Зерттеу өзектілігі

Қазақстанда халық санының артуы азық-түлік, оның ішінде ет тұтынудың артуына алып келеді. Ұлттық статистика бюросының мәліметі бойынша, Қазақстан Республикасында ет өндіру көлемі жыл сайын 4-5 % артып, 2021 жылы тірі салмақта 2162,2 мың тоннаға тең болды. Ет өңдеу кәсіпорындарында жануар ұшасының жалпы салмағының шамамен 50% құрайтын, құндылығы төмен сүйек, тері және қан қосалқы өнімдері қалады. Қосалқы өнімдерді кәдеге жарату экологиялық тәуекелдермен байланысты, қосымша шығындарды талап етеді, құнды жемшөп пен азық-түлік ақуыздардың жоғалуына және қаржылық шығындарға әкеп соғып, ет құнының жалпы өсуін тудырады. Сондықтан оларды қайта өңдеп бағалы қосалқы өнімге айналдыруға ұмтылу қажет.

Ет өнеркәсібінің қосалқы өнімдерінің көпшілігі ұлпалардан тұрады, оның жалпы ақуыздық массасының 25-30% коллаген. Сонымен қатар, коллаген азық-түлік, косметика және биомедицина нарығында ең көп сұранысқа ие өнімдердің бірі болып табылады.

Түрлі маркетингтік зерттеулерге сәйкес, 2021 жылы коллагеннің әлемдік нарығы 5,03-7,74 миллиард АҚШ долларына бағаланды, болжанған орташа жылдық өсім қарқыны 8,3-8,59% құрайды және коллагеннің жалпы нарығының шамамен 20% оның гидролизденген түрімен ұсынылған. Экономикалық тұрғыдан алғанда, коллаген гидролизаттарын өндіру ет өнеркәсібінің қалдықтарының валоризациясы перспективалы әдісі болып табылады.

Жобаның идеясы – ет өңдеу өнеркәсібінің қалдықтарын (тері, буындар және құйрықтар) құнды тамақ өнімдеріне: тағамдық және жемдік гидролизаттарға дейін ферментативті гидролиздеу мақсатында бактериялық коллагеназаларды іздестіру және зерттеу болып табылады. Құрамында коллаген бар ақуыздың тағамдық гидролизаты шұжық кәсіпорындарында пептидтердің, аминқышқылдарының, коллагеннің ерігіш түрлері және суды сақтайтын толтырғыштың көзі ретінде, ал жемдік гидролизатты сіңімділігі жеңіл ақуыз қоспасының көзі ретінде пайдаланады.

Жоба аясында коллагеназалар алынып, зерттеліп, олардың бағытталған модификациясы жүргізіледі. Жобаның басты мақсаты ет өңдеу өнеркәсібінде құндылығы төмен қалдықтарын өңдеу болып табылады.

Жобаның ғылыми өзектілігі жаңа коллагеназалық ферменттерін қолдану арқылы құрамында күшті коллагені бар ақуыз субстраттарының бағытталған ферментативті гидролизін әзірлеу. Жобаның практикалық маңыздылығы ет өңдеу өнеркәсібінің құндылығы төмен және кәдеге жаратуды қажет ететін қалдықтарды құндылығы бар және тамақ пен жем өнеркәсібінде қолданылатын ақуыз гидролизаттарын өңдеу технологиясын әзірлеу.

Жобаның мақсаты

Жобаның мақсаты – ет өңдеу өнеркәсібінің қалдықтарын ферментативті гидролиздеу және ақуыз гидролизаттарын алу үшін бактериялық коллагеназаларды іздеу, өзгерту және зерттеу.

Күтілетін нәтижелер

• Коллагенолитикалық микроағзалар іздестіріліп, бөлініп алынып, селективті ортада скринингтен өткізіледі және молекулалық-генетикалық және протеомдық әдістермен сәйкестендіріледі.
• Бактериялық коллагеназалар бөлініп алынып, хроматографиялық тазартылады және сәйкестендіріледі.
• Бактериялық коллагеназалардың бағытталған модификациясы жүргізіледі.и
• Нативті және модификацияланған коллагеназалардың биохимиялық қасиеттері зерттеледі.
• Коллагеназалардың көмегімен ет өңдеу өнеркәсібінің қалдықтарын гидролиздеу жағдайлары оңтайландырылатын болады.

Жоба жетекшісі

Балтин Кайрат, биология ғылымдарының кандидаты, аға ғылыми қызметкер. ResearcherID: AAQ-9372-2020, ORCID: 0000-0002-6187-7223, Scopus Author ID: 55437315200

Зерттеу тобының мүшелері

Хасенов Бекболат, профессор, химия ғылымдарының кандидаты, зертхана меңгерушісі. ResearcherID: AAM-8657-2020, ORCID: 0000-0003-4572-948X, Scopus Author ID: 36096620800

Актаева Сания, магистр, аға ғылыми қызметкер. ResearcherID: AAR-5133-2020, ORCID: 0000-0001-6346-5866, Scopus Author ID: 57439359000

Акишев Жигер, магистр, аға ғылыми қызметкер. ResearcherID: N-6206-2017, ORCID: 0000-0001-9943-1625, Scopus Author ID: 56674741700

Мусахметов Арман, магистр, аға ғылыми қызметкер. ResearcherID: AAQ-9945-2020, ORCID: 0000-0002-6182-3487, Scopus Author ID: 57203751227

Сәрсен Арайлым, магистр, кіші ғылыми қызметкер. ResearcherID: AED-8089-2022, ORCID: 0000-0002-6071-430X

Шамсиева Юлия, магистр, кіші ғылыми қызметкер. ResearcherID: AFX-3509-2022, ORCID: 0000-0002-3136-6000

Жоба тақырыбы бойынша жарияланымдар мен қорғау құжаттары

1. Aktayeva S., Baltin K., Kiribayeva A., Akishev Zh., Silayev D., Ramankulov Ye., Khassenov B. Isolation of Bacillus A5.3 Strain with Keratinolytic Activity // Biology (MDPI). 2022, Vol 11, Issue 2, e244. doi:10.3390/biology11020244 (Q1, IF=5.079, CiteScore=3.3, Процентиль=79).
2. Kiribayeva A., Mukanov B., Silayev D., Akishev Zh., Ramankulov Ye., Khassenov B. Cloning, expression, and characterization of a recombinant xylanase from Bacillus T6 // PLoS One. 2022. Vol.17(3). e0202232. doi:10.1371/journal.pone.0202232 (Q2, IF=3.24, CiteScore=5.3, Процентиль=92).
3. Aktayeva S., Baltin K., Ramankulov Ye., Khassenov B. Isolation and identification of the keratin degrading bacteria // Journal of Biotechnology. 2019. Vol.305S. P.S30. doi:10.1016/j.jbiotec.2019.05.112 (Q2, IF=3.142, CiteScore=3.09, Процентиль=74).
4. KiribayevaK., Mukanov B.A., Baduanova S.D., Silayev D.V., Ramankulov Ye.M., Khassenov B.B. Isolation and study of a recombinant carbohydrase xylanase from Bacillus licheniformis // Eurasian Journal of Applied Biotechnology. 2019. Iss.1. pp.68-72. doi:10.11134/btp.1.2019.8. (РИНЦ 0,117)
5. Kiribayeva, Ramanculov E., Khassenov B. Constitutive expression of thermostable α-amylase from Bacillus licheniformisin Pichia pastoris // Journal of Biotechnology. 2017. Vol.256S, P.S64. doi:10.1016/j.jbiotec.2017.06.1017 (Q2, IF=3.142, CiteScore=3.09 Процентиль=74).
6. Aktayeva, Akishev Zh., Khassenov B. Proteolytic enzymes in cheese making // Eurasian Journal of Applied Biotechnology. Iss.1. 2018. pp. 10-14. doi:10.11134/btp.1.2018.2 (РИНЦ 0,117)
7. Актаева С.А., Балтин К.К., Кирибаева А.К., Раманкулов Е.М., Хасенов Б.Б. Бактериялардың штаммы Bacillus licheniformis T7 – протеазалар мен кератиназалардың өндірушісі. 11.2021 жылғы №35357 Қазақстан Республикасының патенті.

Қол жеткізілген нәтижелер

Микроорганизмдердің генетикасы мен биохимиясы зертханасында желатиназа белсенділігі бар штаммдар жиынтығы құрылды. Олардың біреуін сарқылған қоректік ортада өсіру арқылы желатиндегі зимографиялық талдауда жақсы коллагеназа белсенділігін көрсететін энзиматикалық сығынды жасалды. 48 сағат ішінде алынған энзиматикалық сығындымен қайнатылған пут буындарын гидролиздеу бойынша модельдік эксперимент жүргізілді. Таңдалған жағдайларда (1% сығынды, 1:1 гидромодуль, 45°C, pH 6.5-7.0) 24 сағаттан кейін гидролиз дәрежесі 38-40% жететіні анықталды (есептеу құрғақ заттар бойынша жүргізілді). Бұл деректер коммерциялық өндіріс ферментін пайдаланған және протеаза пепсинімен белгілі ақуыз гидролиз технологиясынан артықшылығы бар бақылау сынағынан кем түспейді. Алынған алдын-ала нәтижелер таңдалған бағыттың болашағын көрсетеді және одан әрі зерттеуді қажет етеді.