P. J. ŠAFÁRIK EGYETEM KOŠICE-TUDOMÁNYI KAR KÉMIATUDOMÁNYI OSZTÁLY BIOKÉMIAI OSZTÁLY RNDr. Danica Sabolova, PhD. UTASÍTÁS A GYAKORLATI GYAKORLATOKRA A 2012-es KOŠICE BIOTECHNOLÓGIÁBÓL
2012 RNDr. Danica Sabolová, PhD recenzensek: Doc. Ing. Peter Oravec, CSc. Ing. Alžbeta Medveďová, Ph.D. Oldaltartomány: 66 Elektronikus egyetemi tankönyv a kassai UPJŠ Természettudományi Kar számára. A szerző felelős az egyetemi tankönyv szakmai és nyelvi vonatkozásaiért. A kézirat nem került szerkesztői vagy nyelvi szerkesztésre. Kiadó: kassai Pavel Jozef Šafárik Egyetem Helyszín: http://www.upjs.sk/pracoviska/univerzitna-kniznica/e-publikacia/#pf Elérhető: 2012.12.03. ISBN 978-80-7097-989-1
TARTALOMJEGYZÉK 1. Foglalkozásbiztonság. 4 sz. Gyakorlat 1 A munkavédelem alapelvei vegyi laboratóriumban. 5 2. ALKOHOLFERMENTÁLÁS ÉS ALKOHOLOS ITALOK. 8 sz. Gyakorlat 2 Alkoholos erjesztés. 12 3. BIOPOLIMEREK - PEKTINEK. 14 sz. Gyakorlat 3 A technikai pektin elemzése, lekvárkészítés. 17 4. TEJ ÉS TEJTERMÉKEK. 19 sz. Gyakorlat 4 Tej, tej pasztőrözése. 30 sz. Gyakorlat 5 Tejfermentációs tej elemzés. 33 sz. Gyakorlat 6 Savanyú tejtermékek és sajt elkészítése. 36 5. ÉLELMISZEREK TARTÁSA. 38. sz. Gyakorlat 7 Kén-dioxid tartósítószerként. 43 6. BIOLÓGIAI OXIDÁLÁSOK. 46 sz. Gyakorlat 8 A C-vitamin antioxidáns hatása a citokróm c-re. 48 7. ANTIBIOTIKUMOK. 50. sz. Gyakorlat 9. és 10. Bakteriocin. 52 8. Kozmetika, szappanok és tisztítószerek. 54 sz. Gyakorlat 11 Kozmetikumok. 61 9. ÉLELMISZER-ADALÉKOK SZÍNEK. 62. sz. Gyakorlat 12 Élelmiszer-színezékek, az élelmiszerek spektrális elemzése. 64 3
Előszó Ez az egyetemi tankönyv a kassai UPJŠ Természettudományi Kar hallgatóinak szól, akik gyakorlati gyakorlatokat regisztráltak a biotechnológia területén, de mindazoknak a hallgatóknak is, akik érdeklődnek a biotechnológia gyakorlati alkalmazásainak megismerése iránt. A gyakorlati tanfolyam célja a hallgatók megismertetése az alapvető biotechnológiai módszerekkel és azok alkalmazásával. A hallgatók a gyakorlatban igazolják a biotechnológiáról szóló előadásokon szerzett elméleti ismereteket, például az erjedési folyamatok menetét, a bortermelést, a savanyú tejtermékek és sajtok elkészítését, a táptalajok elkészítését, a beoltást és a mikroorganizmusok termesztését stb. A gyakorlati feladatok egy része analitikai és spektrális módszerek alkalmazása, amelyek a biokémia szerves részét képezik. A szkriptek csak elektronikus formában jelentek meg, és elérhetők az egyetem honlapján: http://kosice.upjs.sk/
kbch/hu, mert továbbra is lehetőség lesz a laboratóriumi feladatok tartalmának frissítésére és korszerűsítésére. Szerző 4
Etanolt termelő mikroorganizmusok: 1. Baktériumok - Zymomonas, Clostridium, Streptomyces, Pseudomonas, Klebsiella, Lactobacillus, Thermoanaerobacterium, Zymobacter stb. 2. Élesztő - Saccharomyces, Kluyveromyces, Zygosaccharomyces, Candida stb. 3. Rostos gombák - Rhizopus, Aspergillus stb. Az összes kritériumnak legjobban megfelelő Saccharomyces cerevisiae a legszélesebb körben használt ipari lepárlóüzem. Etanol előállítás: 1. Fermentációs közeg előkészítése 2. Élesztő szaporítása 3. Fermentálás 4. Desztillációs desztilláció A fermentált cefre desztillálását folyamatos desztillációs berendezésben végzik. Az elfolyó nyers alkohol koncentrációja 90-92%, amelyet 40-50% -ra hígítás után újra desztillálnak (rektifikálnak), elválasztva az illékony komponenseket (savakat és észtereket az alkoholtól). A nyers alkoholt frakciókra osztják: a tiszta alkoholt cseppenként csepegtessék 9
BOR Alkoholos ital, amelyet szőlőmust erjesztésével állítanak elő. Technológiai eljárás: 1. A szőlőültetvények őrlése és gyapottalanítása 2. A must sajtolása és kezelése 3. A bor alkoholos erjesztése és érlelése 4. A bor palackozása, derítése és szűrése Hanseniospora, Trulopsis stb. Az erjedés során az élesztő hatására a cukor alkoholokká, szén-dioxiddá és melléktermékekké alakul. Az első szakaszban viharos erjedés (burčáki időszak) zajlik, amely több napig tart. A viharos erjedés után a bort először palackozzák. Az iszapot elválasztják és a fiatal bort a következő hetekben erjesztik. Ebben a szakaszban zárja le a tartályt a fiatal borral fermentációs dugóval. Az optimális fermentációs hőmérséklet 14-18 ° C. A következő szakaszban a bor öntisztul. Az élesztő a növekvő alkoholtartalom miatt elpusztul, és a szennyeződésekkel együtt a tartály aljára telepedik. A fehérborok alkoholos erjesztése tiszta élesztő kultúrákkal 10 naptól több hónapig tart, a must hőmérsékletétől és összetételétől függően. Az erjedés után a bort újra palackozzák, szűrik és turmixolják (különböző tételek keverésével). Végül palackokba töltik, és szükség szerint hagyják érlelni. 10.
A borok eloszlása A szlovák borokat a szőlő cukortartalma szerint osztják fel; a jelenlévő alkoholtartalom; szőlőfajták; gyártási technológia és végső minőség: Asztali bor GI asztali bor (regionális bor) Minőségi bor Minőségi fajtabor Minőségi márka bor Meghatározott régióból származó minőségi bor Minőségi bor jellemző szekrénnyel Szőlő késői szüret válogatás szőlő bogyós válogatás mazsola választék cibéb választott fagylalt válogatott bor szalmabor Feldolgozott bor Alkoholmentes bor Alacsony alkoholtartalmú bor Ipari feldolgozásra szánt bor Tokaji borvidéken termelt bor Cukortartalom szerint: A száraz borok literenként legfeljebb 4 g maradékcukrot tartalmaznak. A félszáraz borok 4- 12 g maradékcukor literenként A félédes borok literenként 12-45 g maradékcukrot tartalmaznak. Az édes borok literenként legalább 45 g maradékcukort tartalmaznak a CO 2 -tartalom szerint: csendes szénsavas habzók 11
demijohn és dugó fermentációs dugóval. 4 hét elteltével öntsük 0,7 literes üvegedényekbe, és mindegyikhez adjunk 1 teáskanál borkősavat. Hagyja állni 1 hétig, amíg a bor tiszta nem lesz, majd palackokba tekerje. A vörös vermut elkészítésekor a bort piros ételfestékkel színezzük. Piknometriai módszer a sűrűség meghatározásához: mm Számítás: ρ = = V m V m = mm 2 1 2 1 m 3 1 ahol: m 1 = üres piknométer tömege m 2 = piknométer tömege mért folyadékkal m 3 = piknométer tömege desztillált víz Eljárás: Száraz, üres piknométert veszünk figyelembe. Ezután töltse fel folyadékkal, zárja le dugóval, szárítsa meg a felesleges folyadékot szűrőpapírral és mérje meg. Ezután figyelembe vesszük egy desztillált vízzel végzett piknométert is. Pontosabban a sűrűséget az alábbiak szerint számoljuk ki: m2 m1 ρ = (ρ ρ) + ρ 2 mm 3 1 HOVV ahol ρ H2O = a víz sűrűsége egy adott hőmérsékleten (20 ° C-on 0,9982 g.cm -3) ρ V = a levegő sűrűsége (t = 20 ºC hőmérsékleten és 101,325 kpa nyomáson 0,0012 g.cm -3). A kémiai táblázatokból kivonjuk a mért sűrűségnek megfelelő alkohol százalékos arányát. Összehasonlítjuk az eredményt az alkoholmérővel mért értékkel és rögzítjük a protokollban. 13.
1% H 2 O 2, 2% etanol, p-fenilén-diamin oldat, pasztőrözött és pasztörizálatlan tehéntej Eljárás: Köhler-teszt: 3 cm 3 pasztőrözött tejhez adjunk hozzá 5 csepp kenőanyagot, és rázás után egy csepp 2% H-t 2 O 2. Ugyanezt ismételje meg az eljárást pasztörizálatlan tejjel. Kék csík képződik, amely rázás után a teljes tejmennyiség kékesítéséhez változik, ha nem pasztörizált tejről van szó. Storch-teszt: 10 cm 3 pasztörizálatlan tejhez adjon néhány csepp erősen hígított H 2 O 2 -ot (0,2 1%) és néhány csepp 2% -os alkoholos para-fenilén-diamin-oldatot. Ismételje meg ugyanezt az eljárást pasztőrözött tejjel. A melegítetlen tej néhány percig rázva kék színűvé válik indigóvá, a többi tej szürkévé válik vagy egyáltalán nem válik be. 32
hőmérséklet 20 ° C-ra, tejsavbaktériumok fejlődnek ki, és az élesztő elveszik, ami nagyobb tejsavtermelést és csökkent alkoholtartalmú fermentációt eredményez. Anyag, eszközök: kefirszemek (aktivált), tehéntej, hőmérő Eljárás: A kefirszemeket forralt hideg vízzel mossuk meg, majd öntsük fel főtt, temperált, 20 C-os hőmérsékletű tejjel. Miután a szemeket a tej felületére öntötte, ürítse le és használja kefir kovászként. Hűtsük le a főtt tehéntejet 15 20 C-ra, és adjuk hozzá az aktivált kefirszemeket. Hagyja 24 órán át a tejben dolgozni. Ugyanakkor időnként összekeverjük a tejet. Alvadás után a tejet palackokba töltjük, amelyeket lezárunk és 12 15 C hőmérsékleten erjeszteni hagyunk. A kefirt 1-4 napig állni hagyják, attól függően, hogy mennyi alkoholt kell tartalmaznia. 35
Sz. Gyakorlat 6 Savanyú tejtermékek és sajt elkészítése. Feladatok: 1.) Túró elkészítése Alapelv: A túró savanyú tejtermék, amelyet tejből tejsavval koagulálva állítanak elő. Az oxigénes termékek probiotikumokat, hasznos baktériumokat tartalmaznak. A probiotikumok tejsavbaktériumok, amelyeket elsősorban a Bifidobacterium és a Lactobacillus nemzetség képvisel, ill. a Streptococcus bizonyos fajai. Megtelepítik a béltraktust, és nemcsak a bél megfelelő működését segítik, hanem támogatják a szervezet immunitását is. Anyag, eszközök: tehéntej, hőmérő, géz Eljárás: Hagyja a fölözött tejet szobahőmérsékleten (1-2 napig) erjedni, megkapjuk az ún. tüsszent. A süteményt állandó keverés mellett 28-32 C hőmérsékleten melegítjük. A túró fél-1 óra alatt felemelkedik a savó felületére. Amikor a túró erősen felmelegszik, koagulál, elveszíti zsírosságát és száraz. Öntsük a túrót és a tejsavót a gézre, hogy elválasszuk a tejsavót. Hagyja, hogy a túrót megnyomják és szárítsák. 2.) Joghurtok készítése Alapelv: A joghurtot úgy állítják elő, hogy a kevert joghurtkultúrákat minőségi tejbe oltják, majd az erjedés temperált kamrákban történik. Anyag, eszközök: tej, fehér joghurt, édesített sűrített tej Salko, szezonális gyümölcs (mosott, száraz), fedeles üvegek, termosztát 36
Eljárás: Forraljon fel 1 liter tejet nagyobb edényben. Hűtsük 30 C-ra, keverjünk bele 1 Salko-t és 1 fehér joghurtot. Az üvegek aljára helyezzünk száraz gyümölcsöt ill. lekvárral és öntsük az elkészített joghurtot. Zárja le a poharakat, és hagyja 6 órán át egy termosztátban állni t = 42 45 C hőmérsékleten. Hagyja lehűlni a fedetteket, és tegye őket hűtőszekrénybe. 3.) Sajtok készítése Alapelv: A sajt tejfehérje, zsírok és egyéb tejkomponenseket tartalmazó tejtermék. A sajtot tej tejoltással történő koagulálásával (édes sajtok előállítása) készítik. Anyag, eszközök: tej, oltó, hőmérő, géz Eljárás: Egy edényben melegítse a tejet a kívánt hőmérsékletre - ha keményebben akarjuk elkészíteni a sajtokat, 28 35 C-os hőmérsékletre, ha lágyabb, 20 25-re. C. Ezután adjon oltót a tejhez (literenként kb. 1 teáskanál). Keverje össze és hagyja sajtolni, ismét a sajt típusának megfelelően - keményebb 15-60 perc, lágyabb 30-120 perc. Öntsük az elkészített sajtot a gézre, válasszuk le a tejsavót és hagyjuk szabadon megszáradni. 37
5. AZ ÉLELMISZEREK MEGŐRZÉSE A tartósítás olyan élelmiszerek elkészítése, amelyek lehetővé teszik természetes eltarthatóságuk meghosszabbítását. A tartósító hatás vagy a mikroorganizmusok elpusztításával, vagy olyan környezet kezelésével érhető el, amelyben a mikroorganizmusok nem rendelkeznek az anyagcseréhez és a szaporodáshoz megfelelő feltételekkel. Ugyanakkor szükség van az enzimek inaktiválására és aszeptikus csomagolásra az élelmiszerekhez, valamint a megfelelő mikroklimatikus tárolási körülményekhez. Az élelmiszer-konzerválás főbb módszereit jelenleg használják: 1. Fizikai hőmegőrzési pasztőrözés, sterilizálás, főzés, sütés, szárítás hideg tartósítással hűtés és fagyasztás UV-tartósítás, ultrahang, szűrés és vákuumcsomagolás 2. Kémiai kémiai tartósítás szerves savak, sók, nitritek, nitrátok, CO 2, SO 2, alkohol, cukor, dohányzás. 3. Biológiai fermentáció - tejsavas és alkoholos erjedés, lizozim és tartósítás antibiotikumokkal (ma már tilos) Fizikai tartósítási módszerek: Hőmegőrzés A hő elpusztítja a mikroorganizmusokat, és ugyanakkor leállítja az enzimek aktivitását az ételekben (pasztörizálás, sterilizálás). A sterilizált élelmiszerek hosszabb eltarthatósági idővel rendelkeznek, de tápértéke (vitaminok) csökken, és érzékszervi változások is bekövetkeznek (szín, állag). 38