CC BY
24
ОПРЕДЕЛЕНИЕ БИОХИМИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ КУЛЬТУР, ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ КОНСОРЦИУМА 8СОБУ
М.В. Самойленко1, студент, мл. науч. сотр.
М.В. Бабакина1, мл. науч. сотр.
М.Л. Золотавина2, канд. биол. наук, доцент
^«Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» - филиал ФГБНУ "Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия" 2Кубанский государственный университет (Россия, г. Краснодар)
DOL10.244W2500-Ж0-2021-П-3-П-14
Аннотация. В данной статье приведен анализ результатов исследования подбора микробиологических культур для консорциума на основе их биохимических признаков. В ходе исследования было отмечено, что дрожжи Zygosaccharomyces kombuchaensis проявляют фруктофильное поведение, потребляя фруктозу быстрее, чем глюкозу, когда в среде присутствуют оба источника углерода. А Gluconacetobacter хуНпт № 3 в свою очередь активно производят целлюлозную массу и уксусную кислоту, при этом показывают рост в присутствии 0,35 % уксусной кислоты и не образуют в процессе жизнедеятельности коричневый пигмент на среде глюкоза/дрожжевой экстракт.
Ключевые слова: микробиологические культуры, функциональные продукты, биохимических состав, SCOBY.
В настоящее время растет интерес к ферментированным функциональным продуктам. Преимуществом процессов ферментации является то, что при их проведении повышается ценность неиспользуемых растительных отходов, безопасность, поскольку процессы являются естественным и не предусматривают применение биологически опасных загрязнителей и экономичность процессов.
Известны исследования по технологии ферментации сахарозы, чайных листьев, а также другого сырья (злаки или листья растений, фруктовые выжимки, соки, кокосовая вода) или продуктов животного происхождения (молоко, сыворотка) [ 1 ].
Эта ферментация осуществляется характерным консорциумом дрожжей и бактерий под названием SCOBY (симбиоти-ческая культура бактерий и дрожжей) [2, 3]. В то время как дрожжи сбраживают сахара и выделяют этанол, бактерии окисляют спирт и производят кислоты.
В данном консорциуме уксусные бактерии удерживаются на поверхности, используя продукты жизнедеятельности дрожжей Saccharomyces, расположенных в
нижней части пленки и осуществляющих анаэробное брожение.
Микробиологический состав консорциума может варьироваться в зависимости от таких факторов, как климат, географическое положение и среда, используемая для процесса ферментации [3, 4].
Среди уксусных бактерий, входящих в состав консорциума, следует выделить Acetobacter xylinum, поскольку целлюлоза, из которой состоит SCOBY, синтезируется им [5].
Действие A. xylinum начинается с окисления глюкозы до глюконовой кислоты. Другой специфический метаболизм приводит к микробному синтезу целлюлозы, образуя биопленку, которая остается на поверхности жидкости.
Процесс включает синтез уридин-дифосфат-глюкозы (UDPGlc), который является предшественником целлюлозы, так что каждая клетка Acetobacter может по-лимеризовать до 200000 остатков глюкозы в секунду в цепях Р-1,4-глюкана. Преимущество этой формы производства целлюлозы заключается в том, что бактерии размножаются в контролируемых условиях и
могут производить целлюлозу из различных источников углерода, включая глюкозу, этанол, сахарозу и глицерин [2].
Бактерии, которые преобладают в консорциуме SCOBY, являются продуцентами уксусной и глюконовой кислот, принадлежащих к роду Acetobacter и Gluconobacter. Acetobacter xylinum реклассифицированая как Gluconacetobacter xylinus, помимо продуцирования уксусной и глюконовой кислоты также производит целлюлозу, важный компонент для целлюлозной пленки [2].
Gluconacetobacter sp. A4 также примечателен производством D-сахариновой-1,4-лактоновой кислоты (DSL), компонента, полученного из D-глюкаровой кислоты, ответственного за предотвращение образования токсичных соединений в печени [5].
Из консорциума SCOBY выделены дрожжи родов Koleckera, Mycotorula, Mycoderma, Saccharomyces,
Schizosaccharomyces и Zygosaccharomyces [2-4].
Watawana и соавторы выделили Zygosaccharomyces как преобладающие дрожжи с относительной численностью 84,1% у видов SCOBY, и Dekkera и Pichia с 6 % и 5 % соответственно [6].
Органические остатки, используемые в процессе ферментации, вызывают снижение pH субстрата, что приводит к нехватке кислорода из-за повышения кислотности. Таким образом подавляется возможный рост патогенных бактерий, что гарантирует безопасность продукта [6].
Объекты и методы исследований. Так как микробиологический состав консорциума бактерий и дрожжей может варьироваться в зависимости от таких факторов, как климат, географическое положение и среда, используемая для процесса ферментации, для лабораторных исследований были отобраны 4 консорциума SCOBY, распространенные в Краснодарском крае.
Объектами являлись чистые культуры дрожжей Zygosaccharomyces
kombuchaensis и бактерий
Gluconacetobacter xylinus, составляющие симбиотическую культуру под названием SCOBY (symbiotic culture of bacreties and yeasts), адаптированные и культивируемые в Краснодарском крае.
Были проведены исследования с дрожжевыми клетками, на выяснение устойчивости к кислотам, высокой устойчивости на повышенное осмотическое давление, вызванное высокими концентрациями сахара или соли, а также способность активно сбраживать сахара, особенно фруктозы. Была выявлена важная характеристика для дрожжевых клеток, входящих в консорциум SCOBY - высокая толерантность к этанолу.
Обсуждение результатов. Дрожжевые штаммы относятся к биологическому виду Zygosaccharomyces kombuchaensis, если они обладают следующими признаками:
1. Сбраживают сахарозу, глюкозу, фруктозу.
2. Ассимилируют этанол.
3. Растут при +35 °С.
4. Не растут на среде с 0,1 % содержанием антибиотика.
Бактериальные штаммы относятся к виду Gluconacetobacter xylinus, если они обладают следующими признаками:
1. Образуют целлюлозную массу.
2. Не образуют коричневый пигмент на среде глюкоза/дрожжевой экстракт.
3. Производят уксусную кислоту.
4. Растут в присутствии 0,35 % уксусной кислоты.
Для дальнейших исследований представляло интерес определить наилучшие виды микроорганизмов, обладающие всеми признаками.
Для этого из четырех культур SCOBY были дифференцированы составляющие их бактерии и дрожжи. Каждая культура была пронумерована исходя из того, из какого консорциума была выделена.
Результаты по дифференциации исследуемых микроорганизмов представлены в таблице 1.
Таблица 1. Идентификация изучаемых штаммов по основным физиологическим при-
знакам
№ п/п Культура Изучаемые признаки
Сбраживают сахарозу Сбраживают глюкозу Сбраживают фруктозу Ассимилируют этанол Рост при +35 °С Рост на среде с антибиотиком Образуют целлюлозную масс Образование коричневого пигмента Производят уксусную кислот Рост в присутствии 0,35 % у сусной кислоты
1 Zygosaccharomyces kombuchaensis + + + + + - -
2 Zygosaccharomyces kombuchaensis ± ± ± ± ± -
3 Zygosaccharomyces kombuchaensis ± - ± ± с -
4 Zygosaccharomyces kombuchaensis ± - ± ± с с
1 Gluconacetobacter xylinus ± - + ±
2 Gluconacetobacter xylinus ± ± ± -
3 Gluconacetobacter xylinus + - + +
4 Gluconacetobacter xylinus ± - ± с
Примечание: «+» — активный рост; «±» — менее активный рост; «с» — рост только на 5-6 сутки; «-» — рост полностью отсут-
ствует
Как видно из таблицы 1, наилучшими характеристиками из дрожжей обладает Zygosaccharomyces komЪuchaensis № 1, так как остальные культуры недостаточно быстро сбраживают сахара, № 2 и № 3 не сбраживают глюкозу, № 3 и № 4 показали замедленный рост при температуре + 35° С, № 4 показал наличие роста на среде с антибиотиком, что является недопустимым.
Zygosaccharomyces komЪuchaensis № 1 активно сбраживают сахарозу, глюкозу и фруктозу, при этом ассимилируют этанол, растут при +35° С и не растут на среде с 0,1 % антибиотиком.
Наилучшими характеристиками из бактерий обладает GluconacetoЪacter ху1тж № 3, так как остальные культуры бактерий недостаточно активно производят целлюлозную массу, № 2 показал образование коричневого пигмента и отсутствие роста на среде в присутствии 0,35 % уксусной кислоты, № 1 и № 4 показали недостаточно быстрый и слабый рост на среде в присутствии 0,35 % уксусной кислоты. Это
свидетельствует о том, что во время процесса брожения дрожжей, данные культуры не смогут перерабатывать этанол в уксусную кислоту в эквивалентном количестве, что является недопустимым.
GluconacetoЪacter хуНпж № 3 в свою очередь активно производят целлюлозную массу и уксусную кислоту, при этом показывают рост в присутствии 0,35 % уксусной кислоты и не образуют в процессе жизнедеятельности коричневый пигмент на среде глюкоза/дрожжевой экстракт.
Учет результатов проводился через 3-е суток, а затем еще через неделю. Иногда дрожжи медленно адаптируются к некоторым источникам углерода и, поэтому, окончательный просмотр чашек проводился еще через 3 недели.
Выводы. Таким образом, по результатам тестов можно сделать вывод: Zygosaccharomyces komЪuchaensis № 1 и GluconacetoЪacter ху1тж № 3 являются наилучшими культурами для дальнейшего исследования и получения консорциума. Так же в ходе проведения исследований
нами было замечено, что дрожжи тельно ускоряется в пищевых продуктах, Zygosaccharomyces проявляют фрукто- содержащих более 1 % фруктозы, и произ-фильное поведение, потребляя фруктозу водство этанола происходит с большей быстрее, чем глюкозу, когда в среде при- скоростью и с более высоким выходом в сутствуют оба источника углерода. Следо- присутствии фруктозы. вательно, скорость роста дрожжей значи-
Библиографический список
1. Kapp J.M., Summer W. Kombucha: A systematic review of the empirical evidence of human health benefit // Annals of Epidemiology.- 2019. - №30. - Pp. 66-70.
2. Villarreal-Soto S.A., Beaufort S., Bouajila J., Souchard J.P., Taillandier P. Understanding kombucha tea fermentation: A review // Journal of Food Science. - 2018. - №83. - Pp. 580-588.
3. Chakravorty S., Bhattacharya S., Chatzinotas A., Chakraborty W., Bhattacharya D., Gachhui R. Kombucha tea fermentation: microbial and biochemical dynamics // Int. J. Food Microbiol. - №220. -2016. - pp. 63-72.
4. Coton M., Pawtowski A., Taminiau B., Burgaud G., Deniel F., et al. Unraveling microbial ecology of industrial scale Kombucha fermentations by metabarcoding and culture based methods // FEMS Microbiol. Ecol. - №93 (5). - 2017. - Pp. 1-16.
5. Jayabalan, R., Malbasa, R. V., Loncar, E. S., Vitas, J. S., & Sathishkumar, A Review on Kombucha Tea-Microbiology, Composition, Fermentation, Beneficial Effects, Toxicity, and Tea Fungus. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety.- 2014- № 13(4). - Рр. 538550.
6. Watawana M.I., Jayawardena N., Gunawardhana C.B., Waisundara V.Y. Enhancement of the antioxidant and starch hydrolase inhibitory activities of king coconut water (Cocos nucifera var. aurantiaca) by fermentation with Kombucha "tea fungus // Int. J. Food Sci. Technol. - 2016. - №51 (2). - Pp. 490-498.
DETERMINATION OF BIOCHEMICAL SIGNS OF MICROBIOLOGICAL CROPS INCLUDED IN THE SCOBY CONSORTIUM
M.V. Samoilenko1, Student, Junior Researcher M.V. Babakina1, Junior Researcher
M.L. Zolotavina2, Candidate of Biological Sciences, Associate Professor 1 "Krasnodar Research Institute of Storage and Processing of Agricultural Products" - a branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution "North Caucasian Federal Research Center for Horticulture, Viticulture, Winemaking" 2Kuban State University (Russia, Krasnodar)
Abstract. This article provides an analysis of the results of a study on the selection of microbiological cultures for a consortium based on their biochemical characteristics. The study noted that the yeast Zygosaccharomyces kombuchaensis exhibits fructophilic behavior, consuming fructose faster than glucose when both carbon sources are present in the medium. And Glu-conacetobacter xylinus No. 3, in turn, actively produce cellulose mass and acetic acid, while showing growth in the presence of 0.35% acetic acid and does not form a brown pigment in the process of vital activity on a glucose / yeast extract medium.
Keywords: microbiological cultures, functional products, biochemical composition, SCOBY.
