CC BY
128
УДК 663.15:663.9
Ферментированный соус
на основе микробной биомассы
Е. М. Серба, д-р биол. наук, профессор; П. Ю. Мочалина; Л. В. Римарева, д-р техн. наук,
академик РАН; М. А. Оверченко, канд. техн. наук; Н. И. Игнатова;
Ю. А. Борщева, канд. техн. наук; Е. Н. Соколова, канд. биол. наук
ВНИИ пищевой биотехнологии - филиал ФИЦ питания, биотехнологии и безопасности пищи, Москва
Одно из приоритетных направлений развития пищевой биотехнологии - разработка новых продуктов питания и кормов с использованием функциональных ингредиентов, полученных на основе микробной биомассы [1-3]. Особенно перспективно применение микроорганизмов -продуцентов биологически полноценного белка с высоким содержанием незаменимых аминокислот. Мировое производство пищевых белковых продуктов за счет микробного синтеза составляет более 15 тыс. т в год и в последнее время имеет тенденцию к расширению [4-8].
Производство пищевых добавок методом микробиологического синтеза берет свое начало от получения дрожжевой биомассы и продуктов ее переработки. В настоящее время для этой цели используются и микроскопические грибы, образующие широкий спектр соединений разных классов [9-11]. Грибы рода Aspergillus накапливают до 50% белка, по аминокислотному составу близкому к белку животного происхождения. Он содержит лизин - недостающую аминокислоту в белке зерновых культур. Это позволяет на основе зерна и грибной биомассы составлять сба-
Таблица 1
Поверхностное культивирование гриба Aspergillus oryzae на соевом сырье
Характеристика среды Характеристика культуры
Сырье ОРВ, % Сырой протеин, Активность ферментов, ед / г Сырой протеин, Аминный азот, ОРВ, %
% АС ПС ß-ГкС % мг%
Соевый шрот 22,5 56,3 168 7,4 2,5 78,0 2582 12,3
Соевая мука 24,7 43,0 178 6,6 2,6 72,5 1815 10,8
Таблица 2
Аминокислотный состав исходной среды и биомассы гриба Aspergillus oryzae, выращенной на соевой муке
Аминокислота (АК) Содержание АК, мг/г
в среде в биомассе
Aspartic acid 31,2 38,4
Serine 0,7 5,1
Threonine 10,3 14,5
Glutamic acid 51,8 61,1
Proline 13,6 19,8
Glycine 11,3 14,6
Alanine 11,8 18,4
Valine 12,7 16,5
Methionine 3,4 7,9
Isoleucine 13,2 20,7
Leucine 21,8 36,1
Tyrosine 10,3 14,5
Phenylalanine 0,8 7,3
Histidine 7,9 10,2
Lysine 15,3 21,8
Tryptophan 3,1 18,9
Arginine 20,4 24,8
Всего АК 239,6 350,6
из них незаменимых 80,6 143,7
АК, % от общего количества 33,6 41,0
лансированные пищевые и кормовые смеси. Биомасса микромицетов богата витаминами группы В, липидами, ценными полисахаридами [12-14]. В грибах рода Aspergillus содержание хитина в клеточной стенке варьирует от 5 до 25%, что существенно превышает количество хитина в дрожжевой биомассе. Поэтому исследование свойств пищевых добавок, получаемых на основе ферментативной деструкции мицелиальной биомассы, содержащей биологически полноценный белок и полиаминосахари-ды, сегодня актуально.
Микромицеты традиционно используются в кулинарии стран и культур Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока. При приготовлении продуктов питания из сои и других субстратов, богатых белками, на Востоке (главным образом в Японии) используют уже в течение столетия протеолитические ферменты, синтезируемые грибами Aspergillus oryzae, A. flavus, A. parasiticus. В производстве китайского и японского соевого соуса ферментативным способом
применяют закваску, представляющую собой культуру A. oryzae, приготовленную на субстратах из сои или перловой крупы. Соевый творог мисо и сыр в Японии получают также из соевых бобов, ферментированных грибом A. oryzae. Во Вьетнаме ферментативный соево-рисовый соус «тыонг» служит обязательным повседневным пищевым продуктом населения.
Данная работа посвящена исследованию процесса направленного биосинтеза и катализа грибной биомассы Aspergillus oryzae с целью получения ферментированного соуса на основе соевого сырья.
В качестве объекта исследования использовали селекционированный штамм микромицета Aspergillus oryzae RCAM 01133, депонированный в Ведомственной коллекции полезных микроорганизмов сельскохозяйственного назначения. Селекционированный штамм по своим морфолого-культуральным признакам и биохимическим показателям не патогенен, не содержит ГМО, тяжелых металлов и может быть применен в пищевой промышленности для переработки сельскохозяйственного сырья, в частности, соевого шрота, для получения различных пищевых и вкусоароматических добавок, для ферментаций крахмал-содержащего сырья в бродильных производствах и хлебопекарной промышленности.
Содержание полисахаридов и редуцирующих веществ осуществляли методом, разработанным во ВНИ-ИПБТ. Концентрацию аминного азота определяли медным способом в отсутствии аммонийных солей; содержание общего белка определяли по методу Къельдаля на автоматической установке. Культивирование гриба осуществляли твердофазным способом в растительных колбах на натуральных питательных средах, содержащих соевое сырье (соевый шрот, соевую муку), в течение трех суток при температуре 30...32 °С.
В первый период роста культуры происходило набухание спор и образование гифов. На второй стадии роста продолжалось активное образование мицелия, выделение метаболитов и избыточного тепла. Температура в слое среды повышалась до 34 °С. На третьей стадии роста интенсивность выделения продуктов метаболизма снижалась, происходили процессы биосинтеза и накопления ферментов. Температура среды составляла 28.32 °С. Культивирование гриба осуществляли до образования белого пушистого мицелия. В конце роста культура гриба пред-
INGREDIENTS - THE BASIS OF FOOD COMPETITIVENESS
Таблица 3
Органолептические и физико-химические показатели грибного ферментированного соуса
Показатель Характеристика
Внешний вид Непрозрачная жидкость
Цвет Темно-коричневый
Вкус Приятный соленый с грибным оттенком
Массовая доля белка, % 1,5
Массовая доля аминного азота, мг% 110,0
ставляла собой сросшийся брикет бело-желтоватого цвета с массовой доли влаги в нем 55-60%.
Результаты исследования поверхностной культуры показали, что микромицет проявляет способность к высокому синтезу биомассы гриба, полисахаридов (ОРВ), белка, ферментов амилолитическо-го (АС), протеолитического (ПС) и р-глюканазного (р-ГкС) действия (табл. 1).
Установлено, что культивирование гриба способствовало увеличению уровня накопления белковых веществ на 39-68 % и снижению практически в 2 раза концентрации полисахаридов по сравнению с показателями исходного сырья. Анализ аминокислотного состава полученных образцов микробной биомассы показал повышение содержания незаменимых аминокислот, что подтверждает их высокую биологическую ценность. Культивирование микромицета на данных средах обеспечивало не только повышение уровня белковых веществ, но и содержания незаменимых аминокислот. Общее количество аминокислот в биомассе составило 350,6 мг /г, из них незаменимых 41,0%, в то время как в исходной среде эти показатели соответствовали 239,6 мг/г и 33,6% (табл. 2).
Выращенную культуру гриба подвергали ферментации, в процессе которой проходила конверсия белковых и углеводных полимеров под действием внутриклеточной ферментной системы микромицета. Ферментацию биомассы гриба на соевом сырье осуществляли в течение 48 ч при температуре 45...50 °С методом сухой ферментации. По истечении 48 ч культура гриба приобретала темно-коричневый цвет, что говорило об окончании процесса сухой ферментации.
В ферментолизатах отмечено высокое накопление аминного азота и редуцирующих углеводов. В результате экстракции получены экспериментальные данные ферментированного соуса, обладающего приятным грибным ароматом и вкусом, содержащего полный комплекс незаменимых аминокислот и легкоусвояемых
углеводов. По органолептическим и физико-химическим показателям грибной ферментированный соус имел следующие характеристики (табл. 3).
Полученные данные будут использованы для создания технологии получения пищевкусовых и функциональных добавок на основе ферментированного растительного сырья.
Алгоритм процесса получения ферментированного соевого соуса состоит из нескольких стадий, которые включают:
приготовление посевного материала в лаборатории;
получение маточной культуры гриба в колбах;
получение посевной культуры на кюветах;
производственное культивирование гриба и ферментация соевого сырья;
получение ферментированного соуса.
В качестве продуцента при приготовлении соевого соуса использовали селекционированный микромицет Aspergillus oryzae RCAM 01133. Штамм предназначен для ферментации сои с целью получения ферментированного соуса методом твердофазного культивирования.
Таким образом, проведенные исследования показали, что ферментированный соус является дополнительным источником аминокислот (в том числе незаменимых), пептидов разной молекулярной массы и углеводов в легкоусвояемой форме. Продукт имеет приятный грибной вкус, запах и длительный срок хранения. Соус рекомендуется добавлять как приправу к различным закускам и готовым блюдам, что значительно улучшает их вкус.
ЛИТЕРАТУРА
1. Иванова, Л. А. Пищевая биотехнология. Книга 2/Л. А. Иванова, Л. И. Войно, И. С. Иванова - М.: КолосС, 2008. - 472 с.
2. Хованова, И. В. Улучшение пищевых и биологических свойств молочных продуктов для геродиетического питания за счет использования в них биологически активного компонента/И. В. Хованова [и др.]// Пищевая промышленность. -2015. - № 3. - С. 17-19.
3. Хованова, И. В. Сравнительные характеристики аминокислотного состава сырных продуктов, обогащенных комплексной биодобавкой/И. В. Хованова [и др.] // Пищевая промышленность. -2016. - № 2. - С. 33-35.
4. Серба, Е. М. Биотехнологические методы получения пищевых добавок на основе биоконверсии микробной биомассы/Е. М. Серба [и др.]. - М.: Вопросы питания. - 2016. - Т. 85. - № 2. -С. 149-150.
5. Гадиев, Р. Р. Продукты микробиологического синтеза в птицевод-стве/Р. Р. Гадиев, Д. Д. Хазиев // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2004. -Т. 4. - № 4-1. - С. 110-112.
6. Римарева, Л. В. Ресурсосберегающие биотехнологии в перерабатывающих отраслях/Л. В. Римарева // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2011. - № 1. - С. 35-37.
7. Тимощенко, Л. В. Основы микробиологии и биотехнологии/Л. В. Тимощенко, М. В. Чубик. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. - 194 с.
8. Серба, Е. М. Научно-практические аспекты получения БАД на основе конверсии вторичных биоресурсов / Е. М. Серба [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2015. -№ 2. - С. 44-50.
9. Новиков, Д. А. Выделение и очистка продуктов биотехнологии. Методическое пособие/Д. А. Новиков. - Минск: БГУ, 2014. - 256 с.
10. Римарева, Л. В. Медико-биологические и биотехнологические аспекты создания продукции геро-диетического питания/ Л. В. Римарева [и др.] // Пищевая промышленность. -2009. - № 3. - С. 29-30.
11. Римарева, Л. В. Биотехнологические аспекты создания пищевых добавок биокоррегирующего действия на основе микробной биомассы/ Л. В. Римаре-ва [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2011. - № 2. -С. 45-47.
12. Римарева, Л. В. Использование биомассы гриба Aspergillus oryzae в качестве источника биологически активных веществ/Л. В. Римарева [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. -2012. - № 9. - С. 46-50.
13. Серба, Е. М. Получение фермен-толизатов мицелиальной биомассы для создания пищевых и кормовых до-бавок/Е. М. Серба [и др.] // Пищевая промышленность. - 2016. - № 6. - С. 20-23.
14. Серба, Е. М. Мицелиальные грибы -перспективный источник гидролаз и ценных биополимеров / Е. М. Серба [и др.] // Вестник Российской сельскохозяйственной науки. - 2016. - № 4. -С. 41-43.
REFERENCES
1. Ivanova L.A., Voino L.I., Ivanova I.S. Pishchevaya biotekhnologiya. Kniga 2 [Food biotechnology]. Book 2. Moscow, KolosS Publ., 2008. 472 p.
2. Khovanova I.V. et al. [Improvement of food and biological properties of dairy products for gerodietic nutrition by using a biologically active component in them]. Pishchevaya promyshlennost', 2015, no. 3, pp. 17-19. (In Russ.)
3. Khovanova I.V. et al. [Comparative characteristics of the amino acid composition of cheese products enriched with complex bioadditives]. Pishchevaya promyshlennost', 2016, no. 2, pp. 33-35. (In Russ.)
4. Serba E.M. et al. [Biotechnologi-cal methods of obtaining food additives based on bioconversion of microbial biomass]. Moscow, Voprosy pitaniya, 2016, vol. 85, no. 2, pp. 149-150. (In Russ.)
5. Gadiev R.R., Khaziev D.D. [Products of microbiological synthesis in poultry farm-
ing]. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstven-nogo agrarnogo universiteta, 2004, vol. 4, no. 4-1, pp. 110-112. (In Russ.)
6. Rimareva L.V. [Resource-saving biotechnologies in processing industries]. Vestnik Rossiiskoi akademii sel'skokhozyaistvennykh nauk, 2011, no. 1, pp. 35-37. (In Russ.)
7. Timoshchenko L.V., Chubik M.V. Osnovy mikrobiologii i biotekhnologii [Basics of Microbiology and Biotechnology]. Tomsk, TPU Publ., 2009. 194 p.
8. Serba E.M. et al. [Scientific and practical aspects of obtaining BAA based on the conversion of secondary bioresources]. Khranenie i pererabotka set'khozsyr'ya, 2015, no. 2, pp. 44-50. (In Russ.)
9. Novikov D.A. Vydelenie i ochistka produktov biotekhnologii. Metodicheskoe posobie [Isolation and purification of biotechnology products]. Minsk, BSU Publ., 2014. 256 p.
10. Rimareva L.V. et al. [Medico-bio-
logical and biotechnological aspects of creation of gerodetic nutrition products]. Pishchevaya promyshlennost', 2009, no. 3, pp. 29-30. (In Russ.)
11. Rimareva L.V. et al. [Biotechnological aspects of creation of food additives biocor-rective action on the basis of microbial biomass]. Khranenie ipererabotka sel'khozsyr'ya,
2011, no. 2, pp. 45-47. (In Russ.)
12. Rimareva L.V. et al. [The use of biomass fungus Aspergillus oryzae as a source of biologically active substances]. Khranenie i pererabotka sel'khozsyr'ya,
2012, no. 9, pp. 46-50. (In Russ.)
13. Serba E.M. et al. [Preparation of mi-cellial biomass fermentolysates for food and feed additives]. Pishchevaya promyshlennost', 2016, no. 6, pp. 20-23. (In Russ.)
14. Serba E.M. et al. [Mycelial fungi are a promising source of hydrolases and valuable biopolymers]. Vestnik Rossiiskoi sel'skokhozyaistvennoi nauki, 2016, no. 4, pp. 41-43. (In Russ.)
Ферментированный соус на основе микробной биомассы Ключевые слова
аминокислоты; биомасса; микромицет; протеин; соус; ферментация
Реферат
Современные методы конструирования биологически полноценных продуктов питания основаны на использовании функциональных ингредиентов, полученных на основе микробной биомассы. В настоящее время для этой цели используются микроскопические грибы, синтезирующие до 50% белка, ценные полисахариды, липиды, витамины. Исследован процесс направленного биосинтеза и катализа грибной биомассы Aspergillus oryzae для получения ферментированного соуса на основе соевого сырья. Работы проводили в ВНИИ пищевой биотехнологии, в качестве объекта исследования использовали селекционированный штамм гриба Aspergillus oryzae RCAM 01133. Культивирование осуществляли твердофазным способом на натуральных питательных средах, содержащих соевое сырье. Результаты исследования поверхностной культуры показали, что микромицет проявляет способность к высокому накоплению биомассы гриба, полисахаридов, белка, ферментов амилолитического, протеолитического и ß-глюканазного действия. В результате культивирования происходит увеличение уровня накопления белковых веществ на 39-68% и снижение практически в 2 раза концентрации полисахаридов по сравнению с показателями исходного сырья. Анализ аминокислотного состава полученных образцов микробной биомассы показал повышение содержания незаменимых аминокислот, что подтверждает их высокую биологическую ценность. Общее количество аминокислот в биомассе составило 350,6 мг/г, из них незаменимых - 41,0% от общего количества, в то время как в исходной среде эти показатели соответствовали 239,6 мг/г и 33,6%. Выросшую культуру гриба подвергали сухой ферментации в течение 48 ч при температуре 45...50 °С. В ферментолизатах отмечено высокое накопление аминного азота и редуцирующих углеводов. Предложен алгоритм процесса получения ферментированного соевого соуса. На основании результатов органолептических и физико-химических показателей рекомендовано использовать полученные данные для создания технологии функциональных продуктов.
Авторы
Серба Елена Михайловна, д-р биол. наук, профессор, Мочалина Полина Юрьевна,
Римарева Любовь Вячеславовна, д-р техн. наук, академик РАН,
Оверченко Марина Борисовна, канд. техн. наук,
Игнатова Надежда Иосифовна,
Борщева Юлия Александровна, канд. техн. наук,
Соколова Елена Николаевна, канд. биол. наук
ВНИИ пищевой биотехнологии - филиал ФИЦ питания,
биотехнологии и безопасности пищи, 111033, Москва,
ул. Самокатная, д. 4Б, [email protected]; [email protected].
Fermented Sauce based on Microbial Biomass Key words
amino acids; biomass; micromycete; protein; sauce; fermentation Abstracts
Modern methods of constructing biologically complete food based on the use of functional ingredients derived from microbial biomass. Currently, for this purpose, microscopic fungi are used. Thay synthesize up to 50% protein, valuable polysaccharides, lipids, vitamins. Objective: to investigate the process of directed biosynthesis and catalysis of fungal biomass of Aspergillus oryzae to obtain a fermented sauce based on soy raw materials. The work was carried out by research associate of the all-Russian research Institute of food biotechnology. The object of the study used a selected strain of the fungus Aspergillus oryzae RCAM 01133. The cultivation was carried out by solid state fermentation on a natural nutrient medium containing soy raw material. The results of the study superficial culture showed that the micromycete shows the ability to high accumulation of biomass of mushroom, polysaccharides, protein, enzymes amilolitic, proteolytic and p-glucanase action. It is shown that the result of the cultivation an increase of the level of accumulation of proteins on 39-68% and decreased almost 2 times the concentration of polysaccharides in comparison with indicators of the feedstock. Analysis of amino acid composition of the obtained samples of microbial biomass showed the higher content of essential amino acids, which confirms their high biological value. The total number of amino acids in the biomass was 350,6 mg/g, of which is indispensable was 41,0% of the total, while in the original environment, these indicators are consistent with 239,6 mg/g and 33,6%. The grown fungus culture was subjected to dry fermentation for 48 hours at a temperature of 45-50 °C. In fermentolysates observed high accumulation of amino nitrogen and reducing carbohydrates. Algorithm of the process of obtaining fermented soy sauce is proposed. Based on the results of organoleptic and physico-chemical parameters proposed to use the obtained data for creation technology of functional products.
Authors
Serba Elena Mikhailovna, Doctor of Biological Sciences, Professor, Mochalina Polina Yurievna,
Rimareva Lyubov Vyacheslavovna, Doctor of Technical Sciences, Academician of the Russian Academy of Sciences, Overchenko Marina Borisovna, Candidate of Technical Sciences, Ignatova Nadezhda losifovna,
Borshcheva Julia Alexandrovna, Candidate of Technical Sciences, Sokolova Elena Nikolaevna, Candidate of Biological Sciences Institute of Food Biotechnology - FIC branch of nutrition, biotechnology and food safety, 4B, Samokatnaya str., Moscow, 111033, [email protected]; [email protected].
