Исследование особенностей культивирования молочнокислых бактерий в подсырной сыворотке и уфпермеате для получения β-галактозидаз

Молочнокислые микроорганизмы являются потенциальными источниками фермента β-галактозидазы, которая может быть использована для гидролиза лактозы при производстве низко- и безлактозных продуктов питания, а также в качестве катализатора при проведении биосинтеза лактулозы, галактоолигосахаридов и других ценных пищевых добавок. Потребность молочнокислых бактерий к наличию в среде культивирования дополнительных источников углерода, азота и др. компонентов значительно удорожает стоимость получения бактериальных β-галактозидаз. Лактозосодержащее сырье, в частности молочная сыворотка и её УФ-пермеат являются перспективным и достаточно дешевым аналогом дорогостоящих сложно компонентных сред для культивирования молочнокислых микроорганизмов. В работе исследованы особенности культивирования различных видов молочнокислых бактерий. (Lactobacillus acidophilus, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus rhamnosus LGG, Lactococcus lactis ssp.) в разных видах вторичного молочного сырья (молочная сыворотка и УФ-пермеат). Показано, что подсырная сыворотка является более благоприятной средой для их роста, чем УФ-пермеаты. Самая высокая концентрация молочной кислоты была получена в опытах с L. acidophilus. Для ускорения роста молочнокислых бактерий в пермеате предложено использовать добавление 2% пептона.

1. Dorau R., Jensen P. R., Solem C. Purified lactases versus whole-cell lactases-the winner takes it all // Applied microbiology and biotechnology. 2021. Vol. 105 (12). P. 4943-4955. doi: 10.1007/s00253-021-11388-7.

2. Geciova J., Bury D., Jelen P. Methods for disruption of microbial cells for potential use in the dairy industry—a review // International Dairy Journal. 2002. Vol. 12. P. 541–553. doi: 10.1016/S0958-6946(02)00038-9.

3. Geiger B., Nguyen M. N., Wenig S., Nguyen H., Lorenz C., Kittl R., Mathiesen G., Eijsink V., Haltrich D., Nguyen Thu-Ha. From by-product to valuable components: Efficient enzymatic conversion of lactose in whey using β-galactosidase from Streptococcus thermophilus // Biochemical Engineering Journal. 2016. Vol. 116. Р. 45-53. doi: 10.1016/j.bej.2016.04.003

4. Han Y. R., Youn S. Y., Ji G. E., Park M. S. Production of α- and β-galactosidases from Bifidobacterium longum subsp. longum RD47 // Journal of microbiology and biotechnology – 2014. Vol. 24 (5). – Р. 675–682. doi: 10.4014/jmb.1402.02037.

5. Hashem A.M., Ismail, S., Helmy W.A., El-Mohamady Y., Abou-Romia R. Factors affecting the production of lactulose by Lactobacillus acidophilus NRRL 4495 β-galactosidase and its biological activity // Malaysian Journal of Microbiology. 2013. Vol.11 (3). Р. 1–6.24. doi: 10.21161/mjm.43612

6. Information on EC 3.2.1.23 - beta-galactosidase. URL: https://www.brendaenzymes.org/enzyme.php?ecno=3.2.1.23.

7. Mahoney R. R. Galactosyl-oligosaccharide formation during lactose hydrolysis: A review // Food Chemistry. 1998. Vol. 63 (2). Р. 147–54. DOI: 10.1016/S0308-8146(98)00020-X.

8. Mano M. C. R., Paulino B. N., Pastore G. M. Whey permeate as the raw material in galacto-oligosaccharide synthesis using commercial enzymes // Food research international. Vol. 124. P. 78–58. Doi: 10.1016/j.foodres.2018.09.019.

9. Mobayed F. H., Nunes J. C., Gennari A., de Andrade B. C., Ferreira M. L. V., Pauli P., Renard G., Chies J. M., Volpato G., Volken de Souza C. F. Effect of by-products from the dairy industry as alternative inducers of recombinant β-galactosidase expression // Biotechnology letters. 2021. Vol. 43 (3). P. 589–599. doi: 10.1007/s10529-020-03028-3.

10. Montanari G., Zambonelli C., Grazia L. Release of β-galactosidase from Lactobacilli // Food Technology and Biotechnology. 2000. Vol. 38 (2). P. 129–133.

11. Murad H. A., Refaea R. I., Aly E. M. Utilization of UF-permeate for production of betagalactosidase by lactic acid bacteria // Polish journal of microbiology. 2011. Vol. 60 (2). P. 139- 144.

12. Panesar P. S., Kumari S., Panesar, R. Potential Applications of Immobilized βGalactosidase in Food Processing Industries // Enzyme research. 2010. Vol. 24 (5). Р. 1–16. 47. doi: 10.4061/2010/473137.

13. Ryabtseva S. A., Khramtsov A. G., Shpak M. A., Lodygin A. D., Anisimov G. S., Sazanova S. N., Tabakova Y. A. Biotechnology of Lactulose Production: Progress, Challenges, and Prospects // Food Processing: Techniques and Technology. 2023. Vol. 53 (1). P. 97–122. doi: 10.21603/2074-9414-2023-1-2419.

14. Sampaio F. C., de Faria J. T., da Silva M. F., de Souza Oliveira R. P., Converti A. Cheese whey permeate fermentation by Kluyveromyces lactis: a combined approach to wastewater treatment and bioethanol production // Environmental technology. 2020. Vol. 41 (24). P. 3210-3218. doi: 10.1080/09593330.2019.1604813.

15. Sangwan V., Tomar S. K., Ali B., Singh R.R., Singh A. K. Production of β-galactosidase from streptococcus thermophilus for galactooligosaccharides synthesis // Journal of Food Science and Technology. 2014. doi: 10.1007/s13197-014-1486-4.

16. Wang Q., Lillevang S. K., Rydtoft S. M., Xiao H., Fan M. T., Solem C., Liu J. M., Jensen P. R. No more cleaning up - Efficient lactic acid bacteria cell catalysts as a cost-efficient alternative to purified lactase enzymes // Applied microbiology and biotechnology. 2020. Vol. 104 (14). P. 6315–6323. doi: 10.1007/s00253-020-10655-3.