Domowa biotechnologia

Doświadczenie 1

Wyciśnij sok z dwóch dużych pomarańczy. Rozlej go do dwóch szklanek. Do jednej z nich dodaj ok. pół łyżeczki pektynazy (enzym do kupienia w aptece w postaci preparatu wieloenzymatycznego lub w sklepach z surowcami piwowarskimi w postaci roztworu). Sok w obu szklankach zamieszaj i odstaw mniej więcej na 10 godz.

Wyjaśnienie: Sok wyciśnięty z owoców to układ koloidalny, w którym zawieszone są cząstki substancji o dużej masie cząsteczkowej, czyli pektyny, białka, skrobia czy garbniki. W świeżo przygotowanym soku substancje te odpowiadają za jego zmętnienie. Z czasem związki te opadają na dno, powodując rozwarstwianie się napoju. Jednym ze wstępnych etapów procesu zwanego klarowaniem soków jest rozkład pektyn odpowiedzialnych za zmętnienie soku. W tym celu stosuje się enzymy izolowane z roślin lub grzybów, które hydrolizują te wysokocząsteczkowe związki do mniej złożonych. Działanie pektynazy przyczynia się także do obniżenia lepkości roztworu. Sok z dodatkiem pektynazy będzie zatem mniej mętny i nieco jaśniejszy niż ten bez enzymu.

Doświadczenie 2

Rozpuść łyżeczkę wybranego proszku do prania (lub kilku marek) w połowie szklanki ciepłej wody. Do 5 kieliszków nalej po łyżce stołowej przygotowanego wcześniej kleiku skrobiowego (1 łyżkę skrobi ziemniaczanej zagotuj z 200 ml wody). Następnie do pierwszego z nich wlej 2 łyżeczki wody, a do kolejnych po 2 łyżeczki roztworów proszków do prania. Zawartość każdego naczynia zamieszaj. Mniej więcej po 10 min do wszystkich kieliszków dodaj po 2 krople jodyny. Obserwuj zmianę zabarwienia.

Wyjaśnienie: Większość dostępnych proszków do prania zawiera w składzie enzymy proteolityczne, pozyskiwane z mikroorganizmów. Ich zadaniem jest usuwanie plam pochodzących z jedzenia, które składają się z białek, tłuszczów czy węglowodanów. Proszki enzymatyczne w swoim składzie zawierają m.in. amylazę, która rozkłada skrobię do cukrów prostych. Zawartość amylazy w proszkach można śledzić za pomocą reakcji charakterystycznej dla skrobi. Jodyna w obecności skrobi daje fioletowogranatowe zabarwienie (kieliszek 1). Rozkład skrobi pod wpływem amylaz zawartych w proszkach prowadzi do zaniku charakterystycznego zabarwienia. Im więcej amylaz w proszku, tym słabsze zabarwienie roztworu.

Doświadczenie 3

Rozdrobnij ok. 0,5 kg ciemnych winogron i wyciśnij z nich sok. Dodaj do niego szklankę wody oraz 3 łyżki cukru. Całość wymieszaj, przenieś do szklanego pojemnika. Do mieszaniny dodaj świeże drożdże, zatkaj korkiem z waty i gazy, a następnie zważ cały pojemnik. Całość pozostaw w temperaturze pokojowej na jakiś tydzień. Przez ten okres obserwuj zachowanie mieszaniny. Po upływie tego czasu ponownie zważ kolbę.

Wyjaśnienie: Fermentacja jest szeroko wykorzystywana w wielu obszarach biotechnologii (m.in. fermentacja mlekowa i etanolowa w produkcji i przetwórstwie żywności czy fermentacja metanowa w ochronie środowiska). Z biologicznego punktu widzenia fermentacja to proces oddychania beztlenowego, które zachodzi w komórkach wielu bakterii i grzybów. Fermentację alkoholową przeprowadzają m.in. drożdże, rozkładające cukry proste zawarte w owocach (np. w winogronach) najpierw do aldehydu octowego, a następnie do alkoholu etylowego. W trakcie tego procesu wydziela się dwutlenek węgla, co możemy obserwować jako bąbelkowanie roztworu. Ulatniający się do otoczenia dwutlenek węgla uszczupla pierwotną masę i to dlatego po tygodniu waga całego zestawu eksperymentalnego jest mniejsza.

Doświadczenie 4

Podgrzej litr tłustego mleka do ok. 40°C. Rozlej po równo mleko do dwóch naczyń. Do jednego dodaj kultury bakterii mlekowych (tzw. starter, do kupienia w postaci saszetek). Wymieszaj i odstaw oba naczynia w ciepłe miejsce na jakieś 12 godz. Po tym czasie porównaj wygląd mleka (m.in. kolor, konsystencję i zapach) w obu naczyniach. Za pomocą papierka lakmusowego zmierz pH mleka w obu naczyniach.

Wyjaśnienie: Fermentacja mlekowa jest przeprowadzana przez bakterie mlekowe i znalazła szerokie zastosowanie w przemyśle spożywczym, zwłaszcza w mleczarstwie, do produkcji jogurtów, kefirów, kwaśnej śmietany czy serów podpuszczkowych. Bakterie mlekowe odpowiadają także za kiszenie kapusty czy ogórków, ale są również wykorzystywane do wyrobu salami. W czasie fermentacji mlekowej powstaje kwas mlekowy, który działa jak naturalny konserwant. Jednocześnie kwas mlekowy obniża pH środowiska, co stwarza odpowiednie warunki do rozwoju właściwych bakterii fermentacji mlekowej. Starter bakterii mlekowych do produkcji domowego jogurtu jest dostępny w sklepach i zawiera mieszaninę mikroorganizmów, najczęściej: Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, Streptococcus salivarius ssp. thermophilus, Lactococcus lactis, Lactobacillus diacetylactis, Lactobacillus cremoris. Warto dodać, że bakterie fermentacji mlekowej są też składnikiem probiotyków, czyli preparatów zawierających żywe kultury bakterii, usprawniające pracę naszej flory jelitowej.

dr hab. Renata Szymańska
Katedra Fizyki Medycznej i Biofizyki AGH

dr Paweł Jedynak
Zakład Fizjologii i Biochemii Roślin WBBiB UJ

***

Zestaw przyrządów i materiałów

pomarańcze, winogrona, pektynaza, proszek do prania, skrobia ziemniaczana, jodyna, cukier, drożdże, wata, gaza, starter bakterii mlekowych, papierki wskaźnikowe

Niewliczone w cenę: szklanki, kieliszki, łyżka, łyżeczka, waga, szklana butelka

Koszt: 80 zł

Czas wykonania: 3 godz. plus czas oczekiwania na wynik doświadczenia

***

Wiedza w pigułce

Współczesna biotechnologia bazuje na osiągnięciach i narzędziach biologii molekularnej, inżynierii genetycznej oraz mikrobiologii i wykorzystuje m.in. organizmy genetycznie zmodyfikowane. Do jej osiągnięć należą produkcja farmaceutyków, antybiotyków i szczepionek nowej generacji, klonowanie genów, metody namnażania komórek macierzystych, opracowanie sposobów analizy DNA (np. służących do identyfikacji organizmów) czy produkcja roślin i żywności genetycznie zmodyfikowanej.

Wszystko zaczęło się jednak od biotechnologii tradycyjnej, która narodziła się już w starożytności, kiedy to powszechnie wykorzystywano fermentację do produkcji napojów alkoholowych (np. wina, piwa) i pokarmów (m.in. chleba, sera czy sosu sojowego). Człowiek poprzez wnikliwą obserwację przyrody nauczył się tak manipulować organizmami, aby służyły konkretnym celom. Choć nie do końca zdawał sobie sprawę, jaka jest natura tych procesów, tworzył podwaliny współczesnej biotechnologii. Do typowych jego działań w ramach biotechnologii należą: sztuczna selekcja (tj. proces wyboru osobników do rozrodu ze względu na obecność pożądanej cechy użytkowej), krzyżowanie wewnątrz- i międzygatunkowe (np. tangerynka to efekt krzyżówki międzygatunkowej mandarynki i grejpfruta), zielarstwo czy wykorzystanie mikroorganizmów do produkcji napojów i różnych pokarmów (najczęściej na drodze przeprowadzanej przez nie fermentacji). Choć nie każdy zdaje sobie z tego sprawę, biotechnologia towarzyszy nam w życiu codziennym. Nie tylko korzystamy z jej produktów i usług (np. zjadając ciasto drożdżowe), ale także przeprowadzamy typowe eksperymenty biotechnologiczne (np. robiąc ciasto drożdżowe).

***

Uwaga!

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.