vguitВестник Воронежского государственного университета инженерных технологийProceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies2226-910X2310-1202VSUET10.20914/2310-1202-2016-4-238-244vguit-1221Research ArticleБиотехнология и бионанотехнологияBiotechnology, bionanotechnology and sugary products technologyВлияние композиций амилолитических ферментов на процесс низкотемпературной биоконверсии нативного крахмалаInfluence of amylolytic enzymes compositions on the process of low temperature bioconversion of native starchЛукинН. Д.LukinN. D.

д.т.н., зам. директора по научной работе,

ул. Некрасова, 11, п. Красково, Московская обл. 140051

doctor of technical sciences, deputy director,

Nekrasov str., 11, Kraskovo, Moscow region, 140051

vniik@arrisp.ruПапахинА. А.PapakhinA. A.

к.т.н., заведующий лабораторией,

ул. Некрасова, 11, п. Красково, Московская обл. 140051

candidate of technical sciences, head of laboratory,

Nekrasov str., 11, Kraskovo, Moscow region, 140051

БородинаЗ. М.BorodinaZ. M.

к.т.н., вед. науч. сотр.,

ул. Некрасова, 11, п. Красково, Московская обл. 140051

candidate of technical sciences, leading researcher,

Nekrasov str., 11, Kraskovo, Moscow region, 140051

ГулаковаВ. А.GulakovaV. A.

ст. науч. сотр.,

ул. Некрасова, 11, п. Красково, Московская обл. 140051

senior researcher,

Nekrasov str., 11, Kraskovo, Moscow region, 140051

ВНИИ крахмалопродуктовРоссияAll-Russian Research Institute for Starch ProductsRussian Federation20160312201604238244Copyright © Лукин Н.Д., Папахин А.А., Бородина З.М., Гулакова В.А., 20172017Лукин Н.Д., Папахин А.А., Бородина З.М., Гулакова В.А.Lukin N.D., Papakhin A.A., Borodina Z.M., Gulakova V.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/1221

Целью данной работы было исследование действия глюкоамилазы в процессе биоконверсии нативного крахмала в композиции с амилолитическими ферментами, оказывающими положительное влияние при биоконверсии предварительно клейстеризованного крахмала. Установлено, что при использовании в качестве катализатора процесса композиции глюкоамилазы с термостабильной бактериальной α-амилазой, в отличие от клейстеризованного крахмала, не наблюдается положительного эффекта. Выявлено позитивное влияние на процесс композиции глюкоамилазы (Asp. niger) с пуллуланазой (Bac. licheniformis) при дозировке последней 0,4–0,5 ед. ASPU/г СВ крахмала. В ходе исследований установлено, что оптимальная величина рН реакционной среды для композиции ферментов так же, как и для глюкоамилазы при действии на нативный крахмал, находится в пределах 3,0–3,5, в отличие от 4,0–4,5 для клейстеризованного крахмала.

Результаты исследований показали, что снижение оптимума рН для действия глюкоамилазы в процессе биоконверсии нативного крахмала до 3,3–3,5 может быть обусловлено синергетическим действием НCl и глюкоамилазы. Пуллуланаза (Bac. licheniformis) при самостоятельном действии на нативный крахмал сохраняет оптимум рН (4,2) для клейстеризованного крахмала, при снижении рН частично инактивируется. При дозировке 10 ед. ASPU/г СВ крахмала в заданных условиях пуллуланаза расщепляет не более 1% СВ крахмала с образованием глюкозы (~ 45%), мальтозы (~ 13%), мальтотриозы (~ 12%) и ВМС (~ 30%), что свидетельствует о способности испытуемой пуллуланазы, помимо α-1,6-гликозидных связей, расщеплять в крахмале и α-1,4 связи. На основании полученных данных установлено, что использование композиции глюкоамилазы с α-амилазой и/или пуллуланазой для низкотемпературной биоконверсии нативного крахмала неэффективно, в отличие от клейстеризованного крахмала.

The aim of this work was to study the action of glucoamylase in the process of bioconversion of native starch in combination with amilolytic enzymes, that have a positive effect on the bioconversion of the pre-gelatinized starch. It was found that the use a composition of thermostable bacterial glucoamylase with α-amylase as catalyst, in contrast to the gelatinized starch, a positive effect is not observed. It was revealed a positive impact of composition the glucoamylase (Asp. niger) and pullulanase (Bac. licheniformis) with the dose of 0.4–0.5 units of ASPU/g DS of starch on the process. The studies revealed that the optimum рН of the reaction medium for the enzyme composition as well as of for glucoamylase at the action on native starch is in the range of 3.0–3.5, in contrast to the 4.0 to 4.5 for gelatinized starch.

The results showed that the optimum рН decrease for the action of glucoamylase in the process of bioconversion of native starch to 3.3 and 3.5 may be due to the synergistic action of glucoamylase and НСl. Pullulanase (Bac. licheniformis) retains the optimum рН (4,2) for gelatinized starch at independent action on native starch is partially inactivated while lowering рН. At a dose of 10 ASPU/g DS of starch under specified conditions pullulanase cleaves not more than 1% DS of starch at forming glucose (~ 45%), maltose (~ 13%), maltotriose (~ 12%) and HMS (~ 30%). That indicates to the ability of the test pullulanase in addition to the α-1,6-glycosidic linkages to break down starch and α-1,4 links. On the basis of the obtained data it is revealed that the use of the glucoamylase composition with α-amylase and/or pullulanase for low-temperature bioconversion of native starch, unlike gelatinized is ineffective.

низкотемпературная биоконверсиянативный крахмалсинергетическое действиекомпозиция амилолитических ферментовглюкоамилазаlow temperature bioconversionnative starchsynergistic effectcomposition of amylolytic enzymesglucoamylaseReferencesЛукин Н.Д., Бородина З.М., Лапидус Т.В., Маннова И.Г. и др. Исследование процесса биоконверсии нативного кукурузного крахмала с применением амилолитических ферментов // Достижения науки и техники АПК. 2011. №12. С. 74–76.1 Lukin N.D., Borodina Z.M., Lapidus T.V., Mannova I.G. et al. Investigation of the process of bioconversion of native corn starch with the use of amylolytic enzymes. Dostizheniya nauki i tekhniki APK [Advances of science and technology of agriculture]. 2011, no. 12, pp. 74–76. (in Russian)Лукин Н.Д., Бородина З.М., Папахин А.А., Шаталова О.В Исследование действия амилолитических ферментов на нативный крахмал различных видов в гетерогенной среде // Достижения науки и техники АПК. 2013. №10. С. 62–64.2 Lukin, N.D., Borodina Z.M., Papahin A.A., Shatalova O.V. et al. Study of the action of amylolytic enzymes on native starches of various types in a heterogeneous environment. Dostizheniya nauki i tekhniki APK [Advances of science and technology of agriculture]. 2013, no. 10, pp. 62–64. (in Russian)Tamaki S., Hisamatsu M., Teranishi K., Adachi T. et al. Structural change of maize starch granules by ball-mill treatment // Starch/Starke. 1998. V. 50. № 8. Р. 342–348.3 Tamaki S., Hisamatsu M., Teranishi K., Adachi T., Yamada T. Structural change of maize starch granules by ball-mill treatment. Starch/Starke. 1998, vol. 50, no. 8, pp. 342–348.Шульман М.С. Механическая клейстеризация крахмала. М.: Пищепромиздат, 1961. 149 с.4 Shul'man M.S. Mehanicheskaja klejsterizacija krahmala [Mechanical gelatinization of starch]. Moskow, Pishhepromizdat, 1961, 149 p.Uthumporn U., Zaidul I.S.M., Karim A.A. Hydrolysis of granular starch at subgelatinization temperature using a mixture of amylolytic enzymes // Food and Bioproducts Processing. 2010. V. 88. P. 47–54.5 Uthumporn U., Zaidul I.S. M., Karim A.A. Hydrolysis of granular starch at subgelatinization temperature using a mixture of amylolytic enzymes. Food and Bioproducts Processing. 2010, vol. 88, pp. 47–54.Arasaratnam V., Balasubramaniam K. Synergistic action of α-amylase and glucoamylase on raw corn // Starch/Starke. 1993. V. 45. № 6. P. 231–233.6 Arasaratnam V., Balasubramaniam K. Synergistic action of α-amylase and glucoamylase on raw corn. Starch/Starke. 1993, vol. 45, no. 6, pp. 231–233.Fujii M., Homma T., Taniguchi M. Synergism α-amylase and glucoamylase on hydrolysis of native starch granules // Biotechnol. Bioeng. 1988. V. 32. № 7. P. 910–915.7 Fujii M., Homma T., Taniguchi M. Synergism α-amylase and glucoamylase on hydrolysis of native starch granules. Biotechnol. Bioeng. 1988, vol. 32, no. 7, pp. 910–915.Папахин А.А., Бородина З.М., Лукин Н.Д., Гулакова В.А. и др. Методика оценки действия амилолитических ферментов на нативный крахмал // Хранение и переработка сельхозсырья. 2014. № 4. С. 14–17.8 Papakhin A.A., Borodina Z.M., Lukin N.D., Gulakova V.A. et al. Methods of evaluation of the action of amylolytic enzymes on native starches. Khranenie i pererabotka sel'hozsyr'ya [Storage and processing of agricultural products]. 2014, no. 4, pp. 14–17. (in Russian)Hii S.L., Tan J.S., Ling T.C. Ariff A.B. Pullulanase: role in starch hydrolysis and potential industrial application // Enzyme research. 2012. V. 2012. P. 14.9 Hii S.L., Tan J.S., Ling T.C. Ariff A.B. Pullulanase: role in starch hydrolysis and potential industrial application. Enzyme research, 2012, vol. 2012, 14 p.Rou A., Messaoud E.B., Bejar S. Isolation and purification of an acidic pullulanase type II from newly isolated Bacillus sp. US149 // Enzyme and microbial technology. 2003. V. 33. № 5. P. 720–724.10Rou A., Messaoud E.B., Bejar S. Isolation and purification of an acidic pullulanase type II from newly isolated Bacillus sp. US149. Enzyme and microbial technology. 2003, vol. 33, no. 5, pp. 720–724.Ara K., Saeki K., Igarashi K., Takaiwa M. et al. Purification and characterization of an alkaline amylopullulanase with both α-1,4 and α-1,6 hydrolytic activity from alkalophilic Bacillus sp. KSM-1378 // Biochimica et Biophysica Acta. 1995. V. 1243. № 3. Р. 315–324.11 Ara K. Saeki K., Igarashi K., Takaiwa M., Uemura T., Hagihara H., Kawai S., Ito S. Purification and characterization of an alkaline amylopullulanase with both α-1,4 and α-1,6 hydrolytic activity from alkalophilic Bacillus sp. KSM-1378. Biochimica et Biophysica Acta. 1995, vol. 1243, no. 3, pp. 315–324.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.