Исследование ферментативной активности экстрактов из биомассы высших грибов для получения молочнокислых продуктов

Статья посвящена исследованию ферментативной активности и химического состава экстрактов, полученных из субстратного мицелия высших грибов. Объектом исследования является биомасса мицелия грибов Piptoporus betulinus (субстратный мицелий), полученная методом твердофазного культивирования на растительном субстрате. Для получения экстрактов использовали дистиллированную воду (pH=7,0), ацетатный (pH=4,7), фосфатный (pH=7,4) и буфер Mcllvaine (pH=4,0). В работе определяли молокосвертывающую, протеолитическую, целлюлозолитическую и липолитическую активности, а также содержание белковых веществ в водном и буферных экстрактах. В результате проведенных исследований было установлено, что в извлечениях из субстратного мицелия P. betulinus, полученных дистиллированной водой и буферами, значения целлюлозолитической (3,75–3,90 ед/г), липолитической (40,00–44,24 ед/г) и молокосвертывающей (65,80–66,60 ед/мл) активности отличаются незначительно. Значения протеолитической активности изменялись от 0,22 до 0,78 ед/мл. Наиболее эффективным растворителем для получения высоких значений молокосвертывающей активности является дистиллированная вода. Концентрация белковых веществ в нативном водном экстракте из субстратного мицелия P. betulinus составила 14,50 мг/мл. Очистка экстракта микрофильтрацией и бентонитом приводит к значительному снижению концентрации белка (до 5,90 мг/мл), целлюлозолитической (до 1,40 ед/г), липолитической (до 5,30 ед/г) и протеолитической (до 0,11 ед/мл) активности и повышению значений молокосвертывающей активности (до 285,80 ед/мл). Бентонит сорбирует целлюлозолитические, липолитические и неспецифические протеолитические ферменты, за счет чего происходит очевидное повышение значений молокосвертывающей активности. Установлен высокий показатель соотношения молокосвертывающей к протеолитической активности у водного экстракта грибов P. betulinus – 2598,20, что, возможно, приведет к повышению выхода, улучшению органолептических свойств и увеличению срока хранения сыров.

1. Fasim A., More V.S., More S.S. Large-scale production of enzymes for biotechnology uses // Current Opinion in Biotechnology. 2021. Vol. 69. P. 68–76. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2020.12.002 .

2. Kishimoto M., Nakamura K., Kanemaru K., Tasaki T., Nakamura T., Sato K., et al. Crude enzymes from a Hericium edible mushroom isolated in Japan: variability in milk-clotting activity and the ability to coagulate ultra-high-temperature pasteurized milk // Food Science and Technology Research. 2018. Vol. 24, no. 1. P. 139–143. https://doi.org/10.3136/fstr.24.139 .

3. Christensen L.F., García-Béjar B., Bang-Berthelsen C.H., Hansen E.B. Extracellular microbial proteases with specificity for plant proteins in food fermentation // International Journal of Food Microbiology. 2022. Vol. 381. P. 109889. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2022.109889

4. Sommano S.R., Suksathan R., Sombat T., Seehanam P., Sirilun S., Ruksiriwanich W., et al. Novel perspective of medicinal mushroom cultivations: a review case for «Magic» mushrooms // Agronomy. 2022. Vol. 12, no. 12. P. 3185. https://doi.org/10.3390/agronomy12123185.

5. Usman A., Mohammed S., Mamo J. Production, optimization, and characterization of an acid protease from a filamentous fungus by solid-state fermentation // International Journal of Microbiology. 2021. Vol. 190. P. 1–12. https://doi.org/10.1155/2021/6685963.

6. Prabhu G., Bhat D., Bhat R.M., Selvaraj S. A critical look at bioproducts co cultured under solid state fermentation and their challenges and industrial applications // Waste and Biomass Valorization. 2022. Vol. 13, no. 4. P. 3095–3111. https://doi.org/10.1007/s12649-022-01721-0.

7. Petraglia T., Latronico T., Liuzzi G.M., Fanigliulo A., Crescenzi A., Rossano R. Edible mushrooms as source of fibrin(ogen)olytic enzymes: comparison between four cultivated species // Molecules. 2022. Vol. 27, no. 23. P. 8145. https://doi.org/10.3390/molecules27238145.

8. Berger R.G., Ersoy F. Improved foods using enzymes from basidiomycetes // Processes. 2022. Vol. 10, no. 4. P. 726. https://doi.org/10.3390/pr10040726

9. Pallavi P., Avanti K., Pallavi K. Production of milk clotting enzyme from Aspergillus oryzae under solid-state fermentation using mixture of wheat bran and rice bran // International Journal of Scientific and Research Publications. 2012. Vol. 2, no. 10. P. 1–12.

10. Hamrouni R., Molinet J., Mitropoulou G., Kourkoutas Y., Dupuy N., Masmoudi A., et al. From flasks to single used bioreactor: scale-up of solid-state fermentation process for metabolites and conidia production by Trichoderma asperellum // Journal of Environmental Management. 2019. Vol. 252, no. 2. P. 109496. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.109496.

11. Lebedev L.R., Kosogova T.A., Teplyakova Т.V., Kriger A.V., Elchaninov V.V., Belov A.N., et al. Study of technological properties of milk-clotting enzyme from Irpex lacteus (Irpex lacteus (Fr.) Fr.) // Foods and Raw Materials. 2016. Vol. 4, no. 2. P. 58–65. https://doi.org/10.21179/2308-4057-2016-2-58-65.

12. Shamtsyan M., Dmitriyeva T., Kolesnikov B., Denisova N. Novel milk-clotting enzyme produced by Coprinus lagopides basidial mushroom // LWT – Food Science and Technology. 2014. Vol. 58, no. 2. P. 343–347. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2013.10.009.

13. Melanouri E., Dedousi M., Diamantopoulou P. Cultivating Pleurotus ostreatus and Pleurotus eryngii mushroom strains on agro-industrial residues in solid-state fermentation. Part I: screening for growth, endoglucanase, laccase and biomass production in the colonization phase // Carbon Resources Conversion. 2021. Vol. 5, no. 1. P. 61–70. https://doi.org/10.1016/j.crcon.2021.12.004.

14. Cho N.S., Wilkolazka A.J., Staszczak M., Cho H.Y., Ohga S. The role of laccase from white rot fungi to stress conditions // Journal of the Faculty of Agriculture. 2009. Vol. 54, no. 1. P. 81–83. https://doi.org/10.5109/14041.

15. Thomas L., Larroche H., Pandeya A. Current developments in solid-state fermentation // Biochemical Engineering Journal. 2013. Vol. 81. P. 146–161. https://doi.org/10.1016/J.BEJ.2013.10.013.

16. Salomao R.M., Larissa S.C.S., Leilane B.S., Edson J.C., Mircella M.A., Marne C.V., et al. Teixeira Pleurotus albidus: a new source of milk-clotting proteases // African Journal of Microbiology Research. 2017. Vol. 11, no. 17. P. 660–667. https://doi.org/10.5897/AJMR2017.8520.

17. Cirium V.C., Vidya C., Rani A., Singh S.A. Production of highly active fungal milk-clotting enzyme by solid-state fermentation // Preparative Biochemistry and Biotechnology. 2019. Vol. 49, no. 9. P. 858–867. https://doi.org/10.1080/10826068.2019.1630647.

18. Zagnitko Yu.P. Some physical and chemical properties of enzymic preparations derived from strain V-02 of Irpex lacteus FR. Immunology // Allergology, Infectiology (Section: Fingal Biotechnologies in Medicine and Industry). 2010. Vol. 1. P. 60–65.

19. Sato K., Goto K., Suzuki A., Miura T. Characterization of a milk-clotting enzyme from Hericium erinaceum and its proteolytic action on bovine caseins // Food Science and Technology Research. 2018. Vol. 24, no. 4. P. 669–676. https://doi.org/10.3136/fstr.24.669.

20. А.С. N 962303, СССР, C12N 9/58. Способ очистки молокосвертывающего ферментного препарата из Mucor, Pusillus, Mucor michei / К.А. Калунянц, Т.А. Смирнова, В.М. Денисов, Р. Джалмухамедова, А.П. Шарапов, Н.П. Шурупова. Заявл. 25.12.1980; опубл. 30.09.1982.

21. Минаков Д.В., Уразова Я.В., Минакова А.А. Скрининг и исследование продуцентов молокосвертывающих ферментов среди культур высших базидиальных грибов // Ползуновский вестник. 2022. N 3. С. 173–180. https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2022.03.024. EDN: LFMEJT.

22. Mamo J., Getachew P., Kuria M.S., Assefa F. Application of milk-clotting protease from Aspergillus oryzae DRDFS13 MN726447 and Bacillus subtilis SMDFS 2B MN715837 for danbo cheese production // Journal of Food Quality. 2020. Vol. 4. P. 1–12. https://doi.org/10.1155/2020/8869010.

23. Kumura H., Saito C., Taniguchi Y., Machiya T., Takahashi Y., Kobayashi K., et al. Adjunctive application of solid-state culture products from Aspergillus oryzae for semi-hard cheese // Advances in Dairy Research. 2017. Vol. 5, no. 3. P. 188. https://doi.org/10.4172/2329-888X.1000188.

24. Musoni M., Destain J., Thonart P., Bahama J., Delvigne F. Bioreactor design and implementation strategies for the cultivation of filamentous fungi and the production of fungal metabolites: from traditional methods to engineered systems // Biotechnology, Agronomy and Society and Environment. 2015. Vol. 19, no. 4. P. 430–442.

25. Мягконосов Д.С., Абрамов Д.В., Делицкая И.Н., Овчинникова Е.Г. Протеолитическая активность молокосвертывающих ферментов разного происхождения // Пищевые системы. 2022. Т. 5. N 1. С. 47–54. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2022-5-1-47-54. EDN: FKAOJB.

26. Kishimoto M., Nakamura K., Kanemaru K., Tasaki T., Nakamura T., Sato K., et al. Crude enzymes from a Hericium edible mushroom isolated in Japan: variability in milk-clotting activity and the ability to coagulate ultra-high-temperature pasteurized milk // Food Science and Technology Research. 2018. Vol. 24, no. 1. P. 139–143. https://doi.org/10.3136/fstr.24.139.

27. Nakamura K., Kobayashi N., Tanimoto M. Screening of edible mushrooms producing milk-clotting enzyme // Nippon Shokuhin Kagaku Kogaku Kaishi. 2014. Vol. 61, no. 9. P. 444–447. https://doi.org/10.3136/nskkk.61.444.