Биотехнология | Нан ашытқылары

1.1 Аналитикалық шолу

1.1.1 Қазақстанның нан пісіру өндірісі және оның даму жетістіктері

Қазақстан Республикасының Президентінің жолдауы бойынша Қазақстанның БСҰ-ға кіруінің барысында үкімет аграрлық секторды қолдаудың лайықты деңгейін сақтап қалуы және өнеркәсіп орындарын БСҰ жағдайында тиімді жұмыс істеуге дайындау жөніндегі жүйелі бейімдеу шараларын іске асыру керек. Сондықтан да биотехнология бағыттарын дамыту керек.Ашыту өндірісінде престелген және құрғатылған ашытқы өндіріледі. Негізінен олар нан пісіру үшін қамыр ашытуда, кондитер және консерві өндірісінде қолданылады. Одан басқа оларды шикізат ретінде витамин өндірісінде D және B2 витаминдерін алуда, медицинада-бір қатар емдік препараттарды, нуклеин қышқылдарын және түрлі ферменттерді алуда, микробиологияда-қоректік орталарды дайындау үшін қолданылады. Бүгінде алдына қойылған маңызды мақсаты болып: ауыл шаруашылығының өсімдік культурасын және жануарлардың өнімділігін жоғарылатуға, ауыл шаруашылық культураларының жаңа түрін құру, қоршаған ортаны қорғауға және минералды ресурсты алуда, энергияның пайда болуына жаңа экологиялық таза процестерді құруға қалдықтарды тұтыну болып саналады.Кез келген биотехнологиялық процестердің маңызды мақсаты болып технологияны және оның аппаратураларын ғылыми негізде оптимизациялау және өңдеу болып саналады
Ашытқы заводтары жеке кәсіпорын ретінде өткен ғасырдың ортасында пайда болған. Ашытқы өндірісінде негізгі шикізат ретінде ашытқы клеткаларының өсуі мен көбеюі үшін қоректік заттарға байытылған дән қолданылған.
XX ғасырдың басында нан пісіру өндірісінде қымбат дән шикізаты орнына қызылша қанты өндірісіндегі қалдық-меласса қолданылды. Ашытқылармен қоса спиртті де өндірген. XX ғасырдың ортасында ашытқы технологиясы өзгерді. Бұған өз септігін биология және биохимия облыстарындағы жетістіктер тигізді. Бұл нан ашытқыларын меласса орталарында өсіру технологияларын және жабдықтарды жаңаландыруды қамтамасыз етті. Сол кездерде ашытқы өндірісінде Р.В. Гивартовский, Е.А.Плевако, И.А.Мельцер және т.б. сияқты ғалымдардың жұмыстары техникалық прогреске әкелді. Соңғы жылдарда ашытқы өндірісінде өндіріс күштері жаңа құрылыстар мен прогресивті технологияны ендірумен жаңартылды. Мысалыға, ашытқыны өсірудің үздіксіз жүйесін ендірумен байланысты өндірісті 15-20% өсірді. Қазіргі уақытта 8-12 араластыру қысқалығында перспективті режимдер құрастырылып, өндіріске енгізіле бастады.. Сонымен бірге дайын өнімнің сапасы да өсті.
Престелген және өнімдердің сапасын, ашытқылардың бөлінуін суды үнемдеуді және т.б. жоғарлататын жаңа әдістер құрастырылып өндіріске енгізілді. Көп көңіл ашытқы өндірісіндегі өсу аппараттарына, ауа жүйелеріне, қорғатқыш агригаттарға, автоматизация және механизация процестеріне аударылды. Сонымен бірге активті ферменттері бар ашытқы сапалы құрғақ ашытқыны алуға арналған заттар сұрыпталуда.
Ашытқы өндірісіндегі технико-экономикалық көрсеткіштердің жоғарлауы үшін жұмысшылар жаңа жабдықтарды, престелген және құрғақ өнімдерді алудың технологиялық режимдерін, өндірісте қолданылатын шикізаттарды есептеуді, нормадан ауытқыған технологиялық процестерді дұрыс коррекциялауды білуі шарт. - Ашыту өндірісі, тамақ өндірісі, ауылшаруашылық шикізатын өңдеумен айналысады. Мұнда технологиялық процестің қандай да бір сатысында микроорганизмді қолдану шектелген. Осы саладағы микрооргаизмдер үшін арнайы технологиялық жабдықтардың азырақ көлемі бар. Берілген топтағы өндіріс жеке тамақ өндірісі құрамына кіреді.
- Өндірістің негізгі сатысы бұл микроорганизмдерді культивирлеу. Технологиялық белгілері бойынша оларды екі топқа бөлуге болады:
- Микроорганизмдердің көп мөлшерде биомассасын алумен байланысты көп тонналы өндіріс. Осы өндірістің негізгі технологиялық құрал - жабдық түрін анықтайтын сипаттамасы – түптік культивирлеу. Бұл жерде бөгде микрофлораның түсу мүмкіншілігі өте аз болғандықтан, жоғары дәрежелі асептиканы қажет етпейді.
Қойылған мақсаттарды іске асыру үшін Қазақстанда қазіргі заманғы өнеркәсіпті құру қажет. Сондықтан да дүниежүзілік, отандық тенденциялар, биотехнологиялық салалардың даму перспективалары, биотехнологиялық өндірістердің технологиялық деңгейлерінің дүние жүзілік талаптары мен стандарттары негізінде бакалавр – биотехнолог технологиялық процестерді жобалаудың әдістерін, рентабельді өнеркәсіптік өндірісті ұйымдастыруға мүмкіндік беретін салалар мекемелерін реконструкциялау немесе құрылыс кезінде эффективті шешімдерді қамтамасыз ететін жобаларды білуі тиіс

1.1.2 Ашытқыларға жалпы сипаттама

Ашытқы саңырауқұлақтары – бір клеткалы қозғалмайтын және бактериялардан шамамен алғанда он еседей ірі микроорганизмдер (15-сурет). Табиғатта бұлар кең тараған. Клетка пішіні әр түрлі: дөңгелек, сопақша және таяқша тәрізді болады. Ашытқы саңырауқұлақтары клеткасының мөлшері 8-10 микронға тең. Оларда қозғалу органеллалары болмайды. Клетка сыртында қабығы бар. Цитоплазмада ядро, вакуоля және басқа да (май, гликоген, валютин) заттар кездеседі. Ашытқы саңырауқұлақтарын адам баласы қолдан өсіріп, өз шаруашылығында пайдаланады. Ал, табиғатта жабайы ашытқы саңырауқұлақтар да болады. Олар ауыл шаруашылық өнімдерін зақымдап едәуір зиянын тигізеді. Ашытқы саңырауқұлақтарының адам баласына пайда келтіретін түрлерін біз мәдени ашытқы саңырауқұлақтар деп атаймыз. Ашытқы саңырауқұлақтар өнеркәсіпте кең қолданылады. Олар қантты ашытып, көмір қышқыл газы мен спирт түзеді. Олардың бұл қасиеті нан өндірісінде және спирт өндіруде, түрлі шараптарды, сыраларды, сүт тағамдарын даярлауда қолданылады.
Ашытқы саңырауқұлақтарында белок және витаминдер (В, Д, Е) көп болады, сондықтан оларды қазір тамақ және мал азықтық мақсатқа кеңінен қолданады.
Ашытқы саңырауқұлақтары көбінесе бүршіктену арқылы көбейеді. Бұлар спора түзу және жай бөліну арқылы сирек көбейеді. Олардың кейбір түрі жыныстық жолмен көбейеді.
Бүршіктеніп көбейгенде, алдымен аналық клеткадан төмпешік пайда болады да, кейіннен ол үлкейіп бүршікке айналады. Бұдан кейін жас клетка аналық организмнен мүлдем бөлініп кетеді. Қолайлы жағдайда бүршіктену екі сағатқа созылады. Углевод пен азотты қоректік затқа бай ортада ашытқы саңырау құлағының бүршіктенуін жай биологиялық микроскоптармен де көруге болады.
Спорамен көбею оларды жынысты және жыныссыз жолдармен жүреді. Ашытқы саңырауқұлақтары клеткасындағы споралардың саны екіден он екіге дейін барады. Жыныссыз жолмен спора пайда болғанда вегетативтік клеткалар ұсақ бөлшектерге бөлінеді де олардың әрқайсысының сыртында қабық пайда болады. Ал жыныстық жолмен спора пайда болғанда екі клетка қосылады да сыртында қабық пайда болады. Споралардың пішіні дөңгелек немесе сопақша болып келеді.
Ашытқы саңырауқұлақтардың систематикасы көбею тәсілдері мен физиологиялық қасиеттеріне негізделген. Олар екі тұқымдасқа бөлінеді: сахаромицеттер және сахаромицет еместер.
Сахаромицеттер. Бұларға мәдени ашытқы саңырауқұлақтар жатады. Олар бүршіктену және споралар түзу арқылы көбейеді. Сондықтан бұларды нағыз ашытқы саңырауқұлақтар деп атайды. Мәдени ашытқы саңырауқұлақтарға нан, шарап, сыра ашытқы саңырауқұлақтары жатады,
Өндірісте, әсіресе олардың сахаромицес церевидзе және сахаромицес эллипсойдеус деген түрлерінің маңызы зор.
Сахаромицес церевидзе клеткасы шар немесе жұмырқа тәрізді. Олар шарап спиртін алу үшін, сыра қайнатуда және нан ашытуда қолданылады. Бұлардың белгілі бір температурада және жағдайларды тіршілік ететін жеке топтары – расалары бар.
Ал сахаромицес эллипсойдеустің клеткасы эллипс тәрізді, шарап өнеркәсібінде қолданылады, олардың кейьір рассалары шараптағы хош иісті түзуге тікелей қатысады.
Сахаромицет емес ашытқы саңырауқұлақтар негізінен жалған ашытқы саңырауқұлақтар. Олай аталатын себебі: ашытқы саңырауқұлақтарының спора түзуге қабілеті болмайды бүршіктену арқылы ғана көбейе алады. Бұлардың көпшілігі әртүрлі өндірістердегі өнімдерді зақымдайды. Дегенмен олардың ішінде шаруашылық үшін маңызды туыстары бар. Олар: торула және микодерма.
Торула туысына жататын ашытқы саңырауқұлақтар шар тәрізді келеді және ашыту процесі барысында азғана мөлшерде спирт түзеді. Торула кефир деп аталатын өкілі қымыз және кефир сияқты сүт тағамдарын даярлауда пайдаланылады, ал торула утилис – тағамдық және мал азықтық ашытқы саңырауқұлақтарды өндіруде үлкен маңызы бар. Микодерма туысына жататын ашытқы саңырауқұлақтардың клеткасы ұзынша. Олар спирт түзе алмайды. Бірақ ортадағы бар спиртті және органикалық қышқылдарды су мен көмір қышқыл газына дейін тотықтыра алады.
Құрамында спирті бар ішімдіктердің бетіне қонса, микодерма қатпарланған пленка түзеді де оның иісі мен дәмін бұза бастайды. Сонымен қатар микодерма сүт тағамдардың тұздалған овощтарды бүлдіріп, сірке және нан ашытқы саңырауқұлақтарын жасайтын өндірістерге өте зиянын тигізеді.

1.1.3 Ашытқылар классификацисы

Метобализміне және генетикалық қассиеттеріне негізделеолардың бірнеше классификацисы бар.Классификация кезніде клеткалардың углеводқа қатынасын немесе витаминдерге қажеттілігін, өсу факторын және спораларын ескеру қажет. Ашытқылар Ascomycetes класына,Endomycetales қатарына Saccharomyctacea отбасына, Saccharomeces тегінежатады.Ол 41 ашытқы түрін біріктіреді.XIX ғасырда Ханзен алғашқы рет ашытқыларды жүйелеуді ұсынып,беттік ашытқыларды Saccharomeces cerevisae деген ат қойған.Бұл ашытқылар алғашында Великобритания мен Германияда қолданылған. Кейіннен Ханзен тағы төменгі ашытқыларға S.carlsbergensis ат қойған.Сосын 1952 жылы бұл ашытқылар біріктіріліп S.cerevisiae деп аталды.Төменгі таблицада ашытқылар атауының өзгеруінің тарихы көрсетілген.Ашытқылардың Крегер ван Рия классфификациясын осындай әдіспен өзгертіп қарастырған.


1952 ж. Лоддер мен Крегар ван Рияның классификациясы 1970 ж. Лоддердің классификациясы
Saccharomyces bayanus
S. oviformis S. bayanus
S. pastorianus
S. cerevisiae
S. cerevisiae var.ellipsoideus S. cerevisiae
S. willianus
S. carlsbergensis
S. logos S. uvarum
S. uvarum
S. chevalieri S. chevalieri
S. italicus S. italicus

S. aceti

S. diastaticus

Қазіргі кезге дейін сыра ашытушылар ашытқылардың екі түрін. қарастырған:Saccharomyces cerevisiae және Saccaharomyces carlsbergensis Бұларға төменгі температурада “жұмыс істейтін” (6….15 температурада) ашытқыларды жатқызды.Олар қоректік ортаны 18....22 температурада ашытып,соңында ашыған сұйықтың беткі қабатына жинайды.80-ші жылдардың басында таксонамистер сыра ашытуда қолданылатын ашытқыларды олардың ДНК қасиеттеріне негіздей оларды S.cerevisiae қатарына жатқызды.Ашытқылар бір клеткалы ашытқыларға жататындықтан саңырауқұлақтар классификациясына біріктірілген.Алайда олар жеке систематикалық бірлікке біріктірілмеген бірақ үш классқа бөлінген:
1. Аскомицеттер
2. Базидиомицеттер
3. Бластомицеттер
Бұл классификациялар әдетте вегетативті өсуі мен споралар табиғатына қарай жіктелген.Олардың өндірістегі маңызы өте зор,сондықтан олардың көбею процестері соңғы кезде терең зерттелуде.

1.1.4 Ашытқы жасушасының құрылысы

Ашытқы қабықшасы қабықшадан құралады, цитоплазмалық мембрана және цитоплазмадан жасуша диаметрі 8 – 10 мкм.
Қабыршақ жасушалық дуалша, өзіндік тығындық көрсетеді, мықты және эластикалық структураны, жасуша формасының ұдайы болуын қамтамасыз ету қабілеттілігі және едәуір осматикалық қысымға төзімді. Ішкі жасушалық осматикалық қысымы 2М1 1С – ға жетуі мұмкін. Соған шыдай отырып, қаықша организмінің осматикалық барвер ретінде әрекет етеді. Қабықша құрамына, ақмуыздар және липидтер кіреді.
Цитопламалық мембрана. Ол жасушалық қабықшаға астында орналасқан. Мембрананың негізгі функция қорытындысы жасушаға қоректік заттың бойлау реттеулігі және сыртқа алмасу азық – түліктің шығарылуы. Содан басқа, цитоплазма мембранада кейбір ферменттер ықшамдалады және биосинтез қатары әсіресе жасуша қабырғасыда болады.
Цитоплазма. Цитоплазма құрамы бойынша ауыр колойдтық система. Цитоплазмада маңызды реакция биосинтезі жүреді және генетикалық информация сақталады, онда органойдтар орналасқан (митохондрия, рибосомалар, ядро, эндоплазмалық ретикулум және гольджи , аппараты) және вакуол (біреу, екеу).
Митохондрия. (хромосомдар). Өзімен бірге ұзартылған ішкі жасушалық органелланы құрады. Құрамында ферменттік системасы бар, негізгі үлгімен электрондарды тасымалдауы. Митохондрия функциясына кіретіндер қышқылыдық реакциялар, энергия қоры ретінде («станция күштер» жасушалар); электрон тасымалдануы сақина бойынша АТФ реакция синтезімен ақуыз митохондрияларының синтез бөлігі [5].
Рибосомы. Өзімен ультра микроскопиялық гранула түріне дұрыс емес түйіршіктерді таныстырады, ақуыздан құралған иРНҚ. Рибосомада ақуыз синтезі және ферменттер жүзеге асады.
Ядро. Домалақ немесе сапалықша қарынша формасына ие, өте нәзік қабықшамен қоршалған. Ядро ішінде хромосома орналасқан таяқша тәрізді немесе нитевидті денеше, мазмұнында ДНҚ бар. Ядрода ферменттік системалар табылған, ДНҚ және РНҚ синтезіне қатысады. Гистон – ядро ақуызының негізгісі. Ядроның негізгі функциясы - жасушаны бөлуде генетикалық информацияны сақтау және берілуі. Ядро қабықшасы соның ішіндегі құрамы бөліп тұрады және біруақытты пор арқылы цитоплазма мен ядро арасында алмасуын қамтамасыз етеді.
Эндоплазматикалық ретикулум. Өзімен қиын мембраналық тор құрастырады, алуан арықтарын құрастырушы, әр түрлі заттар сыртқы қабықшадан орталық жасушаға орналасады.
Гольджи аппараты. Өзімен майда топтасқан қысылған денешіктерді құрастырады, мембранамен жалғасқан эндоплазмалық ретикулума системасымен болжамайды, Гольджи аппаратының рөлі жаңа мембрана құрастыру мен қорытындылайды. Содан басқа, оған қорғаныш функциясын енгізеді – жасуша секретциясында азық – түлікті сүрлеу және жою.
Вакуоль. Жасушаның орталық бөлігін вакуоль құрайды, жасушалық шырынмен толтырылған, липопроттейттік қабықшаға тіркелген. Вакуоль ашытқылар жасушасы қартаю нәтижесінле пайда болады. Вакуоль осмотикалық реттеуде қатысады және әр түрлі қышқылды қалыптастыру процесстің орнгы болып келеді. Онда қоректік заттар қатысады, гликоген, трегалоздар, майлар, волютиннің химиялық табиғаты (метахроматин) аяғына дейін зерттелмеген, тіркелген ол нуклейндік қышқылдан құралады. (РНҚ) және өзімен жиналған формасын құрастырады, жасуша негізігі зат цитоплазмасын құрастыруға қабілеті бар. Валютинді көбінесе валютин нуклейндік қышқыл деп атайды. Гликоген трегалоа және май қосымша энергия қоры болып табылады.

1.1.5 Нан ашытқыларының химиялық құрамы

Олар ашытқыларды культивирлеу жағдайына,қоректік ортақұрамына, клетканың физиологиялық күйіне байланысты.Престелген ашытқыларда 67-75% су және 25-33% құрғақ заттар болады. Бұл кезде судың бір бөлігі клетка арасында болып, клетка сыртқылық деп аталады, ал қалған су ашытқы цитоплазмасының ішінде болып, клеткаішілік деп аталады.Нан ашытқысындағы құрғақ заттардың элементтер саны бойынша келесідей(%): көміртегі 45-49, сутегі 50-70, оттегі 30-35, азот 7,1-10,8, фосфор 1,9-5,5, калий 1,4-4,3, магний 0,1-0,7, алюминий 0,002-0,020, сера 0,01-0,05, хлор 0,004-0,100, темір 0,005-0,012, кремний 0,02-0,20. Сонымен бірге құрғақ ашытқыда болатын заттар(% бойынша): белоктар және т.б. заттар-50,майлар-1,6, көміртегілер-40,8, зола-7,6. Белоктар полипептидтер мен аминқышқылдарының қосылыстарынан тұрады. Аминқышқылының ең қарапайым түрі глициннің формуласы:....