Małgorzata Kasprowicz-Potocka

1 Universitatea de Științe ale Vieții din Poznan, Departamentul de Nutriție Animală și Managementul Furajelor,
Wołyńska 33, PL-60-637 Poznan, Polonia

fermentării

Paulina Borowczyk

1 Universitatea de Științe ale Vieții din Poznan, Departamentul de Nutriție Animală și Managementul Furajelor,
Wołyńska 33, PL-60-637 Poznan, Polonia

Anita Zaworska

1 Universitatea de Științe ale Vieții din Poznan, Departamentul de Nutriție Animală și Managementul Furajelor,
Wołyńska 33, PL-60-637 Poznan, Polonia

Włodzimierz Nowak

1 Universitatea de Științe ale Vieții din Poznan, Departamentul de Nutriție Animală și Managementul Furajelor,
Wołyńska 33, PL-60-637 Poznan, Polonia

Andrzej Frankiewicz

1 Universitatea de Științe ale Vieții din Poznan, Departamentul de Nutriție Animală și Managementul Furajelor,
Wołyńska 33, PL-60-637 Poznan, Polonia

Piotr Gulewicz

2 Parcul științific și tehnologic din Poznan al Fundației Universității Adam Mickiewicz, Rubież 46,
PL-61-612 Poznan, Polonia

rezumat

A fost determinat efectul fermentației de 24 de ore a semințelor de lupin de către diferite tulpini de drojdie asupra compoziției lor chimice. După fermentare, fracția de masă a proteinelor a crescut și digestibilitatea lor in vitro și activitatea biologică s-au îmbunătățit semnificativ. Profilul de aminoacizi al produselor fermentate a fost similar cu cel al semințelor crude de lupin. S-a constatat reducerea semnificativă a fracției de masă a oligozaharidelor și fitaților, dar nu și a alcaloizilor. Nivelul pH-ului produselor fermentate a scăzut ca o consecință a creșterii fracțiilor de masă ale acidului lactic și propionic. Cele mai favorabile modificări ale compoziției chimice a semințelor de lupin albastru au fost obținute în fermentație cu drojdie de brutar Saccharomyces cerevisiae și tulpina Fermivin 7013.

Introducere

Inovația lucrării prezentate este o încercare de îmbunătățire nutritivă a semințelor de lupin albastru prin fermentare cu diferite specii de drojdie. S-a prezentat ipoteza că produsele obținute prin fermentarea drojdiei semințelor de lupin vor fi caracterizate printr-o valoare nutrițională mai mare decât semințele neprelucrate și ar putea fi o nouă sursă potențială alternativă de proteine ​​în nutriția umană și animală, cu compuși antinutriționali reduși și o valoare energetică mai mare . Prin urmare, scopul studiului este de a determina efectul fermentației aerobe a semințelor de lupin folosind diferite tulpini de drojdie uscată activă asupra compoziției chimice a produselor de lupin obținute.

Materiale și metode

Semințe de lupin și tulpini de drojdie

Lupinus angustifolius cv. Neptun (înregistrat în 2009) a fost ales pentru studiu. Semințele au fost obținute de la Plant Breeding Smolice Ltd., filiala IHAR Przebedowo, Przebedowo, Polonia. Drojdii uscate active Saccharomyces cerevisiae: drojdie de brutar (Dr. Oetker, Bielefeld, Germania), Bayanus G-995 (Starowar, Sulejówek, Polonia), tulpina Fermivin ® 7013 (Biovin, Lodz, Polonia) și Saccharomyces carlsbergensis Fermentis (Wonder, Lesaffre, Polonia) au fost utilizate pentru fermentare. Numărul de celule de drojdie active și activitatea zahararolitică au fost: de drojdie de brutar 1,8 · 10 10 celule/g și 125 mL de CO2 pe 1 g de drojdie pe oră, de Bayanus 2,8 · 10 9 celule/g și 28 mL de CO2 pe 1 g de drojdie pe oră, de Fermivin ® tulpină 7013 1,4 · 10 10 celule/g și 11 mL de CO2 per 1 g de drojdie pe oră și de Saccharomyces carlsbergensis 1,6 · 10 10 celule/g și 11 mL de CO2 per 1 g de drojdie pe oră, respectiv.

Fermentaţie

Semințele au fost înmuiate în 2,5 g/L de hipoclorit de sodiu timp de 10 min pentru a reduce activitatea microbiană naturală înainte de fermentarea prin drojdie și apoi spălate cu apă distilată pentru a obține pH neutru, uscate și măcinate într-o moară de laborator. Probele de semințe (100 g) au fost cântărite în vase de sticlă și amestecate cu 400 ml de apă. Vasele au fost așezate pe agitatoare magnetice și după amestecul inițial timp de 30 de minute, s-a adăugat 1% din fiecare dintre drojdiile uscate enumerate mai sus. Fermentările au fost efectuate în condiții aerobe (pH natural = 5,5) timp de 24 de ore într-un sistem de amestecare continuă. După aceea, enzimele de drojdie au fost dezactivate timp de 10 minute la 70 ° C și materialul a fost uscat la 55 ° C. Fiecare produs a fost obținut în patru replici.

Analize chimice

Pentru analiza chimică, probele au fost măcinate pentru a trece printr-o sită de 0,5 mm. Substanța uscată (DM), proteina brută (CP), extractul de eter (EE), fibra brută (CF), cenușă brută (CA), fibra detergentă acidă (ADF) și fibra detergentă neutră (NDF) din semințe brute și produse fermentate au fost analizate în duplicat (20-25). Extractele fără azot (NFE) au fost calculate după cum urmează:

Conținutul de aminoacizi a fost determinat utilizând un analizor de aminoacizi tip AAA-339 (Mikrotechna, Praga, Republica Cehă) folosind ninhidrină pentru derivatizarea post-coloană. Înainte de analiză, probele au fost hidrolizate cu HCI 6 M timp de 24 de ore la 110 ° C (26). Conținutul de fitat a fost analizat conform metodei AOAC 986.11 (27). Valoarea biologică a proteinelor a fost determinată de următorii indici: scorul chimic a fost calculat utilizând metoda Mitchell și Block (28), indicele esențial de aminoacizi (EAAI) a fost calculat cu metoda lui Oser (29), concentrația de triptofan nu a fost determinată chimic și s-a presupus a fi 0,72 g la 100 g de proteine ​​în semințele de lupin crude și fermentate, iar proteinele digestibile au fost determinate prin metoda enzimatică.

Energia metabolizabilă în dietele pentru porci a fost calculată în conformitate cu recomandările Societății Germane de Fiziologie a Nutriției (30) utilizând aceiași coeficienți de digestibilitate pentru lupin și produse de lupin.

Alcaloizii lupinici au fost extrasați din făină cu acid tricloracetic și clorură de metilen și determinați cu un cromatograf gazos model GC-17A (Shimadzu Corp., Kyoto, Japonia) cu o coloană capilară (Phenomenex, Torrance, CA, SUA). Oligozaharidele familiei rafinozei au fost extrase și analizate prin cromatografie cu gaz de înaltă rezoluție așa cum a fost descris anterior de Zalewski și colab. (31). PH-ul a fost măsurat în 10% extract de apă cu un contor de pH inoLab® (WTW, Weilheim, Germania). Pentru determinarea acidului organic, extractul a fost centrifugat la 10.000 × g timp de 8 min. Toate probele au fost filtrate printr-un filtru de 0,20 mm înainte de analiza HPLC. Supernatantul a fost analizat direct prin metoda HPLC folosind un detector UV (Waters Corp., Milford, MA, SUA). Acizii organici au fost separați pe o coloană Aminex HPX-87H (Bio-Rad, Hercules, CA, SUA) la 65 ° C folosind 5 mmol/L de H2SO4 ca eluant, la un debit de 0,5 mL/min.

Analize statistice

Valorile din același rând cu litere diferite în supercript diferă semnificativ la p 0,05) decât celelalte produse.

Semințele de lupin sunt un material dificil pentru fermentarea prin drojdie din cauza lipsei de amidon ușor accesibil (10). Glucidele găsite în semințele de lupin constau în principal din zaharuri simple (aproximativ 30 g/kg) și zaharuri din familia rafinoză (aproximativ 76 g/kg) (9). Carbohidrații din familia rafinozei au fost folosiți complet de drojdie pe parcursul a 24 de ore de fermentare (36). Pe de altă parte, utilizarea totală a zaharurilor disponibile (NFE) a fost relativ scăzută și nu a depășit 17%, ceea ce ar putea fi parțial rezultatul unui timp scurt de fermentare. Zaharurile structurale s-au dovedit a fi rezistente la digestia indirectă de către drojdia folosită, ceea ce este confirmat de nivelurile ridicate de complexe de carbohidrați (ca fibre brute, ADF și NDF) în semințele fermentate (37). Mai mult, creșterea conținutului de NDF în unele tratamente tehnologice este de obicei însoțită de o creștere a proteinelor legate de NDF și disponibilitate redusă (38). Se poate presupune că creșterea fracțiilor ADF și NDF în produsele fermentate poate indica un grad mai mare de legare a proteinelor de către fibră.

Drojdiile sunt, de asemenea, o sursă bogată de minerale și, în funcție de specie și tulpină, pot introduce în masa fermentată de la 4 până la 10% cenușă (10), ceea ce a fost confirmat de cercetările noastre. Nivelul de grăsime din produsele fermentate a fost mai mic decât în ​​semințele crude, care a fost găsit și de Yabaya și colab. (16), Mbata și colab. (32) și Hassan și colab. (37). Drojdia a folosit grăsimea ca sursă de energie pentru a produce biomasă celulară.

În general, fermentația a determinat o scădere a conținutului de grăsimi și carbohidrați din semințe, ceea ce poate duce la modificări ale valorii energetice metabolice. Cu toate acestea, energia metabolizabilă, calculată pe baza compoziției chimice, indică faptul că fermentația nu a redus-o. Trebuie remarcat faptul că în calculul energiei metabolizabile au fost luați în considerare coeficienții de digestibilitate ai nutrienților din semințele de lupin, în timp ce fermentația poate afecta cu adevărat digestibilitatea proteinelor (de exemplu, digestibilitatea in vitro a proteinelor a fost îmbunătățită cu aproximativ 13%) sau a carbohidraților. Prin urmare, aceste rezultate ar trebui tratate ca o aproximare aproximativă.

Nu a fost găsit niciun efect semnificativ al fermentării drojdiei (p> 0,05) asupra fracției și structurii masei alcaloide totale. Trojanowska și colab. (11) a observat că dezvoltarea diferitelor tulpini de drojdie pe extractul de lupin poate duce la o reducere a conținutului de alcaloizi cu până la 20% (așa cum sa confirmat în cazul semințelor fermentate cu Bayanus G-995). Trebuie menționat, totuși, că extractul de lupin conținea în principal azot alcaloid (aproximativ 10% substanță uscată), aminoacizi liberi sau peptide (aproximativ 7% substanță uscată) și doar cantități mici de proteine. Datorită indisponibilității unei forme mai absorbabile de azot, drojdia poate folosi azotul legat sub formă de alcaloizi. În schimb, semințele de lupin conțin cantități semnificative de proteine, dar fracții cu masă redusă de alcaloizi (2,4 mg/kg în semințele brute), ceea ce promovează utilizarea azotului pentru producerea de biomasă.

În toate produsele fermentate, fracția de masă fitat a fost redusă, ceea ce a fost confirmat de alte studii (15, 37, 39). Tulpina Saccharomyces carlsbergensis și Saccharomyces cerevisiae 7013 s-au dovedit a fi cele mai eficiente întrucât au redus conținutul de fitat cu aprox. 80 și respectiv 63% (pd-galactozidază, care degradează oligozaharidele în zaharuri simple (36). Troanowska și colab. (11) au constatat că diferite tulpini de drojdie sunt capabile să degradeze până la 70% din oligozaharide, cu aproximativ 50% a participării lor la extractul de lupin.

În general, pentru efecte mai bune de fermentare, timpul procesului trebuie prelungit și trebuie aplicată hidroliza inițială a materialului. Mai mult, în opinia noastră, ar trebui utilizate tulpini de drojdie care degradează carbohidrații structurali. Din acest motiv, studiul ar trebui continuat.

Concluzii

Fermentarea de drojdie a semințelor de lupin permite formarea de furaje sau produse alimentare valoroase. Beneficiul procesului este în primul rând o reducere a unor factori antinutriționali, precum și scăderea pH-ului și favorizarea formării bacteriilor probiotice ale acidului lactic în produse. Fermentarea semințelor de lupin a crescut valoarea nutritivă a acestora, în special prin creșterea conținutului de proteine ​​și îmbunătățirea profilului de aminoacizi. Drojdia de brutar Saccharomyces cerevisiae și tulpina Fermivin 7013 s-au dovedit a fi cele mai eficiente pentru fermentarea directă a semințelor de lupin albastru.

Mulțumiri

Studiul a fost susținut de grantul Centrului Național de Cercetare nr. 2011/01/B/NZ9/00232.