Enzymy technologii żywności

pozyskiwane z transgenicznych mikroorganizmów

Charakterystyka komórek gospodarzy

Głównie:

– Bacillus subtilis

– Bacillus licheniformis

– Aspergillus niger

– Aspergillus oryzae

Enzymy z rekombinowanych mikroorganizmów

Pożądane cechy gospodarzy

• Historia bezpiecznego użytkowania;

• Wydajny wzrost w warunkach przemysłowych;

• Podatnośd na manipulacje genetyczne

• Wydzielanie produktu na zewnątrz komórki

• Niepatogennośd i nietoksynogennośd

Gospodarze bakteryjni

• Bacillus sp.

• Escherichia coli K-12

• Pseudomonas fluorescens

Bacillus subtilis

• Długa historia bezpiecznego stosowania.

• W technologii żywności głównie źródło amylaz i proteaz.

• Szczep 168 (dobrze poznany dziki szczep) –protoplasta większości szczepów przemysłowych

• Status GRAS

Inne gatunki Bacillus

• B. licheniformis, B. amyloliquefaciens i B. stearothermophilus

• bezpieczne źródło

• gł. α-amylazy

• Bacillus licheniformis

– ustalono genom dwóch przemysłowych szczepów

– duża zgodnośd sekwencji z B. subtilis

– odrębnośd od B. cereus i B. anthracis

Bacillus – zalety i wady

+ Wydzielanie enzymów do medium

- Produkcja proteaz

- sporulacja

Mutanty:

nie tworzące sporul

nie wydzielające proteaz poza komórkę

Escherichia coli K-12

• 1990 r. uzyskanie przez chymozynę z E.coli K-12 statusu GRAS

• Chymozyna = rennina = podpuszczka

• Kamieo milowy w technologii żywności enzymów

• gen syntezy prochymozyny

• Etapy produkcji:– akumulacja prochymozyny w komórkach

– liza komórek

– konwersja do chymozyny przez zmniejszanie pH

Bezpieczeostwo szczepu K-12

• organizm laboratoryjny od 30 lat

• 0 przypadków infekcji czy produkcji toksyn

• Jedna z najintensywniej badanych bakterii

• Genom zsekwencjonowany w 1997 r.

Pseudomonas Fluorescens

• α-amylaza z rekombinowanej P. fluorescens –status GRAS

• Szczep Biovar I (GRN 126)

• Brak wcześniejszej historii bezpiecznego stosowania do produkcji enzymów używanych do produkcji żywności

• Gram-ujemna bakteria glebowa

• Jest zjadana razem z surowymi owocami i warzywami

P. fluorescens

• Dziki szczep MB101 wyizolowany z sałaty rosnącej na farmie w Kalifornii

• Od 1989 r. produkcja insektycydu z B. thuringiensis

• Całkowicie scharakteryzowana na poziomie genotypu i fenotypu

• α-amylaza nie jest wydzielana na zewnątrz komórki

Gospodarze – komórki grzybów

• Aspergillus oryzae i A. niger

• Fusarium venetatum

• Kluyveromyces marxianus var.lactis

• Trichoderma reesei

A. niger i A. oryzae

• Mają długą historię stosowania w technologii żywności:

– A. oryzae: sos sojowy, pasta miso, sake.

– A. niger: kwas cytrynowy

• uzyskane z nich preparaty enzymatyczne otrzymały status GRAS

• Genom A. oryzae zsekwencjonowany

• Niepatogenne, lecz mogące tworzyd mikotoksyny w małych ilościach (aflatoksyna, ochratoksyna A)

A. niger i A. oryzae

• Prace nad modyfikacjami tych grzybów rozpoczęły się na przełomie lat 1980/1990.

• Bardzo wydajni gospodarze produkujący enzymy.

• Zmiany toksynogenności:

– A. oryzae – mutacja genów powodująca zaprzestanie produkcji aflatoksyn

– A. niger – kontrola warunków fermentacji

Fusarium venenatum

• w 2001 r. status GRAS otrzymała ksylanaza pozyskiwana z F. venetatum zawierającego gen Thermomyces lanuginosus (GRN 54).

• Pierwotnie pobrany z próbki ziemi.

• Niepatogenny

• W szczególnych warunkach zdolny do produkcji mikotoksyn: trichotecenów, culmorins, fusarins.

• Kontrola warunków fermentacji

• Usunięcie genu tri5 (blokada syntezy trichotecenów)

Kluyveromyces marxianus var.lactis

• w 1992 r. status GRAS otrzymała chymozyna ze zmodyfikowanego genetycznie szczepu tych drożdży.

• Wydziela dużą ilośd prochymozyny do pożywki.

• Długa historia bezpiecznego stosowania.

• Do przemysłu mleczarskiego produkcja laktazy (GRAS od 1984 r.)

Trichoderma reesei

• Liaza pektynowa – status GRAS dla T. reesei z genem z A. niger var. awamori warunkującym produkcję liazy pektynowej.

• Wyizolowany z krosen bawełny w 1944 r.

• Podatny na manipulacje

• Szczepy przemysłowe nie produkują mikotoksyn.

Najważniejsze enzymy pochodzenia mikrobiologicznego w technologii

żywności

• amylolityczne

• pektynolityczne

• proteolityczne

• lipolityczne

enzymy amylolityczne

• Zastosowanie:

– produkcja syropów glukozowych, dekstryn, cyklodekstryn, glukozy (krystalicznej i zestalonej) i innych produktów

enzymy amylolityczne

• endoamylazy:

– α-amylaza

• egzoamylazy:

– glukoamylaza

– β-amylaza

• amylazy usuwające rozgałęzienia:

– pullulanaza

– izoamylaza

enzymy pektynolityczne

• Pektyna tworzy kompleksy o dużej wytrzymałości mechanicznej.

• dzikie szczepy grzybów nitkowatych ze środowisk naturalnych – towarzyszenie enzymów depolimeryzujących.

• Problem: uwalnianie rozgałęzionych fragmentów pektyny.

• Inżynieria genetyczna: Enzymy rozkładające selektywnie rozgałęzione części pektyny

enzymy proteolityczne

• Kwaśne proteazy:

– chymozyna

– pepsyna

• Neutralne proteazy:

- proteazy cysteiny

- metaloproteazy

• Zastosowanie: serowarstwo, produkcja alkoholi, piekarnictwo, browarnictwo, technologia soków owocowych, sos sojowy, technologia mięsa i ryb.

Enzymy lipolityczne

• Zamienniki tłuszczu kakaowego

• Ekwiwalent tłuszczu mleka kobiecego

• Produkcja zamienników tłuszczu (olestra)

• Estry witaminy C

Podsumowanie

• Enzymy pochodzenia mikrobiologicznego:

– masowa produkcja

– redukcja kosztów

– możliwośd poprawy właściwości funkcjonalnych dzięki inżynierii genetycznej

Źródła

• Olempska-Beer Z. S., Merker R. I., Ditto M. D., DiNovi M. J., 2006. Food-processing enzymes from recombinant microorganisms—a review. Regulatory Toxicology and Pharmacology 45, s.144–158.

• Pandey A., Nigam P., Soccol CR., Soccol VT., Singh D., Mohan R., 2000. Advances in microbial amylases. Biotechnol. Appl. Biochem. 2000 Kwiecieo 31; s.135-52.

• Twardowski T., Michalska A. i in., 2001. KOD: Korzyści, oczekiwania, dylematy biotechnologii. Agencja Edytor, Poznao.

• Akoh C. C., Min D. B., 2008. Food lipids: chemistry, nutrition, and biotechnology. Taylor & Francis Group, LLC.

• Demain A. L., Adrio J. L., 2007. Contributions of Microorganisms to Industrial Biology. Molecular Biotechnology 38, s. 41-55.

• http://www.jki.bund.de