaz (oksydazy odpowiedzialne za ciemnienie owoców) 

o 

kompleksuje Me powodujące jełczenie tłuszczów 

• 

przemysł metalurgiczny: czyszczenie powierzchni metali przed spawaniem 

• 

przemysł farmaceutyczny:  

o 

dodatek do tabletek musujących 

o 

cytrynian sodu wykorzystywany jest jako preparat zapobiegający krzepnięciu krwi w 
stacjach krwiodawstwa 

• 

przemysł chemiczny:  

o 

detergenty (wyparł biodegradowalne fosforany) 

o 

 plastyfikatory, stosowane w mleczarniach do usuwania „kamienia mlecznego”; 

Producenci: 

• 

Aspergillus niger 

• 

Aspergillus wenti 

• 

Candida sp. 

 
Otrzymywanie kwasu cytrynowego (300.000 t/rok) 
 
a) metoda powierzchniowa: dwie fazy w systemie jednostopniowym 
  1 faza – rozwój grzybni (72h) 
  2 faza – koniec rozwoju grzybni, właściwa produkcja kwasu cytrynowego 
 
Surowiec: melasa buraczana (pozostałość po produkcji cukru) rozcieńczona do 16% zawartości 
sacharozy + sole mineralne (KH

2

PO

4

, ZnSO

4

x7H

2

O, K

4

Fe(CN)

6

) 

• 

rozlanie sterylnej pożywki na system tac 

• 

zaszczepienie zawiesiną konidiów w węglu aktywnym 

• 

wzrost grzybni (dojrzała grzybnia 2-3cm) 

• 

produkcja kwasu cytrynowego (za produkcję odpowiedzialna jest część grzybni stykającej się 
z powierzchnią pożywki) 

• 

wydzielenie produktu (metoda cytrynianowa i bezcytrynianowa) 

• 

wydajność 70%, proces trwa ok. 200h  

• 

istnieje zagrożenie zarażeniem mikrobiologicznym 

 
b) metoda wgłębna:  

• 

opiera się na wykorzystaniu bioreaktorów (50 –100m

3

)  

• 

warunkiem wydajności procesu jest surowiec o dużej masie i wyższej klasie czystości (cukier 
handlowy, soki cukrownicze, mączki cukrowe, hydrolizaty skrobiowe) 

• 

zaszczepienie: konidia lub grzybnia indukcyjna 

W8 

• 

warunki: zamknięty reaktor, dozowanie po wysterylizowaniu, niskie pH 2,5 – 3 

 

( nie sprzyja zakażeniom) 

• 

czas 120 –168 h, temperatura 30 –32 

0

C 

• 

pożywka mineralna (sole) 

→

 wydajność 80% 

• 

normy spożywczego kw. cytrynowego muszą być spełnione (cukier handlowy, soki 
cukrownicze, mączki cukrowe, hydrolizat skrobiowy) 

• 

problemy  bioinżynieryjne:  

o 

wzrost w stałej objętości,  

o 

zmiana środowiska zewnętrznego, 

o 

zmiana gęstości, 

o 

specjalne bioreaktory; 

• 

problem z melasą buraczaną (mało wydajna) 

 
2. KWAS MLEKOWY = kwas 2-hydroksypropionowy 
 
 

 

COOH 

 

 

 

 

HO – C – H  

 

 

 

 

CH

3

 

związek  optycznie 
czynny  (L,D,  racemat) 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

53 

 
 

• 

zależy od tego czemu ma służyć kwas mlekowy, ceny i dostępności surowca 

• 

surowce:  melasa buraczana, trzcinowa, serwatka, ługi posiarczynowe 

• 

przedsiębiorstwo „Akwawit”: sacharoza + kiełki lub ekstrakt drożdżowy; Lactobacillus 
delbrueckii; temp. 50 –55 

0

C, 2-8 dni, neutralizacja Ca(OH)

2

 

→

 95% 

• 

pleśnie: Rhizopus oryzae; mogą wykorzystywać te same szlaki metaboliczne co bakterie 
mlekowe, te które są zdolne do wytwarzania pojedynczych enancjomerów 

• 

hodowla  wgłębna 

 

Zastosowanie: 
 

• 

zakwaszanie i konserwacja przetworów i konserwantów owocowo-warzywnych 

• 

produkcja napojów chłodzących 

• 

przemysł  garbarski, farbiarski, chemicznych 

• 

przemysł kosmetyczny, farmaceutyczny 

 
3.  KWAS  GLUKONOWY =  kwas  pentahydroksykapronowy 

 

 

O

H

OH

OH

OH

OH

COOH

 

• 

otrzymywany metodami chemicznymi lub biologicznymi 

• 

oksydaza glukozowa: Aspergillus niger, Gluconobacter sp., Pseudomonas sp. 

• 

źródłem węgla jest glukoza 

 
 
 
 

W8 

Zastosowanie: 

• 

przemysł spożywczy: zakwaszacze produktów, sztuczny miód, kiełbasy, sery, napoje 
gazowane, proszek do pieczenia 

• 

glukonian wapnia: związek łatwo przyswajalny przez zwierzęta 

• 

rozpuszczalnik skrzepów krwi 

• 

dodatek do antybiotyków: stabilność, rozpuszczalność, poziom we krwi 

• 

przemysł tekstylny: wybielanie i nabłyszczanie tkanin 

• 

przemysł metalurgiczny: jak kwas cytrynowy 

• 

glukonian sodu: automatyczne mycie butelek 

• 

glukonian potasu: ochrona instalacji przemysłowych 

• 

produkcja 50 000 ton/rok 

 

α

-D-glukoza 

 

 

 

β

-D-glukoza 

 
 
 

D-glukozo-

δ

-lakton 

 
 
 
 

D-glukozo-

γ

-laktan 

kwas  glukonowy 

 
Aspergillus niger:  

• 

proces  wgłębny 

• 

pożywka: 30% roztwór glukozy, P i N 

• 

pH 5,5 – 5,6 

w  roztworze  wodnym ustala się 
między  nimi  równowaga 

 
oksydaza  glukozowa:  zawsze  towarzyszą  jej  katalazy, 
 

 

odszczepia 1C,  dwa H,  tworzy się  lakton 

 

54 

• 

ważny jest poziom napowietrzenia 

• 

proces trwa 60 – 70 h 

• 

wydajność 90% 

 
Kwas glukonowy otrzymuje się jako roztwór 50% i wykorzystuje się go w przemyśle. Po zakończeniu 
procesu kwas jest neutralizowany; otrzymaną sól neutralizuje się i oczyszcza. 
 
5.  KWAS OCTOWY 
 
Surowiec: etanol, alkohole, wino, sfermentowany sok jabłkowy. 
  
Metody otrzymywania: 

a)  powierzchniowa  (orleańska)  

–  Acetobacter aceti 
–  temperatura 25 - 28

0

C 

–  najstarsza metoda 
–  samorzutna fermentacja wina w beczkach 
–  objętość 1/3 beczki zaszczepiona bakteriami 

W8 

–  czterokrotnie odciąganie części zawartości 
–  otrzymujemy ocet winny 

b)  metoda ociekowa (wiązana): dwie odmiany 

- 

metoda stojakowa (przestarzała): mała wydajność 60 –80 % , trudna kontrola 

- 

metoda generatorowa: unieruchamianie bakterii octowej na nośniku np. pumeks, 
kolby kukurydzy, wióry bukowe, koks; 

- 

zacier = brzeczka: dzieli się ją na 3 partie: 

 

i.  50% zacieru w kolumnie: stężenia alkoholu ok. 4% 

ii.  25% : stężenie alkoholu ok.. 3% 

iii.  25%: stężenie alkoholu poniżej 3% 

- 

proces prowadzi się do momentu aż stężenie alkoholu  wyniesie ok. 0,03% 

- 

14% EtOH (maksymalne stężenie alkoholu) 

- 

pożywka hodowlana 1 – 3% CH

3

COOH 

- 

stymulowany wzrost bakterii octowych (ekstrakt sodowy, drożdżowy, glukoza, sole 
mineralne – N,P) 

- 

metoda fermentacyjna (metoda wgłębna): 

i.  fermentatory wyposażone w wężownice (utrzymują stałą temperaturę 30

0

C) i 

system napowietrzający; 

ii.  proces jest szybki, okresowy, wysoce efektywny 

iii.  jedyna wada: produkt zanieczyszczony komórkami bakterii 

iv.  zacier: 10 –14% EtOH, 1- 3% kwas octowy, stymulatory wzrostu bakterii 

octowych (glukoza, ekstrakt drożdżowy, sole mineralne) 

v.  materiał biologiczny – ocet spożywczy 

vi.  materiał chemiczny – kwas octowy dla celów technicznych 

 

OCET BALSAMICZNY:  

- 

winogrona umieszczane są w beczce z drzewa kasztanowego o pojemności 100 l 

- 

po ich tłoczeniu otrzymuje się 70 l. świeżego moszczu., stężonych cukrów 16 –18% 

- 

zachodzi tu fermentacja alkoholowa i octowa 

- 

gotowanie na wolnym ogniu pod gołym niebem; 30 l koncentratu o stężeniu cukrów 
30 –36% 

- 

chłodzenie w okresie zimowym, dekantacja w gąsiorkach 

 

W9 

POLISACHARYDY PRODUKOWANE PRZEZ MIKROORGANIZMY 
 
Typy mikrobiologicznych polisacharydów: 

• 

egzopolisacharydy:  

o 

wydzielane na zewnątrz komórki 

o 

gumy 

o 

nierozpuszczalne w wodzie i nieszkodliwe dla człowieka 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

55 

o 

przemysł spożywczy i farmaceutyczny 

o 

jako koagulanty, emulsyfikatory 

o 

opłacalne pod względem ekonomicznym 

• 

wewnątrzkomórkowe 

o 

stanowią materiał zapasowy 

o 

komponenty ściany komórkowej 

o 

egzopolisacharydy (niektóre wydzielane w postaci kapsułek) 

 
Producenci polisacharydów: 

o 

bakterie Gram + 

o 

bakterie Gram – 

o 

glony 

o 

grzyby 

 

mikroorganizm 

substrat 

Polisacharyd 

Azotobacter  vinelandii  sacharoza 

polisacharyd 

Zymononas mobilis 

sacharoza 

alginian 

Sclerotium rolfsii 

glukoza 

skleroglukan 

Aureobasidium campestris 

sacharoza 

pullan 

Pseudomonas elodea  

węglowodory 

gellan 

Xanthomonas campestris 

laktoza 

ksantan 

 
Pod względem budowy polisacharydy dzielimy na: 

• 

homopolisacharydy: pullulan, dekstran 

• 

heteropolisacharydy: ksantan 

• 

proste 

• 

rozgałęzione 

 
Pod względem niesionego ładunku: 

• 

kationowe 

• 

obojętne  

• 

neutralne 

 
 
1. KSANTAN 
 

• 

produkowany  przez Xanthomonas campestris 

• 

dodatek do żywności 

• 

naturalne pochodzenie mikrobiologiczne 

• 

otrzymywany na drodze fermentacji surowców węgla 

 

W9 

• 

hydrokoloid zbudowany z glukozy, mannozy, i kwasu glukuronowego (3:2:2) 

• 

tworzy  pseudoplastyczne  roztwory 

• 

roztwory ksantanu oparte na: kwaśnym środowisku, działaniu enzymów i zmianach 
temperatury 

• 

chemiczna i fizyczna stabilność = zagęszczanie produktów silnie kwaśnych, zasadowych 

• 

ksantan + mączka chleba świętojańskiego = żel elastyczny, termoodwracalny 

 

Zastosowanie: 

• 

zagęszczacz i substancja żelująca: mleczne napoje fermentowane i niefermentowane, 
musztarda, majonez, kisiel, galaretka, marmolada, sery, dżemy, sery topione, twarogi 

• 

 emulgator i substancja żelująca: mieszaniny masła i tłuszczów roślinnych, napoje z 
cząsteczkami owoców 

 

2. DEKSTRAN 
 

• 

nośniki do wypełnień kolumny 

 

56 

• 

homopolimer z cząsteczkami 

α

-

∆

-glukozy połączonymi w pozycjach 1,6-

α

-1,6-glukan: płyny 

infuzyjne (polimery 30 – 70kDa)  

• 

Leuconostoc mesenteroides: zdolny do przeprowadzania fermentacji, wykorzystuje sacharozę, 
w podłożu musi zawierać mało aminokwasów 

• 

dekstrenosacharoza: transglukozydaza; hydroliza cząsteczki glukozy na dekstran 

• 

produkcja materiałów chromatograficznych, żeli dekstranowych, Sephadex 

 
3. ALGINIAN 
 

• 

produkowany głównie przez glony morskie 

• 

źródło Azotobacter vinelandii 

• 

polisacharyd liniowy zbudowany z kwasu 

∆

-mannozopiranosylurowego  (

β

-1,4) i kwasu 

glukoronowego  (

α

-1,4) 

• 

nośnik do immobilizacji enzymów 

 
4. PULLULAN 
 

• 

biały proszek bez smaku i zapachu, dobrze rozpuszczalny w wodzie, nie rozpuszcza się w 
metanolu i acetonie 

• 

liniowy  egzopolisacharyd 

• 

podstawowa jednostka tri- lub tetrasacharyd 

• 

 

Zastosowanie: 

• 

osłonki produktów  spożywczych 

• 

substytut  skrobi – żywność  niskokaloryczna 

• 

modyfikacja chemiczna –produkcja torebek, pudełek (częściowa estryfikacja: folie 
nierozpuszczalne w wodzie) 

• 

dodatek plastycyzerów (poprawia plastyczność) 

• 

kosmetyki, laminaty, włókna podobne do jedwabiu 

 
 

W9 

Proces produkcji polisacharydów pochodzenia mikrobiologicznego  
- kontrola na poziomie środowiska hodowlanego 

• 

pożywka:  

o 

Xanthomonas campestris = ksantan 

o 

Azotobacter vinelandii = alginian 

• 

temp, pH, stężenie O

2

, rozp.CO

2

 

- kontrola na poziomie sprzętowo –technologicznym 
 
Problemy inżynieryjne: wydzielanie i oczyszczanie produktu. 
 
 
TŁUSZCZE I OLEJE POCHODZENIA MIKROBIOLOGICZNEGO 
 
Rośliny oleiste = soja, orzeszki ziemne, bawełna, rzepak, słonecznik, oliwki, itp. 
 
Przemysł 
spożywczy 

margaryny, tłuszcze do 
pieczenia, majonezy, olej 
sałatkowy, lody, 
cukiernictwo 

olej sojowy, z orzeszków 
ziemnych, rzepakowy, 
oliwa z oliwek 

Przemysł 
kosmetyczny 

kosmetyki, leki 

olej kokosowy, palmowy, 
rycynowy 

Przemysł 
chemiczny 

detergenty, surfaktanty,  
mydła woski, wybielacze,  
plastiki 

olej palmowy,  kokosowy 
olej palmowy,  sojowy 
olej sojowy 

Przemysł 
metalurgiczny 

 

olej palmowy 

 

ograniczenie  źródła  węgla 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

57 

Mikroorganizmy olageageniczne: 
 

• 

20 –25% biomasy w postaci lipidów 

• 

drożdże, pleśnie i inne mikroorganizmy eukariotyczne zawierają enzym liazę ATP cytrynianu  

• 

mikroorganizmy zawierające ten enzym zdolne są do przeprowadzania reakcji: 

cytrynian + ATP +CoA 

→

 acetyloCoA + szczawiooctan + ADP +Pi 

• 

biosynteza tłuszczów – styren 

 
Mikroorganizmy produkują lipazy, gdy pożywka zawiera odpowiednie stężenia źródeł N i C (C:N – 
50:1). 
 
Hodowla okresowa = wzrost biomasy do momentu wyczerpania źródła azotu (pozostające źródło C 

→

 

produkcja lipidów) 
Hodowla ciągła = ograniczenie dostępności do źródła N 
 
PRODUCENCI LIPIDÓW 
1. Bakterie: 
- mycobakterie – Nocardia 
- Arthrobacter – 80% biomasy w postaci lipidów (triacyloglicerole) 
 

W9 

• 

poli-

β

-hydroksymaślan  

o 

produkowany w warunkach ograniczonego dostępu do źródła azotu;  

o 

synteza zależna od O

2

 

o 

nierozpuszczalny w chloroformie, dlatego jest klasyfikowany jako lipid 

o 

polimer  zapasowy 

o 

biodegradowalny plastik; producent : Alcaligenes enthropus (70 – 80% masy w 
postaci polimeru) 

• 

woski: Acinetobacter; proste estry kwasów tłuszczowych i alkoholi tłuszczowych, pożywka z 
bursztynianem jako źródłem węgla lub octanem (10-25% lipidów) oraz alkohole tłuszczowe – 
wysoka  wydajność 

2. Glony: 

§  oleje-do 70% Chlorella perenoiclosa   
§  przejściowe produkty olejów napędowych 

 
 
 
 
W10 
2,3-BUTANODIOL 
 
1906r. – odkrycie 2,3-butanodiolu w płynie pohodowlanym Klebsiella pneumoniae 
II w.  św. – przemysł  zbrojeniowy 
obecnie – paliwo płynne, prekursory pianek, atramenty, farby drukarskie, plastyfikatory, materiał 
wybuchowy 
 

• 

producenci: 

o 

 Klebsiella pneumoniae 

o 

Klebsiella oxytoc 

o 

Enterobacter aerogenes 

o 

Serratia marcescens 

o 

Bacillus subtilis 

o 

Bacillus polymyxa 

• 

substraty:  

o 

Klebsiella oxytoca = melasy, enzymatycznie hydrolizowane zaciery zbożowe, 
zhydrolizowana skrobia, pszenica, hydrolizaty drewna, odpady posiarczynowe 

o 

Bacillus polymyxa = skrobia kukurydziana, pszeniczne zaciery (enzymy 
amylolityczne) 

• 

warunki fermentacji: pH 5-6,5, temp. 37

o

C, O

2

, stężenie substratów 5-10% 

• 

biochemia procesu: 

 

58 

 

glukoza 

 

pentan 

 
 
 
 

  frutozo-6-fosforan + aldehyd-3-fosfoglicerynowy 

 
 
 
 

 

 

 

 

2-pirogronian 

 
 
 

 

 

 

 

  acetoina 

 
 

 

 

 

 

diacetyl 

 

2,3-butanodiol 

 

• 

produkty otrzymywane  z 2,3-butandiolu 

o 

2-buten 

o 

1,3-butadien 

o 

estry butanodiolu 

o 

eter tetrametylowy 

o 

MEK 

 
GLICEROL 
 

• 

zastosowanie: przemysł spożywczy, kosmetyczny, farmaceutyczny, chemiczny, materiał 
wybuchowy  (pochodne  estrowe) 

• 

dodatek siarczku sodu 

→

 drożdże zamiast etanolu wytworzą glicerol 

 
W10 
ENZYMATYCZNA SYNTEZA TLENKÓW ALKENÓW 

 
 

O

2

 

 

 

 
 
 

propylen, Cl 

-

, H

2

O

2

 

 

 

 
 
  chlorek  hydroksypropylenu 
 

 

H

- 

Cl

- 

 
 

tlenek propylenu 

 
 
ALKOHOL ETYLOWY = ETANOL 
 

• 

CH

3

CH

2

OH 

• 

przemysł spożywczy, odczynnik chemiczny, rozpuszczalnik, paliwo 

• 

proces fermentacji cukrów z wytworzeniem alkoholu jest szeroko rozpowszechniony  w 
przyrodzie 

• 

produkcja przemysłowa: gorzelnicze odmiany drożdży: Saccharomyces cerevisiae, w USA: 
Saccharomyces cerevisiae+ Candida+ Kluyveromyces 

• 

cechy drożdży gorzelniczych: 

o 

wysoka aktywność fermentacyjna 

o 

wydajność produkcji biomasy 

o 

wysoka stabilność cech morfologicznych i fizjologicznych 

o 

odporność na temperaturę >30

o

C 

glikoliza 

CO

2

 

oksydaza 
2-pyranosowa 

chloroperoksydaza 

epoksydaza 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

59 

o 

odporność na duże stężenia etanolu w pożywce 

o 

zdolność do fermentowania brzeczek o  podwyższonej zawartości cukrów (nawet ok. 
50%) 

• 

fermentacja alkoholowa: piwowarska, winiarska, gorzelnicza 

• 

surowce do produkcji alkoholu etylowego 

o 

surowce  skrobiowe – kukurydza, żyto, ziemniaki, jęczmień, owies, sorgo, ryż 

o 

surowce zawierające mulinę – łopian, buraki 

o 

surowce zawierające cukry proste i oligocukry – melasa, sacharoza, serwatka, buraki 
paszowe, owoce, soki owocowe 

o 

surowce zawierające celulozę – drewno i jego odpady, torf, ługi posiarczynowe, 
trawa, słoma 

• 

surowce zawierające skrobię: oczyszczanie, obróbka termiczna, obróbka enzymatyczna 

• 

przygotowanie słodu gorzelnianego: 

α

-amylaza, 

β

-amylaza, 

α

-glukozydaza, glukozydaza 

amylopektynowa,  oligo-1,6-glikozydaza 

• 

warunki procesu: 

o 

14 – 16 dni, temperatura 8 – 10

o

C, półmrok 

o 

rozdrobnienie i ługowanie enzymów wodą = mleczko słodowe 

W10 

o 

zacieranie = przemiana skleikowanej skrobi na  cukry w temp. 55

o

C 

o 

α

-amylaza: pH op. 5-6, temp. op. 70

o

C 

β

-amylaza: pH op. 4-5, temp. op. 40 –50

o

C 

• 

preparaty enzymatyczne scukrzające skrobię: 

o 

termamyl – Bacillus lichenifornis 

o 

SAN – Aspergillus niger 

o 

Fungamyl – Aspergillus oryzae 

o 

BAN – Bacillus subtilis 

• 

przygotowanie drożdży gorzelnianych 

o 

namnożenie przez ok. 20h na przecieku drożdżowym 

o 

dobre rezultaty – immobilizacja 

§  mniejsza zależność od zmian kwasowości i temperatury 
§  mniejsze ryzyko zakażenia 
§  mniejsze koszty inwestycyjne i energochłonność 
§  szybkość i wydajność produkcji 

• 

fermentacja: 

o 

I = zafermentowanie 18 –20h, powolny wzrost 

II = fermentacja główna 20 –22h, temp. max 30

o

C 

III = defermentowanie 20 – 30h, temp. 25 –26

o

C 

o 

zacier dojrzały zawiera  8 –12% alkoholu 

o 

produkty uboczne: kwas octowy, bursztynowy, aldehyd octowy, estry, wyższe 
alkohole (fuzle) 

o 

teoretyczna wydajność: 

C

6

H

12

O

6

 

→

  2C

2

H

5

OH + 2CO

2

 

100g glukozy 

→

  51,5g EtOH 

o 

wydajność praktyczna: 

45 – 48g metanolu / 87 – 94% w stosunku do wydajności teoretycznej 

o 

proces fermentacji surowców zawierających cukry proste lub dwucukry nie wymaga 
stosowania słodu scukrzających preparatów enzymatycznych 

• 

poszczególne surowce: 

o 

melasa: rozcieńczenie, sterylizacja, proces okresowy, ciągły i półciągły 

o 

serwatka:  Kluyveromyces; 42 l serwatki (4,4% laktozy) = 100% EtOH 

o 

surowiec  zawierający celulozę: hydroliza 

• 

destylacja 

 

napój destylowany 

surowiec 

Wódka 

ziemniaki, zboże 

Scotch Whisky 

jęczmień 

Irish  Whisky 

jęczmień, pszenica, owies, ryż 

Canadian Whisky 

ryż 

Gin (1650r) 

ziarna zbóż, owoce jałowca 

Aquavit 

ziemniaki, ziarna zbóż, kminek 

70%  skrobi: 

• 

80%  maltoza 

• 

20%  dekstryny,  glukoza 

 

 

60 

Tequilla 

sok kaktusa Agare Aequilana 

Kirchwasser 

sok  wiśniowy 

Brandy 

owoce 

Cognac 

białe winogrona 

Rum 

trzcina cukrowa 

 
 

W11 

METALWORKING FLUIDS 

 
W procesie obróbki metali stosowane są różne substancje ciekłe, które spełniają trzy podstawowe 
funkcje: 

1.  chłodzenie 
2.  smarowanie 
3.  odprowadzanie drobin i opiłków 
 

Ciecze niewodne oraz na bazie wody. 
 
Drobnoustroje zasiedlające ciecze na bazie wody: 
 

• 

szczepy Pseudomonas = duże zdolności adaptacyjne do niekorzystnych warunków życia, 
wykorzystują składniki organiczne, tak więc: 

o 

utleniają alkany do kwasów tłuszczowych 

o 

przeprowadzają 

β

-oksydację kwasów tłuszczowych  

o 

przeprowadzają deaminację aminy 

o 

hydrolizują sulfoniany ropy naftowej 

o 

degradują inhibitory korozji 

co powoduje zmiany w charakterze substancji (dekoloryzacja, zmiana pH) i przygotowania 
środowiska życia dla anaerobów 

• 

szczepy anaerobów Desulfovibrio = nigdy nie pojawiają się, gdy zasiedlą  środowisko bardzo 
trudno się ich pozbyć; smród H

2

S 

• 

grzyby  wszędobylskie Cephalosporium, Fusarium, Aspergillus, Penicillium, Cladosporium, 
Candida: 

o 

zdolne do przetwarzania w obecności dużych populacji Pseudomonas 

 
Detekcje (wykrywanie) mikroorganizmów w cieczach związanych z obróbką metali: 
 

• 

redukcja błękitu metylowego = populacje Pseudomonas 

• 

oznaczanie poziomu ATP 

• 

stężenie O

2

 uwalnianego z H

2

O

2 

przez katalazę komórkową 

• 

radiospirometria, konduktometria, kalorymetria – nie są wykorzystywane 

 
Choroby ludzi: 

• 

1978r. – 250 pracowników zakładów Forda „Ford – Pontiac Fever” 

• 

związane z obecnością biocydów 

 
Problemy ze stosowaniem biocydów. 
Nie ma środka uniwersalnego i zawsze skutecznego. 
Przykładowe biocydy: Dowcide, Bioban, Tris Nitro,  Vancide TH. 
 
 
 
 
 
 
 
 
W11 

SCO = Single Cell Oil 

 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

61 

• 

Do SCO nie zalicza się wosków,  

• 

zalicza się te, które mają strukturę triacylogliceroli 

• 

główni producenci: glony, grzyby (pleśnie, drożdże) 

• 

idealny substrat powinien zawierać taki sam stosunek reszt (2 nasycone : 1 nienasycone 
łańcuchy) 

 
 
Olej z drożdży jako odpowiednik masła kakaowego 
 

 

H

33

C

17

OC

O

CH

CH

2

O

CH

2

O

CO

CO

C

17

H

35

C

18

H

37

 

 
CBE = substytut masła kakaowego (16:0, 18:0,18:1) 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

O

2

 

R

R1

CH

2

R1

CH

2

CH

2

R

R1

CH

R

CH

NADPH

NADP+

desaturaza

inhibitor

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 2 H

2

O 

 
Mutagenaza = Candida curvata 

→

 nieaktywna desaturaza 

 
POLINIENASYCONE KWASY TŁUSZCZOWE 
 

• 

prekursory prostaglandyn,  leukotrienów, tromboksanów 

• 

EPA i DHA polecane przy profilaktyce chorób serca 

• 

kwasy 

γ

-linolenowe (GLA) – egzema 

o 

kwas 

γ

-linolenowy  (GLA) – Mucorcircinelloides 

o 

kwas dihomo-

γ

-linolenowy – Mucorcircinelloides  

o 

kwas arachidonowy (ARA) – Mucorcircinelloides  

o 

EPA – powstaje w wyniku działania 

∆

 17 desaturazie działąjącej na ARA 

20% zawartości lipidów u grzybów Mortierella i Pythium, glon Porphyridium cruentum 40% lipidów 

W11 

• 

DHA = grzyby morskie (Tchranstochytrium aureum) – 50% lipidów komórkowych, brak EPA 

• 

bakterie produkują PUFAs – Altermonas, Shewanella, Flexibacter, Vibrio = produkcja 
przemysłowa EPA możliwa dla Shewanella putrifaciens (15 – 18 g biomasy, 12 –18 h, 10 –15 
% biomasy to lipidy w tym 25 –40 % EPA) 

 
 

PERSPEKTYWY W AGROBIOTECHNOLOGII 

 
Nowa agrobiotechnologia bazuje na inżynierii genetycznej, biologii molekularnej i mikrobiologii 
stosowanej. 
 
XX w. - biotechnologia  mikroorganizmów 

MASŁO  KAKAOWE 

 

62 

XXI w. - biotechnologia roślin i zwierząt 

 

Cel wprowadzenia: 

• 

zwiększenie wydajności plonów 

• 

aby rolnictwo było przyjazne dla środowiska 

 

TECHNOLOGIE GENOWE  

 
Strategia doskonalenia rolnictwa zawsze koncentruje się na: 

• 

dobór odpowiednich upraw 

• 

zarządzanie ziemią i wodą 

• 

walce ze szkodnikami i ochronie upraw 

 

Wprowadzanie do środowiska organizmów transgenicznych musi mieć wpływ na te czynniki. 
 

ROŚLINY TRANSGENICZNE 

 
produkt 

status 

Producent 

rośliny odporne na stres (susze, 
zasolenie) 

próby 
polowe 

 

zboża zdolne do wiązania N

2

 z 

genami roślin strączkowych 

wczesne 
badania 

 

rośliny z tolerancją na pestycydy  w handlu 

Monsanto 
Calgene 
Dupont 

owoce i warzywa odporne na 
wirusy 

próby polne 

Asgrow 

jadalne szczepionki 

badania 

 

pomidory z opóźnionym 
dojrzewaniem 

w handlu 

Calgene 

 
 
 
 
 
 
W11 

ZWIERZĘTA TRANSGENICZNE 

 
produkt 

zwierzę lub jego 
produkt 

status 

p/ciała monoklonalne 

mleko krów 

 

hormon  wzrostu 

tilapie (ryba) 

próby 
polowe 

 
MIKROORGANIZMY TRANSGENICZNE 
 
produkt 

status 

chymozyna 

Zaakceptowane przez FDA 

 
MIKROORGANIZMY W ROLNICTWIE (BIONAWOZY) 
 

Rhizobie  wiązanie N

2

 

rośliny strączkowe 

Cyanobacterie  wiązanie N

2

 

ryż 

mikoryza 

P,N,S 

drzewa szpilkowe 

kompost 

żyzność gleby 

rośliny 

 
 
CZYNNIKI BIOKONTROLI 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

63 

- 

biopestycydy 

- 

bioinsektycydy 

- 

bioherbicydy 

- 

inne: diagnostyka, bioremediacja 

 
Biotechnologiczne doskonalenie roślin a środowisko: 
2001r. – 52 mln hektarów upraw roślin transgenicznych (39 mln hektarów w Ameryce Płn) 
 
Biotechnologia roślin rozwija się w dwóch kierunkach: 
 

1.  technik umożliwiających selekcję genetyczną rekombinantów przyśpieszających uzyskanie 

nowych odmian roślin 

 
techniki markerów molekularnych– łatwy i szybki sposób oceny segregującej populacji przez 
co skraca się czas selekcji określonego  genotypu 
 
mapowanie molekularne- służy do identyfikacji miejsca, w którym znajdują się określone 
geny co może być wykorzystane w doborze komponentów do krzyżowania 
 
techniki kultur in vitro, techniki mikrorozmnażania, otrzymywanie podwojonych haploidów, 
technika fuzji protoplastów i uzyskiwania mieszańców somatycznych 
 

2.  modyfikacji genetycznej 

 
 
 
 

W11 

MOŻLIWOŚCI MODYFIKACJI GENETYCZNEJ W PRZYKŁADZIE GENÓW 
WARUNKUJĄCYCH ODPORNOŚĆ 
 
Geny roślinne kodujące: 

• 

inhibitory enzymów trawiennych owadów 

• 

toksyczne substancje (lektyny, chitynazy, alkaloidy) 

• 

białka 

• 

białka antywirusowe 

• 

naturalne geny gospodarza kodujące odporność na patogeny 

 
Geny patogenu lub mikroorganizmu niepatogenicznego: 

• 

geny  białek wirusa  

 
W celu zapewnienia długotrwałego i silnego efektu ochronnego produktu trans genezy powinny 
cechować się szerokim spektrum działania, np. gen B

s

2 z papryki- produkty rozpoznają białka 

awirulencji  bakterii Xanthomonas campestris , X. Oryzae gen X

a

21 z ryżu- produkty rozpoznają 

białka awirulencji  bakterii Xanthomonas campestris , X. oryzae 
 
Korzystny efekt można też uzyskać poprzez optymalizację  
 
KIERUNKI ROZWOJU TECHNIK TRANSFORMACJI 
 

• 

metody  transformacji za pomocą Agrobacterium jako system bardziej precyzyjny niż 
transformacje bezpośrednie 

• 

transformacje chloroplastów jako metoda znacznie zwiększająca ilość produktu i 
umożliwiająca poziome rozprzestrzenienie się transgenów 

• 

transformacja in plane 

• 

precyzyjne transformacje do wybranego miejsca w genomie 

• 

użycie nowych markerów selekcyjnych do selekcji pozytywnej 

• 

rozwój metod eliminacji genów selekcyjnych 

 

 

64 

ROŚLINY TRANSGENICZNE JAKO PRODUCENCI WAŻNYCH DLA CZŁOWIEKA 
PRODUKTÓW 
 

• 

oleje roślinne 

• 

węglowodany 

• 

białka – szczepionki, przeciwciała, biofarmaceutyki (somatotropina), białka przemysłowe 

• 

tytoń i ziemniaki  

• 

przeciwciała – większa aktywność biologiczna niż przeciwciała monoklonalne 

o 

przeciwciała IgA z tytoniu przeciwko mikroorganizmom powodującym gnicie zębów 
u ludzi 

• 

biofarmaceutyki – hormony  

o 

somatotropina = w chloroplastach tytoniu 

 
 

W11 

ROŚLINNE SZCZEPIONKI BAKTERYJNE 

 
Nawóz bakteryjny (szczepionka bakteryjna)- preparat składający się z gleby, substancji odżywczej 
oraz szczepu drobnoustroju, który może: 

• 

wzbogacać glebę w określony składnik pokarmowy (szczepionki wzbogacające w związki 
azotu 

• 

mobilizować procesy przekształcania związków chemicznych niedostępnych dla roślin w 
związki dostępne (szczepionki immobilizujące) 

 
 
SZCZEPIONKI WZBOGACAJĄCE 

• 

Nitragina – Rhizobium 

• 

Azotobakteryna (nie tylko do roślin motylkowych) – Azotobacter (występuje tam gdzie dużo 
związków organicznych)  

 
SZCZEPIONKI  IMMOBILIZUJĄCE 

• 

Fosfobakteryna – Bacillus megaterium (zdolność mineralizacji wiązań fosforowych) 

• 

szczepionki oparte o siderofory 

• 

szczepionki oparte o mikoryzę (współdziałanie roślin wyższych z grzybami)- w leśnictwie 

o 

zewnętrzna – obrasta korzenie, nie wnika do wnętrza 

o 

wewnętrzna – przebija skórę, przerasta strzępkami 

 
 

BIOINSEKTYCYDY 

 
mikroorganizm 

cel 

sposób  otrzymywania 

 

Bacillus 

thuringensis  

larwy  Leptidopteran 
larwy Dipteran 

fermentacja 

w handlu 

Bacillus popilae 

żuki japońskie 

 

w handlu 

Bacillus sphaericus 

larwy komarów 

fermentacja 

 

Beauveria bassiana 

różne 

fermentacja 

 

Hirutella thompson 

roztocza cytrusów 

fermentacja 

w handlu 

Verticillum lecani 

mszyce w szklarniach 

fermentacja 

w handlu 

 
 

W12 

 

OCHRONA ŚRODOWISKA 

 

Biotechnologia  w  ochronie  środowiska 

 
Tworzenie zintegrowanych  systemów ochrony  środowiska: 

• 

wydobywanie  surowca 

• 

transport surowca do punktu przerobu 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

65 

• 

przetwarzanie surowca 

• 

eksploatacja urządzeń procesu technologicznego 

• 

zagospodarowanie surowców ubocznych, odpadów, ścieków 

 
LCA - cykl życia produktów 
 
Strategie odpadów: 

• 

unikanie ich powstawania lub zmniejszenie ich ilości i szkodliwości 

• 

materiałowe i energetyczne wykorzystanie odpadów 

 
Metody czyszczenia ścieków: 

• 

mechaniczne 

• 

fizykochemiczne 

• 

biologiczne 

 
Złoże biologiczne - mikroorganizmy zamieszkujące błonę biologiczną, przez którą przesączają się 
ścieki 
 
Bioremediacje - użycie biologicznych układów w celu redukcji wielkości zanieczyszczenia 
środowiska lub transformacji różnego rodzaju zanieczyszczeń w formy mniej szkodliwe  

• 

bioremediacje  podstawowe = naturalna mikroflora skażonego terenu jest wykorzystywana 
do obniżenia substancji  toksycznych w środowisku do bezpiecznego poziomu w określonych 
i akceptowalnych ramach czasowych ( z naszej strony żadnych działań tylko monitoring) 

• 

biostymulacja = np. natlenianie i wprowadzanie pożywek, wzbogacanie w azot i fosfor; 
zależy od pH, zasolenia i wilgotności 

• 

bioaugmentacja = (wprowadzenie obcej mikroflory gdy bioremediacja podstawowa i 
biostymulacja zawodzą) = wzbogacanie zanieczyszczonego terenu  w specjalnie 
wyselekcjonowane mikroorganizmy o dużej zdolności biodegradacji zanieczyszczeń 

 
Przeprowadzanie bioremediacji: 

• 

in situ = na miejscu 

• 

ex situ 

 
Rodzaj i miejsce 
skażenia 

Koszt metody 
konwencjonalnej 

Koszt bioremediacji 

Różnica 

grunt skażony 
węglowodanami 
pochodzenia 
petrochemicznego 

wydobycie gruntu i 
oczyszczenie ex situ 
3 mln $ 

biowentylowanie 
0,2 mln$ 

2,8 mln $ 

W12 

Zalety: 

• 

procesy ekonomiczne  

• 

możliwość prowadzenia procesu in situ 

• 

grunt nadaje się do użytku bezpośrednio po przeprowadzeniu procesu oczyszczania 

• 

nie wymaga stosowania kosztownej i skomplikowanej aparatury 

 
Ograniczenia: 

• 

rodzaje skażenia 

• 

warunki panujące w mieście 

• 

skażenie czasowe 

 
Technologie te znajdują szczególne zastosowanie przy remediacji gruntów i wód gruntowych 
skażonych:  

• 

produktami ropopochodnymi, benzenem, toluenem, paliwami, benzyną 

• 

produktami organicznymi: pestycydami, rozpuszczalnikami, środkami do impregnacji drewna 

• 

 metalami ciężkimi 

 
FITOREMEDIACJE - technologia oczyszczania środowiska, która wykorzystuje naturalne 
zdolności roślin do pobierania i gromadzenia substancji zanieczyszczających lub do ich biodegradacji 

 

66 

np.  zanieczyszczenie metalami ciężkimi: 
 

Cu: 

 

mniszek > skrzyp> trawy > sałata > kukurydza 

 

Cd: 

 

tobołek > szpinak > sałata > wierzba > słoma, jęczmień > trawy 

 
Typy fitoremediacji: 

• 

fitoakumulacje (fitoekstarkcje) - wnikanie do wnętrza roślin; nie ulegają one degradacji 

o 

wierzba 

o 

gryka 

o 

luceryna 

• 

ryzofiltracje - rozwój roślin w  środowisku wodnym 

• 

fitodegradacja - system  korzeniowy, enzymy roślinne degradują toksyny 

• 

biodegradacja ryzosferyczna - roślina wydziela do środowiska związki degradujące toksyny  

• 

fitostabilizacje - wydzielanie związków do podłoża, unieruchamianie toksyn 

• 

fitoutlenianie =-transpiracja toksyn przez liście

 

 

• 

kontrola hydrauliczna drzew 

 
Zalety: 

• 

niski koszt nakładów inwestycyjnych 

• 

minimalne zakłócenie istniejących warunków środowiska 

• 

powszechna aprobata opinii publicznej 

 
Ograniczenia: 

• 

wolne tempo oczyszczania  

• 

ograniczenie działania do płytkich warstw gleby 

• 

odpowiednio duże powierzchnie 

W12 

• 

powolny wzrost i specyficzne wymagania oraz różna tolerancja na inne zanieczyszczenia 
gleby 

• 

nie pomocne w wielu przypadkach  

• 

toksyczność i biologiczne własności produktów biodegradacji   

• 

przenikanie do żywności 

• 

niska efektywność w przypadku zanieczyszczeń, silnie zaobserwowanych na następnych 
glebach 

 

 
 
BIOGEOCHEMIA - zajmuje się rolą organizmów żywych w procesach obiegu pierwiastków w 
przyrodzie, ich przemieszczaniem, akumulacją, tworzeniem i rozkładem minerałów oraz skał 
 
Metody wymywania pierwiastków: 

1.  techniki laboratoryjne – perkolator - technika hodowli wstrząsanej; metoda zamkniętej kolby 

ekologicznej; wymywanie pod ciśnieniem 

2.  metody in situ - hałdy niskoprocentowych rud „hole to hole”, „hole to mine” 

 
Czynniki warunkujące efektywność wymywania pierwiastków: 

• 

dostępność tanich źródeł wody  

• 

odpowiedni skład rudy 

• 

dobór odpowiedniego szczepu 

• 

odczynniki chemiczne 

 
M I K R O B I O L O G I C Z N E   R E A K C J E   G E O C H E M I C Z N E   
O   Z N A C Z E N I U   P R A K T Y C Z N Y M 
 
1. BIOGEOCHEMIA Cu:

 

• 

wymywanie Cu związane jest z reakcjami utleniania związków towarzyszących czyli 
związków siarki i żelaza: H

2

SO

4

, FeSO

4

, Fe

2

(SO

4

)

3

 

• 

Thiobacillus thiooxidans, Thiobacillus ferroxidans 

• 

piryt:   

FeS

2

 + 7O

2

 + H

2

O 

→

 2FeSO4 + H

2

SO

4

  

• 

chalkopiryt:       Fe S

2

 + 7,5O

2

 + H

2

O 

→

 Fe

2

(SO

4

)

3

 + H

2

SO

4

 

• 

chalkozyn:           Cu

2

S + 2Fe

2

(SO

4

)

3

 

→

 2CuSO

4

 + 4FeSO

4

 + S 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

67 

 

   

CuSO

4

 + Fe

2+

 

→

 FeSO

4

 + Cu

2+

  

 

 

 

 

Piryt towarzyszy 
związkom miedzi 

Cu

2

S 

Chalkozyn 

S

2-

 

+ 

CuFeS

2

 

Chalkopiryt  S

2-

, Fe

2+

  - 

CuS 

kowelin 

S

2-

 

+ 

 
2. BIOGEOCHEMIA Zn: 
 
Skład chemiczny 

Nazwa minerału 

ZnS 

Sfaleryt

 

ZnO 

Cynkit

 

ZnCO

3

 

Smitsonit

 

Zn

2

(SiO

4

) 

Wilemit

 

Zn

4

(OH)

2

(SiO

7

) x H

2

O 

Kupryt

 

 

• 

Thiobacillus ferrooxidans: 

ZnS + 2Fe

2

(SO

4

)

3

 + O

2

 

→

 ZnSO

4 

+ 4FeSO

4 

+ 2H

2

SO

4

 

 
H

2

SO

4

 = ułatwia wymywanie, zakwasza środowisko, stwarza warunki dla wzrostu 

Thiobacillus ferroxidans 

 
3. BIOGEOCHEMIA URANU: 
 
 

 

Podatność na 
wymywanie 
mikrobiologiczne 

UO

2

 

Uraninit

 

+ 

 

Guninit

 

+ 

 

Bekerelit

 

+ 

 

Kofinit

 

- 

 

238

U + 

235

U + 

234

U - naturalny uran 

 

 

 

W13 

AKUMULACJA METALI  PRZEZ MIKROORGANIZMY 

 
1.  Usuwanie metali ciężkich ze środowiska przez mikroorganizmy wynika z: 

• 

powierzchni wiązania metali przez reaktywne polimery i makrocząsteczki osłon 
komórkowych 

• 

wewnątrzkomórkowe wiązanie metali 

 

Oporność mikroorganizmów na metale ciężkie wynika z obecności systemów komórkowych 
umożliwiających: 

• 

wydalanie metali na zewnątrz komórki 

• 

akumulację wewnątrz komórki 

• 

mechanizmy enzymatyczne prowadzące do powstawania form mniej toksycznych 

 

BIOSORPCJA - usuwanie metali ze środowiska  

 
2.  Mechanizmy usuwania metali ciężkich: 

• 

powierzchniowe wiązanie metalu: 

o 

procesy wymiany jonowej = ważna rola grupy COOH, fosforanowa (występują jako 
składniki błon komórkowych) 

o 

tworzenie trwałych kompleksów = grupy COOH, OH, NH

3

 (powinowactwo  do 

elektrododatnich metali) 

 

68 

o 

rola białka (Cd: chityna; Cu, Co: mannan) 

o 

różnice w efektywności usuwania metali u bakterii Gram (+) i Gram (–) (różna 
budowa ściany komórkowej); Gram (+) 10x efektywniej wiążą metale, ponieważ mają 
wielowarstwową ścianę co umożliwia wiązanie jonowe z metalem) 

o 

ważne jest jakie mikroorganizm posiada otoczki, warstwy śluzowe (ułatwiają 
wiązanie metalu) 

• 

zmiana pH środowiska: 

o 

zmiana odczynu powoduje przesunięcie równowagi chemicznej pomiędzy formami 
metali w roztworze, a pośrednio ma wpływ na powinowactwo adsorpcyjne metalu do 
otoczek i ścian komórkowych 

o 

grzyby- obniżają pH środowiska 

o 

bakterie- podwyższają pH środowiska 

o 

w środowisku alkalicznym tworzą się trudnorozpuszczalne związki 

o 

w środowisku kwaśnym tworzą się łatworozpuszczalne związki 

o 

Alcaligenes denitrificans = usuwanie Cd związane jest ze zdolnością do silnej 
alkalizacji środowiska (prowadzą proces denitryfikacji). 

 

3.  Pozakomórkowe wydzielanie przez mikroorganizmy substancji nieorganicznych i organicznych: 

• 

kwasy organiczne, białka przyłączają Cd i powstałe kompleksy są deponowane w obrębie 
osłon  komórkowych 

• 

mikroorganizmy redukujące siarczany do H

2

S wytrącają metale w postaci nierozpuszczalnych 

siarczków 

• 

Citobacter sp. – Cd (pożywka z fosfoglicerolu, kwaśna fosfataza 

→

 

−

2

4

HPO

 , nierozpuszczalne 

MeHPO

4

 

 

W13 

4.  Biotransformacje polegające na przemianie enzymatyczne j metalu (f. rozpuszczalne 

→

 f. mniej 

rozpuszczalne): 

• 

reakcje utleniania i redukcji 

• 

reakcje metylacji i demetylacji 

As – utleniany przy pomocy oksydaz do As (V)- mniej rozpuszczalny i łatwiej strącany przez 
fosforany czy FeCl

3

 

Cr(VI) – redukcja do Cr(III) Enterobacter elocae 
Hg – Aeromonas hydrophila (proces  dwuetapowy) 

 
5.  Akumulacja metali: 

• 

metalotioneiny (duża ilość grup tiolowych) = politiolowe polipeptydy  

zawierające duże ilości (30%) Cys – Zn, Cu, Ag, Sn, Mg, Cd 

• 

fitochelatony = glony, rośliny wyższe  

• 

drożdże = niskocząsteczkowe polifosforany (kumulacja metalu w postaci granulek)  

 
 
ETAPY W PRZEMYSŁOWYCH PROCESACH USUWANIA METALI CIĘŻKICH ZE 
ŚRODOWISKA 

• 

biosorpcja: w tym procesie można  wykorzystywać: 

o 

mikroorganizmy stanowiące produkt uboczny w przemyśle farmaceutycznym czy 
fermentacyjnym lub procesach oczyszczania ścieków 

o 

mikroorganizmy hodowane i namnażane na specjalnych podłożach i wykazujące 
zdolności do efektywnego wiązania metali 

o 

biopreparaty: AMT – BIOCLAM 

• 

desorpcja i regeneracja biomasy 

 
Unieruchamianie biomasy:  

• 

pasywne: 

o 

agregacja (biomasa mało odporna na uszkodzenia) 

o 

zasiedlenie nośników 

o 

zastosowanie związków chemicznych, np. aldehyd glukonowy 

• 

aktywne: 

o 

specjalne nośniki modyfikowane chemicznie (silnego związanie biomasy z 
nośnikiem) 

białka indukcyjne  = pojawiają  się 
gdy  komórka ma  kontakt  z 
metalem 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com

background image

 

69 

o 

biomasa musi być zregenerowana, a metal odzyskany np. metodą elektrolizy 

 
MEOR = Microbiologically Ennanced Oil Recovery  (wydobycie ropy naftowej przy użyciu 
mikroorganizmów) 

• 

złoża odpowiednie dla MEOR:    pH 4-8 

 temp. <75

o

C 

 zasolenie < 10% 
 obecność fazy wodnej (decydująca) 

• 

w złożach panują warunki beztlenowe, jest na dużych głębokościach, panuje wysokie 
ciśnienie, pH wody jest ekstremalne, bardzo wysokie zasolenie(warunki ekstremalne nawet 
dla mikroorganizmów) 

• 

istnieją mikroorganizmy wykorzystujące węglowodory jako źródło węgla, ale tylko w 
warunkach tlenowych (w złożu warunki beztlenowe), dlatego wraz z mikroorganizmami do 
złoża wprowadza się substancje odżywcze 

W13 

• 

w metodzie tej nie używa się bakterii wytwarzających polimery, bakterii fermentacyjnych, 
kłaczkujących w celu uniknięcia zatkania por (miejsce iniekcji musi być czyste) 

• 

problem  dyspersji- mikroorganizmy wprowadzane jako zawiesina wodna, bakteria nie może 
być większa niż por w skale  (ważny rodzaj skały) 

• 

w złożu znajdują się mikroorganizmy, więc może dojść do interakcji z bakteriami przez nas 
wprowadzonymi 

• 

charakter ropy zmienia się pod wpływem obecności mikroorganizmów (rozwój, wzrost), np. 
utlenianie olejów do kwasów tłuszczowych – tworzą się detergenty 

• 

wzrost biomasy wypycha ropę na zewnątrz 

 

 

 
 
 
 

 
 
 

 
 
 

 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Printed with FinePrint - purchase at www.software-partners.co.uk

PDF created with pdfFactory Pro trial version 

www.pdffactory.com