Использование биологически активного продукта «БиоАксель» для индукции биосинтеза ксиланазы и эндоглюканазы штаммом Trichoderma reesei

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ И КОРМОВ

дополнительный раздел «Требования безопасности», научно обоснован, экспериментально подтвержден и подробно описан раздел «Отбор и подготовка проб», актуализированы нормативные ссылки.

Внедрение межгосударственных стандартов позволит:

- повысить точность определения ферментативных активностей;

- обеспечить единые требования к контролю качества ферментных препаратов;

- обоснованно нормировать расход ферментных препаратов при использовании в различных отраслях пищевой промышленности с учетом уровня их ферментативной активности.

В настоящее время на российском рынке для переработки сельскохозяйственного сырья используются ферментные препараты различных производителей. По прогнозам специалистов, использование ферментных препаратов (ФП) микробного происхождения в промышленности имеет устойчивую тенденцию к увеличению, при этом 2/3 объема составляют ферменты для пищевой промышленности, а их основная доля приходится на спиртовую отрасль.

С использованием разработанных методик исследован спектр ферментов, входящих в состав ФП для пищевой промышленности и синтезируемых селекционированными штаммами микроорганизмов. Всего исследовано более 100 ферментных препаратов отечественного и импортного производства с различной субстратной специфичностью.

Из 53 ФП амилолитического действия к источникам а-амилазы эндо-действия отнесены 32, из них 16 препаратов являлись источниками термостабильной а-амилазы бактериального происхождения. Бактериальные амилазы различались по температурному оптимуму действия ферментов:

мезафильные - 60...70 °С; термостабильные имели более высокий температурный диапазон действия - до 90.95 °С.

6 ФП содержали а-амилазу грибного происхождения, которая отличалась от бактериальных амилаз способностью катализировать расщепление крахмала до более глубокой степени гидролиза с образованием не только низкомолекулярных декстринов, но и мальтозы. Грибные амилазы были более термолабильны, чем бактериальные: они выдерживали температуру, не превышающую 50.55 °с.

20 препаратов в качестве основного фермента содержали глюкоамилазу. При этом практически все из них проявляли активность минорных ферментов: а-амилазы, протеазы и/или гемицел-люлазы. 16 ФП являлись источниками протеолитических ферментов, из них только 3 препарата были комплексными. 20 ФП гемицеллюлазного действия содержали комплекс ферментов: ксиланазу, Р-глюканазу и целлюлазу, обеспечивающих гидролиз некрахмальных полисахаридов растительного сырья.

На основе актуализации экспериментальных данных по составу и уровню активности гидролаз в ФП для пищевой промышленности сформирована база данных по целевым ферментным системам для конверсии животного, микробного и растительного сырья.

По содержанию основного фермента все ФП разделены на группы целевого назначения для биокатализа полимеров сельскохозяйственного сырья:

1. амилолитического действия - для гидролиза крахмала в зерновом сырье;

2. протеолитического действия - для гидролиза белковых веществ растительного, микробного и животного сырья;

3. ксиланолитического и целлюлолити-ческого действия - для гидролиза ксила-нов и целлюлозы в растительном сырье;

4. ß-глюканазного действия - для гидролиза глюканов в растительном и микробном сырье;

5. пектолитического, пектат- и пектин-лиазного действия - для конверсии пектиновых веществ в растительном сырье;

6. ß-галактозидазного действия - для гидролиза молочного сахара (лактозы);

7. фитолитического действия - для гидролиза фитина и его производных в зерновом сырье.

Работа выполнена в рамках Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 20192021 гг. (тема № 0529-2019-0066).

ЛИТЕРАТУРА

1. Серба, Е.М. Разработка национальных стандартов по методам определения активности ферментных препаратов для пищевой промышленности / Е.М. Серба [и др.] // Пищевая промышленность. - 2013. - № 7. - С. 40-44.

2. Римарева, Л.В. Ферментные препараты и биокаталитические процессы в пищевой промышленности/Л.В. Римарева [и др.] // Вопросы питания. - 2017. - Т. 86. - № 5. -С. 63-74.

REFERENCES

1. Serba, E. M. Razrabotka nacional'nyh stan-dartov po metodam opredelenija aktivnosti fermentnyh preparatov dlja pishhevoj promysh-lennosti / E.M. Serba [i dr.] // Pishhevaja pro-myshlennost'. - 2013. - № 7. - S. 40-44.

2. Rimareva, L. V. Fermentnye preparaty i biokataliticheskie processy v pishhevoj promyshlennosti / L.V. Rimareva [i dr.] // Voprosy pitanija. - 2017. - T. 86. - № 5. -S. 63-74.

Авторы

Серба Елена Михайловна, д-р биол. наук, профессор РАН,

Оверченко Марина Борисовна, канд. техн. наук,

Игнатова Надежда Иосифовна,

Таджибова Полина Юрьевна, аспирант,

Римарева Любовь Вячеславовна, д-р техн. наук, профессор,

академик РАН

ВНИИ пищевой биотехнологии - филиал ФИЦ питания, биотехнологии и безопасности пищи, 111033, Москва, ул. Самокатная, д. 4Б, serbae@mai1.ru

Authors

Serba Elena Mihajlovna, Doctor of Biological Sciences, Professor of RAS, Overchenko Marina Borisovna, Candidate of Technical Sciences, Ignatova Nadezhda Iosifovna, Tadzhibova Polina Yur'evna, graduate studente,

Rimareva Lyubov' Vyacheslavovna, Doctor of Technical Sciences, Professor, Academician of RAS

All-Russian Scientific-Research Institute of Food Biotechnology - Branch of the Federal Research Center for Nutrition, Biotechnology and Food Safety, 4B, Samokatnaya str., Moscow, 111033, serbae@mai1.ru

УДК 663.15 DOI: 10.24411/0235-2486-2019-10045

Использование биологически активного продукта «БиоАксель» для индукции биосинтеза ксиланазы и эндоглюканазы штаммом Trichoderma reesei

А.с. середа, канд. техн. наук; и.А. великорецкая; Е.в. костылева, канд. техн. наук; н.в. цурикова, канд. техн. наук

ВНИИ пищевой биотехнологии - филиал ФИЦ питания, биотехнологии и безопасности пищи, Москва

н.в. хабибулина, канд. техн. наук; т.м. Бикбов, канд. хим. наук

ЗАО «Партнер-М», Калужская обл., г. Малоярославец

биотехнологические процессы в производстве продуктов питания и кормов

Реферат

Установлено индуцирующее влияние продукта «БиоАксель» на синтез ксиланазы и эндоглюканазы штаммом Trichoderma reesei-Co-44. При внесении в ферментационную среду 3 % «БиоАкселя» активность эндоглюканазы штамма увеличилась на 43 %, ксиланазы - на 82 %.

Ключевые слова

«БиоАксель», индукция, ксиланаза, эндоглюканаза, Trichoderma reesei Цитирование

Середа А.С., Великорецкая И.А., Костылева Е.В., Цурикова Н.В., Хабибулина Н.В., Бикбов Т.М. (2019) Использование биологически активного продукта «БиоАксель» для индукции биосинтеза ксиланазы и эндоглюканазы штаммом Trichoderma reesei // Пищевая промышленность. 2019. № 4. С. 88-90.

Use of biologically active product «BioAxel» for the induction of xylanase and endoglucanase biosynthesis by Trichoderma reesei strain

A.S. Sereda, Candidate of Technical Sciences; I.A. Velikoretskaya; E.V. Kostyleva, Candidate of Technical Sciences; N.V. Tsurikova, Candidate of Technical Sciences

All-Russian Scientific-Research Institute of Food Biotechnology - Branch of the Federal Research Center for Nutrition, Biotechnology and Food Safety, Moscow N.V. Khabibulina, Candidate of Technical Sciences; T.M. Bikbov, Candidate of Chemical Sciences CJSC «Partner-М», Kaluga region, Maloyaroslavets

Abstract

The inducing effect of the «ВюАссе!» product on xylanase and endoglucanase synthesis by Trichoderma reesei-Co-44 was found. When BioAxel was added at concentration of 3 % to the fermentation medium, the endoglucanase activity increased by 43 %, xylanase activity — by 82 %.

Key words

«B^A^el», Trichoderma reesei, xylanase, endoglucanase, induction Citation

Sereda A.S., Velikoretskaya I.A., Kostyleva E.V., Tsurikova N.V., Khabibulina N.V., Bikbov T.M. (2019) Use of biologically active product «BioAxel» for the induction of xylanase and endoglucanase biosynthesis by Trichoderma reesei strain // Food processing industry = Pissehvaya promyshlennost. 2019. № 4. P. 88-90.

Экономическая эффективность промышленного производства ферментных препаратов (ФП) на основе микробных продуцентов определяется уровнем биосинтетической активности штаммов микроорганизмов и во многом зависит от компонентного состава используемых ферментационных сред. Исследования по оптимизации состава питательных сред для глубинного культивирования промышленных продуцентов ферментов направлены как на удешевление сред, так и на поиск индукторов, способствующих повышению уровня биосинтеза целевых ферментов штаммами.

Большинство коммерческих препаратов целлюлаз и гемицеллюлаз, представляющих одну из доминирующих на мировом рынке групп промышленных ферментов, получают на основе штаммов Trichoderma reesei [1, 2]. Целлюлазы и гемицеллюла-зы T. reesei являются индуцибельными ферментами, на их биосинтез в значительной степени влияет присутствие индукторов в ферментационной среде. индуцирующий эффект на образование целлюлаз грибами оказывают целлюлоза, лактоза, целлобиоза, софороза. В качестве индукторов синтеза ксиланазы кроме ксилана могут выступать ксилоза,

L-сорбоза, ксилоолигосахариды [3-5]. С целью повышения продуктивности штаммов и удешевления сред проводится поиск вторичных продуктов переработки сельскохозяйственного сырья, способных индуцировать синтез целлюлаз и гемицеллюлаз штаммами T. reesei и обладающих необходимыми технологическими характеристиками.

Компания «Партнер-М» разработала технологию получения концентрата соевого белка при помощи 3Д-структурирования. Извлекаемые из 3Д-структурированного сырья с помощью водной промывки экстрактивные вещества характеризуются значительным количеством биологически активных веществ и богатым биохимическим составом. в результате концентрирования экстрактивных веществ получают препарат «БиоАксель» с содержанием белка 12-15% а. с. в., общих сахаров - 45-50 % а. с. в., минеральных компонентов - 12-15 % а. с. в.

цель исследований - являлось определение индуцирующего эффекта препарата «БиоАксель» на синтез целевых ферментов мутантным штаммом T. reesei-Со-44 с увеличенной продукцией ксиланазы и эндоглюканазы.

объект исследований - штамм T. reesei-Со-44, полученный в результате мутагенеза промышленного продуцента целлюлаз и гемицеллюлаз T. reesei BCM 18.2 / КК [6]. Глубинное культивирование штамма осуществляли в качалочных колбах при 30 °С в течение 120 ч в 50 мл ферментационной среды, содержащей 2,0 % лактозы, 1,0 % дрожжевого экстракта, 0,2 % KH2P04, 0,6 % (NH4)2 2SO4 и 0,06 % CaCl2, с добавлением продукта «БиоАксель» в концентрации 1, 3 и 5 %. После ферментации биомассу отделяли центрифугированием при 13400 об /мин в течение 5 мин, в полученных суперна-тантах определяли активность ксиланазы (КсА) и эндоглюканазы (ЭГ) по начальной скорости образования восстанавливающих сахаров (ВС) при гидролизе ксилана из древесины березы и Na-соли кар-боксиметилцеллюлозы, соответственно при 50 °С, рН 5,0. ВС определяли по методу Шомоди-Нельсона.

Из полученных результатов (см. рисунок) очевиден индуцирующий эффект препарата «БиоАксель» на биосинтез целевых ферментов высокоактивным мутантным штаммом T. reesei-Со-44. При внесении 3 % препарата активность эндоглюка-

9-й Международный научно-практический симпозиум

биотехнологические процессы в производстве продуктов питания и кормов

назы увеличилась на 43 /, а ксилана-зы - на 82/. Повышение концентрации «БиоAкселя» до 5/ привело к предпочтительному биосинтезу штаммом ксиланазы: активность эндоглюканазы была на уровне контроля (108/), а активность ксиланазы увеличилась в 2,2 раза.

Таким образом, препарат «БиоAксель», являющийся дополнительным продуктом получения соевых белковых концентратов, может быть рекомендован в качестве компонента ферментационных сред для индукции биосинтеза ксиланазы и эн-доглюканазы T. reesei при промышленном культивировании.

Работа выполнена в рамках Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 20192021 гг. (тема № 0529-2019-0066).

ЛИТЕРАТУРА

1. Li S. Technology Prospecting on Enzymes: Application, Marketing and ngineering/S. Li

[et al.] // China: Computational and Structural Biotechnology Journal. - 2012. - Vol. 2, Issue 3. - P. 1-11.

2. Wang S.B. Trichoderma reesei: a fungal enzyme producer for cellulosic biofuels / S.B. Wang, Ch. Ivanova, V. Seidl-Seiboth // Biofuel Production - Recent Developments and Prospects. Eds. Marco Aurelio Dos Santos Bernardes. - InTech, 2011. - V. 13. -P. 309-340.

3. Михайлова Р.В. Мацерирующие ферменты мицелиальных грибов в биотехнологии / Р.В. Михайлова. - Минск: Белорусмая наука, 2007. - 407 с.

4. Jun Н. Enzyme production by filamentous fungi: analysis of the secretome of Trichoderma reesei grown on unconventional carbon source / Н. Jun, T. Kieselbach, L.J Jonsson // Microbial Cell Factories. - UK. - 2011. - 68 р.

5. Mach, R.L. Regulation of gene expression in industrial fungi: Trichoderma / R.L. Mach, S. Zeilinger // Applied Microbiology and Biotechnology. - 2003. - № 60. - P. 515-522.

6. Костылева Е.В. Повышение активности

карбогидраз эндо-деполимеразного действия в штамме Trichoderma reesei с помощью мутагенеза / Е.В. Костылева [и др.] // Микробиология. - 2018. - Т. 87. - № 5. - С. 530-540.

REFERENCES

1. Li S. Technology Prospecting on Enzymes: Application, Marketing and ngineering / S.Li [et al.] // China: Computational and Structural Biotechnology Journal. - 2012. - Vol. 2, Issue 3. - P. 1-11.

2. Wang S.B. Trichoderma reesei: a fungal enzyme producer for cellulosic biofuels / S.B. Wang, Ch. Ivanova, V. Seidl-Seiboth // Biofuel Production - Recent Developments and Prospects. Eds. Marco Aurelio Dos Santos Bernardes. - InTech, 2011. - V. 13. -P. 309-340.

3. Mihajiova R.V. Macerirujushhie fermenty micelial'nyh gribov v biotehnologii / R.V. Mi-hajlova. - Minsk: Belorusckaja nauka, 2007. -407 s.

4. Jun N. Enzyme production by filamentous fungi: analysis of the secretome of Trichoderma reesei grown on unconventional carbon source / N. Jun, T. Kieselbach, L.J Jönsson // Microbial Cell Factories. - UK. - 2011. - 68 p.

5. Mach, R.L. Regulation of gene expression in industrial fungi: Trichoderma / R.L. Mach, S. Zeilinger // Applied Microbiology and Biotechnology. - 2003. - № 60. - P. 515-522.

6. Kostyleva E.V. Povyshenie aktivnosti karbogidraz jendo-depolimeraznogo dejstvija v shtamme Trichoderma reesei s pomoshh'ju mutageneza/E. V. Kostyleva [i dr.] // Mikro-biologija. - 2018. - T. 87. - № 5. - S. 530540.

Авторы

Середа Анна Сергеевна, канд. техн. наук, Великорецкая Ирина Александровна, Костылева Елена Викторовна, канд. техн. наук, Цурикова Нина Васильевна, канд. техн. наук

ВНИИ пищевой биотехнологии - филиал ФИЦ питания, биотехнологии и безопасности пищи, 111033, Москва, ул. Самокатная, д. 4Б, ekostyleva@list.ru

Хабибулина Наталья Викторовна, канд. техн. наук Бикбов Тахир Мухамедович, канд. хим. наук ЗАО «Партнер-М»,

249096, Калужская обл., г. Малоярославец, пер. Калинина, д. 11.

Authors

Sereda Anna Sergeevna, Candidate of Technical Sciences, Velikoretskaya Irina Aleksandrovna,

Kostyleva Elena Viktorovna, Candidate of Technical Sciences,

Tsurikova Nina Vasilyevna, Candidate of Technical Sciences

All-Russian Scientific-Research Institute of Food Biotechnology — Branch of

the Federal Research Center for Nutrition, Biotechnology and Food Safety,

4B, Samokatnaya str., Moscow, 111033,

ekostyleva@list.ru

Khabibulina Natalia Viktorovna, Candidate of Technical Sciences, Bikbov Tahir Mukhamedovich, Candidate of Chemical Sciences CJSC «Partner-M»,

11, per. Kalinina, Maloyaroslavets, Kaluga region, 249096.

УДК 66.963 DOI: 10.24411/0235-2486-2019-10046

Мировой опыт в использовании ингредиентов растительного происхождения

Е.с. симоненко; с.в. симоненко, д-р техн. наук, профессор; А.Ю. Болотин, канд. техн. наук; в.А. покровская; м.с. копытко

НИИ детского питания - филиал ФИЦ питания, биотехнологии и безопасности пищи, Московская обл., г. Истра Реферат

Ухудшение экологической обстановки, потребление несбалансированной пищи и, как следствие, разрушающее воздействие свободных радикалов на организм человека влекут за собой развитие окислительного стресса, вредное воздействие которого можно нивелировать путем потребления природных антиоксидантов, которыми являются продукты растительного происхождения.

Ключевые слова

детское питание, напитки, обогащенные пищевые продукты, плоды фейхоа, растительное сырье