Одиничний клітинний білок з кукурудзяної соломи

Одиничний клітинний білок :ВИРОБНИЦТВО КО-КУЛЬТУРИ KODAMAEA OHMERI І LACTOCOCCUS LACTIS У ГІДРОЛІЗАТІ КУКУРУДЗЯНОГО СОЛОМИ

Ця стаття присвячена темі виробництва одиничного клітинного білка (SCP) з реального гідролізату кукурудзяної соломи за допомогою ко-культури дріжджів Kodamaea ohmeri та пробіотичних бактерій Lactococcus lactis.

ОСНОВНІ МОМЕНТИ

• Kodamaea ohmeri SSK може використовувати пентозу, гексозу та інгібітори, такі як фурфурал, 5-ГМФ і оцтова кислота з лігноцелюлозної біомаси.
• K. ohmeri SSK може покращити ріст Lactococcus lactis LX у гідролізаті кукурудзяної соломи.
• Ко-культура двох штамів є корисною для збільшення вмісту сирого білка SCP.

Одиничний клітинний білок

Зі зростанням населення світу попит на білок подвоїться до 2050 року. Одиничний клітинний білок (SCP), отриманий з лігноцелюлозної біомаси, пропонує стійке рішення. Під час попередньої обробки лігноцелюлозної біомаси утворюється багато інгібіторів, які обмежують ріст клітин мікроорганізмів та вихід SCP. У цій роботі ми повідомляємо про консорціум ко-культури Kodamaea ohmeri SSK (пентозо-використовуючі дріжджі) та Lactococcus lactis LX (пробіотична бактерія), який ефективно перетворює реальний гідролізат кукурудзяної соломи на SCP.

K. ohmeri SSK може витримувати інгібітори, такі як фурфурал, 5-гідроксиметилфурфурал (5-HMF) та оцтова кислота, споживаючи глюкозу, ксилозу та арабінозу в реальному гідролізаті. L. lactis LX показав менший ріст у монокультурі, ніж у ко-культурі. Загальний вміст амінокислот у ко-культурованих K. ohmeri SSK та L. lactis LX збільшився до 331,42 мг/г сирого білка, тоді як у монокультурі K. ohmeri SSK він становив 309,89 мг/г сирого білка, що містить 17 амінокислот. Ця робота демонструє, що симбіотична мікробна платформа може виробляти SCP з недетоксикованої лігноцелюлозної біомаси.

Стійка до інгібіторів ко-культура та збалансований профіль амінокислот підкреслюють її потенціал для виробництва білка в промислових масштабах. Ці результати представляють привабливий вибір для використання лігноцелюлозних субстратів та забезпечують платформу для перетворення біомаси в SCP.

Одиничний клітинний білок

Процес виробництва мікробного білка з лігноцелюлозної біомаси. Схема включає чотири основні етапи:

• Попередня обробка лігноцелюлозної біомаси для розділення целюлози, геміцелюлози та лігніну.
• Гідроліз целюлози та геміцелюлози до шести- та п’ятивуглецевих цукрів за допомогою ферментативного гідролізу.
• Культивування штамів у гідролізаті лігноцелюлози.
• Обробка для отримання сухого мікробного білка.

Зі зростанням населення світу попит на постачання білка може досягти 1,25 мільярда тонн на рік (Bahar et al., 2020). Мікробний білок (MP), також відомий як одиничний клітинний білок (SCP), вироблений мікроорганізмами, отримує все більше уваги як альтернативне джерело білка (Graham and Ledesma-Amaro, 2023; Upadhyaya et al., 2016). SCP може бути отриманий з різних мікроорганізмів, включаючи бактерії, водорості, дріжджі та гриби, вирощені з відходів харчової промисловості, лісового господарства та сільського господарства (Thiviya et al., 2022).

Процес виробництва SCP є стійким та екологічно чистим і не обмежується сільськогосподарськими технологіями та екологічними факторами (Sobhi et al., 2023). У порівнянні з традиційними викопними ресурсами, використання та розвиток ресурсів лігноцелюлозної біомаси може допомогти полегшити енергетичну кризу та екологічні проблеми (Fu et al., 2023; Zhang et al., 2023b).

Лігноцелюлозна біомаса, основний структурний компонент усіх клітинних стінок рослин, складається з целюлози, геміцелюлози та лігніну, які щільно переплетені разом, утворюючи складну структуру (Hendriks and Zeeman, 2009). Важко розкладати композити шляхом попередньої обробки та розділення трьох різних компонентів.

Наразі попередня обробка лігноцелюлозної біомаси за допомогою розведеної кислоти з каталізом парової вибуху стала переважним процесом через її низьку вартість та високу ефективність (Steinbach et al., 2020). Попередньо оброблені зразки лігноцелюлози можуть бути гідролізовані за допомогою целюлолітичних ферментативних систем для виробництва ферментованих моносахаридів (Qian et al., 2017).

Багато мікроорганізмів можуть метаболізувати змішані моносахариди та перетворювати їх на важливі біологічні продукти. Однак змішані цукри споживаються мікроорганізмами послідовно, що знижує ефективність використання цукру (Kim et al., 2010).

Крім того, процес попередньої обробки розведеною кислотою може виробляти інгібітори, такі як фурфурал, 5-гідроксиметилфурфурал (5-HMF) та оцтова кислота, які є токсичними для мікроорганізмів (Hasunuma et al., 2011). Тому для мікробів є значним викликом терпіти інгібітори та використовувати гідролізовані змішані моносахариди.

Деякі дріжджі, особливо інженерні дріжджі, можуть використовувати лігноцелюлозні сировини для виробництва різних біоосновних продуктів, таких як SCP (Dien et al., 2022; Zhang et al., 2023a), етанол (Zhang et al., 2024), молочна кислота (Lam et al., 2021) та жири (Zhang et al., 2023a).

ФРАГМЕНТИ РОЗДІЛІВ

ШТами, ІЗОЛЯЦІЯ І КУЛЬТУРА

Kodamaea ohmeri SSK (CCTCC No: M20241008) та Lactococcus lactis LX (CCTCC No: M20241006) були ізольовані з бамбука в Шешані, Шанхай. Два грами подрібненої бамбукової тканини були інокульовані в 250 мл колбі Ерленмейєра з 100 мл розведеного гідролізату кукурудзяної соломи (200 об/хв, 30℃) на 48 годин.

Одиничний клітинний білок: ІДЕНТИФІКАЦІЯ K. OHMERI SSK І L. LACTIS LX

Морфологія колонії штаму SSK після інкубації при 30 °C протягом 24 годин на твердому YPD пластині показала гладку, непрозору та білу кремову колонію. Морфологія колонії штаму LX після інкубації при 30 °C протягом 24 годин на твердому MRS пластині показала круглу та гладку колонію. Зображення скануючої електронної мікроскопії SSK показало еліпсоїдну форму, а розмір становив приблизно 4–6 мкм в діаметрі; клітини L. lactis LX були сферичними, а розмір становив приблизно 0,5–1 мкм.

ВИСНОВОК

Ця робота демонструє, що K. ohmeri SSK та L. lactis LX ефективно синтезують SCP у недетоксикованому CSH, з вмістом білка 39,66 % (SSK, монокультура), 34,29 % (LX, монокультура) та 38,51 % (SSK та LX, ко-культура). Усі незамінні амінокислоти з ко-культури SCP були присутні (але триптофан не може бути виявлений через метод кислотного гідролізу).

Можливість стежити за новинами у більш стислому форматі в телеграм каналі головна сторінка сайту