Proteolysis in tempeh-type products obtained with Rhizopus and Aspergillus strains from grass pea (Lathyrus sativus) seeds

• Autorzy: Starzynska-Janiszewska A. , Stodolak B. , Wikiera A.

Warianty tytułu

PL

Proteoliza w produktach typu tempeh otrzymanych w wyniku fermentacji nasion lędźwianu siewnego (Lathyrus sativus) szczepami Rhizopus i Aspergillus

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Background. Tempeh is a food product obtained from legumes by means of solid-state fermentation with Rhizopus sp. Our previous research proved that mixed-culture inoculum may also be successfully applied. The objective of present research was to study the proteolytic activity of R. microsporus var. chinensis and A. oryzae during tempeh-type fermentation of grass pea seeds, and the effect of inoculum composition on the protein level and in vitro protein bioavailability in products. Material and methods. Fermentation substrate were soaked and cooked grass pea seeds. Material was mixed with single- or mixed-culture inoculum, and incubated in perforated plastic bags at 30°C for 32 hrs. In the products, the proteolytic activity (pH 3, 5 and 7), glucosamine, total protein and free amino acids levels, as well as protein in vitro bioavailability and degree of protein hydrolysis were obtained. Results. The significant correlation was found between glucosamine content and proteolytic activity in grass pea seeds fermented with Rhizopus or Aspergillus. The activities of Rhizopus proteases were higher than Aspergillus ones, which corresponded with the degree of seed protein hydrolysis. Both strains showed the highest activity of protease at pH 3. Tempeh made with pure culture of Rhizopus had 37% protein of 69% in-vitro bioavailability. Mixed-culture fermentation improved nutritional parameters of products only when the dose of Aspergillus spores in the inoculum was equal and lower than that of Rhizopus. This process resulted in higher in-vitro bioavailability of protein, slightly more efficient protein hydrolysis and higher level of free amino acids, as compared to standard tempeh. Conclusions. The activity of A. oryzae in tempeh-type fermentation is beneficial as long as it does not dominate the activity and/or growth of Rhizopus strain.

PL

Tempeh to produkt spożywczy otrzymywany z nasion roślin strączkowych poddanych fermentacji szczepami z gatunku Rhizopus. Wcześniejsze badania autorów wykazały, że jest także możliwe zastosowanie inokulum mieszanego. Celem pracy było zbadanie aktywności proteolitycznej R. microsporus var. chinensisiA. oryzae w trakcie fermentacji nasion lędźwianu oraz określenie wpływu składu inokulum na poziom białka i jego biodostępność (szacowaną metodą in vitro). Substratem były namoczone i ugotowane nasiona lędźwianu siewnego. Materiał dokładnie mieszano z jednoszczepowym lub mieszanym inokulum, a następnie inkubowano w perforowanych woreczkach foliowych przez 32 h w 30°C. W otrzymanych produktach oznaczano aktywność proteaz (w pH 3 5 i 7), zawartość glukozaminy, białka i wolnych aminokwasów, biodostępność oraz stopień hydrolizy białka. Wykazano, że aktywność proteolityczna, oznaczona w nasionach lędźwianu fermentowanych szczepem Rhizopus lub Aspergillus, była silnie skorelowana z poziomem glukozaminy. Aktywność proteaz Rhizopus była większa niż Aspergillus, co było zgodne ze stopniem hydrolizy białka nasion. Największą aktywność proteolityczną pleśni oznaczono przy pH 3. Produkty typu tempeh otrzymane z udziałem czystej kultury Rhizopus zawierały 37% białka, z czego 69% było dostępne in-vitro. Zastosowanie mieszanego inokulum skutkowało poprawą parametrów odżywczych nasion, gdy dawka zarodników Aspergillus była mniejsza lub równa dawce zarodników Rhizopus. Takie produkty charakteryzowały się większą biodostępnością białek i nieco większym stopniem ich hydrolizy oraz większą zawartością wolnych aminokwasów od tempeh monoszczepowego. Wniosek: A. oryzae w procesie fermentacji typu tempeh ma pozytywny wpływ na jakość produktu pod warunkiem, że nie zdominuje aktywności i/lub wzrostu szczepu Rhizopus.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Technologia Alimentaria
• Rocznik: 2015
• Tom: 14
• Numer: 2
• Opis fizyczny: p.125-132,ref.

Twórcy

autor

Starzynska-Janiszewska A.

• Department of Food Biotechnology, University of Agriculture in Krakow, Balicka 122, 31-149 Krakow, Poland

autor

Stodolak B.

• Department of Food Biotechnology, University of Agriculture in Krakow, Balicka 122, 31-149 Krakow, Poland

autor

Wikiera A.

• Department of Food Biotechnology, University of Agriculture in Krakow, Balicka 122, 31-149 Krakow, Poland

Bibliografia

• Astuti, M, Meliala, A., Dalais, F. S., Wahlqvist, M. L. (2000). Tempe, a nutritious and healthy food from Indonesia. Asia Pac. J. Clin. Nutr., 9, 322-325.
• Baumann, U., Bisping, B. (1995). Proteolysis during tempe fermentation. Food Microbiol., 12, 39-47.
• Chou, Ch.-Ch., Rwan, J.-W. (1995). Mycelial propagation and enzyme production in koji prepared with Aspergillus oryzae on various rice extrudates and steamed rice. J. Ferm. Bioeng., 79, 509-512.
• De Reu, J. C., ten Wolde, R. M., de Groot, J., Nout, M. J. R., Rombouts, F. M., Gruppen, H. (1995). Protein hydrolysis during soybean tempe fermentation with Rhizopus oligosporus. J. Agric. Food Chem., 43, 2235-2239.
• Desgranges, C., Vergoignan, C., Georges, M., Durand, A. (1991). Biomass estimation in solid state fermentation. Appl. Microbiol. Biotechnol., 35, 200-205.
• Feng, X. M. (2006). Microbial dynamics during barley tem- peh fermentation. Doctoral dissertation. Acta Universi- tatis Agriculturae Sueciae, 59.
• Feng, X. M., Passoth, V., Eklund-Jonsson, Ch., Larsson Alminger, M., Schnürer, J. (2007). Rhizopus oligosporus and yeast co-cultivation during barley tempeh fermentation - Nutritional impact and real-time PCR quantification of fungal growth dynamics. J. Food Microbiol., 24, 393-402.
• Hedger, J. N. (1982). Production of tempe, an Indonesian fermented food. In S.B. Promrose, A. C. Wardlaw (Eds.), Sourcebook of experiments for the teaching of microbiology (pp. 597-602). New York and London: Academic Press.
• Heskamp, M.-L., Barz, W. (1998). Expression of proteases by Rhizopus species during tempeh fermentation of soybeans. Nahrung, 42, 23-28.
• Kobayashi, T., Abe, K., Asai, K., Gomi, K., Juwadi, P. R., Kato, M., Kitamoto, K., Takeuchi, M., Machida, M. (2007). Genomisc of Aspergillus oryzea. Biosci. Bio- technol. Biochem., 71(3), 646-670.
• Korenman, S. (1973). Analiza fotometryczna [Photometric analysis]. Warszawa: WNT [in Polish],
• Kuo, Y. H., Bau, H. M., Quemener, B., Khan, J. K., Lambein, F. (1995). Solid state fermentation of Lathyrus sativus seeds using Aspergillus oryzae and Rhizopus oligosporus sp. T-3 to eliminate the neurotoxin P-ODAP without loss of nutritional value. J. Sci. Food Agric., 69, 81-89.
• Kuo, Y.-H., Bau, H.-M., Rozan, P., Chowdhury, B., Lambein, F. (2000). Reduction efficiency of the neurotoxin P-ODAP in low-toxin varieties of Lathyrus sativus seeds by solid state fermentation with Aspergillus oryzae and Rhizopus microsporus var. chinensis. J. Sci. Food Agric., 80, 2209-2215.
• Lee, I.-H., Hung, Y.-H., Chou, Ch.-Ch. (2008). Solid-state fermentation with fungi to enhance the antioxidative activity, total phenolic and anthocyanin contents of black bean. Int. J. Food Microbiol., 121, 150-156.
• Marczenko, Z., Balcerzak, M. (1998). Spektrofotometrycz- ne metody w analizie nieorganicznej [Spectrophotomet- ric methods in inorganic analysis] (pp. 104-105). Warszawa: PWN [in Polish].
• Miszkiewicz, H., Bizukojc, M., Rozwandowicz, A., Bielecki, S. (2004). Physiological properties and enzymatic activities of Rhizopus oligosporus in solid-state fermentations. EJPAU 7(1), #03. Retrived from www.ejpau.media.pl
• Mitchell, D. A, Doelle, H. W., Greenfield, P. F. (1988). Agar plate growth studies of Rhizopus oligosporus and Aspergillus oryzae to determine their suitability for solid-state fermentation. Appl. Microbiol. Biotechnol., 28, 598-602.
• Monsoor, M. A., Yusuf, H. K. M. (2002). In vitro protein digestibility of lathyrus pea {Lathyrus sativus), lentil {Lens culinaris), and chickpea {Cicer arietinum). Int. J. Food Sci. Technol., 37, 97-99.
• Rick, W., Fritsch, W. P. (1974). Pepsin (Pepsin, Gastricsin, Pepsinogen, Uropepsinogen). In H. U. Bergmeyer (Ed.), Methods of Enzymatic Analysis (Vol. 2, pp. 1047-1057). San Francisco: Academic Press.
• Ruiz-Teran, F., Owens, J. D. (1996). Chemical and enzymic changes during the fermentation of bacteria-free soya bean tempe. J. Sci. Food Agric., 71, 523-530.
• Schwertz, A., Villaume, C., Mejean, L., Decaris, B., Perce- bois, G. (1997). New identification of the strain Rhizopus microsporus var. oligosporus spT3 as Rhizopus microsporus var. chinensis. Can. J. Microbiol., 43, 971-976.
• Sparringa, R. A., Owens, J. D. (1999). Protein utilization during soybean tempe fermentation. J. Agric. Food Chem., 47,4375-4378.
• Starzynska-Janiszewska, A., Stodolak, B., Dulinski, R., Mickowska, B. (2012). The influence of inoculum composition on selected bioactive and nutritional parameters of grass pea tempeh obtained by mixed-culture fermentation with Rhizopus oligosporus and Aspergillus oryzae strains. Food Sci. Tech. Int., 18, 113-122.
• Starzynska-Janiszewska, A., Stodolak, B., Mickowska, B. (2014). Effect of controlled lactic acid fermentation on selected bioactive and nutritional parameters of tempeh obtained from unhulled common bean {Phaseolus vulgaris) seeds. J. Sci. Food Agric., 94, 359-366.
• Stodolak, B., Starzynska-Janiszewska, A. (2008). The influence of tempeh fermentation and conventional cooking on anti-nutrient level and protein bioavailability {in- -vitro test) of grass-pea seeds. J. Sci. Food Agric., 88, 2265-2270.
• Stodolak, B., Starzynska-Janiszewska, A. (2009). Effect of sunflower seeds addition on the nutritional value of grass pea tempeh. Polish J. Food Nutr. Sci., 59, 145-150.
• Tsuji, A., Kinoshita, T., Hoshino, M. (1969). Analitical chemical studies on amino sugars. II. Determination of hexosamines using 3-methyl-2-benzothizolone hydrazone hydrochloride. Chem. Pharm. Bull., 17, 1505-1510.
• Yigzaw, Y., Gorton, N., Solomon, T., Akalu, G. (2004). Fermentation of seeds of teff {Eragrostis teffx, grass pea {Lathyrus sativus), and their mixtures: aspects of nutrition and food safety. J. Agric. Food Chem., 52, 1163-1169.
• Zamora, R., Veum, T. L. (1988). Nutritive value of whole soybeans fermented with Aspergillus oryzae or Rhizopus oligosporus as evaluated by neonatal pigs. J. Nutr., 118, 438^144.
• Zheng, Z., Shetty, K. (1998). Cranberry processing waste for solid state fungal inoculants production. Process Biochem., 33, 323-329.

Identyfikatory

DOI

10.17306/J.AFS.2015.2.14