Βιοτεχνολογία Τροφίμων και Βιομηχανικές Ζυμώσεις

Γενικά

• Κωδικός: 276-190801
• Εξάμηνο: 8ο
• Επίπεδο Σπουδών: Προπτυχιακό
• Τύπος μαθήματος: Υποχρεωτικό, Ειδικού υποβάθρου
• Γλώσσα διδασκαλίας και εξετάσεων: Ελληνικά
• Μέθοδοι Διδασκαλίας (Ώρες/εβδ.): Διαλέξεις (2) / Εργαστήριο (3)
• Μονάδες ECTS: 6
• Σελίδα μαθήματος: https://exams-geo.the.ihu.gr/course/view.php?id=228
• Διδάσκοντες: Γούλας Αθανάσιος

Περιεχόμενα μαθήματος

Διαλέξεις:

• Εισαγωγή στη βιοτεχνολογία τροφίμων.
  • Αρχές βιοχημείας και μοριακής βιολογίας.
  • Γενετικό υλικό και η σύνθεση πρωτεϊνών.
  • Μικροοργανισμοί ταξινόμηση αυτών.
• Απομόνωση και βελτίωση των χαρακτηριστικών βιομηχανικά σημαντικών μικροοργανισμών.
  • Απομόνωση βιομηχανικά σημαντικών μικροοργανισμών.
  • Βελτίωση παραγωγικότητας των χαρακτηριστικών βιομηχανικών μικροοργανισμών; πρωτογενή και δευτερογενή βιοσυνθετικά προϊόντα.
• Συντήρηση-διατήρηση καλλιεργειών και προετοιμασία εμβολίου.
  • Μέθοδοι αποθήκευσης καλλιεργειών, έλεγχος ποιότητας -αποτελεσματικότητας.
  • Χαρακτηριστικά εμβολίου και προετοιμασία.
  • Παρασκευή εμβολίου.
  • Εμβολιασμός, σχεδιασμός και εξάλειψη επιμόλυνσης.
• Εισαγωγή στις διεργασίες ζυμώσεων.
  • Εμπορικά σημαντικοί τύποι βιομηχανικών ζυμώσεων.
  • Ιστορική αναδρομή εξέλιξης της βιομηχανίας προϊόντων ζύμωσης.
  • Συστατικά μέρη των διεργασιών ζύμωσης.
  • Ανάπτυξη μικροοργανισμών και κινητική μικροβιακών ζυμώσεων.
  • Διαλείποντος έργου ασυνεχής ζύμωση.
  • Συνεχής ζύμωση.
  • Συστήματα πολλών σταδίων.
  • Σύγκριση μεταξύ ασυνεχών και συνεχών βιομηχανικών διεργασιών ζυμώσεων.
• Σχεδιασμός και τύποι ζυμωτήρων.
  • Βασικές λειτουργίες ζυμωτήρα.
  • Ασηπτική λειτουργία, ανάσχεση αμφίδρομης επιμόλυνσης.
  • Υλικά κατασκευής.
  • Έλεγχος θερμοκρασίας.
  • Έλεγχος ανάδευσης και παροχής αέρα.
  • Άλλοι τύποι ζυμωτήρων.
  • Καλλιέργειες ζωικών κυττάρων – τύποι ζυμωτήρων.
• Υποστρώματα βιομηχανικών ζυμώσεων.
  • Βασικά χαρακτηριστικά της σύστασης του υποστρώματος.
  • Ανακύκλωση θρεπτικών συστατικών και ρύθμιση του pH.
  • Πρόδρομες ουσίες και ρυθμιστές μεταβολισμού, ανασταλτικοί και πρόδρομοι παράγοντες.
  • Οξυγόνο, ρεολογία υποστρώματος, αντιαφριστικά.
  • Βελτιστοποίηση υποστρώματος.
  • Υποστρώματα για καλλιέργειες ζωικών κυττάρων.
• Αποστείρωση.
  • Αποστείρωση υποστρώματος.
  • Μέθοδοι συνεχούς και ασυνεχούς αποστείρωσης, σχεδιασμός.
  • Αποστείρωση του ζυμωτήρα.
  • Αποστείρωση των υγρών λυμάτων της ζύμωσης.
  • Αποστείρωση με διήθηση υποστρώματος και αέρα.
• Παρακολούθηση και έλεγχος της ζύμωσης.
  • Μέθοδοι, αισθητήρες μέτρησης των μεταβλητών και έλεγχος/ρύθμιση αυτών.
  • Άλλοι αισθητήρες και συστήματα ελέγχου.
  • Έλεγχος διεργασιών παραγωγής.
• Αερισμός και ανάδευση.
  • Απαιτήσεις και παροχή οξυγόνου σε εργοστασιακές ζυμώσεις – η τιμή KLa.
  • Ρεολογία ζυμώσεων, και παράγοντες που επηρεάζουν τις τιμές KLa.
  • Ισορροπία μεταξύ της παροχής και των απαιτήσεων σε οξυγόνο.
  • Αύξηση κλίμακας παραγωγής.
• Ανάκτηση και καθαρισμός των προϊόντων ζύμωσης.
  • Απομάκρυνση των κυττάρων και άλλων στερεών υλικών των κυττάρων.
  • Επίπλευση και καθίζηση.
  • Διήθηση.
  • Φυγοκέντρηση.
  • Διάρρηξη κυττάρων.
  • Μέθοδοι ανάκτησης και καθαρισμού των προϊόντων ζύμωσης.
  • Σημαντικές παράμετροι για τον χειρισμό και την επεξεργασία των λυμάτων ζύμωσης.
• Ένζυμα.
  • Ταξινόμηση και κινητική ενζύμων.
  • Χαρακτηρισμός των ενζύμων και βελτιστοποίηση της δραστικότητας τους.
  • Ενζυμικοί βιοαντιδραστήρες τρόποι λειτουργίας.
  • Ενζυμα στην βιομηχανία τροφίμων.
• Βιοτεχνολογία στη βιομηχανία τροφίμων.
  • Εφαρμογές της βιοτεχνολογίας την παραγωγή τροφίμων.
  • Νέα προϊόντα τροφίμων μέσα από βιοτεχνολογικές διεργασίες.
• Νέες τεχνικές στην τεχνολογία ζυμώσεων.
  • Παραγωγή ετερόλογων πρωτεϊνών.
  • Τεχνικές ακινητοποίησης κυττάρων.
  • Χρήση παλμικών ηλεκτρικών πεδίων.
  • Υπέρηχοι, και ακτινοβόληση με ακτίνες γ.
  • Νέα ζυμούμενα γαλακτοκομικά προϊόντα, προβιοτικά, πρεβιοτικά.
  • Νέα ζυμούμενα προϊόντα θάλασσας, άλγη.
  • Νέοι τύποι ζυμώσεων στα προϊόντα δημητριακών και φρούτων λαχανικών.

Εργαστήριο Βιοτεχνολογίας και Βιομηχανικών Ζυμώσεων:

• Εισαγωγή.
  • Τρόπος λειτουργίας του εργαστηρίου, τήρηση βιβλίου εργαστηρίου, επεξεργασία συλλεγόμενων δεδομένων, αξιολόγηση καθηγητή σπουδαστών.
  • Βιοαντιδραστήρες για ζυμώσεις μικροοργανισμών. Τύποι, βασικά τμήματα αυτών, τρόποι λειτουργίας, έλεγχος μικροβιολογικών ζυμώσεων (θερμοκρασία, pH, διαλυτό οξυγόνο, αφρισμός), αποστείρωση προετοιμασία εμβολίου. Κατάλληλη, βάσει των ανωτέρω προϋποθέσεων, προετοιμασία του βιοαντιδραστήρα. Προετοιμασία υποστρώματος, αποστείρωση.
  • Προετοιμασία εμβολίου.
• Ζύμωση (η παρούσα άσκηση θα διαρκέσει πέραν των 8 ωρών).
  • Ζύμωση. Έλεγχος της ζύμωσης (θερμοκρασία, pH, διαλυτό οξυγόνο, αφρισμός) μεγιστοποίηση παραγωγής ενζύμου. Μέθοδοι εκτίμησης μικροβιακού πληθυσμού και παραγωγής βιομάζας.
  • Στάδια ανάπτυξης του μικροοργανισμού. Παύση της ζύμωσης, μέθοδοι διαχωρισμού του μικροοργανισμού από το υγρό υπόστρωμα της ζύμωσης (φυγοκέντρηση, διήθηση), σταθεροποίηση.
• Ενζυμική δραστικότητα.
  • Ορισμός και προσδιορισμός της ενζυμικής δραστικότητας.
  • Συνθήκες κάτω από τις οποίες πραγματοποιείται η μέτρηση ενζυμικής δραστικότητας.
  • Μέτρηση ενζυμικής δραστικότητας.
• Προσδιορισμός συνθηκών βέλτιστης δραστικότητας ενζύμου (α). Επιθυμητή σταθερότητα ενζύμου κατά τον σχεδιασμό βιομηχανικής διεργασίας και παράγοντες που την επηρεάζουν.
  • Προσδιορισμός βέλτιστου pH για την ενζυμική δραστικότητα.
  • Προσδιορισμός βέλτιστης θερμοκρασίας ενζυμικής δραστικότητας α) βάση ενζυμικής δραστικότητας και β) βάση σταθερότητας στο χρόνο.
  • Προσδιορισμός των απαραίτητων ιόντων για την επίτευξη βέλτιστής ενζυμικής δραστικότητας.
  • Σταθεροποίηση του ενζύμου με επιφανειοδραστικές ουσίες.
• Προσδιορισμός συνθηκών βέλτιστης δραστικότητας ενζύμου (β).
  • Συνέχεια και ολοκλήρωση της προηγούμενης άσκησης.
• Κινητική ενζυμικής αντιδράσεως, μέγιστη ταχύτητα αντιδράσεως (Vmax), σταθερά Michaelis Menden (Km).
  • Προσδιορισμός μέγιστης ταχύτητα αντιδράσεως (Vmax), σταθερά Michaelis Menden (Km) για το υπό μελέτη ενζυμο.
• Ακινητοποίηση μικροοργανισμών και ενζύμων – ενζυμικοί βιοαντιδραστήρες.
  • Τύποι, τρόποι και λόγοι ακινητοποίησης, εφαρμογές ακινητοποιημένων ενζύμων και μικροοργανισμών.
  • Ακινητοποίηση παρασκευάσματος Saccharomyces cereviciae σε σφαιρίδια αλγινικού άλατος.
  • Ζύμωση σακχαρόζης με ακινητοποιημένη και μη ζύμη.
  • Παρακολούθηση της ζύμωσης με βάση την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα ή αλκοόλης.
• Παρατήρηση της ενζυμικής δραστικότητας μέσα από τις μεταβολές στις φυσικές ιδιότητες διαλυμάτων.
  • Σύνθεση από σακχαρόζη και επακόλουθη υδρόλυση δεξτράνης ή υδρόλυση αμύλου, σε σωλήνες διάλυσης ή μέσα σε ιξωδόμετρο bookfield ή ubbelohde.
  • Παρατήρηση των ενζυμικών αντιδράσεων μέσω των αλλαγών που προκαλούνται στις ιδιότητες των διαλυμάτων μέσα στα οποία βρίσκονται.
  • Αντιστοίχηση των ανωτέρω αλλαγών στο βαθμό πολυμερισμού (degree of polymerization) των υδατανθράκων στο διάλυμα.

Μαθησιακοί Στόχοι

Το μάθημα αποσκοπεί στην επίτευξη των ακόλουθων μαθησιακών αποτελεσμάτων από τους φοιτητές:

• Απόκτηση γνώσεων σε βασικές έννοιες της Βιοτεχνολογίας που άπτονται της Τεχνολογίας Τροφίμων.
• Απόκτηση γνώσεων σε νέες τάσεις, δυνατότητες και πεδία στη βιοτεχνολογία.
• Εφαρμογή βιοτεχνολογικών πρακτικών στο εργαστήριο και τις παραγωγικές μονάδες.
• Απόκτηση γνώσεων για τις ζυμώσεις μικροοργανισμών βιομηχανικής κλίμακας, τη χρήση ενζύμων και την εφαρμογή τους στα τρόφιμα.
• Χρήση Βιομηχανικού βιοτεχνολογικού εξοπλισμού, τα συστατικά μέρη αυτού και τις βασικές παραμέτρους λειτουργίας του.
• Έλεγχος μικροβιολογικής ζύμωσης πιλοτικής κλίμακας, διαχωρισμός και παραλαβή των προϊόντων.
• Χειρισμός ενζύμων.
• Πραγματοποίηση ενζυμικών αντιδράσεων.

Γενικές Ικανότητες

• Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών.
• Προσαρμογή σε νέες καταστάσεις (adaptability).
• Λήψη αποφάσεων (decision making).
• Αυτόνομη εργασία (autonomous work).
• Ομαδική εργασία (team work).
• Εργασία σε διεθνές περιβάλλον (working in an international context).
• Σχεδιασμός και διαχείριση έργων (project management).
• Σεβασμός στο φυσικό περιβάλλον (environmental respect).
• Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης (promoting free, creative and causative thinking).

Μέθοδοι Διδασκαλίας

Πρόσωπο με πρόσωπο:

• Διαλέξεις (θεωρία και ασκήσεις) σε αίθουσα διδασκαλίας.
• Εργαστηριακές ασκήσεις ατομικά και κατά ομάδες στο εργαστήριο.

Χρήση Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών

• Διαλέξεις με προβολή διαφανειών.
• Σημειώσεις σε ηλεκτρονική μορφή.
• Χρήση βίντεο και διαδικτυακών εφαρμογών στη διδασκαλία.
• Ανάρτηση υλικού μαθήματος και επικοινωνία με φοιτητές στην ηλεκτρονική διαδικτυακή πλατφόρμα Moodle.

Οργάνωση Διδασκαλίας

Αξιολόγηση Φοιτητών

• Written Exams.

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

1. Renneberg Reinhard, Berkling Viola, Loroch Vanya, Süßbier Darja (2019), Βιοτεχνολογία-Βασικές Αρχές και Εφαρμογές, (Κ.Β. Εύδοξο: 86053293), ISBN: 9789925575381, Εκδότης: BROKEN HILL PUBLISHERS LTD.
2. ΡΟΥΚΑΣ ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΣ (2009), ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ, (Κ.Β.Εύδοξο: 8921), ISBN: 978-960-6700-30-9, Εκδότης: Σ. Γιαχούδης & ΣIA O.E.
3. Λιακοπούλου – Κυριακίδου Μαρία (2017), Βιοτεχνολογία με στοιχεία Βιοχημικής Μηχανικής, (Κ.Β. Εύδοξο: 68378193), ISBN: 978-960-456-486-6, Εκδότης: Ζήτη Πελαγία & Σια Ι.Κ.Ε.
4. Κυριακίδης Δημήτριος Α. (2000), Βιοτεχνολογία, (ΚΒ Εύδοξο: 11133), ISBN: 960-431-595-1, Εκδότης: Ζήτη Πελαγία & Σια Ι.Κ.Ε.
5. Shetty Κ., Paliyath G., Pometto A., Levin R.: Food Biotechnology. Editions CRC/Taylor & Francis, 2006.
6. Lee ΒΗ, Fundamentals of Food Biotechnology, Wiley Blackwell,2015, ISBN 978-1-118-38495-4.