Ученые БФУ им. И. Канта определили лучшие условия для синтеза лимонной кислоты из грибов

Ученые БФУ им. Иммануила Канта экспериментально доказали, что на основе соевой мелассы штамм гриба Aspergillus niger F-1270 способен активно расти и продуцировать лимонную кислоту. Также было подтверждено, что меласса соевая богата углеводами (сахароза, стахиоза, рафиноза) и может служить полноценной заменой классическим углеводным субстратам. Исследование ученых поможет решить главные проблемы, которые находятся в индустрии — дороговизну питательной среды для культивирования штамма Aspergillus niger, а также высокую степень зависимости от импорта. Кроме того, соевая меласса — это отходы соевого производства. Использование ее для дальнейшего производства позволит создать каскадную технологию с разными полезными продуктами на каждой стадии. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Applied Biology and Biotechnology.

Лимонная кислота является разрешенной пищевой добавкой, которую широко применяют в различных сферах: от выпуска безалкогольных напитков и продуктов питания до создания косметики, лекарств и кормов для животных. Она применяется как безопасная пищевая добавка-консервант в пищевой промышленности, а в животноводстве в качестве альтернативы антибиотикам и ростовым стимуляторам. Ученые отмечают, что лимонную кислоту способны продуцировать природные штаммы гриба Aspergillus niger. 

Ольга Бабич, руководитель Научно-образовательного центра «Промышленные биотехнологии»:

Чтобы получить лимонную кислоту, которую добавляют в лимонады, конфеты или лекарства, микроорганизмам, что ее вырабатывают, нужны сахара (углеводы). Микроорганизм, например наш гриб Aspergillus niger, помещают на питательную среду, содержащую эти сахара, он ими питается, растет и вырабатывает ценные продукты. И такая питательная среда очень дорогая и почти всегда импортная. Но можно использовать растительные отходы в качестве питательной среды. Например, соевую мелассу, которая образуется при переработке сои.

Соевая меласса содержит значительное количество углеводов, белка и минеральных веществ и может быть использована в качестве сырья в микробном производстве биопродуктов. Однако химический состав соевой мелассы значительно отличается в зависимости от сорта сои, условий и места выращивания, года выращивания. 

Исследователи Балтийского федерального университета сумели подобрать такие условия, чтобы штамм A. niger F-1270, хранившийся в российской коллекции Курчатовского института, хорошо рос на питательной среде из соевой мелассы и давал повышенное содержание лимонной кислоты. При этом она будет более дешевой по сравнению с используемыми на данный момент коммерческими средами.

Эксперимент ученых был построен с помощью математического моделирования по оценке одновременного влияния трех факторов (температуры, pH, концентрации субстрата) специально для соевой мелассы, что позволило подобрать уникальные условия для этого сырья.

В отличие от многих аналогов, где мелассу часто использовали в чистом виде, группа исследователей на первом этапе определила количественный состав углеводов в субстрате (включая стахиозу и рафинозу) и показала, что предварительная термообработка (стерилизация) делает его пригодным для использования в качестве питательной среды.

Результаты исследования позволяют предположить, что полученный выход лимонной кислоты в 4,98 мг/мл — не является финальным показателем. Математическое моделирование показало низкую точность используемой модели. Ольга Бабич отмечает важность дальнейшей работой над процессом, что позволит увеличить его результативность. Так, ученые собираются добавить к трем рассматриваемым факторам (температура, pH, концентрация субстрата) еще один — время культивирования штамма. Кроме того, исследователи видят потенциал в дальнейшем подборе условий предварительной подготовки соевой мелассы: подбор более дешевых условий предобработки позволит получать еще более дешевую питательную среду для культивирования специфического штамма A. niger F-1270.