Biotechnological aspects of the creation of a protein-polysaccharide feed enricher based on secondary food production

Е. M. Serba; Серба Е. М.; P. Y. Tadzhibova; Таджибова П. Ю.; L. V. Rimareva; Римарева Л. В.; А. Yu. Krivova; Кривова А. Ю.; М. B. Overchenko; Оверченко М. Б.; N. I. Ignatova; Игнатова Н. И.; N. A. Kuznetsova; Кузнецова Н. А.

doi:10.30850/vrsn/2019/3/56-59

Биотехнологические аспекты создания белково-полисахаридного обогатителя кормов на основе вторичного сырья пищевых производств

Авторы: Серба Е.М.¹, Таджибова П.Ю.¹, Римарева Л.В.¹, Кривова А.Ю.¹, Оверченко М.Б.¹, Игнатова Н.И.¹, Кузнецова Н.А.¹
Учреждения:
1. Всероссийский научно-исследовательский институт пищевой биотехнологии – филиал «ФИЦ питания, биотехнологии и безопасности пищи»
Выпуск: № 3 (2019)
Страницы: 56-59
Раздел: Биотехнология
URL: https://clinpractice.ru/2500-2082/article/view/15233
DOI: https://doi.org/10.30850/vrsn/2019/3/56-59
ID: 15233

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Исследован синтез биологически полноценного белка, полисахаридов, в том числе хитино-глюкано-маннанового комплекса непатогенным штаммом гриба Aspergillus oryzae в процессе твердофазного культивирования на вторичном сырье перерабатывающих отраслей АПК. Уровень содержания сырого протеина на среде с подсолнечным шротом составил 78,0%, что в два раза превосходило показатели исходной среды (38,6%); более высокое накопление белковых веществ достигнуто на средах с подсолнечным шротом и зерновой бардой (4:1) — 86,4%. Установлено, что среды, содержащие зерновую барду в своем составе, обеспечивали наиболее высокое накопление полисахаридов — 25,0—30,0%, что в 1,5раза выше, чем на исходной среде. Введение в состав питательной среды подсолнечного шрота в количестве 20 и 80% зерновой барды позволило увеличить выход хитино-глюканового комплекса до 32%, при этом количество белка составило 76%. Содержание незаменимых аминокислот микробной биомассы, выросшей на среде с подсолнечным шротом, возросло в I,8 раза и составило I43,7 мг/г. При этом основное увеличение незаменимых аминокислот приходилось на метионин, изолейцин, лейцин, фенилаланин, триптофан, валин. Полученные результаты могут быть использованы для производства белково-полисахаридного обогатителя кормов с сорбирующими свойствами.

Ключевые слова

мицелиальный гриб, тверДофазное культивирование, протеин, аминокислоты, полисахариДы, обогатителя пищи и кормов

Полный текст

Биотехнологию применяют в силосовании кормов для повышения усвоения растительной биомассы, утилизации отходов животноводческих ферм, получения экологически чистых органических удобрений на основе переработки отходов растениеводства и животноводства. Белковые вещества, полученные с помощью микроорганизмов, используют в виде кормовых добавок. Продуцентами кормового белка могут быть бактерии, дрожжи, микроскопические водоросли, микро- и макроми- цеты. В последнее время ведут активные исследования биохимических и структурно-функциональных свойств биомассы грибов, выявляют перспективы ее использования в качестве субстрата для получения белково-аминокислотных кормовых добавок и функциональных ингредиентов. [1, 3, 7, 9, 13, 15]

Микромицеты легко выращивать в производственных условиях на любых субстратах, они способствуют синтезу гидролитических ферментов, устойчивы к микробной контаминации. [12] Биомасса грибов содержит белка больше, чем зерно злаковых культур, несколько уступая лишь по аминокислотному составу протеину молока и рыбной муки, богата витаминами (тиамин, рибофлавин, пантотеновая кислота, никотиновая кислота, пиридоксин, фолиевая кислота, а также холин, инозит и др.). Важное свойство мицелиальной биомассы грибов рода Aspergillus — высокое содержание ценных полисахаридов широко используют в прикладных исследованиях. [4, 11] Установлено, что содержащийся в грибах хитино-глюкановый комплекс обладает существенной сорбционной способностью. [6, 8, 12] Белки большей части микро- мицетов лимитированы по сумме аминокислот, содержащих серу. Вместе с тем, они богаты лизином и метионином — основными незаменимыми аминокислотами, недостающими в белке зерновых культур. Результаты проведенных ранее исследований показали возможность использования биомассы гриба Aspergillus oryzae как субстрата в биотехнологии функциональных добавок. [1, 2] Выявлено, что мицелиальные грибы в процессе глубинного культивирования синтезируют биологически полноценный белок, ценные полисахариды, в том числе аминополисахариды. Однако уровень образования полимеров в биомассе гриба при этом недостаточно высокий — 18.25% белковых веществ и 20.25% полисахаридов.

Цель работы — поиск условий создания белково- полисахаридного обогатителя кормов, обогащенных незаменимыми аминокислотами, на основе гриба Aspergillus oryzae.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объектом исследования служил непатогенный штамм Aspergillus oryzae RCAM 01133 из коллекции микроорганизмов ВНИИ пищевой биотехнологии; штамм депонирован в Ведомственной коллекции полезных микроорганизмов сельскохозяйственного назначения. [2] Отличительная особенность данного штамма — высокая скорость роста и пониженное спорообразование, что делает его перспективным для использования в технологиях, основанных на твердофазном культивировании.

Культивировали гриб при 30°С на натуральных питательных средах, в состав которых входило вторичное сырье (ВС) пищевых производств (пшеничные отруби, подсолнечный шрот, сухая зерновая барда, солодовые ростки и их комбинации в различных соотношениях). Подготовленные питательные среды влажностью 55.60% стерилизовали при 0,1 МПа в течение 40 мин.

Культуру тестировали по уровню накопления белковых веществ, полисахаридов и гидролитических ферментов. Содержание полисахаридов определяли колориметрическим методом по уровню образования общих редуцирующих веществ (ОРВ) после кислотного гидролиза; общего белка — по методу Къельдаля (ГОСТ 32044.1-2012) на автоматической установке «Vadopest»; концентрацию аминокислот — с использованием аминокислотного анализатора «KNAUER» (Германия); аминограммы просчитывали методом сравнения площадей стандарта и образца. [5] Амилолитическую активность (АС) определяли по ГОСТ Р 54330-2011, общую протеолитическую активность (ПС) — ГОСТ Р 53974-2010 с использованием в качестве субстрата гемоглобин.

Данные обрабатывали не менее, чем в трех повторностях с помощью программы Microsoft Excel и использованием коэффициента Стьюдента (доверительный интервал — 0,95).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Установлено, что накопление белковых веществ и полисахаридов хитино-глюкано-маннанового комплекса варьирует в широких пределах в зависимости от состава питательной среды (рис. 1, 3-я стр. обл.). Уровень активности амилолитических и протеолитических ферментов, синтезируемых грибом Aspergillus oryzae RCAM 01133, различен при культивировании на средах, отличающихся по составу, и влияет на накопление белка и полисахаридов в зависимости от содержания последних в исходной среде (см. таблицу). Выявлена тенденция, определяющая увеличение накопления белка при активности протеолитических ферментов от 25,0 до 12,0 ед/г и снижение образования полисахаридов при активности амилолитических ферментов выше 100,0 ед/г. Наиболее высокое накопление белковых веществ достигнуто на подсолнечном шроте и зерновой барде, что обусловливает получение белково-аминокислотных обогатителей пищи и кормов. Содержание сырого протеина по сравнению с исходной средой увеличилось на подсолнечном шроте с 38,6±3,2% до 78,0±3,4%, на зерновой барде — с 48,7±2,8% до 70,4±3,1%. Следует отметить, что количество белка в поверхностной культуре гриба более чем в три раза превышает аналогичные показатели в глубинной культуре. [3]

Накопление биополимеров культурой Aspergillus oryzae RCAM 01133 при твердофазном культивировании

Питательная среда	Ферментативная активность, ед./г		Содержание биополимеров, %
	амилолитическая (АС)	протеолитическая (ПС)	белка в		полисахаридов (ОРВ) в
			исходной среде	биомассе	исходной среде	биомассе

Пшеничные	105,0±5,2	64,0±3,2	12,0±1,5	24,0±1,8	52,0±3,8	28,0±2,4
отруби
Подсолнечный шрот	110,3±5,5	20,5±1,5	38,0±3,5	78,0±5,1	25,0±2,4	15,0±0,5
Зерновая барда	63,1±3,1	12,0± 0,6	48,0±3,2	70,0±4,2	15,0±2,0	26,0±1,4
Солодовые ростки	43,1±2,2	25,0±0,8	22,0±1,5	42,0±3,7	14,0±1,8	24,0±1,4

Чтобы активизировать способность штамма гриба A. oryzae RCAM 01133 к синтезу белковых веществ и полисахаридов при твердофазном культивировании использовали комбинированные питательные среды, содержащие в качестве основных компонентов подсолнечный шрот, зерновую барду, пшеничные отруби и солодовые ростки (рис. 2а, б, 3-я стр. обл.).

На среде с подсолнечным шротом (80%) и зерновой бардой (20%) зафиксировано наибольшее накопление белка, а при равном количестве зерновой барды и подсолнечного шрота - полисахаридов.

Анализ аминокислотного состава полученных образцов микробной биомассы выявил повышение содержания незаменимых аминокислот по сравнению с их исходным содержанием в питательных средах. На среде с подсолнечным шротом их общее количество возросло в 1,8 раза и составило 143,7 мг/г (в исходной среде - 80,6 мг/г), а на среде с подсолнечным шротом и зерновой бардой (4:1) - в 2,0 раза (до 152,2 мг/г). При этом основное увеличение незаменимых аминокислот приходилось на аминокислоты - метионин, изолейцин, лейцин, фенилаланин, триптофан, валин (рис. 3, 3-я стр. обл.).

Таким образом, проведенные исследования выявили возможность получения белково-аминокислотных кормовых добавок с повышенным содержанием незаменимых АК на основе твердофазного культивирования гриба Aspergillus oryzae RCAM 01133.

Однако комплекс белок-полисахариды на вышеназванных средах значительно отличался по содержанию полисахаридов. Так, использование подсолнечного шрота снизило содержание ОРВ почти в два раза по сравнению с исходной средой, а при культивировании на среде, содержащей подсолнечный шрот и зерновую барду (4:1) этот показатель превысил исходный уровень на 30%. Повышение концентрации зерновой барды в среде привело к более существенному увеличению уровня синтеза хитино-глюканового комплекса. Полученные результаты могут быть использованы для производства биопрепаратов с сорбирующими свойствами. Наряду с этим, возможно создание белково-аминокислотного обогатителя кормов с сорбирующими свойствами при использовании твердофазного культивирования на питательной среде, содержащей подсолнечный шрот 20% и 80% зерновой барды, где содержание белка в биомассе составило 76%, а полисахаридов хитино-глюкано-маннанового комплекса 32%, что в 1,5 раза выше, чем на исходной среде.

Об авторах

Е. М. Серба

Всероссийский научно-исследовательский институт пищевой биотехнологии – филиал «ФИЦ питания, биотехнологии и безопасности пищи»

Автор, ответственный за переписку.
Email: serbae@mail.ru

доктор биологических наук, профессор РАН