Pāvels Semjonovs, M. biol., M. oec. Armands Vīgants, Dr. biol

1

LU MIKROBIOLOĢIJAS UN BIOTEHNOLOĢIJAS INSTITŪTS

Fruktānu un to hidrolīzes Fruktānu un to hidrolīzes produktu iegūšana un produktu iegūšana un prebiotiskās īpašībasprebiotiskās īpašības

Pāvels Semjonovs, M. biol., M. oec.

Armands Vīgants, Dr. biol.

Pēteris Zikmanis, Dr .habil. biol., prof.

2

Fruktāni

• Fruktozes polimēri

• Levāns (ß-2,6 fruktāns) – bakteriālās sintēzes produkts

• Inulīns (ß-2,1 fruktāns) – augu izcelsmes polisaharīds

• FOS – dabā reti sastopami, iegūst no inulīna; DP< 30

3

Fruktānu ietekme uz cilvēka veselību (pēc literatūras datiem)

FOS• Mazkaloriju neglikēmiska

saldviela,

• Prebiotiķi

• Samazina holesterīna līmeni asinīs

• Palīdz risināt lieka svara problēmu

LEVĀNS, INULĪNS• Samazina holesterīna

līmeni asinīs• Paaugstina organisma

nespecifisko imunitāti• Prebiotiķi in vivo• Pretvēža aktivitāte• Uzlabo Ca un Mg

absorbciju

4

Fruktānu sīrupa iegūšana

FOS containing fructan syrup production using Z.mobilis “levan-levansucrase” sediment as catalyst.

5

33%

13%

46%

8%

Fructooligosaccharides Levan

Glucose+fructose Sucrose

Composition of carbohydrates in fructan syrup. Total carbohydrates content - 54.5 % of wet weight.

6

40 g/l levāna šķīduma hidrolīze ar pienskābi (pH 3,35)

pie 90 – 92oC)

91

09,8

17,828,7

35,2 39

6665,4

0 5 10 20 30 40 50Hidrolīzes ilgums, min

rel.

visk

ozit

āte;

RV

, g/l

Viskoz.RV

7

40 g/l levāna šķīduma hidrolīze ar pienskābi (pH 3,35)

pie 37oC

246

8 6,70 0 0 0 0 0

80

6

39,7

16,5

24,1

4,35,0

0 1 2 3 4 20 24 43 48

Hidrolīzes ilgums, h

Rel

. vis

kozi

tāte

, Lev

āns,

g/l

; R

V, g

/l

Rel. Viskozitāte. Levāns, g/l RV, g/l

8

Lactobacillus, Streptococcus, Bifidobacterium spēja izmantot FOS

(biomasas izmaiņas)

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

1,400

Bio

mas

a, g

/l

L. acidophilus

St. term

ophilus

L. bulgaricus

L. casei var. Shirota

L. reuteri

B. lactis 12

L. plantarum 10

L. delbrueckii

L. casei var. alactosis

L. plantarum K

L

Kultūras

9

Lactobacillus, Streptococcus, Bifidobacterium spēja izmantot FOS

(pH izmaiņas)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

pH iz

mai

ņas

L. acidophilus

St. term

ophilus

L. bulgaricus

L. casei var. Shirota

L. reuteri

B. lactis 12

L. plantarum 10

L. delbrueckii

L. casei var. alactosis

L. plantarum K

L

Kultūras

10

Bifidobacterium lactis 12

Probiotiķis

Liofilizēts nu-trish DVS monoieraugs, ko izmanto skābpiena produktu ražošanai, (Chr. Hansen - Dānija)

11

pH izmaiņas fermentējot fruktānus ar B. lactis 12

(MRS barotnē ar pētāmo 1% oglekļa avotu)

Fermentācijas ilgums, st.

Glikoze

Fruktānu sīrups

FOS Levāns Inulīns

0 6,98 6,88 6,91 7,12 6,26 24 4,55 4,53 4,82 6,93 6,42 48 4,31 4,42 4,48 6,88 6,20

d 2,61 2,46 2,43 0,24 0,06

12

B. lactis 12 spēja asimilēt fruktānus (kopējās RV, % pēc hidrolīzes ar HCl)

Ferment. ilgums, h

Glikoze, RV, %

Fruktānu sīrups, RV, %

FOS Levāns, RV, %

Inulīns, RV, %

0 1,04 1,13 0,66 1,39 0,749 24 0,51 0,53 0,48 1,27 0,727 48 0,45 0,53 0,48 1,27 0,734

d, % 56,7 53,1 27,6 8,6 2,0

13

B. lactis 12 šūnu skaita izmaiņas atkarībā no oglekļa avota

(MRS barotnē ar 1% oglekļa avotu)

Oglekļa avots

Fermentēšanas ilgums, h

izmaiņas, log

0 24 48 Glikoze 9,8104 1,4107 8,4107 + 2,93 Fruktānu sīrups 9,8104 4,3106 1,0107 + 2,01 FOS 9,8104 1,6106 2,2106 + 1,35 Levāns 1,5104 9,0103 1,6104 + 0,03 Inulīns 1,9104 9,5103 7,8103 - 0,39

14

Pienskābes un etiķskābes sintēze fermentējot dažādus oglekļa avotus ar

B. lactis 12

Glikoze FOS Frukt. sīr.

Ferment. ilg., h 0 48 0 48 0 48

Pienskābe, mM 4,1 23,9 2,5 11,6 4,4 27,1

Etiķskābe, mM 13,0 78,0 2,6 38,8 12,0 49,8

Pienskāb./

Etiķskāb.

0,306 0,299 0,544

15

Fruktozes koncentrācijas izmaiņas kultūras šķidrumā fermentējot dažādus

fruktānus ar B. lactis 12

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0 5 24 48

Fermentēšanas ilgums, h

Fru

ktoz

es k

once

ntrā

cija

, g/

l

LevānsFOSInulīns

16

Ogļhidrātu koncentrācijas izmaiņas kultūras šķidrumā fermentējot fruktānu sīrupu ar

B. lactis 12 (MRS barotnē ar 1 % fruktānu sīrupa)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 24 48

Fermentēšanas ilgums, h

Ogļ

hidr

āti,

g/l

FruktozeGlikozeRV

17

Fruktānu sīrupa ietekme uz B. lactis 12 attīstību vājpienā

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1st Qtr 2nd Qtr 3rd Qtr 4th Qtr

EastWestNorth

1 0 8

1 0 6

1 0 2 1 0 2

1 0 8

1 0 6

1 0 1 0

1 0 3

1 0 4

1

1 0

1 0 0

1 0 0 0

1 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 2 4 6

F e r m e n t ē š a n a s i l g u m s, stF e r m e n t a ti o n ti m e , h

Šū

nu

sk

ait

s/

ml

Ce

ll

co

un

t/

ml

V ā jp i e n s S k i m m e d m i lk

V ā j p ie n s + 5 % fr u k tā n u s ī r u p sS k im m e d m il k + 5 % f r u c t a n s y r u p

V ā j p ie n s + 1 0 % fr u k tā n u s ī r u p sS k i m m e d m i l k + 1 0 % f r u c t a n s y r u p

V ā j p ie n s + 1 5 % fr u k tā n u s ī r u p sS k im m e d m il k + 1 5 % f r u c t a n s y r u p

18

Kopsavilkums

• FOS saturošos substrātus iespējams iegūt fruktozes polimēru pienskābās hidrolīzes gaitā;

• Probiotiķis B.lactis 12 un citas pienskābes baktērijas, īpaši epifitās, labi izmanto FOS kā vienīgo oglekļa un enerģijas avotu;

• Salīdzinot ar citiem oglekļa avotiem FOS saturošais fruktānu sīrups stimulē B. lactis 12 augšanu dabiskajās u sintētiskajās barotnēs;

• Fruktānu sīrups palielina pienskābes / etiķskābes attiecību heterofermentatīvās pienskābās rūgšanas gaitā.

19

Saturs• Titullapa• Fruktāni• Fruktānu ietekme uz cilvēka veselību• Fruktānu sīrupa iegūšana• Fruktānu sīrupa sastāvs• Levāna šķīduma hidrolīze ar pienskābi (pH 3,35) pie 90 – 92oC

• Levāna šķīduma hidrolīze ar pienskābi (pH 3,35) pie 37oC

• Lactobacillus, Streptococcus, Bifidobacterium attieksme pret FOS(biomasas izmaiņas)• Lactobacillus, Streptococcus, Bifidobacterium attieksme pret FOS(pH izmaiņas)• Bifidobacterium lactis 12• B. lactis 12 šūnu skaita izmaiņas atkarībā no oglekļa avotus• B. lactis 12 spēja asimilēt dažādus oglekļa avotus (pH) • Pienskābes un etiķskābes sintēze • Fruktozes koncentrācijas izmaiņas • Fruktozes, glikozes un RV koncentrācijas izmaiņas kultūras šķidrumā fermentējot fruktānus• Fruktānu sīrupa ietekme uz B. lactis 12 attīstību vājpienā• Kopsavilkums