Production of biological products based on Pichia guilliermondii yeast with high adsorption activity
Authors: Каночкина Мария Сергеевна , Тарасова Вероника Владимировна , Смирнов Николай Борисович 
Published: February 2023

Функциональные продукты с добавленными адсорбирующими (детоксикационными) свойствами могут быть получены на основе дрожжевых культур Pichia guilliermondii. Разработана технология получения биопрепаратов с высокой адсорбционной активностью, с содержанием жизнеспособной биомассы дрожжевых культур Pichia guilliermondii (пробиотики) и инактивированной биомассы дрожжевых культур Pichia guilliermondii (пребиотики). В рамках указанных исследований использован подход твердофазного культивирования в тонком слое, в качестве компонентов питательной среды, обладающих пребиотическим действием, способностью стимулировать рост аутофлоры человека, выводить токсины и минимизировать вредное воздействие на организм различных веществ, использованы принципиально разные источники клетчатки: растворимая клетчатка, представленная овсяными отрубями, и нерастворимая клетчатка, представленная пшеничными отрубями. Максимальные результаты по биомассе культур дрожжей достигнуты при использовании штамма P. guilliermondii ВКПМ Y-4316 на пшеничных отрубях - 3,8x10 КОЕ/г, P. guilliermondii 2510 и P. guilliermondii 2407 на овсяных отрубях - 3,3x10 КОЕ/г и 2,9x10 КОЕ/г соответственно. Полученные лабораторные образцы биопрепаратов, удовлетворяющие требованиям по содержанию клеток продуцента, исследовали на показатель адсорбционной активности согласно ГОСТ 4453-74. С целью более точного определения адсорбционной активности методика была модифицирована в части метода разделения фаз с учетом используемых видов клетчатки и целесообразностью применения маркера низкомолекулярных соединений (микотоксинов, мочевины, креатинина и т.д.) метиленового синего. В общей сложности было исследовано 18 образцов про- и пребиотических биопрепаратов. По результатам экспериментов отобраны образцы биопрепаратов с высокой адсорбционной активностью на основе жизнеспособной биомассы дрожжей P. guilliermondii 2407 при использовании овсяных отрубей в качестве компонента питательной среды, P. guilliermondii ВКПМ Y-4316 и P. guilliermondii 2510 при использовании пшеничных отрубей в качестве такого компонента. Адсорбционная активность вышеуказанных биопрепаратов-пробиотиков составила 91,336 мг/г, 65,500 и 153,757 мг/г соответственно. В качестве эталонного значения адсорбционной активности использован показатель активированного угля по метиленовому синему - 125,914 мг/г. Таким образом, эффективность полученных биопрепаратов-пробиотиков по отношению к эталонному значению адсорбционной активности зафиксирована как 72,54 % и 52,02 % для биопрепарата на основе дрожжей P. guilliermondii 2510 и P. guilliermondii ВКПМ Y-4316 соответственно с использованием пшеничных отрубей в качестве компонента питательной среды и 122,11 % для биопрепарата на основе дрожжей P. guilliermondii 2407 с использованием овсяных отрубей в качестве компонента питательной среды. Установлена прямая зависимость между количеством жизнеспособных клеток дрожжевых культур в биопрепаратах и адсорбционной активностью для штаммов P. guilliermondii 2407 и P. guilliermondii 2510, а также зависимость между адсорбционной активностью и типом используемой клетчатки в питательной среде - растворимой и нерастворимой. Стоит отметить, что биопрепараты, содержащие нежизнеспособную биомассу дрожжевых культур (пребиотики), показывали существенно лучшие значения адсорбционной активности, если были культивированы на овсяных отрубях, что может быть связано с особенностями образования структурных составляющих клетки в условиях роста на субстрате, богатом растворимой клетчаткой.
Functional products with added adsorbing (detoxifying) properties can be obtained on the basis of Pichia guilliermondii yeast cultures. A technology has been developed for the production of biologics with high adsorption activity containing viable biomass of yeast cultures Pichia guilliermondii (probiotics) and containing inactivated biomass of yeast cultures Pichia guilliermondii (prebiotics). Within the framework of these studies, the approach of solid-phase cultivation in a thin layer was used, as components of the nutrient medium having a prebiotic effect, the ability to stimulate the growth of human autoflora, remove toxins and minimize the harmful effects on the body of various substances, fundamentally different sources of fiber were used: soluble fiber, represented by oat bran, and insoluble fiber, represented by wheat bran. The maximum results on the biomass of yeast cultures were achieved using strain P. guilliermondii VKPM Y-4316 when using wheat bran - 3.8x10 CFU/g, P. guilliermondii 2510 and P. guilliermondii 2407 on oat bran - 3.3x10 CFU/g and 2.9x10 CFU/g, respectively. The obtained laboratory samples of biological products that meet the requirements for the content of producer cells were examined for the index of adsorption activity according to GOST 4453-74. In order to more accurately determine the adsorption activity, the technique was modified in terms of the phase separation method, taking into account the types of fiber used and the expediency of using a marker of low molecular weight compounds (mycotoxins, urea, creatinine, etc.) methylene blue. A total of 18 samples of pro- and prebiotic biologics were examined. According to the results of the experiments, samples of biological products with high adsorption activity based on viable yeast biomass were selected. P. guilliermondii 2407, when using oat bran as a nutrient medium component, P. guilliermondii VKPM Y-4316 and P. guilliermondii 2510, when using wheat bran as such a component. The adsorption activity of the above-mentioned probiotic biologics was 91.336 mg/g, 65,500 and 153.757 mg/g, respectively. As a reference value of adsorption activity, the activated carbon index for methylene blue was used - 125.914 mg/g. Thus, the effectiveness of the obtained probiotic biologics in relation to the reference value of adsorption activity was recorded as 72.54 % and 52.02 % for a biologics based on yeast P. guilliermondii 2510 and P. guilliermondii VKPM Y-4316, respectively, using wheat bran as a nutrient medium component, and 122.11 % for a biologics based on yeast P. guilliermondii 2407 with using oat bran as a component of the nutrient medium. A direct relationship has been established between the number of viable yeast culture cells in biological products and the adsorption activity for P. guilliermondii 2407 and P. guilliermondii 2510 strains, as well as the relationship between the adsorption activity and the type of fiber used in the nutrient medium - soluble and insoluble. It is worth noting that biologics containing non-viable biomass of yeast cultures (prebiotics) showed significantly better values of adsorption activity if they were cultured on oat bran, which may be due to the peculiarities of the formation of structural components of the cell under growth conditions on a substrate rich in soluble fiber.