Фитатгидролизирующая активность штамма Aspergillus niger Л-4

Целью исследования являлось изучение способности штамма Aspergillus niger Л-4 синтезировать фитазу. Метод определения фитазной активности основан на определении содержания неорганических фосфатов в результате воздействия фитазы на субстрат при определенных стандартных условиях путем связывания их ванадий-молибденовым реагентом с образованием окрашенного комплекса. Использование фитаз для гидролиза фитатов в кормах для животных важно с точки зрения сохранения окружающей среды: при разрушении фитатных комплексов высвобождается важный элемент – фосфор, который выполняет структурную и  регуляторную функцию, обеспечивает нормальное развитие костных и зубных тканей, поддерживает их прочность и целостность. Фосфорная кислота участвует в синтезе киназ, ответственных за нормальное течение химических реакций в клетках, метаболизм жиров, а также синтез и расщепление крахмала и гликогена. Это уменьшает выброс неусвоенного фосфора в окружающую среду. Объектом исследования являлись нативные растворы, полученные при культивировании промышленного штамма-кислотообразователя A. niger Л-4 на различных углеводсодержащих средах. Штамм A. niger Л-4, ранее селекционированный во Всероссийском научно-исследовательском институте пищевых добавок для ферментации мелассы, обладает способностью синтезировать внеклеточную фитазу. В данной работе представлены результаты исследований фитазной активности при культивировании штамма A. niger Л-4 на углеводсодержащих средах. Установлено, что для повышения продуктивности биосинтеза фитазы необходимо более высокое содержание низкомолекулярных сахаров. Установлено, что компоненты сахарозоминеральной среды обеспечивают повышенный уровень фитазной активности ферментов синтезируемых микромицетом A. niger Л-4. Выявлено, что фитазная активность в нативном растворе увеличивается в течение 72 ч ферментации и достигает значения 25,8±0,1 ед/см3. По сравнению с процессом ферментации гидролизата кукурузного крахмала с декстрозным эквивалентом DE = 20,9±0,5 %, который обеспечивал продуктивный биосинтез основного метаболита – лимонной кислоты, фитазная активность была в 1,5 раза выше.

фитаза, Aspergillus niger Л-4, гидролизат кукурузного крахмала, сахароза

1. Fugthong А., Boonyapakron K., Sornlek W., Tanapongpipat S., Eurwilaichitr L., Pootanakit K. Biochemical characterization and in vitro digestibility assay of Eupenicillium parvum (BCC17694) phytase expressed in Pichia pastoris // Protein Expression and Purification. 2010. Vol. 70. Issue 1. P. 60–67. https://doi.org/10.1016/j.pep.2009.10.001

2. Hamad H.O., Alma M.H., Ismael H.M., Göçeri A. The effect of some sugars on the growth of Aspergillus niger // Doga Bilimleri Dergisi. 2014. Vol. 17. Issue 4. Р. 7–11. https://doi.org/10.18016/ksujns.28479

3. Greiner R., Da Silva L.G., Couri S. Purification and characterisation of an extracellular phytase from Aspergillus niger 11T53A9 // Brazilian Journal of Microbiology. 2009. Vol. 40. Issue 4. Р. 795–807. https://doi.org/10.1590/S1517-83822009000400010

4. Gargova S., Sariyska M. Effect of culture conditions on the biosynthesis of Aspergillus niger phytase and acid phosphatase // Enzyme and Microbial Technology. 2003. Vol. 32. Issue 2. Р. 231–235. https://doi.org/10.1016/S0141-0229(02)00247-8

5. Da Silva L.G., Trugo L.C., Da Costa Terzi S., Couri S. Low phytate lupin flour based biomass obtained by fermentation with a mutant of Aspergillus niger // Process Biochemistry. 2005. Vol. 40. Issue 2. Р. 951–954. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2004.02.016

6. Casey A., Walsh G. Purification and characterization of extracellular phytase from Aspergillus niger ATCC 9142 // Bioresource Technology. 2003. Vol. 86. Issue 2. Р. 183–188. https://doi.org/10.1016/S0960-8524(02)00145-1

7. Ptak A., Bedford M.R., Świątkiewicz S., Żyła K., Józefiak D. Phytase modulates ileal microbiota and enhances growth performance of the broiler chickens // PLoS One. 2015. Vol. 10. Issue 3. 15 p. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0119770

8. Vucenik I., Shamsuddin A.K.M. Cancer inhibition by inositol hexaphosphate (IP6) and inositol: from laboratory to clinic // Journal of Nutrition. 2003. Vol. 133. Issue 11. P. 3778S–3784S. https://doi.org/10.1093/jn/133.11.3778S

9. Coban H.B., Demirci A. Screening of phytase producers and optimization of culture conditions for submerged fermentation // Bioprocess and Biosystems Engineering. 2014. Vol. 37. Issue 4. P. 609–616. https://doi.org/10.1007/s00449-013-1028-x

10. Jariwalla R.J. Rice-bran products: phytоnutrients with potential applications in preventive and clinical medicine // Drugs Experimental and Clinical Research. 2001. Vol. 17. Issue 1. P. 17–26.

11. Grases F., Simonet B.M., Prieto R.M., March J.G. Variation of InsP4, InsP5 and InsP6 levels in tissues and biological fluids depending on dietary phytate // The Journal of Nutritional Biochemistry. 2001. Vol. 12. Issue 10. P. 595–601. https://doi.org/10.1016/S0955-2863(01)00178-4

12. Niu J., Arentshorst M.P., Deepa S.N., Dai Z., Baker S.E., Frisvad J.C., et al. Identification of a classical mutant in the industrial host Aspergillus niger by systems genetics: LaeA is required for citric acid production and regulates the formation of some secondary metabolites // G3: Genes, Genomes, Genetics. 2016. Vol. 6. Issue 1. P. 193–204. https://doi.org/10.1534/g3.115.024067

13. Shivanna G.B., Venkateswaran G. Phytase production by Aspergillus niger CFR 335 and Aspergillus ficuum SGA 01 through submerged and solid-state fermentation // The Scientific World Journal. 2014. Vol. 29. Article ID 392615, 6 p. https://doi.org/10.1155/2014/392615

14. Mitchinson C., Solheim L.P. Method for liquefying starch. US patent no. 5652127, 1997.

15. Kvist S., Carlsson T., Lawther J.M., DeCastro F.B. Process for the fractionation of cereal brans. US patent no. 20050089602, 2005.

16. Шарова Н.Ю. Продуцирование ингибитора амилаз при ферментации гидролизатов крахмала кислотообразующим штаммом Aspergillus niger Л-4 // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2013. N 3. С. 45–47.

17. Шарова Н.Ю., Сафронова В.И. Генетическая паспортизация штамма Аspergillus niger Л-4 – промышленного продуцента лимонной кислоты, с помощью геномного AFLPфингерпринтинга // Сельскохозяйственная биология. 2016. Т. 51. N 2. С. 204–212. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2016.2.204rus

18. Патент № 2366712, Российская Федерация. Способ получения лимонной кислоты, альфа-амилазы и глюкоамилазы / Н.Ю. Шарова, Т.А. Позднякова, Т.В. Выборнова, Д.Х. Кулев.; патентообладатель ВНИИ пищевых ароматизаторов, кислот и красителей РАСХН; заявл. 06.07.2007; опубл. 10.09.2009.

19. Шарова Н.Ю., Никифорова Т.А. Регуляция направленности биосинтеза лимонной кислоты при биоконверсии гидролизатов крахмала плесневым грибом Aspergillus niger // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2007. N 6. С. 19–21

20. Suleimenova Zh., Akhmetsadykov N., Kalieva A., Mustafin K., Saduyeva Zh. Effect of different cultural conditions for phytase production by Aspergillus niger in submerged fermentation // Advances in Enzyme Research. 2016. Vol. 4. Issue 2. P. 62–67. https://doi.org/10.4236/aer.2016.42007