Биотехнология - это промышленное использование биологических процессов и продуктов биосинтеза для получения высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток, тканей растений и животных с заданными свойствами.

В сущности, биотехнология - это не что иное, как использование куль­тур клеток микроорганизмов (бактерий, дрожжей, грибов), растений или жи­вотных, метаболизм и биосинтетические возможности которых обеспечива­ют выработку специфических веществ.

Биосинтез - процесс накопления микроорганизмами биомассы или продуктов их метаболизма.

Развитие биотехнологии в огромной степени определяется исследова­ниями в области микробиологии, биохимии, энзимологии (наука о фермента­тивных процессах) и генетики организмов. Биотехнологические методы включают микробиологический синтез, генную инженерию, клеточную и белковую инженерию, инженерную энзимологию, культивирование клеток растений, животных и бактерий, методы слияния клеток.

Биотехнология как наука возникла на стыке биологических, химиче­ских и технических наук.

Голландский ученый Хаувинк историю биотехнологии условно разде­лил на пять периодов:

• Допастеровская эра (до 1865).

Биотехнология, связанная с процессами брожения: получение пива, ви­на, сыра, хлеба, хотя о причинах брожения и о том, как оно осуществляется, человечеству еще не было известно. Только в Х1Х веке французский ученый Луи Пастер указал на специфическое воздействие микроорганизмов на суб­страт, что послужило основой для изучения физиологии микробов. Тем са­мым он заложил основы сознательного управления технологическими про­цессами, в которых микроорганизмы играют ведущую роль.

• Послепастеровская эра (1866-1940).

Именно в этот период было раскрыто огромное многообразие форм жизни в микромире и отмечено биохимическое единство этого многообразия, что способствовало промышленному использованию микроорганизмов во второй половине ХХ в. Налажено производство этанола, бутанола, ацетона, органических кислот и вакцин.

• Эра антибиотиков (1941-1960).

Англичане получили очищенный от примесей желтый порошок пени­циллина и успешно испытали его на мышах, предварительно зараженных па­тогенными бактериями.

С начала 50-х годов ХХ в. вирус полиомиелита для производства вак­цины выращивается в культурах клеток млекопитающих.

• Эра управляемого биосинтеза (1961-1975).

Производство аминокислот посредством микробных мутантов имеет наибольшее значение среди возможных способов их получения.

Советский Союз производил свыше 1 млн. т микробного белка. Это по­зволяло выпускать полноценные сбалансированные корма для выращивания птицы и скота.

Не менее важным достижением биотехнологии в этот период было по­лучение чистых ферментов, промышленное использование иммобилизован­ных ферментов и клеток.

Достижения молекулярной биологии привели к детальному изучению строения многих ферментов, что позволило создать теоретическую базу для производства ферментов пролонгированного действия или, как их называют, иммобилизованных (связанных) ферментных препаратов. Сущность иммоби­лизации ферментов - прикрепление их в активной форме к нерастворимой основе или заключение в полупроницаемую мембранную систему.

• Эра новой биотехнологии (после 1975).

Новая эра биотехнологии отсчитывает свое время с открытия Д. Уотсо­ном и Ф.Криком строения молекулы ДНК (1953). Только после этого нача­лось использование генной и клеточной инженерии для получения агентов биосинтеза. Главными объектами исследований становятся живая клетка и молекула ДНК.

Биотехнология широко внедряется во все сферы человеческой жизни: сельское хозяйство, биоэнергетику, медицину. Крупным международным со­бытием стал конгресс «Биотехнология: состояние и перспективы развития», успешно прошедший в Москве в 2002 г.

Основные разделы биотехнологии:

Биотехнология строится по четырем направлениям: микробная биотехнология, ин­женерная энзимология, генная и клеточная инженерия. Однако, в настоящее время от­дельной ветвью выделилась пищевая биотехнология, основанная на достижениях химии пищи, физиологии, медико-биологических и гигиенических основ питания и производства пищи.

Микробная биотехнология - раздел биотехнологии, составляющий основную ее часть. История развития микробной биотехнологии берет свое начало с середины ХХ в., после классических работ химика Луи Пастера. Он доказал, что представители микромира различаются не только внешним ви­дом, но и особенностями обмена веществ, что послужило основой для разви­тия микробной биотехнологии, изучающей микроорганизмы, распространен­ные в природе, с точки зрения возможности использования их в народном хозяйстве.

Исторический путь развития этого раздела биотехнологии тесно связан с производством различных пищевых продуктов (вино, хлеб, молочные про­дукты и др.).

Инженерная энзимология - раздел биотехнологии, цель которого - создание технологических процессов с использованием биологических ката­лизаторов (ферментов).

Особое место ферментативные процессы занимают в производстве пи­щевых продуктов. Тканевые ферменты животных и растений способствуют формированию химических предшественников вкуса и аромата, консистен­ции за счет специфической деструкции биополимерных систем пищевого сы­рья, т.е. осуществляют созревание - один из самых важных этапов получения разнообразной пищи.

Генная инженерия - раздел биотехнологии, цель которого - направ­ленное создание организмов с заданными свойствами на основе рекомбина­ции их генотипа. Генная инженерия дает возможность изолировать и изме­нять отдельные гены, модифицируя молекулу ДНК и перенося ее из одного организма в другой.

Достижения в этой области в основном используются в здравоохране­нии. Это биосинтез инсулина человека в клетках E. coli; получение интерфе­рона; создание новых вакцин. Возникнув сравнительно недавно, генная ин­женерия стремительно развивается, в том числе и в производстве пищевых продуктов, главным образом, через создание трансгенных животных и расте­ний.

Клеточная инженерия - раздел биотехнологии, объектом исследова­ния которого стали культуры клеток (высших животных или растительных организмов), полученные культивированием на различных средах отдельно выделенных из организмов клеток, или микроорганизмы, полученные мето­дом генной инженерии. Одной из задач клеточной инженерии можно считать конструирование новых клеток и клеточных систем.

Совершенствование техники культивирования растительных клеток и тканей позволит создать улучшенные культурные виды и сорта.

Одной из мощных ветвей постоянно развивающейся науки биотехноло­гии является пищевая биотехнология. Разработка доступных продуктов здо­рового питания, позволяющих укреплять здоровье и проводить профилактику заболеваний среди населения, - одно из направлений Федеральной госу­дарственной политики в области питания до 2005 г., что подчеркивает акту­альность и дает определенные гарантии в реализации поставленных целей.

В современном мире потребность в высококачественных продуктах пи­тания промышленного изготовления, в том числе мясных, постоянно увели­чивается. Поэтому сегодня в центре внимания специалистов мясной про­мышленности стоят вопросы, связанные не только с интенсификацией про­изводственных процессов, снижением себестоимости продукции, но и с со­вершенствованием традиционных и внедрением новых технологий мясных продуктов, ориентированных на удовлетворение спроса различных социаль­ных групп населения.

Главной задачей всех производителей и переработчиков мяса остается организация производства продуктов гарантированного качества и безопас­ности. При этом более полно будут учитываться свойства перерабатываемого мясного сырья, так как оно неоднородно по химическому составу даже в пределах одной категории упитанности туш, обладает различной степенью автолитических процессов, отличается значениями рН, термическим состоя­нием, продолжительностью и условиями размораживания и хранения. В про­цессе промышленной переработки необходимо как можно лучше сохранить положительные качественные характеристики пищевой ценности и техноло­гических свойств исходного мясного сырья, а отклонения в этих показателях уменьшить путем внедрения процессов биотехнологии. Процессы биотехно­логии широко используются при изготовлении свинокопченостей, окороков, сыровяленых и сырокопченых колбас и др. При технологической обработке мяса целостность его клеток нарушается, в результате чего из них высвобож­даются ферменты, находящиеся в активном состоянии и вызывающие био­химические изменения различных тканей. Это способствует формированию у готовых продуктов свойств, придающих им специфический вкус, аромат, ок­раску и другие характеристики.

Перспективным направлением реализации биотехнологических мето­дов в мясной промышленности является создание технологий, основанных на использовании, как собственных ферментных систем, так и экзогенных, т.е. целенаправленно внесенных микроорганизмов - продуцентов ферментов, белков, незаменимых аминокислот и витаминов.