Влияние солей хлористого кобальта на биосинтез витамина В12
ВЛИЯНИЕ ИОНОВ КОБАЛЬТА НА БИОСИНТЕЗ ВИТАМИНА В12 ПРОПИОНОВОКИСЛЫМИ БАКТЕРИЯМИ
О влиянии ионов кобальта на выход биомассы и синтез витамина В12 см. также по ниже приведенным ссылкам:
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОЛЕЙ ХЛОРИСТОГО КОБАЛЬТА НА БИОСИНТЕЗ ВИТАМИНА В12 БАКТЕРИЯМИ ВИДА PROPIONIBACTERIUM FREUDENREICHII
Физиология прокариот – одно из центральных направлений в микробиологии, формирующее целостное представление о жизнедеятельности организма. Изучение физиолого-биохимических свойств практически значимых микроорганизмов актуально в плане решения общечеловеческой задачи – улучшения качества жизни.
Пропионовокислые бактерии (ПКБ) интересны как организмы, неоднозначно относящиеся к молекулярному кислороду и образующие в норме большие количества корриноидов – соединений группы витамина В12. Так, пропионовокислые бактерии вида Propionibacterium freudenreichii практически значимы как пробиотики, как источники консервантов, а так же как продуценты биологически активных веществ и прежде всего витамина В12 [1].
Изучение физиологии Propionibacterium freudenreichii в связи с её удивительной способностью к образованию корриноидов в больших количествах – ключ к пониманию новых особенностей биологии организма, его статуса в эволюции, расширению представления о биологическом разнообразии в мире прокариот и целенаправленному их использованию [2].
Прим. ред.: Корриноиды — группа веществ, в основе которых лежит углеродный скелет коррина, который состоит из четырёх пиррольных колец. Коррин является родительской структурой корриноидов и ряда коферментов. К наиболее известным веществам этой группы относятся кобаламины (витамины B12).
Корриноиды (соединения группы витамина В12) – особые тетрапирролы древнего происхождения, отличающиеся химической и биохимической полифункциональностью. Являясь древними полифункциональными биокатализаторами они вовлечены в центральные метаболические процессы современных прокариот. Ионы металлов в этих соединениях находятся в комплексе с органическими лигандами, а в коферментах В12 атом кобальта связан с углеродом. Ко-В12 – единственное металлорганическое соединение, обнаруженное в живых организмах, которое является уникальным биокатализатором. К настоящему времени открыто и изучено более тридцати биохимических реакций, катализируемых корриноидсодержащими ферментами. Открытие новых функций корриноидов продолжается. Но, несмотря на обнаружение всё новых биохимических реакций, протекающих при участии корриноидов, актуален вопрос о физиологическом значении их высокого естественного уровня образования в клетках некоторых бактерий и архей [3].
Новый взгляд на роль кобальта и корриноидов в жизнедеятельности Propionibacterium freudenreichii неизбежно ускорил бы изучение этого явления у других прокариотических организмов. Однако известно, что в естественных питательных средах содержание кобальта минимально. Поэтому целью нашей работы являлось изучение влияния различных концентраций солей хлористого кобальта на биосинтез витамина В12 пропионовокислыми бактериями вида Propionibacterium freudenreichii.
На начальном этапе работы производилось изучение влияния различных концентраций кобальта на содержание кобаламина в биомассе ПКБ. Для исследования накопления биомассы и витамина В12, использовалась глюкозоминеральная среда с разным содержанием солей кобальта: 0,5 мкг/л, 1,0 мкг/л, 1,5 мкг/л. Контролем служила среда, не содержащая солей кобальта. При проведении экспериментальных исследований использовались общепринятые и современные методы анализов. Содержание витамина В12 определяли спектрофотометрическим методом; среднюю удельную скорость роста бактерий – по приросту биомассы [4]. Результаты зависимости биосинтеза витамина В12 от дозы солей хлористого кобальта представлены на рисунке 1.
Рисунок 1– Влияние дозы солей кобальта на синтез витамина В12
Как видно из рисунка 1, максимальное накопление витамина В12 было достигнуто на третьи сутки культивирования бактерий при концентрации ионов кобальта в среде 1,5 мкг/л и составило – 381,5 мкг/л.
Так же было изучено влияние различных концентраций солей кобальта на накопление биомассы пропионовокислых бактерий. В ходе эксперимента определялась абсолютно сухая биомасса (АСБ) ПКБ. Результаты представлены на рисунке 2.
Рисунок 2 – Влияние дозы солей кобальта на накопление биомассы Propionibacterium freudenreichii
Из рисунка 2 видно, что во всех средах с внесением ионов кобальта наблюдалось наращивание биомассы бактерий, по сравнению с контролем. При дозе солей кобальта 1,5 мкг/л содержание сухой биомассы бактерий достигло 3,54 г/л.
В дальнейшей работе для наглядного сравнения влияния концентраций солей кобальта в среде на рост исследуемых бактерий были изучены средние удельные скорости роста культур. Результаты эксперимента приведены на рисунке 3.
Рисунок 3 – Влияние содержания различных концентраций солей кобальта на среднюю удельную скорость роста Propionibacterium freudenreichii
Как видно из рисунка 3 внесение в глюкозоминеральную среду солей хлористого кобальта в количестве 1,5 мкг/л позволяет повысить темпы наращивания биомассы Propionibacterium freudenreichii в 1,7 раза, по сравнению с безкобальтовой средой.
Таким образом, полученные результаты исследований свидетельствуют о том, что содержание корриноидов в клетках Propionibacterium freudenreichii напрямую зависит от концентрации ионов кобальта в среде. Так же установлено, что во всех опытах, наибольший выход витамина В12 и наибольшее накопление биомассы наблюдается на третьи сутки культивирования. В результате эксперимента была подобрана оптимальная доза солей хлористого кобальта в количестве 1,5 мкг/л, которая позволяет повысить темпы наращивания биомассы Propionibacterium freudenreichii в 1,7 раза по сравнению с контролем и увеличить содержание витамина В12 до 381,5 мкг/л.
Литература
- Хамагаева И.С. Биотехнология заквасок пропионовокислых бактерий / И.С. Хамагаева. – Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2006. – 172 с.
- Воробьева Л.И. Пропионовокислые бактерии / Л.И. Воробьева. – М.: Изд-во МГУ, 1995. – 288 с.
- Рыжкова Е.П. Кобальт и корриноиды в биологии Propionibacterium freudenreichii: Автореф. дис. док. биол. наук – Москва, 2003. – 266 c.
- Нетрусов А.И. Практикум по микробиологии: учеб. пособие для студ. высшучеб. заведений / А.И. Нетрусов, М.А. Егорова, Л.М. Захарчук и др.; под. ред. А.И. Нетрусова. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 608 с.
О получении кисломолочного биопродукта на закваске пропионовокислых бактерий Propionibacterium shermanii c большим содержанием витамина В12 (1200 мкг/мл) см. в описании изобретения к патенту РФ № 2195127: Способ получения кисломолочного пролдукта «Целебный»
Будьте здоровы!
ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ
Источник
Повышение уровня витамина B12 в зерновых материалах с помощью пропионовокислых бактерий
Более простой способ стать вегетарианцем: витамин В12 может вырабатываться во время брожения теста
Повышение уровня витамина B 12 в зерновых материалах in situ путем ферментации с помощью пропионовокислых бактерий Propionibacterium freudenreichii
Примечание редактора: Данная новость была опубликована 4 августа 2020 г. по материалам, предоставленным Хельсинкским университетом, а именно докторантом Чонг Се (Chong Xie). Материал предоставлен на основе его докторской диссертации. На самом деле это давно не новость, т.к. речь пойдет о возможности получения зерновых продуктов (в т.ч., хлеба), обогащенных витамином В12 с помощью использования молочных пропионовокислых бактерий P. freudenreichii. Напомним, подобный прием давно был реализован на практике российскими специалистами (см.: Влияние пробиотических микроорганизмов на качество хлебобулочных изделий ). Тем не менее такие работы заслуживают внимания.
Зерновые продукты, ферментированные молочными пропионовокислыми бактериями Propionibacterium freudenreichii, содержат достаточно витамина B12, чтобы быть питательными. По данным Чонг Се добавление Lactobacillus brevis в процессе ферментации позволяет получить такой продукт, который может гарантировать всем веганам достаточное и безопасное потребление витамина B12 непосредственно из зерновой пищи, без таблеток (стоит отметить, что витамин В12 термоустойчив, и значительная его часть сохраняется после термообработки зерновых продуктов , например, при выпекании хлеба – ред.).
Витамин B12 является важным микронутриентом, который необходим для таких функций, как поддержание нервной системы и формирование клеток крови. Однако B12 в основном содержится в продуктах питания животного происхождения. Поэтому те, кто потребляет лишь небольшое количество продуктов животного происхождения или являются веганами, должны принимать B12 в форме таблеток или есть пищу, в которую был добавлен B12 промышленного производства.
«Обогащение B12 in situ посредством ферментации могло бы быть более рентабельной альтернативой. И как обычно потребляемый основной продукт питания, зерно является отличным средством для обогащения микроэлементами», — объясняет Чонг Се (Chong Xie) из факультета сельского и лесного хозяйства Хельсинкского университета о предыстории своей докторской диссертации.
Чонг Се использовал 11 различных зерновых материалов и ферментировал их с помощью Propionibacterium freudenreichii — единственного продуцирующего B12 микроорганизма, приемлемого для пищевых продуктов.
Propionibacterium freudenreichii, основной микроб, содержащийся в сыре Эмменталь, вырабатывает значительное количество витамина B12 в большинстве ферментированных зерновых материалов. Во время трехдневного процесса ферментации рисовые и гречневые отруби имели самое высокое производство B12. Дополнительное добавление Lactobacillus brevis позволило доминировать над местными микробами во время брожения и значительно повысило микробную безопасность в процессе ферментации.
Примечание редактора: Также как и в ранее упомянутом российском способе обогащения хлебобулочных изделий витамином В12 (где кроме Propionibacterium freudenreichii использовали Bifidobacterium longum ), в данной работе использовалась дополнительная культура молочнокислой бактерии L. brevis. Бифидобактерии и лактобациллы продуцируют молочную кислоту , что имеет значение как в антибиотическом (против посторонней флоры), так и в энергетическом действии лактата (для пропионибактерий со слабой энергией роста). Таким образом, клетчатка ( пищевые волокна ) зерновых наряду с лактатом оказывают рост-стимулирующее действие на P. freudenreichii, тем самым способствуя большему накоплению В12 в тестовой заготовке (полуфабрикате), количество которого коррелирует с наращиванием биомассы клеток P. freudenreichii в процессе ферментации, при этом повышается микробиологическая безопасность и срок хранения готового продукта.
Более подробно о результатах работы можно ознакомиться ниже из текста резюме к диссертации докторанта Чонг Се:
Витамин B12 — это микронутриент, который преимущественно присутствует в продуктах питания животного происхождения. Следовательно, разработка продуктов питания растительного происхождения с соответствующим питательным содержанием витамина B12 может увеличить потребление этого витамина с пищей среди людей с ограниченным потреблением продуктов животного происхождения. Поскольку его химический синтез слишком сложен и дорог, коммерческий витамин B12, используемый для обогащения пищевых продуктов, производится исключительно с помощью биотехнологического процесса. По сравнению с обогащением этой коммерческой формой витамина B12, обогащение на месте путем ферментации может быть более рентабельной альтернативой. Зерновые, как основной продукт питания, являются отличным средством обогащения питательными микроэлементами. Propionibacterium freudenreichii — единственный пищевой микроорганизм, способный вырабатывать витамин B12. Поскольку P. freudenreichii имеет низкую скорость роста и чувствителен к кислотным условиям, до сих пор для получения высокого содержания витамина В12 в основном использовались стерилизованные зерновые материалы. Однако процесс стерилизации изменяет технологические свойства зернового сырья, снижая целесообразность этого процесса. Настоящая диссертация посвящена обогащению in situ витамина В12 в нативных зерновых материалах путем ферментации с помощью P. freudenreichii.
Это исследование показало, что ферментация пшеничной муки, цельнозерновой муки и пшеничных отрубей с P. freudenreichii приводила к физиологически значимому уровню витамина В12 (до 155 нг / г сухого веса) через 7 дней. Цельнозерновая пшеничная мука и пшеничные отруби имели более высокое содержание витамина В12, чем рафинированная пшеничная мука. Однако размножение энтеробактерий показало, что монокультурное брожение с P. freudenreichii не может доминировать над микрофлорой, гарантировать микробиологическую безопасность и контролировать эндогенную микробиоту, присутствующую в зерновом материале.
Таким образом, эффективная совместная культура Lactobacillus brevis ATCC 14869 и P. freudenreichii была установлена путем предварительного скрининга для обеспечения микробной безопасности. Во время совместного брожения в пшеничных отрубях P. freudenreichii вырабатывал высокий уровень витамина В12 (» 183 нг / г сухого веса на 3-й день). Кроме того, контроль рН во время ферментации может значительно увеличить выработку витамина В12 (до 332 нг / г сухого веса на 3-й день). Между тем L. brevis показал сильное торможение размножения энтеробактерий во время брожения, как и ожидалось.
Более широкая применимость установленного совместного культивирования была продемонстрирована путем ферментации 11 типов зерновых материалов, включая зерновые, псевдозерновые и бобовые, с P. freudenreichii и L. brevis. Бактерии P. freudenreichii продуцировали значительный уровень витамина B12 в большинстве зерновых культур. Самая высокая продуктивность была обнаружена в рисовых отрубях (примерно 742 нг / г сухого веса), за которыми следовали гречневые отруби (примерно 631 нг / г сухого веса) после ферментации. Между тем, добавление L. brevis позволило доминировать над местными микробами во время ферментации и, таким образом, значительно повысить микробную безопасность во время ферментации различных зерновых материалов.
В целом, этот тезис демонстрирует, что ферментация зерновых материалов с P. freudenreichii и соответствующей совместной культурой, такой как L. brevis, является многообещающим способом обеспечения витамином B12 нестерилизованных материалов на основе зерна без ущерба для микробной безопасности. Между тем, выбор сырья, обеспечивающего наиболее оптимальные условия для P. freudenreichii, может значительно повысить эффективность синтеза витамина B12.
P.S. Нами уже была сделана попытка создания странички с рецептурами приговоления витаминизированного функционального хлеба на пробиотических заквасках. Она еще не доработана (требует корректирвки и пояснений). Однако многие наши клиенты уже готовят хлеб по собственным рецептурам с использование биоконцентратов ПКБ и бифидобактерий и отмечают высокое качество (вкус и текстуру) как бездрожжевого, так и дрожжевого варианта выпекаемого продукта.
Источник: Материалы предоставлены Хельсинкским университетом
Доп. источник: Резюме к докторской диссертации взято из HELDA (цифрового хранилища Хельсинкского университета)
Источник