Biosynteza związków zapachowych przez pleśnie Galactomyces geotrichum.
Type
Project
Date Issued
2018
Author
Discipline
food and nutrition technology
Abstract (PL)
1. Cel prowadzonych badań/hipoteza badawcza
Celem projektu jest zdobycie podstawowej wiedzy na temat wpływu poszczególnych składników odżywczych oraz warunków hodowli na biosyntezę związków zapachowych przez pleśnie Galactomyces geotrichum na podłożach zawierających maślankę lub serwatkę. Przeprowadzone w tym kierunku badania wstępne, wykazały możliwość tworzenia kompozycji aromatycznych o przyjemnym owocowo, karmelowo miodowym aromacie, który jest charakteryzowany głównie przez aldehyd fenylooctowy, 2-fenylo etanol, ester etylowy kwasu masłowego czy też 2,5-dimetylo-4-hydroksy-3(2H)-furanon (HDMF). Z tego względu zaplanowano bardziej szczegółowe badania w kierunku: i) wpływu na tzw. szlak Ehrlicha w celu biosyntezy aldehydu czyli zwiększenia zawartości aldehydu fenylooctowego i zmniejszenia zawartości 2-fenylo etanolu ii) oraz rozpoznania szlaku metabolicznego tworzenia HDMF.
2. Zastosowana metoda badawcza/metodyka
W początkowej fazie projektu zostanie poprowadzony szereg hodowli pleśni Galactomyces geotrichum na podłożach zawierającym maślankę lub serwatkę z różnym dodatkiem substancji odżywczych oraz w różnych warunkach pH i temp. W celu wyłonienia produktu o najbardziej atrakcyjnym aromacie zostanie przeprowadzona analiza sensoryczna z zastosowaniem metody skalowania. Wybrane hodowle zostaną powtórzone przy zwiększonej skali produkcji (bioreaktor 1L) i szczegółowo scharakteryzowane pod względem składu i ilości związków aromatycznych. W tym celu zostanie zastosowana kompleksowa analiza sensomiczna, która obejmuje techniki chromatografii gazowej i olfaktometrii GC-O oraz analizę ilościową z wyznaczeniem aktywności poszczególnych składników aromatu (OAV), na zakończenie potwierdzone rekombinacją aromatu. Jednocześnie wybrane produkty zostaną poddane profilowej analizie sensorycznej. Kolejny etap projektu oparty będzie na badaniach modelowych wykorzystujących znajomość ilości stosowanego węgla i azotu w pożywce w kierunku optymalizacji szlaku Ehrlicha oraz powstawania HDMF. Do identyfikacji biochemicznych szlaków metabolicznych zostanie zastosowany model badawczy CAMOLA, w którym wykorzystuje się prekursory występujące pod dwoma postaciami: w formie naturalnej i w pełni znakowanej izotopomerem np. 1:1 [12C6]glukoza i [13C6]glukoza a następnie monitoruje stosunek powstających izotopomerów. Do identyfikacji powstających związków zostaną wykorzystane aparaty typu: GCxGC/ToFMS lub GC/QQQMS w połączeniu z ekstrakcją za pomocą SPME lub SAFE. Określenie zmian w układzie biochemicznym takich jak zawartość aminokwasów, cukrów, zostanie przeprowadzone za pomocą analizy GC/MS lub LC.
3. Wpływ spodziewanych rezultatów na rozwój nauki, cywilizacji, społeczeństwa
Rezultatem przeprowadzonych badań będzie uzyskanie wiedzy na temat możliwości sterowania procesem biotechnologicznym za pomocą prekursorów czy też warunków hodowli w celu kształtowania aromatu produktów fermentowanych poprzez biotransformację półproduktów przemysłu mleczarskiego takich jak maślanka czy serwatka z wykorzystaniem pleśni z rodzaju G. geotrichum. Szczegółowa charakterystyka otrzymanego bioaromatu za pomocą analizy sensomicznej, która obejmuje wykorzystanie technik instrumentalnych (chromatografia gazowa – olfaktometria) w połączeniu z analizą sensoryczną i specyficznych technik łączonych (chromatografia gazowa – spektrometria mas) do identyfikacji i kwantyfikacji związków odpowiedzialnych za aromat produktu. Równocześnie uzyskane wyniki pozwolą na identyfikację biochemicznych szlaków powstawania kluczowych związków zapachowych, np. HDMF.
Celem projektu jest zdobycie podstawowej wiedzy na temat wpływu poszczególnych składników odżywczych oraz warunków hodowli na biosyntezę związków zapachowych przez pleśnie Galactomyces geotrichum na podłożach zawierających maślankę lub serwatkę. Przeprowadzone w tym kierunku badania wstępne, wykazały możliwość tworzenia kompozycji aromatycznych o przyjemnym owocowo, karmelowo miodowym aromacie, który jest charakteryzowany głównie przez aldehyd fenylooctowy, 2-fenylo etanol, ester etylowy kwasu masłowego czy też 2,5-dimetylo-4-hydroksy-3(2H)-furanon (HDMF). Z tego względu zaplanowano bardziej szczegółowe badania w kierunku: i) wpływu na tzw. szlak Ehrlicha w celu biosyntezy aldehydu czyli zwiększenia zawartości aldehydu fenylooctowego i zmniejszenia zawartości 2-fenylo etanolu ii) oraz rozpoznania szlaku metabolicznego tworzenia HDMF.
2. Zastosowana metoda badawcza/metodyka
W początkowej fazie projektu zostanie poprowadzony szereg hodowli pleśni Galactomyces geotrichum na podłożach zawierającym maślankę lub serwatkę z różnym dodatkiem substancji odżywczych oraz w różnych warunkach pH i temp. W celu wyłonienia produktu o najbardziej atrakcyjnym aromacie zostanie przeprowadzona analiza sensoryczna z zastosowaniem metody skalowania. Wybrane hodowle zostaną powtórzone przy zwiększonej skali produkcji (bioreaktor 1L) i szczegółowo scharakteryzowane pod względem składu i ilości związków aromatycznych. W tym celu zostanie zastosowana kompleksowa analiza sensomiczna, która obejmuje techniki chromatografii gazowej i olfaktometrii GC-O oraz analizę ilościową z wyznaczeniem aktywności poszczególnych składników aromatu (OAV), na zakończenie potwierdzone rekombinacją aromatu. Jednocześnie wybrane produkty zostaną poddane profilowej analizie sensorycznej. Kolejny etap projektu oparty będzie na badaniach modelowych wykorzystujących znajomość ilości stosowanego węgla i azotu w pożywce w kierunku optymalizacji szlaku Ehrlicha oraz powstawania HDMF. Do identyfikacji biochemicznych szlaków metabolicznych zostanie zastosowany model badawczy CAMOLA, w którym wykorzystuje się prekursory występujące pod dwoma postaciami: w formie naturalnej i w pełni znakowanej izotopomerem np. 1:1 [12C6]glukoza i [13C6]glukoza a następnie monitoruje stosunek powstających izotopomerów. Do identyfikacji powstających związków zostaną wykorzystane aparaty typu: GCxGC/ToFMS lub GC/QQQMS w połączeniu z ekstrakcją za pomocą SPME lub SAFE. Określenie zmian w układzie biochemicznym takich jak zawartość aminokwasów, cukrów, zostanie przeprowadzone za pomocą analizy GC/MS lub LC.
3. Wpływ spodziewanych rezultatów na rozwój nauki, cywilizacji, społeczeństwa
Rezultatem przeprowadzonych badań będzie uzyskanie wiedzy na temat możliwości sterowania procesem biotechnologicznym za pomocą prekursorów czy też warunków hodowli w celu kształtowania aromatu produktów fermentowanych poprzez biotransformację półproduktów przemysłu mleczarskiego takich jak maślanka czy serwatka z wykorzystaniem pleśni z rodzaju G. geotrichum. Szczegółowa charakterystyka otrzymanego bioaromatu za pomocą analizy sensomicznej, która obejmuje wykorzystanie technik instrumentalnych (chromatografia gazowa – olfaktometria) w połączeniu z analizą sensoryczną i specyficznych technik łączonych (chromatografia gazowa – spektrometria mas) do identyfikacji i kwantyfikacji związków odpowiedzialnych za aromat produktu. Równocześnie uzyskane wyniki pozwolą na identyfikację biochemicznych szlaków powstawania kluczowych związków zapachowych, np. HDMF.