Možnosti redukce biogenních aminů produkovaných mikroorganizmy

Ing. Khatantuul Purevdorj

Doctoral thesis

Strategies to reduce biogenic amines produced by microorganisms

Abstract:

Disertační práce se zabývá sledováním vlivu vybraných protektivních kultur, jejich bezbuněčných supernatantů (CFS) a nisinu na kinetiku produkce tyraminu (TYM). Pro naplnění cíle práce byl nejprve zkoumán inhibiční účinek supernatantů z 22 protektivních kultur a nisinu vůči producentům biogenních aminů (BA) izolovaných z různých potravin. Antimikrobiální aktivita zneutralizovaných supernatantů a nisinu byla zjišťována pomocí jamkové difúzní metody. Na základě získaných výsledků byly vybrány 2 protektivní kultury Lactococcus lactis ssp. lactis biovar. diacetylactis CCDM 686 a CCDM 689 vykazující největší antimikrobiální aktivitu vůči zkoumaným producentům tyraminu. Vliv vybraných 2 protektivních kmenů, jejich CFS a nisinu na produkci tyraminu byl následně sledován u 2 kmenů, které prokázaly signifikantní citlivost vůči testovaným supernatantům z laktokoků a na nisin. Konkrétně se jednalo o kmen Latilactobacillus curvatus T3 a Lactiplantibacillus plantarum RIBM 89. Byly zvoleny dvě teploty kultivace: 30 +- 1 °C a 12 +- 1 °C. Rovněž byl zkoumán vliv přídavku protektivních kultur, jejich supernatantů a nisinu k producentům tyraminu v různých časových intervalech kultivace. Kinetika produkce tyraminu byla sledována v in vitro podmínkách v kultivačním médiu a výsledná množství tyraminu byla analyzována pomocí HPLC/UV po předchozí derivatizaci dansylchloridem. Oba testované kmeny (Lat. curvatus T3 a Lac. plantarum RIBM 89) vykazovaly signifikantně vyšší produkci tyraminu při teplotě 30 °C než při teplotě 12 °C (P<0,05). Při obou teplotách kultivace byl pak zaznamenán nezanedbatelný vliv na snížení produkce tyraminu po přídavcích protektivních kultur a jejich CFS. Největší snížení obsahu tyraminu (o 84 % oproti kontrole) bylo zjištěno po kultivaci kmene Lac. plantarum RIBM 89 s protektivní kulturou Lc. lactis ssp. lactis CCDM 689 při teplotě 12 °C (čas inokulace obou kmenů 0 h). Z výsledků sledování vlivu komerčního nisinu na produkci TYM kmeny RIBM 89 a T3 plyne, že přídavek nisinu ve všech 3 koncentracích snížil obsah TYM v těchto vzorcích. Ve většině případů byl zaznamenán trend, čím vyšší aplikovaná koncentrace nisinu, tím vyšší snížení množství TYM vyprodukovaných BAprodukčními kmeny. Inokulace protektivních kultur a jejich metabolitů (CFS a nisin) v pozdější fázi růstu BA-produkčních kmenů neměla inhibiční vliv na dekarboxylázovou aktivitu těchto kmenů. Závěrem lze říci, že k zábránění vzniku a kumulace TYM ve fermentovaných potravinách lze využít nisin-produkující kmeny a jejich metabolity (CFS a nisin), a tím zvýšit kvalitu a bezpečnost fermentovaných potravin. Nicméně je třeba provést další výzkum za účelem vyšetření těchto protektivních kmenů a jejich antagonistických látek v realné potravinové matrici.

Abstract:

In the present dissertation thesis, we investigated the influence of the selected protective cultures, their cell-free supernatants (CFS) and nisin on tyramine (TYM) production. Firstly, we examined the inhibitory effect of CFS from 22 protective cultures and nisin against biogenic amines producers isolated from various foods. The antimicrobial activity of the neutralized supernatants and nisin was determined by the agar-well diffusion method. Based on the obtained results, 2 protective cultures (Lactococcus lactis ssp. lactis biovar diacetylactis CCDM 686 and CCDM 689) whose CFS showed the highest antimicrobial activity on tyramine producers were further studied. The influence of these 2 protective strains, their respective CFS and nisin on tyramine production by 2 strains, namely Latilactobacillus curvatus T3 and Lactiplantibacillus plantarum RIBM 89, was determined. These 2 strains were highly sensitive to the tested supernatants from lactococci and to the nisin. In addition, the effect of two cultivation temperatures (30 +- 1 °C and 12 +- 1 °C) and the impact of a different addition time of the protective cultures, their respective supernatants and nisin to the tyramine producers were examined. The kinetics of tyramine production were observed in vitro in the growth medium and the final amounts of tyramine were analyzed by HPLC/UV after previous derivatization with dansyl-chloride. The both tested strains (Lat. curvatus T3 and Lac. plantarum RIBM 89) showed a significantly higher tyramine production at 30 °C than at 12 °C (P<0.05). The addition of tested protective cultures and their respective CFS to the tyramine producers led to a decrease of tyramine content in both cultivation temperatures. The highest reduction of tyramine content (by 84% compared to the control) was observed after the cultivation of Lac. plantarum RIBM 89 with protective culture Lc. lactis ssp. lactis CCDM 689 at 12 °C (inoculation time of the both strains were 0 h). Based on the results obtained from the monitoring an impact of nisin on TYM production by strains RIBM 89 and T3, it can be concluded that the addition of nisin at all 3 concentrations reduced the TYM content in all cases. In all BAproducing strains tested, a higher decrease of tyramine content was determined in the environment with a higher applied concentration of nisin. Inoculation of protective cultures and their metabolites (CFS and nisin) in the later growth phase of BA-producing strains had no inhibitory effect on decarboxylase activity of these strains. Consequently, in order to prevent formation and accumulation of tyramine in high concentration in fermented food products, it is advisable to use nisin-producing strain or its metabolites (CFS and nisin) to enhance safety and quality of these fermented food products. However, further research should be done in order to examine these Lactococcus strains and their CFSs in real food system.

Keywords

biogenní aminy, tyramin, bakterie mléčného kvašení, supernatant, bakteriociny, nisin

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 23. 6. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 19. 8. 2021

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Doctoral programme / field:
Chemie a technologie potravin / Food Technology