Получение белковых концентратов и кормовой микробной биомассы из экстракта тритикале и гороховой муки с использованием ферментов Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

биотехнологические процессы в производстве продуктов питания и кормов

сравнение протеолитической активности в культуральной жидкости _рекомбинантных штаммов_

Штамм Активность, мкг/мин Продуктивность, усл. ед.

B, pumilus 7Р 1,5 0,5

B. pumilus 7Р/3-19 2,9 0,93

B. subtilis pCS9 3,5 1,14

B. subtilis MRB044 0,25 0,1

B. subtilis MRB045 0,3 0,12

B. subtilis MRB046 0,42 0,17

B. subtilis MRB072 0,5 0,2

Сравнительное изучение экспрессии внеклеточной субтилизиноподобной сериновой протеиназы B. pumilus проводили с использованием природных и рекомбинантных штаммов, имеющихся в музее лаборатории КФУ.

Применяли штамм дикого типа B. Pumilus 7P - природный изолят, выделенный по признаку повышенной продукции внеклеточной рибонуклеазы и других ферментов, включая протеиназу, и его стреп-томицинустойчивый мутант B. pumilus 7P/3-19, а также рекомбинантные штаммы. Штамм B. Subtilis pCS9 несет плазмиду с геном протеиназы B. pumilus (aprBp) под контролем собственного промотора и собственного сигнального пептида. Для клонирования гена aprBp использовали оптимизированную LIKE-систему экспрессии на основе liai промотора B. subtilis, который регулируется двухкомпонент-ной антибиотико-индуцибельной системой LiaRS [1]. Штамм B. Subtilis MRB044 содержит ген aprBp в составе вектора pLIKE-rep под собственным сигнальным пептидом, штамм B. Subtilis MRB045 содержит ген aprBp в составе вектора pLIKE-rep и сигнальный пептид гена пе-

нициллин амидазы B. megaterium, штамм B. subtilis MRB046 содержит ген aprBp в составе вектора pLIKE-rep под контролем рекомбинантного сигнального пептида гена гликозид гидролазы B. megaterium. Для клонирования гена aprBp использовали также вектор экспрессии pGP382 с сильным конститутивным промотором (PDegQ). Ген degQ кодирует белок (46 а. о.), участвующий в фосфорили-ровании двухкомпонентной системы DegS/DegU, контролирующей синтез про-теиназ [2]. Штамм B. Subtilis MRB072 содержал плазмиду pGP382 с геном aprBpи Strep меткой в составе вектора для аффинной очистки белка. Сравнительное изучение экспрессии проводили с целью выявления наиболее эффективного штамма для получения протеиназы (см. таблицу).

На основании полученных данных для продолжения экспериментов использовали штамм B. Subtilis pCS9.

Были исследованы свойства протеина-зы и показано, что фермент термостабилен в интервале температуры от 0...40°С. рН-оптимум протеиназы составил рН 9,5. Протеиназа сохраняла стабильность в интервале рН = 7-10. При рН = 3 и рН = 11 падение активности не превышало 40%. Было исследовано влияние ингибиторов на субтилизиноподобную протеиназу, показано, что активность протеиназы не подавлялась природными ингибиторами, такими как ингибитор трипсина, что позволит ферменту функционировать в ЖКТ

кур [3].

Работа выполнена за счет средств субсидии, выделенной в рамках государственной поддержки Казанского (Приволжского) федерального университета в целях повышения его конкурентоспособности среди ведущих мировых научно-образовательных центров, а также при поддержке РНФ (проект № 1616-04062).

ЛИТЕРАТУРА

1. Toymentseva, A.A. The LIKE system, a novel protein expression toolbox for based on the promoter / A.A. Toymentseva [et al] // Microbial Cell Factories, 2012. - 11 (1). -P. 143-156 (doi: 10.1186/1475-2859-11-143).

2. Msadek, T. DegS-DegU and ComP-ComA modulator-effector pairs control expression of the Bacillus subtilis pleiotropic regulatory gene degQ / T. Msadek [et al] // Journal of Bacteriology. -1991. - 173 (7). - P. 23662377.

3. Корягина, А.О. Бактериальная протеиназа как кормовая добавка для повышения усвояемости корма сельскохозяйственной птицы / А.О. Корягина [и др.] // Актуальные проблемы сельскохозяйственных наук в России и за рубежом: сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции № 2. - Новосибирск. - 2015. - С. 12-15.

REFERENCES

1. Toymentseva, A.A. The LIKE system, a novel protein expression toolbox for based on the promoter / A.A. Toymentseva [et al] // Microbial Cell Factories, 2012. - 11 (1). - P. 143-156 (doi: 10.1186/1475-2859-11-143).

2. Msadek, T. DegS-DegU and ComP-ComA modulator-effector pairs control expression of the Bacillus subtilis pleiotropic regulatory gene degQ / T. Msadek [et al] // Journal of Bacteriology. - 1991. - 173 (7). -P. 2366-2377.

3. Korjagina, A.O. Bakterial'naja proteinaza kak kormovaja dobavka dlja povyshenija usvojaemosti korma sel'skohozjajstvennoj pticy / A.O. Korjagina [i dr.]. // Aktual'nye problemy sel'skohozjajstvennyh nauk v Rossii i zarubezhom: sbornik nauchnyh trudov po itogam mezhdunarodnoj nauch-no-prakticheskoj konferencii № 2. - Novosibirsk. - 2015. - S. 12 - 15.

Авторы Authors

Корягина Анастасия Олеговна, аспирант; Koryagina Anastasia Olegovna, graduate student,

Тойменцева Анна Александровна, канд. биол. наук, Toymentseva Anna Alexandrovna, Candidate of Biological Sciences,

Шарипова Маргарита Рашидовна, д-р биол. наук, профессор Sharipova Margarita Rashidovna, Doctor of Biological Sciences, Professor

Казанский (Приволжский) федеральный университет, Kazan (Volga region) Federal University,

420008, г. Казань, ул. Кремлевская, д. 18, 18, Kremlevskaya str., Kazan, 420008,

Tihonovaao93@gmai1.com Tihonovaao93@gmai1.com

УДК 664.38 DOI: 10.24411/0235-2486-2019-10025

Получение белковых концентратов и кормовой микробной биомассы из экстракта тритикале и гороховой муки с использованием ферментов

д.с. куликов; в.А. гулакова; в.в. колпакова, д-р техн. наук, профессор

ВНИИ крахмалопродуктов - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, Московская обл., п. Красково р.в. уланова, канд. биол. наук

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского ФИЦ Биотехнологии РАН, Москва Реферат

Тритикалевый экстракт с гороховой мукой является доброкачественным сырьем для получения пищевых белковых концентратов с комплементарным аминокислотным составом и синтеза кормовой грибной биомассы с составом и свойствами, удовлетворяющими требованиям для данных видов продуктов.

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ И КОРМОВ

Ключевые слова

белковый концентрат, гороховая мука, микробная биомасса,тритикалевый экстракт

Цитирование

Куликов Д.С., Гулакова В.А., Колпакова В.В., Уланова Р.В. (2019) Получение белковых концентратов и кормовой микробной биомассы из экстракта тритикале и гороховой муки с использованием ферментов// Пищевая промышленность. 2019. № 4.С. 49-51.

Obtaining protein concentrates and microbial biomass from triticale extract and pea flour using enzymes

D.S. Kulikov; V.A. Gulakova; V.V. Kolpakova, Doctor of Technical Sciences, Professor

All-Russian Scientific-Research Institute of Starch Products - Branch of the Federal Science Center of Food Systems V.M. Gorbatov RAS, Moscow region, Kraskovo village

R.V. Ulanova, Candidate of Biological Sciences

Institute of Microbiology S.N. Vinogradsky FITS Biotechnology RAS, Moscow

Аbstract

Triticale extract with pea flour is a benign raw material for the production of food protein concentrates with a complementary amino acid composition and the synthesis of feed fungal biomass with composition and properties that meet the requirements for these types of products.

Keywords

triticale extract, pea flour, protein concentrate, microbial biomass

Citation

KulikovD.S., Gulakova V.A., Kolpakova V.V., Ulanova R.V. (2019) Obtaining protein concentrates and microbial biomass from triticale extract and pea flour using enzymes // Food processing industry = Pisshevaya promyshlennost. 2019. № 4. P. 49-51.

Цель исследований - разработка биокаталитических и биосинтетических процессов переработки вторичных продуктов производства тритикалевого крахмала с получением белковых концентратов пищевого и кормового назначения; характеристика их состава и свойств.

Объекты и методы исследований. Тритикалевый экстракт (ТЭ) получали из трех сортов зерна в процессе выделения крахмала А [1]. Для получения пищевых белковых препаратов с ТЭ использовали цельносмолотую гороховую муку и ферментные препараты (ФП) с ксиланазной, цитолитической, амилазной, глюкоами-лазной и протеолитической активностью от компании Novozymes А/S и фирмы Erbslon. Получение пищевого белкового концентрата (БК) изТЭ осуществляли в комбинации с мукой при соотношении белка в них 1:3 и 1:5. В водную среду последовательно вносили гидролитические ФП различного действия с учетом их оптимальных условий действия. Экстракты белков объединяли, концентрировали, белки осаждали в изоэлектрической точке [1] и высушивали лиофильным способом.

Биологическую переработку сывороточных вод, оставшихся после выделения белков, проводили с композицией из дрожжей Saccharomy cescerevisiae и дрожжепо-добного гриба Geotrichum candidum 977 по разработанной ранее схеме [2]. Массовую долю белка в сырье и препаратах определяли по методу Кьельдаля (Nx6,25), жира, золы - по стандартным методикам.

Экспериментальная часть. Соотношения белков рассчитывали с помощью специальной компьютерной программы с учетом массовой доли аминокислот в 100 г продукта, массовой доли белка в продукте

и «эталонной» шкалы ФАО/ВОЗ (1973 г.). При сбалансировании белка тритика-Полученные значения аминокислотного ле белком гороха при их соотношениях скора приведены в табл. 1. 1:3-1:5 скор серосодержащих аминокис-

Таблица 1

Аминокислотный скор белков зерна и композитов_

Продукт Аминокислоты, %

Лизин Треонин Метионин + Цистин

Зерно тритикале 58 76 85

Гороховая мука 137 102 54

Белковые композиты, соотношение белка

Тритикале: горох (1:3) 117 96 65

Тритикале: горох (1:5) 122 100 60

Таблица 2

Химический состав БК из ТЭ и гороховой муки_

Соотношение белка ТЭ и гороховой муки в составе БК Влажность, % Массовая доля, % на СВ

Белок (Nx6,25) Жир Зола Углеводы

1:3 2,90±0,04 80,40±1,03 1,97±0,04 3,53±0,06 14,10±1,0

1:5 4,80±0,03 75,44±0,09 4,94±0,20 2,93±0,3 16,73±0,7

Функциональные свойства

Растворимость, % ВСС, % ЖСС, % ЖЭС, %

1:3 0,39±0,05 230±2 131±0,5 45,0±1,0

1:5 0,13±0,03 263±1 131±0,0 45,0±0,0

Примечание: ВСС — водосвязывающая способность, ЖСС — жиросвязывающая способность, ЖЭС — жироэмульгирующая способность

Таблица 3

Химический состав сыворотки и микробно-растительных препаратов

Продукт Влажность, % Белок (Nx6,25), % на СВ Зола, %на СВ

Тритикале: горох 1:3

Сыворотка исходная 84,4 23,0±1,90 8,91±0,20

Культуральная жидкость 87,0 27,4 ±0,1 11,52±0,14

Биомасса 2,70 55,8±0,2 8,27±0,62

Тритикале: горох 1:5

Сыворотка исходная 90,0 29,6±0,30 8,61±0,43

Культуральная жидкость 78,0 13,2±0,21 4,19±0,10

Биомасса 1,95 74,1±1,01 3,35±0,11

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ И КОРМОВ

лот не превышал 70 %. В то же время скор треонина практически равнялся 100 %, лизина выше - 100 %. Показатели состава и функциональных свойств БК приведены в табл. 2. Концентраты имели высокую массовую долю белка (75-80 %). Все функциональные свойства, как и химические показатели БК, аналогичны показателям коммерческих образцов сухой пшеничной клейковины.

Сывороточные воды, образующиеся после осаждения белка, использовали в процессе биоконверсии в качестве питательной среды для композиции из дрожжей Saccharomyces cerevisiae и дрожже-подобного гриба Geotrichum candidum 977. В результате получены высокобелковые микробно-растительные препараты (55,8 % и 74,1 % белка) для использования в качестве кормовой добавки в рецепты комбикормов (табл. 3).

Выводы. С использованием ферментов класса гидролаз разработан процесс по-

лучения пищевых БК из ТЭ и гороховой муки с комплементарным составом аминокислот, лимитирующих для зерновых культур по лизину, треонину и сумме ме-тионина с цистином при соотношении белка тритикале и гороха 1:3 и 1:5. БК имели показатели химического состава и функциональных свойств, аналогичные составу и свойствам белковых концентратов, полученных из других зерновых культур. Доказана целесообразность проведения биоконверсии сывороточных вод, остающихся после выделения белковых композитов из ТЭ и гороховой муки, для выращивания кормового микробного препарата с грибом Geotrichum candidum 977 в комбинации с дрожжами Saccharomyces cerevisiae.

ЛИТЕРАТУРА

1. Андреев, Н.Р. К вопросу глубокой переработки зерна тритикале / Н.Р. Андреев, В.В. Колпакова, В.Г. Гольдштейн // Пи-

щевая промышленность. - 2018. - № 9. -С. 30-33.

2. Андреев, Н.Р. Утилизация вторичных продуктов переработки тритикале с получением кормового микробно-растительного концентрата для прудовых рыб / Н.Р. Андреев // Юг России: экология, развитие, 2017. -№ 4. - С. 90-104.

REFERENCES

1. Andreev, N.R. K voprosu glubokoj pe-rerabotki zerna tritikale/ N.R. Andreev, V.V. Kolpakova, V.G. Gol'dshtejn // Pishhevaja promyshlennost'. - 2018. - № 9. - S. 3033.

2. Andreev, N.R. Utilizacija vtorichnyh produktov pererabotki tritikale s polucheniem kormovogo mikrobno-rastitel'nogo koncentra-ta dlja prudovyh ryb / N.R. Andreev // Jug Rossii: jekologija, razvitie, 2017. - № 4. -S. 90-104.

Авторы

Куликов Денис Сергеевич, Гулакова Валентина Андреевна,

Колпакова Валентина Васильевна, д-р техн. наук, профессор ВНИИ крахмалопродуктов - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, 1

40051, Московская обл., Люберецкий район, п. Красково,

ул. Некрасова, д. 11.

vniik@aпisp.пJ,denismatah@maiLпJ

Уланова Рузалия Владимировна, канд. биол. наук

Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского ФИЦ Биотехнологии РАН,

119071, г. Москва, Ленинский пр-т, д. 33, стр. 2,

info@fbras.ru, coLodovnicova@rambter.ru

Authors

Kulikov Denis Sergeevich, Gulakova ValentinaA ndreevna,

Kolpakova Valentina Vasil'evna, Doctor of Technical Sciences, Professor All-Russian Scientific-Research Institute of Starch Products - Branch of the Federal Science Center of Food Systems V.M. Gorbatov RAS, 11, Nekrasovstr., Kraskovo, Lyubertsy district, Moscow region, 140051, vniik@arrisp.ru, denisma1ah@mai1.ru

Ulanova Ruzaliya Vladimirovna, Candidate of Biological Sciences Institute of Microbiology named after S.N. Vinogradsky Federal Research Center for Biotechnology RAS, 33, build.2, Leninsky Prospect, Moscow, 119071, info@fbras.ru, co1odovnicova@ramb1er.ru

УДК 663.15 DOI: 10.24411/0235-2486-2019-10026

Применение индуцированного мутагенеза для повышения активности грибных продуцентов ферментов для пищевой промышленности

Е.В. Костылева, канд. техн. наук; Н.В. Цурикова, канд. техн. наук; A.C. Середа, канд. техн. наук; И.А. Великорецкая; А.М. Айсина

ВНИИ пищевой биотехнологии - филиал ФИЦ питания, биотехнологии и безопасности пищи, Москва

Реферат

Индуцированный мутагенез широко используется для повышения активности микробных продуцентов ферментов для различных отраслей промышленности. Нами были разработаны эффективные схемы УФ- и гамма-мутагенеза мицелиаль-ных грибов родов Aspergillus и Trichoderma - продуцентов карбогидраз, что позволило существенно увеличить продукцию целевых ферментов штаммами.

Ключевые слова

мицелиальные грибы, мутагенез, глюкоамилаза, а-амилаза, ксиланаза, эндоглюканаза Цитирование

Костылева Е.В., Цурикова Н.В., Середа А.С., Великорецкая И.А., Айсина А.М. (2019) Применение индуцированного мутагенеза для повышения активности грибных продуцентов ферментов для пищевой промышленности // Пищевая промышленность. 2019. № 4. С. 51-53.

The use of induced mutagenesis to increase the activity of fungal enzyme producers for the food industry

E.V. Kostyleva, Candidate of Technical Sciences; N.V. Tsurikova, Candidate of Technical Sciences; A.S. Sereda, Candidate of Technical Sciences; I.A. Velikoretskaya; A.M. Aysina

All-Russian Scientific-Research Institute of Food Biotechnology - Branch of the Federal Research Center for Nutrition, Biotechnology and Food Safety, Moscow