Получение белкового концентра из дрожжевой биомассы Kluyveromyces marxianus van der Walt (1965)
Автор: Фоменко И.А., Дегтярев И.А., Иванова Л.А., Машенцева Н.Г.
Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology
Рубрика: Кормовые добавки
Статья в выпуске: 6 т.56, 2021 года.
Бесплатный доступ
Недостаток белка в рационе влечет за собой нарушение азотистого обмена. По оценкам экспертов, к 2024 году рынок кормовых протеинов превысит 200 млрд долларов США. В России дефицит кормовых протеинов составляет более 1 млн т. Традиционные источники белка не в состоянии удовлетворить суточную потребность в пищевом и кормовом протеинах по экономическим и социальным причинам, поэтому растет интерес к источникам альтернативного белка. Настоящее сообщение представляет результаты получения белкового концентрата на основе биомассы термотолерантных дрожжей K. marxianus , выращиваемой на малоиспользуемом в биоконверсии отходе масличного производства - лузге подсолнечника. Дрожжи этого вида повышают усвояемость кормов, используются в пищевой промышленности при ферментации соевого молока, мягкого сыра и в качестве усилителя вкуса. Целью исследования была разработка технологии получения белкового концентрата из дрожжевой биомассы K. marxianus и обоснование целесообразности его применения в качестве кормовой и пищевой добавки. Штамм K. marxianus Y-4570 отобран в результате скрининга на ферментолизате подсолнечной лузги как наиболее продуктивный по накоплению биомассы (до 30 г/л) и сырого протеина (59,29±2,96 %). Для получения белковой биомассы дрожжи культивировали многоцикличным полунепрерывным способом в лабораторном ферментере на солевой среде с ферментолизатом лузги подсолнечника. Были определены технологические параметры, позволяющие получить белковый концентрат, содержащий не менее 60 % истинного белка, не более 2 % липидов и не более 2 % нуклеиновых кислот. Биомассу обезжиривали 60 % этиловым спиртом с гидромодулем 1:2,5 при температуре 60 °С в течение 1 ч. Остаточное содержание липидов - 1,94±0,09 %. Денуклеинизацию проводили методом активации собственных эндонуклеаз клетки при температуре 40-60 °С. Нуклеиновые кислоты удаляли при температуре 50 °С, гидромодуле 1:7 в течение 1 ч. Остаточное содержание нуклеиновых кислот - 1,97±0,10 %. Готовый продукт содержит 65,94±3,14 % истинного белка, что удовлетворяет требованиям, предъявляемым к белковым концентратам. Анализ аминокислотного состава белкового концентрата показал, что содержание практически всех незаменимых аминокислот превосходит таковое в исходной дрожжевой биомассе, за исключением глицина, лейцина и гистидина. За счет уменьшения содержания липидов и нуклеиновых кислот, а также за счет концентрирования веществ, содержащихся в исходной биомассе при уменьшении массовой доли влаги на этапе высушивания, происходит относительное увеличение содержания аминокислот. Белковый концентрат на основе биомассы дрожжей K. marxianus Y-4570 предназначен для использования в качестве кормовой и пищевой добавки с целью обогащения продуктов незаменимыми аминокислотами.
Белковый концентрат, белок, липиды, нуклеиновые кислоты, kluyveromyces marxianus, дрожжи, денуклеинизация, обезжиривание, идеальный белок
Короткий адрес: https://sciup.org/142231907
IDR: 142231907 | DOI: 10.15389/agrobiology.2021.6.1172rus
Список литературы Получение белкового концентра из дрожжевой биомассы Kluyveromyces marxianus van der Walt (1965)
- Shurson G.C. Yeast and yeast derivatives in feed additives and ingredients: Sources, characteristics, animal responses, and quantification methods. Animal Feed Science and Technology, 2018, 235: 60-76 (doi: 10.1016/j.anifeedsci.2017.11.010).
- Cocchi L., Vescovi L., Petrini L.E., Petrini O. Heavy metals in edible mushrooms in Italy. Food Chemistry, 2006, 98(2): 277-284 (doi: 10.1016/j.foodchem.2005.05.068).
- Demirbaş A. Accumulation of heavy metals in some edible mushrooms from Turkey. Food Chem-istry, 2000, 68(4): 415–-419 (doi: 10.5772/52771).
- Bach F., Helm C.V., Bellettini M.B., Maciel G.M., Haminiuk C.W.I. Edible mushrooms: a potential source of essential amino acids, glucans and minerals. International Journal of Food Science & Technology, 2017, 52(11): 2382-2392 (doi: 10.1111/ijfs.13522).
- Hamzah R.U., Jigam A.A., Makun H.A., Egwim E.C. Antioxidant properties of selected African vegetables, fruits and mushrooms: a review. In: Mycotoxin and food safety in developing countries /H. Makun. IntechOpen, London, 2013: 203-250 (doi: 10.5772/52771).
- Becker E.W. Micro-algae as a source of protein. Biotechnology Advances, 2007, 25(2): 207-210 (doi: 10.1016/j.biotechadv.2006.11.002).
- Wells M.L., Potin P., Craigie J.S., Raven J.A., Merchant S.S., Helliwell K.E., Brawley S.H. Algae as nutritional and functional food sources: revisiting our understanding. Journal of Applied Phy-cology, 2017, 29(2): 949-982 (doi: 10.1007/s10811-016-0974).
- Arulkumar A., Nigariga P., Paramasivam S., Rajaram R. Metals accumulation in edible marine algae collected from Thondi coast of Palk Bay, Southeastern India. Chemosphere, 2019, 221: 856-862 (doi: 10.1016/j.chemosphere.2019.01.007).
- Fallon S., Enig M. Soy alert-tragedy and hype. Nexus Magazine, 2000, 7(3): 17-23.
- Savage J.H., Kaeding A.J., Matsui E.C., Wood R.A. The natural history of soy allergy. Journal of Allergy and Clinical Immunology, 2010, 125(3): 683-686 (doi: 10.1016/j.jaci.2009.12.994).
- Wang W., Li Z., Lv Z., Zhang B., Lv H., Guo Y. Effects of Kluyveromyces marxianus supple-mentation on immune responses, intestinal structure and microbiota in broiler chickens. PLoS ONE, 2017, 12(7): e0180884 (doi: 10.1371/journal.pone.0180884).
- Gélinas P., Barrette J. Protein enrichment of potato processing waste through yeast fermentation. Bioresource Technology, 2007, 98(5): 1138-1143 (doi: 10.1016/j.biortech.2006.04.021).
- Ghaly A.E., Kamal M.A. Submerged yeast fermentation of acid cheese whey for protein produc-tion and pollution potential reduction. Water Research, 2004, 38(3): 631-644 (doi: 10.1016/j.wa-tres.2003.10.019).
- Palma M.L., Zamith-Miranda D., Martins F.S., Bozza F.A., Nimrichter L., Montero-Lomeli M., Douradinha B. Probiotic Saccharomyces cerevisiae strains as biotherapeutic tools: is there room for improvement. Applied Microbiology and Biotechnology, 2015, 99(16): 6563-6570 (doi: 10.1007/s00253-015-6776-x).
- Haldar S., Ghosh T.K., Bedford M.R. Effects of yeast (Saccharomyces cerevisiae) and yeast pro-tein concentrate on production performance of broiler chickens exposed to heat stress and chal-lenged with Salmonella enteritidis. Animal Feed Science and Technology, 2011, 168(1-2): 61-71 (doi: 10.1016/j.anifeedsci.2011.03.007).
- Moallem U., Lehrer H., Livshitz L., Zachut M., Yakoby S. The effects of live yeast supplemen-tation to dairy cows during the hot season on production, feed efficiency, and digestibility. Journal of Dairy Science, 2009, 92(1): 343-351 (doi: 10.3168/jds.2007-0839).
- Liu S., Shah A.M., Yuan M., Kang K., Wang Z., Wang L., Xue B., Zou H., Zhang X., Yu P., Wang H., Tian G., Peng Q. Effects of dry yeast supplementation on growth performance, rumen fermentation characteristics, slaughter performance and microbial communities in beef cattle. Animal Biotechnology, 2021: 1-11 (doi: 10.1080/10495398.2021.1878204). Epub ahead of print.
- Mogensen G., Salminen S., Crittenden R., Bianchi Salvadori B., Zink R. Inventory of microor-ganisms with a documented history of use in food. Bulletin-International Dairy Federation, 2002, 377: 10-19 (doi: 10.1016/j.ijfoodmicro.2011.12.030).
- Øverland M., Karlsson A., Mydland L.T., Romarheim O.H., Skrede A. Evaluation of Candida utilis, Kluyveromyces marxianus and Saccharomyces cerevisiae yeasts as protein sources in diets for Atlantic salmon (Salmo salar). Aquaculture, 2013, 402: 1-7 (doi: 10.1016/j.aquaculture.2013.03.016).
- Rakowska R., Sadowska A., Dybkowska E., Swiderski F. Spent yeast as natural source of func-tional food additives. Roczniki Państwowego Zakładu Higieny, 2017, 68(2): 115-121.
- Pérez-Torrado R., Gamero E., Gómez-Pastor R., Garre E., Aranda A., Matallana E. Yeast bio-mass, an optimised product with myriad applications in the food industry. Trends in Food Science & Technology, 2015, 46(2): 167-175 (doi: 10.1016/j.tifs.2015.10.008).
- Ferreira I., Pinho O., Vieira E., Tavarela J.G. Brewer’s Saccharomyces yeast biomass: character-istics and potential applications. Trends in Food Science & Technology, 2010, 21(2): 77-84 (doi: 10.1016/j.tifs.2009.10.008).
- Hu Z., He B., Ma L., Sun Y., Niu Y., Zeng B. Recent advances in ergosterol biosynthesis and regulation mechanisms in Saccharomyces cerevisiae. Indian Journal of Microbiology, 2017, 57(3): 270-277 (doi: 10.1007/s12088-017-0657-1).
- Gervasi T., Pellizzeri V., Calabrese G., Di Bella G., Cicero N., Dugo G. Production of single cell protein (SCP) from food and agricultural waste by using Saccharomyces cerevisiae. Natural Product Research, 2018, 32(6): 648-653 (doi: 10.1080/14786419.2017.1332617).
- Jin Y.S., Cate J.H. Metabolic engineering of yeast for lignocellulosic biofuel production. Current Opinion in Chemical Biology, 2017, 41: 99-106 (doi: 10.1016/j.cbpa.2017.10.025).
- Kistaubayeva A., Savitskaya I., Shokataeva D., Zhabakova A., Kuli Z. Utilization of agricultural waste by yeast-bacterial conversion of cellulose-containing substrates to protein feed products. Eurasian Journal of Ecology, 2017, 51(2): 34-43 (doi: 10.26577/EJE-2017-2-765).
- Yan Z., Liu X., Yuan Y., Liao Y., Li X. Deodorization study of the swine manure with two yeast strains. Biotechnology and Bioprocess Engineering, 2013, 18(1): 135-143 (doi: 10.1007/s12257-012-0313-x).
- Matassa S., Boon N., Pikaar I., Verstraete W. Microbial protein: future sustainable food supply route with low environmental footprint. Microbial Biotechnology, 2016, 9(5): 568-575 (doi: 10.1111/1751-7915.12369).
- Halász A., Lásztity R. Use of yeast biomass in food production. CRC Press, 1991 (doi: 10.1201/9780203734551).
- Иванова И.С. Разработка технологии биологически активной добавки к пище в виде белково-углеводного концентрата из биомассы хлебопекарных дрожжей. Канд. дис. М., 2003.
- Lane M.M., Burke N., Karreman R., Wolfe K.H., O’Byrne C.P., Morrissey J.P. Physiological and metabolic diversity in the yeast Kluyveromyces marxianus. Antonie Van Leeuwenhoek, 2011, 100(4): 507-519 (doi: 10.1007/s10482-011-9606-x).
- Fonseca G.G., Heinzle E., Wittmann C., Gombert A.K. The yeast Kluyveromyces marxianus and its biotechnological potential. Applied Microbiology and Biotechnology, 2008, 79(3): 339-354 (doi: 10.1007/s00253-008-1458-6).
- Karim A., Gerliani N., Aïder M. Kluyveromyces marxianus: an emerging yeast cell factory or applications in food and biotechnology. International Journal of Food Microbiology, 2020, 333: 108818 (doi: 10.1016/j.ijfoodmicro.2020.108818).
- Varela J.A., Gethins L., Stanton C., Ross P., Morrissey J.P. Applications of Kluyveromyces marx-ianus in biotechnology. In: Yeast diversity in human welfare. Springer, Singapore, 2017: 439-453 (doi: 10.1007/978-981-10-2621-8_17).
- Lee M.H., Lin J.J., Lin Y.J., Chang J.J., Ke H.M., Fan W.L., Li W.H. Genome-wide prediction of CRISPR/Cas9 targets in Kluyveromyces marxianus and its application to obtain a stable haploid strain. Scientific Reports, 2018, 8(1): 1-10 (doi: 10.1038/s41598-018-25366-z).
- Fadda M.E., Mossa V., Deplano M., Pisano M.B., Cosentino S. In vitro screening of Kluyvero-myces strains isolated from Fiore Sardo cheese for potential use as probiotics. Food Science and Technology, 2017, 75: 100-106 (doi: 10.1016/j.lwt.2016.08.020).
- EFSA Panel on Biological Hazards (BIOHAZ). Scientific opinion on the maintenance of the list of QPS biological agents intentionally added to food and feed (2013 update). EFSA Journal, 2013, 11(11): 3449 (doi: 10.2903/j.efsa.2013.3449).
- Weigand E., Kirchgessner M. Protein and energy value of vinasse for pigs. Animal Feed Science and Technology, 1980, 5(3): 221
- Folch J., Lees M., Sloane-Stanley G.H. A simple method for the isolation and purification of total lipids from animal tissues. J. Biol. Chem., 1957, 226: 497-509 (doi: 10.1016/S0021-9258(18)64849-5).
- Karklinya V.A., Birska I.A., Limarenko Y.A. Quantitative determination of nucleic acids in Salm-onidae milt by various methods. Chem. Nat. Compd., 25, 1989: 109-112 (doi: 10.1007/BF00596713).
- Schneiter R., Daum G. Extraction of yeast lipids. Methods Mol. Biol., 2006, 313: 41-45 (doi: 10.1385/1-59259-958-3:041).
- Yang F., Xiang W., Sun X., Wu H., Li T., Long L. A novel lipid extraction method from wet microalga Picochlorum sp. at room temperature. Marine Drugs, 2014, 12(3): 1258-1270 (doi: 10.3390/md12031258).
- Kot A.M., Gientka I., Bzducha-Wróbel A., Błażejak S., Kurcz A. Comparison of simple and rapid cell wall disruption methods for improving lipid extraction from yeast cells. Journal of Microbio-logical Methods, 2020, 176: 105999 (doi: 10.1016/j.mimet.2020.105999).
- Chen M., Chen X., Liu T., Zhang W. Subcritical ethanol extraction of lipid from wet microalgae paste of Nannochloropsis sp. Journal of Biobased Materials and Bioenergy, 2011, 5(3): 385-389 (doi: 10.1166/jbmb.2011.1157).
- Caballero-Córdoba G.M., Sgarbieri V.C. Nutritional and toxicological evaluation of yeast (Saccharo-myces cerevisiae) biomass and a yeast protein concentrate. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2000, 80(3): 341-351 (doi: 10.1002/10970010(200002)80:3%3C341::AIDJSFA533%3E3.0.CO;2-M).
- Hedenskog G., Ebbinghaus L. Reduction of the nucleic acid content of single‐cell protein con-centrates. Biotechnology and Bioengineering, 1972, 14(3): 447-457 (doi: 10.1002/bit.260140313).
- Pacheco M.T.B., Caballero-Cordoba G.M., Sgarbieri V.C. Composition and nutritive value of yeast biomass and yeast protein concentrates. Journal of Nutritional Science and Vitaminology, 1997, 43(6): 601-612 (doi: 10.3177/jnsv.43.601).
- Leung A.M., Pearce E.N., Braverman L.E. Perchlorate, iodine and the thyroid. Best Practice & Re-search Clinical Endocrinology & Metabolism, 2010, 24(1), 133-141 (doi: 10.1016/j.beem.2009.08.009).
- Lukondeh T., Ashbolt N.J., Rogers P.L. Evaluation of Kluyveromyces marxianus as a source of yeast autolysates. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 2003, 30(1): 52-56 (doi: 10.1007/s10295-002-0008-y).
- Omar S.S., Merrifield D.L., Kühlwein H., Williams P.E., Davies S.J. Biofuel derived yeast protein concentrate (YPC) as a novel feed ingredient in carp diets. Aquaculture, 2012, 330: 54-62 (doi: 10.1016/j.aquaculture.2011.12.004).
- Andrade J., Pereira C.G., de Almeida J.C. Jr., Viana C.C.R., Neves de Oliveira L.N., Fonseca da Silva P.H., Bell, M.J.V., de Carvalho dos Anjos V. FTIR-ATR determination of protein con-tent to evaluate whey protein concentrate adulteration. LWT, 2019, 99: 166-172 (doi: 10.1016/j.lwt.2018.09.079).
- Consultation F.E. Dietary protein quality evaluation in human nutrition. FAO Food and Nutrition Paper, 92. Rome, 2013.
- Salvadó Z., Arroyo-López F.N., Guillamón J.M., Salazar G., Querol A., Barrio E. Temperature adaptation markedly determines evolution within the genus Saccharomyces. Applied and Environ-mental Microbiology, 2011, 77(7): 2292-2302 (doi: 10.1128/aem.01861-10).