Koji fermentacija za nove oblike visokoiskoristivog željeza

KOJI FERMENTACIJA

ZA NOVE OBLIKE VISOKOISKORISTIVOG ŽELJEZA

AUTORICA ČLANKA: prof.dr.sc. Darija Vranešić Bender, dipl.ing.

Biotehnologija kvasaca važna je tehnologija u mnogim industrijskim granama, od prehrambene i farmaceutske do industrije detergenata i biogoriva. Aspergillus oryzae je filamentozna plijesan koja se već više od 1.000 godina koristi u Japanu u proizvodnji tradicionalne fermentirane hrane poput sakea (rižino vino), misa (pasta od soje) i sojinog umaka. Te plijesni luče različite enzime koji razgrađuju ekstracelularne organske spojeve i tako služe kao razlagači u prirodi. Kad se kultura A. oryzae nacijepi na parenu rižu pokreće se fermentacija čiji je produkt Koji riža. Ta fermentacija je specifična, jer se sastoji od više paralelnih fermentacija - saharifikacije riže i alkoholne fermentacije, što pridonosi stvaranju različitih kemijskih spojeva. Jedna od temeljnih osobitosti primjene A. oryzae u tradicionalnoj japanskoj fermentaciji je primjena kultivacije u čvrstom stanju (najčešće se koriste riža, soja ili pšenica). Naime, filamentozne plijesni luče više enzima prilikom emerznog uzgoja (na čvrstim podlogama), u odnosnu na submerzni uzgoj koji odlikuje primjena tekućih hranjivih podloga. U našem civilizacijskom krugu češće se susrećemo sa submerznim uzgojem, primjerice u proizvodnji piva, fermentiranih mliječnih proizvoda, ukiseljenog povrća te različitih alkoholnih pića. Stoga je japanska tehnika “Koji fermentacije“ većinom nepoznata, iako se radi o drevnoj tehnici proizvodnje fermentirane hrane. Sigurnost A. oryzae potvrđena je dugom povijesti primjene u brojnim industrijama koje primjenjuju fermentaciju, a danas se sigurnosne procjene temelje i na molekularnim genomskim i metabolomskim analizama.

Kakva je veza Koji fermentacije i dodataka prehrani sa željezom?

Anemija uslijed nedostatka željeza globalni je zdravstveni problem koji pogađa poglavito djecu, adolescente i trudnice. Glavna prepreka u nadoknadi željeza su raspoloživi kemijski oblici koji imaju slabu učinkovitost i česte nuspojave te stoga postoji velik interes za prirodnim oblicima željeza. Suplementacija i obogaćivanje hrane željezom temeljne su strategije u borbi protiv anemije uslijed nedostatka željeza. Iako se obogaćivanje hrane može činiti jednostavnom i jeftinom metodom, dodavanje željeza hrani je prilično problematično. Topljivi, bioraspoloživi oblici željeza mogu ulaziti u interakcije s hranom i uzrokovati neželjene organoleptičke promjene. Netopljivi oblici željeza manje reagiraju s matriksom hrane, ali im je bioiskoristivost znatno slabija u usporedbi s topljivim solima željeza. Željezov sulfat se apsorbira vrlo učinkovito, međutim dodatak tog oblika željeza u hrani može uzrokovati užeglost, neprivlačnu boju i promjene okusa hrane. Također, nepotpuno apsorbirani željezov sulfat u debelom crijevu može utjecati na nepoželjne promjene sastava mikrobiote i uzrokovati oksidativni stres. Dodatni problem koji može izazvati primjena visokih doza anorganskih soli željeza u tjelesnim stanicama je oksidativni stres uzrokovan brzim priljevom željeza u plazmu. Takav brzi priljev premašuje kapacitet vezanja transferina te se povećava koncentracija željeza koje nije vezano za transferin. U kliničkim studijama pokazano je da visoke doze oralno primijenjenog željeza uzrokuju pojavu povećanja koncentracije željeza koje nije vezano za transferin, čak i kad je saturacija transferina daleko od visoke, što upućuje na značaj brzine priljeva željeza.

Aspergillus oryzae, plijesan poznata i kao Koji kultura, koristi se za proizvodnju enzima, rižinog octa, miso paste i sojinog umaka. Većina gljivica i plijesni ima sposobnost osiguravanja malih količina željeza za vlastito preživljavanje, koje pohranjuje u vakuole i po potrebi mobilizira zalihe za potrebe stanica. Prednost A. oryzae je što može primiti značajno veće količine željeza u odnosu na druge plijesni te je stoga izvrstan izbor za obogaćivanje hrane željezom. Željezo iz kvasaca i plijesni odlično se apsorbira, međutim, male koncentracije željeza često limitiraju učinkovitost i primjenu. Stoga je ideja tehnološkog procesa koji bi osigurao prirodnu fermentaciju kao osnovu proizvodnje plijesni s visokim udjelom željeza naišla na plodno tlo. Prirodnim postupkom u kojem Koji plijesan (A. oryzae) tijekom fermentacije u mediju bogatom željezom apsorbira i pohranjuje minerale željeza, dobiva se visoko bioraspoloživo željezo s produljenim otpuštanjem koje nema neželjene gastrointestinalne nuspojave.

Proces fermentacije započinje uzgojem spora kulture Koji (A. oryzae) na kuhanoj riži. Spore se zatim sakupljaju i nacjepljuju u medij za fermentaciju koji je obogaćen željezom. Koji kultura prirodno preuzima željezo te ga pohranjuje u svojim vakuolama. Na kraju procesa fermentacije Koji kultura je obogaćena željezom te se zagrijava kako bi se deaktivirala biomasa i da bi nastalo Koji željezo u prahu.

Usporedba djelovanja Koji željeza i željezovog sulfata

Na 16 zdravih ispitanica (18-35 god.) provedena je studija u kojoj se uspoređivala apsorpcija željezom obogaćne plijesni A. oryzae (Koji željezo) s apsorpcijom željezova sulfata (FeSO4). Apsorpcija željeza ocijenjena je mjerenjem odgovora stabilnog izotopa i serumskog željeza nakon oralne primjene pojedinog oblika željeza. Ispitivanje je pokazalo da se bioraspoloživost A. oryzae obogaćene željezom može uspoređivati s bioraspoloživosti FeSO4.

Istraživanje je pokazalo da A. oryzae ima i sposobnost produljenog otpuštanja. U ispitivanju u kojem je uspoređivana s FeSO4, A. oryzae obogaćena željezom postupno se otpuštala u krvotok te nije uzrokovala proizvodnju visoko reaktivnog slobodnog željeza. U slučaju primjene A. oryzae obogaćene željezom, ne dolazi do naglog priljeva željeza čime se održava normalna razina željeza bez opasnosti razvoja oksidativnog stresa povezanog s reaktivnim željezom. Zaključno, sve navedeno plijesan A. oryzae obogaćenu željezom čini nježnom za organizam.

Česta prepreka učinkovitoj nadomjesnoj terapiji željezom su gastrointestinalne tegobe. U istraživanju koje se provodilo tijekom 9 tjedana, s trotjednim razdobljem bez terapije, primijećeni su bolji odgovor i manje GI nuspojava prilikom primjene plijesni A. oryzae obogaćene željezom u usporedbi s FeSO4 i placebom.

Literatura:

Reddy MB, Armah SM, Stewart JW, O’Brien KO. Iron Absorption from Iron - enriched Aspergillus oryzae is Similar to Ferrous Sulfate in Healthy Female Subjects. CurrDevNutr. January 2018. doi:10.1093/cdn/ nzy004. Bries A, Wang C, Wels B, etal. Assessment of Gastrointestinal Symptoms and Non-transferr in Bound Iron After Oral Ferrous Sulfate and Iron-enriched Aspergillus Oryzae Supplementation in Women (P24-039-19). CurrDevNutr. 2019; 3(Supplement_1). doi: 10.1093/cdn/nzz044.p24-039-19. Abbaspour N, Hurrell R, Kelishadi R. Review on iron and its importance for human health. J Res Med Sci. 2014; 19(2):164-174.