CC BY
146
С В & S и В химии и химической технологии. Том XXIII. 2009. №10(103)
УДК 579,64
О. II. Червякова, С. С. Караулова Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ КАРОТИНОГЕНЕЗА ДРОЖЖАМИ
RHODOTORULA RUBRA
Every year the requirement in carotenoids increases that demands expansion of potential sources of their reception. In present time carotcnoids it is possible to receive by chemical synthesis, microbiological way or allocation from vegetative raw materials. Because yeast is capable to synthesise a wide spectrum carotenoids, and also possesses ability in the course of a fermentation to accumulate biomass enough, this group eukaryotic microorganisms can take strong positions in modern biotechnology, including in the field of microbiological synthesis carotenoids. Therefore the purpose of the present work is research carotenoid biosynthesis by yeast Rhodotorula rubra.
С каждым годом потребность в каротиноидах возрастает, что требует расширения потенциальных источников их получения. В настоящее время каротиноиды можно получать путем химического синтеза, микробиологическим способом или выделением из растительного сырья. В связи с тем, что дрожжи способны синтезировать широкий спектр кароти-ноидов, а также обладают способностью в процессе ферментации накапливать достаточное количество биомассы, эта группа эукариотических микроорганизмов может занять прочные позиции в современной биотехнологии, в том числе и в области микробиологического синтеза каротиноидов. Поэтому целью настоящей работы является исследование каротиногене-за дрожжам и Rhodotorula rubra.
Современные способы подхода к получению продуктов длительного хранения, их глубокая переработка приводит к истощению содержания в них витаминов, провитаминов и. в частности, антиоксидантов. Это, вместе с воздействием неблагоприятных экологических факторов, вызывает их недостаток в организме и, как следствие, рост заболеваний. Учитывая значимую роль каротиноидов для протекания физиологических процессов, актуальной задачей современной биотехнологии является создание новых форм каротиноидных препаратов и их применение в качестве биологически активных добавок. Известно, что ряд микроорганизмов способен синтезировать спектр каротиноидных пигментов, обладающих высокой биологической активностью. В 70-х годах XX столетия были проведены многочисленные исследования по изучению биосинтеза каротиноидов красными дрожжами (Rhodotorula, Sporobolomyces, Phaffia, Rhodosporidium, Cryptococcus). Было установлено, что пигментные дрожжи, помимо биосинтетической активности, обладают способностью развиваться на различных источниках углерода, таких как парафины нефти, низкомолекулярные спирты, свекловичная меласса и пр. [1].
Из результатов последних исследований известно, что биосинтез каротиноидов в живой клетке регулируется рядом внешних и внутренних факторов, такими факторами могут быть освещение и перекись водорода [2]. В связи с чем, целью данной работы является изучение влияния света видимого спектра излучения и перекиси водорода на биосинтез каротиноидов
и
дрожжами Rhodotorula rubra.
Основным объектом исследования является штамм дрожжей Rhodotorula rubra из коллекции кафедры биотехнологии РХТУ имени Д.И. Менделеева. Дрожжи Rhodotorula rubra являются продуцентом таких каротиноидов, как фитоин, фитофлюин, нейроспорин, у-каротин, ß-каротин, то-рулин, торулародин. При этом преобладающим каротиноидом, синтезируемым дрожжами Rh. rubra, является торулародин. Данная дрожжевая культура способна накапливать каротиноидные пигменты в количестве 156,0-207,5 мгк/г АСБ [3].
В ходе исследований культивирование проводили периодическим способом в колбах Эрленмейера объемом 250 мл (объем среды 50 мл) при температуре 28-30 °С при постоянном встряхивании с интенсивностью 150 об/мин и непрерывном освещении. В качестве источника освещения были использованы светодиодные лампы производства Power Light System синего (470 нм), зеленого (525 нм), желтого (595 нм) и белого холодного цвета. Биомассу на содержание каротиноидов анализировали на вторые и четвертые сутки инкубирования по методу Вечера и Куликовой [4].
В результате проведенных исследований было установлено, что свет влияет как на количественный состав синтезируемых каротиноидов, так и на качественный. Причем это воздействие может как стимулировать, так и ин-гибировать синтез каротиноидных пигментов. Установлено, что:
- в условии отсутствия освещения общее содержание каротиноидов составило 6,0 мкг/г АСБ, как в двухсуточной, так и в четырех суточной культурах, из них ß-каротина 1,7 мкг/г АСБ, а торулародина 4,3 мкг/г АСБ;
- при освещении белым холодным светом общее содержание каротиноидов увеличилось и составило 8.2 мкг/г АСБ в двухсуточной культуре и 10,4 мкг/г АСБ в четырех суточной;
- при синем освещении (470 нм) двухсуточная культура дрожжей Rhodotorula rubra синтезировала 14,0 мкг/г АСБ каротиноидов, а четырехсу-точная - 27,6 мкг/г АСБ, причем основная доля пигмента приходится на торулародин - 11,0 и 19,1 мкг/г АСБ, соответственно;
- при зеленом освещении (525 им) уровень каротиноидов в четырех суточной культуре достиг 9,4 мкг/г АСБ, из них ß-каротина 2,0 мкг, а торулародина 7,4 мкг;
- при желтом освещении (595 нм) увеличения накопления каротиноидов не наблюдалось и их концентрация составила 5,8 мкг/г АСБ.
Результаты проведенных исследований показали, что наилучший эффект оказывает облучение синим светом, при этом достигается выход каротиноидов в количестве 397,4 мкг/л КЖ (27.6 мкг/г АСБ). а содержание ß-каротина и торулародина составляет 122,4 и 275,0 мкг/л КЖ, соответственно. А вот торулии в количестве 21,0 мкг/л КЖ удалось получить при освещении зеленым светом.
Из литературных данных известно, что эндогенные каротиноиды предохраняют клетку от окислительного повреждения активными формами
6 It # X 11 В химии и химической технологам. Том ХХШ. 20Q9. № 10 (103)
кислорода [5]. Поэтому следующим этапом наших исследований было изучение влияния перекиси водорода на каротиногенез дрожжами Rhodotorula rubra.
Перекись водорода относится к реактивным формам кислорода и при повышенной концентрации вызывает оксидативный стресс в клетке микроорганизма. При низких концентрациях перекись водорода, как стрессовый фактор, способна влиять на процессы биологической деструкции и трансформации различных соединений. При этом, такое воздействие может быть направлено как на субстрат, так и на сами клетки и их метаболиты. Поскольку перекись водорода является агрессивным агентом, повреждающим клеточные структуры, микробная клетка реализует собственные системы антиоксидантной защиты. Такой защитной системой может служить сверх синтез каротиноидных пигментов каротиногенными микроорганизмами.
Перекись водорода вносили в культуру дрожжей на 11-й час культивирования, что соответствовало ее экспоненциальному росту, при полном отсутствии освещения в концентрациях от 0,1 до 10 г/л. Выбор диапазона концентраций перекиси водорода обусловлен тем, что в указанном интервале гибель клеток не превышает 20 %. Анализ биомассы на каротиноиды проводили на вторые и четвертые сутки от начала инкубирования. В ходе эксперимента было установлено, что при концентрации перекиси водорода 4 г/л выход каротиноидов на вторые сутки инкубирования составил 8,9 мкг/г АСБ (137,8 мкг/л КЖ), что в 1,5 раза больше при культивировании без перекиси водорода.
В настоящий момент проводятся исследования по оптимизации минерального состава питательной среды, влиянию факторов роста на биосинтез каротиноидов дрожжами Rhodotorula rubra и разрабатываются основы выделения микробных каротиноидов. Таким образом, полученные результаты позволяют сделать вывод о возможности использования света различной длины волны и перекиси водорода с целью селективной стимуляции биосинтеза того или иного каротиноида, или с целью повышения выхода комплекса каротиноидов в целом. Это, в свою очередь, позволяет в значительной степени повысить ценность биомассы, как источника каротиноидов.
Библиографические ссылки
1. S, Römer, P.D. Fräser. Recent advances in carolenoid biosynthesis, regulation and manipulation. //Planta, 2005. 221. PP. 305 -308.
2. P. Bhosale. Environmental and cultural stimulants in the production of carote-noids from microorganisms. // Appl Microbiol Biotechnol. 2004. 63. PP. 351 -361.
3. Каротинсинтезирующие дрожжи /Е. И.Квасников [и др.];. Киев: Наукова думка, 1980. 171 с.
4. Вечер А., Куликова А.Н. Спектрофотометрическое определение содержания каротиноидов в биомассе микроорганизмов, ff Физиолого-биохимич.
4
0 It S $ И в химии и химической технологии. Том XXIII. 2009. №10(103)
иссл. раст.: Сб. науч. ст. Минск.1967. С. 44-54.
5. P. Davoli, V. Mierau, R.W.S. Weber. Carotenoids and Fatty Acids in Red Yeasts Sporobolomvces roseus and Rhodotorula glutinis. // Applied Biochemistry and Microbiology, 2004. V. 40. № 4. PP. 392.
УДК 547.97
И. К. Султанова, С. Н. Петрова, Н. В. Мальцева, С. Н. Захарова Ивановский государственный химико-технологический университет, Иваново, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИОКСИДАИТНЫХ СВОЙСТВ ЭКСТРАКТОВ ЛИСТЬЕВ КАЛИНЫ И ШИПОВНИКА
Contents of extracts of dogrose and guelder-rose May leafs are investigated by a spectro-photometric method. Antioxidant activity of extracts was studied by a method of the accelerated oxidation of sunflower oil. it is shown, the extracts of a dogrose and a guelder-rose leafs are inhibited the accumulation of hydroperoxides in oil. Antioxidant activity of dogrose in more that gueider-rose.
Исследованы составы экстрактов майских листьев шиповника и калины спектрофо-тометрическим методом. Изучена ан гиоксидаитная активность экстрактов методом ускоренного окисления подсолнечного масла. Показано, что экстракты листьев шиповника и калины ингибируют накопление гидропероксндов в масле. Антиоксидантиая активность шиповника выше, чем у калины.
Растительное сырье богато такими биологически активными веществами как биофлавоноиды, эфирные масла, дубильные вещества, аскорбиновая кислота, которые обладают антиоксидантными свойствами [1, 2]. Антиоксидантиая активность - это способность замедлять процессы радикального окисления органических и высокомолекулярных соединений, тем самым снижая выход продуктов этого окисления: гидроперекисей, перекисей, спиртов, альдегидов, кетонов и т.д. Накопление продуктов перекисного окисления в организме может способствовать возникновению большого круга заболеваний. Свободные радикалы являются причиной преждевременного старения организма. Использование в пищевом рационе продуктов с антиоксидантными свойствами способствует общему оздоровлению организма. С этой целью для производства пищевых продуктов перспективным является использование растительного сырья. Целью настоящей работы являлось изучение антиоксидантных свойств экстрактов листьев калины и шиповника.
В работе использовали листья, собранные в мае, поскольку из литературных данных [3J известно, что майские листья содержат максимальное
