Разработка научных основ для создания безалкогольных ферментированных зерновых напитков с функциональными свойствами

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-16-00108

НазваниеРазработка научных основ для создания безалкогольных ферментированных зерновых напитков с функциональными свойствами

Руководитель Федорова Татьяна Васильевна, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук" , г Москва

Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-302 - Функциональные и специальные продукты питания

Ключевые слова Молочнокислые бактерии, пробиотики, заквасочные культуры, безалкогольные ферментированные зерновые напитки, функциональные продукты питания, лечебно-профилактическое питание, биологически активные соединения, безопасность продуктов питания, омиксные технологи, геномные исследования, протеомные исследования, метаболомные исследования, in vivo тестирование на животных моделях

Код ГРНТИ62.13.99

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Основной целью проекта является комплексное исследование с использованием современных омиксных технологий пробиотического (функционального) потенциала молочнокислых бактерий и создание на их основе новых инновационных функциональных продуктов питания, таких как безалкогольные ферментированные зерновые напитки. Актуальность проекта обусловлена необходимостью разработки новых подходов к поиску и получению функциональных продуктов питания, постоянное употребление которых позволит не только оптимизировать рацион за счет сбалансированности нутриентов, но и предоставит реальную возможность снизить риски хронических заболеваний таких как метаболический синдром, ожирение, сахарный диабет 2-го типа, гипертензия и др. Анализ современного состояния Российского рынка общественного питания показывает, что несмотря на кризисные явления в экономике, сегмент продуктов здорового питания является крайне перспективным. Рост данного сегмента является прямым следствием изменений в моделях потребительского поведения. Модель “еда, как источник веществ и энергии” постепенно сменяется моделью “еда, как источник здоровья”. Кроме того, рост заболеваемости населения значительно увеличивает спрос на продукты лечебного и лечебно-профилактического характера. В процессе разработки и создания функциональных продуктов возникают проблемы, которые требуют поиска новых научных подходов для их решения. Одним из таких подходов являются исследования в области ферментированных продуктов с использованием современных и эффективных омиксных технологий, таких как геномика, транскриптомика, протеомика, метаболомика и др. Секвенирование геномов штаммов заквасочных культур для исследования генов, ответственных за пробиотический потенциал микроорганизмов, во многом поможет при выборе заквасок/заквасочных штаммов, которые в дальнейшем улучшат качество и функциональные свойства ферментированных продуктов, а также обеспечат безопасность таких продуктов. Транскриптомика, протеомика и метаболомика в равной степени способствуют более глубокому исследованию и пониманию механизмов различных форм ферментаций, а также механизмов биосинтеза различных биологически активных соединений в процессе ферментации. Кроме того, необходимым условием изучения функциональных свойств ферментированных продуктов являются исследования на моделях in vivo и проведение дальнейших клинических испытаний. Таким образом основными задачами проекта являются: 1) проведение функциональной паспортизации коллекционных штаммов стартерных культур МКБ и новых потенциально пробиотических штаммов, выделенных из ферментированных пищевых продуктов; 2) проведение секвенирования полных геномов штаммов и идентифицикация ключевых генов и их кластеров, потенциально связанные с механизмом формирования функциональной активности и антибиотикорезистентности; 3) проведение анализа метаболического и пептидного профилей штаммов; 4) cоздание многокомпонентных пробиотических консорциумов для последующей разработки на их основе комбинированных заквасок для производства безалкогольных ферментированных зерновых напитков; 5) проведение тестирования функциональных свойств разработанных комбинированных заквасок для производства функциональных ферментированных продуктов в моделях in vitro и in vivo. В ходе выполнения проекта будут получены новые знания, важные как с точки зрения фундаментальной науки, так и для практической области производства функциональных продуктов питания.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Моисеенко К.В., Бегунова А.В., Рожкова И.В., Федорова Т.В. ВЫДЕЛЕНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКА ШТАММОВ LACTICASEIBACILLUS PARACASEI, ИЗ КЕФИРНЫХ ГРИБКОВ И ТРАДИЦИОННОГО ЗЕРНОВОГО ПРОДУКТА ЮАР – МАХЕВУ Актуальная биотехнология, 1, 35, 111-114 (год публикации - 2022)

2. Моисеенко К.В., Шабаев А.В., Глазунова О.А., Савинова О.С., Фёдорова Т.В. Образование летучих органических соединений и изменение профиля жирных кислот при ферментации молока различными пробиотическими штаммами Lacticaseibacillus paracasei Прикладная биохимия и микробиология (год публикации - 2023)

3. Моисеенко К.В., Бегунова А.В., Савинова О.С., Глазунова О.А., Рожкова И.В., Федорова Т.В. Biochemical and Genomic Characterization of Two New Strains of Lacticaseibacillus paracasei Isolated from the Traditional Corn-Based Beverage of South Africa, Mahewu, and Their Comparison with Strains Isolated from Kefir Grains Foods, Vol. 12, 223. (год публикации - 2023)
10.3390/foods12010223

4. Моисеенко К.В., Глазунова О.А., Савинова О.С., Федорова Т.В. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ГЕНОМОВ И ОЦЕНКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ШТАММОВ STREPTOCOCCUS THERMOPHILUS Микробиология (год публикации - 2024)

5. Моисеенко К.В., Глазунова О.А., Савинова О.С., Федорова Т.В. Comparison of Genomes, Resistomes, and Antimicrobial Properties of the Three Lactococcus Lactis Strains from Fermented Milk and Cereal Products of South Africa and Russia Applied Biochemistry and Microbiology, Vol. 60, No. 6, pp. 1223–1239. (год публикации - 2024)
10.1134/S0003683824606012

6. Моисеенко К.В., Глазунова О.А., Федорова Т.В. Fermentation of Rice, Oat, and Wheat Flour by Pure Cultures of Common Starter Lactic Acid Bacteria: Growth Dynamics, Sensory Evaluation, and Functional Properties Foods, Foods 2024, 13(15), 2414 (год публикации - 2024)
10.3390/foods13152414

7. Савинова О.С., Шабаев А.В. , Фёдорова Т.В. Пробиотические свойства изолятов Lactobacillus helveticus, выделенных из кефирного грибка и фекас человека Applied Biochemistry and Microbiology (год публикации - 2025)

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Исследование антимикробной активности Lactococcus lactis, Streptococcus thermophilus, Lacticaseibacillus paracasei, Lactobacillus delbrueckii и Lactobacillus helveticus показало, что штаммы МКБ обладали антагонистическим действием в отношении тест-культур Escherichia coli АТСС 25922 и Staphylococcus aureus АТСС 6538. Наиболее высокой антимикробной активностью среди протестированных МКБ обладали штаммы L. helveticus – задержка роста E. coli и S. aureus через 48 ч со-культивирования составляла около 90%. Согласно результатам in silico анализа с использованием сервиса BAGELv4.0 в геномах штаммов L. helveticus обнаружены генные кластеры бактериоцинов III класса – эндолизины. Протеомный анализ показал, что в ответ на присутствие E.coli и S. aureus в ростовой среде штамм L.helveticus NK1 секретировал: β-лактамазы класса C (AmpC; COG1680); ряд белков, вовлеченных в транспорт и метаболизм аминокислот, в том числе различные пептидазы (М13 металлопептидаза PepO; аминопептидаза PepN; олигопептидаза PepF; C69 дипептидаза PepD); белки углеводного обмена и транспорта (в том числе возрастала секреция аминотрансферазы Aat и L-лактат дегидрогеазы). Увеличение секреции таких ферментов как PLP-зависимая аминотрансфераза Aat и L-лактат дегидрогеназа в присутствии S. aureus свидетельствует о возможном синтезе штаммом L.helveticus NK1 3-фенилмолочной (PLA) и 4-гидроксифенилмолочной кислот (HPLA), обладающих мощной антимикробной активностью. Значительно усиливалась секреция некоторых белков S-слоя (SLAP domain-containing protein), некоторые белки данной группы были уникальными, в тоже время другие SLAP домен-содержащие белки, напротив, на среде с патогенами обнаружены не были, в отличие от контрольной MRS среды с моно культурой L.helveticus NK1. Бактериоцины ни на одной из сред обнаружены не были. Анализ гипохолестеринемических свойств штаммов МКБ в тестах in vitro показал, что наиболее активным штаммом из исследованных МКБ являлся L.helveticus KF7. В присутствии холестерина в ростовой среде обнаружена секреция штаммом L. helveticus KF7 белков S-слоя SlpA (pfam03217) MDY0874731.1, MDY0875722.1 и MDY0876154.1, а также ряд белков с неизвестными функциями. Результаты, полученные в данном исследовании, показали, что белки поверхностного слоя, продуцируемые L. helveticus KF7, вносят вклад в пробиотический потенциал этого штамма. Белки S-слоя, синтезируемые штаммом L. helveticus KF7, по всей видимости, участвуют в совместной агрегации с патогенами бактериями, а также в связывании холестерина. Анализ in vitro адгезии штаммов МКБ к иммобилизованному на планшетах муцину показал, что адгезия среди штаммов L. delbrueckii subsp. bulgaricus, L. paracasei и L. lactis составляла в среднем около 5%; S. thermophilus – около 1% и L. helveticus – менее 1% (в среднем 0,25%). Самый высокий процент адгезии (7%) был обнаружен у штамма L. lactis АМ1, в то время как два других штамма продемонстрировали более низкую способность связывания с муцином – 5 и 3% у штаммов L. lactis MA1 и dLA соответственно. Несколько белков L. lactis AM1, включая MucBP домен-содержащие белки и пилины – белки пилей, были идентифицированы как потенциальные адгезивные молекулы. Таким образом, продуцирующий S-слой штамм L. helveticus KF7, выделенный на первом этапе данного исследования из кефирного грибка, и обладающий антимикробными и мукоадгезионными свойствами штамм L. lactis AM1, выделенный из кисломолочного продукта ЮАР – аммаси, являются отличными кандидатами на роль пробиотических штаммов. В моделях in vivo показано, что безалкогольные зерновые напитки из овса и пшеницы (овсяное и пшеничное молоко соответственно), ферментированные комбинированными заквасками, при ежедневном употреблении проявляют умеренный гипотензивный, гепатопротекторный и гипохолестеринемический эффекты. Однако для аналогичного продукта из рисового молока данные эффекты отсутствовали. При этом ежедневное употребление всех трёх ферментированных напитков из овса, риса и пшеницы приводило к увеличение сахара в крови на фоне индуцированного сахарного диабета, в случае рисового зернового напитка, повышение содержания глюкозы в крови было самым высоким. Метаболитный профайлинг ферментированных зерновых напитков показал, что в их составе основными идентифицированными соединениями являются моно- и дисахариды и молочная кислота. Значительное содержание сахаров в ферментированных зерновых напитках, по всей видимости, обуславливают при ежедневном потреблении повышение содержания глюкозы в крови животных в экспериментах in vivo. Органолептический анализ показал, что все продукты обладали приемлемыми с точки зрения вкуса и аромата характеристиками. В профиле ЛОС были идентифицированы различные монотерпены – альфа-пинен (рисовый и пшеничный зерновые напитки), лимонен (овсяный и рисовый зерновые напитки), а также оцимен и кумен в рисовом зерновом напитке. В профиле ЛОС пшеничного зернового напитка были идентифицированы также алифатический ациклический метилкетон 2-гептанон (метиламилкетон) и гексанол, что обуславливало характерный сладковатый с легким фруктово-цветочным оттенком аромат данного зернового напитка. В процессе ферментации зерновых напитков возрастало содержание гетероциклического соединения 2-пентилфурана, суммарное количество которого после ферментации овсяного и пшеничного напитка достигало порядка 70-90% от общего содержания ЛОС.

Публикации