An in vitro study of the probiotic potential of a bile-salt-hydrolyzing Lactobacillus fermentum strain, and determination of its cholesterol-lowering properties

This study evaluated the use of a bile-salt-hydrolyzing Lactobacillus fermentum strain as a probiotic with potential hypocholesterolemic properties. The effect of L. fermentum on representative microbial populations and overall metabolic activity of the human intestinal microbiota was investigated using a three-stage continuous culture system. Also, the use of galactooligosaccharides as a prebiotic to enhance growth and/or activity of the Lactobacillus strain was evaluated. Administration of L. fermentum resulted in a decrease in the overall bifidobacterial population (ca. 1 log unit). In the in vitro system, no significant changes were observed in the total bacterial, Lactobacillus, Bacteroides, and clostridial populations through L. fermentum supplementation. Acetate production decreased by 9 to 27%, while the propionate and butyrate concentrations increased considerably (50 to 90% and 52 to 157%, respectively). A general, although lesser, increase in the production of lactate was observed with the administration of the L. fermentum strain. Supplementation of the prebiotic to the culture medium did not cause statistically significant changes in either the numbers or the activity of the microbiota, although an increase in the butyrate production was seen (29 to 39%). Results from this in vitro study suggest that L.Fermentum KC5b is a candidate probiotic which may affect cholesterol metabolism. The short-chain fatty acid concentrations, specifically the molar proportion of propionate and/or bile salt deconjugation, are probably the major mechanism involved in the purported cholesterol-lowering properties of this strain.

In vitro immunomodulatory activity of Lactobacillus fermentum CECT5716 and Lactobacillus salivarius CECT5713: two probiotic strains isolated from human breast milk

Commensal bacteria, including some species of lactobacilli commonly present in human breast milk, appear to colonize the neonatal gut and contribute to protection against infant infections, suggesting that lactobacilli could potentially modulate immunity. In this study, we evaluated the potential of two Lactobacillus strains isolated from human milk to modulate the activation and cytokine profile of peripheral blood mononuclear cell (PBMC) subsets in vitro. Moreover, these effects were compared to the same probiotic species of non-milk origin. Lactobacillus salivarius CECT5713 and Lactobacillus fermentum CECT5716 at 105, 106 and 107 bacteria/mL were co-cultured with PBMC (106/mL) from 8 healthy donors for 24 h. Activation status (CD69 and CD25 expressions) of natural killer (NK) cells (CD56+), total T cells (CD3+), cytotoxic T cells (CD8+) and CD4+ T cells was determined by flow cytometry. Regulatory T cells (Treg) were also quantified by intracellular Foxp3 evaluation. Regarding innate immunity, NK cells were activated by addition of both Lactobacillus strains, and in particular, the CD8+ NK subset was preferentially induced to highly express CD69 (90%, p<0.05). With respect to acquired immunity, approximately 9% of CD8+ T cells became activated after co-cultivation with L. fermentum or L salivarius. Although CD4+ T cells demonstrated a weaker response, there was a preferential activation of Treg cells (CD4+CD25+Foxp3+) after exposure to both milk probiotic bacteria (p<0.05). Both strains significantly induced the production of a number of cytokines and chemokines, including TNFα, IL-1β, IL-8, MIP-1α, MIP-1β, and GM-CSF, but some strain-specific effects were apparent. This work demonstrates that L salivarius CECT5713 and L. fermentum CECT5716 enhanced both natural and acquired immune responses, as evidenced by the activation of NK and T cell subsets and the expansion of Treg cells, as well as the induction of a broad array of cytokines.

Development of antimicrobial synbiotics using potentially-probiotic faecal isolates of Lactobacillus fermentum and Bifidobacterium longum

The aims of the present study were to investigate in vitro the antimicrobial activity of Lactobacillus fermentum and Bifidobacterium longum, isolated from faeces of healthy elderly individuals, against enterohaemorrhagic Escherichia coli (E. coli O157:H7) and enteropathogenic E. coli (E. coli O86), to determine the capability of the selected strains to tolerate acid and bile in vitro, to select suitable carbohydrates in order to enhance the growth and maximise antimicrobial activity of the putative probiotic organisms and examine the adhesion properties of the synbiotics. Antimicrobial activity of the putative probiotics and synbiotics was investigated by a microtitre method using cell-free culture supernatants (CFCS). Results of the antimicrobial assay showed that both putative probiotic strains produced compounds at pH 5 that lead to higher lag phases of both E. coli O157:H7 and E. coli O86. When half the quantity of cell-free culture supernatants of both probiotic strains was used at pH 5, B. longum maintained the same antimicrobial effect against both strains of E. coli, whereas L. fermentum lead to a higher lag phase of E. coli O86 only. Neutralization of the culture supernatants with alkali reduced the antimicrobial effect with only cell-free supernatant of L. fermentum causing lower maximum growth rates of E. coli O157:H7 and E. coli O86. L. fermentum appeared to be acid tolerant whereas B. longum was more susceptible to acid and both isolates were bile tolerant. A short chain fructooligosaccharide (scFOS) and an isomalto-oligosaccharide (IMO) proved to be the most effective substrates, enhancing antimicrobial activity for L. fermentum and B. longum respectively. The adhesion of the synbiotic combinations showed that L. fermentum, exhibited higher percentage of adhesion when grown on glucose and as a synbiotic combination with scFOS whereas B. longum exhibited lowest percentage of adhesion when grown on both glucose and IMO.

Floculação de leveduras por Lactobacillus fermentum em processos industriais de fermentação alcoólica avaliada por técnica fotométrica

Na produção de álcool por fermentação com leveduras, a floculação manifesta-se como um mecanismo natural de agregação de células. Essa condição pode ser induzida por vários fatores, entre eles, a interação entre bactérias floculentas como Lactobacillus fermentum e as leveduras. Esse fato torna-se prejudicial para o processo, pois tanto nas unidades que se utilizam do sistema de recuperação de células por centrifugação, como nas que não o utilizam, ocorrem perdas excessivas de fermento, em conseqüência dos problemas operacionais decorrentes da floculação, comprometendo seriamente o desempenho industrial. No presente trabalho, avaliou-se a floculação em vinho proveniente de fermentação experimental, sob duas condições de pH de fermento tratado utilizadas como inóculo e temperaturas de fermentação, não se observando diferenças significativas entre elas. Com este estudo, pôde-se ainda avaliar a capacidade de dispersão dos flocos em três condições de pH no tratamento do fermento em fase industrial, mostrando diferenças altamente significativas entre elas. A maior capacidade de dispersão no tratamento do fermento é desejável para o controle da floculação industrial, permitindo a sua centrifugação, com conseqüente separação das bactérias contaminantes do fermento. Essas constatações tornaram-se possíveis pelo emprego da técnica usual de determinação da floculação por espectrofotometria, modificada pela desfloculação prévia das amostras de vinho e fermento, o que conferiu maior estabilidade nas leituras.

Effects of nutritional factors on growth of Lactobacillus fermentum mixed with Saccharomyces cerevisiae in alcoholic fermentation

The growth of Lactobacillus fermentum was studied in mixed culture with Saccharomyces cerevisiae during alcoholic fermentation of high test molasses (HTM). Yeast extract or a group of 17 amino acids caused a strong and fast decrease in yeast viability due to the strong increase of acidity produced by bacteria. Pure culture of Lactobacillus fermentum in dry sugar cane broth confirmed amino acids as the main nutrients needed to stimulate the growth of bacterial contaminant during alcoholic fermentation. The absence of L. fermentum growth was obtained when leucine: isoleucine or valine were not added to the medium. Phenylalanine, alanine, glutamic acid, cystine, proline, histidine, arginine, threonine, tryptophane, serine and methionine inhibited the bacterial growth at least in one of the cultures of L. fermentum tested.

Efeito da radiação de microondas sobre Lactobacillus fermentum; linhagens: CCT4143; CCT4144; CCT4145; CCT4146 e FT038B

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Microbiologia Aplicada) - IBRC

Chemical inhibition of the contaminant Lactobacillus fermentum from distilleries producing fuel bioethanol

The purpose of this study was to determine the Minimum Inhibitory Concentration (MIC) of pure or mixed chemicals for Saccharomyces cerevisiae and Lactobacillus fermentum in the samples isolated from distilleries with serious bacterial contamination problems. The biocides, which showed the best results were: 3,4,4' trichlorocarbanilide (TCC), tested at pH 4.0 (MIC = 3.12 mg/l), TCC with benzethonium chloride (CBe) at pH 6.0 (MIC = 3.12 mg/l) and TCC mixed with benzalkonium chloride (CBa) at pH 6.0 (MIC = 1.53 mg /l). If CBa was used in sugar cane milling in 1:1 ratio with TCC, a 8 times reduction of CBa was possible. This formulation also should be tested in fermentation steps since it was more difficult for the bacterium to develop resistance to biocide. There was no inhibition of S. cerevisiae and there were only antibiotics as an option to bacterial control of fuel ethanol fermentation by S. cerevisiae.

Avaliação da contaminação conjunta de Dekkera bruxellensis e Lactobacillus fermentum sobre a fermentação alcoólica: efeito do substrato e formas de controle

As contaminações por leveduras selvagens e por bactérias no processo de produção de etanol combustível no Brasil causam prejuízos ao rendimento fermentativo e aumento de custos pelo uso de biocidas. No entanto, poucos estudos tem focado no efeito das contaminações conjuntas de leveduras selvagens e bactérias e as possíveis interações entre os micro-organismos, especialmente em função dos diferentes substratos de fermentação e das formas de controle. Este trabalho teve por objetivos verificar o efeito do substrato (caldo de cana e melaço) sobre o desenvolvimento das contaminações pela levedura da espécie Dekkera bruxellensis e pela bactéria Lactobacillus fermentum, em co-culturas com Saccharomyces cerevisiae (linhagem industrial PE-2) e possíveis formas de controle do crescimento dos contaminantes (pelo uso de metabissulfito de potássio e adição de etanol ao tratamento ácido) sem afetar a levedura do processo. Os testes foram realizados em condições de crescimento (substrato com 4 °Brix, culturas agitadas) e fermentação com reciclo celular (substrato com 16 °Brix, culturas estáticas). Houve interação entre as leveduras e a bactéria quando crescidas em caldo de cana 4 °Brix. A levedura industrial não foi afetada pela presença dos micro-organismos contaminantes, no entanto, para D. bruxellensis a presença de L. fermentum interferiu positivamente no crescimento, com aumento no número de UFC, e consequentemente inibição do crescimento da bactéria. Em melaço, houve um estímulo ao crescimento de L. fermentum quando em co-cultura com S. cerevisiae. Houve influência das contaminações sobre os parâmetros avaliados no experimento (pH, açúcar redutor total, etanol, glicerol e crescimento das células) e a contaminação conjunta de L. fermentum e D. bruxellensis potencializou o efeito das contaminações pelos micro-organismos isoladamente, tanto em caldo quanto em melaço. A adição de 13% de etanol à solução de ácido sulfúrico pH 2,0 no tratamento celular resultou em uma diminuição significativa no número de UFC de D. bruxellensis (entre 90-99%). A levedura PE-2 foi pouco afetada pelo tratamento proposto. A bactéria L. fermentum teve seu crescimento afetado em todas as combinações testadas. Como os experimentos foram feitos em co-culturas, verificouse que pode haver influência de um micro-organismo sobre a viabilidade do outro, dependendo da reação ao tratamento ácido-etanol. O metabissulfito de potássio (MBP), no intervalo entre 200-400 mg/L, foi eficaz para controlar o crescimento de D. bruxellensis dependendo do meio de cultura e linhagem. Quando adicionado (250 mg/L) à solução ácida (pH 2,0) no tratamento celular, um efeito significativo foi observado nas culturas mistas, pois ocorreu a inativação do SO2 pela S. cerevisiae e uma provável proteção das células de D. bruxellensis, não sendo essa levedura prejudicada pelo MBP. A resposta fisiológica de S. cerevisiae na presença de MBP pode explicar a diminuição significativa na produção de etanol. Quando o MBP foi adicionado ao meio de fermentação, resultou no controle da D. bruxellensis mas não em sua morte, com efeito menos intensivo sobre a eficiência fermentativa. Em cocultura com a adição de MBP, a eficiência fermentativa foi significativamente menor do que na ausência de MBP.

Efeito do substrato e das condições de tratamento do fermento sobre a fermentação etanólica contaminada com leveduras Saccharomyces cerevisiae selvagens e Lactobacillus fermentum

Pouco se sabe sobre o efeito do substrato e a interação entre as leveduras selvagens e bactérias do gênero Lactobacillus na fermentação alcoólica, pois os estudos tem se concentrado na avaliação dos efeitos da contaminação por um ou outro contaminante separadamente. Diante disso, este trabalho teve como objetivos estudar o efeito do substrato e das condições de tratamento do fermento sobre as fermentações contaminadas com ambos os micro-organismos, leveduras S. cerevisiae selvagens (três linhagens apresentando colônias rugosas e células dispostas em pseudohifas) e Lactobacillus fermentum, tendo a linhagem industrial de S. cerevisiae PE-2 como levedura do processo. Foram realizadas fermentações em batelada em mosto de caldo e de melaço, sem reciclo e com reciclo celular, utilizando tanto a cultura pura da linhagem PE-2 quanto as culturas mistas com as linhagens rugosas e ou L. fermentum. Foram avaliadas modificações no tratamento ácido do fermento, visando o controle do crescimento dos contaminantes sem afetar a levedura do processo. Em seguida, foram conduzidas fermentações contaminadas e não contaminadas submetidas ao tratamento ácido combinado com adição de etanol, tanto em caldo quanto em melaço, utilizando-se PE-2, uma das linhagens rugosas e L. fermentum. A atividade da invertase extracelular foi também avaliada em ambos os substratos para os micro-organismos estudados, em condições de crescimento. Concluiu-se que o tipo de substrato de fermentação, caldo de cana ou melaço, influenciou o desempenho da linhagem industrial PE-2 assim como afetou o desenvolvimento das contaminações com as leveduras rugosas S. cerevisiae na presença ou ausência da bactéria L. fermentum, em fermentações sem reciclo celular. O efeito da contaminação foi mais evidente quando se utilizou caldo de cana do que melaço como substrato, no caso da contaminação com leveduras rugosas, e o inverso no caso da contaminação com L. fermentum. O efeito da contaminação sobre a eficiência fermentativa foi maior na presença da levedura rugosa do que com a bactéria, e a contaminação dupla (tanto com a levedura rugosa quanto com a bactéria) não teve efeito maior sobre a eficiência fermentativa do que a contaminação simples, por um ou por outro micro-organismo isoladamente, especialmente na fermentação em batelada com reciclo celular, independentemente do substrato. Nas fermentações com reciclo de células, o efeito do substrato foi menos evidente. O controle do crescimento das linhagens rugosas pode ser realizado modificando o tratamento ácido normalmente realizado na indústria, seja pela adição de etanol à solução ácida ou pelo abaixamento do pH, dependendo da linhagem rugosa. O tratamento combinado baixo pH (2,0) + 13% etanol afetou a fisiologia da linhagem industrial, trazendo prejuízos à fermentação com reciclo celular, com pequeno controle sobre o crescimento da levedura rugosa e causando morte celular à L. fermentum. A diferença na atividade invertásica entre as linhagens rugosas e industrial de S. cerevisiae pode ser a responsável pela fermentação lenta apresentada pelas linhagens rugosas quando presentes na fermentação, sendo não significativa a influência do substrato sobre a atividade dessa enzima.

Effect of immersion and inoculation in ovo of Lactobacillus spp. in embryonated chicken eggs in the prevention of Salmonella enteritidis after hatch

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Contribuição para a melhoria da qualidade nutricional do sorgo

Este trabalho teve como principal objectivo sugerir uma forma de processamento de sorgo adaptável à escala industrial que, sendo culturalmente aceite e sensível aos hábitos alimentares, aos factores sociais e às limitações económicas e tecnológicas das populações Africanas de consumo, pudesse dar origem a um produto alimentar seguro e enriquecido em termos nutricionais. Numa primeira fase, efectuou-se um estudo comparativo entre os efeitos promovidos por diferentes formas de processamento: cozimento em água, aquecimento em banho-maria, pipocagem, germinação, fermentação e altapressão. Foram ainda determinadas as condições óptimas de aplicação do processo germinativo e da tecnologia de alta-pressão. Verificou-se que a fermentação, a germinação e a alta-pressão permitem uma melhoria significativa da digestibilidade proteica da farinha de sorgo. A pipocagem conduziu a uma redução da extractibilidade das proteínas não promovendo, contudo, alterações na sua digestibilidade. Comparativamente ao cozimento em água, que promove uma diminuição acentuada na digestibilidade proteica, o cozimento em banho-maria promove uma diminuição ténue e significativamente inferior. Deste estudo comparativo, foi possível concluir que a extractibilidade das proteínas não está correlacionada com a sua digestibilidade e que a água exerce um papel fundamental na diminuição da digestibilidade proteica com o aquecimento. Numa segunda fase, pretendeu-se desenvolver um processo fermentativo que conduzisse a um produto de sorgo com características nutricionais incrementadas. Para tal, foram testadas daiferentes espécies de bactérias lácticas isoladas e conjugadas entre si. Foi ainda testada a adição de malte de sorgo previamente à fermentação e a adição de leveduras ao inóculo. Com este estudo, foi possível concluir que a fermentação do sorgo com um inóculo constituído por culturas puras de Lactobacillus brevis, Lactobacillus fermentum e Streptococcus thermophilus permite a obtenção de uma preparação alimentar com características nutricionais melhoradas no que respeita ao balanço em aminoácidos essenciais, à digestibilidade da proteína e do amido e à viscosidade do produto final.