Инновационный подход к обогащению пищевых продуктов с применением хлебопекарных дрожжей

В настоящее время актуальной остается проблема дефицита макро- и микронутриентов в рационах населения. Одним из перспективных направлений ее решения является разработка способов производства отечественных пищевых ингредиентов с целью создания на их основе обогащенных микронутриентами пищевых продуктов. Биотехнологический способ получения таких ингредиентов считается одним из актуальных, а наиболее широко применяемым микроорганизмом в пищевой промышленности являются дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Целью данной работы стало изучение возможности обогащения хлебопекарных дрожжей микроэлементами: цинком и хромом. В ходе исследования подтверждена возможность фортификации дрожжей в процессе культивирования периодическим способом на солодовом сусле с добавлением растворов солей — источников микроэлементов: сульфата цинка (ZnSO₄× 5H₂O) и хлорида хрома (III) (CrCl₃×6H₂O). Оптимальными дозировками выбранных солей микроэлементов для обогащения были 250 мг Zn /дм³ и 500 мкг Cr /дм³. При этом наблюдалось увеличение содержания сырого протеина (СП) на 11,6 ± 0,5%. При использовании данного сочетания (250 мг Zn /дм³ + 500 мкг Cr /дм³) удалось достичь оптимальных результатов в процессе одновременного обогащения объекта двумя микроэлементами. Это позволило получить образец с концентрацией 263,4 ± 13 мг Zn / 100 г дрожжей (процент встраивания — 58,8%) и 308,2 ± 15 мкг Cr / 100 г дрожжей (процент встраивания — 34,4%). Также наблюдалось повышение количества сырого протеина на 30 ± 1,5%. Была изучена возможность включения полученных экспериментальных образцов в состав пищевых продуктов, и в качестве модели было выбрано изделие массового потребления — хлеб. Образцы хлеба были произведены с полной заменой дрожжей без обогащения на фортифицированные цинком и хромом. Органолептическая оценка и исследование таких важных показателей, как влажность и кислотность, продемонстрировали, что экспериментальные образцы могут быть использованы в пищевой промышленности после прохождения необходимых тестов на безопасность. Для восполнения рекомендуемой суточной нормы поступления в организм микроэлементов при употреблении 100 г экспериментального образца хлеба были рассчитаны значения: 68,5 ± 3,4% для цинка и 19,2 ± 1,0% для хрома.

1. Тутельян, В. А., Шарафетдинов, Х. Х., Лапик, И. А., Воробьева, И. С., Суханов, Б. П. (2014). Приоритеты в разработке специализированных пищевых продуктов оптимизированного состава для больных сахарным диабетом 2 типа. Вопросы питания, 83(6), 41–51.

2. Серба, Е. М., Юраскина, Т. В., Римарева, Л. В., Ревякина, В. А., Медриш, М. Э., Погоржельская, Н. С. (2022). Ферментолизат Saccharomyces cerevisiae: научно-практическое обоснование использования в качестве биологически активной добавки. Биотехнология, 38(4), 107–113. https://doi.org/10.56304/S0234275822040123

3. Мазо, В. К., Зорин, С. П. (2008). Перспективы биотехнологического получения новых пищевых источников органических соединений селена. Успехи современного естествознания, 11, Статья 15.

4. Comitini, F., Agarbati, A., Canonico, L., Ciani, M. (2021). Yeast interactions and molecular mechanisms in wine fermentation: A comprehensive review. International Journal of Molecular Sciences, 22(14), Article 7754. https://doi.org/10.3390/ijms22147754

5. Nielsen, J. (2019). Yeast systems biology: Model organism and cell factory. Biotechnology Journal, 14(9), Article e1800421. https://doi.org/10.1002/biot.201800421

6. Jordá, T., Puig, S. (2020). Regulation of ergosterol biosynthesis in Saccharomyces cerevisiae. Genes, 11(7), Article 795. https://doi.org/10.3390/genes11070795

7. Al–Fartusie, F. S., Mohssan, S. N. (2017). Essential trace elements and their vital roles in human body. Indian Journal of Advances in Chemical Science, 5(3), 127–136.

8. Дедов, И. И., Шестакова, М. В., Викулова, О. К., Железнякова, А. В., Исаков, М. А., Сазонова, Д. В. и др. (2023). Сахарный диабет в Российской Федерации: динамика эпидемиологических показателей по данным Федерального регистра сахарного диабета за период 2010–2022 гг. Сахарный диабет, 26(2), 104–123. https://doi.org/10.14341/DM13035

9. Waled, A., Ahmed, A. A. (2022). Disturbance of Electrolytes (Na, K and Cl) Homeostasis among Patients with Type II Diabetes Mellitus. Libyan Journal of Medical Research, 16(2), 153–160.

10. Dubey, P., Thakur, V., Chattopadhyay, M. (2020). Role of minerals and trace elements in diabetes and insulin resistance. Nutrients, 12(6), Article 1864. https://doi.org/10.3390/nu12061864

11. Шейбак, В. М. (2015). Синтез и секреция инсулина: роль катионов цинка. Журнал Гродненского государственного медицинского университета, 1(49), 5–8.

12. Prasad, A. S. (2017). Discovery of zinc for human health and biomarkers of zinc deficiency. Chapter in a book: Molecular, genetic, and nutritional aspects of major and trace minerals. Molecular, Genetic, and Nutritional Aspects of Major and Trace Minerals. Academic Press, 2016. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-802168-2.00020-8

13. Khodavirdipour, A., Haddadi, F., Keshavarzi, S. (2020). Chromium supplementation negotiation with diabetes mellitus, hyperlipidemia and depression. Journal of Diabetes and Metabolic Disorders, 19(1), 585–595. https://doi.org/10.1007%2Fs40200-020-00501-8

14. Swaroop, A., Bagchi, M., Preuss, H. G., Zafra-Stone, S., Ahmad, T., Bagchi, D. (2019). Benefits of chromium (III) complexes in animal and human health. Chapter in a book: The nutritional biochemistry of chromium (III). Elsevier, 2019. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-64121-2.00008-8

15. Bohrer, B. M. (2017). Review: Nutrient density and nutritional value of meat products and non–meat foods high in protein. Trends in Food Science and Technology, 65, 103–112. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2017.04.016

16. Gharibzahedi, S. M. T., Jafari, S. M. (2017). The importance of minerals in human nutrition: Bioavailability, food fortification, processing effects and nanoencapsulation. Trends in Food Science and Technology, 62, 119–132. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2017.02.017

17. Handa, V., Sharma, D., Kaur, A., Arya, S. K. (2020). Biotechnological applications of microbial phytase and phytic acid in food and feed industries. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 25, Article 101600. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2020.101600

18. Gibson, R. S., Raboy, V., King, J. C. (2018). Implications of phytate in plant–based foods for iron and zinc bioavailability, setting dietary requirements, and formulating programs and policies. Nutrition Reviews, 76(11), 793–804. https://doi.org/10.1093/nutrit/nuy028

19. Krausova, G., Kana, A., Vecka, M., Hyrslova, I., Stankova, B., Kantorova, V. et al. (2021). In vivo bioavailability of selenium in selenium-enriched Streptococcus thermophilus and Enterococcus faecium in CD IGS rats. Antioxidants, 10(3), Article 463. https://doi.org/10.3390/antiox10030463

20. Jin, W., Yoon, C., Johnston, T. V., Ku, S., Ji, G. E. (2018). Production of selenomethionine — enriched Bifidobacterium bifidum BGN4 via sodium selenite biocatalysis. Molecules, 23(11), Article 2860. https://doi.org/10.3390/molecules23112860

21. Zhang, Z.-H., Wu, Q.-Y., Chen, C., Zheng, R., Chen, Y., Ni, J.-Z. et al. (2018). Comparison of the effects of selenomethionine and selenium — enriched yeast in the triple –transgenic mouse model of Alzheimer’s disease. Food and Function, 9(7), 3965–3973. https://doi.org/10.1039/C7FO02063E

22. Kieliszek, M., Dourou, M. (2021). Effect of selenium on the growth and lipid accumulation of Yarrowia lipolytica yeast. Biological Trace Element Research, 199(4), 1611–1622. https://doi.org/10.1007/s12011-020-02266-w

23. Góral, M., Kozłowicz, K., Pankiewicz, U., Góral, D. (2018). Magnesium enriched lactic acid bacteria as a carrier for probiotic ice cream production. Food Chemistry, 239, 1151–1159. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.07.053

24. Król, B., Słupczyńska, M., Kinal, S., Bodarski, R., Tronina, W., Mońka, M. (2017). Bioavailability of organic and inorganic sources of chromium in broiler chicken feeds. Journal of Elementology, 22(1), 283–294. https://doi.org/10.5601/jelem.2016.21.1.1119

25. Yang, J., Wang, J., Yang, K., Liu, M., Qi, Y., Zhang, T. et al. (2018). Antibacterial activity of selenium — enriched lactic acid bacteria against common food — borne pathogens in vitro. Journal of Dairy Science, 101(3), 1930–1942. https://doi.org/10.3168/jds.2017-13430

26. Pieniz, S., Andreazza, R., Mann, M.B., Camargo, F., Brandelli, A. (2017). Bioaccumulation and distribution of selenium in Enterococcus durans. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, 40, 37–45. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2016.12.003

27. Pophaly, S. D., Poonam, Singh, P., Kumar, H., Tomar, S.K., Singh, R. (2014). Selenium enrichment of lactic acid bacteria and bifidobacteria: A functional food perspective. Trends in Food Science and Technology, 39(2), 135–145. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2014.07.006

28. Adiwena, M., Murtilaksono, A., Egra, S., Hoesain, M., Asyiah I. N., Pradana, A. P. et al. (2023). The effects of micronutrient-enriched media on the efficacy of Bacillus subtilis as biological control agent against Meloidogyne incognita. Biodiversitas Journal of Biological Diversity, 24(1), 33–39. https://doi.org/10.13057/biodiv/d240105

29. Averianova, L. A. Balabanova, L. A., Son, O. M., Podvolotskaya, A. B., Tekutyeva, L. A. (2020). Production of vitamin B2 (riboflavin) by microorganisms: An overview. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 8, Article 570828. https://doi.org/10.3389/fbioe.2020.570828

30. Rai, A. K., Pandey, A., Sahoo, D. (2019). Biotechnological potential of yeasts in functional food industry. Trends in Food Science and Technology, 83, 129–137. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2018.11.016

31. Liu, J.-F., Xia, J.-J., Nie, K.-L., Wang, F., Deng, L. (2019). Outline of the biosynthesis and regulation of ergosterol in yeast. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 35, Article 98. https://doi.org/10.1007/s11274-019-2673-2

32. Amrein, K., Scherkl, M., Hoffmann, M., Neuwersch-Sommeregger, S., Köstenberger, M., Berisha, A.T. et al. (2020). Vitamin D deficiency 2.0: An update on the current status worldwide. European Journal of Clinical Nutrition, 74(11), 1498–1513. https://doi.org/10.1038/s41430-020-0558-y

33. Петрушкина А. А., Пигарова Е. А., Рожинская Л. Я. (2018). Эпидемиология дефицита витамина D в Российской Федерации. Остеопороз и остеопатии, 21(3), 15–20. https://doi.org/10.14341/osteo10038

34. Berger, M. M., Pantet, O., Schneider, A., Ben-Hamouda, N. (2019). Micronutrient deficiencies in medical and surgical inpatients. Journal of Clinical Medicine, 8(7), Article 931. https://doi.org/10.3390/jcm8070931

35. de la Guía-Galipienso, F., Martínez-Ferran, M., Vallecillo, N., Lavie, C. J., Sanchis-Gomar, F., Pareja-Galeano, H. (2021). Vitamin D and cardiovascular health. Clinical Nutrition, 40(5), 2946–2957. https://doi.org/10.1016/j.clnu.2020.12.025

36. Sheykhi F. et al. (2018). The effect of different concentrations of organic and inorganic zinc on the growth and zinc content in yeast (Saccharomyces cerevisiae). Biological Journal of Microorganism, 7(28), 103–109. https://doi.org/10.22108/BJM.2018.107135.1090

37. Серба, Е. М., Соколова, Е. Н., Римарева, Л. В., Фурсова, Н. А., Волкова, Г. С., Курбатова, Е. И. и др. (2020). Перспективные расы хлебопекарных дрожжей для получения пищевых ингредиентов, обогащенных селеном и хромом. Вопросы питания, 89(6), 48–57. https://doi.org/10.24411/0042-8833-2020-10078

38. Zhang, S.-Q., Qin, X.-W., Zhang, Y. (2023). Pharmacokinetics of chromiumenriched yeast in rats following oral administration. Naunyn­Schmiedeberg’s Archives of Pharmacology, 396(1), 167–170. https://doi.org/10.1007/s00210-022-02334-z

39. Lipinska, E., Błażejak, S., Koczoń, P., Piwowarek, K. (2019). Research on the quality of baker’s yeast enriched with chromium. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 596, 13–21. https://doi.org/10.22630/zppnr.2019.596.2