Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,441

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ, СИНТЕЗИРУЮЩИХ de novo ЛЕТУЧИЕ ДУШИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА

Шпичка А.И. 1 Семенова Е.Ф. 1
1 ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет»
Рассмотрены литературные данные по ароматобразующей способности микроорганизмов: бактерий, актиномицетов, грибов, дрожжей, микроводорослей. Проанализированные отечественные и зарубежные источники, посвященные изучению представителей разных таксонов, позволяют оценить уровень накопления и компонентный состав синтезируемых летучих душистых соединений, скорость роста культуры и другие свойства, важные для биотехнологического производства. Полученные результаты позволяют выделить виды родов Ceratocystis, Eremothecium, Trichoderma, Kluyveromyces царства Fungi как наиболее перспективные для дальнейшего изучения и внедрения продуценты ароматобразующих веществ с фруктовым и цветочным направлениями запаха. Причем эфирные масла, синтезируемые представителями первых двух родов, представляют большую ценность, так как по компонентному составу наиболее приближены к розовому, одному из самых востребованных на мировом рынке, эфирному маслу.
бактерии
микроводоросли
грибы
дрожжи
эфирные масла
душистые вещества
синтез de novo
1. Бугорский П.С., Семенова Е.Ф. Душистые вещества мицелиального гриба Ashbya gossypii // Химия природных соединений. – 1991. – № 3. – С. 428.
2. Бугорский П.С., Семенова Е.Ф., Родов В.С. Влияние ионов водорода, калия и натрия на продуктивность гриба Eremothecium ashbyi // Микробиологический журнал. – 1990. – Т. 52. – № 3. – С. 44–47.
3. Куркин В.А. Фармакогнозия. – 2-е изд., перераб. и доп. – Самара: ООО «Офорт»: ГОУ ВПО «СамГМУ Росздрава», 2007. – 1239 с.
4. Семенова Е.Ф. Биосинтетическая активность и антимикробные свойства Eremothecium ashbyi Guill. // Известия вузов. Поволжский регион, 2007. – Серия «Медицинские науки», № 4. – С. 44–50.
5. Семенова Е.Ф., Богданов Н.И. Некоторые результаты биотехнологии ароматических продуктов // Инновационные технологии и продукты: сб. трудов. – Новосибирск, 2000. – Вып. 4. – С. 9–13.
6. Семенова Е.Ф. Скрининг водорослей – продуцентов летучих душистых веществ // Основные направления научных исследований по интенсификации эфиромасличного производства: тезисы докладов V симпозиума. – Кишинев, 1990. – С. 199–200.
7. Семенова Е.Ф., Шпичка А.И., Моисеева И.Я. Культурально-морфологические и физиолого-биохимические свойства видов рода Eremothecium // Фундаментальные исследования. – 2011. – № 6. – С. 210–214.
8. Biotechnological production of bioflavors and functional sugars/ Juliano Lemos Bicas, Junio Cota Silva, Ana Paula Dionisio, Glaucia Maria Pastore // Ciencia e Technologia de Alimentos. – 2010. – Vol. 30, № 1. – P. 7–18.
9. Biotechnological production of 2-phenylethanol / Etschmann M.M.W., Bluemke W., Sell D., Schrader J. // Appl. Microbiol. Biotechnol. – 2002. – Vol. 59. – P. 1–8.
10. Biotechnological routes in flavour production / Sushilkumar A. Dubal, Yogesh P. Tilkari, S.A. Momin, Indrakant V. Borkar // Advanced Biotech. – 2008. – March. – P. 20–31.
11. Chemical composition and antioxidant activity of the extract and essential oil of Rosa damascena from Iran, population of Guilan / Yassa N., Masoomi F., Rohani Rankouhi S.E., Hajaiakhoondi A. // DARU. – 2009. – Vol. 17, № 3. – P. 175–180.
12. Collin H.A. Secondary product formation in plant tissue cultures// Plant Growth Regulation, 2001. – Vol. 34. – P. 119–134.
13. Debitsky V.M., Rezanka T. Metabolites produced by nitrogen-fixing Nostoc species// Folia Microbiol. – 2005. – Vol. 50, № 5. – P. 363–391.
14. De novo synthesis of monoterpenes by Saccharomyces cerevisiae wine yeasts/ Francisco M. Carrau, Karina Medina, Eduardo Boido, Laura Farina, Carina Caggero, Eduardo Dellacassa, Giuseppe Versini, Paul A. Henschke // FEMS Microbiology Letters. – 2005. – Vol. 243. – P. 107–115.
15. De novo biosynthesis of vanillin in fission yeast and baker’s yeast/ Esben H. Hansen, Birger Lindberg Moller, Gertrud R. Kock, Camilla M. Buenner, Charlotte Kristensen, Ole R. Jensen, Finn T. Okkels, Carl E. Olsen, Mohammed S. Motawia, Jorgen Hansen // Applied and Enviromental Microbiology. – 2009. – Vol 75, № 9. – P. 2765–2774.
16. Erdogan Gunes. Turkey rose oil production and marketing: a review on problem and opportunities // Journal of Applied Sciences. – 2005. – Vol. 5, № 10. – P. 1871–1875.
17. Flavor-active wine yeast/Antonio G. Gordente, Christopher D. Curtin, Christian Varela, Isak S. Pretorius // Appl. Microbiol. Biotechnol. – 2012. – 18 p.
18. Fruity flavour production by Ceratocystis fimbriata grown on coffee husk in solid state fermentation / Marlene Soares, Pierre Christen, Ashok Pandey, Carlos Ricardo Soccol // Process Biochemistry. – 2000. – Vol. 35, № 8. – P. 857–861.
19. Jianping Jiang. Identification of volatile compounds produced by Kluyveromyces lactis// Biotechnology techniques. – 1993. – Vol. 7, № 12. – P. 863–866.
20. Joseph A. Kemler, Yajun Yan, Mattheos A.G. Koffas. Biosynthesis of isoprenoids, polyunsaturated acids and flavonoids in Saccharomyces cerevisiae // Microbial Cell Factories. – 2006. – Vol. 5. – P. 20–29.
21. Haeusler Alex, Muench Thomas. Microbial production of natural flavors // ASM News. – 1998. – Vol. 63, № 10. – P. 551–559.
22. Identification of sesquiterpene synthases from Nostoc punctiforme and Nostoc sp./ Sean A. Agger, Fernando Lopez-Gallego, Thomas R. Hoye, Claudia Schmidt-Dannert// Journal of Bacteriology. – 2008. – Vol. 190, № 8. – P. 6084–6096.
23. Iordan Maria, Barascu Elena, Stoica Alexandru, Popescu Elena Corina. Using microbial systems in order to obtain fermentation flavorings // Journal of Agroalimentary Processes and Technologies. – 2009. – Vol. 15, № 1. – P. 34–40.
24. Kambourova Roumena, Bankova Vassya, Petkov Georgi. Volatile substances of the green alga Scenedesmus incrassatulus // Z. Naturforsch. – 2003. – Vol. 53. – P. 187–190.
25. Klein-Marcuschamer Daniel, Ajikamar Parayil Kumaran, Stephanopoulos Gregory. Engineering microbial cell factories for biosynthesis of isoprenoids // TRENDS in Biotechnology. – 2007. – Vol. 25, № 9. – P. 417–424.
26. Kovacheva N., Rusanov K., Atanassov I. Industrial cultivation of oil bearing rose and rose oil production in Bulgaria during 21st century, directions and challenges // Biotechnol. & Bioutechnol. Eq. – 2010. – № 2. – P. 1793–1798.
27. Krings U., Berger R.G. Biotechnological production of flavours and fragrances // Appl. Microbiol. Biotechnol. – 1998. – Vol. 49. – P. 1–8.
28. Kurtzman C.P. Relationships among the genera Ashbya, Eremothecium, Holleya and Nematospora determined from rDNA sequence divergence // Journal of Industrial Microbiology. – 1995. – Vol. 14. – P. 523–530.
29. Kurtzman C.P., Robnett C.J. Phylogenetic relationships among yeasts of ‘Saccharomyces complex’ determined by multigene sequence analyses // FEMS Yeast Research. – 2003. – Vol. 3. – P. 417–432.
30. Lichens as a source of versatile bioactive compounds / Tatjana Mitrović, Slavisa Stamenković, Vladimir Cvetković, Miloš Nikolić, Svetlana Tošić, Dragana Stojičić // Biologica Nyssana. – 2011. – Vol. 2, № 1. – P. 1–6.
31. Maria Asuncion Longo, Maria Angeles Sanroman. Production of food aroma compounds: microbial and enzymatic methodologies // Food Technol. Biotechnol. – 2006. – Vol. 44, № 3. – P. 335–353.
32. Nilgün Göktürk Baydar, Hasan Baydar. Phenolic compounds, antiradical activity and antioxidant capacity of oil-bearing rose (Rosa damascena Mill.) extracts // Industrial Crops and Products. – 2013. – Vol. 41. – P. 375–380.
33. Omeliansky V.L. Aroma-producing microorganisms // J. Bacteriol. – 1923. – Vol. 8. – P. 393–419.
34. Pierre Christen. Produccion de aromas por fermentacion en medio solido // Topicos de Investigacion y Posgrado. – 1995. – Vol. IV, № 2. – P. 102–109.
35. Production and recovery of aroma compounds produced by solid-state fermentation using different absorbents / Adriane B.P. Medeiros, Ashok Pandey, Luciana P.S. Vandenberghe, Glaucia M. Pastore, Carlos R. Soccol // Food Technol. Biotechnol. – 2006. – Vol.44, № 1. – P. 47–51.
36. Production of flavours by microorganisms/ Janssens L., De Pooter H.L., Schamp N.M., Vandamme E.J. // Process Biochemistry. – 1992. – Vol. 27. – P. 195–215.
37. Production d’aromes de type lactone par des levure/Mohamed Alchihab, Jaqueline Destain, Mario Aguedo, Philippe Thonart// Biotechnol. Agron. Soc. Environ. – 2010. – Vol. 14, № 4. – P. 681–691.
38. Production of essential oils and flavours in plant cell and tissue culture. A review/ Mulder-Krieger Th., Verpoorte R., Svendsen Baerheim R., Scheffer J.J.C. // Plant Cell, Tissue and Organ Culture. – 1988. – Vol. 13. – P. 85–154.
39. Regulation of essential oil production on plants/ Sangwan N.S., Farooqi A.H.A., Shabih F., Sangwan R.S. // Plant Growth Regulation. – 2001. – Vol. 34. – P. 3–21.
40. Research and current profile of Iranian production of damask rose (Rosa damascene Mill.) / Haghighi M., Tehranifar A., Nikbakht A., Kafi M. // Acta horticulturae. – 2008. – Vol. 769. – P. 499–455.
41. Semenova E.F., Shpichka A.I., Moiseeva I.Ya. About essential oils biotechnology on the base of microbial synthesis // European Journal Of Natural History. – 2012. – № 4. – P. 29–31.
42. Semenova E.F., Shpichka A.I., Moiseeva I.Ya.. About explanation of elaboration of essential Eremothecium oil biotechnology// International journal of experimental education. – 2012. – № 3. – P. 35–36.
43. Semenova E.F., Shpichka A.I. Some pharmbiotechnological characteristics of Еremothecium, producer of riboflavin and essential oil // International journal of applied and fundamental research. – 2012. – № 1. – Р. 170–172.
44. Seyhan Ulusoy, Gulgun Bosgelmez-Tinaz, Hale Secilmis-Canbay. Tocopherol, carotene, phenolic contents and antibacterial properties of rose essential oil, hydrosol and absolute // Curr. Microbiol. – 2009. – Vol. 59. – P. 554–558.
45. Schindler J., Schmid R.D. Fragrance or aroma chemicals. Microbial synthesis and enzymatic transformation–a review // Process Biochem. – 1982. – Vol. 17. – P. 2–8.
46. Schwab Wilfried, Davidovich-Rikanati Rachel, Lewinsohn Efraim. Biosynthesis of plant-derived flavor compounds // The Plant Journal. – 2008. – Vol. 54. – P. 712–732.
47. Susan S. Roberts. Production and engineering of terpenoids in plant cell culture // Nature Chemical Biology. – 2007. – № 3. – P. 387–395.
48. Terpenoids: opportunities for biosynthesis of natural product drug using engineered microorganisms / Parayil Kumaran Ajikumar, Keith Tyo, Simon Carlsen, Oliver Mucha, Too Heng Phon, Gregory Stephanopoulos // Molecular Pharmaceutics. – 2008. – Vol. 5, № 2. – P. 167–190.
49. The yeast, a taxonomic study. Ed. by Кurtzman С.Р., Fell J. W. Fourth Edition. – Elsevier Science, 1998. – 1055 p.
50. Vandamme Erick J. Bioflavours and fragrances via fungi and their enzymes // Fungal Diversity, 2003. – Vol. 13. – P. 153–166.

В природе известно около 100 000 видов микроорганизмов, причем изучено лишь несколько сотен видов, которые синтезируют вещества или осуществляют реакции, полезные для человека, и используются в хозяйственной деятельности с древних времен для получения таких ароматных продуктов питания и напитков, как сыр, хлеб, вино, пиво и др. Но, несмотря на это, важная роль микроорганизмов как природных источников различных ароматов не была осознана и исследована вплоть до первой половины XX-го столетия [21]. Одни из первых работ по этой теме были написаны выдающимся русским микробиологом Василием Леонидовичем Омелянским [33]. В последние 25–30 лет значительно интенсифицировалось изучение ароматобразующих микроорганизмов, вызванное не столько фундаментальной необходимостью идентификации продуктов их метаболизма, сколько потребностью пищевой, парфюмерно-косметической и химико-фармацевтической промышленности в новых путях получения натуральных душистых соединений для удовлетворения спроса населения на современные аромапродукты [27, 36].

Большинство используемых сейчас натуральных ароматизаторов является эфирными маслами, получаемыми для производственных целей лишь из сырья сравнительно небольшого числа видов высших растений. Качество эфирного масла существенно зависит от экологических факторов, местности, в которой выращиваются эфироносы, кроме того, плантационное выращивание характеризуется сезонностью. Указанные проблемы способны решить биотехнологии на основе микробного синтеза, которые являются более конкурентоспособными по сравнению с биотехнологиями получения эфирных масел в культуре изолированных растительных клеток и тканей [12, 38, 47]. В связи с этим особый интерес в качестве нетрадиционных источников эфирных масел представляют микроорганизмы (бактерии, актиномицеты, грибы, дрожжи, водоросли), способные синтезировать эти субстанции de novo.

Целью данного исследования является проведение анализа литературных данных по микроорганизмам, способным синтезировать de novo летучие душистые вещества, сравнение продуцентов по таксономическому положению, химическому строению и запаху ароматобразующих веществ в связи выявлением наиболее перспективных для дальнейшего изучения и внедрения в производство представителей микромира.

Материалы и методы исследования

В работе использован контент-анализ отечественных и зарубежных литературных источников.

Результаты исследования и их обсуждение

В проведенных отечественными и зарубежными специалистами исследованиях по изучению ароматобразующей способности представителей разных таксонов дана оценка по уровню накопления и составу смеси синтезируемых летучих душистых соединений, скорости роста культуры и другим свойствам, важным для биотехнологического производства [1, 2, 4–10, 14, 15, 17–20, 22–24, 30, 31, 34, 35, 37, 41–43, 45, 50]. Кроме этого, особое внимание уделяется выяснению механизмов синтеза, путей метаболизма, влияющих на этот процесс [10, 14, 15, 20, 21, 31, 37, 45, 50].

Среди изученных представителей [23, 27, 31, 33, 36] царства Bacteria, типов Firmicutes, Proteobacteria, Actinobacteria (табл. 1) можно выделить 4 основные группы микроорганизмов в зависимости от направления запаха синтезируемого класса соединений. К первой группе относятся палочковидные бактерии типов Firmicutes и Actinobacteria, являющиеся продуцентами пиразинов, обладающих запахом жареного. Вторая группа включает грамположительные шаровидные и палочковидные бактерии типа Firmicutes, порядка Lactobacillales, которые способны синтезировать кетоны, эфиры, альдегиды, ацилоины, обладающие маслянисто-сливочным запахом. Третья группа состоит из более разнообразных в отношении таксономического положения микроорганизмов, продуцирующих спирты и сложные эфиры с фруктовым ароматом. Стрептомицеты, синтезирующие геосмин и ряд других веществ, обладающих земляным запахом, составляют последнюю, четвертую, группу продуцентов.

Таблица 1

Бактерии, синтезирующие летучие душистые вещества de novo

Вид микроорганизма

Таксономическое положение

Синтезируемые летучие вещества

Запах

Ссылки

Bacillus cereus

Bacteria, Firmicutes, Bacillales, Bacillaceae

2-ацетил-1-пирролин

запах приготовленного риса

[27]

Bacillus subtilis

Bacteria, Firmicutes, Bacillales, Bacillaceae

пиразины

запах жареного

[8]

Clostridium acetobutilicum

Bacteria, Firmicutes, Clostridiales, Clostridiaceae

бутилбутират

фруктовый, ананасовый

[36]

Lactococcus lactis

Bacteria, Firmicutes, Lactobacillales, Streptococcaceae

2,3-бутандион, эфиры

жирный запах сливочного масла и сметаны

[23, 31]

Streptococcus cremoris

Bacteria, Firmicutes, Lactobacillales, Streptococcaceae

2,3-бутандион, ацетальдегид

запах сливочного масла

[31, 36]

Streptococcus lactis

Bacteria, Firmicutes, Lactobacillales, Streptococcaceae

2,3-бутандион, ацетальдегид

запах сливочного масла

[31, 36]

Lactobacillus maltaromicus

Bacteria, Firmicutes, Lactobacillales, Lactobacillaceae

3-метилбутаналь, 3-метилбутанол, изобутаналь, изобутанол

солодовый

[36]

Lactobacillus rhamnosus

Bacteria, Firmicutes, Lactobacillales, Lactobacillaceae

ацетоин, 2,3-бутандион

маслянисто-сливочный

[31]

Leuconostoc mesenteroides

Bacteria, Firmicutes, Lactobacillales, Leuconostocaceae

ацетоин

маслянисто-сливочный

[23]

Erwinia carotovora (syn. Erwinia arrocepitae, Pectobacterium carotovorum)

Bacteria, Proteobacteria, Enterobacteriales, Enterobacteriaceae

алифатические эфиры, 3-метилбутилацетат, изобутилацетат, метионол, метионола ацетат, изобутанол, 2-фенилэтанол, триптофол

запах банана

[36]

Pseudomonas aeroginosa

Bacteria, Proteobacteria, Pseudomonadales, Pseudomonodaceae

2-аминоацетофенон

подобный винограду, сладкий, ароматный, подобный жасмину

[36]

Pseudomonas fragi

Bacteria, Proteobacteria, Pseudomonadales, Pseudomonodaceae

этилбутират, этилизовалериат

ананасовый, фруктовый

[36]

Pseudomonas fragi CRDA 037

Bacteria, Proteobacteria, Pseudomonadales, Pseudomonodaceae

этилбутират, этил-3-метилбутират, этилгексаноат, этил-2-гексеноат, этилкротонат, этил-2-метилгексаноат

фруктовый, клубничный

[36]

Pseudomonas oleovorans

Bacteria, Proteobacteria, Pseudomonadales, Pseudomonodaceae

метилкетоны

неприятный

[27]

Pseudomonas perolens

Bacteria, Proteobacteria, Pseudomonadales, Pseudomonodaceae

2-метокси-3-изопропилпиразин

заплесневелый, подобный картофелю

[36]

Pseudomonas pseudomallei

Bacteria, Proteobacteria, Pseudomonadales, Pseudomonodaceae

борнеол, изоборнеол

хвойный

[27]

Pseudomonas taetrolens

Bacteria, Proteobacteria, Pseudomonadales, Pseudomonodaceae

2-метокси-3-изопропилпиразин

заплесневелый, подобный картофелю

[36]

Zymomonas mobilis

Bacteria, Proteobacteria, Sphingomonodales, Sphingomonodaceae

ацетальдегид

резкий, запах прелых яблок

[36]

Corynebacterium glutamicum

Bacteria, Actinobacteria, Actinomycetales, Corynebacteriaceae

тетраметилпиразин из некоторых аминокислот

запах жареного

[31, 36]

Streptomyces citreus

Bacteria, Actinobacteria, Actinomycetales, Streptomycetaceae

геосмин

земляной

[27]

Streptomyces griseus

Bacteria, Actinobacteria, Actinomycetales, Streptomycetaceae

геосмин

земляной

[36]

Streptomyces odorifer

Bacteria, Actinobacteria, Actinomycetales, Streptomycetaceae

геосмин, 2-эксогидрокси-2-метилборнан, 2-метилизоборнеол, 2-изопропил-3-метоксипиразин

земляной, заплесневелый

[36]

Необходимо заметить, что, как правило, фруктовый аромат у представителей третьей группы бактерий обеспечивается за счет синтеза 2–5 компонентов в количестве, например, у Erwinia carotovora 600 мг на литр культуральной жидкости [36], которые, как было сказано выше, являются спиртами и сложными эфирами. Причем стоит отметить, что получение этих веществ химическим путем не представляет сложности и обеспечивает более высокий выход.

Особый интерес с целью получения эфирных масел представляют водоросли. Сравнительный анализ культур сине-зеленых, зеленых и красных водорослей, относящихся к родам Calothrix, Cylindrospermum, Anabaena, Nostoc, Spirulina, Chlorella, Cyanidum, показал, что количество синтезируемых ими летучих душистых веществ находится на уровне 3 мг на литр культуральной жидкости [6]. Однако использование биомассы Chlorella vulgaris, Spirulina platensis и других микроводорослей перспективно для получения спиртовых экстрактов типа резиноида дубового мха, входящего в состав духов в качестве фиксатора запаха, а также самостоятельного пигментированного ароматического начала (табл. 2), обладающего антисептическим, закрепляющим, отхаркивающим, антиоксидантным и заживляющим действиями. Коммерческий сбор дубового мха ведется в странах Южной и Центральной Европы с дальнейшей переработкой во Франции [6, 22, 24, 30, 41].

Таблица 2

Водоросли, синтезирующие летучие душистые вещества de novo

Вид

Таксономическое положение

Синтезируемые летучие вещества

Запах

Ссылки

Chlorella vulgaris

Plantae, Chlorophyta, Trebouxiophyceae, Chlorellaceae

резиноид типа дубового мха

сильный запах земли и мха

[6, 41]

Nostoc commune

Bacteria, Cyanobacteria, Cyanophyceae, Nostocaceae

носкомин, комностин, ностоциклин, геосмин

земляной

[13]

Nostoc punktiforme

Bacteria, Cyanobacteria, Cyanophyceae, Nostocaceae

геосмин, 2-метиоизоборнеол

земляной

[6, 22, 41]

Scenedesmus acutus

Plantae, Chlorophyta, Chlorophyceae, Scenedesmaceae

резиноид типа дубового мха

сильный запах земли и мха

[6, 41]

Scenedesmus incrassatulus

Plantae, Chlorophyta, Chlorophyceae, Scenedesmaceae

изопренилацетат, фитол, ферругинол, бензилциннамат, бутандиол

цветочно-бальзамический

[24]

Spirulina platensis

Bacteria, Cyanobacteria, Cyanophyceae, Pseudanabaenaceae

резиноид типа дубового мха

сильный запах земли и мха

[6, 41]

По нашему мнению, наиболее перспективными с целью получения эфирных масел и летучих душистых соединений с разнообразными направлениями запаха являются грибные культуры, в частности, относящиеся к базидиомицетам и аскомицетам, в том числе дрожжи, поскольку они способны накапливать промышленно важные и биологически активные метаболиты (табл. 3, 4) [1, 2, 4, 5, 7, 9, 14, 15, 17–20, 34, 35, 37, 41–43, 45, 50].

Таблица 3

Мицелиальные грибы, синтезирующие летучие душистые вещества de novo

Вид микроорганизма

Таксономическое положение

Синтезируемые летучие вещества

Запах

Ссылки

Agaricus bisporus

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Agaricaceae

3-метилбутаналь, 3-октанон, 1-октен-3-он, 3-октанол, 1-октен-3-ол, фурфураль, бензальдегид, фенилацетальдегид, бензиловый спирт

сильный грибной запах (1-октен-3-он)

[36]

Bjerkondera adusta (syn. Polyporus adustus)

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Polyporaceae

4-метоксибензальдегид, 3,4-диметоксибензальдегид, 3,4-диметоксибензиловый спирт, 4-деканолид

сладкий, ароматный, подобный ванили

[27, 31, 36]

Lentinus edodes

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Polyporaceae

лентионин, 1-октен-3-ол, 1-октен-3-он

грибной

[27]

Lentinus lepideus

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Polyporaceae

метилциннамат, коричная кислота, сесквитерпины с кадинановой структурой, кадинол, мууролол, кубенолы, фарнезол, дрименол, сесквитерпеновые эфиры с мууролановой структурой, террестрол

фруктовый, ароматный, анисовый, кедровый

[36]

Polyporus durus

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Polyporaceae

4-бутанолид, 4-пентанолид, 3-пентен-4-олид, 4-гексанолид, 2-гексен-4-олид, 5-гексен-4-олид, 5-гексанолид, 2-гептен-4-олид, 4-гептанолид, 4-октанолид, 2-нонен-4-олид, 2-децен-4-олид, 4-деканолид, сесквитерпены

запах кокоса, ананаса

[36]

Polyporus tuberaster

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Polyporaceae

метилбензоат, этилбензоат, бензальдегид

цветочно-фруктовый с нотами иланг-иланга

[27, 31]

Pycnoporous cinnabarinus

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Polyporaceae

ванилин, метилантранилат

запах ванили

[27]

Trametes odorata (syn. Gloeophyllum odoratum; syn. Osmoporus odoratus)

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Polyporaceae

метиланизат, анизальдегид, δ-кадинен

подобный анису

[36]

Wolfiporia cocos

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Polyporaceae

линалоол

запах ландыша

[27]

Boletus edulis

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Boletaceae

пиразины, 2-формилпирролы

запах высушенных грибов

[36]

Gloeophyllum odoratum

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Gloeophyllaceae

дрименол, метил-3-гидрокси-3,7-диметил-6-октеноат, 1-октен-3-ол

приятный фруктовый

[36]

Inocube coridalina

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Cortinariaceae

метилциннамат

фруктовый. розоподобный

[36]

Inocube pyrlodora

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Cortinariaceae

метилциннамат

фруктовый. розоподобный

[36]

Inocube odorata

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Cortinariaceae

метилциннамат

фруктовый, розоподобный

[36]

Ischnoderma benzoinum

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Fomitopsidaceae

бензальдегид, 4-метоксибензальдегид, 2-фенилэтанол

запах миндаля, запах цветов боярышника

[9, 27]

Poria aurea (syn. Auriporia aurea)

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Fomitopsidaceae

2-октен-4-олид

сладкий

[36]

Lentinellus cochleatus

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Auriscalpiaceae

транс-неролидол, фокиенол, 6-формил-2,2-диметилхромен

подобный анису

[36]

Lepistra irina

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Tricholomataceae

(3S, 4S, 10R)-3,10-эпокси-11-оксо-бисабола-1,8-диен – лепистирон

запах ирисового масла, цветков апельсина

[36]

Mycena pura

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Thicholomataceae

цитронеллол

запах розы

[27]

Mycoacia uda

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Meruliaceae

p-толуальдегид, р-метилацетофенон, р-метилбензиловый спирт, р-толил-1-этанол

фруктовый

[36]

Phlebia radiata

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Meruliaceae

4-деканолид

фруктовый с нотой персика

[27]

Oospora suaveolens

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Botryobasidiaceae

эфиры аминокислот

фруктовый

[36]

Pleorotus euosmus

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Pleurotaceae

линалоол, кумарин, цис- и транс-линалоолоксиды

сладкий, цветочный

[36]

Pleorotus pulmonarius

Fungi, Basidiomycota, Agaricomycetes, Pleurotaceae

1-октен-3-ол, 1-октен-3-он

грибной

[27]

Cystostereum muraii

Fungi, Basidiomycota, Basidiomycetes, Cystostereaceae

1-октен-3-он, бензофурановые терпеноиды, бисаболан

запах ванили, кокосовых хлопьев

[36]

Tyromyces sambuceus

Fungi, Basidiomycota, Basidiomycetes, Polyporaceae

4-декалактон (4-деканолид), другие лактоны

запах персика, маракуйи, кокоса

[31, 36]

Aspergillus niger

Fungi, Ascomycota, Eurotiomycetes, Trichocomaceae

метилкетоны; 2-фенилэтанол

неприятный; розоподобный

[9, 27]

Aspergillus oryzae

Fungi, Ascomycota, Eurotiomycetes, Trichocomaceae

1-октен-1-ол

ананасовый

[9, 36]

Aspergillus terreus

Fungi, Ascomycota, Eurotiomycetes, Trichocomaceae

этилацетат

фруктовый

[45, 50]

Penicilium decumbens

Fungi, Ascomycota, Eurotiomycetes, Trichocomaceae

туйопсен, 3-октанон, неролидол, 1-октен-3-ол, β-фенилэиловый спирт

подобный сосне, розе, яблоку, грибам

[36]

Trichothecium roseum

Fungi, Ascomycota, Ascomycetes, incertae sedis

нерол, линалоол, цитронеллол, терпинеол, неролидол, линалилацетат, цитронеллилацетат, геранилацетат, 1-октен-3-ол, 3-октанол, 1,5-октадиен-3-ол, октан-1-ол, 2-октен-1-ол

цветочный, грибной

[36]

Ceratocystis courulescens

Fungi, Ascomycota, Sordariomycetes, Ophiostomataceae

6-метил-5-гептен-2-он, 6-метил-5-гептен-2-ол, неролидол, цитронеллол, цитронеллилацетат, 2,3-дигидрофарнезол, транс-фарнезол, гераниол, геранилацетат, нерол, линалоол, α-терпинеол, нерилацетат

фруктовый

[36]

Ceratocystis fimbriata

Fungi, Ascomycota, Sordariomycetes, Ophiostomataceae

линалоол, цитронеллол, гераниол, α-терпинеол

сладкий, фруктовый

[8, 18, 31, 35, 36]

Ceratocystis moniliformis

Fungi, Ascomycota, Sordariomycetes, Ophiostomataceae

3-метилбутилацетат, гераниол, цитронеллол, нерол, линалоол, α-терпинеол, гераниаль, нераль, цитронелилацетат, геранилацетат

запахи банана, груши, розы, персика

[31, 36]

Ceratocystis populina

Fungi, Ascomycota, Sordariomycetes, Ophiostomataceae

бициклические сесквистерпены с 1,7-диметил-4-изопропилдекалиновым скелетом, δ-кадинол, δ-кадинен

приятный фруктовый аромат

[36]

Ceratocystis variospora

Fungi, Ascomycota, Sordariomycetes, Ophiostomataceae

витронеллол, цитронеллилацетат, гераниаль, нераль, гераниол, линалоол, геранилацетат, нерол, α-терпинеол

ароматный, подобный герани

[36]

Ceratocystis virescens

Fungi, Ascomycota, Sordariomycetes, Ophiostomataceae

цитронеллол, гераниол, линалоол, геранилацетат, нерол, α-терпинеол, гераниаль, нераль, цитронеллилацетат, нерилацета

фруктовый, розоподобный

[36]

Leptographium lundbergii

Fungi, Ascomycota, Sordariomycetes, Ophiostomataceae

сесквистерпеновые спирты с африканановым скелетом (африканолы): лептографиол, изолептографиол, изоафриканол

фруктовый, сладкий

[36]

Chaetomium globosum

Fungi, Ascomycota, Sordariomycetes, Chaetomiaceae

геосмин

земляной

[36]

Fusarium pore

Fungi, Ascomycota, Sordariomycetes, Nectriaceae

τ-лактоны, τ-декалактон и (Z)-6-τ-додеценолактон

фруктовый, персиковый

[27, 36]

Hypomyces odoratus

Fungi, Ascomycota, Sordariomycetes, Hypocreaceae

сесквитерпеновые эфиры и спирты, 1-октен-3-ол

подобный камфоре

[36]

Trichoderma koningii

Fungi, Ascomycota, Sordariomycetes, Hypocreaceae

6-пентил-α-пирон

запах кокоса

[36]

Trichoderma reesei

Fungi, Ascomycota, Sordariomycetes, Hypocreaceae

6-пентил-2-пирон

запах кокоса

[36]

Trichoderma viride

Fungi, Ascomycota, Sordariomycetes, Hypocreaceae

6-пентил-2-пирон, 6-(пент-1-енил)-2-пирон

запах кокоса

[8, 9, 21, 31, 36, 50]

Cladosporium cladosporoides

Fungi, Ascomycota, Dothideomycetes, Davidiellaceae

изобутиловый спирт, изобутилацетат, 3-метилбутанол, 3-метилбутилацетат, β-фенилэтанол, β-фенилацетат

фруктовый

[36]

Cladosporium suaveolens

Fungi, Ascomycota, Dothideomycetes, Davidiellaceae

γ-декалактон, δ-додекалактон

кокосовый

[31]

Monilia fruticola

Fungi, Ascomycota, Leotiomycetes, Sclerotiniaceae

4-окталактон, 4-декалактон

запах персика

[36]

Ascoidea hylecoeti

Fungi, Ascomycota, Saccharomecetes, Ascoidaceae

β-фенилэтанол, фуран-2-карбоновая кислота, цитронеллол, нерол, линалоол, α-терпинеол, цитронеллаль, лимонен, мирцен, цитронеллилацетат

фруктовый, цветочный, розоподобный

[27, 36]

Geotrichum candidum (Staron)

Fungi, Ascomycota, Saccharomycetes, Endomycetaceae

этилизобутират, этил-2-метилбутират, этил-3-метилбутират

фруктовый

[36]

Geotrichum candidum

Fungi, Ascomycota, Saccharomycetes, Endomycetaceae

этилацетат, 3-метилбутанол, 3-метилбутилацетат, β-фенилэтанол, β-фенилэтилацетат

запах дыни

[36]

Geotrichum penicillatum (syn. Trichosporon penicillatum)

Fungi, Ascomycota, Saccharomycetes, Endomycetaceae

этиловые эфиры, этил-2-метилбутират, этил-3-метилбутират, этилизобутират, этилбутират

фруктовый

[9, 36]

Таблица 4

Дрожжи и дрожжеподобные грибы, синтезирующие летучие душистые вещества de novo

Вид микроорганизма

Таксономическое положение

Синтезируемые летучие вещества

Запах

Ссылки

Ambrosiozyma cicatricosa

Fungi, Ascomycota, Saccharomycetes, Saccharomycopsidaceae

гераниол, цитронеллол, нерол, β-фенилэтиловый спирт, α-терпинеол, нерол, цитраль, линалоол

подобный розе

[36]

Ambrosiozyma monospora

Fungi, Ascomycota, Saccharomycetes, Saccharomycopsidaceae

гераниол, цитронеллол, нерол, β-фенилэтиловый спирт, α-терпинеол, нерол, цитраль, линалоол

подобный розе

[36]

Dipodascus magnusii

Fungi, Ascomycota, Saccharomycetes, Dipodascaceae

высшие спирты и эфиры

яблочный, фруктовый

[36]

Eremothecium ashbyi

Fungi, Ascomycota, Saccharomycetes, Eremotheciaceae

гераниол, цитронеллол, нерол, β-фенилэтиловый спирт, линалоол, цитраль, фарнезол

подобный розе

[ 2, 4, 5, 7, 36, 41-43]

Eremothecium gossypii

Fungi, Ascomycota, Saccharomycetes, Eremotheciaceae

гераниол, цитронеллол, нерол, β-фенилэтиловый спирт, линалоол, цитраль, фарнезол

подобный розе

[ 1, 5, 41-43]

Hansenula anomala (syn. Pichia anomala)

Fungi, Ascomycota, Saccharomycetes, Saccharomycetaceae

этилацетат, изобутилацетат, триметилбутилацетат, фенилэтилацетат, фенилэтиовый спирт

цветочно-фруктовый

[9, 31, 36]

Hansenula mrakii

Fungi, Ascomycota, Saccharomycetes, Saccharomycetaceae

2- и 3-меттилбутилацетат, изобутилацетат

фруктовый, банановый

[36]

Hansenula saturnus

Fungi, Ascomycota, Saccharomycetes, Saccharomycetaceae

этилацетат, 3-метилбутанол, 3-метилбутилацетат, 2-фенилэтанол, 2-фенилэтилацетат

розоподобный

[36]

Kluyveromyces lactis

Fungi, Ascomycota, Saccharomycetes, Saccharomycetaceae

цитронеллол, гераниол, линалоол, β-фенилэтанол, эфиры, изоамиловый спирт, ацетоин, 2-фенилацетат, изобутанол, изовалериановая кислота

фруктовый, подобный розе, цветочный

[19, 27, 36, 50]

Kluyveromyces marxianus

Fungi, Ascomycota, Saccharomycetes, Saccharomycetaceae

2-фенилэтанол

подобный розе

[9, 21, 31, 50]

Pichia farinosa

Fungi, Ascomycota, Saccharomycetes, Saccharomycetaceae

этилацетат, 3-метилбутанол, 3-метилбутилацетат, 2-фенилэтанол, 2-фенилэтилацетат

розоподобный

[36]

Pichia fermentans

Fungi, Ascomycota, Saccharomycetes, Saccharomycetaceae

2-фенилэтанол

подобный розе

[17]

Saccharomyces cerevisiae

Fungi, Ascomycota, Saccharomycetes, SaccharomycetaceaeHYPERLINK «http://bvi.rusf.ru/taksa/s0020/s0020298.htm»

2-фенилэтанол; 4-деканолид; линалоол, гераниол, цитронеллол, α-терпениол; ванилин

подобный розе; персиковый; цветочно-фруктовый; запах ванили

[ 9, 14, 15, 17, 20, 31, 50]

Saccharomyces fermentati

Fungi, Ascomycota, Saccharomycetes, SaccharomycetaceaeHYPERLINK «http://bvi.rusf.ru/taksa/s0020/s0020298.htm»

линалоол, неролидол, транс-фарнезол

цветочный

[36]

Saccharomyces rosei

Fungi, Ascomycota, Saccharomycetes, SaccharomycetaceaeHYPERLINK «http://bvi.rusf.ru/taksa/s0020/s0020298.htm»

β-мирцен, лимонен, линалоол, α-терпинеол, фарнезол

цветочный, цветочно-фруктовый

[36]

Saccharomyces vini

Fungi, Ascomycota, Saccharomycetes, SaccharomycetaceaeHYPERLINK «http://bvi.rusf.ru/taksa/s0020/s0020298.htm»

2-фенилэтанол

подобный розе

[9]

Torulopsis utilis (syn. Candida utilis)

Fungi, Ascomycota, Saccharomycetes, Saccharomycetaceae

2-фенилэтанол, этилацетат

подобный розе

[8, 9]

 

Fungi, Ascomycota, Saccharomycetes, Saccharomycetaceae

4-гидрокси-2(или 5)-этил-5(или 2)-3(2Н)-фуранон, фуранеол

интенсивный сладкий запах

[31, 36]

 

Fungi, Ascomycota, Schizosaccharomycetes, Schizosaccharomycetaceae

ванилин

запах ванили

[15]

Sporobolomyces odorus (syn. Sporidiobolus salmonicolor)

Fungi, Basidiomycota, Microbotryomycetes, Sporidiobolaceae

4-деканолид, 5-деканолид, цис-7-децен-5-олид, цис-6-додецен-4-он

интенсивный персиковый запах

[8, 21, 27, 36, 37, 50]

Sporobolomyces roseus

Fungi, Basidiomycota, Microbotryomycetes, Sporidiobolaceae

4-декалактон

персиковый

[9, 36]

Осуществленный направленный поиск перспективных объектов для биотехнологии ароматических продуктов в пределах родов Trichoderma, Ceratocystis, Aspergillus, Eremothecium и др. дал возможность охарактеризовать различия между видами, штаммами по уровню биосинтетической активности и составу эфирного масла [1, 2, 4, 5, 7–9, 14, 15, 17, 19–21, 27, 35–37, 42, 43, 45, 50]. Наибольший интерес с целью получения эфирного масла представляют виды родов Ceratocystis, Trichoderma, Eremothecium, Pichia, Saccharomyces и др.

Среди основных направлений запаха смеси синтезируемых ими летучих душистых соединений можно выделить цветочный, причем преобладает аромат розы, который обеспечивается у большинства продуцентов только за счет β-фенилэтилового спирта в результате ферментативных реакций дезаминирования, декарбоксилирования и окисления L-фенилаланина [9, 27, 36]. Однако Ceratocystis sp., Eremothecium sp. и Kluyveromyces sp. способны также синтезировать монотерпеновые спирты (гераниол, цитронеллол, нерол, линалоол, фарнезол и др.), являющиеся главными компонентами розового эфирного масла [1, 2, 4, 5, 7, 8, 14, 19, 27, 31, 35, 36, 42, 43]. Этот натуральный продукт, цена которого на мировом рынке достигает 80$ за 1 грамм, чрезвычайно востребован [16, 26, 40]. Розовое масло и розовая вода широко применяются в парфюмерно-косметическом, кондитерском, мыловаренном, ликеро-водочном, а также фармацевтическом производствах, так как за счет входящих в них компонентов они обладают спазмолитическим, иммуномодулирующим, антиоксидантным и умеренным антибактериальным (бактериостатическим) действием, эффективны против широкого спектра бактерий, грибов, вирусов, обеспечивают повышение на их фоне чувствительности возбудителей к антибактериальным средствам, а также приятные органолептические характеристики позволяют их использовать в качестве корригантов с целью улучшения вкуса и запаха [3, 11, 32, 44].

Возможность выделения монотерпеновых спиртов при культивировании этих продуцентов подтверждает наличие определенных ферментативных систем для их биосинтеза, непосредственно сопряженных с образованием предшественника терпенов и терпеноидов – изопентилдифосфата [25, 39, 46, 48]. Выяснение путей синтеза изопентилдифосфата и условий изомеризации нестабильных монотерпеновых спиртов имеет большое значение для регулирования ферментационного процесса при получении конечного продукта с конкретно заданным компонентным составом. Так, на основании родства Saccharomyces sp., Kluyveromyces sp., Eremothecium sp. [28, 29, 49] и их способности биосинтеза терпеновых соединений можно предположить наличие схожих ферментативных систем, катализирующих и регулирующих процессы образования и полимеризации изопентилдифосфата, изомеризации геранилдифосфата.

Кроме того, многие микромицеты способны синтезировать такие душистые вещества с фруктовым запахом, которые относятся не только к классу сложных эфиров, как в случае с бактериями, но и к более сложным в отношении химического строения соединениям – лактонам. Хотя лактоны также производятся химической промышленностью, однако использование микроорганизмов имеет ряд преимуществ, особенно если необходимо получить оптически активные соединения. Trichoderma viride способна генерировать сильный кокосовый аромат при росте на простой питательной среде, который обусловлен в большей степени синтезом 6-пентил-2-пирона в количестве 170 мг на литр мкультуральной жидкости. Химический синтез этого соединения является 7-стадийным, что усложняет и удорожает промышленное производство. Персиковый аромат может быть получен при использовании культуры Sporobolomyces odorus, продуцента 4-декалактона [8, 21, 27, 36, 37].

Однако грибы, в большей степени базидиомицеты, представляют также интерес как продуценты летучих душистых веществ с «грибным» запахом, который обусловлен алифатическими 8-углеродными соединениями (1-октен-1-ол, 1-октен-3-он, 1-октен-3-ол, 3-октанол и др.), некоторыми пиразинами и пирролами. Таким образом, при глубинном культивировании они могут быть использованы на производствах пищевой промышленности для получения натуральных ароматизаторов с грибным запахом [27, 31, 36].

Уровень накопления ароматобразующих соединений, синтезируемых грибами, значительно варьируется от сотен мкг (Ceratocystis populina) до сотен миллиграмм (C. variospora, C. moniliformis, Eremothecium asbyi, E. gossypii, Trichoderma viride) на литр культуральной жидкости [1, 2, 4, 5, 7, 14, 15, 17–20, 35–37, 42, 43, 45, 50]. Одни из самых высоких показателей были отмечены у E. ashbyi. Синтез эфирного масла E.ashbyi достигает 180 мг на литр культуральной жидкости в течение первых двух суток роста на ферментационной среде, что может быть сопоставлено с содержанием эфирного масла в 500-600 г цветков розы [2, 4, 7, 42, 43]. Причем лучшие показатели по отношению максимального уровня накопления ароматобразующих соединений ко времени ферментации были достигнуты именно у аскомицетов (Ceratocystis sp., Eremothecium sp. и др.). Например, культура C. variospora способна синтезировать до 1 г эфирного масла на литр культуральной жидкости на 5 день культивирования, в то время как Bjerkondera adusta – 30 мг на 24 день, Lepistra irina – 81 мг на 28 день, Lentinus lepideus – 100 мг на 15 неделе, которые относятся к базидиомицетам [36].

Заключение

Показанное разнообразие ароматобразующих микроорганизмов подчеркивает их важную роль как альтернативных источников эфирных масел и летучих душистых соединений и необходимость их дальнейшего изучения с целью возможного внедрения биотехнологий на их основе в промышленное производство натуральных ароматизаторов. Представители микромира способны синтезировать широкий ряд химических соединений, обладающих разными направлениями запаха: фруктовый, цветочный, цветочно-фруктовый, маслянисто-сливочный, земляной и др. Полученные результаты позволяют выделить виды родов Ceratocystis, Eremothecium, Trichoderma, Kluyveromyces царства Fungi как наиболее перспективных для дальнейшего изучения продуцентов ароматобразующих веществ с фруктовым и цветочным ароматами, отличающихся высокими скоростью роста и уровнем накопления душистых соединений. Причем эфирные масла, синтезируемые представителями первых двух родов, представляют большую ценность, так как по компонентному составу наиболее приближены к розовому, одному из самых востребованных на мировом рынке, эфирному маслу.

Рецензенты:

Мазей Ю.А., д.б.н., профессор, проректор по международной деятельности, ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», г. Пенза;

Иванов А.И., д.б.н., зав. кафедрой «Биология и экология», ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия», г. Пенза.

Работа поступила в редакцию 19.07.2013.


Библиографическая ссылка

Шпичка А.И., Семенова Е.Ф. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ, СИНТЕЗИРУЮЩИХ de novo ЛЕТУЧИЕ ДУШИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 8-5. – С. 1113-1124;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32094 (дата обращения: 19.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074