Биотехнология пищевых продуктов

Биотехнология пищевых продуктов 

Введение 

В основу настоящей  программы положены современные  представления о пищевом сырье  как многокомпонентной полифункциональной системе, технологическая трансформация  которой, базирующаяся на биотехнологических приемах, гарантирует получение конечных пищевых продуктов, способных обеспечить поддержание и нормальное функционирование гомеостаза организма человека. 

Программа разработана  экспертным советом Высшей аттестационной комиссии по сельскохозяйственным наукам (инженерным агропромышленным специальностям). 

Теоретические основы «пищевой биотехнологии» 

История, современное  состояние и перспективы развития пищевой биотехнологии. Объекты  биотехнологии: ткани, клетка, биополимеры; биологические процессы и системы  их регуляции. Строение и разновидности  клеток: эукариоты и прокариоты. Химический состав. Характеристика клеточных  органелл. Клеточная мембрана, механизм транспорта веществ. Метаболизм клетки: обмен белков, липидов, углеводов; обмен  энергии. Генетическое строение клеток. Биосинтез веществ и энергии.  

Генетика и физиология микроорганизмов. Микроорганизмы, их распространение, значение в пищевой биотехнологии. 

Общие закономерности метаболизма микроорганизмов; механизмы  регуляции метаболизма на ферментном и генном уровнях. Кинетика роста  микроорганизмов, методы культивирования, регулирование и оптимизация  культивирования.  

Штаммы – продуценты микробиологической продукции. Особенности  сырья для питательных сред микроорганизмов. Направленное изменение свойств промышленных штаммов микроорганизмов на основе методов генной и клеточной инженерии. 

Строение и химический состав дрожжевой клетки. Дрожжи как  возбудители спиртового брожения. Химизм спиртового брожения. 

Направленный синтез нутриентов и пищевых БАВ: органических кислот, аминокислот и белков, спиртов, витаминов, ферментов, углеводов, липидов и пищевых ПАВ, стабилизаторов консистенции, антиоксидантов и консервантов. Антибиотики и антибиотикоподобные вещества.  

Общая характеристика сырьевых ресурсов пищевой биотехнологии  растительного, животного и микробного происхождения. 

Инженерная энзимология. Химическая природа и строение ферментов. Активный центр ферментов. Механизм действия и кинетика ферментативного  катализа. Активаторы и ингибиторы. Влияние физико-химических факторов на активность ферментов. Номенклатура и классификация ферментных препаратов. 

Генетическая инженерия. Общая характеристика генома клетки. Рекомбинация генов. Клонирование генов. 

Методы стандартизации. Основы технологий получения ферментов (из сырья растительного и животного  происхождения; микробный синтез) и  ферментных препаратов. Отечественный  и зарубежный опыт. 

Биотехнология препаратов из эндокринно-ферментного и специального сырья. Методы выделения и очистки, свойства, принципы использования. 

Методы и особенности  использования иммобилизованных ферментов  и клеток в биотехнологических производствах. Роль ферментов в создании мало и безотходных технологий в пищевой промышленности. Теоретические основы асептики питательных сред, способов культивирования, выделения, очистки и концентрирования целевых продуктов метаболизма. 

Асептика на основных стадиях типового биотехнологического производства: выращивание микроорганизмов, физико-химические методы выделения и очистки целевых продуктов. 
 
 
 

2. Химия пищи 

2.1. Пищевое сырье  – как многокомпонентная, полифункциональная, биологически активная система. 

Основные виды пищевого сырья, его состав, биотехнологический и биогенный потенциал. 

Белковые вещества. Основные компоненты пищи и натуральные  композиции на их основе как факторы  совершенствования технологий повышения  пищевой и биологической ценности продуктов питания. 

Роль белков и  продуктов их расщепления в питании  и различных биотехнологических продуктов. Важнейшие функции белков. Нормы потребления белка. Белково-калорийная недостаточность и ее последствия. Пищевые аллергии. Пищевая и биологическая ценность белков. Строение пептидов и белков. Основные функции пептидов. Белки пищевого сырья, их основные компоненты и биологическая ценность.  

Методы выделения, очистки и количественного определения  белков. 

Углеводы. Классификация. Физиологическое значение углеводов  в организме. Усвояемые и неусвояемые  углеводы. Пищевые волокна, сырьевые источники, потребление. Основные компоненты пищевых волокон, строение, свойства и роль в пищеварении и в  пищевой биотехнологии. Физико-химические свойства пищевых волокон.  

Углеводы в сырье  и пищевых продуктах. Их структурно - функционально- технологические свойства. Методы анализа углеводов в сырье  и пищевых продуктах.  

Липиды. Физиологическая  роль липидов в организме. Простые  и сложные липиды. Основные источники  липидов в питании. Липиды сырья  и пищевых продуктов. Пищевая  ценность; жирнокислотный состав; эссенциальные жирные кислоты. Биологическая эффективность липидов. Глицерофосфолипиды, свойства и превращения. Холестерин, химическая природа, участие в обмене веществ, содержание в пищевых продуктах.  
 
 

Методы выделения  и анализа липидов сырья и  пищевых продуктов.  

Минеральные вещества. Макро- и микроэлементы. Значение отдельных  минеральных веществ для организма человека. Токсичные элементы. Распределение минеральных веществ в сырье. Пути улучшения минерального состава. Методы определения минеральных веществ в пищевых продуктах. 

Витамины. Роль водо- и жирорастворимых витаминов в питании. Физиологическое значение и потребность. Содержание в сырье и готовых продуктах. Способы сохранения витаминов. Пути витаминизации продуктов питания. Методы определения водо- и жирорастворимых витаминов в пищевых продуктах.  

Органические кислоты. Органические кислоты как регуляторы рН пищевых систем. Химическая природа и физико-химические свойства важнейших пищевых кислот. Влияние кислот на свойства дисперсных систем и качество пищевых продуктов.  

Ферменты. Эндогенные ферментные системы – важнейшая  составная часть биологического сырья. Общие свойства ферментов. Ферментативная кинетика, механизм ферментативной реакции. Роль ферментативных процессов при  разрушении клеточной структуры. Окислительно-восстановительные  системы (липоксигеназа, монофенолмонооксигеназа, пероксидаза), их роль, механизм действия и значение при хранении и переработке сырья. Гидролитические ферменты (эстераза, гликозидазы, протеазы, липазы, амилазы, каталаза), свойства и роль в превращениях основных компонентов пищевого сырья.  

Ферментативные методы анализа пищевых продуктов. 

Вода. Общая характеристика воды и всех ее химических состояний. Структура. Состояние воды в пищевых  продуктах. Активность воды. Влияние  воды на хранение пищевых продуктов. Основные требования, предъявляемые  к качеству воды для биотехнологических процессов. Способы водоподготовки для различных биотехнологических процессов. 

Процессы, протекающие  при хранении пищевого сырья. Особенности  физиолого-биологических, микробиологических, биохимических и физико-химических процессов в сырье на разных этапах получения, переработки и хранения. Механизмы регулирования. 

Барьерные технологии. Факторы, влияющие на стабильность показателей  безопасности продукта: температура, рН, активность воды, окислительно-восстановительный потенциал, наличие консервантов. 

Эффект барьера. Режимы. Модифицированная атмосфера. Конкурирующая  микрофлора. 

2.2. Структурообразование  в пищевых системах. 

Классификация пищевых  дисперсных систем. Факторы устойчивости и коагуляции. 

Структурообразование  в системах. Гелеобразование белков и полисахаридов. Термотропное гелеобразование глобулярных белков и полисахаридов. Комплексные гели. Наполненные и смешанные гели.  

Структурно-механические свойства и реологические характеристики. Классификация жидкостей и твердых  тел по реологическим признакам. Реологические свойства пищевых  систем.  

Понятие о функциональных свойствах белков и полисахаридов  и их значение для обеспечения  качества пищевых продуктов. Растворимость  и водоудерживающая способность. Жироудерживающая способность. Стабилизация эмульсий и пен. Свойства белковых суспензий. Гелеобразующие свойства. Регулирование функциональных свойств. 

Загустители и гелеобразователи, классификация, особенности гелеобразования и эмульгирования в пищевых системах.  

Превращения белков, липидов и углеводов при различных  технологических воздействиях (высоко- и низкотемпературная обработка, механическая и ферментная обработка и т.д.). Влияние параметров технологической  обработки на функционально-технологические  свойства отдельных компонентов, характер их взаимодействия, свойства пищевых  систем и качество готовой продукции. 

Влияние технологической  обработки на минеральный состав пищевых продуктов. Роль макроэлементов в стабилизации свойств пищевых  систем.  

2.3. Химия вкуса,  запаха, цвета. 

Химическая природа  предшественников вкуса, запаха, цвета. Физико-химические, биохимические и  микробиологические процессы формирования вкуса, запаха и цвета в пищевых  продуктах из сырья растительного  и животного происхождения. Продукты гидролиза и окисления и комплексных  реакций нутриентов. Технологические приемы, формирующие вкус, запах, цвет. 

Подслащивающие вещества: природные подсластители и сахаристые крахмалопродукты. Подсластители и сахарозаменители, смеси подсластителей.  

Ароматизаторы. Источники получения ароматических веществ. Эфирные масла и душистые вещества. Механизм сенсорного восприятия. Усилители и модификаторы вкуса и аромата. Принципы математического моделирования ароматических композиций. Биоантиокислители. Классификация; механизм действия. Антиоксидантные свойства фенолов растительного происхождения. Микрокапсулирование ароматических веществ. Иммобилизованные ароматизаторы. Продуцирование ароматических веществ микроорганизмами. Принципы оптимизации состава композиций; оценка эффективности и безопасности. Контроль качества. 

Ароматические эссенции. Пряности. Соленые вещества.  

Натуральные (природные) красители: каратиноиды, гемовые пигменты, антоцианы, флавоноиды, хлорофиллы и их медные комплексы. Синтетические красители. Минеральные (неорганические) красители.  

Инструментальные  методы определения цветовых характеристик  пищевых продуктов. Химия вкуса, цвета и запаха в системах, изготовленных  с использованием биопрепаратов  и объектов, полученных биотехнологическими методами. 

2.4. Биотехнология  производства и применение пищевых  добавок, белковых препаратов, биологически  активных веществ. 

Методы получения  пищевых биологически активных веществ (из сырья растительного, животного  и микробиологического происхождения) и на основе органического синтеза.  

Биологически активные добавки к пище – нутрицевтики и парафармацевтики. Классификация и свойства БАД. Физико-химические свойства и биологические функции БАД.  

Пищевые гидроколлоиды, поверхностно-активные вещества, эмульгаторы и стабилизаторы. Модифицированные крахмалы. Пищевые волокна. 

Пищевые белковые препараты  растительного, животного и микробного происхождения (мука, концентраты, изоляты, текстурированные формы, гидролизаты); их функционально-технологические свойства. Специфика получения и переработки генетически- модифицированных источников и его биологическая безопасность. Токсиколого-гигиеническая оценка.  

Иммуностимуляторы и иммуномодуляторы; биотехнология продуктов адаптогенного назначения. 

Методы анализа  безопасности индивидуальных и комплексных  пищевых добавок и БАД. 

Гомеостаз и питание 

Продовольственная безопасность как экономико-правовая категория. Концепция здорового  питания. Источники и формы пищи; натуральные, комбинированные и  искусственные продукты питания. Медико-биологический  мониторинг получения безопасной и  сбалансированной пищи, продуктов профилактического, лечебного и специального назначения. Продукты питания для алиментарной коррекции нарушения гомеостаза. Радиопротекторы, энтеросорбенты, биокорректоры, пробиотики. Пищевые продукты функционального назначения.