Zastosowanie wybranych adsorbentów do wydzielania z podłoża hodowlanego gamma-dekalaktonu produkowanego przez drożdże Yarrowia lipolytica

• Autorzy: Wawrzyniec Wacławek , Jolanta Małajowicz

Warianty tytułu

Applying Some Selected Adsorbents to Separate Gamma-Decalactone Produced by Yarrowia lipolytica from Culture Broth

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

Gamma-dekalakton (GDL) to cykliczny ester o intensywnym, brzoskwiniowo-olejowym zapachu, wykrywalnym przy stężeniu poniżej 5 mg/dm³. Związek ten stosuje się w przemyśle spożywczym do nadania właściwych cech sensorycznych takim produktom, jak: napoje, wyroby piekarskie, desery, słodycze czy gumy do żucia. GDL jest objęty statusem GRAS (Generally Recognized As Safe) i uznawany za bezpieczny dodatek do żywności. Lakton może być produkowany metodami chemicznymi lub biotechnologicznymi. Wzrost świadomości konsumentów i aktualny trend w kierunku bioproduktów przyczynia się do upowszechniania biotechnologicznej syntezy γ-dekalaktonu. Trudnością w produkcji GDL z udziałem mikroorganizmów jest wydzielenie go z podłoża biotransformacyjnego, stanowiącego mieszaninę metabolitów mikroorganizmów i nieprzereagowanego substratu lipidowego (kwasu rycynolowego). Celem niniejszej pracy była próba wydzielenie poprzez adsorpcję γ-dekalaktonu (GDL) z podłoży biotransformacyjnych, w których substratem był olej rycynowy przekształcany do związku zapachowego za pośrednictwem drożdży Yarrowia lipolytica. Efektywność adsorpcji analizowano przy zastosowaniu dwóch adsorbentów: Amberlitu XAD-4 i wermikulitu. Spośród dwóch badanych adsorbentów skuteczniejszym w adsorpcji laktonu z podłoży, w okresie fazy wzrostu logarytmicznego drożdży (4. dzień biotransformacji), był Amberlit XAD-4. Po 10 min od wprowadzenia tego adsorbenta do środowiska reakcji możliwe było zaadsorbowanie ok. 61 ± 3 % laktonu. Początkowa szybkość adsorpcji GDL na Amberlicie XAD-4 wynosiła 4,365×10^-3 g GDL/g adsorbenta/min i była ok. 2,8-krotnie wyższa w porównaniu z wermikulitem. Wydłużanie czasu biotransformacji (do 7 dni) skutkowało zmniejszeniem efektywności adsorpcji. (abstrakt oryginalny)

EN

Gamma-decalactone (GDL) is a cyclic ester with an intense peach-oil smell, detectable at a concentration below 5 mg/dm³. This compound is applied in the food industry to give appropriate organoleptic properties to products such as: beverages, bakery products, desserts, sweets or chewing gums. GDL comes under the GRAS status (Generally Recognized As Safe) and it is considered to be a safe food additive. Lactone can be produced using chemical or biotechnological methods. The increasing consumer awareness and the current trend towards bio-products contribute to the popularisation of biotechnological synthesis of the γ-decalactone. A difficulty in the production of GDL with the participation of microorganisms is its separation from the biotransformation medium, which is a mixture of metabolites of microorganisms and an unreacted lipid substrate (ricinoleic acid). The objective of the research study was an attempt to separate through adsorption the γ-decalactone (GDL) from biotransformation media, where a substrate was castor oil transformed into a fragrant compound by the Yarrowia lipolytica yeast. The adsorption efficiency was analysed with the use of two adsorbents: Amberite XAD-4 and vermiculite. Of the two adsorbents tested, more effective when adsorbing lactone from the media, during the logarithmic growth phase of yeast (the 4th day of biotransformation), was Amberlite XAD-4. Circa 61 ± 3 % of lactone could be absorbed 10 minutes after the adsorbent had been introduced into the reaction medium. The initial GDL adsorption rate on the Amberite XAD-4 was 4.365×10^-3 g GDL/g adsorbent/min and it was about 2.8 times higher than that on the vermiculite. The extension of biotransformation time (up to 7 days) resulted in the decrease in the adsorption efficiency.(original abstract)

Słowa kluczowe

PL

Przemysł spożywczy; Dodatki funkcjonalne do żywności; Towaroznawstwo żywności

EN

Food industry; Functional food additives; Food commodities

• Czasopismo: Żywność: nauka - technologia - jakość
• Rocznik: 28 (2021)
• Numer: nr 3 (128)
• Strony: 63-75

Twórcy

autor

Wawrzyniec Wacławek

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

autor

Jolanta Małajowicz

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

Bibliografia

• [1] Alchihab M., Destain J., Aguedo M., Majad L., Ghalfi H., Wathelet J.P., Thonart P.: Production of gamma-decalactone by a psychrophilic and a mesophilic strain of the yeast Rhodotorula aurantiaca. Appl. Biochem. Biotechnol., 2009, 158 (1), 41-50.
• [2] Alchihab M., Aldric J.M., Aguedo M., Destain J., Wathelet J.P., Thonart P.: The use of macronet resins to recover γ-decalactone produced by Rhodotorula aurantiaca from the culture broth. J. Ind. Microbial. Biotechnol., 2010, 37, 167-172.
• [3] Alchihab M., Destain J., Aguedo M., Wathelet J.P., Thonart P.: The utilization of gum tragacanth to improve the growth of Rhodotorula aurantiaca and the production of γ-decalactone in large scale. Appl. Biochem. Biotechnol., 2010, 162, 233-241.
• [4] Blin-Perrin C., Molle D., Duffose L., Le-Quere J.L., Viel C., Mauvais G., Feron G.: Metabolism of ricinoleic acid into γ-decalactone: β-oxidation and long chain acyl intermedtaies of ricinoleic acid in the genus Sporidiobolus sp. FEMS Microbiol. Lett., 2000, 188, 69-74.
• [5] Bluemke W., Schrader J.: Integrated bioprocess for enhanced production of natural flavors and fragrances by Ceratocystis moniliformis. Biomol. Eng., 2001, 17, 137-142.
• [6] Braga A., Belo I.: Production of γ-decalactone by Yarrowia lipolytica: Insights into experimental conditions and operating mode optimization. J. Chem. Technol. Biotechnol., 2015, 90, 559-565.
• [7] Burdock G.A.: Fenaroli's Handbook of Flavor Ingredients. 6th ed. CRC Press, Boca Raton 2009.
• [8] Cossy J., Bargiggia F., Bouz S.: Tandem cross-metathesis/hydrogenation/cyclization reactions by using compatible catalysts. Org. Lett., 2003, 5, 459-462.
• [9] Diban N., Ruiz G., Urtiaga A., Ortiz I.: Granular activated carbon for the recovery of the main pear aroma compound: Viability and kinetic modelling of ethyl-2,4-decadienoate adsorption. J. Food Eng., 2007, 78, 1259-1266.
• [10] Dufossé L., Feron G., Mauvais G., Bonnairme P., Durand A., Spinnler H.: Production of gammadecalactone and 4-hydroxydecanoic acid in the genus Sporidiobolus. J. Ferment. Bioeng., 1998, 86, 169-173.
• [11] Endrizzi A., Awade A.C., Belin J.M.: Presumptive involvement of methyl ricinoleate β-oxidation in the production of γ-decalactone by the yeast Pichia guilliermondii. FEMS Microbiol. Lett., 1993, 114 (2), 153-159.
• [12] Fickers P., Benetti P.H., Waché Y., Marty A., Mauersberger S., Smit M.S., Nicaud J.M.: Hydrophobic substrate utilisation by the yeast Yarrowia lipolytica, and its potential applications. FEMS Yeast Res., 2005, 5, 527-543.
• [13] Gawdzik B., Kamizela A., Szyszkowska A.: Laktony o właściwościach sensorycznych. Chemik, 2015, 69 (6), 342-349.
• [14] Gopinath M., Vijayakumar L., Dhanasekar R., Viruthagiri T.: Microbial biosynthesis of γ- decalactone and its applications - a review. Glob. J. Biotechnol. Biochem., 2008, 3 (2), 60-68.
• [15] Gomes N., Braga A., Teixeira J.A., Belo I.: Impact of lipase mediated hydrolysis of castor oil on γ- decalactone production by Yarrowia lipolytica. J. Am. Oil Chem. Soc., 2013, 90, 1131-1137.
• [16] Guan S., Rong S., Wang M., Cai B., Li Q.: Enhanced biotransformation productivity of gammadecalactone from ricinoleic acid based on the expanded vermiculite delivery system. J. Microbiol. Biotechnol., 2019, 29 (7), 1071-1077.
• [17] Ismadji S., Bhatia S.K.: Adsorption of flavour esters on granular activated carbon. Can. J. Chem. Eng., 2000, 78, 892-901.
• [18] Krzyczkowska J., Białecka-Florjańczyk E., Stolarzewicz I.: Biotechnologiczne metody otrzymywania substancji zapachowych. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, 2009, 3 (64), 5-18.
• [19] Lee S.L., Lin S.J., Chou C.C.: Production of γ-decalactone by Sporobolomyces odorus in jar fermentors as affected by pH, areation and fed-batch technique. J. Ferment. Bioeng., 1995, 80 (2), 195-199.
• [20] Lee S.L., Cheng H.Y., Chen W.C., Chou C.C.: Production of γ-decalactone from ricinoleic acid by immobilized cells of Sporidiobolus salmonicolor. Process Biochem., 1998, 33 (4), 453-459.
• [21] Lee S.L., Cheng H.Y., Chen W.C., Chou C.C.: Effect of physical factors on the production of γ- decalactone by immobilized cells of Sporidiobolus salmonicolor. Process Biochem., 1999, 34, 845- 850.
• [22] Li A., Zhang Q., Chen J., Fei Z., Long C., Li W.: Adsorption of phenolic compounds on Amberlite XAD-4 and its acetylated derivative MX-4. React. Funct. Polym., 2001, 49 (3), 225-233.
• [23] Luboch E., Wagner-Wysiecka E., Jamrógiewicz M., Szczygelska-Tao J., Biernat J.: Determination of the chemical structure of potential organic impurities occurring in the drug substance opipramol. Pharmazie, 2010, 65 (4), 239-244.
• [24] Medeires A.B.P., Pandey A., Vandenberghe L.P.S., Pastore G.M., Soccol C.R.: Production and recovery of aroma compounds produced by solid-state fermentation using different adsorbents. Food Technol. Biotechnol., 2006, 44 (1), 47-51.
• [25] Mouzdahir Y.E., Elmchaouri A., Mahboub R., Korili S.A.: Synthesis of nano-layered vermiculite of low density by thermal treatment. Powder Technol., 2009, 189, 2-5.
• [26] Waché Y., Aguedo M., Choquet A., Gatfield I.L., Nicaud J.-M., Belin J.M.: Role of β-oxidation enzymes in γ-decalactone production by the yeast Yarrowia lipolytica. Appl. Environ. Microbiol., 2001, 67 (12), 5700-5704.
• [27] Waché Y., Aguedo M., LeDall M.T., Nicuad J.-M., Belin J.M.: Optimization of Yarrowia lipolytica's β-oxidation pathway for γ-decalactone production. J. Mol. Catal. B - Enzym., 2002, 19 (20), 347-351.
• [28] Wache Y., Aguedo M., Nicaud J.M., Belin J.M.: Catabolism of hydroxyacids and biotechnological production of lactones by Yarrowia lipolytica. Appl. Microbiol. Biotechnol, 2003, 61 (5), 393-404.
• [29] Zope D.D., Patnekar S.G., Kanetkar V.R.: Novel synthesis of flavour quality γ-lactones. Flavour Frag. J., 2006, 21 (3), 395-399.
• [30] Xu Z., Zhang Q., Chen J., Wang L., Anderson G.K.: Adsorption of naphthalene derivatives on hypercrosslinked polymeric adsorbent. Chemosphere, 1999, 38 (9), 2003-2011.

Identyfikatory

DOI

10.15193/zntj/2021/128/389