Produktion natürlicher Aromastoffe durch monokaryotische Stämme von Pleurotus sapidus mit Citrus-Nebenströmen

Abstract

Im Sinne der Kreislaufwirtschaft und dem damit unmittelbar verbundenen Nachhaltigkeitsgedanken wächst das Bestreben nach Wertsteigerung vermeintlicher Abfälle der Lebensmittelproduktion. Hinzu kommt der steigende Bedarf an natürlichen Duft- und Aromastoffen, wobei bei der Herstellung immer mehr auf biotechnologische Verfahren zurückgegriffen wird. Diese Aspekte wurden in der vorliegenden Arbeit fokussiert, indem Nebenströme der Citrus verarbeitenden Industrie mit 60 monokaryotischen und zwei parentalen dikaryotischen Stämmen des Pilzes Pleurotus sapidus in Oberflächenkulturen fermentiert wurden und diese nach ihren Geruchsprofilen klassifiziert wurden. Dabei wiesen einige Kulturen einen sehr angenehmen Geruch auf, der mit Attributen wie Waldmeister, Anis und krautig verknüpft wurde. Ähnliche Aromaprofile zeigten auch die im weiteren als Submerskultur angelegten Pilzstämme. Um relevante volatile Substanzen zu identifizieren, wurde anhand eines Monokaryoten eine Flüssig/Flüssigextraktion der submersen Kultur mit anschließender Isolierung der Aromasubstanzen durch solvent assisted flavor evaporation durchgeführt. Mit Hilfe einer Aromaextraktverdünnungsanalyse wurde p-Anisaldehyd (süßlich, anis- und waldmeisterartig) mit einem flavor dilution Faktor von 218 als Schlüsselverbindung ausgemacht. Außerdem wurde das kokosnussartige, krautige und süßlich riechende Acyloin (2S)-Hydroxy-1-(4-methoxyphenyl)-1-propanon identifiziert, welches in dieser Arbeit erstmals als aromaaktive Komponente mit einer Geruchsschwelle in Luft von 0,2 ng L-1 bis 2,4 ng L-1 beschrieben wurde und eine hohe Enantiomerenreinheit mit einem Enantiomerenverhältnis (er) von 98,4:1,6 aufwies. Das Chromatogramm der Analyse der volatilen Substanzen in Abhängigkeit von der Kulturdauer zeigte an Kulturtag 8 die zweitgrößte Intensität dieses Aromastoffs nach p-Anisaldehyd. Letzteres wurde mittels Stabilisotopenverdünnungsanalyse mit bis zu 160,3 ± 26,9 mg L-1 bestimmt, was innerhalb der literaturbekannten Fermentationen von Nebenströmen durch Pilze der Abteilung Basidiomycota einer sehr hohen Ausbeute entspricht. Die Supplementation des Kulturmediums mit, unter anderem, isotopenmarkiertem L-Tyrosin ließ den Rückschluss zu, dass diese aromatische Aminosäure gemeinsamer Präkursor sowohl von p-Anisaldehyd als auch von (2S)-Hydroxy-1-(4-methoxyphenyl)-1-propanon ist. Ein Schlüsselenzym für die Biosynthese des Acyloins ist dabei eine Pyruvatdecarboxylase, wobei auch die Reduktion des entsprechenden Diketons, wahrscheinlich katalysiert durch eine Aldo-Ketoreduktase, eine wesentliche Rolle spielt. Diese reduktive Eigenschaft des Pilzes wurde hier erstmalig beschrieben. Die Untersuchung der Biosynthese des p-Anisaldehyds ließ zudem auf die Präsenz einer O-Methyltransferase schließen, die bisher in der Literatur in diesem Zusammenhang noch keine Erwähnung fand. Neben der Betrachtung als Fermentationssystem für Aromastoffe war ein Ziel dieser Arbeit auch die Bereitstellung des Myzels für Projektpartner. Dazu erfolgte die stufenweise Maßstabsvergrößerung unter Anpassung der Prozessparameter bis hin zum Pilotmaßstab im 150-L-Bioreaktor. Bei der kulturbegleitenden Analytik lag der Fokus auf den Aminosäuren und den Parametern zur Beurteilung der Proteinqualität. Insgesamt wurde durch die Maßstabsvergrößerung und Prozessoptimierung eine Steigerung des Gesamtaminosäuregehaltes und Proteinanteils von (14,01 ± 0,28) g (100 g Trockenmasse)-1 auf (16,58 ± 0,44) g (100 g Trockenmasse)-1 erreicht. Dabei spielten im Fermentationsprodukt Histidin, Aspartat/Asparaginsäure, Glutamat/Glutaminsäure sowie Arginin mengenmäßig die Hauptrolle. Als limitierende Aminosäuren wurden je nach Prozessmaßstab Tryptophan, Valin, Cystein und Methionin identifiziert.