Biochemistry and Food Chemistry (Council of Physical Sciences)
100 %
Panel
Chemistry 2
Department or equivalent
Department of Brewing and Distilling (Corvinus University of Budapest)
Starting date
2007-07-01
Closing date
2010-12-31
Funding (in million HUF)
3.939
FTE (full time equivalent)
0.07
state
closed project
Summary in Hungarian
A béta(2-1) glikozidos kötésekkel rendelkező oligo- illetve poliszacharidok fontos szerepet játszanak a táplálkozásban. A pozitív élettani hatásuk éppen ebben a specifikus glikozidos kötésben keresendő, mivel a humán emésztő rendszerben hiányoznak ezen kötéseket bontó enzimek. Fontos képviselőjük az inulin és a frukto-oligoszacharidok (FOS), amelyek bizonyítottan támogatják a bifidobaktériumok szaporodását és/vagy aktivitását, így ezen szacharidok prebiotikumoknak tekinthetők. A FOS előállítására két alternatív lehetőség kínálkozik: a) inulin hidrolizise az endo-inulináz alkalmazásával vagy b) bioszintézis a szacharózból béta-fruktofuranozidáz enzimmel. A projekt fő célkitűzése gomba által termelt inulináz enzim termelése és tanulmányozása. A projekt megvalósításakor elért eredmények elsősorban tudományos alapkutatási értékűek, de ezen ismeretek megalapozhatják biotechnológiai eljárások kidolgozását, mint a törzsszelekció/nemesítés, a fermentációs technológia, a léptéknövelés, fehérjék izolálása és tisztítása, rögzített enzimes technológia kidolgozása és bioreaktorok megtervezése, valamint működtetése. Az alapkutatási projekt megvalósításával született eredmények ideális alapot nyújthatnak további alkalmazott kutatásokhoz, az egészségmegőrzést célzó, funkcionális új élelmiszer-összetevők és termékek gyártmányfejlesztéséhez.
Summary
Oligo- and polysaccharides that contain specific beta(2-1) glycosidic linkages have an important roles in nutrition, because the upper part of human intestinal tract lacks enzymes that are able to cleave these linkages. Inulin and fructo-oligosaccharides (FOS) are known as non-digestible food ingredients that beneficially affect the host by selectively stimulating the growth and/or activity of Bifidobacteria already resident in colon, considered to be prebiotics. Two alternative ways are available to produce FOS: a) hydrolysis of inulin applying endo-inulinase or b) synthesis from sucrose using transfructosylation activity of beta-fructofuranosidase. Production and studies of inulinase from fungi are main subjects of this project proposal. First of all, the results obtained during project are scientific values of basic-research, but several biotechnological methods could be based on such as screening/development of strains, fermentation technology, scale-up technology, isolation and purification of enzymes, development of immobilised enzyme preparations, modelling and operation of batch/continuous bioreactors. All of these will give basic acknowledges for future research works dealing with development of functional food products in nutrition and feeding.
Final report
Results in Hungarian
Kutatási munkáink az inulint bontó inulináz enzimre fókuszáltak. Megvizsgáltuk 10 Thermomyces lanuginosus fonalasgomba, 15 Kluyveromyces élesztő és 5 Bifidobacterium törzs extracelluláris inulináz enzimtermelő képességét és kiválasztottuk a legjobb törzseket a további vizsgálatokra. Különböző optimálási technikák alkalmazásával sikerült a tápközeg összetételének mennyiségi és minőségi optimálása, amely alkalmas az inulináz enzim termelésére a T. lanuginosus IMI 140524 és Kl. thermotolerans Y00715 törzsek fermentációjával. A laboratóriumi fermentorban történő inulináz enzim előállítására meghatároztuk a fermentáció optimális körülményeit (inokulum kora és mennyisége, keverés és levegőztetés, tápközeg kezdeti pH stb.). Soklépéses módszert dolgoztunk ki az inulináz enzim homogenitásig történő tisztítására. Meghatároztuk a tisztított inulináz enzim működési és kinetikai paramétereit, valamint vizsgáltuk az enzim stabilitását. Módszert dolgoztunk ki az inulináz enzim rögzítésére és a biokonverziót modelleztük mind a szabad, mind a rögzített enzim alkalmazásával. Sikerült megtervezni, felépíteni és optimálni egy 25 ml-es töltött ágyas rögzített enzimes bioreaktort, amely alkalmazásával megvalósítható a folytonos biokonverzió. Az általunk kidolgozott rendszer alkalmazásával az inulin részleges vagy teljes biokonverziója révén frukto-oligoszacharidok vagy fruktóz szirup állítható elő, amely fontos szerepet játszik az élelmiszer és a gyógyászati iparban is.
Results in English
Our research had focused on inulinase that is able to break down inulin. Ten Thermomyces lanuginosus filamentous fungi, 15 Kluyveromyces and 5 Bifidobacterium strains were screened for extracellular inulinase enzyme production and the best strains were selected for further studies. New fermentation medium was successfully developed using optimization technology (both quantity and quality) for production of inulinase using the selected T. lanuginosus IMI 140524 and Kl. thermotolerans Y00715 strain. Furthermore, the optimum fermentation conditions (age and quantity of inoculum, mixing and aeration, the initial pH of culture medium, etc.) were also determined for inulinase fermentation in the laboratory fermentor. Protocol contained several chromatographical steps was developed for isolation and purification of enzyme protein to homogeneity. Optimal operational and kinetic parameters as well as stability of purified enzyme were determined. Method was developed to immobilization of inulinase into chitin carrier and bioconversion of inulin was carried out applying both free and immobilized enzyme preparation. Continuous bioconversion system containing pack-bed immobilized enzyme bioreactor (25 ml working volume) was designed, created and modelled. This system could be exploited for the continuous production of oligofructose or fructose from either Jerusalem artichoke juice or inulin. These products play an important role in the food and medical industries.
Quang D Nguyen, Judit M Rezessy-Szabó, Bálint Czukor, Ágoston Hoschke: Continuous production of oligofructose syrup from Jerusalem artichoke juice by immobilized endo-inulinase, PROCESS BIOCHEMISTRY 46:(1) pp. 298-303, 2011
Q D Nguyen, N M Sujtóa, E Bujna, J M Rezessy-Szabó: Production of extracellular inulinase by Thermomyces lanuginosus: Optimisation of media compositions and environmental conditions, JOURNAL OF BIOTECHNOLOGY 150:(S1) pp. 321-322, 2010
Tiago Nuno Azevedo de Correia: Production and charaterisation of inulinase from Kluyveromyces thermotolerans, Diplomamunka, BCE, Minho University, 2010
Nguyen DQ, Rezessy-Szabó JM, Hoschke Á: Production of inulinase by Thermomyces lanuginosus, A Magyar Mikrobiológiai Társaság 2008. évi Nagygyűlése és a XI. Fermentációs Kollokvium http://www.mmt.org.hu:8080/files/u2/Abszrend_2008_10_08_07_50.pdf, 2008
Pedro Miguel Couto Correia: Production of inulinase by filamentous fungus, Dissertation in biological engineering, Corvinus University of Budapest and Minho University, Portugal, 2008
Nguyen DQ, Rezessy-Szabó, Czukor B, Hoschke Á: Frukto-oligoszacharidok előállításának lehetőségei a rögzített és szabad endo-inulináz alkalmazásával, Lippay János - Ormos Imre - Vas Károly Tudományos Ülésszak, 2007
Styevkó G, Rezessy-Szabó JM, Nguyen DQ: Inulinase synthesised by Bifidobacterium strains, Lippay János - Ormos Imre - Vas Károly Tudományos Ülésszak, 2009
Sujtó Noémi Mercedes: Thermomyces lanuginosus eredetű inulináz termelése és tisztítása, MÉTE OTDK 2010. Szeged, 2010
Nguyen DQ, Bori Zs, Sujtó NM, Rezessy-Szabó JM: Powerfull of response surface method: Optimisation of medium composition for fermentative production of inulinase, ACTA MICROBIOLOGICA ET IMMUNOLOGICA HUNGARICA 56:(suppl) pp. 215-216, 2009
Hoschke Ágoston, Nguyen Duc Quang, Barta József, Pátkai Györgyi, Kun Szilárd, Rezessyné Szabó Judit: Fejlesztő kutatások csicsóka eredetű oligofruktóz tartalmú termékek létrehozására., Élelmiszerlánc – Innováció az egészségért c. Tudományos Nap, Budapest, Magyarország 2009.05.27, 2009
Styevkó G, Hoschke Á, Nguyen DQ: Effects of pH and substrate concentration on biosynthesis of fructo-oligosaccharides, A Magyar Mikrobiológiai Társaság 2010. évi Nagygyűlése, Keszthely, 2010. október 13-15, 2010
Nguyen DQ, Rezessy-Szabó JM, Hoschke Á: Production of inulinase by Thermomyces lanuginosus, ACTA MICROBIOLOGICA ET IMMUNOLOGICA HUNGARICA 56:(suppl) pp. 76-77, 2009
