vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/2227-2925-2019-9-3-430-438vuzbiochemi-215Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ И ОБЩАЯ БИОЛОГИЯPHYSICOCHEMICAL AND GENERAL BIOLOGYСравнительный анализ состава питательных основ методом спектроскопии ЯМРComparative analysis of base nutrient composition by NMR spectroscopyОстякА. С.OstyakA. S.

научный сотрудник,

Иркутск

Researcher,

Irkutsk

ostykalex@mail.ruУшаковИ. А.UshakovI. A.

к.х.н., доцент,

Иркутск

Ph.D. (Chemistry), Assosiat Professor,

Irkutsk

nmr@istu.eduХаптановаН. М.KhaptanovaN. M.

младший научный сотрудник,

Иркутск

Junior researcher,

Irkutsk

khaptnat@mail.ruГефанН. Г.GefanN. G.

к.м.н., заведующая отделом,

Иркутск

Ph.D. (Biology), Head of the Biological and Technological Controls Department,

Irkutsk

adm@chumin.irkutsk.ruКузнецовВ. И.KuznetsovV. I.

к.м.н., заведующий лабораторией,

Иркутск

Ph.D. (Biology), Head of the Cultural Media Department,

Irkutsk

adm@chumin.irkutsk.ruОборинаЕ. Н.OborinaE. N.

к.х.н., научный сотрудник,

Иркутск

Ph.D. (Chemistry), Researcher,

Irkutsk

mir@irioch.irk.ruАдамовичС. Н.AdamovichS. N.

д.х.н., ведущий научный сотрудник,

Иркутск

Dr. Sci. (Chemistry), Senior Researcher,

Irkutsk

mir@irioch.irk.ruИвановаЕ. И.IvanovaE. I.

к.х.н., ведущий научный сотрудник,

Иркутск

Ph.D. (Chemistry), Senior Researcher,

Irkutsk

ivanova.iem@gmail.comРозенцвейгИ. Б.RozentsveigI. B.

д.х.н., заведующий лабораторией,

Иркутск

Dr. Sci. (Chemistry), Head of the Department,

Irkutsk

i_roz@irioch.irk.ruИркутский научно-исследовательский противочумный институт РоспотребнадзораРоссияIrkutsk Antiplague Scientific Research Institute for Siberia and Far EastRussian FederationИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian FederationИркутский институт химии им. А. Е. Фаворского СО РАНРоссияA.E. Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry SB RASRussian FederationИркутский научный центр СО РАНРоссияIrkutsk scientific center, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИркутский институт химии им. А. Е. Фаворского СО РАН,РоссияA.E. Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry SB RASRussian Federation20190710201993430438Copyright © Остяк А.С., Ушаков И.А., Хаптанова Н.М., Гефан Н.Г., Кузнецов В.И., Оборина Е.Н., Адамович С.Н., Иванова Е.И., Розенцвейг И.Б., 20192019Остяк А.С., Ушаков И.А., Хаптанова Н.М., Гефан Н.Г., Кузнецов В.И., Оборина Е.Н., Адамович С.Н., Иванова Е.И., Розенцвейг И.Б.Ostyak A.S., Ushakov I.A., Khaptanova N.M., Gefan N.G., Kuznetsov V.I., Oborina E.N., Adamovich S.N., Ivanova E.I., Rozentsveig I.B.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/215

Традиционным подходом к оценке качества питательных основ является определение аминного азота, кислотности. Недостатком данного подхода является его неинформативность – неспособность выявить антибиотики, ингибиторы роста и другие нежелательные соединения. В этой связи существует необходимость использования более современных и информативных методов для контроля технологического процесса приготовления питательных основ, а следовательно, и качества получаемой продукции. Целью данной работы являлось исследование физикохимических свойств питательных основ, изготовленных из морской, речной рыбы и кальмара, используя новые подходы (ЯМР-спектроскопия). Было использовано следующее сырье: сельдь (1), сорога (2), минтай (3), кальмар (4). Сырье подвергали ферментативному гидролизу с помощью поджелудочной железы (по Хоттингеру). Определяли качественный состав органической составляющей гидролизатов (1–4) с помощью метода ЯМР 1Н, 13С и 15N. Спектры ЯМР 1Н имели одинаковый вид, типичный для смесей аминокислот или аминокислотных последовательностей. В сильнопольной части (0,9–2,5 м.д.) наблюдался набор мультиплетов, характерный для алифатических фрагментов молекул. Так как большинство сигналов в спектрах ЯМР 1Н частично перекрывается, количественную оценку состава органической компоненты сделать нельзя. Можно судить о качественно схожем составе всех четырех образцов без выделения доминирующего соединения. Анализ 2М спектров ЯМР позволил установить присутствие в смесях образцов (1–4) свободных аминокислот: аланин, валин, треонин, аргинин, лизин, лейцин, метионин, фенилаланин, глицин. Применение ЯМР-спектроскопии показало незначительные расхождения в компонентном составе гидролизатов (1–4), что дает возможность изготовителям питательных сред выбирать наиболее доступное сырье. Полученные данные могут быть использованы для контроля технологического процесса приготовления питательных основ и определения качества полученной продукции в процессе ее хранения. 

The traditional approach to assessing the quality of nutrient bases involves a determination of amino nitrogen and acidity. The disadvantage of this approach consists in a lack of information, i.e. an inability to detect antibiotics, growth inhibitors and other undesirable compounds. In this regard, more modern and informative methods are required to control the technological process of preparing the nutritional basis and therefore the quality of the products obtained. The aim of this work was to study the physicochemical properties of nutrient bases made from sea and river fish and squid using new approaches (NMR spectroscopy). The following raw materials were used: herring (1), roach (2), pollock (3), squid (4). The raw materials were subjected to enzymatic hydrolysis by the pancreas (according to Hottinger). The qualitative composition of the organic component of hydrolysates (1–4) was determined by 1H, 13С and 15N NMR spectroscopy. All of the 1H NMR spectra had the same appearance, typical of mixtures of amino acids or amino acid sequences. In the high-field part (0.9–2.5 ppm), a set of multiplets was observed, characteristic of aliphatic fragments of molecules. Since most of the signals in the 1H NMR spectra partially overlap, a quantitative assessment of the composition of the organic component appears impossible. All four samples can be confirmed as being qualitatively similar without isolating the dominant compound. Analysis of 2D NMR spectra revealed the presence of the following free amino acids in mixtures of samples (1–4): alanine, valine, threonine, arginine, lysine, leucine, methionine, phenylalanine and glycine. The use of NMR spectroscopy demonstrated that any discrepancies in the component composition of hydrolysates (1–4) were insignificant, allowing manufacturers of nutrient media to choose the most affordable raw materials. The obtained data appear to be applicable for controlling the technological process of preparing the nutrient bases and determining the quality of the resulting products during storage. 

питательная основапитательная средаЯМР-спектроскопиярыбный гидролизатгидролизат Хоттингераnutrient basegrowth mediumNMR spectroscopyfish hydrolysateHottinger hydrolysateРабота выполнена в рамках Интеграционной программы Иркутского научного центра СО РАН «Фундаментальные исследования и прорывные технологии как основа опережающего развития Байкальского региона и его межрегиональных связей». Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Иркутской области в рамках научного проекта № 17-43-380006.The work was carried out as part of the Integration Program of the Irkutsk Scientific Centre of the SB RAS «Basic Research and Breakthrough Technologies as the Basis of the Rapid Development of the Baikal Region and its Interregional Relations». The study was carried out with the financial support of the RFBR and the Government of the Irkutsk Region as part of a scientific project No. 17-43-380006.ReferencesКозлов Ю.А. Питательные среды в медицинской микробиологии. М.: Медгиз, 1950. 250 с. 2. Поляк М.С., Сухаревич В.И., Сухаревич М.Э. Питательные среды для медицинской и санитарной микробиологии. СПб.: ЭЛБИ-СПб, 2008. 350 с.Kozlov Yu.A. Pitatel'nye sredy v meditsinskoi mikrobiologii [Nutrient media in medical microbiology]. Moscow: Medgiz Publ., 1950, 250 p.Дятлов И.А., Кутырев В.В., Храмов М.В. Питательные среды для выделения, культивирования и идентификации возбудителей особо опасных инфекций бактериальной природы. М., 2012. 415 с.Polyak M.S., Sukharevich V.I., Sukharevich M.E. Pitatel'nye sredy dlya meditsinskoi i sanitarnoi mikrobiologii [Nutrient media for medical and sanitary microbiology]. St. Petersburg: ELBI-SPb Publ., 2008, 350 p.Артюхин В.И., Шепелин А.П., Киселева Н.В. Белковые гидролизаты в производстве питательных сред // Производство и применение продуктов микробиологических производств. Обзорная информация ВНИИСЭНТИ Минмедпрома СССР. 1990. Вып. 9-10. 52 с.Dyatlov I.A., Kutyrev V.V., Khramov M.V. Pitatel'nye sredy dlya vydeleniya, kul'tivirovaniya i identifikatsii vozbuditelei osobo opasnykh infektsii bakterial'noi prirody [Nutrient media for the isolation, cultivation and identification of pathogens of particularly dangerous infections of a bacterial nature]. Moscow, 2012, 415 p.Пат. № 95109381/13, Российская Федерация. Способ получения белковой основы для бактериологических питательных сред / А.Ф. Карышева, В.В. Доценко, С.В. Карышев, П.П. Достоевский. Заявл. 13.06.1995; опубл. 27.09.1997.Artyukhin V.I., Shepelin A.P., Kiseleva N.V. Protein hydrolysates in the production of nutrient media. Proizvodstvo i primenenie produktov mikrobiologicheskikh proizvodstv. Obzornaya informatsiya VNIISENTI Minmedproma SSSR. 1990, issue 9–10, 52 p.Кучина Ю.А., Широнина А.Ю., Коновалова И.Н., Молчановская Т.И. Ферментативные гидролизаты из гидробионтов, полученные электрохимическим методом, как основа микробиологических питательных сред // Рыбное хозяйство. 2011. N 3. С. 114–116.Karysheva A.F., Dotsenko V.V., Karyshev S.V., Dostoevskii P.P. Sposob polucheniya belkovoi osnovy dlya bakteriologicheskikh pitatel'nykh sred [Method of preparing the protein base for bacteriological nutrient media]. Patent of RF, no. 95109381/15, 1997.Насыпаева Е.Н., Лещенко А.А. Сравнительный анализ способов приготовления питательных основ из продуктов переработки молока // Общество, наука, инновации: сб. тр. Всерос. ежегодной науч.-практ. конф. (Киров, 15–26 апреля 2014 г.). Киров: Изд-во Вятского государственного университета, 2014. С. 154–155.Kuchina Yu.A., Shironina A.Yu., Konovalova I.N., Molchanovskaya T.I. Enzymatic hydrolysates from hydrobionts, obtained by the electrochemical method, as the basis of microbiological nutrient media. Rybnoe khozyaistvo. 2011, no. 3, pp. 114–116. (In Russian)Няникова Г.Г., Куприна Е.Э., Водолажская С.В. Белковые гидролизаты, полученные из ракообразных электрохимическим способом, как основа микробиологических питательных сред // Прикладная биохимия и микробиология. 2003. Т. 39. N 4. С. 489–492.Nasypaeva E.N., Leshchenko A.A. Sravnitel'nyi analiz sposobov prigotovleniya pitatel'nykh osnov iz produktov pererabotki moloka [Comparative analysis of methods for preparing nutritional bases from milk processing products]. Sbornik trudov Vserossiiskoi ezhegodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii «Obshchestvo, nauka, innovatsii» [Proc. AllRuss. Ann. Sci. Pract. Conf. «Society, science, innovations»]. Kirov: Vyatka State University Publ., 2014, pp. 154–155.Stephens N.L., Bough W.A., Beuchat L.R., Heaton E.K. Preparation and evaluation of two microbiological media from shrimp heads and hulls // Applied and Environmental Microbiology. 1976. Vol. 31. No. 1. P. 1–6.Nyanikova G.G., Kuprina E.E., Vodolazhskaya S.V. Protein hydrolysates obtained from crustaceans by the electrochemical method as the basis of microbiological nutrient media. Prikladnaya biokhimiya i mikrobiologiya. 2003, vol. 39, no. 4, pp. 489–492. (In Russian)Пат. № 2108381, Российская Федерация. Основа питательной среды для культивирования микроорганизмов / В.И. Сушко, И.И. Школьник, В.В. Щеткин. Патентообладатель: ООО «Фирма “Цеолит”»; заявл. 18.03.1996; опубл. 10.04.1998.Stephens N.L., Bough W.A., Beuchat L.R., Heaton E.K. Preparation and evaluation of two microbiological media from shrimp heads and hulls. Applied and Environmental Microbiology. 1976, vol. 31, no. 1, pp. 1–6.Шепелин А.П., Шолохова Л.П., Марчихина И.И., Полосенко О.В. Панкреатический гидролизат рыбной кормовой муки – полноцен роорганизмы и биосфера «Microbios-2018»: материалы IV Национального конгресса бактериологов и Международного симпозиума (Омск, 12–13 сентября 2018 г.). Омск, 2018. С. 82–83.Sushko V.I., Shkolnik I.I., Shchetkin V.V. Osnova pitatel'noi sredy dlya kul'tivirovaniya mikroorganizmov [Base for nutrient medium being used for cultivation of microorganism]. Patent of RF, no. 2108381, 1998.Кузьмина Н.Е., Моисеев С.В., Крылов В.И., Кутин А.А., Жуков Е.А., Яшкир В.А., Меркулов В.А. Валидация методики определения аминокислотного состава фармацевтической субстанции «Глатирамера ацетат» методом 13С ЯМР-спектроскопии // Ведомости НЦЭСМП. 2017. Т. 7. N 3. С. 175–181.Shepelin A.P., Sholokhova L.P., Marchikhina I.I., Polosenko O.V. Pankreaticheskii gidrolizat rybnoi kormovoi muki – polnotsennaya belkovaya osnova pitatel'nykh sred [Pancreatic hydrolyzed fish feed meal – a complete protein base of nutrient media]. Materialy IV Natsional'nogo kongressa bakteriologov i Mezhdunarodnogo simpoziuma «Mikroorganizmy i biosfera» – «Microbios-2018» [Proc. IV National Congress of Bacteriologists and the Int. Symp. «Microorganisms and biosphere» –«Microbios-2018»]. Omsk, 2018, pp. 82–83.Fan T.W.-M., Lane A.N. Applications of NMR spectroscopy to systems biochemistry // Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. 2016. Vol. 92-93. P. 18–53.Kuz'mina N.E., Moiseev S.V., Krylov V.I., Kutin A.A., Zhukov E.A., Yashkir V.A., Merkulov V.A. Validation of the procedure for determination of amino acids composition of glatiramer acetate by 13C NMR spectroscopy. Vedomosti Nauchnogo tsentra ekspertizy sredstv meditsinskogo primeneniya. 2017, vol. 7, no. 3, pp. 175–181. (In Russian)Tyszka J.M., Fraser S.E., Jacobs R.E. Magnetic resonance microscopy: recent advances and applications // Current Opinion in Biotechnology. 2005. Vol. 16. No. 1. P. 93–99.Fan T.W.-M., Lane A.N. Applications of NMR spectroscopy to systems biochemistry. Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. 2016, vol. 92–93, pp. 18–53.Simmler C., Napolitano J.G., McAlpine J.B., Chen S.-N., Pauli G.F. Universal quantitative NMR analysis of complex natural samples // Current Opinion in Biotechnology. 2014. Vol. 25. P. 51–59.Tyszka J.M., Fraser S.E., Jacobs R.E. Magnetic resonance microscopy: recent advances and applications. Current Opinion in Biotechnology. 2005, vol. 16, no. 1, pp. 93–99.Zheng G., Price W.S. Solvent Signal Suppression in NMR // Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. 2010. Vol. 56. No. 3. P. 267–288.Simmler C., Napolitano J.G., McAlpine J.B., Chen S.-N., Pauli G.F. Universal quantitative NMR analysis of complex natural samples. Current Opinion in Biotechnology. 2014, vol. 25, pp. 51–59.Vogeli B. The nuclear Overhauser effect from a quantitative perspective // Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. 2014. Vol. 78. P. 1–46.Zheng G., Price W.S. Solvent Signal Suppression in NMR. Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. 2010, vol. 56, no. 3, pp. 267–288.Oldfield E. Chemical Shifts in Amino Acids, Peptides, and Proteins: From Quantum Chemistry to Drug Design // Annual Review of Physical Chemistry. 2002. Vol. 53. P. 349–378.Vogeli B. The nuclear Overhauser effect from a quantitative perspective. Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. 2014, vol. 78, pp. 1–46.Prabhu V., Chatson B., Abrams G., King J. 13C Chemical shifts of 20 free amino acids and their use in detection by NMR of free amino acids in intact plants of Arabidopsis // Journal of Plant Physiology. 1996. Vol. 149, No. 3–4. P. 246–250.Oldfield E. Chemical Shifts in Amino Acids, Peptides, and Proteins: From Quantum Chemistry to Drug Design. Annual Review of Physical Chemistry. 2002, vol. 53, pp. 349–378.Platzer G., Okon M., McIntosh L.P. pH-dependent random coil 1H, 13C, and 15N chemical shifts of the ionizable amino acids: a guide for protein pKa measurements // Journal of Biomolecular NMR. 2014. Vol. 60. P. 109–129.Prabhu V., Chatson B., Abrams G., King J. 13C Chemical shifts of 20 free amino acids and their use in detection by NMR of free amino acids in intact plants of Arabidopsis. Journal of Plant Physiology. 1996, vol. 149, no. 3–4, pp. 246–250.Platzer G., Okon M., McIntosh L.P. pH-dependent random coil 1H, 13C, and 15N chemical shifts of the ionizable amino acids: a guide for protein pKa measurements. Journal of Biomolecular NMR. 2014, vol. 60, pp. 109–129.Platzer G., Okon M., McIntosh L.P. pH-dependent random coil 1H, 13C, and 15N chemical shifts of the ionizable amino acids: a guide for protein pKa measurements. Journal of Biomolecular NMR. 2014, vol. 60, pp. 109–129.

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