Proceedings of the Nineteenth Annual Biochemical Engineering Symposium

The nineteenth symposium was held at the University of Missouri–Columbia on April 22, 1989. A total of eighteen papers were scheduled for presentation, of which nine were in poster session. Finally, fifteen papers were presented and sixteen were submitted for this proceedings. It was attended by 53 participants from five institutions. A sixth group (from Colorado State University) was kept from attending the symposium due to mechanical problems on the road and we missed them. Since they worked hard at their presentations, I requested CSU-group to submit their papers for the proceedings and I am happy that they did. ContentsMathematical modelling of a flour milling system. K. Takahashi, Y. Chen, J. Hosokoschi, and L. T. Fan. Kansas State University A novel solution to the problem of plasmid segregation in continuous bacterial fermentations. K.L. Henry, R. H. Davis, and A. L. Taylor. University of Colorado Modelling of embryonic growth in avian and reptile Eggs. C.L. Krause, R. C. Seagrave, and R. A. Ackerman. Iowa State University Mathematical modeling of in situ biodegradation processes. J.C. Wu, L. T. Fan, and L. E. Erickson. Kansas State University Effect of molecular changes on starch viscosity. C.H. Rosane and V. G. Murphy. Colorado State University Analysis of two stage recombinant bacterial fermentations using a structured kinetic model. F. Miao and D. S. Kampala. University of Colorado Lactic acid fermentation from enzyme-thinned starch by Lactobacillus amylovorus. P.S. Cheng, E. L. Iannotti, R. K. Bajpai, R. Mueller, and s. Yaeger. University of Missouri–Columbia Solubilization of preoxidized Texas lignite by cell-free broths of Penicillium strains. R. Moolick, M. N. Karim, J. C. Linden, and B. L. Burback. Colorado State University Separation of proteins from polyelectrolytes by ultrafiltration. A.G. Bazzano and C. E. Glatz. Iowa State University Growth estimation and modelling of Rhizopus oligosporus in solid state fermentations. D.-H. Ryoo, V. G. Murphy, M. N. Karim, and R. P. Tengerdy. Colorado State University Simulation of ethanol fermentations from sugars in cheese whey. C.J. Wang and R. K. Bajpai. University of Missouri–Columbia Studies on protoplast fusion of B. licheniformis. B. Shi, Kansas State University Cell separations of non-dividing and dividing yeasts using an inclined settler. C.-Y. Lee, R. H. Davis, and R. A. Sclafani. University of Colorado Effect of·serum upon local hydrodynamics within an airlift column. G.T. Jones, L. E. Erickson, and L. A. Glasgow. Kansas State University Optimization of heterologous protein secretion in continuous culture. A. Chatterjee, W. F. Remirez, and R. H. Davis. University of Colorado An improved model for lactic acid fermentation. P. Yeh, R. K. Bajpai, and E. L. Iannotti. University of Missouri–Columbia

Effects of the inclusion of oat hulls or sugar beet pulp in the diet on gizzard characteristics, apparent ileal digestibility of nutrients, and microbial count in the ceca in 36 day old broilers reared on floor

The effects of the inclusion of oat hulls (OH) and sugar beet pulp (SBP) in the diet on gizzard characteristics, apparent ileal nutrient digestibility (AID), and Clostridium perfringens, Enterobacteriaceae, and Lactobacillus proliferation in the ceca were studied in 36 d?old broilers. There were a control diet with a low CF content (1.61%) and 2 additional diets that resulted from the dilution of this feed with 5% of either OH or SBP.

Preparados enológicos comerciales a base de levaduras secas inactivas : caracterización, modo de acción e influencia en la composición y características sensoriales de los vino

El empleo de preparados comerciales de levaduras secas inactivas (LSI) se ha generalizado en la industria enológica con el fin de mejorar los procesos tecnológicos, así como las características sensoriales y la eliminación de compuestos indeseables en los vinos. Estos preparados se obtienen por crecimiento de la levadura vínica Saccharomyces cerevisiae en un medio rico en azúcares, y posterior inactivación y secado para obtener un producto en forma de polvo. Su composición puede incluir una fracción soluble procedente del citoplasma de la levadura (péptidos, aminoácidos, proteínas) y una fracción insoluble compuesta principalmente por las paredes celulares. Dependiendo de su composición, los preparados de LSI están indicados para distintas aplicaciones (activadores de la fermentación alcohólica y maloláctica, mejorar el color y el aroma de los vinos, etc). Sin embargo, a pesar de que el empleo de preparados de LSI está cada vez más extendido en la industria enológica, existen pocos estudios científicos encaminados a conocer sus efectos en el vino así como a discernir su modo de acción. Por ello, se ha planteado esta Tesis Doctoral con el principal objetivo de caracterizar la composición química de algunos de los preparados comerciales de LSI que actualmente más se están empleando en la elaboración de los vinos, así como determinar su modo de acción y su efecto tanto en la composición como en las características organolépticas de los vinos. Para la caracterización de preparados de LSI, en primer lugar se ha estudiado la cesión de compuestos nitrogenados y polisacáridos a medios vínicos, así como las diferencias entre preparados procedentes de diferentes casas comerciales e indicados para diferentes aplicaciones durante la vinificación. Los resultados de este estudio mostraron diferencias en la cesión de estos compuestos dependiendo del tipo de vino al que van dirigidos y de la casa comercial de la procedencia. Así, los preparados indicados para la elaboración de vinos tintos liberan una mayor concentración de polisacáridos, que están asociados a una modulación de la astringencia y de la protección del color de los vinos tintos, comparado con los indicados para vinos blancos. Sin embargo en estos últimos se determinó una mayor cesión de aminoácidos libres. Posteriormente, se estudió el efecto de componentes específicos presentes en preparados de LSI en el crecimiento de distintas especies de bacterias lácticas del vino. Se obtuvieron extractos de diferente composición empleando la extracción con fluidos presurizados, y se ensayó su actividad en el crecimiento de cepas bacterianas pertenecientes a las especies Lactobacillus hilgardii, Pediococcus pentosaceus y Oenococcus oeni. Los resultados de este trabajo mostraron que los distintos componentes presentes en los preparados de LSI pueden ejercer un efecto estimulante o inhibidor en el crecimiento de las bacterias lácticas, que depende del tipo de compuesto, de su concentración y de la especie bacteriana a ensayar. Entre los compuestos responsables del efecto estimulante se encuentran tanto aminoácidos esenciales como monosacáridos libres, mientras que los ácidos grasos de cadena corta y larga así como compuestos heterocíclicos volátiles originados por la reacción de Maillard parecen estar directamente implicados en el efecto inhibidor observado. En la tercera parte de este trabajo, se ha evaluado el papel de los preparados comerciales de LSI en el aroma y en las características organolépticas de los vinos. Para ello, empleando vinos sintéticos, se estudiaron por un lado, el efecto que los componentes cedidos por los preparados de LSI podrían tener en la volatilidad de compuestos del aroma ya presentes en el vino, y por otro lado, en la posible cesión al vino de compuestos odorantes presentes en los preparados y originados durante su fabricación. Los resultados de estos estudios pusieron de manifiesto que los preparados de LSI pueden modificar la volatilidad de compuestos del aroma del vino, dependiendo principalmente de las características físico-químicas del compuesto del aroma, del tiempo de permanencia del preparado en el vino y del tipo de preparado de LSI. Por otro lado, gracias al empleo de diferentes técnicas de extracción combinadas, la extracción con fluidos presurizados (PLE) y microextracción en fase sólida en el espacio de cabeza (HS-SPME) y posterior análisis por GO-MS, se caracterizó el perfil volátil de un preparado de LSI representativo del resto de los estudiados y se comprobó que estaba formado tanto por componentes procedentes de la levadura, como ácidos grasos de cadena corta y larga, así como por compuestos volátiles originados durante las etapas de fabricación de los preparados y resultantes de la reacción de Maillard. Se determinó a su vez, que algunos de estos compuestos volátiles, pueden ser cedidos tanto a medios vínicos, como a vinos reales. Concretamente, se comprobó que los preparados indicados para vinificación en blanco liberan una menor concentración de compuestos volátiles, y especialmente, de productos de la reacción de Maillard, que los indicados para vinificación en tinto. Estos compuestos, y principalmente los pertenecientes al grupo de las pirazinas, podrían modificar el perfil sensorial de los vinos, ya que son compuestos con, en general, bajos umbrales de percepción. Para intentar eliminar estos compuestos de los preparados, es decir, para su desodorización, en esta parte del trabajo, también se desarrolló una metodología basada en la extracción con CO2 supercrítico, que permitió la eliminación selectiva de este tipo de compuestos sin provocar modificaciones en su composición no volátil. Debido a la cantidad de preparados de LSI ricos en glutatión (GSH) disponibles en el mercado para mejorar las características sensoriales de los vinos, se estudió la cesión de este compuesto a medios vínicos. Para ello, se puso a punto una metodología que permitiera la cuantificación del GSH en sus diferentes formas (reducido y total), en vinos sintéticos y reales. El método se aplicó para cuantificar la cantidad de GSH aportada por los LSI a los vinos. Los resultados mostraron que los preparados de LSI indicados para vinificación en blanco y rosado liberaron, inmediatamente tras su adición a medios vínicos sintéticos, ♯y-glutamil-cisteína y GSH principalmente en su forma reducida a mayores concentraciones que los preparados indicados para otras aplicaciones. Por otro lado, se aislaron las fracciones de peso molecular <3000 Da de preparados de LSI y se emplearon para suplementar vinos sintéticos aromatizados con terpenos y sometidos a condiciones de envejecimiento acelerado. Los resultados revelaron una reducción en la oxidación por parte de las fracciones aisladas tanto de preparados de LSI ricos en glutatión como de preparados empleados como nutrientes de fermentación. Esta reducción era incluso mayor que cuando se empleaba el glutatión comercial, lo que indicaba la presencia de otros compuestos con propiedades antioxidantes. Finalmente, para conocer el efecto de los preparados de LSI a escala de bodega, se elaboraron a escala industrial dos tipos de vinos, con y sin la adición de un preparado de LSI rico en GSH, a escala industrial. En estos vinos, se determino el contenido en glutatión, y la evolución del color y de la composición fenólica y volátil durante la vinificación y a lo largo del envejecimiento en botella. Los resultados de este trabajo mostraron la capacidad del preparado de LSI de ceder glutatión en su forma reducida, aunque esté es rápidamente oxidado durante la fermentación alcohólica. Sin embargo, se comprobó que los vinos elaborados con el preparado presentaron mayor estabilidad de color y aroma a lo largo del envejecimiento en botella. De hecho, a los 9 meses de envejecimiento, se encontraron diferencias sensoriales entre los vinos con y sin el preparado. Sin embargo, estas diferencias sensoriales no fueron suficientes para que en el estudio de preferencia que se llevó a cabo con los mismos vinos, los consumidores mostraran preferencia hacia los vinos elaborados con el preparado de LSI.

Structural homologies with ATP- and folate-binding enzymes in the crystal structure of folylpolyglutamate synthetase

Folylpolyglutamate synthetase, which is responsible for the addition of a polyglutamate tail to folate and folate derivatives, is an ATP-dependent enzyme isolated from eukaryotic and bacterial sources, where it plays a key role in the retention of the intracellular folate pool. Here, we report the 2.4-Å resolution crystal structure of the MgATP complex of the enzyme from Lactobacillus casei. The structural analysis reveals that folylpolyglutamate synthetase is a modular protein consisting of two domains, one with a typical mononucleotide-binding fold and the other strikingly similar to the folate-binding enzyme dihydrofolate reductase. We have located the active site of the enzyme in a large interdomain cleft adjacent to an ATP-binding P-loop motif. Opposite this site, in the C domain, a cavity likely to be the folate binding site has been identified, and inspection of this cavity and the surrounding protein structure suggests that the glutamate tail of the substrate may project into the active site. A further feature of the structure is a well defined Ω loop, which contributes both to the active site and to interdomain interactions. The determination of the structure of this enzyme represents the first step toward the elucidation of the molecular mechanism of polyglutamylation of folates and antifolates.

Produção de biohidrogênio a partir de soro de leite em AnSBBR com recirculação da fase líquida

O presente estudo investigou a aplicação de dois tipos de AnSBBR (reatores anaeróbio com biofilme e operados em batelada e batelada alimentada sequenciais: com recirculação da fase líquida e com agitação) para produção de biohidrogênio tratando água residuária sintética (a base de soro de leite e lactose, respectivamente). O AnSBBR com recirculação da fase líquida, que foi o estudo principal do presente trabalho, apresentou problemas na produção de hidrogênio utilizando soro de leite como substrato. Algumas alternativas, como adaptação da biomassa com substratos puros de degradação mais fácil, controle do pH em valores muito baixos e diferentes formas de inoculação foram testadas, entretanto, sem obtenção de sucesso. A solução do problema foi obtida ao refrigerar o meio de alimentação a 4ºC para evitar a fermentação no frasco de armazenamento, retirar a ureia e a suplementação de nutrientes, e realizar lavagens periódicas do material suporte para retirada de parte da biomassa. Dessa forma eliminaram-se indícios de produção de H2S por possível ação de bactérias redutoras de sulfato (BRS) e atingiu-se uma produção estável de hidrogênio sem, entretanto, eliminar completamento o metano, que foi produzido em baixas concentrações. Depois de atingida a estabilidade, investigou-se a influência da concentração afluente de substrato, do tempo de enchimento e da temperatura na produção de biohidrogênio no AnSBBR com recirculação da fase líquida tratando soro de leite. O estudo da concentração afluente apresentou um ponto ótimo para a concentração de 5400 mgDQO.L-1, atingindo valores de 0,80 mol H2.mol-1 lactose e de 660 mL H2.L-1.d-1. O estudo do tempo de enchimento apresentou resultados similares para as condições analisadas. Com relação à temperatura, os melhores resultados foram obtidos com a temperatura mais baixa testada de 15ºC (1,12 mol H2.mol lactose-1 e 1080 mL H2.L-1.d-1), sendo que na temperatura mais alta testada (45°C) não ocorreu produção de hidrogênio. Para o AnSBBR com agitação mecânica, que foi um estudado complementar realizado pelo fato da lactose ser o principal complemento do soro de leite, o desempenho do biorreator foi avaliado de acordo com influência conjunta do tempo de ciclo (tC – 2, 3 e 4 h), da concentração afluente (CSTA – 3600-5400 mgDQO.L-1) e da carga orgânica volumétrica aplicada (COAV – 9,3, 12,3, 13,9, 18,5 e 27,8 mgDQO.L-1.d-1). Foram obtidos excelentes resultados: consumos de carboidratos (lactose), com valores médios sempre acima de 90% e uma produção estável de biohidrogênio em todas as condições estudadas, com metano em baixas concentrações apenas na condição de maior COAV. A diminuição do tC apresentou tendência clara de melhora sobre o RMCRC,n (rendimento molar entre hidrogênio produzido e carboidrato removido) apenas para as condições com menor concentração CSTA, havendo uma relação direta entre CSTA, e RMCRC,n em todos os valores de tC, exceto para o tempo de ciclo de 3 h, exatamente onde ocorreu produção de metano. O melhor valor de RMCRC,n obtido na operação com lactose (1,65 mol H2.mol Carboidrato-1) foi superior aos obtidos em outros trabalhos utilizando a mesma configuração de reator e sacarose como substrato. As análises filogenéticas mostraram que a maioria dos clones analisados foi semelhante à Clostridium. Além destes, clones filogeneticamente semelhantes com a Família Lactobacilaceae, especificamente Lactobacillus rhamnosus foram observados em menor porcentagem no reator, assim como clones com sequências semelhantes a Acetobacter indonesiensis.

Influência da configuração da célula combustível microbiana na geração de energia elétrica a partir da degradação de compostos orgânicos

Nessa pesquisa foram testadas tanto CCM com membranas e sem membranas que tinham por característica reproduzir sistemas de tratamento de esgoto sanitário. A etapa experimental desse trabalho foi dividida entre o Brasil (ensaios com CCM sem a MTP e utilizando esgoto sanitário) e Portugal (ensaios com CCM tradicionais de uma e duas câmaras, utilizando água residuária sintética e a bactéria Lactobacillus pentosus). A execução em dois locais diferentes resultou em um maior aprofundamento e desenvolvimento da pesquisa. As CCM foram avaliadas principalmente quanto ao potencial elétrico e eficiência da degradação de compostos orgânicos (esgoto sanitário e água residuária sintética). Para os dados obtidos no Brasil, as três configurações apresentaram maior diferença na potência em função do modo de operação. A operação intermitente apresentou a maior potência (11 mW/m2) para a CCM cilíndrica de fluxo ascendente, enquanto que operação continua a maior potência (4,2 mW/m2) foi obtida para a CCM retangular de fluxo horizontal, a qual também apresentava uma maior facilidade na manutenção quanto aos eletrodos (adição/remoção). A CCM cúbica de fluxo ascendente devido a sua concepção simples demandava um sistema complementar para o aumento da remoção de DQO. Apesar da baixa potência mensurada para os ensaios realizados no Brasil há de se pontuar que os mesmos foram obtidos para reatores sem membranas e utilizando o esgoto sanitário, o qual apresentou grande sazonalidade. Para a etapa realizada em Portugal, foi possível realizar quinze diferentes ensaios e mais um ensaio específico de crescimento. A maior potência (10,37 mW/m2) foi obtida para CCM de câmara dupla operada de modo contínuo para um tempo de detenção hidráulico (TDH) de 20 horas. A maior potência obtida para a CCM de câmara única foi de 5,53 mW/m2 quando houve a adição do extrato de levedura (função teórica de mediador). A potência da CCM, na maioria das vezes, esteve relacionada à proporção de sólidos voláteis e totais, SV/ST, quantidade de bactérias, pH, características de operação e por fim a configuração da CCM. O ensaio de crescimento revelou a correlação da potência em função da quantidade de bactérias inseridas da massa do biofilme (SV) e mostra-se como uma ferramenta na avaliação da potência das CCM.

Isolation and characterization of microorganisms with probiotic potential

Tese de mestrado em Microbiologia Aplicada, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2016

Electron transfer in acetohydroxy acid synthase as a side reaction of catalysis. implications for the reactivity and partitioning of the carbanion/enamine form of (alpha-hydroxyethyl)thiamin diphosphate in a "nonredox" flavoenzyme

Acetohydroxy acid synthases (AHAS) are thiamin diphosphate- (ThDP-) and FAD-dependent enzymes that catalyze the first common step of branched-chain amino acid biosynthesis in plants, bacteria, and fungi. Although the flavin cofactor is not chemically involved in the physiological reaction of AHAS, it has been shown to be essential for the structural integrity and activity of the enzyme. Here, we report that the enzyme-bound FAD in AHAS is reduced in the course of catalysis in a side reaction. The reduction of the enzyme-bound flavin during turnover of different substrates under aerobic and anaerobic conditions was characterized by stopped-flow kinetics using the intrinsic FAD absorbance. Reduction of enzyme-bound FAD proceeds with a net rate constant of k' = 0.2 s(-1) in the presence of oxygen and approximately 1 s(-1) under anaerobic conditions. No transient flavin radicals are detectable during the reduction process while time-resolved absorbance spectra are recorded. Reconstitution of the binary enzyme-FAD complex with the chemically synthesized intermediate 2-(hydroxyethyl)-ThDP also results in a reduction of the flavin. These data provide evidence for the first time that the key catalytic intermediate 2-(hydroxyethyl)ThDP in the carbanionic/enamine form is not only subject to covalent addition of 2-keto acids and an oxygenase side reaction but also transfers electrons to the adjacent FAD in an intramolecular redox reaction yielding 2-acetyl-ThDP and reduced FAD. The detection of the electron transfer supports the idea of a common ancestor of acetohydroxy acid synthase and pyruvate oxidase, a homologous ThDP- and FAD-dependent enzyme that, in contrast to AHASs, catalyzes a reaction that relies on intercofactor electron transfer.

Direct fermentation of potato starch wastewater to lactic acid by Rhizopus oryzae and Rhizopus arrhizus

The biochemical kinetic of direct fermentation for lactic acid production by fungal species of Rhizopus arrhizus 3,6017 and Rhizopus oryzae 2,062 was studied with respect to growth pH, temperature and substrate. The direct fermentation was characterized by starch hydrolysis, accumulation of reducing sugar, and production of lactic acid and fungal biomass. Starch hydrolysis, reducing sugar accumulation, biomass formation and lactic acid production were affected with the variations in pH, temperature, and starch source and concentration. A growth condition with starch concentration approximately 20 g/l at pH 6.0 and 30 degrees C was favourable for both starch saccharification and lactic acid fermentation, resulting in lactic acid yield of 0.87-0.97 g/g starch associated with 1.5-2.0 g/l fungal biomass produced in 36 h fermentation. R. arrhizus 3,6017 had a higher capacity to produce lactic acid, while R. oryzae 2,062 produced more fungal biomass under similar conditions.

The genetic diversity of lactic acid producing bacteria in the equine gastrointestinal tract

Seventy-two lactic acid producing bacterial isolates (excluding streptococci) were cultured from the gastrointestinal tract of six horses. Two of the horses were orally dosed with raftilose to induce lactic acidosis and laminitis while the remaining four were maintained on a roughage diet. Near complete 16S rDNA was amplified by PCR from the genomic DNA of each isolate. Following RFLP analysis with the restriction enzymes MboI, HhaI and HinfI, the PCR products from the IS isolates that produced L- and/or D-lactate were subsequently cloned and sequenced. DNA sequence analysis indicated that the majority of the isolates were closely related to species within the genus Lactobacillus, including Lactobacillus salivarius, Lactobacillus mucosae and Lactobacillus delbrueckii. Four isolates were closely related to Mitsuokella jalaludinii. Lactic acid producing bacteria (LAB) from the equine gastrointestinal tract was dominated by representatives from the genus Lactobacillus, but also included D-lactate-producing bacteria closely related to M. jalaludinii. Identification and characterization of LAB from the equine gastrointestinal tract should contribute to our understanding and management of fermentative acidosis, ulceration of the stomach and laminitis. (c) 2005 Federation of European Microbiological Societies. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Folate: Methods of analysis

Folates and its derivatives occur as polyglutamates in nature. The multiplicity of forms and the generally low levels in foods makes quantitative analysis of folate a difficult task. The assay of folates from foods generally involves three steps: liberation of folates from the cellular matrix; deconjugation from the polyglutamate to the mono and di-glutamate forms; and the detection of the biological activity or chemical concentration of the resulting folates. The detection methods used are the microbiological assay relying on the turbidimetric bacterial growth of Lactobacillus rhamnosus which is by far the most commonly used method; the HPLC and LC/MS techniques and bio-specific procedures. This review attempts to describe the methods along with the merits and demerits of using each of these methods.

Host-bacteria interactions : Host cell responses and bacterial pathogenesis

Helicobacter pylori colonizes the human stomach, where it causes gastritis that may develop into peptic ulcer disease or cancer when left untreated. Neisseria gonorrhoeae colonizes the urogenital tract and causes the sexually transmitted disease gonorrhea. In contrast, Lactobacillus species are part of the human microbiota, which is the resident microbial community, and are considered to be beneficial for health. The first host cell types that bacteria encounter when they enter the body are epithelial cells, which form the border between the inside and the outside, and macrophages, which are immune cells that engulf unwanted material.       The focus of this thesis has been the interaction between the host and bacteria, aiming to increase our knowledge of the molecular mechanisms that underlie the host responses and their effects on bacterial pathogenicity. Understanding the interactions between bacteria and the host will hopefully enable the development of new strategies for the treatment of infectious disease. In paper I, we investigated the effect of N. gonorrhoeae on the growth factor amphiregulin in cervical epithelial cells and found that the processing and release of amphiregulin changes upon infection. In paper II, we examined the expression of the transcription factor early growth response-1 (EGR1) in epithelial cells during bacterial colonization. We demonstrated that EGR1 is rapidly upregulated by many different bacteria. This upregulation is independent of the pathogenicity, Gram-staining type and level of adherence of the bacteria, but generally requires viable bacteria and contact with the host cell. The induction of EGR1 is mediated primarily by signaling through EGFR, ERK1/2 and β1-integrins. In paper III, we described the interactions of the uncharacterized protein JHP0290, which is secreted by H. pylori, with host cells. JHP0290 is able to bind to several cell types and induces apoptosis and TNF release in macrophages. For both of these responses, signaling through Src family kinases and ERK is essential. Apoptosis is partially mediated by TNF release. Finally, in paper IV, we showed that certain Lactobacillus strains can reduce the colonization of H. pylori on gastric epithelial cells. Lactobacilli decrease the gene expression of SabA and thereby inhibit the binding mediated by this adhesin.

Biodeterioration of harvested sugar cane in Jamaica

The microbiological, physical and chemical changes which occur instored, harvested sugarcane were studied in Jamaica and the United Kingdom.The degree of deterioration was proportional to time of storage, and wasrevealed by a statistically significant reduction in sucrose content.Other symptoms included a fall in pH, and increases in reducing sugars,dextran, viscosity, and microbial count. Cut cane was universally infectedwith Leuconostoc mesenteroides, which reached a maximum count of 107 to 108organisms per ml. juice within. 3 to 4 days of harvest. Counts of othermicroorganisms were generally insignificant, except for occasional lactobacilli.A new dextran-forming species was named Lactobacillus confusus.Microorganisms isolated from deteriorated cane were screened for theirability to cause deterioration of a sterile, synthetic cane juice. L. mesenteroides strains were the most deteriogenic, but attempts toreproduce the symptoms of "sour" cane by inoculation of this organism intocut cane were only partially successful. L. mesenteroides was present in the soil and the epiphytic flora of the stalk. The principal vector of infection appeared to be the cutters' machete, especially in wet weather. Cane harvested by a chopper machine deteriorated more rapidly than hand-cut whole-stalks. Economic losses due to deterioration of harvested cane were estimated to be 9.2% of the initial recoverable sugar for the 1969 crop at Frome Estate, Jamaica. Dextran content was a useful indicator of cane biodeterioration. The dextran content of mill juices was correlated with rainfall, and significant correlations were obtained between dextran content and viscosity of mill syrups and the amount of sugar lost in final molasses; it also caused the formation of elongated crystals. Attempts to control sour cane by chemical and physical methods were unsuccessful, and it was concluded that the only solution is to mill cane within 24 hours of harvest. A novel method for removal of dextran from mill juices by enzymic treatment with dextranase was developed and patented.

"Pilado add Value" - valorisation of non-traditional marine resources

Os subprodutos da pesca têm recebido maior atenção devido à perceção dos seus impactos negativos na economia e no ambiente. Contudo, os subprodutos de crustáceos contêm vários compostos que podem ser usados como fonte de biopolímeros, como por exemplo a quitina, tendo esta uma grande variedade de aplicações biotecnológicas. O caranguejo Polybius henslowii, é um recurso marinho extremamente abundante na costa oeste Portuguesa durante os meses de Verão, não sendo contudo aproveitada para fins comerciais. Com este estudo procura-se assim contribuir para a valorização económica deste recurso, como fonte de matéria-prima para a extração de polímeros visando aplicações biotecnológicos. Para avaliar o seu potencial, a quitina foi extraída e quitosano produzido, a partir de distintas partes do corpo de Polybius henslowii: pereópodes e carapaça. O quitosano obtido, serviu, por sua vez, de matéria-prima para a produção de quitosano solúvel em água (WSC) e oligomeros de quitosano (COS), tendo todas as amostras sido caracterizadas e testadas quanto às suas propriedades antibacteriana, antifúngica e antioxidante, redução do radical 1, 1-Difenil-2-picrilhidrazil (DPPH). A caracterização das amostras de quitosano obtidas a partir de ambos os segmentos, demonstraram diferenças quanto ao seu rendimento, peso molecular e viscosidade. Os oligomeros de quitosano (COS) revelaram atividade antibacteriana contra todas as bactérias Gram-negativas testadas e a Gram-positiva, Lactobacillus planctarum (ATCC8014). COS mostraram melhores resultados na concentração mínima inibitória do que WSC contra todos os microrganismos testados, com maior inibição de crescimento demonstrada para Escherichia coli (ATCC10536) entre as concentrações de 0.125-0.0625 mg/mL. Os oligomeros demonstraram também maior atividade na redução do radical DPPH e na atividade antifúngica contra quatro espécies de fungo. A maior capacidade de redução foi obtida pelas amostras de COS obtidos a partir de pereópodes e carapaças (40%) com 1mg/mL de amostra.A capacidade de inibição do crescimento das espécies de fungos testados provou ser maior também para as amostras de oligomeros, do que para o quitosano solúvel em água. A maior atividade observada foi conseguida pelas amostras de pCOS (oligomeros de quitosano de pereópodes) e cCOS (oligomeros de quitosano de carapaças) para Cryphonectria parasitica (DSMZ 62626) com 84.5±3.14% e 85.6±2.27%, respetivamente. Tendo por base os resultados obtidos, é possível concluir pelas características bioquímicas e propriedades biológicas deste recurso marinho não tradicional, Polybius henslowii, suportam a sua utilização por indústrias biotecnológicas, promovendo assim a sua valorização económica. A exploração desta espécie vítima de captura acidental pode também aumentar desta forma a competitividade da atividade pesqueira através da reorientação e diversificação das espécies alvo, com potencial impacto no desenvolvimento sustentável nas comunidades costeiras.

The application of next generation sequencing to profile microbe related cheese quality defects

High throughput next generation sequencing, together with advanced molecular methods, has considerably enhanced the field of food microbiology. By overcoming biases associated with culture dependant approaches, it has become possible to achieve novel insights into the nature of food-borne microbial communities. In this thesis, several different sequencing-based approaches were applied with a view to better understanding microbe associated quality defects in cheese. Initially, a literature review provides an overview of microbe-associated cheese quality defects as well as molecular methods for profiling complex microbial communities. Following this, 16S rRNA sequencing revealed temporal and spatial differences in microbial composition due to the time during the production day that specific commercial cheeses were manufactured. A novel Ion PGM sequencing approach, focusing on decarboxylase genes rather than 16S rRNA genes, was then successfully employed to profile the biogenic amine producing cohort of a series of artisanal cheeses. Investigations into the phenomenon of cheese pinking formed the basis of a joint 16S rRNA and whole genome shotgun sequencing approach, leading to the identification of Thermus species and, more specifically, the pathway involved in production of lycopene, a red coloured carotenoid. Finally, using a more traditional approach, the effect of addition of a facultatively heterofermentative Lactobacillus (Lactobacillus casei) to a Swiss-type cheese, in which starter activity was compromised, was investigated from the perspective of its ability to promote gas defects and irregular eye formation. X-ray computed tomography was used to visualise, using a non-destructive method, the consequences of the undesirable gas formation that resulted. Ultimately this thesis has demonstrated that the application of molecular techniques, such as next generation sequencing, can provide a detailed insight into defect-causing microbial populations present and thereby may underpin approaches to optimise the quality and consistency of a wide variety of cheeses.