Efficiency of culturing protein-producing microorganisms In the hydrolysates of brewer’s spent grain

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The present study aims to evaluate the efficiency of culturing yeast strains and yeast-like fungi in media derived from the byproducts of the brewing process, such as brewer’s spent grain and its enzymatic hydrolysate. The study used the following feed protein producers: Saccharomyces cerevisiae strains (Y-365, Y-722, and Y-1155) and a strain of yeast-like fungi, Saccharomycopsis fibuligera strain Y-310, from the All-Russian Collection of Industrial Microorganisms. Changes in the number of these microorganisms were studied in the process of their culturing in brewer’s spent grain without the use of a multienzyme composition and in its enzymatic hydrolysate. Bioconversion efficiency for reducing sugars and changes in protein concentration during culturing were determined. It was shown that in order to increase the efficiency of bioconversion of brewer’s spent grain, a pre-treatment of raw materials using a complex of cellulolytic, hemicellulase, and proteolytic enzymes is recommended; the products of enzymolysis are monosaccharides, disaccharides, and amino acids, which are the sources of energy, carbon and nitrogen, necessary for further production of microbial protein. The bioconversion of reducing sugars was experimentally confirmed to have the maximum efficiency of 78.6%; also, a 10.5-fold increase in the amount of protein was observed when culturing Saccharomyces cerevisiae strain Y-365 in the enzyme lysate of brewer’s spent grain. The study results can be used in obtaining feed additives through the biofermentation of brewer’s spent grain with Saccharomyces cerevisiae strain Y-365 and will enable a better use of brewer’s spent grain, increasing its nutritional value and digestibility.

About the authors

D. S. Kozhemyakin

Polzunov Altai State Technical University

Email: denkzm1998@mail.ru
ORCID iD: 0009-0007-4051-569X

E. P. Kamenskaya

Polzunov Altai State Technical University

Email: ekam2007@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3760-6914

V. P. Vistovskaya

Polzunov Altai State Technical University

Email: vpvist@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0000-0606-4599

References

  1. Bonifácio-Lopes T., Vilas-Boas A., Machado M., Costa E.M., Silva S., Pereira R.N., et al. Exploring the bioactive potential of brewers spent grain ohmic extracts // Innovative Food Science & Emerging Technologies. 2022. Vol. 76. P. 102943. doi: 10.1016/j.ifset.2022.102943.
  2. Castro L.E.N., Colpini L.M.S. All-around characterization of brewers’ spent grain // European Food Research and Technology. 2021. Vol. 247. P. 3013–3021. doi: 10.1007/s00217-021-03860-5.
  3. Данильченко А.С., Сиюхов Х.Р., Короткова Т.Г., Хачатуров В.Н. Физико-химические показатели сырой пивной дробины // Новые технологии. 2020. Т. 16. N 6. С. 28–36. doi: 10.47370/2072-0920-2020-16-6-28-36. EDN: TZCSTQ.
  4. Плиева З.А., Калабеков А.Л. Химический состав пивной дробины // Известия Горского государственного аграрного университета. 2011. Т. 48. N 2. С. 274–276. EDN: OPRSEB.
  5. Плиева З.А., Цугкиев Б.Г. Химический состав пивной дробины // Известия Горского государственного аграрного университета. 2012. Т. 49. N 4. С. 376–379. EDN: PJWCOH.
  6. Плиева З.А., Хозиев А.М. Минеральный состав пивной дробины // Известия Горского государственного аграрного университета. 2014. Т. 51. N 3. С. 331–333. EDN: SNUMRT.
  7. Akermann A., Weiermüller J., Chodorski N.J., Nestriepke M.J., Baclig M.T., Ulber R. Optimization of bioprocesses with Brewers’ spent grain and Cellulomonas uda // Engineering in Life Sciences. 2022. Vol. 22, no. 3-4. P. 132–151. doi: 10.1002/elsc.202100053.
  8. Zeng J., Sheng F., Hu X., Huang Z., Tian X., Wu Z. Nutrition promotion of brewer’s spent grain by symbiotic fermentation adding Bacillus velezensis and Levilactobacillus brevis // Food Bioscience. 2022. Vol. 49. P. 101941. doi: 10.1016/j.fbio.2022.101941.
  9. Zeng J., Huang W., Tian X., Hu X., Wu Z. Brewer’s spent grain fermentation improves its soluble sugar and protein as well as enzymatic activities using Bacillus velezensis // Process Biochemistry. 2021. Vol. 111. P. 12–20. doi: 10.1016/j.procbio.2021.10.016.
  10. Castilla-Archilla J., Thorn C.E., Pau S., Lens P.N.L. Screening for suitable mixed microbial consortia from anaerobic sludge and animal dungs for biodegradation of brewery spent grain // Biomass and Bioenergy. 2022. Vol. 159. P. 106396. doi: 10.1016/j.biombioe.2022.106396.
  11. Плиева З.А., Цугкиев Б.Г., Хозиев А.М. Культивирование дрожжей на кислотном гидролизате пивной дробины // Известия Горского государственного аграрного университета. 2015. Т. 52. N 4. С. 411–416. EDN: UZBVWF.
  12. Хозиев А.М., Плиева З.А. Размножение дрожжей на питательной среде, приготовленной на основе пивной дробины // Известия Горского государственного аграрного университета. 2014. Т. 51. N 3. С. 344–349. EDN: SNUMSX.
  13. Bianco A., Budroni M., Zara S., Mannazzu I., Fancello F., Zara G. The role of microorganisms on biotransformation of brewers’ spent grain // Applied Microbiology and Biotechnology. 2020. Vol. 104. P. 8661–8678. doi: 10.1007/s00253-020-10843-1.
  14. Фазлиев И.И., Минзанова С.Т., Ахмадуллина Ф.Ю., Миронова Л.Г. Ферментативный гидролиз пивной дробины // Экология и промышленность России. 2012. N 8. С. 20–22. EDN: PBQCOL.
  15. Петухова Н.И., Щербакова Д.В., Шараева А.А., Зорин В.В. Синтез полиненасыщенных жирных кислот грибом Mortierella alpina гр-1 при культивировании на пивной дробине // Башкирский химический журнал. 2014. Т. 21. N 4. С. 90–96. EDN: TGDIZD.
  16. Грибкова И.Н., Харламова Л.Н., Севостьянова В.М., Лазарева И.В., Захаров М.А., Борисенко О.А. Анализ возможностей извлечения органических соединений пивной дробины различными способами // Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. N 3. С. 469–489. doi: 10.21603/2074-9414-2022-3-2383. EDN: VLWIRO.
  17. Кожемякин Д.С., Каменская Е.П. Анализ способов гидролиза пивной дробины // Ползуновский альманах. 2023. N 2-2. С. 23–25. EDN: AXXUUG.
  18. Кобелев К.В., Гернет М.В., Грибкова И.Н. Разработка инновационного способа получения биологически активных соединений пивной дробины // Техника и технология пищевых производств. 2021. Т. 51. N 1. С. 113–124. doi: 10.21603/2074-9414-2021-1-113-124. EDN: AXBBIN.
  19. Вистовская В.П., Каменская Е.П., Кожемякин Д.С., Дикалова Е.С. Разработка мультиэнзимной композиции для гидролиза пивной дробины с применением методов математического моделирования // Ползуновский вестник. 2023. N 3. С. 134–141. doi: 10.25712/ASTU.2072-8921.2023.03.018. EDN: KSGYGV.
  20. Касаткина А.Н., Градова Н.Б., Удалова Э.В. Использование мультиэнзимных композиций для деструкции пивной дробины // Биотехнология. 2008. N 2. С. 59–64. EDN: JVVQCF.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).