CC BY
392
Для корреспонденции
Серба Елена Михайловна - член-корреспондент РАН, доктор биологических наук, доцент, заместитель директора по научной работе ВНИИПБТ - филиала ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии»
Адрес: 111033, Российская Федерация, г. Москва, ул. Самокатная, д. 4б Телефон: (495) 362-45-72 E-mail: serbae@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-1660-2634
Серба Е.М., Соколова Е.Н., Римарева Л.В., Фурсова Н.А., Волкова Г.С., Курбатова Е.И., Юраскина Т.В., Абрамова И.М.
Перспективные расы хлебопекарных дрожжей для получения пищевых ингредиентов, обогащенных селеном и хромом
Всероссийский научно-исследовательский институт пищевой биотехнологии - филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи, 111033, г. Москва, Российская Федерация
Russian Research Institute of Food Biotechnology - Branch of Federal Research Centre of Food, Biotechnology and Food Safety, 111033, Moscow, Russian Federation
Известно, что сахаромицеты могут аккумулировать минеральные вещества при целенаправленном обогащении ими среды для выращивания. Однако практически не исследовалось влияние генетической принадлежности культуры и технологических особенностей штаммов дрожжей, состава питательных сред на эффективность встраивания эссенциальных микроэлементов в биомассу, на изменение содержания их внутриклеточных компонентов. В связи с этим цель данной работы - отбор перспективных рас дрожжей Saccharomyces cerevisiae, разработка биотехнологического способа получения на их основе пищевых ингредиентов, обогащенных селеном и хромом, и исследование их микроэлементного состава.
Материал и методы. В работе использованы промышленные штаммы хлебопекарных дрожжей Saccharomyces cerevisiae: RCAM 01137, Y-3439 и Y-581. Дрожжи выращивали на солодовом сусле (рН 4,6) с содержанием 12% сухих веществ с добавлением минеральных солей в стационарных условиях при температуре 30 °С в течение 18 ч, после чего биомассу дрожжей отделяли путем центрифугирования. Выбран способ обогащения дрожжей микроэлементами, заключаю-
Финансирование. Научно-исследовательская работа по подготовке рукописи проведена за счет средств госбюджета на выполнение государственного задания по НИР.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Для цитирования: Серба Е.М., Соколова Е.Н., Римарева Л.В., Фурсова НА., Волкова Г.С., Курбатова Е.И., Юраскина ТВ., Абрамова И.М. Перспективные расы хлебопекарных дрожжей для получения пищевых ингредиентов, обогащенных селеном и хромом // Вопросы питания. 2020. Т. 89, № 6. С. 48-57. DOI: 10.24411/0042-8833-2020-10078 Статья поступила в редакцию 03.06.2020. Принята в печать 20.11.2020.
Funding. The research was carried out at the expense of the subsidy for the implementation of the state task. Conflict of interest. Authors declare no conflict of interest.
For citation: Serba E.M., Sokolova E.N., Rimareva L.V., Fursova N.A., Volkova G.S., Kurbatova E.I., Yuraskina T.V., Abramova I.M. Promising races of baker's yeast for the production of food ingredients enriched with selenium and chromium. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2020; 89 (6): 48-57. DOI: 10.24411/0042-8833-2020-10078 (in Russian) Received 03.06.2020. Accepted 20.11.2020.
Promising races of baker's yeast for the production of food ingredients enriched with selenium and chromium
Serba E.M., Sokolova E.N., Rimareva L.V., Fursova N.A., Volkova G.S., Kurbatova E.I., Yuraskina T.V., Abramova I.M.
щийся в процессе культивирования клеток на солодовых питательных средах, содержащих хлорид хрома или селена диоксид в различных концентрациях. Содержание общего белка определяли по методу Кьельдаля, полисахаридов и эрго-стерина - спектрофотометрически, селена - флуориметрически. Масс-спектрометрическим методом (с индуктивно связанной плазмой) исследовано содержание микроэлементов в биомассах дрожжей, обогащенных хромом. Результаты. Наиболее высокую удельную скорость роста проявили штаммы дрожжей RCAM 01137 и Y-3439, а наиболее высокий уровень мальтазной активности был у штамма Y-581. Количество биомассы после культивирования дрожжей S. cerevisiae RCAM 01137 и Y-3439 составило 6,00 и 5,42 г/100 см3 соответственно. Дрожжи S. cerevisiae Y-581 обладали способностью к высокому синтезу эргостерина (1,08+0,04%), уровень которого в 2раза превышал показатели других штаммов. Наибольшую способность к обогащению селеном проявили дрожжи S. cerevisiae RCAM 01137, в биомассе которых его содержание повысилось в 137раз и составило 2740 мкг% при культивировании на среде, содержащей 800 мкг/дм3. Штамм дрожжей S. cerevisiae Y-581 проявил наиболее высокую способность к сорбции хрома. Содержание хрома в его биомассе составило 8340мкг% при культивировании на среде, содержащей 750мкг/дм3. Использование около 2,7 г дрожжевой биомассы, обогащенной селеном, или 1,0 г, обогащенной хромом, удовлетворяет суточную потребность в этих микроэлементах.
Заключение. Культивирование клеток S. cerevisiae на питательных средах, содержащих микроэлементы, позволяет получать образцы дрожжевой биомассы, которые могут использоваться для получения пищевых ингредиентов, применяющихся для создания пищевой продукции, способствующей регуляции деятельности организма человека, поддержанию здоровья человека, повышению качества и продолжительности его жизни.
Ключевые слова: пищевые ингредиенты, эссенциальные микроэлементы, хром, селен, хлебопекарные дрожжи, культивирование
It is known, that Saccharomycetes can accumulate mineral substances with targeted enrichment of the growth medium. However, the influence of the genetic affiliation of the culture and the technological factors of yeast strains, the composition of growth media on the efficiency of essential trace elements incorporation into the biomass and on the change of theirs intracellular components content have hardly been investigated.
In this regard, the aims of this work was to select promising races of yeast Saccharomyces cerevisiae, develop a biotechnological method for obtaining food ingredients enriched with selenium and chromium on their basis, and study their trace element composition. Material and methods. Industrial strains of baker's yeast (Saccharomyces cerevisiae) were used: RCAM 01137, Y-3439 and Y-581. Yeast were grown on malt wort (pH 4.6) with a dry matter content of 12% with the addition of mineral salts in stationary conditions at a temperature of 30 °C for 18 h, after which the yeast biomass was separated by centrifugation. A method for enriching yeast with trace elements has been selected, which consists in the process of culturing cells on malt growth media containing chromium chloride or selenium dioxide in various concentrations. The total protein content was determined by the Kjeldahl method, polysaccharides and ergosterol - by spectrofluorometric method, selenium - by fluorimetric method. The content of trace elements in yeast biomass enriched with chromium was studied by mass spectrometric method with inductively coupled plasma.
Results. It was shown that the highest specific growth rate was demonstrated by the yeast strains RCAM 01137 and Y-3439, and the highest level of maltase activity was in the Y-581 strain. It was found that the amount of biomass after cultivation of the yeast S. cerevisiae RCAM 01137 and Y-3439 was 6.00 и 5.42 g/100 cm3, respectively. It was noted, that the yeast S. cerevisiae Y-581 had capability of high synthesis of ergosterol (1.08+0.04%), the level of which was 2 fold higher than other strains. S. cerevisiae RCAM 01137 yeast showed the greatest ability to selenium enrichment, its content in biomass increased 137 fold and amounted to 2740 цg% when cultivated on a medium containing 800 цg/dm3. S. cerevisiae Y-581 yeast strain showed the highest capability to chromium sorption. The chromium concentration in its biomass was 8340 цg% in case of cultivating on a medium containing 750 ц-g/dm3. The usage of about 2.7 g of selenium enriched yeast biomass, or 1.0 g chromium enriched one, satisfies the daily requirement for these trace elements. Conclusion. Cultivation of S. cerevisiae cells on growth media containing trace elements makes it possible to obtain yeast biomass samples that can be used to obtain food ingredients for creating food products that contribute to the maintaining human health and improve the quality and duration of life.
Keywords: food ingredients, essential trace elements, chromium, selenium, baker's yeast, cultivation
В настоящее время проблемы и методы использования эссенциальных микроэлементов в лечебно-профилактическом питании достаточно широко обсуждаются во всем мире [1-4]. Установлено, что с недостатком потребления эссенциальных микронутриентов связано развитие многих заболеваний. Так, недостаточность селена (Бе) и хрома (Сг) вызывает нарушения в функционировании сердечно-сосудистой, иммунной, эндокринной, репродуктивной, нервной и других систем организма [4-7]. Бе и Сг участвуют в синтезе многих ферментов и гормонов в организме человека.
Селен относится к эссенциальным микроэлементам, в организме человека его содержится 10 00014 000 мкг, а суточная потребность взрослого человека
в Бе составляет 55-75 мкг [5, 8-10]. Его биологическая роль заключается в регуляции обменных и окислительно-восстановительных процессов [9-12]. Наиболее значимо влияние Бе на течение сердечно-сосудистых заболеваний и защитные свойства организма от окислительного стресса. Порог токсичности Бе составляет 900 мкг/сут [13].
Хром - один из микроэлементов, участвующих в регуляции липидного и углеводного обмена в организме человека и животных [7]. Недостаток Сг приводит к уменьшению синтеза гликогена из глюкозы, повышению уровня глюкозы в крови. В организме человека содержится от 6000 до 12 000 мкг Сг, суточная потребность взрослых в Сг составляет 50 мкг [10]. Дефицит Сг
Таблица 1. Технологические показатели штаммов дрожжей Saccharomyces cerevisiae Table 1. Technological parameters of Saccharomyces cerevisiae yeast strains
Штамм дрожжей Yeast strain Характеристика роста дрожжей Characteristics of yeast growth Показатели качества дрожжей Yeast quality characteristic
удельная скорость роста, ч-1 specific growth rate, h-1 количество клеток, млн/см3 number of cells, million/cm3 подъемная сила, мин lifting force, min мальтазная активность, мин maltase activity, min осмочувствительность, мин osmosensitivity, min
RCAM 01137 0,2520±0,0020a 5,700x108 34,00±1,63a 41,00±2,05a 3,50±0,12a
Y-3439 0,2490±0,0013a 4,900x108 35,00±1,63a 39,00±1,63b 7,00±0,17b
Y-581 0,2180±0,0025b 4,100x108 50,00±2,45b 65,00±2,16c 13,50±0,26c
П р и м е ч а н и е. Здесь и в табл. 2: значения в каждом столбце, обозначенные разными надстрочными буквенными индексами, различаются статистически значимо (р<0,05).
N o t e. Here and in table 2: the values in each column, indicated by different superscript letter indices, differ statistically significantly (p<0.05).
в организме может развиться при недостаточном поступлении этого элемента (<20 мкг/сут). Порог токсичности хрома - 5000 мкг/сут [7].
Дефицит эссенциальных нутриентов, а также возрастающий уровень так называемых заболеваний цивилизации обусловливает необходимость дополнительного введения в рацион человека пищевых ингредиентов, направленных на оптимизацию нутриома и микробиома человека. Одним из перспективных методов повышения пищевой и биологической ценности пищевых продуктов является включение в состав специализированной продукции белково-аминокислотных и полисахаридных ингредиентов, полученных на основе обогащенной микроэлементами микробной биомассы [14]. Микробная биомасса является источником белка, полиаминосаха-ридов, витаминов, незаменимых аминокислот и других эссенциальных нутриентов [15, 16].
Наиболее часто в качестве модельного объекта используют непатогенные дрожжи ЗассЬаготусеэ сеге-у1э1ае, широко применяемые в пищевой промышленности [17-19]. Получаемые на их основе изоляты белка хорошо перевариваются и усваиваются; белок характеризуется высокой биологической ценностью, при добавлении метионина и цистеина не уступает белку мяса. Дрожжи-сахаромицеты являются источниками витаминов группы В (В1, В2, В6, РР и др., за исключением витамина В12), содержат витамин Е, эргостерин - предшественник витамина й; в составе дрожжей присутствуют многие химические элементы К, Са, Мд, Ре, Р и др. [19-21].
Показано, что сахаромицеты могут эффективно аккумулировать минеральные вещества, в том числе и эссенциальные микроэлементы, при целенаправленном обогащении ими среды для выращивания [17, 22]. Однако качество дрожжей, состав и содержание их внутриклеточных компонентов варьируют в широких пределах и зависят от генетической принадлежности клетки, условий культивирования и состава питательных сред [21-23].
В связи с этим отбор перспективных рас дрожжей б. сегеу1э1ае и разработка биотехнологических способов получения на их основе пищевых ингредиентов, обогащенных эссенциальными микроэлементами, для создания пищевых продуктов, предназначенных для поддержания здоровья человека и для профилактики недостаточности нутриентов, особенно у людей, испытывающих интенсивные физические нагрузки, является актуальным и перспективным направлением.
Цель данной работы состояла в получении пищевых ингредиентов, обогащенных эссенциальными микроэлементами (селеном и хромом), на основе отобранных рас дрожжей б. сегеу1э1ае и исследовании их микроэлементного состава.
Материал и методы
Объектами исследований служили отобранные из коллекции микроорганизмов ВНИИ пищевой биотехнологии промышленные штаммы хлебопекарных дрожжей
Таблица 2. Сравнительная характеристика биохимического состава биомассы дрожжей Saccharomyces cerevisiae Table 2. Comparative characteristics of the biochemical composition of Saccharomyces cerevisiae biomass
Штамм дрожжей Yeast strain Количество биомассы, г/100 см3 Amount of biomass, g/100 cm3 Состав биомассы, % сухого вещества/The composition of the biomass, % DM
полисахариды polysaccharides белок protein эргостерин ergosterine микроэлементы, мкг%/ trace elements, mcg%
Se Cr
RCAM 01137 6,00±0,25а 26,10±0,38a 52,10±1,72a 0,55±0,03a 20,00±4,00a 8,00±0,08a
Y-3439 5,42±0,13в 24,30±0,37b 51,20±0,95а 0,56±0,03a 21,00±4,00a 7,40±0,06b
Y-581 4,81±0,06с 25,60±0,33a 50,60±0,39а 1,08±0,04b 19,00±3,00а 8,40±0,07c
а>
to to
- -S3 s tö
, CS
_ SU
5® ^ ° S-S
so c: сь
ss ^ts
5 О
^ со ^ £
■!
3000 2500 2000 1500 1000 500 0
Sr
ST Р ш
ph г-Д^-,
гз
200 400 600 800
Содержание селена в среде, мкг/дм3 Selenium content in the medium, mcg/dm3
□ RCAM 01137 □ Y-3439 BY-581
Рис. 1. Содержание селена в биомассе дрожжей Saccharomyces cerevisiae после культивирования на обогащенной диоксидом селена среде
Fig. 1. Selenium content in Saccharomyces cerevisiae biomass after cultivation on a selenium dioxide-rich medium
S. cerevisiae: RCAM 01137, Y-3439 и Y-581. Технологические и качественные показатели штаммов дрожжей определяли согласно технологической инструкции [24].
Дрожжи S. cerevisiae выращивали на солодовом сусле с содержанием 12% сухих веществ (СВ) с добавлением минеральных солей (рН среды 4,6) в стационарных условиях при температуре 30 °С в течение 18 ч (контроль). В состав питательных сред дополнительно вводили Cr или Se (опыт). В качестве источника Se использовали диоксид селена (SeO2), вводимый в состав питательной среды из расчета содержания Se от 200 до 1000 мкг/дм3, а в качестве источника Cr - хлорид хрома (CrCl3-6H2O) из расчета содержания Cr от 100 до 1250 мкг/дм3. По окончании процесса культивирования биомассу дрожжей отделяли путем центрифугирования при 6000 об/мин (при относительном ускорении 6430g) в течение 10 мин, промывали дистиллированной водой и вновь центрифугировали.
Содержание общего белка определяли по методу Кьельдаля на автоматической установке «Vadopest» (Gerhardt, Германия) по ГОСТ 32044.1-2012 «Определение массовой доли азота и вычисление массовой доли сырого протеина. Часть 1. Метод Кьельдаля»; содержание полисахаридов - спектрофотометрическим методом [25], эргостерина - спектрофотометрическим методом, основанным на галохромной реакции в серной кислоте [26]. Содержание Se определяли флуориметри-ческим методом, основанном на способности 2,3-диами-нонафталина избирательно образовывать комплексное соединение с четырехвалентным селеном, находящимся в форме селенит-иона [27].
Содержание микроэлементов в биомассе дрожжей определяли методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на квадрупольном масс-спектрометре ELAN DRC-e (PerkinElmer Inc., США) [28].
Измерения проводили в 3 повторностях. Результаты представлены в виде среднего значения ± стандартное отклонение (М±3й). Статистическую значимость различий исследуемых показателей оценивали методом однофакторного дисперсионного анализа с апостериорным критерием Тьюки (при р<0,05) с использованием программы 81айэ1юа 6.0.
Результаты и обсуждение
Исследуемые штаммы дрожжей ЗассЬаготусеэ сегеуь э1ае обладают ценными технологическими свойствами и применяются в промышленном производстве хлебопекарных дрожжей. В табл. 1 представлены технологические и качественные показатели отобранных штаммов, выращенных на стандартной питательной среде.
Результаты исследований показали, что более высокую удельную скорость роста проявили штаммы дрожжей ЯОДМ 01137 и Y-3439. Количество клеток, синтезированных этими штаммами в солодовой среде, в 1,4 и 1,2 раза соответственно превосходило аналогичные показатели дрожжей Y-581 (см. табл. 1). При этом уровень их мальтаз-ной активности и подъемной силы практически в 1,5 раза уступал уровню, проявленному штаммом Y-581.
Изучен биохимический состав биомассы различных штаммов дрожжей ЗассЬаготусеэ сегеу1э1ае. Результаты представлены в табл. 2.
Установлено, что содержание биомассы после культивирования у дрожжей б. сегеу1э1ае ЯОДМ 01137 и Y-3439 было в 1,25 и 1,13 раза выше, чем у штамма Y-581. Дрожжи б. сегеу1э1ае Y-581 обладали способностью к высокому синтезу эргостерина, в 2 раза превышающему показатели других штаммов. При этом порядка 25% от общего количества СВ в дрожжевой
0,3
10 100 250 500 750 1000 1250
Содержание хрома в среде, мкг/дм3 Chromium content in the medium, mg/dm3
□ RCAM 01137 □ Y-3439 BY-581
Рис. 2. Влияние содержания хрома в питательной среде на удельную скорость роста дрожжей при культивировании Fig. 2. Effect of the chromium content in the nutrient medium on the specific growth rate of yeast during cultivation
биомассе приходилось на долю полисахаридов, а более 50% - на долю белка (см. табл. 2), который характеризуется оптимальным соотношением незаменимых и заменимых аминокислот [14, 19, 29]. Исходное содержание микроэлементов (Бе и Сг) в биомассе дрожжей находилось на низком уровне.
По результатам предварительных исследований выбран способ обогащения дрожжевой биомассы, заключающийся в культивировании дрожжей на солодовых питательных средах, содержащих микроэлементы [22]. При этом установлено, что концентрация диоксида селена (Бе02), вводимого в состав питательной среды из расчета содержания Бе от 200 до 1000 мкг/дм3, не оказывала негативного влияния на развитие дрожжевых клеток, наблюдалась даже незначительная стимуляция роста отдельных штаммов дрожжей. Повышение содержания Бе >2000 мкг/дм3 приводило к лизису клеток, уплотнению клеточных стенок дрожжей и снижению уровня образования биомассы.
В данном исследовании отобранные штаммы дрожжей выращивали на средах с содержанием Бе 200; 400; 600 и 800 мкг/дм3. Содержание Бе в питательных средах практически не сказалось на уровне образования биомассы, который в большей степени зависел от генетической принадлежности штамма (см. табл. 2). Результаты исследований показали, что исходное содержание Бе в дрожжах, культивируемых на средах, в состав которых этот микроэлемент не входил, был очень низким (~20 мкг%). Введение диоксида селена в состав среды приводило к накоплению Бе в биомассе, содержание которого увеличивалось более чем в 100 раз. Наибольшее накопление ионов Бе отмечено в биомассе дрожжей ЯСЛМ 01137 (2470-2740 мкг%) при культивировании на средах, содержащих 600-800 мкг/дм3 Бе (рис. 1). Содержание Бе в дрожжах Y-3439 и Y-581 было несколько ниже.
Таким образом, при культивировании дрожжей б. сегеУ1в1ае ЯСЛМ 01137 получена обогащенная биомасса, в которой содержание Бе повысилось в 137 раз и составило 2740 мкг%. Учитывая физиологическую суточную потребность организма в Бе, составляющую для взрослых 55-75 мкг [9, 10], для покрытия этой величины и восполнения его дефицита достаточно использовать 2,0-2,7 г обогащенной дрожжевой биомассы в сутки.
Обогащение биомассы дрожжей Сг проводили также на стадии культивирования при введении источника Сг (СгС136Н20) в состав питательной среды из расчета содержания этого микроэлемента от 100 до 1250 мкг/дм3 (рис. 2). Содержание в среде Сг до 750 мкг/дм3 практически не сказалось на росте дрожжей, содержание биомассы которых после культивирования соответствовало контрольному уровню (см. табл. 2). Дальнейшее увеличение содержания Сг в среде приводило к снижению скорости роста дрожжевых клеток и образования биомассы.
Данные, приведенные на рис. 3, показывают, что с увеличением содержания Сг в питательной среде повышалось его содержание в биомассе дрожжей (рис. 3А). Однако пропорциональной зависимости не наблюдалось: наибольший процент встроенных ионов отмечен на средах, содержащих 500 и 750 мкг Сг в дм3 (рис. 3Б).
В результате исследований установлено, что штамм Y-581 дрожжей б. сегеУ1в1ае проявил наиболее высокую способность к сорбции Сг. Содержание Сг в его биомассе повысилось более чем в 1000 раз от исходного уровня и составило 8340,0 мкг% при культивировании на среде, содержащей 750 мкг/дм3 Сг (см. табл. 2, рис. 3А).
В биомассе дрожжей ЯСЛМ 01137 и Y-3439 после культивирования на подобранной среде содержание Сг составило 5560,0 и 4000,0 мкг%, что в 600 раз превысило
исходный уровень. Дальнейшее повышение содержания Ог в среде привело к угнетению роста дрожжевых клеток и к снижению уровня обогащения биомассы хромом (см. рис. 2 и 3).
Из расчета предполагаемой суточной потребности организма человека в Ог, составляющей 50 мкг [10], расход обогащенной дрожжевой биомассы для полного восполнения его недостатка в рационе составит 0,6-1,0 г/сут.
Таким образом, направленное добавление в питательную среду неорганических соединений Бе и Ог приводит к обогащению биомассы дрожжей микроэлементами. Методом масс-спектрометрии исследовано содержание Ог в биомассе дрожжей (табл. 3).
Анализ элементного состава показал, что наиболее высокая доля от общего количества идентифицированных элементов приходится на калий, фосфор
А/А
м
, g
ш £
Si , ^ со Я со
о с^ - §
е io о -О
0
CS СО
S Ъ
S ^
в t ма ten ом nt
о. О
X и
1 . i
ан m
* р
CD -С
о С
9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0
100
250 500 750
Содержание хрома в среде, мкг/дм3 Chromium content in the medium, mg/dm3
1000
Б/B
ср mm
та 5 Ф
м rome
0 ао од
я * ^ S
t Н S
3 ¡ЕЕ м к bih
^ Е СО ч—.
юо« о _ ^ ^
1 ^ ^ ^
I i I 3
e
e
сл с о tao
60
50
40
30
20
10
100
250 500 750
Содержание хрома в среде, мкг/дм3 Chromium content in the medium, mg/dm3
1000
□ RCAM 01137
□ Y-3439
■ Y-581
0
Рис. 3. Содержание хрома в биомассе дрожжей после культивирования (А) и процент обогащения биомассы дрожжей хромом по отношению к исходному количеству хрома, введенному в среду (Б)
Fig. 3. The chromium intent in the yeast biomass after cultivation (A) and the percentage of enrichment of the yeast biomass with chromium in relation to the initial amount of chromium introduced into the medium (B)
Таблица 3. Сравнительный анализ элементного состава биомассы дрожжей Saccharomyces cerevisiae Table 3. Comparative analysis of the elemental composition of Saccharomyces cerevisiae biomass
Элемент Element Содержание элементов в биомассе дрожжей, мкг/г/Content of elements In yeast biomass, mcg/g
обогащенной хромом/enriched with chromium без хрома/chromium free
RCAM 01137 Y-3439 Y-581 RCAM 01137
Li 0,005±0,0002 0,004±0,0002 0,005±0,0003 0,007±0,0004
B 0,230±0,011 0,350±0,018 0,400±0,020 0,230±0,012
Na 8,80±0,44 8,20±0,41 11,1 ±0,56 12,0±0,60
Mg 555,5±27,8 536,9±26,9 556,8±27,8 810,0±45,0
Al 0,610±0,031 0,640±0,032 0,600±0,003 0,830±0,042
P 6132±307 5562±278 5930±297 7716±386
K 10000±500 9493±475 10069±504 8866±443
Ca 65,0±3,3 91,0±4,6 74,0±3,7 75,0±3,8
Ti 0,11±0,01 0,14±0,01 0,12±0,01 0,14±0,01
V 0,018±0,001 0,009±0,001 0,013±0,001 0,006±0,001
Cr 55,61 ±2,78 40,03±2,00 83,41 ±4,17 0,08±0,01
Mn 0,74±0,04 0,68±0,03 0,91±0,05 0,86±0,04
Fe 2,8±0,1 4,8±0,2 6,5±0,3 2,5±0,1
Co 0,012±0,001 0,013±0,001 0,013 0,012±0,001
Ni 0,055±0,003 0,066±0,003 0,114±0,006 0,120±0,006
Cu 4,8±0,2 4,9±0,2 5,4±0,3 5,9±0,3
Zn 11,4±0,6 17,4±0,9 12,0±0,6 13,3±0,7
As 0,016±0,001 0,018±0,001 0,020±0,001 0,021±0,001
Rb 0,36±0,02 0,43±0,02 0,37±0,02 0,56±0,03
Sr 0,27±0,01 0.63±0,03 0,70±0,04 0,35±0,02
Mo 0,050±0,003 0,056±0,003 0,049±0,003 0,041±0,002
Ag 0,0023±0,0001 0,0019±0,0001 0,0020±0,0001 0,0026±0,0001
Cd 0,0053±0,0003 0,0050±0,0003 0,0052±0,0003 0,0061±0,0003
Ba 0,15±0,01 0,16±0,01 0,26±0,01 0,21 ±0,01
Hg 0,0013±0,0001 0,0017±0,0001 0,0011±0,0001 0,0012±0,0001
Pb 0,013±0,001 0,016±0,001 0,012±0,001 0,015±0,001
U 0,0025±0,0001 0,0027±0,0001 0,0017±0,0001 0,0017±0,0001
и магний, их содержание в зависимости от расы дрожжей составило соответственно 8866-10 000, 5562-7716 и 536,9-810,0 мкг/г биомассы (табл. 4). Наиболее высоким содержанием хрома (40,03-83,41 мкг/г) отличалась обогащенная биомасса, его количество сравнимо с содержанием кальция (65-91 мкг/г), уровни цинка (11,4-17,4 мкг/г) и натрия (8,2-12,0 мкг/г) были в 4-5 раз меньше. Остальные элементы содержались в микроколичествах.
Заключение
Результаты исследований технологических и куль-туральных особенностей хлебопекарных дрожжей бассЬаготусеэ сегеу1э1ае, биохимического состава их биомассы подтвердили перспективность использования отобранных штаммов в качестве объектов для получения функциональных пищевых ингредиентов, содержащих белок, витамины, в том числе эргостерин -предшественник витамина й, полисахариды, обладающие высокой сорбционной способностью. Особенно
высокое содержание эргостерина выявлено у дрожжей б. сегеу1э1ае штамма Y-581, что указывает на возможность получения на его основе пищевых ингредиентов, обогащенных эргостерином.
Экспериментально подтверждено, что целенаправленное добавление в питательную среду неорганических форм селена и хрома при культивировании дрожжей позволяет получить обогащенную микробную биомассу, которая может быть использована в качестве дополнительного источника эссенциальных микроэлементов, необходимых для регуляции важных функций в организме человека.
Содержание микроэлементов в дрожжевой биомассе зависело от технологических особенностей исследуемых штаммов. Наибольшую способность к обогащению Бе проявили дрожжи б. сегеу1э1ае ЯОДМ 01137. При этом содержание Бе в их биомассе повысилось в 137 раз и составило 2740 мкг%. Штамм дрожжей б. сегеу1э1ае Y-581 проявил высокую способность к сорбции Ог, содержание которого в его биомассе повысилось более чем в 1000 раз от исходного уровня и составило 8340 мкг% при культивировании на среде, содержащей 750 мкг Ог
в 1 дм3. Дальнейшее повышение концентрации хрома в среде привело к угнетению роста дрожжевых клеток и к снижению уровня его содержания в биомассе.
В результате наработаны экспериментальные образцы хлебопекарных дрожжей, содержащие 2700 мкг% Бе или 8340 мкг% Ог. Для восполнения суточной потребности организма в исследованных эссенциальных микроэлементах достаточно использовать до 2,7 г се-ленсодержащей или 1,0 г хромсодержащей дрожжевой биомассы.
Анализ минерального состава экспериментальных образцов дрожжевой биомассы показал, что содержание в них калия, фосфора и магния существенно различалось и в зависимости от расы дрожжей соста-
вило 8866-10 000, 5562-7716 и 536,9-810,0 мкг/г биомассы соответственно. Наиболее высоким содержанием хрома (40,03-83,41 мкг/г) отличалась обогащенная биомасса, его количество сравнимо с содержанием кальция (65-91 мкг/г).
Исследованный способ обогащения дрожжевой биомассы микроэлементами и полученные образцы обогащенной дрожжевой биомассы в дальнейшем можно использовать для получения функциональных пищевых ингредиентов или для изготовления хлебобулочных изделий, обогащенных микроэлементами, способствующими регуляции физиологических процессов организма человека, повышению качества и продолжительности его жизни.
Сведения об авторах
ВНИИПБТ - филиал ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии» (Москва, Российская Федерация): Серба Елена Михайловна (Elena M. Serba) - член-корреспондент РАН, доктор биологических наук, доцент, заместитель директора по научной работе E-mail: serbae@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-1660-2634
Соколова Елена Николаевна (Elena N. Sokolova) - кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник отдела биотехнологии ферментов, дрожжей, органических кислот и биологически активных добавок E-mail: elenaniksokolova@inbox.ru https://orcid.org/0000-0002-6084-7786
Римарева Любовь Вячеславовна (Liubov V. Rimareva) - академик РАН, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник отдела биотехнологии ферментов, дрожжей, органических кислот и биологически активных добавок
E-mail: lrimareva@mail.ru https://orcid.org/0000-0003-3097-0836
Фурсова Наталья Александровна (Natalya A. Fursova) - заведующий лабораторией биотехнологии пекарных дрожжей
E-mail: pekardroj@yandex.ru
https://orcid.org/0000-0003-3903-6644
Волкова Галина Сергеевна (Galina S. Volkova) - доктор биологических наук, заведующий лабораторией биотехнологии пищевых и кормовых добавок E-mail: galina_volkova@bk.ru https://orcid.org/0000-0003-4051-1828
Курбатова Елена Ивановна (Elena I. Kurbatova) - кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник отдела биотехнологии ферментов, дрожжей, органических кислот и биологически активных добавок E-mail: elena_kurbatova@list.ru https://orcid.org/0000-0001-6939-2768
Юраскина Татьяна Владимировна (Tatyana V. Yuraskina) - младший научный сотрудник отдела биотехнологии ферментов, дрожжей, органических кислот и биологически активных добавок, аспирант ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии»
E-mail: tata-santetlor@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-6877-9933
Абрамова Ирина Михайловна (Irina M. Abramova) - доктор технических наук, директор
E-mail: i-abramova@mail.ru
https://orcid.org/0000-0001-9297-0554
Литература
1. Тутельян В.А., Спиричев В.Б., Суханов Б.П. Микронутриен- Состояние проблемы // Вопросы питания. 2017. Т. 86, № 4. ты в питании здорового и больного человека. Москва : Колос, С. 113-124. Э01: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2017-00067 2002. 424 с. 3. Сенкевич О.А., Ковальский Ю.Г., Голубкина Н.А. Монито-
2. Коденцова В.М., Вржесинская О.А., Рисник Д.В., Ники- ринг содержания селена в некоторых пищевых продуктах тюк Д.Б., Тутельян В.А. Обеспеченность населения Рос- Хабаровска // Вопросы питания. 2018. Т. 87, № 6. С. 89-94.
сии микронутриентами и возможности ее коррекции. БОТ: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10070
4. Панасенко Л.М., Карцева Т.В., Нефедова Ж.В., Задорина-Хуторная Е.В. Роль основных минеральных веществ в питании детей // Российский вестник перинатологи и и педиатрии. 2018. Т. 63, № 1. С. 122-127. DOI: https://doi. org/10.21508/1027-4065-2018-63-1-122-127
5. Kieliszek M., Blazejak S. Current knowledge on the importance of selenium in food for living organisms: a review // Molecules. 2016. Vol. 21, N 5. P. 609. DOI: https://doi.org/10.3390/ molecules21050609
6. Mutakin P., Meiliana A., Wijaya A. Association between selenium nutritional status and metabolic risk factors in men with visceral obesity // J. Trace Elem. Med. Biol. 2013. Vol. 27. P. 112-116. DOI: https://doi.org/10.1016/jjtemb.2012.09.006
7. Реутина С.В. Роль хрома в организме человека // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2009. № 4. С. 50-55.
8. Schomburg L., Rasmussen L., Kohrle J. Dietary selenium and human health // Nutrient. 2017. Vol. 9, N 1. P. 22. DOI: https://doi. org/10.3390/nu9010022
9. ТутельянВ.А. КняжевВ.А., ХотимченкоС.А., Голубкина Н.А., Кушлинский Н.Е., Соколов Я.А. Селен в организме человека: метаболизм, антиоксидантные свойства, роль в канцерогенезе. Москва : Изд-во РАМН, 2002. 220 c. ISBN: 5-7901-0023-6.
10. Методические рекомендации МР 2.3.1.2432-08. Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации. Москва, 2009. 36 с.
11. Громова О.А. Селен — впечатляющие итоги и перспективы применения // Трудный пациент. 2007. Т. 5, № 14. С. 25-30.
12. Мазо В.К., Гмошинский И.В., Ширина Л.И. Новые пищевые источники эссенциальных микроэлементов-антиоксидан-тов. Москва : Миклош, 2009. 208 с.
13. Третьяк Л.Н., Герасимов Е.М. Специфика влияния селена на организм человека и животных // Вестник Оренбургского государственного университета. 2007. № 12. С. 136—145.
14. Серба Е.М., Римарева Л.В., Оверченко М.Б., Мочалина П.Ю., Игнатова Н.И., Соколова Е.Н. Микробная биомасса — перспективный источник биологически полноценного белка и полисахаридов // Вопросы питания. 2018. Т. № 87, № 5. С. 235—236. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10346
15. Brar S.K., Dhillon G.S., Soccol C.R. Biotransformation of Waste Biomass into High Value Biochemicals. Springer, 2014. 504 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4614-8005-1
16. Серба Е.М., Таджибова П.Ю., Римарева Л.В., Оверченко М.Б., Игнатова Н.И. Получение пептидно-аминокислотных ингредиентов на основе грибной биомассы Aspergillus oryzae // Микология и фитопатология. 2020. Т. 54, № 1. С. 23—32 DOI: https://doi.org/10.31857/S0026364820010079
17. Зорин С.Н., Гмошинский И.В., Бурдза Е.А., Мазо В.К. Новые пищевые источники эссенциальных микроэлементов. Сообщение 7. Получение автолизатов селеносодержащих пищевых дрожжей и их физико-химическая характеристика // Вопросы детской диетологии. 2006. Т. 4, № 6. С. 18—21.
18. Ermakova А.М. Study of complex additive use possibility to improve yeast and wheat bread quality // Indo Am. J. Pharm. Sci. 2018. Vol. 5, N 9. P. 9275—9281. DOI: https://doi.org/10.5281/ zenodo.1439279
19. Jach M. E., Serefko A. Nutritional yeast biomass: characterization and application // Diet, Microbiome and Health. Elsevier; Academic Press, 2018. P. 237—270. DOI: https://doi.org/10.1016/ B978-0-12-811440-7.00009-0
20. Римарева Л.В., Серба Е.М., Оверченко М.Б., Игнатова Н.И., Поливановская Д.В., Борщева Ю.А. Специализированный пищевой продукт на основе ферментолизата биомассы дрожжей // Вопросы питания. 2018. Т. 87, № 5S. С. 231—232. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10341
21. Римарева Л.В., Оверченко М.Б., Игнатова Н.И., Шелехова Н.В., Серба Е.М., Кривова А.Ю. Исследование внутриклеточного ионного состава биомассы дрожжей Saccharomyces cerevisiae // Российская сельскохозяйственная наука. 2017. № 1. С. 51—54.
22. Римарева Л.В., Курбатова Е.И., Фурсова Н.А., Соколова Е.Н., Борщева Ю.А., Макарова А.В. Биотехнологические аспекты создания пищевых добавок биокоррегирующего действия на основе микробной биомассы // Хранение и переработка сельхозсырья. 2011. № 2. С. 45—47.
23. Исламмагомедова Э.А., Халилова Э.А., Гасанов Р.З., Абака-рова А.А. Содержание минеральных веществ в дрожжах рода Saccharomyсes в зависимости от условий культивирования // Вестник Дагестанского научного центра РАН. 2017. № 65. С. 24—31.
24. Инструкция по микробиологическому и технохимическому контролю дрожжевого производства / под ред. И.Н. Коб-чикова. Москва : Легкая и пищевая промышленность, 1984. 250 с.
25. Серба Е.М., Оверченко М.Б., Кривова А.Ю., Игнатова Н.И., Римарева Л.В. Разработка метода определения содержания полисахаридов в биомассах микроорганизмов // Хранение и переработка сельхозсырья. 2015. № 7. С. 32—35.
26. Способ количественного определения стеринов в корневищах с корнями крапивы двудомной : пат. 2599014 Рос. Федерация. № 2015136340/15 / В.А. Куркин и др.; заявл. 08.26.15; опубл. 10.10.16. 7 с.
27. Голубкина Н.А. Флуориметрический метод определения Se // Журнал аналитической химии. 1995. Т. 50, № 5. С. 492— 497.
28. Методические указания МУ 4.1.1483-03. Определение химических элементов в биологических средах и препаратах методами атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой: Москва : Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2003. 56 с.
29. Satyanarayana T., &rnze G. Yeast Biotechology: Diveristy and Applications. Chapter 12: Interaction between Yeasts and Zinc. Springer, 2009. P. 237—257. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4020-8292-4_12
References
Tutelyan V.A., Spirichev V.B., Sukhanov B.P. Micronutrients in the nutrition of a healthy and sick person. Moscow: Kolos, 2002: 442 p. (in Russian)
Kodentsova V.M., Vrzhesinskaya O.A., Risnik D.V., Nikityuk D.B., Tutelyan V.A. Provision of the Russian population with micronutrients and opportunities for its correction. State of the problem. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2017; 86 (4): 113-24. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2017-00067 (in Russian) Senkevich O.A., Koval'sky Yu.G., Golubkina N.A. Monitoring of selenium content in some food products of Khabarovsk. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2018; 87 (6): 89-94. DOI: https:// doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10070 (in Russian)
Panasenko L.M., Kartseva T.V., Nefedova J.V., Zadorina-Khutor-naya E.V. The Role of major minerals in the nutrition of children. Rossiyskiy vestnik perinatologii i pediatrii [Russian Bulletin of Perinatology and Pediatrics]. 2018; 63 (1): 122-7. DOI: https:// doi.org/10.21508/1027-4065-2018-63-1-122-127 (in Russian) Kieliszek M., Blazejak S. Current knowledge on the importance of selenium in food for living organisms: a review. Molecules. 2016; 21 (5): 609. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules21050609 Mutakin P., Meiliana A., Wijaya A. Association between selenium nutritional status and metabolic risk factors in men with visceral obesity. J Trace Elem Med Biol. 2013; 27: 112-6. DOI: https://doi. org/10.1016/j.jtemb.2012.09.006
1.
4
2.
6
7. Reutina S.V. The role of chromium in the human body. Vestnik Rossiyskogo universiteta druzhby narodov. Seriya: Ekologiya i bezopasnost' zhiznedeaytel'nosti [Bulletin of the Russian University of Peoples' Friendship. Series: Ecology and Life Safety]. 2009; (4): 50-5. (in Russian)
8. Schomburg L., Rasmussen L., Kohrle J. Dietary selenium and human health. Nutrient. 2017; 9 (1): 22. DOI: https://doi. org/10.3390/nu9010022
9. TutelyanV.A., Knyazhev V.A., Khotimchenko S.A., Golubkina N.A., Kushlinsky N.E., Sokolov Ya.A. Selenium in the human body: metabolism, antioxidant properties, role in carcinogenesis. Moscow: Izdatel'stvo RAMN, 2002: 41 p. (in Russian)
10. Methodological recommendations MP 2.3.1.2432-08. Standards of physiological requirements for energy and food substances for different population groups of the Russian Federation. Moscow, 2009: 36 p. (in Russian)
11. Gromova O.A. Selenium - impressive results and application prospects. Trudniy patsient [Difficult patient]. 2007; 5 (14): 25-30. (in Russian)
12. Mazo V.K., Gmoshinsky I.V., Shirina L.I. New food sources of essential antioxidant trace element. Moscow: Miklosh, 2009: 208 p. (in Russian)
13. Tret'yak L.N., Gerasimov E.M. Specifics of selenium influence on human and animal body. Vestnik Orenburgskogo gosudarstven-nogo universiteta [Bulletin of the Orenburg State University]. 2007; (12): 136-45. (in Russian)
14. Serba E.M., Rimareva L.V., Overchenko M.B., Mochalina P.Yu., Ignatova N.I., Sokolova E.N. Microbial biomass is a promising source of biologically complete protein and polysaccharides. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2018; 87 (5): 235-6. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10346 (in Russian)
15. Brar S.K., Dhillon G.S., Soccol C.R. Biotransformation of Waste Biomass into High Value Biochemicals. Springer, 2014: 504 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4614-8005-1
16. Serba E.M., Tadzhibova P.Yu., Rimareva L.V., Overchenko M.B., Ignatova N.I. Obtaining peptide-amino acid ingredients based on fungal biomass of Aspergillus oryzae. Mikologiya i fitopatalogiya [Mycology and Phytopathology]. 2020; 54 (1): 23-32. DOI: https:// doi.org/10.31857/S0026364820010079 (in Russian)
17. Zorin S.N., Gmoshinsky I.V., Burdza E.A., Mazo V.K. New food sources of essential trace elements. Message 7. Obtaining autoly-sates of selenium-containing food yeast and their physical and chemical characteristics. Voprosy detskoy dietologii [Problems of Pediatric Nutrition]. 2006; 4 (6): 18-21. (in Russian)
18. Ermakova A.M. Study of complex additive use possibility to improve yeast and wheat bread quality. Indo Am J Pharm Sci. 2018; 5 (9): 9275-81. DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.1439279
19. Jach M. E., Serefko A. Nutritional yeast biomass: characterization and application. In: Diet, Microbiome and Health. Elsevier; Academic Press, 2018: 237-70. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-811440-7.00009-0
20. Rimareva L.V., Serba E.M., Overchenko M.B., Ignatova N.I., Polivanovskaya D.V., Borshcheva Yu.A. Specialized food product based on yeast biomass fermentolysate. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2018; 87 (5S): 231-2. DOI: https://doi. org/10.24411/0042-8833-2018-10341 (in Russian)
21. Rimareva L.V., Overchenko M.B., Ignatova N.I., Shelekhova N.V., Serba E.M., Krivova A.Yu. Investigation of intracellular ion composition of yeast biomass Saccharomyces cerevisiae. Rossiyskaya sel'skokhozyaystvennaya nauka [Russian Agricultural Science]. 2017; (1): 51-4. (in Russian)
22. Rimareva L.V., Kurbatova E.I., Fursova N.A. Sokolova E.N., Borshcheva Yu.A., Makarova A.V. Biotechnological aspects of creating food additives of biocorrective action based on microbial biomass. Khranenie i pererabotka sel'khozsyr'a [Storage and Processing of Agricultural Raw Materials]. 2011; (2): 45-7. (in Russian)
23. Islammagomedova E.A., Khalilova E.A., Gasanov R.Z., Aba-karova A.A. Mineral content in yeast of the genus Saccharomy-ces depending on cultivation conditions. Bulletin of the Vestnik Dagestanskogo nauchnogo tsentra RAN [Bulletin of the Dagestan scientific center of RAS]. 2017; (65): 24-31. (in Russian)
24. Instruction on microbiological and technochemical control of yeast production. In: I.N. Kobchikov (ed.). Moscow: Legkaya i pishche-vaya promyshlennost', 1984: 250 p. (in Russian)
25. Serba E.M., Overchenko M.B., Krivova A.Yu., Ignatova N.I., Rimareva L.V. Development of a method for determining the content of polysaccharides in the biomass of microorganisms. Khranenie i pererabotka sel'khozsyr'a [Storage and Processing of Agricultural Raw Materials]. 2015; (7): 32-5. (in Russian)
26. A method for the quantitative determination of sterols in rhizomes with the roots of nettle dioica: Pat. 2599014 Russian Federation. No. 2015136340/15. Kurkin V.A., et al.; Declared 08.26.15; publ. 10.10.16: 7 p. (in Russian)
27. Golubkina N.A. Fluorimetric method for determining Se. Zhurnal analiticheskoy khimii [Journal of Analitical Chemistry]. 1995; 50 (5): 492-7. (in Russian)
28. Methodological guideline MU 4.1.1483-03 Determination of chemical elements in biological media and preparations by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry and inductively coupled plasma mass spectrometry. Moscow: Federal'niy tsentr gossanepidnadzora Minzdrava Rossii, 2003: 56 p. (in Russian)
29. Satyanarayana T., Kunze G. Yeast Biotechology: Diveristy and Applications. Chapter 12: Interaction between Yeasts and Zinc. Springer, 2009: 237-57. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4020-8292-4_12
