Сравнительный анализ состава питательных основ методом спектроскопии ЯМР

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. 

1. Козлов 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. Zheng G., Price W.S. Solvent Signal Suppression in NMR // Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. 2010. Vol. 56. No. 3. P. 267–288.

16. Vogeli B. The nuclear Overhauser effect from a quantitative perspective // Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. 2014. Vol. 78. P. 1–46.

17. 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.

18. 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.

19. 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.