Estudo de estirpes probióticas como inoculantes de silagens para o controlo de micotoxinas

Dissertação de mestrado em Bioengenharia

Utilização de bactérias ácido-lácticas isoladas do trato intestinal de tilápia-do-nilo como probiótico

O objetivo deste trabalho foi isolar bactérias ácido-lácticas do intestino de tilápias-do-nilo, e avaliar seu potencial probiótico. Foram isoladas cepas de bactérias ácido-lácticas, e foi avaliada a inibição aos patógenos in vitro. As cepas com os melhores resultados foram identificadas e utilizadas no experimento de colonização do trato intestinal de tilápias-do-nilo, via suplementação na dieta, em delineamento inteiramente ao acaso, com três tratamentos e quatro repetições. Foram avaliados: o total de bactérias, as bactérias ácido-lácticas, Vibrio ssp. e Pseudomonas ssp. A cepa com melhor resultado foi utilizada na infecção experimental, em delineamento inteiramente ao acaso, em esquema fatorial 2x3: dieta suplementada com a cepa e dieta-controle; e os peixes não submetidos à injeção, peixes submetidos à injeção de solução salina e à injeção de Enterococcus durans, com três repetições. Foram avaliados os parâmetros hematológicos. As duas cepas identificadas foram: Lactobacillus plantarum e Lactobacillus brevis, que colonizaram o trato intestinal de tilápias, contudo L. plantarum teve menor número total de bactérias e de Pseudomonas ssp. Foi observado maior número total de eritrócitos, trombócitos, leucócitos, linfócitos, neutrófilos e monócitos, em peixes alimentados com L. plantarum e submetidos à injeção de E. durans. O L. plantarum tem efeito probiótico e melhora o sistema imune das tilápias.

In vitro selection of bacteria with potential for use as probiotics in marine shrimp culture

The objective of this work was to isolate strains of lactic acid bacteria with probiotic potential from the digestive tract of marine shrimp (Litopenaeus vannamei), and to carry out in vitro selection based on multiple characters. The ideotype (ideal proposed strain) was defined by the highest averages for the traits maximum growth velocity, final count of viable cells, and inhibition halo against nine freshwater and marine pathogens, and by the lowest averages for the traits duplication time and resistance of strains to NaCl (1.5 and 3%), pH (6, 8, and 9), and biliary salts (5%). Mahalanobis distance (D²) was estimated among the evaluated strains, and the best ones were those with the shortest distances to the ideotype. Ten bacterial strains were isolated and biochemically identified as Lactobacillus plantarum (3), L. brevis (3), Weissella confusa (2), Lactococcus lactis (1), and L. delbrueckii (1). Lactobacillus plantarum strains showed a wide spectrum of action and the largest inhibition halos against pathogens, both Gram-positive and negative, high growth rate, and tolerance to all evaluated parameters. In relation to ideotype, L. plantarum showed the lowest Mahalanobis (D²) distance, followed by the strains of W. confusa, L. brevis, L. lactis, and L. delbrueckii. Among the analyzed bacterial strains, those of Lactobacillus plantarum have the greatest potential for use as a probiotic for marine shrimp.

Métodos para determinação da digestibilidade aparente de dietas para camarão marinho suplementadas com probiótico

O objetivo deste trabalho foi determinar o método de coleta de fezes mais adequado para camarões marinhos (Litopenaeus vannamei) na determinação do coeficiente de digestibilidade aparente da proteína bruta e da matéria seca de dietas comerciais, e avaliar o efeito da suplementação de Lactobacillus plantarum na dieta sobre o coeficiente de digestibilidade aparente da proteína, da energia e da matéria seca. Foram testados três sistemas de coletas de fezes: decantação, sifonamento e dissecação dos animais. A coleta por decantação foi o sistema mais adequado para a determinação in vivo dos coeficientes de digestibilidade aparente da proteína bruta e da matéria seca das dietas, por apresentar baixo grau de lixiviação das fezes e por ser de fácil execução. Nos camarões alimentados com a dieta suplementada com L. plantarum, foi observado maior coeficiente de digestibilidade aparente da proteína (84,18±0,35%) e da energia (81,28±0,16%), quando comparado ao grupo controle (82,73±1,01 e 78,63±0,93%, respectivamente). O uso de L. plantarum como aditivo probiótico na ração pode trazer benefícios nutricionais a L. vannamei, com melhor aproveitamento dos nutrientes.

Intragastric and Intranasal Administration of Lactobacillus paracasei NCC2461 Modulates Allergic Airway Inflammation in Mice.

Introduction. Preclinical and clinical evidences for a role of oral probiotics in the management of allergic diseases are emerging. Aim. We aimed at testing the immunomodulatory effects of intranasal versus intragastric administration of Lactobacillus paracasei NCC2461 in a mouse model of allergic airway inflammation and the specificity of different probiotics by comparing L. paracasei NCC2461 to Lactobacillus plantarum NCC1107. Methods. L. paracasei NCC2461 or L. plantarum NCC1107 strains were administered either intragastrically (NCC2461) or intranasally (NCC2461 or NCC1107) to OVA-sensitized mice challenged with OVA aerosols. Inflammatory cell recruitment into BALF, eotaxin and IL-5 production in the lungs were measured. Results. Intranasal L. paracasei NCC2461 efficiently protected sensitized mice upon exposure to OVA aerosols in a dose-dependent manner as compared to control mice. Inflammatory cell number, eotaxin and IL-5 were significantly reduced in BALF. Intranasal supplementation of L. paracasei NCC2461 was more potent than intragastric application in limiting the allergic response and possibly linked to an increase in T regulatory cells in the lungs. Finally, intranasal L. plantarum NCC1107 reduced total and eosinophilic lung inflammation, but increased neutrophilia and macrophages infiltration. Conclusion. A concerted selection of intervention schedule, doses, and administration routes (intranasal versus intragastric) may markedly contribute to modulate airway inflammation in a probiotic strain-specific manner.

Sonication-assisted preparation of CaO nanoparticles for antibacterial agents

The effect of calcination conditions on the size and killing activity of CaO nanoparticles towards L. plantarum was studied in this paper. The results showed that CaO nanoparticles with a diameter of 20 nm could be obtained under the investigated conditions. The lethal effect of CaO nanoparticles after incubation of 6 or 24 h increased with increasing calcination time. Using CaO-SA, CaO-SB, and CaO-SC after a 24-h exposure, 2.25, 3.37, and 5.97 log L. plantarum were killed, respectively, at a concentration of 100 ppm. The current results show that the use of CaO nanoparticles as antibacterial agents has significant potential in food-relevant industries.

Effect of Lactobacillus sp. isolates supernatant on Escherichia coli O157:H7 enhances the role of organic acids production as a factor for pathogen control

Many attempts have been made to establish the control of foodborne pathogens through Lactobacillus isolates and their metabolism products with success being obtained in several situations. The aim of this study was to investigate the antagonistic effect of eight Lactobacillusisolates, including L. caseisubsp. pseudoplantarum,L. plantarum, L. reuteri and L. delbrueckii subsp. delbrueckii, on the pathogenic Escherichia colistrain O157:H7. The inhibitory effect of pure cultures and two pooled cultures supernatants of Lactobacillus on the growth of pathogenic bacteria was evaluated by the spot agar method and by monitoring turbidity. Antimicrobial activity was confirmed for L. reuteri and L. delbrueckii subsp. delbrueckii and for a pool of lactic acid bacteria. The neutralized supernatant of the pool exerted a higher antimicrobial activity than that of the individual strains. Furthermore, D-lactic acid and acetic acid were produced during growth of the Lactobacillus isolates studied.

Composição em aminoácidos de silagens químicas, biológicas e enzimáticas preparadas com resíduos de sardinha

Determinou-se a composição em aminoácidos de silagens químicas, biológicas e enzimáticas elaboradas com resíduos de sardinha. Entre os aminoácidos essenciais a leucina apresentou valores mais altos para todas as silagens, a saber, em g/100g de proteína, 8,31 (química); 8,33 (protease 1 semana); 8,42 (pepsina), e 8,06 (inóculo L. plantarum + melaço 2 semanas), seguida pela lisina 6,46; 6,50 6,45, e 9,01; a fenilalanina com 5,32; 5,35 e 5,25 e 5,18. Destaque especial para o aumento na concentração de valina no decorrer do processo de ensilagem passando de 4,80 g/100g de proteína na matéria-prima para 7,67 na silagem química (3 semanas); 6,26 na silagem com meio inóculo de L.plantarum + melaço (48 horas); 6,27 na silagem protease (1 semana) e 6,02 na silagem pepsina (2 semanas). A maior concentração de aminoácidos encontrados foi para o ácido glutâmico, que apresentou teor inicial de 15,20g/100g de proteína e posteriormente 14,02 na silagem química após 1 semana; 14,89 na silagem enzimática com protease (1 semana) e 17,09 na silagem biológica com meio inóculo L.plantarum + melaço após 48 horas.

Cultura lática mista com potencial de aplicação como cultura iniciadora em produtos cárneos

Bactérias viáveis adicionadas em produtos cárneos com a finalidade de melhorar a qualidade sanitária, as características sensoriais e reduzir nitritos, são denominadas de cultura iniciadora. Pode ser constituída de cultura pura ou mista com habilidade em produzir substâncias antimicrobianas como ácido lático e bacteriocinas, capazes de inibir microrganismos indesejáveis ao produto alimentício. Neste trabalho, avaliou-se algumas associações entre bactérias láticas, Lactobacillus, Pediococcus e Enterococcus, visando obter culturas láticas com habilidade bioquímica para fermentação homolática; alta viabilidade celular; tolerância ao sais NaCl e NaNO2; capacidade de reduzir nitritos e inibir patógenos como S. aureus; Salmonella spp. e E. coli enteropatogênica. Os cultivos foram desenvolvidos em MRS, incubados a 37ºC por 48 horas. O ácido lático foi determinado por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência. Nitrito residual foi determinado por espectrofotometria. A fermentação homolática com melhor produção de ácido lático (4,61%) e alta viabilidade celular (3 x 10(15) UFC/mL) foi obtida pela cultura constituída de L. curvatus, L. plantarum, P. acidilactici e E. faecium . A cultura mista selecionada apresentou alta viabilidade celular (1x10(14) UFC/mL), mesmo em altas concentrações de NaCl e NaNO2. O caldo fermentado apresentou 99% de redução do nitrito inicial. A cultura lática mista selecionada inibiu S. aureus, Salmonella spp. e E. coli em ágar BHI. Em lingüiça frescal, observou-se a diminuição da contagem de S. aureus e coliformes totais em relação ao controle. Salmonella spp. não foi detectada nas amostras testadas. Os resultados mostram a possibilidade de aplicação da cultura mista selecionada como cultura iniciadora em produtos cárneos.

Influência da fonte de carbono e da temperatura sobre a fermentação lática desenvolvida por cultura mista de bactérias láticas

Bactérias ácido láticas vêm sendo aplicadas em produtos cárneos como culturas iniciadoras. A finalidade das culturas iniciadoras em produtos cárneos é reduzir o pH no início da fermentação O que contribui na inibição de microrganismos indesejáveis, melhorar as propriedades sensoriais, reduzir o tempo de maturação e reduzir nitratos e nitritos. A composição do meio, assim como as condições de cultivo, são importantes para o bom desenvolvimento da cultura iniciadora, sendo necessário conhecer a influência da fonte de carbono e da temperatura no processo fermentativo. O objetivo deste trabalho foi estudar os efeitos da temperatura e de diferentes concentrações de glicose e lactose sobre a fermentação lática desenvolvida em caldo MRS (Man-Rogosa-Sharpe) pela cultura mista constituída de L. curvatus, L. plantarum, P. acidilactici e E. faecium. O caldo MRS foi suplementado com glicose e lactose, e as temperaturas de fermentação foram de 28ºC, 37ºC e 46ºC. Os ensaios foram delineados por desenho fatorial incompleto de 3³. Através da Superfície de Resposta, o modelo matemático mostrou que o caldo MRS suplementado de glicose 4,5% (m/v) e lactose 0,5% (m/v) e temperatura de incubação de 46ºC foram as condições mais adequadas para obtenção de ácido lático. A fermentação lática desenvolvida pela cultura mista, durante 48 horas nestas condições, forneceu em média 4,78% de ácido lático sendo a viabilidade celular de 1x10(15)UFC/mL.

Studies on exopolysaccharide production by probiotic Lactic acid bacteria

The thesis mainly discussed the isolation and identification of a probiotic Lactobacillus plantarum, fermentative production of exopolysaccharide by the strain, its purification, structural characterisation and possible applications in food industry and therapeutics. The studies on the probiotic characterization explored the tolerance of the isolated LAB cultures to acid, bile, phenol, salt and mucin binding. These are some of the key factors that could satisfy the criteria for probiotic strains . The important factors required for a high EPS production in submerged fermentation was investigated with a collection of statistical and mathematical approach. Chapter 5 of the thesis explains the structural elucidation of EPS employing spectroscopic and chromatographic techniques. The studies helped in the exploration of the hetero-polysaccharide sequence from L. plantarum MTCC 9510. The thesis also explored the bioactivities of EPS from L. plantarum. As majority of chemical compounds identified as anti-cancerous are toxic to normal cells, the discovery and identification of new safe drugs has become an important goal of research in the biomedical sciences. The thesis has explored the anti-oxidant, anti-tumour and immunomodulating properties of EPS purified from Lactobacillus plantarum. The presence of (1, 3) linkages and its molecular weight presented the EPS with anti-oxidant, anti-tumour and immunomodulating properties under in vitro conditions.

A double-blind, placebo-controlled, crossover-designed probiotic feeding study in children diagnosed with autistic spectrum disorders

There is growing interest in the role of gastrointestinal (GI) pathology and clinical expression of autism. Recent studies have demonstrated differences in the faecal clostridial populations harboured by autistic and non-autistic children. The potential of Lactobacillus plantarum WCSF1 (a probiotic) to modulate the gut microbiota of autistic subjects was investigated during a double-blind, placebo-controlled, crossover-designed feeding study. The faecal microbiota, gut function and behaviour scores of subjects were examined throughout the 12-week study. Lactobacillus plantarum WCFS1 feeding significantly increased Lab158 counts (lactobacilli and enterococci group) and significantly reduced Erec482 counts (Clostridium cluster XIVa) compared to placebo. Probiotic feeding also resulted in significant differences in the stool consistency compared to placebo and behaviour scores (total score and scores for some subscales) compared to baseline. The major finding of this work was the importance of study protocol in relation to the specific considerations of this subject population, with an extremely high dropout rate seen (predominantly during the baseline period). Furthermore, the relatively high inter-individual variability observed suggests that subsequent studies should use defined subgroups of autistic spectrum disorders, such as regressive or late-onset autism. In summary, the current study has highlighted the potential benefit of L. plantarum WCFS1 probiotic feeding in autistic individuals.

Comparative effects of six probiotic strains on immune function in vitro

There is considerable interest in the strain specificity of immune modulation by probiotics. The present study compared the immunomodulatory properties of six probiotic strains of different species and two genera in a human peripheral blood mononuclear cell (PBMC) model in vitro. Live cells of lactobacilli (Lactobacillus casei Shirota, L. rhamnosus GG, L. plantarum NCIMB 8826 and L. reuteri NCIMB 11951) and bifidobacteria (Bifidobacterium longum SP 07/3 and B. bifidum MF 20/5) were individually incubated with PBMC from seven healthy subjects for 24 h. Probiotic strains increased the proportion of CD69+ on lymphocytes, T cells, T cell subsets and natural killer (NK) cells, and increased the proportion of CD25+, mainly on lymphocytes and NK cells. The effects on activation marker expression did not appear to be strain specific. NK cell activity was significantly increased by all six strains, without any significant difference between strains. Probiotic strains increased production of IL-1β, IL-6, IL-10, TNF-α, granulocyte-macrophage colony-stimulating factor and macrophage inflammatory protein 1α to different extents, but had no effect on the production of IL-2, IL-4, IL-5 or TNF-β. The cytokines that showed strain-specific modulation included IL-10, interferon-γ, TNF-α, IL-12p70, IL-6 and monocyte chemotactic protein-1. The Lactobacillus strains tended to promote T helper 1 cytokines, whereas bifidobacterial strains tended to produce a more anti-inflammatory profile. The results suggest that there was limited evidence of strain-specific effects of probiotics with respect to T cell and NK cell activation or NK cell activity, whereas production of some cytokines was differentially influenced by probiotic strains.

New insights into the impact of Lactobacillus population on host-bacteria metabolic interplay

We aimed at evaluating the association between intestinal Lactobacillus sp. composition and their metabolic activity with the host metabolism in adult and elderly individuals. Faecal and plasma metabolites were measured and correlated to the Lactobacillus species distribution in healthy Estonian cohorts of adult (n=16; <48 y) and elderly (n=33; >65 y). Total cholesterol, LDL, C-reactive protein and glycated hemoglobin were statistically higher in elderly, while platelets, white blood cells and urinary creatinine were higher in adults. Aging was associated with the presence of L. paracasei and L. plantarum and the absence of L. salivarius and L. helveticus. High levels of intestinal Lactobacillus sp. were positively associated with increased concentrations of faecal short chain fatty acids, lactate and essential amino acids. In adults, high red blood cell distribution width was positively associated with presence of L. helveticus and absence of L. ruminis. L. helveticus was correlated to lactate and butyrate in faecal waters. This indicates a strong relationship between the composition of the gut Lactobacillus sp. and host metabolism. Our results confirm that aging is associated with modulations of blood biomarkers and intestinal Lactobacillus species composition. We identified specific Lactobacillus contributions to gut metabolic environment and related those to blood biomarkers. Such associations may prove useful to decipher the biological mechanisms underlying host-gut microbial metabolic interactions in an ageing population.

Perdas de silagens de cana-de-açúcar tratadas com aditivos químicos e bacterianos

Objetivou-se avaliar silagens de cana-de-açúcar tratadas com aditivos químicos (uréia 1,5%; benzoato de sódio 0,1%; ou hidróxido de sódio (NaOH) 1% na matéria natural) combinados ou não com inoculantes (Propionibacterium acidipropionici + Lactobacillus plantarum ou Lactobacillus buchneri). Foram avaliadas 12 silagens: uma controle, sem inoculante e sem aditivo químico; três sem inoculante, mas com um dos aditivos; uma com P. acidipropionici + L. plantarum, sem aditivo químico; três com P. acidipropionici + L. plantarum e um dos aditivos; uma com L. buchneri, sem aditivo químico; e três com L. buchneri e um dos aditivos. Os dados foram analisados em esquema fatorial 4 × 3 com três repetições para cada tratamento. Foram determinadas as perdas ocorridas durante o processo fermentativo nas formas de gases e de efluentes e a recuperação da MS. Durante a exposição aeróbia, determinaram-se a recuperação da MS e a estabilidade aeróbia medida pela variação da temperatura. A associação de L. buchneri e NaOH reduziu as perdas por gases e efluentes e elevou a recuperação da MS. No período após abertura, destacou-se a atuação do benzoato de sódio em manter o pH com variação de apenas 0,1 unidade em cinco dias de exposição aeróbia e dos inoculantes L. buchneri e P. acidipropionici + L. plantarum em prolongar o tempo para elevação da temperatura de 34 horas nas silagens controle para 54 e 50 horas, respectivamente. A ensilagem de cana-de-açúcar requer a inclusão de algum aditivo eficiente no controle das perdas quantitativas durante a fermentação e a exposição aeróbia.