Промышленная биотехнология

4.Биоэлектроника 

В области электроники  биотехнология может быть использована для создания улучшенных типов биосенсоров  и новых приводящих устройств, называемых биочипы. 

Биотехнология делает возможным создание устройств, в  которых белки являются основой  молекул, действующих как полупроводники. Для индикации загрязнений различного происхождения в последнее время  стали использовать не химические реагенты, а биосенсоры – ферментные электроды, а также иммобилизованные клетки микроорганизмов. Ферменты обладают высочайшей чувствительностью. 

Биоселективные датчики  создают также путем нанесения  на поверхность ионоселективных  электродов целых клеток микроорганизмов  или тканей. Например, Neurospora europea –  для определения NH3, Trichosporon brassiacae –  для определения уксусной кислоты. 

В качестве сенсоров используют также моноклональные антитела, обладающие исключительно высокой  избирательностью. Лидерами в производстве биодатчиков и биочипов являются японские компании, такие как Hitachi, Sharp. Например, компания Hitachi в начале 90-х  годов создает проектную групп  численностью в 200 человек исключительно  для работ в области биоэлектроники. Компания Sharp проводит исследования по разработке компьютеров с биокомпонентами. 

Появляется новый  тип полупроводников, проводящую функцию  в которых осуществляют молекулы белков. Такие ферментные системы  работают с большей скоростью, чем  кремниевые полупроводники. Биочипы  имеют небольшие размеры, надежны  и способны к самосборке. Еще одна японская компания, Sony, запатентовала  способ производства высококачественных акустических систем из целлюлозы, образуемой бактериями. Гелеобразная целлюлоза  высушивается. Полученный материал имеет  структуру сот и используется в качестве плоской диафрагмы  акустических систем.

5.Биотехнологии в пищевой промышленности 

Статистические данные ООН по вопросам продовольствия и  сельского хозяйства свидетельствуют  о том, что проблема обеспечения  населения нашей планеты продуктами питания внушает серьезные опасения. По этим данным, более половины населения  Земли не обеспечено достаточным  количеством продуктов питания, примерно 500 млн. людей голодают, а  около 2 млрд. питаются недостаточно или  неправильно. К концу XX в. население  нашей планеты с учетом контроля рождаемости составило 7,5 млрд. человек. Следовательно, тяжелое уже сейчас положение с продуктами питания  может принять в недалеком  будущем для некоторых народов  угрожающие масштабы. 

Пища должна быть разнообразной и содержать белки, жиры, углеводы и витамины. Источники  энергии — жиры и углеводы в  определенных пределах взаимозаменяемы, причем их можно заменить и белками, но белки нельзя заменить ничем. Проблема питания людей в конечном счете  заключается в дефиците белка. Там, где сегодня люди голодают, не хватает  прежде всего белка. Установлено, что  ежегодный дефицит белка в  мире, по самым скромным подсчетам, оценивается в 15 млн. т. Наибольшую популярность как источники белка приобрели  семена масличных культур — сои, семян подсолнечника, арахиса и  других, которые содержат до 30 процентов  высококачественного белка. По содержанию некоторых незаменимых аминокислот  он приближается к белку рыбы и  куриных яиц и перекрывает  белок пшеницы. Белок из сои широко уже используется в США, Англии и  других странах как ценный пищевой  материал. 

Эффективным источником белка могут служить водоросли. Увеличить количество пищевого белка  можно и за счет микробиологического  синтеза, который в последние  годы привлекает к себе особое внимание. Микроорганизмы чрезвычайно богаты белком — он составляет 70—80 процентов  их веса. Скорость его синтеза огромна. Микроорганизмы примерно в 10—100 тысяч  раз быстрее синтезируют белок, чем животные. Здесь уместно привести классический пример: 400-килограммовая  корова производит в день 400 граммов  белка, а 400 килограммов бактерий — 40 тысяч тонн. Естественно, на получение 1 кг белка микробиологическим синтезом при соответствующей промышленной технологии потребуется средств  меньше, чем на получение 1 кг белка  животного. Да к тому же технологический  процесс куда менее трудоемок, чем  сельскохозяйственное производство, не говоря уже об исключении сезонных влияний погоды — заморозков, дождей, суховеев, засух, освещенности, солнечной  радиации и т. д. 

Применяя обычные  технологические линии по производству синтетических волокон, можно получать из искусственных белков длинные  нити, которые после пропитки их формообразующимн веществами, придания им соответствующего вкуса, цвета и  запаха могут имитировать любой  белковый продукт. Таким способом уже  получены искусственное мясо (говядина, свинина, различные виды птиц), молоко, сыры и другие продукты. Они уже  прошли широкую биологическую апробацию  на животных и людях и вышли  из лабораторий на прилавки магазинов  США, Англии, Индии, стран Азии и Африки. Только в одной Англии их производство достигает примерно 1500 тонн в год. Интересно, что белковую часть школьных обедов в США уже разрешено  на 30 процентов заменять искусственным  мясом, созданным на основе соевого  белка. 

Используемое в  питании больных Ричмондского госпиталя (США) искусственное мясо получило высокую  оценку главного диетолога. Правда, когда  больным давали антрекот из искусственного мяса, они жаловались на его тестоватость, хотя и не знали и даже не догадывались о том, что получали не естественный продукт. А когда мясо подавалось в виде мелко нарезанных кусочков, нареканий не было. Обслуживающий  персонал также употреблял искусственное  мясо, не догадываясь о подделке. Они воспринимали его как натуральную  говядину. Врачи госпиталя отмечали также положительное влияние  рациона на здоровье пациентов и  особенно больных атеросклерозом. В  состав такого мяса обязательно включают специально обработанный искусственный  белок, небольшое количество яичного  альбумина, жиры, витамины, минеральные  соли, природные красители, ароматизаторы  и прочее, что дает возможность  «лепить» изделие с заданными  свойствами, учитывая при этом физиологические  особенности организма, для которого продукт предназначен. Это особенно важно в диете детей и людей  пожилого возраста, больных и выздоравливающих, когда необходимо лимитировать питание  по целому ряду пищевых компонентов, что весьма трудно сделать, используя  традиционные продукты. Такое мясо можно резать, замораживать, консервировать, сушить или прямо использовать для  приготовления различных блюд.  

Из 20 аминокислот, входящих в состав белков, 8 аминокислот люди не могут синтезировать, и их относят  к незаменимым. Это изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, валин, фенилаланин. Аминокислоты — это  не только питательные вещества, но также ароматические и вкусовые агенты, и потому они широко используются в пищевой промышленности.

Как питательную  добавку в пищу чаще всего вносят лизин и метионин. Глутамат натрия и глицин употребляют как ароматические  вещества для усиления и улучшения  вкуса пищи. У глицина освежающий, сладкий вкус. Его вводят в сладкие  напитки, и кроме того, он проявляет  там бактериостатическое действие. Цистеин предотвращает подгорание пищи, улучшает пекарские процессы и качество хлеба. Благодаря некоторым  бактериям удается получать около 100 г/л глутаминовой аминокислоты. Ежегодно в мире производят микробиологическим способом 270 000 т этой аминокислоты, основная часть которой идет в  пищевую промышленность. По объему продукции второе место после  глутаминовой кислоты занимает лизин  — 180 000 т в год. Другие аминокислоты производят в гораздо меньших количествах.Аминокислоты в большом количестве применяют как добавку к растительным кормам, которые дефицитны по метионину, треонину, триптофану и особенно по лизину. Если в животных белках содержится 7—9 % лизина, то в белках пшеницы — только около 3 %. Внесение в корма лизина до содержания 0,3 % позволяет сократить их расход больше чем на 20 %. За последние 8 лет количество аминокислот, добавляемых в корма, выросло в 14 раз. Во многих странах метионин добавляют к соевой муке — белковой добавке кормов. Главная область практического применения аминокислот — обогащение кормов. Около 66 % общего количества аминокислот, получаемых в промышленности, используют в кормах, 31 % — в пище и 4 % — в медицине, косметике и как химические реактивы. На основе аминокислот готовят искусственный подсластитель — метиловый эфир L-аспартил-L-фенилаланина, который в 150 раз слаще, чем глюкоза. 
 

Список литературы.

Елинов Н.П. Основы биотехнологии.

Воронин Е.С.  Сельскохозяйственная биотехнология.