vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/achb.983MXBKIGvuzbiochemi-1484Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯBRIEF COMMUNICATIONОценка эффективности культивирования микроорганизмов – продуцентов белка на гидролизатах пивной дробиныEfficiency of culturing protein-producing microorganisms In the hydrolysates of brewer’s spent grainhttps://orcid.org/0009-0007-4051-569XКожемякинД. С.KozhemyakinD. S.

Кожемякин Денис Сергеевич, магистрант

656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 46

Denis S. Kozhemyakin, Master’s Student

46, Lenin Ave., Barnaul, 656038

denkzm1998@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3760-6914КаменскаяЕ. П.KamenskayaE. P.

Каменская Елена Петровна, к.б.н., доцент

656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 46

Elena P. Kamenskaya, Cand. Sci. (Biology), Associate Professor

46, Lenin Ave., Barnaul, 656038

ekam2007@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0000-0606-4599ВистовскаяВ. П.VistovskayaV. P.

Вистовская Виктория Петровна, к.т.н., доцент

656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 46

Viktoria P. Vistovskaya, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor

46, Lenin Ave., Barnaul, 656038

vpvist@yandex.ruАлтайский государственный технический университет им. И.И. ПолзуноваРоссияPolzunov Altai State Technical UniversityRussian Federation202507102025153433438Copyright © Кожемякин Д.С., Каменская Е.П., Вистовская В.П., 20252025Кожемякин Д.С., Каменская Е.П., Вистовская В.П.Kozhemyakin D.S., Kamenskaya E.P., Vistovskaya V.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/1484

Целью настоящего исследования являлась оценка эффективности культивирования штаммов дрожжей и дрожжеподобных грибов на средах, полученных из отходов пивоваренного производства, таких как пивная дробина и ее ферментативный гидролизат. В работе использованы продуценты кормового белка: штаммы дрожжей Saccharomyces cerevisiae Y-365, Saccharomyces cerevisiae Y-722, Saccharomyces cerevisiae Y-1155 и штамм дрожжеподобных грибов Saccharomycopsis fibuligera Y-310 из Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов. Исследовано изменение численности данных микроорганизмов в процессе культивирования на пивной дробине без использования мультэнзимной композиции и на ее ферментативном гидролизате. Рассчитаны показатели эффективности биоконверсии редуцирующих сахаров и установлены изменения концентрации белка в процессе культивирования. Показано, что для повышения эффективности биоконверсии пивной дробины целесообразна предварительная обработка сырья с использованием комплекса ферментов целлюлолитического, гемицеллюлазного и протеолитического действия, при этом продуктами ферментолиза являются моно-, дисахариды, аминокислоты, являющиеся источниками энергии, углерода и азота, необходимые для дальнейшего продуцирования микробного белка. Экспериментально подтверждено, что максимальная эффективность биоконверсии редуцирующих сахаров 78,6%, а также прирост количества белка в 10,5 раза отмечаются при культивировании штамма Saccharomyces cerevisiae Y-365 на ферментолизате пивной дробины. Результаты исследования могут быть полезны при получении кормовых добавок на основе процесса биоферментации пивной дробины с использованием штамма Saccharomyces cerevisiae Y-365, позволят более качественно использовать пивную дробину, повысив ее питательную ценность и усвояемость.

The present study aims to evaluate the efficiency of culturing yeast strains and yeast-like fungi in media derived from the byproducts of the brewing process, such as brewer’s spent grain and its enzymatic hydrolysate. The study used the following feed protein producers: Saccharomyces cerevisiae strains (Y-365, Y-722, and Y-1155) and a strain of yeast-like fungi, Saccharomycopsis fibuligera strain Y-310, from the All-Russian Collection of Industrial Microorganisms. Changes in the number of these microorganisms were studied in the process of their culturing in brewer’s spent grain without the use of a multienzyme composition and in its enzymatic hydrolysate. Bioconversion efficiency for reducing sugars and changes in protein concentration during culturing were determined. It was shown that in order to increase the efficiency of bioconversion of brewer’s spent grain, a pre-treatment of raw materials using a complex of cellulolytic, hemicellulase, and proteolytic enzymes is recommended; the products of enzymolysis are monosaccharides, disaccharides, and amino acids, which are the sources of energy, carbon and nitrogen, necessary for further production of microbial protein. The bioconversion of reducing sugars was experimentally confirmed to have the maximum efficiency of 78.6%; also, a 10.5-fold increase in the amount of protein was observed when culturing Saccharomyces cerevisiae strain Y-365 in the enzyme lysate of brewer’s spent grain. The study results can be used in obtaining feed additives through the biofermentation of brewer’s spent grain with Saccharomyces cerevisiae strain Y-365 and will enable a better use of brewer’s spent grain, increasing its nutritional value and digestibility.

белокгидролизатыдрожжипивная дробинаредуцирующие сахараферментные препаратыproteinhydrolysatesyeastbrewer’s spent grainreducing sugarsenzymatic preparationsReferencesBonifácio-Lopes T., Vilas-Boas A., Machado M., Costa E.M., Silva S., Pereira R.N., et al. Exploring the bioactive potential of brewers spent grain ohmic extracts // Innovative Food Science & Emerging Technologies. 2022. Vol. 76. P. 102943. DOI: 10.1016/j.ifset.2022.102943.Bonifácio-Lopes T., Vilas-Boas A., Machado M., Costa E.M., Silva S., Pereira R.N., et al. Exploring the bioactive potential of brewers spent grain ohmic extracts. Innovative Food Science & Emerging Technologies. 2022;76:102943. DOI: 10.1016/j.ifset.2022.102943.Castro L.E.N., Colpini L.M.S. All-around characterization of brewers’ spent grain // European Food Research and Technology. 2021. Vol. 247. P. 3013–3021. DOI: 10.1007/s00217-021-03860-5.Castro L.E.N., Colpini L.M.S. All-around characterization of brewers’ spent grain. European Food Research and Technology. 2021;247:3013-3021. DOI: 10.1007/s00217-021-03860-5.Данильченко А.С., Сиюхов Х.Р., Короткова Т.Г., Хачатуров В.Н. Физико-химические показатели сырой пивной дробины // Новые технологии. 2020. Т. 16. N 6. С. 28–36. DOI: 10.47370/2072-0920-2020-16-6-28-36. EDN: TZCSTQ.Danilchenko A.S., Siyukhov Kh.R., Korotkova T.G., Khachaturov V.N. Physical and chemical indicators of raw spent grain. New technologies. 2020;16(6):28-36. (In Russian). DOI: 10.47370/2072-0920-2020-16-6-28-36. EDN: TZCSTQ.Плиева З.А., Калабеков А.Л. Химический состав пивной дробины // Известия Горского государственного аграрного университета. 2011. Т. 48. N 2. С. 274–276. EDN: OPRSEB.Plieva Z.A., Kalabekov A.L. Chemical composition of brewer’s grain. News of the Gorsky State Agrarian University. 2011;48(2):274-276. (In Russian). EDN: OPRSEB.Плиева З.А., Цугкиев Б.Г. Химический состав пивной дробины // Известия Горского государственного аграрного университета. 2012. Т. 49. N 4. С. 376–379. EDN: PJWCOH.Plieva Z.A., Tsugkiev B.G. Chemical composition of brewer’s grain. News of the Gorsky State Agrarian University. 2012;49(4):376-379. (In Russian). EDN: PJWCOH.Плиева З.А., Хозиев А.М. Минеральный состав пивной дробины // Известия Горского государственного аграрного университета. 2014. Т. 51. N 3. С. 331–333. EDN: SNUMRT.Plieva Z.A., Khoziev A.M. Mineral composition of beer pellet. News of the Gorsky State Agrarian University. 2014;51(3):331-333. (In Russian). EDN: SNUMRT.Akermann A., Weiermüller J., Chodorski N.J., Nestriepke M.J., Baclig M.T., Ulber R. Optimization of bioprocesses with Brewers’ spent grain and Cellulomonas uda // Engineering in Life Sciences. 2022. Vol. 22, no. 3-4. P. 132–151. DOI: 10.1002/elsc.202100053.Akermann A., Weiermüller J., Chodorski N.J., Nestriepke M.J., Baclig M.T., Ulber R. Optimization of bioprocesses with Brewers’ spent grain and Cellulomonas uda. Engineering in Life Sciences. 2022;22(3-4):132-151. DOI: 10.1002/elsc.202100053.Zeng J., Sheng F., Hu X., Huang Z., Tian X., Wu Z. Nutrition promotion of brewer’s spent grain by symbiotic fermentation adding Bacillus velezensis and Levilactobacillus brevis // Food Bioscience. 2022. Vol. 49. P. 101941. DOI: 10.1016/j.fbio.2022.101941.Zeng J., Sheng F., Hu X., Huang Z., Tian X., Wu Z. Nutrition promotion of brewer’s spent grain by symbiotic fermentation adding Bacillus velezensis and Levilactobacillus brevis. Food Bioscience. 2022;49:101941. DOI: 10.1016/j.fbio.2022.101941.Zeng J., Huang W., Tian X., Hu X., Wu Z. Brewer’s spent grain fermentation improves its soluble sugar and protein as well as enzymatic activities using Bacillus velezensis // Process Biochemistry. 2021. Vol. 111. P. 12–20. DOI: 10.1016/j.procbio.2021.10.016.Zeng J., Huang W., Tian X., Hu X., Wu Z. Brewer’s spent grain fermentation improves its soluble sugar and protein as well as enzymatic activities using Bacillus velezensis. Process Biochemistry. 2021;111:12-20. DOI: 10.1016/j.procbio.2021.10.016.Castilla-Archilla J., Thorn C.E., Pau S., Lens P.N.L. Screening for suitable mixed microbial consortia from anaerobic sludge and animal dungs for biodegradation of brewery spent grain // Biomass and Bioenergy. 2022. Vol. 159. P. 106396. DOI: 10.1016/j.biombioe.2022.106396.Castilla-Archilla J., Thorn C.E., Pau S., Lens P.N.L. Screening for suitable mixed microbial consortia from anaerobic sludge and animal dungs for biodegradation of brewery spent grain. Biomass and Bioenergy. 2022;159:106396. DOI: 10.1016/j.biombioe.2022.106396.Плиева З.А., Цугкиев Б.Г., Хозиев А.М. Культивирование дрожжей на кислотном гидролизате пивной дробины // Известия Горского государственного аграрного университета. 2015. Т. 52. N 4. С. 411–416. EDN: UZBVWF.Plieva Z.A., Tsugkiev B.G., Khoziev A.M. Cultivation of yeast on acid hydrolysate of brewer’s grains. News of the Gorsky State Agrarian University. 2015;52(4):411-416. (In Russian). EDN: UZBVWF.Хозиев А.М., Плиева З.А. Размножение дрожжей на питательной среде, приготовленной на основе пивной дробины // Известия Горского государственного аграрного университета. 2014. Т. 51. N 3. С. 344–349. EDN: SNUMSX.Khoziev A.M., Plieva Z.A. Reproduction of yeasts on nutrient medium prepared on the basis of beer pellet. News of the Gorsky State Agrarian University. 2014;51(3):344-349. (In Russian). EDN: SNUMSX.Bianco A., Budroni M., Zara S., Mannazzu I., Fancello F., Zara G. The role of microorganisms on biotransformation of brewers’ spent grain // Applied Microbiology and Biotechnology. 2020. Vol. 104. P. 8661–8678. DOI: 10.1007/s00253-020-10843-1.Bianco A., Budroni M., Zara S., Mannazzu I., Fancello F., Zara G. The role of microorganisms on biotransformation of brewers’ spent grain. Applied Microbiology and Biotechnology. 2020;104:8661-8678. DOI: 10.1007/s00253-020-10843-1.Фазлиев И.И., Минзанова С.Т., Ахмадуллина Ф.Ю., Миронова Л.Г. Ферментативный гидролиз пивной дробины // Экология и промышленность России. 2012. N 8. С. 20–22. EDN: PBQCOL.Fazliyev I.I., Minzanova S.T., Akhmadullina F.Yu., Mironova L.G. Enzymatic hydrolysis of spent grains. Ecology and Industry of Russia. 2012;8:20-22. (In Russian). EDN: PBQCOL.Петухова Н.И., Щербакова Д.В., Шараева А.А., Зорин В.В. Синтез полиненасыщенных жирных кислот грибом Mortierella alpina гр-1 при культивировании на пивной дробине // Башкирский химический журнал. 2014. Т. 21. N 4. С. 90–96. EDN: TGDIZD.Petukhova N.I., Shcherbakova D.V., Sharaeva A.A., Zorin V.V. Synthesis of polyunsaturated fatty acids by fungus Mortierella alpina gr-1 while culturing on brewer’s spent grain. Bashkir Chemical Journal. 2014;21(4):90-96. (In Russian). EDN: TGDIZD.Грибкова И.Н., Харламова Л.Н., Севостьянова В.М., Лазарева И.В., Захаров М.А., Борисенко О.А. Анализ возможностей извлечения органических соединений пивной дробины различными способами // Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. N 3. С. 469–489. DOI: 10.21603/2074-9414-2022-3-2383. EDN: VLWIRO.Gribkova I.N., Kharlamova L.N., Sevostianova E.M., Lazareva I.V., Zakharov M.A., Borisenko O.A. Extracting organic compounds from brewer’s spent grain by various methods. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):469-489. (In Russian). DOI: 10.21603/2074-9414-2022-3-2383. EDN: VLWIRO.Кожемякин Д.С., Каменская Е.П. Анализ способов гидролиза пивной дробины // Ползуновский альманах. 2023. N 2-2. С. 23–25. EDN: AXXUUG.Kozhemyakin D.S., Kamenskaya E.P. Analysis of methods of brewer’s spent grain hydrolysis. Polzunovskii al’manakh. 2023;2-2:23-25. (In Russian). EDN: AXXUUG.Кобелев К.В., Гернет М.В., Грибкова И.Н. Разработка инновационного способа получения биологически активных соединений пивной дробины // Техника и технология пищевых производств. 2021. Т. 51. N 1. С. 113–124. DOI: 10.21603/2074-9414-2021-1-113-124. EDN: AXBBIN.Kobelev K.V., Gernet M.V., Gribkova I.N. Innovative method for obtaining biologically active compounds from brewery mash. Food Processing: Techniques and Technology. 2021;51(1):113-124. (In Russian). DOI: 10.21603/2074-9414-2021-1-113-124. EDN: AXBBIN.Вистовская В.П., Каменская Е.П., Кожемякин Д.С., Дикалова Е.С. Разработка мультиэнзимной композиции для гидролиза пивной дробины с применением методов математического моделирования // Ползуновский вестник. 2023. N 3. С. 134–141. DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2023.03.018. EDN: KSGYGV.Vistovskaya V.P., Kamenskaya E.P., Kozhemyakin D.S., Dikalova E.S. Development of a multienzymatic composition for brewer’s spent grain hydrolysis through use of mathematical modeling methods. Polzunovskiy vestnik. 2023;3:134-141. (In Russian). DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2023.03.018. EDN: KSGYGV.Касаткина А.Н., Градова Н.Б., Удалова Э.В. Использование мультиэнзимных композиций для деструкции пивной дробины // Биотехнология. 2008. N 2. С. 59–64. EDN: JVVQCF.Kasatkina A.N., Gradova N.B., Udalova E.V. The use of multienzyme composition for destruction of brewer’s grains. Biotekhnologiya. 2008;2:59-65. (In Russian). EDN: JVVQCF.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.