BIOTHINSESIS OF CITRIC ACID, AMYLASE AND AMYLASE INHIBITORS AT BIOCONVERSION OF STARCH HYDROLYSATES

Шарова Н.Ю.

Кандидат биологических наук, Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт пищевых ароматизаторов, кислот и красителей Российской академии сельскохозяйственных наук

БИОСИНТЕЗ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ, АМИЛОЛИТИЧЕСКИХ ФЕРМЕНТОВ И ИНГИБИТОРОВ АМИЛАЗ ПРИ БИОКОНВЕРСИИ ГИДРОЛИЗАТОВ КРАХМАЛА

Аннотация

Целью исследований является разработка технологии, позволяющей получить в одном биотехнологическом процессе несколько продуктов микробного синтеза, являющихся субстанциями для создания пищевых добавок. В ходе экспериментов установлены закономерности биосинтеза лимонной кислоты, амилаз и их ингибиторов при ферментации гидролизатов крахмала культурой Aspergillus niger. В результате разработаны подходы для регуляции направленности процессов биосинтеза на клеточном уровне.

Ключевые слова: лимонная кислота, амилазы, ингибиторы амилаз.

Sharova N.Yu.

PhD in Biology, All-Russia Scientific Research Institute for food flavours, acids and colours of the Russian academy of agricultural sciences

BIOTHINSESIS OF CITRIC ACID, AMYLASE AND AMYLASE INHIBITORS AT BIOCONVERSION OF STARCH HYDROLYSATES

The purpose of researches is development of the technology, allowing to receive some products of microbial synthesis being substances for creation of food additives in one biotechnological process. During experiments consistent patterns of biosynthesis of citric acid, amylases and their inhibitors are determined at a fermentation of starch hydrolyzates by Aspergillus niger. Approaches are as a result developed for regulation of an orientation of biosynthesis processes at cellular level.

Keywords: citric acid, amylases, amylases inhibitors.

Результаты исследований показали, что штаммы микромицета Aspergillus niger F-171 и F-719 при культивировании на гидролизатах различных крахмалов наряду с продуцированием основного метаболита - лимонной кислоты – обладают способностью к продуктивному биосинтезу амилаз. Выявлено, что синтез α-амилазы и глюкоамилазы имеет двухфазный характер аналогично цитратсинтазе – ключевому регуляторному ферменту цикла трикарбоновых кислот в комплексе реакций биосинтеза лимонной кислоты. Полученные закономерности позволили установить оптимальные параметры ферментации для биосинтеза нескольких метаболитов, а именно лимонной кислоты, амилолитичских ферментов и их ингибиторов. Оценка функций амилаз и ингибиторов в биотехнологическом процессе показала, что индуцибельные ферменты катализируют гидролиз углеводов питательной среды и обеспечивают продуцент дополнительными простыми сахарами, ферментируемыми, в лимонную кислоту. Ингибиторы амилаз, образующиеся в стационарной фазе развития продуцентов при лимитировании концентрации углеводов в культуральной среде, подавляют активность ферментов для регулирования скорости реакций гидролиза.

На основании полученных данных доказана возможность регуляции направленности биосинтеза в результате сбалансированности состава питательной среды по содержанию моно-, ди и олигосахаридов и источников азота. Разработанные режимы ферментации гидролизатов кукурузного, пшеничного, ржаного, картофельного, соргового крахмалов позволили повысить продуктивность биотехнологического процесса по амилазам и ингибитору амилаз в 3-4 раза. Ферментативная активность в культуральной жидкости составила по α-амилазе (4,1±0,2) ед. АС/см³, по глюкоамилазе – (140±6) ед. ГлС/см³, ингибиторная активность – (50±5) ИЕ/см³. Показатель «интенсивность биосинтеза лимонной кислоты» находился на уровне (20±2) г/(дм³·сут).

В результате исследования свойств культуральной жидкости разработан мембранный способ выделения лимонной кислоты в жидком и кристаллическом виде в количестве (82±4) г/дм³.В качестве дополнительных продуктов получены препараты кислотостабильных амилаз с активностями (700±20) ед. АС/г и (5000±50) ед. ГлС/г, препарат ингибитора с активностью (100±10) ИЕ/г. Выделенные ферментные препараты конкурируют с известными мультиэнзимными композициями, которые составлены из амилаз, синтезируемых разными продуцентами. Разработан состав комплексной пищевой добавки Глюкоамилонигрин, содержащий амилазы и лимонную кислоту, продуцируемые аспергиллом-кислотообразователем, для интенсификации процессов брожения и улучшения свойств готовой продукции в пивоварении и хлебопечении. Как показали исследования, для представителей аспергиллов скорее не характерно свойство продуцировать ингибиторы амилаз. Установлено, что полученный препарат ингибитора содержит несколько веществ углеводной природы, подавляющих активность не только собственных амилаз продуцента Aspergillus niger, но и α-амилазы и глюкоамилазы из организма животных и человека. В перспективе ингибиторы амилаз могут составить альтернативу антидиабетическим средствам с иным механизмом действия. Создается возможность расширения ассортимента функциональных пищевых продуктов диетического направления с низким гликемическим индексом.

В итоге разработана и защищена патентами конкурентоспособная «совмещенная» технология лимонной кислоты и амилолтических ферментов и технология комплексных пищевых добавок на их основе  [1].

Литература

1. Шарова, Н.Ю. Регуляция направленности биосинтеза лимонной кислоты при биоконверсии гидролизатов крахмала плесневым грибом Aspergillus niger/Н.Ю. Шарова, Т.А. Никифорова //Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2007. - № 6. - С. 19-21.