Thesis (Ph. D.)--Georgia State University, 2008. / Title from title page (Digital Archive@GSU, viewed June 24, 2010) Sidney Crow Jr., committee chair; Kuk-Jeong Chen, Robert Simmons, George Pierce, committee members. Includes bibliographical references (p. 66-68).

Bacillus cereus 8A, isolado de solo da região sul do Brasil, produz uma bacteriocina, cereína 8A, que apresenta potencial para utilização como bioconservante no controle de microrganismos patogênicos e deteriorantes de alimentos. Neste trabalho foram realizados estudos de caracterização e otimização no processo de obtenção da cereína semi-purificada. Na primeira etapa do trabalho foi estudada a cinética de inativação térmica para a cereína 8A. Amostras da bacteriocina foram tratadas em diferentes combinações de tempo/temperatura no intervalo de 0-30min. e 70-82°C e os parâmetros termodinâmicos e cinéticos para a inativação da cereína 8A foram calculados. Os resultados revelaram que a inativação segue uma reação de primeira ordem com valores de k entre 0.059 e 0.235 min-1. A diminuição e o aumento dos valores de D e k, respectivamente, com o aumento da temperatura, indicaram uma rápida inativação de bacteriocina a temperaturas mais elevadas. Os resultados sugerem que a cereína 8A é uma bacteriocina relativamente termoestável com um valor de z de 21.98ºC e energia de ativação de 105.7 kJ mol-1. Em um segundo momento, a capacidade dos quelantes EDTA e lactato de sódio em diferentes concentrações e da cereína 8A (3200 UA/ml-1) em inibir e inativar a Salmonella Enteritidis foram analisadas. Os resultados indicaram que todos os tratamentos testados, EDTA, lactato de sódio e cereína 8A, sozinhos e em combinação, causaram uma redução significativa nos valores de OD600 em culturas de S. Enteritidis. A combinação de cerein 8A acrescido EDTA 100 mol l-1 resultou em um tratamento mais eficaz para reduzir o número de células viáveis de S. enteritidis. A microscopia de eletrônica de transmissão revelou paredes de células danificadas e perda de materiais protoplasmáticos nas células tratadas. As células de S. enteritidis tratadas com 8A cereína sozinha mostraram pequenos poros e o tratamento não afetou a maioria das células. Quando o agente quelante EDTA foi adicionado, as células mostraram-se mais danificadas. As lesões na parede celular tornaram-se mais intensas com a combinação de cereína 8A acrescida de EDTA, inclusive demonstrando uma notável perda do material intracelular, como observado nos resultados dos tratamentos com EDTA 50 e 100 mmol l-1 mais cereína 8A. A última etapa deste estudo investigou o particionamento da cereína 8A em dois sistemas de extração líquido-líquido, um com Triton X-114 e outro PEG com sais inorgânicos, que são considerados promissores para fins de bioseparação e depuração. Os resultados indicaram que cereína 8A particiona preferencialmente na fase rica em micela no sistema com Triton X-114 na concentração de 4 % e sua atividade antimicrobiana foi preservado. Em ATPS, os melhores resultados foram relativos ao coeficiente de partição obtidos com PEG e sulfato de amônio, quando o cloreto de sódio foi adicionado, o valor do Kb aumentou significativamente e mostrou o melhor rendimento de recuperação quando comparado com o sistema micelar. A purificação convencional resulta em um fator de purificação superior, mas em uma recuperação menor em comparação com métodos de particionamento. Estes resultados representam um importante passo no sentido de desenvolver um método de separação para cereína 8A e de um modo mais geral, para outras biomoléculas de interesse. / The bacteriocin cerein 8A, produced by a strain of B. cereus 8A, isolated from soil of south of Brazil with potential application against food spoilage and pathogenic bacteria.At the first phase of the study, the kinetics of thermal inactivation was studied for the bacteriocin cerein 8A. Samples of cerein 8A were treated at different time-temperature combinations in the range of 0-30 min and 70-82°C and the thermodynamic and kinetic parameters for bacteriocin inactivation were calculated. Results showed that inactivation followed a first-order reaction with k-values between 0.059 and 0.235 min-1. D- and k-values decreased and increased, respectively, with increasing temperature, indicating a faster bacteriocin inactivation at higher temperatures. Results suggest that cerein 8A is a relatively thermostable bacteriocin with a z-value of 21.98 °C and Ea of 105.7 kJ mol-1. In a second time, the ability of chelators EDTA and sodium lactate on different concentrations and cerein 8A (3200 UA/ml-1) to inhibit and inactivate Salmonella Enteritidis was investigated. The results indicated that all treatments tested, namely EDTA, sodium lactate and cerein 8A, alone and in combination, caused a significant reduction in the OD600 values of S. Enteritidis cultures. The addition of bacteriocin plus EDTA resulted in higher inhibition in comparison with the bacteriocin alone; the greater the concentration of EDTA, the greater the inhibitory effect. Transmission electron microscopy showed damaged cell walls and loss of protoplasmic material in treated cells. The cells of S. Enteritidis treated with cerein 8A alone showed small pores and the treatment does not affect the majority of cells. When the chelating agent EDTA was added the cells appeared more damaged. The injuries in cell wall become more marked with the combination of EDTA plus cerein 8A, including noticeable discharge of intracellular material, as shown for treatments with 50 and 100 mmol l- 1EDTA plus cerein 8A. The last step of this study investigated the partitioning of cerein 8A in two liquid–liquid extraction systems that are considered promising for bioseparation and purification purposes. In aqueous two phase micellar systems Triton X-114 was chosen as the as phase-forming surfactant. Aqueous two-phase systems were prepared of PEG and inorganic salts and the addition of sodium chloride was investigated in this system. Results indicated that cerein 8A partitions preferentially to the micelle rich-phase in the system with 4% Triton X-114 concentration and its antimicrobial activity was preserved. In ATPS, the best results concerning to the partition coefficients (Kb) were obtained with PEG + ammonium sulphate, when sodium chloride was added the value of Kb increase significantly and showed the best recovery yield when compared with micellar systems. The conventional purification results a higher purification fold, but a minor recovery in comparison with partitioning methods. The successful implementation of this peptide partitioning, from a suspension containing other compounds, represents an important step towards developing a separation method for cerein 8A, and more generally, for other biomolecules of interest.

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Bacillus cereus 8A, isolado de solo da região sul do Brasil, produz uma bacteriocina, cereína 8A, que apresenta potencial para utilização como bioconservante no controle de microrganismos patogênicos e deteriorantes de alimentos. Neste trabalho foram realizados estudos de caracterização e otimização no processo de obtenção da cereína semi-purificada. Na primeira etapa do trabalho foi estudada a cinética de inativação térmica para a cereína 8A. Amostras da bacteriocina foram tratadas em diferentes combinações de tempo/temperatura no intervalo de 0-30min. e 70-82°C e os parâmetros termodinâmicos e cinéticos para a inativação da cereína 8A foram calculados. Os resultados revelaram que a inativação segue uma reação de primeira ordem com valores de k entre 0.059 e 0.235 min-1. A diminuição e o aumento dos valores de D e k, respectivamente, com o aumento da temperatura, indicaram uma rápida inativação de bacteriocina a temperaturas mais elevadas. Os resultados sugerem que a cereína 8A é uma bacteriocina relativamente termoestável com um valor de z de 21.98ºC e energia de ativação de 105.7 kJ mol-1. Em um segundo momento, a capacidade dos quelantes EDTA e lactato de sódio em diferentes concentrações e da cereína 8A (3200 UA/ml-1) em inibir e inativar a Salmonella Enteritidis foram analisadas. Os resultados indicaram que todos os tratamentos testados, EDTA, lactato de sódio e cereína 8A, sozinhos e em combinação, causaram uma redução significativa nos valores de OD600 em culturas de S. Enteritidis. A combinação de cerein 8A acrescido EDTA 100 mol l-1 resultou em um tratamento mais eficaz para reduzir o número de células viáveis de S. enteritidis. A microscopia de eletrônica de transmissão revelou paredes de células danificadas e perda de materiais protoplasmáticos nas células tratadas. As células de S. enteritidis tratadas com 8A cereína sozinha mostraram pequenos poros e o tratamento não afetou a maioria das células. Quando o agente quelante EDTA foi adicionado, as células mostraram-se mais danificadas. As lesões na parede celular tornaram-se mais intensas com a combinação de cereína 8A acrescida de EDTA, inclusive demonstrando uma notável perda do material intracelular, como observado nos resultados dos tratamentos com EDTA 50 e 100 mmol l-1 mais cereína 8A. A última etapa deste estudo investigou o particionamento da cereína 8A em dois sistemas de extração líquido-líquido, um com Triton X-114 e outro PEG com sais inorgânicos, que são considerados promissores para fins de bioseparação e depuração. Os resultados indicaram que cereína 8A particiona preferencialmente na fase rica em micela no sistema com Triton X-114 na concentração de 4 % e sua atividade antimicrobiana foi preservado. Em ATPS, os melhores resultados foram relativos ao coeficiente de partição obtidos com PEG e sulfato de amônio, quando o cloreto de sódio foi adicionado, o valor do Kb aumentou significativamente e mostrou o melhor rendimento de recuperação quando comparado com o sistema micelar. A purificação convencional resulta em um fator de purificação superior, mas em uma recuperação menor em comparação com métodos de particionamento. Estes resultados representam um importante passo no sentido de desenvolver um método de separação para cereína 8A e de um modo mais geral, para outras biomoléculas de interesse. / The bacteriocin cerein 8A, produced by a strain of B. cereus 8A, isolated from soil of south of Brazil with potential application against food spoilage and pathogenic bacteria.At the first phase of the study, the kinetics of thermal inactivation was studied for the bacteriocin cerein 8A. Samples of cerein 8A were treated at different time-temperature combinations in the range of 0-30 min and 70-82°C and the thermodynamic and kinetic parameters for bacteriocin inactivation were calculated. Results showed that inactivation followed a first-order reaction with k-values between 0.059 and 0.235 min-1. D- and k-values decreased and increased, respectively, with increasing temperature, indicating a faster bacteriocin inactivation at higher temperatures. Results suggest that cerein 8A is a relatively thermostable bacteriocin with a z-value of 21.98 °C and Ea of 105.7 kJ mol-1. In a second time, the ability of chelators EDTA and sodium lactate on different concentrations and cerein 8A (3200 UA/ml-1) to inhibit and inactivate Salmonella Enteritidis was investigated. The results indicated that all treatments tested, namely EDTA, sodium lactate and cerein 8A, alone and in combination, caused a significant reduction in the OD600 values of S. Enteritidis cultures. The addition of bacteriocin plus EDTA resulted in higher inhibition in comparison with the bacteriocin alone; the greater the concentration of EDTA, the greater the inhibitory effect. Transmission electron microscopy showed damaged cell walls and loss of protoplasmic material in treated cells. The cells of S. Enteritidis treated with cerein 8A alone showed small pores and the treatment does not affect the majority of cells. When the chelating agent EDTA was added the cells appeared more damaged. The injuries in cell wall become more marked with the combination of EDTA plus cerein 8A, including noticeable discharge of intracellular material, as shown for treatments with 50 and 100 mmol l- 1EDTA plus cerein 8A. The last step of this study investigated the partitioning of cerein 8A in two liquid–liquid extraction systems that are considered promising for bioseparation and purification purposes. In aqueous two phase micellar systems Triton X-114 was chosen as the as phase-forming surfactant. Aqueous two-phase systems were prepared of PEG and inorganic salts and the addition of sodium chloride was investigated in this system. Results indicated that cerein 8A partitions preferentially to the micelle rich-phase in the system with 4% Triton X-114 concentration and its antimicrobial activity was preserved. In ATPS, the best results concerning to the partition coefficients (Kb) were obtained with PEG + ammonium sulphate, when sodium chloride was added the value of Kb increase significantly and showed the best recovery yield when compared with micellar systems. The conventional purification results a higher purification fold, but a minor recovery in comparison with partitioning methods. The successful implementation of this peptide partitioning, from a suspension containing other compounds, represents an important step towards developing a separation method for cerein 8A, and more generally, for other biomolecules of interest.

Bacillus cereus 8A, isolado de solo da região sul do Brasil, produz uma bacteriocina, cereína 8A, que apresenta potencial para utilização como bioconservante no controle de microrganismos patogênicos e deteriorantes de alimentos. Neste trabalho foram realizados estudos de caracterização e otimização no processo de obtenção da cereína semi-purificada. Na primeira etapa do trabalho foi estudada a cinética de inativação térmica para a cereína 8A. Amostras da bacteriocina foram tratadas em diferentes combinações de tempo/temperatura no intervalo de 0-30min. e 70-82°C e os parâmetros termodinâmicos e cinéticos para a inativação da cereína 8A foram calculados. Os resultados revelaram que a inativação segue uma reação de primeira ordem com valores de k entre 0.059 e 0.235 min-1. A diminuição e o aumento dos valores de D e k, respectivamente, com o aumento da temperatura, indicaram uma rápida inativação de bacteriocina a temperaturas mais elevadas. Os resultados sugerem que a cereína 8A é uma bacteriocina relativamente termoestável com um valor de z de 21.98ºC e energia de ativação de 105.7 kJ mol-1. Em um segundo momento, a capacidade dos quelantes EDTA e lactato de sódio em diferentes concentrações e da cereína 8A (3200 UA/ml-1) em inibir e inativar a Salmonella Enteritidis foram analisadas. Os resultados indicaram que todos os tratamentos testados, EDTA, lactato de sódio e cereína 8A, sozinhos e em combinação, causaram uma redução significativa nos valores de OD600 em culturas de S. Enteritidis. A combinação de cerein 8A acrescido EDTA 100 mol l-1 resultou em um tratamento mais eficaz para reduzir o número de células viáveis de S. enteritidis. A microscopia de eletrônica de transmissão revelou paredes de células danificadas e perda de materiais protoplasmáticos nas células tratadas. As células de S. enteritidis tratadas com 8A cereína sozinha mostraram pequenos poros e o tratamento não afetou a maioria das células. Quando o agente quelante EDTA foi adicionado, as células mostraram-se mais danificadas. As lesões na parede celular tornaram-se mais intensas com a combinação de cereína 8A acrescida de EDTA, inclusive demonstrando uma notável perda do material intracelular, como observado nos resultados dos tratamentos com EDTA 50 e 100 mmol l-1 mais cereína 8A. A última etapa deste estudo investigou o particionamento da cereína 8A em dois sistemas de extração líquido-líquido, um com Triton X-114 e outro PEG com sais inorgânicos, que são considerados promissores para fins de bioseparação e depuração. Os resultados indicaram que cereína 8A particiona preferencialmente na fase rica em micela no sistema com Triton X-114 na concentração de 4 % e sua atividade antimicrobiana foi preservado. Em ATPS, os melhores resultados foram relativos ao coeficiente de partição obtidos com PEG e sulfato de amônio, quando o cloreto de sódio foi adicionado, o valor do Kb aumentou significativamente e mostrou o melhor rendimento de recuperação quando comparado com o sistema micelar. A purificação convencional resulta em um fator de purificação superior, mas em uma recuperação menor em comparação com métodos de particionamento. Estes resultados representam um importante passo no sentido de desenvolver um método de separação para cereína 8A e de um modo mais geral, para outras biomoléculas de interesse. / The bacteriocin cerein 8A, produced by a strain of B. cereus 8A, isolated from soil of south of Brazil with potential application against food spoilage and pathogenic bacteria.At the first phase of the study, the kinetics of thermal inactivation was studied for the bacteriocin cerein 8A. Samples of cerein 8A were treated at different time-temperature combinations in the range of 0-30 min and 70-82°C and the thermodynamic and kinetic parameters for bacteriocin inactivation were calculated. Results showed that inactivation followed a first-order reaction with k-values between 0.059 and 0.235 min-1. D- and k-values decreased and increased, respectively, with increasing temperature, indicating a faster bacteriocin inactivation at higher temperatures. Results suggest that cerein 8A is a relatively thermostable bacteriocin with a z-value of 21.98 °C and Ea of 105.7 kJ mol-1. In a second time, the ability of chelators EDTA and sodium lactate on different concentrations and cerein 8A (3200 UA/ml-1) to inhibit and inactivate Salmonella Enteritidis was investigated. The results indicated that all treatments tested, namely EDTA, sodium lactate and cerein 8A, alone and in combination, caused a significant reduction in the OD600 values of S. Enteritidis cultures. The addition of bacteriocin plus EDTA resulted in higher inhibition in comparison with the bacteriocin alone; the greater the concentration of EDTA, the greater the inhibitory effect. Transmission electron microscopy showed damaged cell walls and loss of protoplasmic material in treated cells. The cells of S. Enteritidis treated with cerein 8A alone showed small pores and the treatment does not affect the majority of cells. When the chelating agent EDTA was added the cells appeared more damaged. The injuries in cell wall become more marked with the combination of EDTA plus cerein 8A, including noticeable discharge of intracellular material, as shown for treatments with 50 and 100 mmol l- 1EDTA plus cerein 8A. The last step of this study investigated the partitioning of cerein 8A in two liquid–liquid extraction systems that are considered promising for bioseparation and purification purposes. In aqueous two phase micellar systems Triton X-114 was chosen as the as phase-forming surfactant. Aqueous two-phase systems were prepared of PEG and inorganic salts and the addition of sodium chloride was investigated in this system. Results indicated that cerein 8A partitions preferentially to the micelle rich-phase in the system with 4% Triton X-114 concentration and its antimicrobial activity was preserved. In ATPS, the best results concerning to the partition coefficients (Kb) were obtained with PEG + ammonium sulphate, when sodium chloride was added the value of Kb increase significantly and showed the best recovery yield when compared with micellar systems. The conventional purification results a higher purification fold, but a minor recovery in comparison with partitioning methods. The successful implementation of this peptide partitioning, from a suspension containing other compounds, represents an important step towards developing a separation method for cerein 8A, and more generally, for other biomolecules of interest.

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English-style crumpets (pH 6--8, aw 0.97--0.99) are a popular baked product enjoyed by consumers worldwide. However, over the past few years, outbreaks of food poisoning have been caused by the growth of Bacillus cereus in crumpets. This spore forming microorganism, which originates in flour, can easily survive the baking process and grow to >106 CFU/g within 3--5 days at ambient storage temperature. Therefore, control of this pathogen is essential to ensure the safety and marketability of English-style crumpets. / Initial studies were done to determine the effect of water activity ( aw), pH, modified atmosphere packaging (MAP), UV-light, bacteriocins, organic acids and esters, alone and in conjunction with each other, on the growth of B. cereus in model broth/agar systems. / B. cereus is a difficult microorganism to control in food using conventional preservation methods. Further studies are now under way to investigate novel methods to control the growth of this pathogen, particularly in high pH crumpets. (Abstract shortened by UMI.)

Bacillus cereus has been responsible for several food poisoning outbreaks involving high moisture-high pH (aw ~ 0.98, pH ~ 8.8) English-style crumpets. Two novel methods, involving sorbohydroxamic acid (SHA) and mastic essential oil (MO), were evaluated for their potential to inhibit the growth of this pathogen and other selected spoilage and foodborne pathogens in high moisture, high pH English-style crumpets. / While sorbic acid only controlled the growth of B. cereus at pH 5 and 5.5, SHA proved effective at all pHs and concentrations under investigation. MO also failed to inhibit the growth of B. cereus when added directly to agar plates. / Products were unacceptable when counts increased from 103 CFUIg to 106 CFU/g or sensory scores reached <3 on a scale of 5. Only SHA (0.3% w/w) proved effective in high pH crumpets. (Abstract shortened by UMI.)

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2002-12-03Bitstream added on 2014-06-13T18:44:26Z : No. of bitstreams: 1 lago_ncmr_dr_jabo.pdf: 311083 bytes, checksum: d37d23bdb294492d8a23bb6c6424608b (MD5) / O Bacillus cereus é um microrganismo ubíquo encontrado freqüentemente em produtos lácteos. As perdas econômicas e o risco que traz à saúde pública são alarmantes. Os objetivos deste trabalho foram pesquisar o Bacillus cereus em leite, verificar a sua capacidade enterotoxigênica e o risco que provoca à saúde pública e comparar diferentes técnicas utilizadas para detecção de toxinas. Para tal, foram analisadas 120 amostras de leite (30 de leite cru, 30 de leite pasteurizado, 30 de leite em pó e 30 de UAT). Para a pesquisa de enterotoxinas, foram utilizadas três técnicas. Encontraram-se contaminadas 15 (50,0%), 29 (96,7%), 22 (73,3%) e 4 (13,3%) amostras de leite cru, pasteurizado, em pó e UAT, respectivamente. Para a detecção de enterotoxinas pela técnica da alça ligada em coelhos, foram positivas, respectivamente, 1 (7,1%), 10 (35,7%) e 3 (13,6%) cepas das amostras de leite cru, pasteurizado e em pó. Para o teste de aumento de permeabilidade vascular dérmica, apresentaram-se enterotoxigênicas, respectivamente, 1 (7,1%), 1 (3,6%), 2 (9,1%) e 1 (4,0%) cepas isoladas de leite cru, pasteurizado, em pó e UAT. Para a detecção de enterotoxinas pela prova de aglutinação passiva em látex, apresentaram-se positivas 7 (63,6%), 4 (30,8%), 3 (33,3%) e 8 (80,0%) cepas isoladas, respectivamente, de leite cru, pasteurizado, em pó e UAT. Conclui-se que as amostras de leite analisadas, principalmente as amostras já processadas termicamente, deixam a desejar quanto a sua qualidade, colocando em risco a saúde dos consumidores. Conclui-se também que a técnica de aglutinação é a mais indicada para a detecção da enterotoxina produzida pelo Bacillus cereus. / Bacillus cereus is a ubiquitous microorganism frequently found in milk products. The economic losses and the damage to public health they cause are enormous. The objectives of this work were to search for Bacillus cereus in milk, their enterotoxigenic activity to estimate the risks the use of this product may produce and to compare different techniques used to detection of enterotoxins. For that, 120 samples of milk were examined (30 of raw milk, 30 of pasteurized milk, 30 of milk powder and 30 of UHT milk). To test the enterotoxigenicity, three techniques were used. Bacillus cereus was present in 15 (50,0%), 29 (96,7%), 22 (73,0%) and 4 (13,3%) samples of raw milk, pasteurized milk, milk powder and UHT milk, respectively. For the enterotoxigenicity detection using the assay in the rabbit ileal loop, 1 (7,1%), 10 (35,7%) and 3 (13,6%) strains from raw milk, pasteurized milk and milk powder were positive. For the enterotoxigenicity detection using the assay for vascular permeability activity, 1 (7,1%), 1 (3,6%), 2 (9,1%) and 1 (4,0%) strains from raw milk, pasteurized milk, milk powder and UHT milk were positive, respectively. Using the reversed passive latex agglutination, diarrheal toxin production was shown to be 7 (63,6%), 4 (30,8%), 3 (33,3%) and 8 (80,0%) strains respectively isolated from raw milk, pasteurized milk, milk powder, and UHT milk. It was concluded that the milk samples analyzed didn't present good quality and may put in risk the health of consumers of such products. We also concluded that the reversed passive latex agglutination is the best technique to determine the enterotoxins produced from Bacillus cereus.

O presente trabalho teve como principal objetivo avaliar a produção de enzimas proteolíticas por Bacillus cereus. As fermentações foram conduzidas em Biorreator Biodesign, com aeração de 1vvm, temperatura de 37°C e agitação de 400 r.p.m. como parâmetros fixos. Dois meios diferentes foram utilizados, Meio Referência (MR) e Meio de Proteína de Soja PS60® (MPS1), em experimentos realizados com 24 horas. Para avaliação da produção de complexos enzimáticos, retirou-se amostras a intervalos de 3 horas para análise de valores de pH, densidade ótica e massa seca. A atividade proteolítica, concentração de proteína solúvel e açúcares redutores, contagem de células viáveis totais e esporos também foram investigadas. Os resultados demonstraram que ambos os meios propiciaram condições para o ótimo desenvolvimento do B. cereus. Os resultados também indicam que, embora os dois meios tenham apresentado um crescimento celular semelhante, o meio composto por proteína de soja propiciou a obtenção de um extrato bruto com atividade proteolítica mais elevada. Nas condições de fermentação empregadas, o meio MPS1 apresentou em 15 horas uma atividade enzimática de 18,7UmL-1.h-1.enquanto que o meio MR apresentou uma atividade proteolítica de 11,8 UmL-1.h-1.