Дорошко О.В., Антонюк М.М.

Національний університет харчових технологій

Мікроорганізми – перспективні продуценти харчових ароматизаторів

Ароматизатори широко застосовують у харчовій, хімічній і фармацевтичній промисловості. За структурою їх відносять до різних класів органічних речовин, що є вагомою перешкодою для наукових і промислових досліджень. На сьогодні більшість ароматизаторів одержують за допомогою хімічного синтезу або екстрагуванням рослинної сировини. Хімічний синтез призводить до утворення небажаних рацемічних сумішей, а екстракція – досить дороговартісний процес.

Альтернативним шляхом одержання ароматизаторів є мікробний біосинтез. Мікроорганізми здатні синтезувати ароматичні речовини як вторинні метаболіти у результаті біотрансформації поживних речовин, таких як цукри та амінокислоти. Дана здатність може використовуватися у двох напрямах:

- утворення ароматичних сполук у процесі одержання харчового продукту (сир, йогурт, пиво, вино тощо), які визначають його органолептичні характеристики;

- синтез ароматичних речовин спеціально підібраними культурами мікроорганізмів з наступним виділенням та використанням як харчових добавок.

Біосинтез конкретної ароматичної речовини в обох випадках можливо спрямувати додаванням до культурального середовища попередників чи інтермедіатів. У таблиці 1 представлені найактивніші продуценти різних класів ароматичних речовин [1].

Таблиця 1

Ароматична речовина	Мікроорганізм
Ванілін	Pseudomonas putida, Aspergillus niger, Pycnoporus cinnabarinus, Corynebacterium glutamicum, Corynebacterium Sp., Arthrobacter globiformis і Serratia marcescens
Терпени	Ceratocystic variospora, Ceratocystic moniliformis
Складні ефіри	Hanseniaspora guilliermondii, Pichia Anomala, Lactococcus lactis
Похідні спиртів	Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces marxianus, Hansenula anomala
Піразини	Corynebacterium glutamicum
Діацетил	Lactococcus lactis, Lactobacillus sp., Streptococcus thermophilus, Leuconostoc mesenteroides
Лактони	Tyromyces sambuceus, Cladosporium suaveolens, Candida tropicalis, Yarowia lipolytica
Бензальдегіди	Pseudomonas putida, Trametes suaveolens, Polyporus tuberaster, Bjerkandera adusta, Phanerochaete chrysosporium
Метил кетони	Agaricus bisporus, Aspergillus niger, Penicillium Roqueforti, Trichoderma viride

Ванілін є проміжним продуктом мікробної деградації субстратів, таких як ферулова кислота, фенольних сполук, лігніну, евгенолу і ізоевгенолу. Було досліджено ряд мікроорганізмів, а саме Pseudomonas putida, Aspergillus niger, Corynebacterium glutamicum, Corynebacterium sp., Arthrobacter globiformis і Serratia marcescens, в яких виявлена здатність до перетворення природного евгенолу і ізоевгенолу з ефірних масел у ванілін.

Процес одержання ваніліну з використанням ферулової кислоти проходить у два етапи. На першому етапі Aspergillus niger перетворює ферулову кислоту до ванілінової, яка потім розщеплюється до ваніліну у результаті метаболізму Pycnoporus cinnabarinus. При чому, вихід ваніліну може бути істотно збільшений шляхом додавання целобіози на другій стадіїї біосинтезу до культурального середовища з P.cinnabarinus, що пояснюється зменшенням окиснювального декарбоксилювання ванілінової кислоти [2].

Продуцентами більшості терпенів є міцеліальні гриби, що належать до аскоміцетів та базидіоміцетів. Останнім часом значні зусилля були спрямовані на дослідження ферментів, які приймають участь у біосинтезі терпенів. Сиквенування монотерпенсинтази базиліка, що є ключовим ферментом для виробництва гераніолу, дозволило одержати рекомбінантну гераніолсинтазу.

Складні ефіри ацетату, такі як етилацетат, гексилацетат, ізоамілацетат і 2-фенілетилацетат відносять до важливих ароматичних сполук у вині та інших видах виноградних алкогольних напоїв. Зокрема, потужними продуцентами 2-фенілетилацетату та ізоамілацетату є дріжджі Hanseniaspora guilliermondii і Pichia Anomala, відповідно.

Етилові або метилові ефіри жирних кислот зазвичай викликають фруктові аромати, в той час як тіоефіри, одержані з тіолів характеризуються ароматом капусти або сірки. Молочнокислі бактерії здатні синтезувати як етиловий ефір так і тіоефір.

Різні штами дріжджів, зокрема Hansenula Anomala, Kluyveromyces marxianus або Saccharomyces cerevisiae є досить перспективними для промислового виробництва ароматичних сполук, а саме 2-фенілетанолу, який є похідним 2-фенілаланіну.

Бактеріальні культури Corynebacterium glutamicum здатні синтезувати тетраметилпіразини в результаті біотрансформації амінокислот.

Генетичні маніпуляції з геном, що кодує ферменти, які приймають участь у метаболізмі діацетилу, таких як діацетил-ацетоїн редуктази з Lactococcus lactis, дозволили збільшити вихід діацетилу. Крім того, було клоновано і вбудовано в E. coli ацетолактатсинтазу (ключовий фермент для виробництва попередника діацетилу – ацетолактату), що в результаті збільшило продукування діацетилу у штамів Lactococcus lactis [3].

Таким чином, здатність мікроорганізмів до утворення певних ароматичних речовин може бути успішно використано для розробки технології одержання безпечних харчових ароматизаторів.

Література:

1. Sushikumar A. Dubal. Biotechnological routes in flavor industries// Advanced Biotech. – 2008. – P.13.

2. Priefert H., Babenhorst J., Steinbuchel A. Biotechnological production of vanillin // Appl. Microbiol. Biotechnol. – 2001. - Vol. 56. – P. 296–314.

3. Longo M.A. and Sanroman M.A. Production of Food Aroma Compounds // Food Technol. Biotechnol. – 2006. – Vol. 44 (3). – P. 335–353.