Микробные технологии произвели революцию в области наук о пище, позволяя разрабатывать новые пищевые продукты и пищевые ингредиенты, повышать безопасность продуктов питания и еще лучше понимать взаимодействия в микробиоме кишечника.
Микроорганизмы играют важнейшую роль в производстве многих продуктов питания, включая сыры, йогурты, ферментированное мясо и алкогольные напитки. Достижения в области микробных технологий позволили лучше понять и манипулировать этими микроорганизмами, что привело к появлению современных и будущих инноваций. В данном обзоре собраны оригинальные научные статьи и обзоры по традиционной пищевой ферментации, например, ферментации китайского ликера и производству йогурта, экологически чистому производству пищевых ингредиентов, например, изомальтулозы, D-аллюлозы и ε-поли-L-лизина, безопасности пищевых продуктов и инновационных исследований микробиома кишечника.
Традиционная пищевая ферментация - это процесс, который использовался на протяжении веков для сохранения и преобразования продуктов питания благодаря деятельности микроорганизмов. Среди наиболее широко известных традиционных методов ферментации - ферментация китайского ликера и производство йогурта. Одним из наиболее значительных достижений в области микробных технологий стала разработка заквасочных культур.
В рамках данной темы Shi et al. представили исследование дрожжей Wickerhamomyces anomalus Y-1, которые часто встречаются в заквасках для ферментации китайского ликера. Исследователи использовали геномный и транскриптомный анализ для идентификации генов, участвующих в метаболизме этих дрожжей, и обнаружили, что они производят ряд летучих соединений, которые вносят вклад в аромат и вкус китайского ликера.
Hou et al. пролили свет на динамические изменения Daqu, типа бродильной закваски, используемой в производстве китайского ликера, и дали представление о факторах, влияющих на микробные сообщества и физико-химические свойства во время ферментации.
Xiao et al. раскрыли свойства и питательный состав кефирного йогурта, который представляет собой ферментированный молочный продукт, получаемый в результате добавления кефирных зерен в молоко, а El-Sayed et al. показали, что перемешиваемый йогурт в качестве матрицы для сублимированных микрокапсул может быть эффективным и вкусным способом доставки синбиотических соединений потребителям. Таким образом, микробные технологии оказывают значительное влияние на традиционную пищевую ферментацию, способствуя контролю процесса ферментации и производству безопасных, вкусных и питательных продуктов.
Микробный синтез продуктов питания с использованием синтетической биологии сегодня признан в качестве устойчивого и эффективного подхода для увеличения масштабов производства продуктов питания. Синтетическая биология позволяет проектировать и создавать новые биомолекулярные компоненты, пути и системы, которые могут перепрограммировать организмы для использования в качестве фабрик клеток.
В рамках данной темы исследования Hu et al. описали рациональный подход к производству изомальтулозы, углевода с медленным высвобождением, с использованием инженерного штамма Corynebacterium glutamicum, пригодного для пищевых продуктов. Благодаря улучшению термостабильности изомеразы сахарозы и использованию одноэтапной упрощенной иммобилизации клеток, производство изомальтулозы было значительно увеличено - до 453,0 г/л при использовании 500,0 г/л раствора сахарозы в качестве субстрата при снижении воздействия на окружающую среду.
Liu et al. применили перестановку генов на штаммах, полученных с помощью рибосомной инженерии, для получения лучшего штамма, продуцирующего ε-PL, из родительского штамма Streptomyces albulus M-Z1Z8.
Chen et al. провели систематический обзор последних достижений в области физиологических функций и биосинтеза D-аллюлозы, редкого сахара с потенциальной пользой для здоровья, акцентируя внимание на ферментах и метаболических путях, участвующих в биосинтезе D-аллюлозы, подчеркивая потенциал микробной инженерии для повышения эффективности производства. Применение синтетической биологии в устойчивом производстве пищевых ингредиентов расширит спектр доступного сырья и потенциально приведет к более рациональному и высококачественному производству продуктов питания.
Сегодня появляется все больше доказательств того, что микробиом кишечника играет важнейшую роль в нашем организме, влияя на иммунную систему, метаболизм и даже настроение и поведение. Инновационные приложения, связанные с микробиомом, создали гигантский рынок - от функциональных продуктов питания (например, продуктов, обогащенных пребиотическими волокнами и/или пробиотическими бактериями) до пищевых добавок (например, пробиотических капсул или порошков) и терапевтических методов (например, трансплантация микробиоты кишечника).
Gao et al. исследовали влияние трансплантации микробиоты кишечника (ТМК) от обезьян cynomolgus, толерантных к высокожировой диете, на гиперлипидемию и печеночный стеатоз у крыс. Результаты показали, что ТМК приводила к значительному снижению уровня липидов в сыворотке крови и накоплению печеночных липидов у крысы-реципиента, что позволяет предположить, что ТМК может быть потенциальной терапевтической стратегией для лечения метаболических нарушений, таких как гиперлипидемия и печеночный стеатоз.
Chen et al. исследовали различия в микробиоте желудочного сока педиатрических пациентов с хроническим гастритом, у которых тест на Helicobacter pylori был положительным или отрицательным. Это исследование позволило предположить, что микробиота кишечника может играть определенную роль в патогенезе хронического гастрита и быть потенциальной мишенью для будущей терапии. Продолжающиеся исследования микробиома создали возможность для применения биоэкономики, предлагая практические решения с потенциалом коммерческого применения и повышая социальное благополучие.
