Faktory ovlivňující dekarboxylázovou aktivitu bakterií rodu lactobacillus a bifidobacterium

Ing. Eva LORENCOVÁ

Doctoral thesis

Factors Influencing Decarboxylase Activity of Genera Lactobacillus and Bifidobacterium

Abstract:

Cílem dizertační práce bylo studium vlivu vnějších faktorů na množství vyprodukovaných biogenních aminů u vybraných kmenů bakterií rodů Lactobacillus a Bifidobacterium. Kultury zmíněných bakterií jsou běžně využívány při výrobě fermentovaných potravin. Z těchto důvodů je jejich případná aminogenní aktivita nežádoucím znakem, který je třeba sledovat a zkoumat. V rámci provedených experimentů byl realizován skríning produkce biogenních aminů u sbírkových kultur (Česká sbírka mlékárenských mikroorganizmů Laktoflora, CCDM; Sbírka mikroorganizmů Výzkumného ústavu pivovarského a sladařského v Praze, RIBM) a izolátů bakterií mléčného kvašení a bifidobakterií, včetně probiotických kmenů (izoláty z procesu výroby sýrů Milcom a.s., Tábor, T0; sbírka humánních izolátů České zemědělské univerzity v Praze, B). S vybranými dekarboxyláza pozitivními kmeny, které byly schopné tvorby významnějších množství biogenních aminů, byly založeny další experimenty, v nichž byl sledován vliv faktorů na jejich dekarboxylázovou aktivitu (pH, teplota, přídavek chloridu sodného, přídavky sacharidů či jejich derivátů, nebo etanolu). Kinetika produkce biogenních aminů byla pozorována jak v podmínkách in vitro, tak v reálné potravinové matrici (v obnoveném mléce). Po derivatizaci dansylchloridem byly vzorky analyzovány RP-HPLC s UV detekcí. Kromě produkce biogenních aminů bylo hodnoceno i růstové chování kultur, a to pomocí zjišťování celkového počtu mikroorganizmů a vývoje pH kultivačního média v každém odběrovém čase. Výsledky experimentů nelze generalizovat. Bylo zjištěno, že zástupci kontaminující nebo non-startérové mikroflóry obecně vynikali vyšší produkcí biogenních aminů než kmeny startérové. I mezi probiotickými kmeny bylo možné nalézt producenty detekovatelných množství biogenních aminů (Suma biogenních aminů <100 mg/l). Vybrané kmeny rodu Lactobacillus (Lb.) a Bifidobacterium byly schopné produkovat hlavně tyramin a některé polyaminy (nejčastěji putrescin nebo spermin). Žádný z testovaných faktorů ve zkoušených koncentracích nezpůsobil významnou inhibici růstu. Nízké pH (pH 4 a 5) a přídavek NaCl (0-2 % (w/v)) neomezily dekarboxylázovou aktivitu většiny kmenů. Naopak byla v některých případech sledována podpora produkce biogenních aminů. Nízká teplota (10+-2 °C) způsobovala u všech testovaných kmenů stejný trend omezení růstu a většinou i celkové produkce biogenních aminů. Zvláště kmeny Lb. brevis RIBM 2-69 a Lb. brevis T01 byly schopné produkovat vysoké koncentrace tyraminu i během působení sledovaných faktorů (>200 mg/l; během kultivace při 30/37+-2 °C). Tyto koncentrace by mohly představovat reálné riziko ohrožení zdraví spotřebitelů. Během testování kmenů Lb. curvatus T01 and Lb. brevis T02 byla aminogenní aktivita potvrzena jak v laboratorním médiu, tak v mléce. Avšak skutečná potravinová matrice poskytovala méně přívětivé prostředí pro proces tvorby biogenních aminů.

Abstract:

The aim of this thesis was to study the factors influencing biogenic amine production by selected bacterial strains of genera Lactobacillus and Bifidobacterium. Mentioned bacterial cultures are commonly used in the manufacture of fermented products. Therefore, the ability of biogenic amine formation is considered to be a negative feature that requires the monitoring. In the frame of the performed measurements the screening of biogenic amine production by cultures (Culture Collection of Dairy Microorganisms Laktoflora, CCDM; Research Institute of brewing and Malting, RIMB) and isolates of microorganisms (cheese production isolates Milcom a.s., Tábor, T0; Human Isolates Collection of Czech University of Life Sciences in Prague, B) including probiotic bacteria was realized. With selected decarboxylase positive strains, able to form detectable amounts of biogenic amines, the experiments by the testing of the factors (pH, temperature, the addition of sodium chloride, carbohydrates or their derivatives, ethanol) were established. The kinetics of aminogenic activity was observed in the growth media and real food matrix. After the derivatization technique by dansyl chloride the samples were measured by the means of RP-HPLC and UV detection. The experimental results cannot be generalized. According to the obtained data, it was observed that contaminant and non-starter culture of lactobacilli were able to produce more abundant concentrations of biogenic amines than starter cultures. Moreover, even between the probiotic strains were found producers of detectable amounts of biogenic amines (Suma biogenic amines <100 mg/l). Selected strains of Lactobacillus (Lb.) and Bifidobacterium were able to form especially tyramine and some polyamines (most often putrescine and spermine). In the frame of above mentioned factors and their concentrations any of them did not cause significant inhibition of the growth. Surprisingly, low pH (4 a 5) and the NaCl addition (0-2 %) did not cause the decrease of biogenic amine concentrations. On the contrary, there was found the support of biogenic amine production. Low cultivation temperature (10+-2 °C) shared for every tested strain a clear influence on the suppression of growth and most of cases on the decarboxylase activity. It should be also highlighted that especially strains Lb. brevis RIBM 2-69 and Lb. brevis T01 can produce high concentrations of tyramine (>200 mg/l) during the cultivation at 30/37+-2 °C and under other observed conditions. The latter tyramine concentrations can present serious potential health risk for consumers. Testing the strains Lb. curvatus T01 and Lb. brevis T02, aminogenic capacity was confirmed in both, in culture media and in milk. However, the real food matrix probably provided less convenient environment for biogenic amine formation process.

Keywords

Dekarboxylázová aktivita, biogenní aminy, kultivační podmínky, Lactobacillus, Bifidobacterium, HPLC.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 3. 2015

Accessible from:: 1. 3. 2015

Thesis defence

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Doctoral programme / field:
Food Chemistry and Technology / Food Technology