Aspergillus oryzae

Aspergillus oryzae Beskrivelse av dette bildet, også kommentert nedenfor Kōji-kin ( Aspergillus oryzae ) Klassifisering
Regjere Sopp
Inndeling Ascomycota
Klasse Ascomycetes
Underklasse Eurotiomycetidae
Rekkefølge Eurotiales
Familie Trichocomaceae
Snill Aspergillus

Arter

Aspergillus oryzae
( Ahlb. ) E. Cohn 1884

Aspergillus oryzae (syn. Aspergillus flavus var. Oryzae ) er enmikroskopisk sopp , av klassen Ascomycetes , som tilhører”edle” former , nær Penicillium , og derfor former av blåost .

Den kan lett dyrkes på forskjellige naturlige (gulrot, frokostblandinger, etc.) eller syntetiske (Raulin væske, etc.) medier. Fra de tidligste tider ble den dyrket i Kina sammen med andre mikroorganismer for å danne en gjæring kalt qū (麴), som ble brukt til å produsere frokostblanding ( huangjiu ).

I middelalderen lærte japanerne å dyrke denne gjæringen, kalt kōji på japansk.

Fremskritt innen genteknologi har ført til bruk av Aspergillus oryzae i produksjonen av industrielle enzymer av ny bioteknologi .

Bruker

Gjæringen eller "risgjær" laget med Aspergillus oryzae er mye brukt i næringsmiddel- og bioteknologiindustrien i Asia for forsukring , produksjon av enzymer og organiske syrer .

Mat

I Japan gjøres tilberedningen av gjæren kalt koji (麹, kōji ) Ved å så et substrat rik på stivelse med en ren kultur av Aspergillus, spesielt Aspergillus oryzae for:

Råmaterialet til sake er finmalt ris med lavt amyloseinnhold, lav gelatiniseringstemperatur og hvitt hjerte. Disse egenskapene letter hevelse, matlaging og penetrering av myceliet av A. oryzae . Denne dampede risen blandes deretter med koji som skal hydrolyseres på to til tre dager.

I Kina gjærer at tradisjonelle kulturer er kompleks mugg ( Aspergillus spp., Rhizopus spp., Mucor , etc.), gjær ( Saccharomyces cerevisiae , etc.) og bakterier ( Bacillus subtilis , etc.). Aspergillus oryzae mugg vises i hvetegjæring (麦 曲, màiqū ) eller stor gjæring (大曲, dàqū ) brukt til:

Fremstillingen av den berømte Shaoxing-risen kombinerer bruken av to enzymer (eller forretter): koji (17%) laget av parboiled inokulert hvete oryzae ren og nær den for hvete (83%), oppnådd ved naturlig inokulering av hvete.

Bioteknologi

Aspergillus oryzae brukes også i bioteknologiske prosesser for produksjon av visse kommersielle enzymer som alfa-amylase , glukoamylase , proteaser , xylanaser, glutaminaser, laktase, cutinase , lipase .

Antibiotisk produksjonstypeaktivitet mot candida albicans er rapportert .

Overfor problemet av drivhusgasser fra fossile brennstoffer , har mange forskningssentre slått til utvikling av biodrivstoff fra biomasse, som gjennom bioteknologiske prosesser som er inspirert av den industrielle fremstilling av skyld fra stivelse av ris, utviklet av Jokichi Takamine ved slutten av XIX th  århundre. En del av første generasjons bioetanol erholdes fra hvete eller maisstivelse, ved enzymatisk hydrolyse av stivelsen etterfulgt av gjæring. Kornmel, blandet med vann og alfa-amylase , passerer gjennom komfyrer der stivelsen i kornet blir flytende. Så tilfører glukoamylase omdannelsen av den flytende stivelsen til gjærbare sukkerarter. Tilsetningen av gjær er nok til å starte alkoholgjæringen som produserer etanol. Produksjonen av drivstoffetanol fra stivelsesholdige materialer krever kommersielle amylaser som for tiden er ganske dyre. Studier tar sikte på å produsere glukoamylaser fra Aspergillus oryzae ved gjæring i et fast medium på billige landbruksrester, som hvetekli, riskli, sukkerrør bagasse etc.

Foreløpig har flere forskningsprogrammer over hele verden som mål å forbedre den lignocellulosiske delen av lavverdig biomasse (landbruks- og skogbruksrester) i stedet for produkter med høy verdi. I naturen utføres biologisk nedbrytning av cellulose hovedsakelig av bakterier ( Ruminococcus, Clostridium , etc.) og sopp ( Aspergillus, Schizophyllum, Penicillium, Trichoderma, etc. ). For den industrielle implementeringen av den enzymatiske hydrolysen av cellulose har interessen hovedsakelig fokusert på Trichoderma reesei som er i stand til å skille ut høye konsentrasjoner av cellulaser (enzymer som nedbryter cellulose). Og for å avhjelpe visse mangler ved cellulasene i T. reesei , kan man ty til β-glukosidaser av Aspergillus . Andre metoder overveier å klone glukoamylasegenet fra A. oryzae eller A. niger i gjær.

Aspergillus oryzae er også den dominerende kilden til nøytrale proteaser (NPI og NPII) som viser høy affinitet for hydrofobe aminosyrer og er derfor i stand til å fjerne bitterhet fra maten. Flere næringsmiddelindustrier bruker proteaser, som meieriindustrien (for modning av ost) eller baking for å modifisere hvetegluten gjennom begrenset proteolyse. Farmasøytisk industri bruker også proteaser fra A. oryzae som fordøyelsesmiddel.

Den aminopeptidaseprøve er et enzym som katalyserer aminosyren spalting av aminoenden av proteiner. Aminopeptidase fra A. oryzae har fått oppmerksomhet fordi enzymatisk frigjøring av aminosyrer og peptider er en måte å forbedre smaken av gjæret mat. Det er også et hypotensivt middel.

A. oryzae er i stand til å produsere glutaminase, et enzym som omdanner glutamin til glutaminsyre (eller glutamat), en hovedkomponent av soyasaus- smak .

Noen mennesker tåler dårlig melkesukker (eller laktose ), programmer for å lage melk med lite laktose er utviklet. Laktosehydrolyseringsenzymet (eller laktasen ) kan være laget av A. oryzae som betraktes som en ufarlig form.

Den første industrielle produksjonen av enzymer av A. oryzae var lipase for vaskemidler i 1988. Ved ostefremstilling hjelper lipase ved å hydrolysere fett til å forbedre smaken av kremer og oster.

Noen eksempler på enzymer produsert av A. oryzae ved gjæring
(etter BRENDA, Pariza et al., Belmessikh)
Enzymer Klasse Industrielle applikasjoner Referanser
α-amylaser Karbohydase Brødproduksjon, glukosesirup Kavanagh, 2005
Glukoamylaser Karbohydase Brødproduksjon, sake, shoyu, bioetanol Oda, 2006
Proteaser Protease Soyasaus, ost, brødfremstilling, garveri Sumantha et al. 2005
Aminopeptidase Protease Smaksstoff Marui
Xylanaser Hydrolase Biobleking, brødproduksjon Ward et al. , 2006
Glutaminaser Soyasaus, behandling av leukemi Thammarongtham et al. , 2001
Laktaser Karbohydase Hydrolyse av sur myse Neelakantan et al. , 1999
Cutinases Hydrolase Resirkulering av biologisk nedbrytbar plast Machida et al. , 2008
Lipaser Lipase Ostebutikk, vaskemidler Neelatantan et al. , 1999

Historie

På slutten av XIX -  tallet analyserte den tyske professoren Herman Ahlburg, som var invitert til å undervise ved Tokyo Medical School, gjæringen koji som ble brukt til å lage skyld . Han identifiserte en form i koji som han kalte Eurotium oryzae Ahlburg (i 1876) og som deretter ble omdøpt i 1883 av den tyske mikrobiologen Ferdinand Julius Cohn Aspergillus oryzae (Ahlburg) Cohn. En fullstendig morfologisk beskrivelse ble ikke gitt før 1895 av Wehmer.

Morfologi og fysiologi

Som alle Aspergillus , A. oryzae er dannet av et nettverk av filamenter (hyaline den mycelet ), av fine og jevne diameter, septat (septat) og forgrenet. På disse filamentene oppstår oppreiste filamenter, som i seg selv ikke er partisjonert, og som ender i en vesikkel som er ordnet med konidiogene celler (som danner sporer eller konidier ). Disse sporene, produsert ved mitotisk inndeling , sikrer aseksuell reproduksjon av soppen.

A. oryzae vokser raskt på konvensjonelle medier (agar og malt Sabouraud) ved 22 -25  ° C . Den danner deretter luftige til pulverformige kolonier, først hvite, så gule og til slutt gulgrønne.

Sekvenseringen av genomet til Aspergillus oryzae , holdt en stund, ble til slutt publisert i 2005 av et team av japanske biologer fra Tsukuba. Den inneholder 12 074 gener, eller 7 til 9 millioner flere DNA-baser enn A. fumigatus og A. nidulans . Disse tilleggsgenene vil være involvert i syntesen og transporten av mange sekundære metabolitter, ikke direkte involvert i vekst og normal reproduksjon. Sammenligning av flere genomer av Aspergillus avslørte at A. oryzae (og A. fumigatus ) inneholdt gener av kjønnstypen.

Toksikologi

A. oryzae produserer en rekke sekundære metabolitter som er kjent for å være giftige for mennesker. Tabellen nedenfor viser fem av dem med median dødelig dose (LD 50- dose som forårsaker død av 50% av en dyrepopulasjon).

Den cyclopiazonic syre kan utvinnes fra kulturen av A. oryzae på faste eller flytende medier. Denne syren avskaffer funksjonen til det sarkoplasmatiske retikulumet . Den akseptable daglige dosen for mennesker er 700  μg / dag .

Den kojinsyre er produsert av mange stammer av Aspergillus og Penicillium . Det er ikke farlig i dosene som finnes i maten. Aspergillomarasmin har blitt isolert fra A. oryzae som et fytotoksin. Det har vist seg å ha hemmende effekter på det angiotensinomdannende enzymet ACE. 3-nitropropionsyre produsert av A. oryzae er et nevrotoksin, som fører til dysfunksjon i mitokondriene .

Produksjonen av aflatoksin av A. oryzae har vært gjenstand for kontroverser. Aflatoksiner er formidable naturlige kreftfremkallende stoffer , som kan forurense frøene til peanøtter, mais, hvete etc. Det er nå fastslått at A. oryzae ikke produserer aflatoksiner, og at de falske identifikasjonene kommer fra en feilidentifisering av A. oryzae , med stammer taksonomisk veldig nær A. flavus- gruppen .

Mens A. flavus og A. parasiticus er hovedprodusentene av aflatoksiner , produserer A. oryzae ikke aflatoksin, det anses å være trygt eller GRAS ( generelt anerkjent som trygt ) av FDA .

Sekundære metabolitter produsert av A. oryzae og LD 50
ifølge C. Blumenthal, 2003; IP intraperitoneal, IV intravenøs, O oral
Metabolitt LD 50 (mg / kg) Vei
Cyclopiazonic syre 2 (rotte)
64 (mus)		 IP
O
Kojinsyre 250 (mus) IP
Aspergillomarasmin 160 (mus) IV
3-nitropropionsyre 67 (rotte) IP
Violacetin 45 (mus) IP

Handlingsmåte

Den aspergillus primer nedbrytning av stivelsen inneholdt i korn fremstilling av sukkere som, i sin tur, med fermentering ved hjelp av gjær eller bakterier. Denne forsukringen skyldes utskillelsen av en bestemt amylase , α-amylase eller takadiastase , som hydrolyserer stivelsen til det kokte frokostblandingen på to eller tre dager . Så begynner den alkoholholdige gjæringen riktig, under påvirkning av gjærene som luften bringer inn.

Den stivelse er sammensatt av glukoserester (D-Anhydroglucopyranose) som er koblet til hverandre, eller ved a-bindinger (for 1 → 4) eller α ved hjelp av ledd (1 → 6) som er ved opprinnelsen til grenene i strukturen til molekylet. Den består av to polysakkarider , amylose og amylopektin . Amylose er en polymer av glukoserester bundet av α (1 → 4) osidebindinger mens amylopektin er et forgrenet molekyl med lange forgreninger hver 24. til 30. glukosenhet, bundet gjennom α (1 → 6).

Zhang et als identifiserte 71 proteiner utskilt av A. oryzae- stamme SU16 , brukt til å lage Shaoxing-vin. Mange er enzymer involvert i den hydrolytiske nedbrytningen av stivelse (α-amylaser, B-glukoamylaser og deres proteolytiske produkter), proteiner, cellevegger etc. Blant de proteolytiske enzymene er oryzin , pepsin , nøytral protease II og alanyldipeptidylpeptidase. Profilen til de utskilte proteinene varierer avhengig av dyrkningsmediet.

Den α-amylase er en glycosidase som kutter a-1,4-glukosidbindinger i substratet ved tilfeldig i midten av kjedene. Denne hydrolysen frigjør hovedsakelig maltose , isomaltose , glukosemonomerer og gjenværende dekstriner . Dextriner er ikke-gjærbare. Mens maltose og isomaltose (består av to enheter glukose) og glukose i seg selv, er gjærbare. Α-amylasen er et enzym kalt "alkalisk proteolytisk" fordi det virker i alkalisk medium som et naturlig enzym ved å støtte fordøyelsesarbeidet. Det hevdes også at den arkaiske fremstillingen av sake var avhengig av spytt ( spyttamylase) av unge jomfruer , som var ansvarlige for å tygge risen for å impregnere den med spytt!

Den glucoamylase (eller γ-amylase) frigir glukoseenheter fra en ikke-reduserende ende av polymeren angrepet. Det hydrolyserer amylopektin og amylose fullstendig til D-glukose. Det er like i stand til å hydrolysere α (1 → 6) bindinger så vel som α (1 → 4) eller α (1 → 3) bindinger. Glukoamylaser produseres av A. oryzae under gjæring på et fast substrat, som på overflaten av hvetekli, riskli eller bomullsfrømel etc. De brukes hovedsakelig i industriell produksjon av glukosesirup, majssirup med høy fruktose og alkohol.

Se også

Ekstern lenke

Merknader

  1. Form kjent som japansk kōji-kin (麹 菌 ) , Kinesisk av miqujun (米 麴菌) og koreansk av nuruk eller nurukgyun (누룩균)
  2. Vi forveksler ofte kōji (eller koji i henhold til den nåværende stavemåten i Frankrike) med soppen som produserer den, med enzymet (amylase) som den utskiller, eller til og med med " kōji- ris  " (som ville utgjøre å forvirre, i baking, gjær og hvetemel med surdeig!)
  3. En binding bemerket α (1 → 4) kobler et karbonatom nummerert 1 av en glukosenhet til et 4 karbon av en annen glukosenhet

Referanser

  1. (in) HT Huang , Science and Civilization in China: Volume 6, Biology and Biological Technology, Part 5, Fermentation and Food Science , Cambridge, Cambridge University Press,30. november 2000, 741  s. ( ISBN  978-0-521-65270-4 , varsel BNF n o  FRBNF37567419 )
  2. Bo Zhang , Zheng-Bing Guan, Yu Cao, Guang-Fa Xie og Jian Lu, "  Secretome of Aspergillus oryzae in Shaoxing risvin koji  ", International Journal of Food Microbiology , vol.  155, n o  3,16. april 2012, s.  113-119 ( ISSN  0168-1605 , DOI  10.1016 / j.ijfoodmicro.2012.01.014 , lest online , konsultert 22. desember 2012 )
  3. M. W. Pariza og EA Johnson, “  Evaluering the Safety of Microbial Enzyme Preparations Used in Food Processing: Update for a New Century  ”, Regulatory Toxicology and Pharmacology , vol.  33, n o  toApril 2001, s.  173-186 ( ISSN  0273-2300 , DOI  10.1006 / rtph.2001.1466 )
  4. BRENDA
  5. (en) K. Kavanagh, soppgjæringssystemer og produkter i Kavanagh K., Fungi: Biologi og applikasjoner , John Wiley & Sons Ltd,2005
  6. Ken Oda , Dararat Kakizono, Osamu Yamada, Haruyuki Iefuji, Osamu Akita og Kazuhiro Iwashita, “  Proteomisk analyse av ekstracellulære proteiner fra Aspergillus oryzae dyrket under nedsenket og solid-state kulturforhold  ”, Anvendt og miljømikrobiologi , vol.  72, n o  5,Mai 2006, s.  3448-3457 ( ISSN  0099-2240 , DOI  10.1128 / AEM.72.5.3448-3457.2006 )
  7. Alagarsamy Sumantha, Chandran Sandhya, George Szakacs, Carlos R. Soccol og Ashok Pandey , "  Produksjon og delvis rensing av en nøytral metalloprotease ved soppblandet gjæring av substrat  ", Food Technol. Biotechnol , vol.  43, n o  4,2005, s.  313-319 ( les online )
  8. O.P. Ward , WM Qin, J. Dhanjoon, J. Ye og A. Singh, “Physiology and Biotechnology of Aspergillus” , i Joan W. Bennett Allen I. Laskin (red.), Advances in Applied Microbiology , vol. .  Volum 58, Academic Press,2005( ISSN  0065-2164 , les online ) , s.  1-75
  9. C Thammarongtham , G Turner, AJ Moir, M Tanticharoen og S Cheevadhanarak, “  A new class of glutaminase from Aspergillus oryzae  ”, Journal of molecular microbiology and biotechnology , vol.  3, n o  4,Oktober 2001, s.  611-617 ( ISSN  1464-1801 )
  10. S. Neelakantan, AK Mohanty og Jai K. Kaushik , “  Produksjon og bruk av mikrobielle enzymer for meieriprosessering  ”, Curr. Sci. , vol.  77,1999, s.  143-148
  11. Masayuki Machida , Osamu Yamada and Katsuya Gomi, “  Genomics of Aspergillus oryzae: Learning from the History of Koji Mold and Exploration of Its Future  ”, DNA Research , vol.  15, n o  4,8. januar 2008, s.  173-183 ( ISSN  1340-2838 og 1756-1663 , DOI  10.1093 / dnares / dsn020 , lest online , konsultert 23. desember 2012 )
  12. Botton , Nyttige og skadelige former: Industriell betydning , Paris / Milan / Barcelona, ​​Dunod,1990, 2 nd  ed. , 512  s. ( ISBN  978-2-225-81987-2 , varsel BNF n o  FRBNF35091822 )
  13. "1969, p 4/5: ORYZACHLORIN, en ny anti sopp antibiotika"
  14. KOJIS HISTORIE
  15. Vasudeo Zambare , “  Solid State Fermentation of Aspergillus oryzae for Glucoamylase Production on Agro residues  ”, International Journal of Life Sciences , vol.  4, n o  0,10. mars 2010( ISSN  2091-0525 , DOI  10.3126 / ijls.v4i0.2892 , lest online , åpnet 24. desember 2012 )
  16. Daniel Ballerini , biodrivstoff , Technip,2. august 2011, 381  s. ( ISBN  978-2-7108-0969-2 , online presentasjon )
  17. Jennylynd A. James og Byong H. Lee, “  Glucoamylases: Microbial Sources, Industrial Applications and Molecular Biology - a Review  ”, Journal of Food Biochemistry , vol.  21, n o  6,1997, s.  1–52 ( ISSN  1745-4514 , DOI  10.1111 / j.1745-4514.1997.tb00223.x , les online , åpnet 24. desember 2012 )
  18. BELMESSIKH Aicha, Optimalisering av produksjonen av nøytral protease av Aspergillus oryzae på medium basert på avfallstomater. Sammenligning mellom fast medium og flytende medium , Magister-avhandling, Mentouri Constantine University,2011
  19. Cristobal Noe Aguilar , Gerardo Gutierrez-, PLilia A. rado-Barra, Raul Rodriguez-, Jose L. Martinez-H og Juan C. Contreras-, “  Perspectives of Solid State Fermentation for Production of Food Enzymes  ”, American Journal of Biochemistry og bioteknologi , vol.  4, n o  4,1 st april 2008, s.  354-366 ( ISSN  1553-3468 , DOI  10.3844 / ajbbsp.2008.354.366 , lest online , åpnet 23. desember 2012 )
  20. Junichiro Marui , Mayumi Matsushita-Morita, Sawaki Tada, Ryota Hattori, Satoshi Suzuki, Hitoshi Amano, Hiroki Ishida, Youhei Yamagata, Michio Takeuchi og Ken-Ichi Kusumoto, “  Enzymatiske egenskaper til glycin D-alanin [korrigert] aminopeptidase of Aspergillus oryzae and its activity profiles in liquid-cultured mycelia and solid-state ris culture (rice koji)  ”, Anvendt mikrobiologi og bioteknologi , vol.  93, n o  tojanuar 2012, s.  655-669 ( ISSN  1432-0614 , DOI  10.1007 / s00253-011-3610-y )
  21. Cristina Tabuc, soppflora av forskjellige underlag og optimale forhold for produksjon av mykotoksiner , (avhandling) National Polytechnic Institute of Toulouse og University of Bucharest,2007
  22. Masayuki Machida et al. , “  Genomsekvensering og analyse av Aspergillus oryzae  ”, Nature , vol.  438, n o  7071, 22. desember 2005, s.  1157-1161 ( ISSN  1476-4687 , DOI  10.1038 / nature04300 )
  23. André Goffeau , “  Genomics: Multiple molds  ”, Nature , vol.  438, n o  7071, 21. desember 2005, s.  1092-1093 ( ISSN  0028-0836 , DOI  10.1038 / 4381092b , lest online , åpnet 23. desember 2012 )
  24. Cynthia Z Blumenthal , “  Produksjon av giftige metabolitter i Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, og Trichoderma reesei: rettferdiggjørelse av mykotoksintesting i matberedende enzympreparater avledet fra de tre soppene  ”, Regulatorisk toksikologi og farmakologi: RTP , vol.  39, n o  toApril 2004, s.  214-228 ( ISSN  0273-2300 , DOI  10.1016 / j.yrtph.2003.09.002 )