CC BY
109
В.В. Тарнопольская, Е.В. Алаудинова и др. Химический состав глубинной культуры ксилотрофных базидиомицетов рода Рleurotus
УДК 561.284.579.61
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ГЛУБИННОЙ КУЛЬТУРЫ КСИЛОТРОФНЫХ БАЗИДИОМИЦЕТОВ РОДА PLEUROTUS
В.В. Тарнопольская, Е.В. Алаудинова, А.С. Саволайнен, С.И. Роптопуло
ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет» 660049 Красноярск, пр. Мира, 82; е-mail: veronichkat@mail.ru
В работе приведены данные по содержанию пяти групп биологически активных веществ - белков, углеводов, ли-пидов, витаминов и нуклеиновых кислот - в биомассе глубинного мицелия вешенки обыкновенной (Pleurotus ostreatus), вешенки розовой (Pleurotus djamor) и вешенки лимонной (Pleurotus citrinopeleatus). Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования мицелия базидиомицетов рода Pleurotus как источника белка, обогащенного биологически активными веществами.
Ключевые слова: вешенка обыкновенная (Pleurotus ostreatus), вешенка розовая (Pleurotus djamor), вешенка лимонная (Pleurotus citrinopeleatus), ксилотрофные базидиомицеты, мицелий, глубинная культура, белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты, витамины.
This paper presents experimental data regarding availability of the five groups of biologically active compounds, namely proteins, carbohydrates, lipids, vitamins and nucleic acids, in submerged mycelium biomass of Pleurotus ostreatus, Pleurotus djamor and Pleurotus citrinopeleatus. The data obtained shows evidence for Pleurotus mycelium being a prominent source of protein enriched with biologically active compounds.
Keywords: Pleurotus ostreatus, Pleurotus djamor, Pleurotus citrinopeleatus, xylotroph basidiomycetes, mycelium, submerged culture, proteins, carbohydrates, lipids, nucleic acids, vitamins.
ВВЕДЕНИЕ
Одной из актуальных задач современной науки является поиск экологически чистых, безопасных и возобновляемых источников физиологически активных веществ, в том числе белка, витаминов, ферментов. В связи с этим высшие базидиальные грибы привлекают к себе все возрастающее внимание исследователей в качестве продуцентов широкого спектра биологически активных компонентов. Они способны к биосинтезу белков, полисахаридов, ферментов, антибиотиков, витаминов и могут накапливать значительное количество биологически активных веществ (БАВ) липидной природы (Биологические особенности..., 2011; Гвоздкова, 2007; Papsyridi, 2012).
Весьма перспективно использование чистых культур базидиомицетов в технологии биоконверсии лиг-ноцеллюлозных субстратов. При культивировании мицелия на отходах лесной, деревообрабатывающей промышленности и сельского хозяйства возможно получение продуктов с высокой добавленной стоимостью - белково-углеводных добавок кормового и пищевого достоинства. Рядом исследователей отмечается существенное преимущество глубинного культивирования мицелия базидиальных грибов на жидких субстратах, получаемых из растительного сырья (Соломко, 1978). Подобная технология в несколько раз ускоряет процесс получения конечного продукта, позволяет оптимизировать условия культивирования для получения целевого продукта с заданными свойствами, является менее энерго- и трудоемкой по сравнению с организацией традиционных грибовод-ческих производств.
Настоящая работа является продолжением комплексного исследования по разработке технологии глубинного культивирования высших базидиомицетов, в частности представителей рода Pleurotus, на жидких субстратах растительного происхождения и посвящена изучению содержания основных групп биологически активных веществ в биомассе глубинного мицелия ве-шенки обыкновенной (Р. ostreatus), вешенки розовой (Р djamor) и вешенки лимонной (Р citrinopeleatus).
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Объектом исследования являлись штаммы ба-зидиальных грибов: РО-4.1 Pleurotus ostreatus (Р. ostreatus) - вешенка обыкновенная, PD-3.2 Pleurotus djamor (Р. й]атог) - вешенка розовая, РС-1.2 Р1етоШ citrinopeleatus (Р. citrinopeleatus) - вешенка лимонная, чистые культуры которых были выделены из коммерческих плодовых тел.
Культивирование штаммов проводили в поверхностных и глубинных условиях. Поверхностное культивирование осуществляли на агаризованном овсяном отваре при температуре 26±1 оС в течение 7 суток; полученные поверхностные культуры использовали для выращивания инокулята для глубинного культивирования.
Глубинное культивирование для наращивания биомассы мицелия осуществляли в стационарном лабораторном биореакторе «СеСа-Сх650», Великобритания в течение 96 часов при температуре 26±1 оС, рН 5,0 и непрерывном барботировании стерильным воздухом (расход воздуха 100 л/ч на 1 л среды). В качестве питательной среды использовали гидролизаты растительного сырья с содержанием редуцирующих веществ 3 %.
Хвойные бореальной зоны, XXXII, № 1 - 2, 2014
Содержание белка в биомассе грибов определяли с помощью красителя амидо-черного 10 В по методу, описанному Г А. Бузуном и др. в работе (Бузун, 1982). Определение содержания углеводов в биомассе проводили по методу Бертрана (Вознесенский, 1962). Ли-пиды выделяли по методу Блайя и Дайера, разделение суммарных липидов проводили методом адсорбционной колоночной хроматографии (Кейтс, 1975). Содержание нуклеиновых кислот устанавливали по методу А.С. Спирина (Спирин, 1958), содержание витаминов В1 и Р определяли по методике (Девяткина, 1954) , витамина В2 - по методике (Физиологические и биохимические методы..., 2000). Перевариваемость мицелиальной биомассы определяли по методике, предложенной А.Р. Жуковым (Жуков, 1961).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
При проведении исследования первым этапом являлось получение биомассы грибного мицелия в биореакторе. Мицелиальная биомасса вешенок предста-вялет собой скопление округлых агломератов белого (Р. ostreatus и Р аМпореЫаЫЗ) или розоватого цвета (Р djamor) с характерным грибным запахом. Влажность исходной биомассы составляла не менее 90 %.
К основным группам биологически активных веществ, характеризующих грибную биомассу как целевой продукт глубинного культивирования мицелия Р1еию^, необходимо отнести углеводы, белки, вещества липидной природы и витамины. Не менее важно было установить содержание нуклеиновых кислот в полученном глубинном мицелии, так как этот показатель весьма важен для оценки возможности использования мицелиальной биомассы в качестве кормовых и пищевых добавок, поскольку рекомендуемый безвредный уровень потребления нуклеиновых кислот с пищей не должен превышать 2 г в сутки.
Результаты определения содержания этих групп БАВ представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Содержание основных групп БАВ в биомассе глубинного мицелия базидиомицетов рода РкигоШь, в процентах от абсолютно сухой массы (а.с.м.) ткани
тт Глубинный Глубинный Глубинный
Наименование „ J
Бав мицелии мицелии мицелии
Р. оъГаШ Р. djamor Р. аМпоре1еаШ
1 Углеводный комплекс: 35,66±1,75 36,12±1,80 34,80±1,70
в т.ч. моноса-
хариды 4,15±0,21 4,12±0,20 3,60±0,18
олигосахариды 27,80±1,39 28,10±1,41 27,00±1,35
полисахариды 3,71±0,19 3,90±0,19 4,20±0,21
2 Белки: 27,98±1,32 30,20±1,63 36,20±1,20
в т.ч. водо-
растворимый белок 4,03±0,20 4,10±0,20 4,02±0,20
3 Липиды: 2,78±0,13 8,07±0,38 12,34±0,14
в т.ч. нейтраль-
ные липиды 0,49±0,02 1,24±0,06 3,37±0,16
полярные липиды 2,29±0,11 6,83±0,34 8,97±0,44
4 Нуклеиновые кислоты 0,75±0,03 0,53±0,02 0,63±0,03
Рассматривая содержание углеводов в глубинной биомассе, стоит отметить практически одинаковое суммарное содержание этого класса веществ в мицелии всех трех исследованных штаммов. Содержание водорастворимых моносахаридов варьирует от 3,60 % у Р. сЫппорогкаШ до 4,15 % у Р. оъ^ваШь. Содержание труднорастворимых полисахардов в биомассе близко к уровню моносахаридов и составляет примерно 4 %. Во всех образцах в составе углеводного комплекса наибольший удельный вес имеют олигосахариды (27-28 %).
Преобладание в сухой биомассе мицелия всех трех штаммов легкогидролизуемых полисахаридов (87-90 % от суммы всех углеводов позволяет предполагать относительно высокую степень биодоступности углеводов мицелия.
Биомасса всех штаммов вешенок содержит значительное количество белка. Наиболее богат белком мицелий Р. аМпорв1ваШ - около 36 %, в мицелии Р. ^атог белка меньше на 6 %, а в мицелии Р. оъ^ваШь -на 8 %. Также стоит отметить, что содержание водорастворимых белков во всех образцах близко и находится на уровне 4 % от абсолютно сухой биомассы.
Наиболее богат веществами липидной природы глубинный мицелий Р. аМпорв1ваШ - 12,34 % от абсолютно сухой биомассы. В мицелии Р. ^атог липи-дов содержится меньше на одну треть, при этом наименьшее содержание веществ этого класса отмечено у Р. оъ^ваШь и составляет 2,78 % от абсолютно сухой биомассы. По фракционному составу липидов во всех штаммах суммарно преобладают полярные фракции (фосфо- и гликолипиды), их содержание варьирует от 72 % от суммы всех липидов у Р. аМпорв1ваШ до 84 % у Р. ^атог.
Глубинный мицелий всех культивируемых штаммов характеризуется низким содержанием нуклеиновых кислот - от 0,53 % у Р. ^атог до 0,75 % у Р. оъ^ваШь. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о низком содержании нуклеиновых кислот в биомассе глубинного мицелия все трех культивируемых видов, что, позволяет использовать эти глубинные культуры в качестве комплексных кормовых добавок. Таким образом выращиваемая в условиях глубинного культивирования биомасса мицелия Р1еиго(т по этому параметру имеет весомое преимущество перед известными технологиями производства кормовых дрожжей, богатых белком и витаминами, широкое использование биомассы которых ограничивается высоким содержанием нуклеиновых кислот (до 12 % в составе дрожжевой суспензии).
Полученные экспериментальные данные характеризуют биомассу глубинно выращенного мицелия представителей рода Р1еигоШ как полноценный бел-ково-углеводный продукт, обогащенный полярными липидами (фосфо- и гликолипидами) с низким уровнем нуклеиновых кислот.
Для оценки возможности использования глубинной биомассы в качестве кормового и пищевого продукта также было определено содержание в ней некоторых витаминов, имеющих высокую физиологическую активность и не синтезируемых в достаточ-
В.В. Тарнопольская, Е.В. Алаудинова и др. Химический состав глубинной культуры ксилотрофных базидиомицетов рода Pleurotus
ном количестве в организме животных и человека. Данные по содержанию витаминов в глубинном мицелии Pleurotus представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Содержание витаминов в биомассе глубинного мицелия базидиомицетов рода Pleurotus
Содержание, мкг/г а.с.м. Глубинный мицелий P. ostreatus Глубинный мицелий P. djamor Глубинный мицелий P. citrinopeleatus
1 Витамин В1 3,75±0,12 2,90±0,14 1,35±0,04
2 Витамин В2 12,44±0,62 12,62±0,63 10,14±0,50
3 Витамин Р 17,80±0,89 18,00±0,90 19,60±0,98
Среди исследователей нет единого мнения относительно присутствия витамина С в грибном сырье. По результатам проведенного нами определения, витамин С в глубинно выращенном мицелии всех трех штаммов Pleurotus не обнаружен.
Витамины группы В тиамин (В^ и рибофлавин (В2) присутствуют в биомассе грибного мицелия в существенном количестве. Наибольшее суммарное содержание тиамина и рибофлавина отмечено в мицелии P. ostreatus - 16,19 мкг/г, а наименьшее в мицелии P. citrinopeleatus - 11,49 мкг/г. Такой уровень витаминов группы В позволяет использовать биомассу мицелия в качестве дополнительного источника тиамина и рибофлавина при суточной потребности взрослого организма в этих витаминах на уровне 1,0-1,5 мг.
В мицелии всех трех штаммов обнаружен витамин Р, представляющий собой комплекс биофлаво-ноидов, обладающих высокой антиоксидантной активностью. Наиболее богат этим витамином мицелий P citrinopeleatus - 19,60 мкг/г абсолютно сухой биомассы, в мицелии двух других видов Pleurotus его содержание ниже на 9-10 %. Суточная потребность организма человека в биофлавоноидах варьирует от 50 до 150 мг и может частично покрываться за счет введения в рацион биофлавоноидов грибного происхождения.
Для дополнительной оценки возможности использования глубинного мицелия вешенок в качестве кормовой добавки была использованиа методика определения перервариваемости кормов in vitro, основанная на способности хлорфенольной смеси растворять органические вещества корма в той же степени, как и в желудке животного.
Полученные результаты свидетельствуют о весьма высокой перевариваемости биомассы глубинного мицелия: для всех исследованных штаммов этот показатель варьирует в пределах 72-76 %. Кроме того, по результатам экспертизы, проведенной КГКУ «Красноярская краевая ветеринарная лаборатория», мицелий P ostreatus, P. djamor и P citrinopeleatus нетоксичен и непатогенен для теплокровных организмов.
ВЫВОДЫ
Из приведенных данных следует, что благодаря довольно высокому содержанию белка (до 36 %), углеводов (до 35%), липидов (до 12 %) с преобладанием полярных фракций (до 9 %), присутствию значительного количества тиамина, рибофлавина и биофлаво-ноидов, биомасса глубинного мицелия P. ostreatus, P. djamor и P. citrinopeleatus может являться перспективным источником биологически активных веществ.
Принимая во внимание низкий уровень содержания в мицелиальной биомассе рода Pleurotus нуклеиновых кислот, высокую степень перевариваемости и нетоксичность для теплокровных организмов, она может быть рекомендована к использованию в качестве белково-углеводной кормовой добавки, обогащенной витаминами и биофлавоноидами.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Биологические особенности лекарственных макромицетов в культуре: Сборник научных трудов в двух томах. Т.1/ Под ред. С. П. Вассера. - Киев: Альтерпрес, 2011. - 212 с. Гвоздкова, Т. С. Оценка возможности использования бази-диальных грибов в качестве источников биоактивных липидных компонентов / Т. С. Гвоздкова, Т. В. Черноок, Т. В. Филимонова и др. // Успехи медицинской микологии. - 2007. - Т. IX. - С.151-154. Papsyridi, L. M. Submerged fermentation of the edible mushroom Pleurotus ostreatus in a batch stirred tank bioreactor as a promising alternative for effective production of bioactive metabolites / L. M. Papspyridi, N. Aligiannis, E. Topakas et al. // Molecules. - 2012. - Vol. 17. - P. 2714-2724. Соломко, Э. Ф. Сравнительный химический состав и питательная ценность мицелия съедобных грибов, выращенных глубинным методом / Э. Ф. Соломко // Производство высших съедобных грибов в СССР. - Киев: Наук. думка, 1978. - С. 98-104. Бузун, Г. А. Определение белка в растениях с помощью ами-до-черного // Г. А. Бузун, К.М; Джемухадзе, Л.Ф. Милеш-ко// Физиология растений. - 1982. - Вып. 1. - С. 198-204. Вознесенский В. Л. Определение сахаров по обесцвечиванию жидкости Фелинга /В. Л. Вознесенский [и др.] // Физиология растений. - 1962. - Т. 9. - С. 255-256. Кейтс, М. Техника липидологии / М. Кейтс. - М. : Мир,
1975. - С. 156-157. Спирин, А. С. Спектрофотометрическое определение суммарного количества нуклеиновых кислот / А. С. Спирин // Биохимия. - 1958. - Т. 23. - № 4. - С. 656. Девяткина, В. А. Методы определения витаминов / В.А. Девяткина. - М.: Пищепромиздат, 1954. - 135 с. Физиологические и биохимические методы анализа растений: Практикум / Калинингр. ун-т; Авт.-сост. Г.Н. Чупа-хина. - Калининград, 2000. - 59 с. Жуков, А.П. Метод определения перевариваемости кормов in vitro / А.П. Жуков [и др.] // Труды Саратовского зоо-ветинститута. - 1961. - Т. 10. - С. 109 - 124.
Поступила в редакцию 22.01.14 Принята к печати 26.05.14
