Последние достижения в области микробной биотехнологии для пищевой промышленности (аннотация)
#биоинженерия #ферментация #технология пищевых продуктов #пищевые отходы #пищевая промышленность #биотехнологии #биоконверсия
Прогресс, достигнутый в пищевой промышленности благодаря развитию прикладной инженерии и биотехнологий, впечатляет, и многие из этих достижений направлены на решение мирового кризиса продовольствия в условиях постоянно растущего населения. Микроорганизмы играют важную роль в поддержании жизни, как отдельно, так и в составе консорциумов, производя многочисленные полезные молекулы. Поэтому целью данного обзора было изучение микробного производства in situ путем биосинтеза de novo соединений с добавленной стоимостью, таких как ароматизаторы (ванилин), омега-3 (DHA), органические кислоты и т.д., необходимых для пищевой промышленности, и их характеристика. Акцент был сделан на используемом субстрате, а также на производительности микробного процесса и различных способах его последующей обработки.
Несколько отраслей промышленности используют биохимические возможности микроорганизмов для синтеза, метаболизма и трансформации ценных веществ, и одна из самых популярных тем связана с растущим спросом на натуральные ароматы, красители, ароматизаторы и пищевые добавки. Согласно литературным данным, помимо извлечения и выделения из природных источников, которое не способно обеспечить спрос, имеет низкий выход и не является экономически эффективным, натуральные ароматы генерируются также путем ферментативной биотрансформации предшественников и синтеза de novo микроорганизмами (Paulino et al., 2021).
Более того, микробная инженерия дает впечатляющие показатели продуктивности и удовлетворяет потребности потребителей, поскольку считается "натуральной". Подход биотрансформации требует присутствия специфических ферментов, в то время как иммобилизованные ферменты являются наиболее эффективными для биопроизводства промышленных молекул. В исследовании Varga и др. использовалась стратегия иммобилизации ферментов на основе рекомбинантных поли-His-tag ферментов на металлохелатных носителях для восстановления карбонильных соединений до соответствующих спиртов. Авторам удалось преобразовать 61% ацетофенона в (S)-1-фенилэтанол с помощью рекомбинантной алкогольдегидрогеназы (RrADH) из Rhodococcus ruber и 88% транс-2-гексенала в транс-2-гексенол с помощью рекомбинантной алкогольдегидрогеназы Saccharomyces cerevisiae (ScADH1) с одновременным восстановлением NADH с помощью рекомбинантной формиатдегидрогеназы (FDH) Candida boidinii.
Промышленные побочные продукты, безусловно, являются экономичным источником природных соединений (например, полифенолов, каротиноидов, стеролов, токоферолов, витаминов или пищевых волокон), а восстановление и переработка этих отходов микробным путем может способствовать устойчивости промышленного и пищевого секторов. Биоконверсия отходов представляет собой вспомогательную стратегию в условиях нынешнего кризиса отходов и масштабного загрязнения нашей планеты. Более того, их биоконверсия может способствовать получению нескольких соединений с добавленной стоимостью, таких как органические кислоты, омега-3, короткоцепочечные жирные кислоты, ароматические вещества, функциональные экзополисахариды, нутрицевтики.
В исследовании Пателя и др. летучие жирные кислоты, образующиеся в процессе анаэробного сбраживания пищевых отходов, использовались в качестве сырья для конкретных микроводорослей с целью получения ценных липидов, таких как полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) и насыщенные жирные кислоты (НЖК). В другой статье Fan et al. успешно очистили функциональные фруктоолигосахариды (ФОС) из сырых продуктов, используя процесс ферментации пробиотических бактерий, демонстрируя избирательное потребление источников углерода пробиотическими микроорганизмами в смеси моносахаридов и олигосахаридов субстрата.
Использование микроорганизмов для производства соединений с добавленной стоимостью привлекает все больше внимания, поскольку сложные натуральные продукты могут быть получены из недорогого сырья в промышленных масштабах, как в случае ферментированных молочных продуктов. В мини-обзоре Widyastuti et al. были критически пересмотрены оздоровительные эффекты лактобацилл (род Lactiplantibacillus) при ферментации молочных продуктов, при этом было показано, что производство биоактивных пептидов лактобациллами и их пробиотический статус являются наиболее важными характеристиками для здоровья человека.
С другой стороны, большое внимание в пищевой промышленности уделяется пищевым отравлениям, которые оказывают непосредственное влияние на здоровье человека. Среди микроорганизмов, ответственных за пищевые отравления, Staphylococcus aureus является одним из наиболее распространенных, а анализ типирования сиквенсов для идентификации изолятов и продуцируемых энтеротоксинов является новейшей темой, изучаемой в этой области. В исследовании Lv и др. были изучены молекулярные характеристики, включая генотипы, профиль резистентности и энтеротоксигенный статус Staphylococcus aureus из образцов пищи и вспышек пищевых отравлений в Шицзячжуане, Китай. Это исследование объяснило распространенность, контаминацию и передачу S. aureus при пищевых инфекциях на основе эпидемических характеристик.
Основываясь на опубликованных результатах, мы хотели осветить потенциал промышленного применения, актуальные проблемы в области биотехнологий и успехи самых последних технологий, таких как биоинженерия и ферментация.
