Biotechnologia tradycyjna. Zastosowanie biotechnologii w ochronie środowiska.

Prezentacja na temat: "Biotechnologia tradycyjna. Zastosowanie biotechnologii w ochronie środowiska."— Zapis prezentacji:

1 Biotechnologia tradycyjna. Zastosowanie biotechnologii w ochronie środowiska.

2 Legenda Spis treści Powrót Wstecz Dalej Dodatkowa informacja

3 Spis treści 1.Co to jest biotechnologia? 2.Podział biotechnologii. 3.Zastosowanie biotechnologii. 4.Ochrona środowiska. 5.Właściwości metaboliczne organizmów. 6.Biologiczne zwalczanie szkodników. 7.Ocena stanu zanieczyszczenia środowiska. 8.Produkcja energii. 9.Bak pełen rzepaku.

4 Co to jest biotechnologia? Biotechnologią nazywamy dyscyplinę naukową zajmującą się wykorzystywaniem organizmów, wirusów lub ich składników do celów praktycznych.

5 Biotechnologia

6 Podział biotechnologii BIOTECHNOLOGIA Rodzaj obiektu i przedmiotu badań Rodzaj metod badawczych Zastosowanie biotechnologii w różnych obszarach życia Klik

7 Rodzaj obiektu i przedmiot badań BIOTECHNOLOGIA ROŚLIN Wykorzystuje ich fragmenty (organy, tkanki, substancje chemiczne ZWIERZĄT Obejmuje ich hodowle i zaspokajanie potrzeb społeczno- gospodarczych ŻYWNOŚCI Podnosi jej wartość odżywczą oraz poprawia smak i wygląd produktu

8 Rodzaje metod badawczych BIOTECHNOLOGIA NowoczesnaTradycyjna Klik

9 Biotechnologia nowoczesna Wykorzystuje organizmy, komórki czy enzymy które są zmodyfikowane za pomocą technik inżynierii genetycznej. Jest stosowana głównie w medycynie, farmacji, rolnictwie a także w przemyśle spożywczym, chemicznym i ochronie środowiska. Inżynieria genetyczna jest dziedziną genetyki umożliwiającą ingerencję w materiał genetyczny i zmianę właściwości dziedzicznych organizmów.

10 Biotechnologia tradycyjna Wykorzystuje naturalnie występujące w przyrodzie organizmy lub produkowane przez nie substancje. Ich dobór odbywa się poprzez selekcję sztuczną. Stosowana w przemyśle spożywczym i ochronie środowiska. Selekcja sztuczna jest to dobór osobników do rozrodu dokonywany przez człowieka w celu uzyskania określonej cechy użytkowej u osobników potomnych.

11 Biotechnologia w różnych obszarach życia BIOTECHNOLOGIA ZIELONACZERWONA FIOLETOWA BIAŁA NIEBIESKA Klik

12 ZIELONA \ CZERWONA Dotyczy zastosowania osiągnięć biotechnologiczny ch w rolnictwie i produkcji żywności Dotyczy zastosowania biotechnologii w ochronie zdrowia człowieka i zwierząt

13 NIEBIESKA \ BIAŁA \ FIOLETOWA Dotyczy zastosowania biotechnologii w ochronie środowiska, a w szczególności zasobów wodnych Ziemi Dotyczy zastosowania biotechnologii w przemyśle Obejmuje aspekty prawne i społeczne działań biotechnologicznych

14 Zastosowanie biotechnologii Ochrona środowiska Przemysł spożywczy i alkoholowy Przemysł odzieżowy Klik

15 Fermentacja w przemyśle odzieżowym W przemyśle włókienniczym stosuje się fermentacje masłową przeprowadzoną przez bakterie masłowe z rodzaju : Clostridium, która powoduje psucie się pasteryzowanego mleka, serów, konserw warzywnych i mięsnych. Stosuje się ją na etapie moczenia łodyg lnu i konopi. Pozwala to na oddzielenie włókien od zdrewniałych części łodygi.

16 Biotechnologia w przemyśle spożywczym i alkoholowym. Podstawowe procesy biotechnologiczne Fermentacja Określa się przemiany enzymatyczne związków przeprowadzane przez mikroorganizmy w warunkach beztlenowych. Jest również jednym z rodzajów oddychania beztlenowego i umożliwia przeprowadzającym ją organizmom uzyskiwanie energii. Procesy fermentacyjne stosuje się do konserwowania i zwiększania wartości odżywczej żywności np.: mleka, zbóż i warzyw. MLEKOWAETANOLOWA Klik

17

18 Fermentacja mlekowa Jest to beztlenowy proces biotechnologiczny, podczas którego, w wyniku działania bakterii mlekowych, cukier jest rozkładany do kwasu mlekowego. glukoza Kwas mlekowy energia

19 Fermentacja mlekowa powszechnie stosowana jest w produkcji: Przetworów mlecznych Zakwasów chlebowych Kiszonych owoców i warzyw Niektórych wędlinKoncentratów spożywczych Klik

20 Przetwory mleczne Do ich produkcji stosuje się różne rodzaje bakterii i grzybów Lactoccocus Penicillium camembertiLactobacillus Penicilium roqueforti Dzięki nim jest możliwe produkcja jogurtów i kefirów. Umożliwiają produkcję serów pleśniowych. Stosowane przy wyrobie pieczywa. Nadają mu charakterystyczny smak i aromat

21 Kiszenie ogórków Powstający w efekcie fermentacji mlekowej kwas mlekowy powoduje zakwaszanie produktów, dzięki czemu nie rozmnażają się w nich bakterie powodujące psucie się żywności. Ta właściwości jest wykorzystywana od dawna do konserwowania żywności. Spożycie ogórków kiszonych ogranicza wzrost bakterii chorobotwórczych w jelitach człowieka, stąd jest zalecane przez lekarzy i dietetyków.

22 Za fermentację mlekową jest odpowiedzialna bakteria Lactobacillus plantarum. Przyprawy, takie jak : koper, czosnek i owoce jałowca, nie tylko dodają smaku ale też zapobiegają rozwojowi grzybów pleśniowych i drożdży. Stanowi środowisko, w którym przebiegają reakcje chemiczne przeprowadzane przez bakterie. Hamuje procesy inne niż fermentacja mlekowa. Odpowiednio wysokie stężenie soli powoduje też, że ogórki są jędrne.

23 Fermentacja etanolowa Proces który zachodzi za sprawą drożdży, np. z gatunku Saccharomyces cervisiae, które rozkładają cukier na alkohol i tlenek węgla (IV). glukoza Alkohol etylowy Tlenek węgla (IV) energia

24 Fermentacja etanolowa powszechnie stosowana jest w produkcji: Piwa, wina oraz wysokoprocentowych destylowanych napojów alkoholowych Chleba i ciast Kefiru Klik

25 Produkcja piwa 1.Otrzymywanie słodu – kiełkujące nasiona jęczmienia poddaje się procesowi rozpadu skrobi na cukry proste. W wyniku tego procesu powstaje brzeczka (ekstrakcja jęczmienia i chmielu z postępującym rozkładem cukru) 2.Warzenie – zmielony słód zalewa się ciepłą wodą a następnie przecedza. Do cieczy dodaje się drożdże, które przeprowadzają fermentację alkoholową. Powstaje: C 2 H 5 OH + CO 2 + ATP 3.Leżakowanie – stopniowo podnosi się temperaturę, która rozłoży jeden z produktów ubocznych - diacetyl. 4.Fermentacja i pasteryzowanie.

26 Produkcja wina Jest to znacznie prostszy proces technologicznie od procesu warzenia piwa. Źródłem cukrów są rozdrobnione owoce przede wszystkim winogrona. Fermentacje przeprowadzają szczepy drożdży: Saccharomyces, Pichia, Candida. Dobierane poprzez selekcje sztuczną. Nadaje się im korzystne cechy dzięki technikom inżynierii genetycznej.

27 Produkcja wysokoprocentowych destylowanych napojów alkoholowych Przebiega ona podobnie jak produkcja wina. Źródłami węglowodanów mogą być jednak różne gatunki roślin. Aby uzyskać wysokie stężenie alkoholu, produkt poddawany jest destylacji. Destylacja jest to proces rozdzielania ciekłej mieszaniny przez odparowanie i skroplenie jej składników. Pozwala na oddzielenie alkoholu od innych składników.

28 Wyrób chleba, ciasta i kefiru W wyniku fermentacji podczas wyrobu chleba i ciast, przeprowadzanej przez drożdże wytwarza się duża ilość tlenku węgla (IV), który spulchnia ciasto. Do wyrobu kefiru wykorzystuje się również fermentacje etanolową, którą przeprowadzają odpowiednie szczepy drożdży. W jej wyniku powstaje produkt o charakterystycznym smaku, zapachu i konsystencji.

29 1 etap Zanim powstanie gotowy produkt, czyli ciasto drożdżowe, należy przygotować zaczyn drożdżowy. Składa się on z mleka lub wody, niewielkiej ilości cukru oraz komórek grzyba. 3 etap Umieszczenie ciasta w piekarniku początkowo nie hamuje procesów biologicznych komórek drożdży i dlatego ciasto nadal nie może wzrastać. Jednak procesy życiowe komórek drożdży ustają na skutek wysokiej temperatury wywołującej denaturację białek (wypiek odbywa się w temperaturze 200 – 250 o C). Alkohol powstający w czasie fermentacji ulega rozkładowi pod wpływem wysokiej temperatury i nie jest wyczuwalny w czasie spożywania ciast drożdżowych lub chleba. 2 etap Przygotowany zaczyn miesza się z mąką, w wyniku czego zawarte w niej węglowodany ulegają procesom rozkładu i fermentacji. Umieszczanie cista w cieple przyspiesza procesy biochemiczne. Przeprowadzany następnie proces mieszania i wyrabiania ciasta pozwala na równomierne rozprowadzanie pęcherzyków gazu. Ważne, aby w cieście nie było miejsc pozbawionych pęcherzyków dwutlenku węgla, gdyż spowoduje to powstanie zakalca.

30 Ochrona środowiska Jest to podjęcie lub zaniechanie działań, umożliwiające zachowanie lub przywracanie równowagi przyrodniczej. Wykorzystuje się zdolności organizmów, przeważnie bakterii, do czerpania energii z rozkładu toksycznych dla człowieka i środowiska substancji. Procesy biotechnologiczne przez nią stosowane nazywają się bioremediacją

31 Bioremediacja W zależności od miejsca zastosowania danej techniki bioremediacji można je podzielić na 2 grupy : in situ (łac. „w miejscu”) i ex situ (łac. „poza miejscem”).

32 Właściwości metaboliczne organizmów używane są przy: Oczyszczanie ścieków Oczyszczanie powietrza Tworzywa biodegradowalne Przetwarzanie odpadów komunalnych Oczyszczanie środowiska skażonego metalami ciężkimi Klik

33 Oczyszczanie ścieków Oczyszczanie biologiczne – jest to oczyszczanie ścieków przy użyciu organizmów. Przeprowadza się je w oczyszczalni ścieków w specjalnym zbiorniku. W zbiorniku znajduje się nieruchome złoże zawierające kamienie, żużel, koks, kształtki z tworzyw sztucznych lub ceramicznych na którym osadzony jest materiał biologiczny, którym są: bakterie, grzyby, protisty a nawet larwy owadów. Z tego względu nazywane jest złożem biologicznym. Aby zapewnić kontakt organizmów ze ściekami, złoże jest zraszane lub całkowicie w nich zanurzone. Osad czynny można go wykorzystać zamiast nieruchomego złoża. Jest to zawiesina w której znajdują się organizmy, które rozwijają się w specjalnych komorach napowietrzających gdzie ścieki są intensywnie natleniane.

34 Oczyszczanie powietrza Do oczyszczania powietrza z toksycznych substancji stosuje się przede wszystkim biofiltry. Składają się z warstwy materiału porowatego zasiedlonego przez mikroorganizmy, które mają zdolność rozkładu zanieczyszczeń do związków prostych, takich jak woda i tlenek węgla (IV). Gdy powietrze ulega oczyszczeniu jednocześnie eliminowany jest problem nieprzyjemnego zapachu którego źródłem są np. siarkowodór i amoniak.

35 Tworzywa biodegradowalne Są to łatwe do rozłożenia przez wybrane mikroorganizmy materiały, których używa się zamiast tradycyjnych tworzyw sztucznych. Produkuje się je np.: z sacharozy zawartej w burakach cukrowych, kukurydzy i ryżu. Wykonuje się z nim min.: opakowania jednorazowe i torby przyjazne środowisku. Są rozkładane przez organizmy w ciągu zaledwie kilku miesięcy. Pozwala to znacznie zmniejszyć zanieczyszczenie środowiska.

36 Przetwarzanie stałych odpadów komunalnych Utylizacja- wykorzystywanie odpadów (makulatury, złomu, odpadów poubojowych) jako surowców do dalszego przerobu. KOMPOSTOWANIE FERMENTACJA METANOWA Klik

37 Kompostowanie Stosowane od bardzo dawna przez rolników i ogrodników do uzyskiwania naturalnego nawozu.

38 Przebieg powstawania kompostu 1.W ułożonej płaszczyźnie kompostowej bakterie mlekowe, które znajdują się w roślinach i odpadach oraz promieniowce znajdujące się w glebie rozkładają związki złożone do prostych. Wydziela się wówczas dużo ciepła. W pryzmie ciepło jest zachowane. 2.Temperatura podnosi się i kiedy przekroczy 45 o C bakterie mlekowe ścinają się. W ich miejsce rozwijają się nowe - TERMOFILNE. Na skutek ich działalności temperatura w pryzmie może dojść nawet do 90 o C (następuje sterylizacja podłoża). 3.Po pewnym czasie kompost schładza się i rozwija się trzecia grupa bakterii, które rozkładają celulozę i ligninę. Tak powstaje nawóz organiczny. Kompostowanie pozwala na zmniejszenie ilości odpadów od 30 do 50%

39 Fermentacja metanolowa Jest to proces rozkładu związków organicznych przez mikroorganizmy oddychających beztlenowo. W jej wyniku powstaje mieszanina gazów, głównie metanu i tlenku węgla (IV) zwana biogazem. Powstały biogaz stanowi źródło energii.

40 Oczyszczanie środowiska skażonego metalami ciężkimi Źródłem zanieczyszczenia środowiska pierwiastkami metali ciężkich (żelazo, cynk, miedź, ołów, kobalt, nikiel) są naturalne procesy wietrzenia i erozji skał oraz działalność człowieka. Wykorzystując techniki bioremediacji, można je usunąć z wód, gleby i powietrza.

41 Techniki oczyszczania zanieczyszczonych środowisk skażonych metalami ciężkimi Biosorbcja- jest procesem fizykochemicznym, podczas którego żywe lub martwe komórki mikroorganizmów wiążą jony metali ciężkich z zewnętrznymi strukturami komórkowymi. Bioakumuluacja- jest procesem chemicznym polegającym na kumulowaniu jonów metali ciężkich wewnątrz struktur komórkowych Bioprecypitacja- jest procesem chemicznym, który polega na wytrąceniu metali ciężkich w postaci nierozpuszczalnych związków chemicznych, nieprzyswajalnych przez inne organizmy. Klik

42 Biosorbcja

43 Bioakumulacja

44 Biologiczne zwalczanie szkodników Polega ono na ograniczeniu szkód w uprawach roślin za pomocą wybranych organizmów lub wytworzonych przez nie substancji. Do zwalczania szkodników wykorzystuje się te organizmy, które są naturalnymi wrogami szkodników upraw i drzew. Można je również zwalczać substancjami chemicznymi np.: substancje hamujące rozwój lub rozmnażanie szkodników, takie jak hormon zapobiegający przeobrażaniu owadów. Z kolei olejki eteryczne wydzielane przez pewne gatunki roślin wykorzystuje się w celu odstraszania niektórych owadów.

45 Ocena stanu zanieczyszczenia środowiska Organizmy również wykorzystuje się do oceny stanu zanieczyszczenia danego terenu. Polega to na badaniu obecności osobników należących do gatunku wskaźnikowego - bioindykatorów. W tym celu sprawdza się np. zasięg występowania różnych gatunków porostów które są wrażliwe na zanieczyszczenie powietrza. Jeśli dane substancje zanieczyszczające są obecne, porosty i inne bioindykatory zmieniają kolor lub nie występują.

46 Produkcja energii Organizmy można zastosować do wytwarzania energii na skalę przemysłową. Najprostszym sposobem jest bezpośrednie spalanie resztek roślinnych (drewna, słomy). Uwolniona w wyniku spalania energia może być wykorzystywana jako źródło ciepła lub po przetworzeniu jako źródło energii elektrycznej. Źródłem energii jest biogaz uzyskiwany w procesie fermentacji oraz paliwo płynne otrzymywane z olejów roślinnych lub tłuszczów zwierzęcych.

47 Bak pełen rzepaku Biopaliwa czyli paliwa wyprodukowane z biomasy. Mogą one występować we wszystkich stanach skupienia i są w pełni odnawialnym źródłem energii. W Polsce najczęściej mówi się o biopaliwach ciekłych. Przekładem jest biodiesel – olej napędowy produkowany z rzepaku. Biomasa – masa materii pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego.

48 1. Uprawa roślin oleistych, takich jak rzepak, dostarcza nasion – surowca do produkcji oleju. 2. Nasiona są rozdrabniane, w wyniku czego powstaje olej surowy. 3. Olej surowy jest poddawany refinacji (oczyszczaniu). W efekcie otrzymywany jest olej rafinowany. 4. Do oleju rafinowanego dodawany jest alkohol oraz katalizator (wodorotlenek sodu i potasu). 7. W procesie spalanie biodiesla powstaje tlenek węgla (IV). 6. Biodiesel stosuje się w samochodach, które posiadają specjalnie dostosowane do tego silniki. 5. W wyniku reakcji chemicznej powstaje biodiesel oraz glicerol.

49 Opracowały: Adrianna Sobuś Karolina Zając Kl. 1 „a”