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
Top Related