ОБОГАЩЁННАЯ МИКРОБНАЯ БИОМАССА: СТАБИЛЬНОСТЬ И ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ БИОДОСТУПНОСТЬ ЦЕЛЕВЫХ МЕТАБОЛИТОВ

Ринат Ильгидарович Фаткуллин; Ирина Валерьевна Калинина; Наталья Владимировна Науменко

Авторы

Ринат Ильгидарович Фаткуллин Южно-Уральский государственный университет
Ирина Валерьевна Калинина Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия
Наталья Владимировна Науменко Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия

Ключевые слова:

микробная биомасса, послеспиртовая барда, эргостерин, витамин B12, термостабильность, переваривание in vitro, потенциальная биодоступность

Аннотация

Биологически активные вещества, продуцируемые микроорганизмами, представляют собой перспективный ресурс для получения функциональных пищевых ингредиентов. Настоящее исследование направлено на оценку функционального потенциала биомассы микро-организмов, обогащенной биологически активными веществами. Микроорганизмы-продуценты: Saccharomyces cerevisiae и Propionibacterium freudenreichii. Культивирование продуцентов вели на питательных средах со сложным составом, который включал компоненты послеспиртовой барды. В качестве ключевых метаболитов – биологически активных веществ, рассматривались эргостерин как предшественник витамина D2 и витамин B12. При сравнении с контрольными ус-ловиями культивирования выход сухой биомассы S. cerevisiae был увеличен с 8,7 до 10,9 г/л и содержание эргостерина – с 0,82 до 1,21 %. Для пропионовокислых бактерий выход биомассы увеличился с 6,8 до 8,0 г/л, содержание витамина B12 – с 43,6 до 72,4 мкг/г сухой биомассы. На следующем этапе исследований была проведена оценка потенциальной стабильности биологически активных веществ в составе микробной биомассы при воздействии повышенных температур. Эргостерин при обработке высокими температурами показал более высокую устойчивость: после воздействии 100 °C в течение 5 мин сохранялось 84,3 % исходного количества биологически активного вещества, для витамина B12 значение составило 68,8 %. В условиях смоделированного переваривания в желудочной и кишечной фазах сохранность эргостерина составила 93,4 и 86,0 %, витамина B12 – 89,4 и 80,0 % соответственно. Полученные результаты продемонстрировали возможность использования обогащенной микробной биомассы как источника биологически активных веществ, потенциально устойчивых при технологическом воздействии и пищеварении.

Биографии авторов

Ринат Ильгидарович Фаткуллин, Южно-Уральский государственный университет

кандидат технических наук, доцент кафедры пищевых и биотехнологий

Ирина Валерьевна Калинина, Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия

доктор технических наук, профессор, доцент кафедры пищевых и биотехнологий

Наталья Владимировна Науменко, Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия

доктор технических наук, доцент кафедры пищевых и биотехнологий

Библиографические ссылки

1. Калинина И.В. Возможность использования вторичного сырья в качестве питательной среды для синтеза эргостерола дрожжами вида Saccharomyces cerevisiae / И.В. Калинина, Д.Д. Ни, С.С. Черняев и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Пищевые и биотехнологии». 2020. Т. 8, № 4. С. 59–68. DOI: 10.14529/food200408.

2. Калинина И.В., Потороко И.Ю. Методологические подходы создания обогащенных про-дуктов питания с доказанной эффективностью // Вестник ЮУрГУ. Серия «Пищевые и биотех-нологии». 2019. Т. 7, № 1. С. 5–11. DOI: 10.14529/food190101.

3. Assis D.A.D. Delivery system of vitamin B12 in plant-based food products from Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii ATCC 13673 grown in agro-industrial by-products / D.A.D. Assis, M.J. Warren, P. Kroon, M.A.Z. Ayub // Food Bioscience. 2025. Vol. 71. Article 107347. DOI: 10.1016/j.fbio.2025.107347.

4. Brodkorb A. INFOGEST static in vitro simulation of gastrointestinal food digestion / A. Brodkorb, L. Egger, M. Alminger [et al.] // Nature Protocols. 2019. Vol. 14, no. 4. P. 991–1014. DOI: 10.1038/s41596-018-0119-1.

5. Bücher C., Burtscher J., Domig K.J. Propionic acid bacteria in the food industry: An update on essential traits and detection methods // Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2021. Vol. 20, no. 5. P. 4299–4323. DOI: 10.1111/1541-4337.12804.

6. Călinoiu L.F. In situ fortification of cereal by-products with vitamin B12: An eco-sustainable approach for food fortification / L.F. Călinoiu, R. Odochean, G.A. Martău [et al.] // Food Chemistry. 2024. Vol. 460, pt. 3. Article 140766. DOI: 10.1016/j.foodchem.2024.140766.

7. Calvillo A. Bioprocess strategies for vitamin B12 production by microbial fermentation and its market applications / A. Calvillo, T. Pellicer, M. Carnicer, A. Planas // Bioengineering. 2022. Vol. 9, no. 8. Article 365. DOI: 10.3390/bioengineering9080365.

8. Carbonell-Capella J.M. Analytical methods for determining bioavailability and bioaccessibility of bioactive compounds from fruits and vegetables: A review / J.M. Carbonell-Capella, M. Buniowska, F.J. Barba et al. // Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2014. Vol. 13, no. 2. P. 155–171. DOI: 10.1111/1541-4337.12049.

9. Chamlagain B. Effect of the lower ligand precursors on vitamin B12 production by food-grade propionibacteria / B. Chamlagain, P. Deptula, M. Edelmann et al. // LWT – Food Science and Tech-nology. 2016. Vol. 72. P. 117–124. DOI: 10.1016/j.lwt.2016.04.023.

10. Chamlagain B. Bioaccessibility of vitamin B12 synthesized by Propionibacterium freudenreichii and from products made with fermented wheat bran extract / B. Chamlagain, L. Peltonen, M. Edelmann [et al.] // Current Research in Food Science. 2021. Vol. 4. P. 499–502. DOI: 10.1016/j.crfs.2021.07.009.

11. Dank A. Microaerobic metabolism of lactate and propionate enhances vitamin B12 production in Propionibacterium freudenreichii / A. Dank, G. Biel, T. Abee, E.J. Smid // Microbial Cell Facto-ries. 2022. Vol. 21. Article 225. DOI: 10.1186/s12934-022-01945-8.

12. Faubel N. Bioaccessibility of plant sterols in wholemeal rye bread using the INFOGEST pro-tocol: Influence of oral phase and enzymes of lipid metabolism / N. Faubel, M. Makran, A. Cilla, A. Alegría, R. Barberá, G. Garcia-Llatas // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2022. Vol. 70, no. 41. P. 13223–13232. DOI: 10.1021/acs.jafc.2c04024.

13. Jordá T., Puig S. Regulation of ergosterol biosynthesis in Saccharomyces cerevisiae // Genes. 2020. Vol. 11, no. 7. Article 795. DOI: 10.3390/genes11070795.

14. Makran M. Sterol bioaccessibility in a plant sterol-enriched beverage using the INFOGEST digestion method: Influence of gastric lipase, bile salts and cholesterol esterase / M. Makran, N. Faubel, G. López-García et al. // Food Chemistry. 2022. Vol. 382. Article 132305. DOI: 10.1016/j.foodchem.2022.132305.

15. Minekus M. A standardised static in vitro digestion method suitable for food – an international consensus / M. Minekus, M. Alminger, P. Alvito [et al.] // Food & Function. 2014. Vol. 5, no. 6. P. 1113–1124. DOI: 10.1039/C3FO60702J.

16. Piwowarek K. Propionibacterium spp. – source of propionic acid, vitamin B12, and other me-tabolites important for the industry / K. Piwowarek, E. Lipińska, E. Hać-Szymańczuk et al. // Applied Microbiology and Biotechnology. 2018. Vol. 102, no. 2. P. 515–538. DOI: 10.1007/s00253-017-8616-7.

17. Tan T., Zhang M., Gao H. Ergosterol production by fed-batch fermentation of Saccharomyces cerevisiae // Enzyme and Microbial Technology. 2003. Vol. 33, no. 4. P. 366–370. DOI: 10.1016/ S0141-0229(03)00132-7.

18. Tomé D. Yeast extracts: Nutritional and flavoring food ingredients // ACS Food Science & Technology. 2021. Vol. 1, no. 4. P. 487–494. DOI: 10.1021/acsfoodscitech.0c00131.

19. van Bokhorst-van de Veen H. In situ fortification of protein-enriched brewer’s spent grain with vitamin B12 by fermentation with Priestia megaterium and Propionibacterium freudenreichii / H. van Bokhorst-van de Veen, L. Berendsen, M. Helmond et al. // LWT. 2024. Vol. 205. Article 116520. DOI: 10.1016/j.lwt.2024.116520.

20. Young S., Rai R., Nitin N. Bioaccessibility of curcumin encapsulated in yeast cells and yeast cell wall particles // Food Chemistry. 2020. Vol. 309. Article 125700. DOI: 10.1016/j.food-chem.2019.125700.