Generalised 2D-correlation NMR analysis of a wine fermentation

A wine fermentation has been monitored on a daily basis by 1H NMR spectroscopy. Following data pre-processing that includes synthesis of the spectra to ensure all peaks are of constant half-width, the series of spectra were examined using generalised two-dimensional correlation techniques. Synchronous and asynchronous data maps have been generated and employed to interpret the changes in the fermentation process as a function of time. The results illustrate the potential of high resolution NMR with multivariate data analysis as a tool for process monitoring and the manner in which two-dimensional correlation mapping can aid in data interpretation.

Minimising colonic fermentation of high fructan foods : using food processing techniques to reduce levels of fructans in onion and garlic

Background: Irritable Bowel Syndrome (IBS) is a chronic functional disorder of the bowel, affecting up to 15% of Australian adults. Dietary triggers need to be identified and controlled. Researchers have shown that short chain carbohydrates, fructans (high in onion and garlic) play a major role in triggering IBS symptoms. Current dietary management aims to limit the intake of fructans in the diet. Another approach may be to use simple food processing to reduce fructans in foods.

Objective: To investigate if pickling will reduce fructan levels in garlic and shallots, and if pickled garlic and shallots reduce colonic fermentation, and  abdominal symptoms in human volunteers.

Design: Fructan levels of the garlic and shallots were measured using the Megazyme fructan assay. 18 volunteers (13 healthy and 5 IBS) participated in a single blinded, randomised cross over study. Subjects were randomly assigned to receive a breakfast (potato and salmon patty) that was either high (unprocessed) or low (processed/pickled) in garlic and shallots. Breath hydrogen was measured every hour over a ten hour period, and abdominal symptoms were assessed using validated questionnaires.

Outcomes: Pickling over a 12 day period significantly reduced fructan levels in both garlic (p=.0.00) and shallots (p=0.00). Consumption of the low fructan breakfast resulted in significantly lower breath hydrogen (p=0.05), abdominal pain (p=0.032), and wind (p=0.04).

Conclusion: Pickling results in significantly lowered fructan levels in problem foods- shallots and garlic, and lowered colonic fermentation and abdominal symptoms in both healthy and IBS volunteers. This study provides another dietary strategy for dietetic counselling of patients with IBS.

Dietary resistant starch interacts with non-starch polysaccharide and protein to influence colonic protein fermentation, with possible implications for colon cancer risk in humans

Resistant starch is dietary starch that passes undigested into the colon where it can have effects similar to non-starch polysaccharide (dietary fibre). The results support the potential health benefits of incorporating foods containing high levels of both resistant starch and non-starch polysaccharide, such as whole grain breads and legumes, as part of well balanced diets containing fruit, vegetables, cereals, meat/alternatives and dairy foods.

Effect of temperature on anaerobic fermentation of banana stem residue

Anaerobic fermentation experiments were conducted on banana (pseudo) stem residue to study the relationship between fermentation temperature and gas production yield and gas production rate, and methane content. Based on fixed dry matter concentration, inoculum concentration and fermentation time, different temperatures, i.e. 25, 30, 35, 40°C were selected and formed four experimental groups. Four levels of single factor tests were conducted to optimize temperature parameter for anaerobic fermentation of banana stem residue. The results showed that the daily gas yield of banana stem residue reached the maximum value of 36.8L on the fourth day at 35°C, and the average gas yield was 5.03L/d. The total gas yield was 402.3L, while the maximum methane content was 61.2% in the whole fermentation process. The results indicated that the comprehensive effect was best at 35°C in anaerobic fermentation of banana stem residue.

The microstructure and physicochemical properties of probiotic buffalo yoghurt during fermentation and storage: a comparison with bovine yoghurt

The physicochemical and rheological properties of yoghurt made from unstandardised unhomogenised buffalo milk were investigated during fermentation and 28 days of storage and compared to the properties of yoghurt made from homogenised fortified bovine milk. A number of differences observed in the gel network can be linked to differences in milk composition. The microstructure of buffalo yoghurt, as assessed by confocal laser scanning microscopy (CLSM) and cryo scanning electron microscopy (cryo-SEM), was interrupted by large fat globules and featured more serum pores. These fat globules have a lower surface area and bind less protein than the homogenised fat globules in bovine milk. These microstructural differences likely lead to the higher syneresis observed for buffalo yoghurt with an increase from 17.4 % (w/w) to 19.7 % (w/w) in the weight of whey generated at days 1 and 28 of the storage. The higher concentration of total calcium in buffalo milk resulted in the release of more ionic calcium during fermentation. Gelation was also slower but the strength of the two gels was similar due to similar protein and total solids concentrations. Buffalo yoghurt was more viscous, less able to recover from deformation and less Newtonian than bovine yoghurt with a thixotropy of 3,035 Pa.s-1 measured for buffalo yoghurt at the end of the storage, at least four times higher than the thixotropy of bovine yoghurt. While the titratable acidity, lactose consumption and changes in organic acid concentrations were similar, differences were recorded in the viability of probiotic bacteria with a lower viability of Lactobacillus acidophilus of 5.17 log (CFU/g) recorded for buffalo yoghurt at day 28 of the storage. Our results show that factors other than the total solids content and protein concentration of milk affect the structural properties of yoghurt. They also illustrate the physicochemical reasons why buffalo and bovine yoghurt are reported to have different sensory properties and provide insight into how compositional changes can be used to alter the microstructure and properties of dairy products. © 2013 Springer Science+Business Media New York.

Fermentation of omega-3 and carotenoid producing marine microorganisms

 The objective of the thesis was to understand and develop the process of fermentation in marine microorganisms for the production of omega-3 fatty acids and carotenoids. Among marine microorganisms, thraustochytrids that belong to phytoplankton group was identified as sources of omega-3 fatty acids and other valuable co-products. In this research, more efficient and cost-effective production of omega-3 oils and other value added products was discussed by addressing the below key objectives. Fermentation strategy using lower cost raw materials, particularly carbon. Screening for new strains that can naturally produce high levels of PUFAs together with useful co-products that can be harvested along with the omega-3 oil.

Aditivos químicos ou biológicos na ensilagem de cana-de-açúcar: 2. parâmetros ruminais e degradabilidade da matéria seca e das frações fibrosas

Objetivou-se avaliar o efeito da inclusão de aditivos na ensilagem de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum L.) sobre a degradação de MS e de componentes da parede celular e sobre os parâmetros de fermentação ruminal em bovinos alimentados com dietas contendo essas silagens. Utilizaram-se cinco novilhos da raça Nelore providos de cânula ruminal, alocados em delineamento quadrado latino 5 ´ 5 e alimentados com dietas com 65% de volumoso (%) MS. Foram avaliadas cinco silagens (base úmida): controle - cana-de-açúcar, sem aditivos; uréia - cana-de-açúcar + 0,5% ureia; benzoato - cana-de-açúcar + 0,1% de benzoato de sódio; LP - cana-de-açúcar inoculada com Lactobacillus plantarum (1 ´ 10(6) ufc/g MV); LB - cana-de-açúcar inoculada com L. buchneri (3,6 ´ 10(5) ufc/g forragem). A forragem foi armazenada em silos do tipo poço por 90 dias antes do fornecimento aos animais. Os parâmetros ruminais foram afetados de forma moderada pelas silagens e tiveram forte efeito do horário de coleta de amostras. As concentrações molares médias dos ácidos acético, propiônico e butírico foram de 60,9; 19,3 e 10,2 mM, respectivamente. O ambiente ruminal proporcionado por dietas formuladas com silagens de cana-de-açúcar foi satisfatório e similar ao tradicionalmente observado em dietas contendo cana. O uso de aditivos na ensilagem influenciou, de forma não-significativa, a degradabilidade ruminal da MS e da MO, mas não alterou a degradabilidade ruminal da fração fibrosa. Os aditivos aplicados à cana-de-açúcar resultaram em pequenas alterações na maior parte das variáveis avaliadas. Apesar de a degradabilidade ruminal das silagens ter sido pouco afetada pelo uso de aditivos, os valores observados foram próximos aos observados para a cana-de-açúcar in natura.

Digestão total e parcial de alguns componentes de dietas contendo diferentes níveis de casca de soja e Fontes de nitrogênio, em bovinos

Este experimento foi realizado para avaliar o efeito de dois níveis de casca de soja (CS) e de três fontes de nitrogênio sobre a digestão total e parcial aparentes no rúmen e nos intestinos. Seis novilhos Holandês x Zebu com idade média de 12 meses e 229 kg de PV foram fistulados no rúmen e no abomaso e distribuídos em quadrado latino 6x6 e alimentados individualmente ad libitum. O consumo e as digestibilidades totais e parciais dos nutrientes foram avaliados. Não houve efeito da fonte de proteína sobre o consumo, quantidades de matéria seca (MS), matéria orgânica (MO), proteína bruta (PB), fibra em detergente neutro (FDN) e da fibra em detergente ácido (FDA) no rúmen, no abomaso e nas fezes e sobre os coeficientes de digestibilidades destes componentes. O aumento, porém, do nível de casca de soja elevou os coeficientes de digestibilidade de todos os componentes estudados nos locais do trato digestivo, com exceção nos intestinos, onde o nível de casca de soja não afetou a digestão da PB, FDN e da FDA. Os resultados indicam que a casca de soja pode substituir tanto o milho como, parcialmente, a fração volumosa nas rações de ruminantes. A farinha de subproduto avícola e a amiréia podem substituir o farelo de soja nas rações de bovinos sem reflexos negativos sobre a digestão de seus componentes nutritivos.

Degradabilidade in situ e parâmetros ruminais em bovinos alimentados com dietas balanceadas para diferentes ganhos de peso e potenciais de fermentação microbiana

Um experimento foi realizado com o objetivo de avaliar os parâmetros ruminais, a produção de ácidos graxos voláteis e a degradabilidade in situ em tourinhos Santa Gertrudes canulados no rúmen alimentados com dietas compostas de feno de capim-marandu e concentrado. Empregou-se o delineamento em quadrado latino 4 ´ 4, no qual os tratamentos foram compostos dos concentrados, ajustados para ganho de peso corporal (GPC) diário de 0,5 e 1 kg/animal e potencial de fermentação microbiana (y) de 9,5 e 11 g de proteína bruta microbiana/MJ energia metabolizável fermentável. Não foram encontradas interações significativas nem diferenças entre as dietas para pH, concentração molar dos ácidos acético e butírico e proporção molar dos ácidos acético, propiônico e butírico e relação acético:propiônico. Os teores de amônia diferiram entre os potenciais de fermentação microbiana, 14,67 e 20,83 mg/100 mL para baixo e alto, respectivamente, e a concentração molar de ácido propiônico foi diferente entre os potenciais de ganho de peso, 7,62 e 8,94 mM, respectivamente, para baixo e alto ganho de peso. Não foram detectadas diferenças entre dietas para as degradabilidades das frações do feno de capim-marandu e da soja em grão. Houve diferença no parâmetro b e na degradabilidade efetiva a 5%/hora da proteína bruta para os potencias de GPC do milho em grão moído. Para o farelo de soja, ocorreu interação significativa entre os potencias de GPC e de fermentação microbiana para alguns dos parâmetros da MS e PB, o mesmo observado para o farelo de algodão. As diferenças encontradas não justificaram o balanceamento dos concentrados para os diferentes potenciais de produção avaliados.

Digestibilidades parcial e total de dietas com feno de capim-marandu e concentrado balanceadas para diferentes níveis de produção

O experimento foi realizado com o objetivo de avaliar as digestibilidades parcial e total das frações digestíveis de dietas com feno de capim-marandu e concentrado utilizando-se a fibra em detergente ácido indigestível como indicador. Foram utilizados quatro tourinhos da raça Santa Gertrudes, canulados no rúmen e duodeno, distribuídos em delineamento quadrado latino 4 x 4. As dietas foram ajustadas para que os animais tivessem ganhos diários de peso corporal (GPC) de 0,5 e 1 kg/animal, associado a potenciais de fermentação microbiana de 9,5 e 11 g de PB microbiana/MJ em fermentável. Houve efeito das dietas ajustadas para potencial de GPC sobre as ingestões diárias de MS (7,05 e 8,07 kg/animal, respectivamente para 0,5 e 1,0 kg/animal de GPC), mas não daquelas balanceadas para potencial de fermentação microbiana (7,57 kg/animal). O tratamento para GPC diário de 1 kg/animal proporcionou maior digestibilidade total da matéria orgânica e de carboidratos totais (médias de 66,63 e 58,68%, respectivamente) quando comparado ao tratamento para GPC diário de 0,5 kg/animal, que apresentou, para as mesmas variáveis, médias de 61,57 e 53,94%. Os resultados não justificaram a utilização de dietas para maior potencial de fermentação microbiana. As dietas balanceadas para altos ganhos de peso, no entanto, mostraram-se melhores quanto à ingestão e ao aproveitamento dos nutrientes que as formuladas para baixos ganhos de peso.

Aporte de energia, composição e eficiência microbiana em bovinos alimentados com feno de capim-marandu e concentrado balanceados para diferentes ganhos de peso e potenciais de fermentação microbiana

Um experimento foi realizado com o objetivo de avaliar o aporte de energia, a composição de bactérias e a eficiência microbiana por tourinhos Santa Gertrudes canulados no rúmen e no duodeno alimentados com dietas compostas de feno de capim-marandu e concentrado. Empregou-se o delineamento em quadrado latino 4 ´ 4, no qual os tratamentos foram concentrados ajustados para ganho de peso corporal (GPC) diário de 0,5 e 1 kg/animal e potencial de fermentação microbiana (y) de 9,5 e 11 g de PB microbiana/MJ energia metabolizável fermentável. Houve diferença para as concentrações de nutrientes digestíveis totais (NDT) e energia metabolizável fermentável (EMFe) ingeridos e para a composição em matéria orgânica e mineral das bactérias ruminais para as dietas ajustadas para diferentes GPC. Houve interação significativa GPC ´ y para a ingestão de NDT como porcentagem do peso corporal e a composição em PB e carboidratos totais das bactérias ruminais. Não foram encontradas diferenças para os potenciais de fermentação microbiana. A eficiência de síntese microbiana também não diferiu entre as dietas e apresentou valores de 12,7 g PB microbiana/100 g NDT e 9,2 g PB microbiana/MJ EMFe. As diferenças encontradas não justificaram o balanceamento dos concentrados para os diferentes potenciais de fermentação microbiana avaliados.

Old beagle dogs have lower faecal concentrations of some fermentation products and lower peripheral lymphocyte counts than young adult beagles

The effects of age on microbiota composition, gut fermentation end-product formation and peripheral lymphocyte numbers were compared between old and young adult Beagle dogs fed four kibble diets differing in yeast cell wall contents. The experiment had a double 4 x 4 Latin square design, one with four mature dogs (4 years old) and the other with four old dogs (10 years old), with four replicates (diets) per dog. In each period a 15d adaptation period preceded a 5d total collection of faeces for the digestibility trial. on day 21, fresh faecal samples were collected for the determination of bacterial enumeration, pH, biogenic amine and short-chain fatty acid. Flow cytometry was used for immunophenotypic evaluation. Dogs were fed four kibble diets with similar composition with 0, 0.15, 0.30 and 0.45% of yeast cell wall (as-fed), respectively. Data were evaluated using general linear models of Statistical Analysis Systems statistical software (P<0.05). No evidence of a difference in faecal bacteria counts between ages was found (total aerobes, total anaerobes, Bifidobacterium, Lactobacillus, Clostridium and Escherichia coli: P. 0.15). Faecal concentrations of butyrate, histamine, agmatine and spermine were lower (P <= 0.05) and faecal pH was higher (P=0.03) in older dogs than in mature adult dogs, suggesting an alteration in bacterial metabolic activity, or in the rate of intestinal absorption of these compounds. Concentrations of T-lymphocytes, T-cytotoxic lymphocytes and B-lymphocytes were also lower (P <= 0.01) in older dogs than in mature adult dogs. The study confirmed alterations in peripheral lymphocytes and revealed a reduced concentration of some fermentation end products in the colon of old dogs.

Damages of spittlebug on sugarcane quality and fermentation process

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