CC BY
45
УДК 602.3:579.8
Епишкина Ю.М., Баурина А.В., Баурин Д.В., Шакир И.В., Панфилов В.И.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОЛИЗАТОВ БЕЛКА ПОДСОЛНЕЧНИКА В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКА ОРГАНИЧЕСКОГО АЗОТА В ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕДАХ
Епишкина Юлия Михайловна, студентка 3 курса факультета биотехнологии и промышленной экологии, e-mail: [email protected]
Баурина Александра Владимировна, студентка 1 курса магистратуры факультета биотехнологии и промышленной экологии;
Баурин Дмитрий Витальевич к.т.н., доцент кафедры биотехнологии;
Шакир Ирина Васильевна, к.т.н., доцент кафедры биотехнологии;
Панфилов Виктор Иванович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой биотехнологии,
Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева,
125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
В данной работе представлены результаты исследования возможности использования гидролизата белка подсолнечника в качестве источника органического азота в питательных средах как альтернатива использованию коммерческого пептона. Гидролиз концентрата проводили коммерческими ферментными препаратами протеолитического действия, такими как Proteinase T, Protex 7L, Protex 40E (Danisco Genecor, Дания) и панкреатин (Биосинтез, Российская Федерация). В результате гидролиза содержание аминного азота увеличилось и достигло 2,8 мг/мл. Аминный азот определяли методом Серенсена (метод формольного титрования). В качестве тестируемого объекта был выбран штамм Bacillus cereus ВП- 46.
Ключевые слова: изолят белка, белок подсолнечника, растительный пептон, ферментативный гидролиз, источник азота
SUNFLOWER PROTEIN HYDROLYSATES AS A SOURCE OF ORGANIC NITROGEN FOR NUTRIENT MEDIUM.
Epishkina J.M., Baurina A.V., Baurin D.V., Shakir I.V., Panfilov V.I. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
This paper presents the results of research the possibility of using sunflower protein hydrolysates as a source of organic nitrogen for nutrient media as an alternative to using commercial peptone. Concentrate hydrolysis was carried out using commercial enzyme proteolytic preparations, such as Proteinase T, Protex 7L, Protex 40E (Danisco Genecor, Denmark) and Pancreatin (Biosynthesis, the Russian Federation). As a result of hydrolysis, the content of amine nitrogen increased and reached 2.8 mg / ml. Amine nitrogen was measured by Sorensen method (formaline titration method). The strain Bacillus cereus BP - 46 was chosen as test objects and they proved to accumulate a significant amount of biomass with high cell count per ml.
Keywords: protein isolate, sunflower protein, plant peptone, enzymatic hydrolysis, nitrogen source
Мировое производство семян подсолнечника составило около 33 миллионов тонн, что составляет около 8,5% от общего производства масличных культур в мире. Ведущими производителями являются ЕС, Россия, Украина, Аргентина, США, Китай, Индия и Турция [1]. Жмых или шрот являются побочным продуктом экстракции масла из семян и в основном состоят из белков, клетчатки и минералов. В 2011 году производство подсолнечного шрота оценивалось в 14,9 млн тонн. Учитывая высокую ценность вторичного сырья и его многотоннажное производство. В последнее время возрос интерес к его переработке и выгодному использованию. Шрот подсолнечника часто использовался в качестве корма для животных [2]. Недавно появились новые альтернативы традиционным применениям, позволяющие
получать продукты с высокой добавленной стоимостью и представляющие промышленный интерес [3]. Во многих коммерческих питательных средах пептон используется в качестве источника азота. Сырьём для получения пептона может быть соевый шрот [4], рапсовый шрот, рыбный шрот [5] и шрот подсолнечника. Пептон может быть получен с помощью кислотного гидролиза, либо путем ферментативного расщепления белков. Кислотный гидролиз дает высокий выход, но разрушает некоторые аминокислоты в отличие от ферментативной обработки. Ферментативный гидролиз может быть проведен в мягких условиях, при которых не происходит распада аминокислот и сохраняется пищевая ценность.
Пептон используют при приготовлении питательных сред в качестве источника
органического азота и получают путем гидролиза различных источников белковых соединений. В этой статье было предложено использовать концентрат белка подсолнечника в качестве субстрата для гидролиза. Концентрат белка подсолнечника был получен на кафедре биотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева в предыдущих исследованиях [6]. Гидролиз концентрата проводили различными коммерческими ферментными препаратами протеолитического действия в течение 24 часов в оптимальных условиях для каждого ферментного препарата. Гидролиз проводили в соотношении 1: 9, концентрат белка подсолнечника : H2O соответственно, с концентрацией фермента 1% от массы субстрата. После гидролиза образцы подвергали центрифугированию при 8000 об/мин в течение 10 минут при температуре 4°С «Centrifuge5810» (Eppendorf, Германия). Затем супернатант отделяли декантированием. Для стерилизации полученного супернатанта
использовали стерилизующую систему фильтрации с размером пор 0,22 мкм. Гидролиз этого концентрата коммерческими протеазами, такими как Proteinase Т, Protex 7L, Protex 40E (Danisco Genecor, Дания) и панкреатин (Биосинтез, Российская Федерация), приводит к получению гидролизата белка с более высоким содержанием аминного азота. В качестве контрольного использовали образец не содержащий фермент в своем составе и также подвергали его гидролизу. По окончании гидролиза для определения содержания аминного азота использовали метод формольного титрования (метод Серенса). Результаты представлены на рисунке 1. Анализ полученных данных показал, что максимальное содержание азота, определенное в образце, гидролизованном препаратом Protex 40E, составило 2,8 мг/мл. Protex 40 E представляет собой щелочную протеазу, полученную культивированием Bacillus subtilis. Фермент работает в широком диапазоне значений рН с оптимумом 8,5 - 8,6 при температуре 60 ° С.
После выбора ферментного препарата определяли оптимальное время гидролиза. Отбор проб проводили каждый час и анализировали изменение содержания аминного азота. Оптимальное время гидролиза составило 12 часов (рис. 2). Далее изменение содержания аминного азота было незначительным.
Рисунок 2. Зависимость содержания аминного азота в образцах от времени гидролиза
В результате гидролиза значение pH изменилось незначительно 8,63 до 8,44. Перед проведением процесса культивирования доводили pH до 6,3. Отдельно был приготовлен раствор в соответствии с составом среды L - бульон без добавления пептона. Параллельно проводили эксперимент с использованием на стандартной среде L - бульон, имеющей следующий состав: NaCl - 2 г/л, глюкоза -20 г/л, пептон- 10 г/л; дрожжевой экстракт - 5 г/л. Культивирование проводили в колбах Эрленмейера объёмом 250 мл с рабочим объёмом 100 мл при постоянном перемешивании (180 об./мин.) при температуре 37°С
В обеих средах наблюдался значительный рост культуры Bacillus cereus ВП - 46 (рисунок 3). Рост культуры на L-бульоне достиг своего максимального значения на 15-й час ферментации и составил 5Д-108 КОЕ/мл. В питательной среде, содержащей пептон подсолнечника в качестве источника азота, максимальное значение составило 5,2-108 КОЕ/мл и было достигнуто на 18 - й час культивирования.
Рисунок 1. Содержание аминного азота в образцах после проведения гидролиза.
7,00Е+08 6,00Е+08 5.00Е+08 4,00Е+08
| 3.00Е+08
И
g 2,00Е+08 1,00Е+08 О.ООЕ+ОО
Рисунок 3. Кривая роста Bacillus cereus ВП - 46: А) На стандартной среде L - бульон; Б) На среде, содержащей пептон
подсолнечника в качестве источника азота
Оценку роста культуры проводили при помощи микрометода, отбор проб производили каждые 2 часа. Анализ содержания аминного азота в конце ферментации составил 1,1 мг/мл в стандартной среде и 1,25 мг/мл в среде, содержащей пептон подсолнечника. Можно предположить, что более медленный рост обусловлен наличием в среде фенольных соединений, которые ингибируют рост микроорганизмов. Дальнейшему росту культуры могли препятствовать низкое содержание источника углерода или накопление метаболитов в результате роста культуры. Состав, высокая растворимость гидролизатов подсолнечника в широком диапазоне значений рН и значительное накопление биомассы с высоким количеством клеток в 1 мл доказали, что продукт обладает потенциалом для производства пептона подсолнечника и его использования в качестве источника азота для питательных сред.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ (№ 18-38-00б28\18).
Список литературы
l.Perea-Moreno M.-A., Manzano-Agugliaro F., Perea-Moreno A.-J. Sustainable energy based on sunflower seed husk boiler for residential buildings // Sustainability. Multidisciplinary Digital Publishing
Institute, 2018. Т. 10, № 10. С. 3407.
2.Ditta Y.A., King A.J. Recent advances in sunflower seed meal as an alternate source of protein in broilers // Worlds. Poult. Sci. J. Cambridge University Press on behalf of World's Poultry Science Association, 2017. Т. 73, № 3. С. 527-542.
3.Yang J. и др. A value-added approach to improve the nutritional quality of soybean meal byproduct: Enhancing its antioxidant activity through fermentation by Bacillus amyloliquefaciens SWJS22 // Food Chem. Elsevier, 2019. Т. 272. С. 396-403.
4.Xu Y. и др. Potential yeast growth and fermentation promoting activity of wheat gluten hydrolysates and soy protein hydrolysates during high-gravity fermentation // Ind. Crops Prod. Elsevier, 2019. Т. 127. С. 179-184.
5.Kosasih W. и др. Scaling up process for fish peptone production // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. IOP Publishing, 2018. Т. 160, № 1. С. 12007.
6.Баурин Д.В. Комплексная технология переработки шрота подсолнечника с получением изолята белка и углеводно-белкового корма. Диссертация.-М.: РХТУ им. ДИ Менделеева, 2014.-160 с, 2014.
