Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias. Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Alimentos. / Made available in DSpace on 2013-07-16T01:04:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Iogurtes foram elaborados a partir dos retentados de leite desnatado (RL) Fator de Redução Volumétrico (FRV) = 1,5) e soro de queijo proveniente da

Nisina é um peptídeo antimicrobiano natural produzido por Lactococcus lactis subsp. lactis ATCC 11454 durante a fase exponencial de crescimento. A bacteriocina é usada como conservante natural de alimentos, uma vez que mostra atividade antimicrobiana contra bactérias Gram-positivas e esporos. Tem potencial aplicação em inúmeros campos (farmacêutico, veterinário e cosméticos). O objetivo deste trabalho foi estudar a cinética de crescimento bacteriano e a produção de nisina em biorreator, utilizando leite desnatado diluído, como um meio de cultura a baixo custo. Também foram avaliados os consumos de açúcar e proteína, formação de ácido lático e adsorção de nisina nas células produtoras durante os processos de produção de nisina. Pré-cultivos com 107 UFC.mL-1 de Lactococcus lactis foram cultivados em biorreator de 2 L contendo 25% de leite desnatado diluído em água (1,5 L, pH 6,7). Os ensaios foram esenvolvidos a 30°C por 52 horas, variando a agitação e aeração: (i) 200 rpm (0,0, 0,5, 1,0 e 2,0 L.min-1) e (ii) 100 rpm (0,0 e 0,5 L.min-1). A atividade de nisina foi avaliada pelo método de difusão em ágar, utilizando Lactobacillus sakei ATCC 15521 como microrganismo sensível à ação de nisina. A melhor concentração de nisina (62,68 mg.L-1 ou 2511,89 AU.mL-1), foi obtida em 16 horas, 200 rpm e sem aeração (kLa = 5,29 x 10-3 h-1). A adsorção de nisina nas células produtoras foram baixas (6,8 - 15,1%), quando comparadas com a atividade do sobrenadante. Estes resultados mostraram que o meio de cultivo composto por leite desnatado diluído favoreceu o crescimento celular e produção associada ao crescimento da nisina. Foram realizados estudos preliminares de liofilização (bioconservação) e purificação por cromatografia da nisina produzida em biorreator. A liofilização apresentou perda da atividade de nisina (24,8%), enquanto a purificação por cromatografia de interação hidrofóbica com resina Butyl-Sepharose, recuperou 40% da atividade da biomolécula, mostrando que ambos os processos poderão ser aplicados à bacteriocina. / Nisin is a natural antimicrobial peptide produced by Lactococcus lactis subsp. lactis ATCC 11454 during its exponential growth phase. The bacteriocin is used as natural food preservative due to its antimicrobial activity against Gram-positive bacteria and outgrowth of spores. This property allows its application in numerous fields (pharmaceutical, veterinary and cosmetic). The aim of this work was to study the bacterial growth kinetics of L. lactis and respective nisin production in bioreactor, using diluted skimmed milk as an inexpensive medium. During the production, the consumption of sugar and protein, lactic acid formation and nisin adsorption on the producer strain cells were evaluated. Pre-cultivation with 107 UFC.mL-1 of L. lactis were expanded in a 2 L bioreactor containing 25% diluted skimmed milk in water (1.5 L, pH 6.7). The assays were performed at 30°C for 52 hours, varying agitation and airflow rate: (i) 200 rpm (0.0, 0.5, 1.0 and 2.0 L.min-1) and (ii) 100 rpm (0.0, 0.5 L.min-1). Nisin activity was evaluated through diffusion assays using Lactobacillus sakei ATCC 15521 as sensitive strain. The best nisin concentration (62.68 mg.L-1 or 2511.89 AU.mL-1), was achieved at 16 hours, 200 rpm and with no airflow rate (kLa = 5.29 x 10-3 h-1). The quantity of nisin adsorbed by the producer cells were low (6.8 -15.1%) when compared to the quantity released in the supernatant. These results showed that diluted skimmed milk supported cell growth and growth-associated nisin. Preliminary assays of lyophilization (biopreservation) and purification by chromatography of nisin produced in bioreactor were performed. Lyophilization presented a loss of nisin activity (24.8%) while purification by hydrophobic interaction chromatography with Butyl-Sepharose column recovered 40% of the activity, showing that both processes can be applied to the bacteriocin.

Nisina é um peptídeo antimicrobiano natural produzido por Lactococcus lactis subsp. lactis ATCC 11454 durante a fase exponencial de crescimento. A bacteriocina é usada como conservante natural de alimentos, uma vez que mostra atividade antimicrobiana contra bactérias Gram-positivas e esporos. Tem potencial aplicação em inúmeros campos (farmacêutico, veterinário e cosméticos). O objetivo deste trabalho foi estudar a cinética de crescimento bacteriano e a produção de nisina em biorreator, utilizando leite desnatado diluído, como um meio de cultura a baixo custo. Também foram avaliados os consumos de açúcar e proteína, formação de ácido lático e adsorção de nisina nas células produtoras durante os processos de produção de nisina. Pré-cultivos com 107 UFC.mL-1 de Lactococcus lactis foram cultivados em biorreator de 2 L contendo 25% de leite desnatado diluído em água (1,5 L, pH 6,7). Os ensaios foram esenvolvidos a 30°C por 52 horas, variando a agitação e aeração: (i) 200 rpm (0,0, 0,5, 1,0 e 2,0 L.min-1) e (ii) 100 rpm (0,0 e 0,5 L.min-1). A atividade de nisina foi avaliada pelo método de difusão em ágar, utilizando Lactobacillus sakei ATCC 15521 como microrganismo sensível à ação de nisina. A melhor concentração de nisina (62,68 mg.L-1 ou 2511,89 AU.mL-1), foi obtida em 16 horas, 200 rpm e sem aeração (kLa = 5,29 x 10-3 h-1). A adsorção de nisina nas células produtoras foram baixas (6,8 - 15,1%), quando comparadas com a atividade do sobrenadante. Estes resultados mostraram que o meio de cultivo composto por leite desnatado diluído favoreceu o crescimento celular e produção associada ao crescimento da nisina. Foram realizados estudos preliminares de liofilização (bioconservação) e purificação por cromatografia da nisina produzida em biorreator. A liofilização apresentou perda da atividade de nisina (24,8%), enquanto a purificação por cromatografia de interação hidrofóbica com resina Butyl-Sepharose, recuperou 40% da atividade da biomolécula, mostrando que ambos os processos poderão ser aplicados à bacteriocina. / Nisin is a natural antimicrobial peptide produced by Lactococcus lactis subsp. lactis ATCC 11454 during its exponential growth phase. The bacteriocin is used as natural food preservative due to its antimicrobial activity against Gram-positive bacteria and outgrowth of spores. This property allows its application in numerous fields (pharmaceutical, veterinary and cosmetic). The aim of this work was to study the bacterial growth kinetics of L. lactis and respective nisin production in bioreactor, using diluted skimmed milk as an inexpensive medium. During the production, the consumption of sugar and protein, lactic acid formation and nisin adsorption on the producer strain cells were evaluated. Pre-cultivation with 107 UFC.mL-1 of L. lactis were expanded in a 2 L bioreactor containing 25% diluted skimmed milk in water (1.5 L, pH 6.7). The assays were performed at 30°C for 52 hours, varying agitation and airflow rate: (i) 200 rpm (0.0, 0.5, 1.0 and 2.0 L.min-1) and (ii) 100 rpm (0.0, 0.5 L.min-1). Nisin activity was evaluated through diffusion assays using Lactobacillus sakei ATCC 15521 as sensitive strain. The best nisin concentration (62.68 mg.L-1 or 2511.89 AU.mL-1), was achieved at 16 hours, 200 rpm and with no airflow rate (kLa = 5.29 x 10-3 h-1). The quantity of nisin adsorbed by the producer cells were low (6.8 -15.1%) when compared to the quantity released in the supernatant. These results showed that diluted skimmed milk supported cell growth and growth-associated nisin. Preliminary assays of lyophilization (biopreservation) and purification by chromatography of nisin produced in bioreactor were performed. Lyophilization presented a loss of nisin activity (24.8%) while purification by hydrophobic interaction chromatography with Butyl-Sepharose column recovered 40% of the activity, showing that both processes can be applied to the bacteriocin.

Orientador: Mirna Lúcia Gigante / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-22T11:26:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maciel_GuilhermedeMoura_M.pdf: 1635237 bytes, checksum: 8aa0d57dc3b96eae51dcddcb4e837442 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da matriz encapsulante no rendimento de encapsulação do Lactobacillus acidophilus, na sua viabilidade durante o armazenamento a 4 ± 1°C e 25 ± 1°C por 90 dias, e na sua resistência à simulação gastrointestinal in vitro. As micropartículas foram produzidas a partir de soluções de soro doce e leite desnatado reconstituídos (30% sólidos totais), adicionadas de suspensão de L. acidophilus (1% v/v), e submetido a spray-drying a temperatura de entrada e saída de 180°C e 85-95°C, respectivamente. Amostras de 5g de micropartículas foram acondicionadas em embalagens de poliéster metalizado e polietileno seladas a vácuo, e armazenadas em dessecadores a 4 ± 1°C e 25 ± 1°C. As micropartículas produzidas foram avaliadas quanto às umidade, atividade de água, diâmetro médio e rendimento de encapsulação do L. acidophilus no tempo zero, e quanto a viabilidade e atividade de água após 7, 15, 30, 45, 60 e 90 dias de armazenamento. A sobrevivência do probiótico livre e microencapsulado foi avaliada durante a exposição às condições gastrointestinais in vitro (pH 2,0 e pH 7,0). Os experimentos foram repetidos 3 vezes e os dados analisados por ANOVA e teste de Tukey para comparação entre as médias (p < 0,05). A matriz encapsulante não afetou significativamente o rendimento de encapsulação, o diâmetro médio, a umidade e a atividade de água das partículas, que foi em média de 81,1 ± 5,0%, 12,94 ± 0,1?m, 4,53 ± 0,4% e 0,18 ± 0,04, respectivamente. A viabilidade do L. acidophilus nas microcápsulas reduziu em média 0,43 log UFC/g ao final dos 90 dias de armazenamento, e apresentaram contagens superiores a 106 UFC/g ao final deste período. Ambas as micropartículas se mostraram eficientes na proteção do probiótico à simulação gastrointestinal, sendo que as micropartículas de leite favoreceram o aumento da viabilidade do L. acidophilus / Abstract: The aim of this study was to evaluate the effect of the encapsulating matrix in the encapsulation yield, resistance to in vitro gastrointestinal simulation and viability of Lactobacillus acidophilus La-5 during storage at 4 ± 1 °C and 25 ± 1 °C for 90 days. The microparticles were produced from solutions of reconstituted sweet whey and skim milk (30% total solids), inoculated with a suspension of L. acidophilus (1% v / v) and subjected to spray-drying at inlet and outlet temperature of 180 °C and 85-95 °C, respectively. Five gram samples of microparticles were packed in metalized polyester and polyethylene packing, vacuum sealed, and stored in desiccators at 4 ± 1 ° C and 25 ± 1 ° C. The microparticles produced were evaluated for moisture, water activity, average diameter and encapsulation yield of L. acidophilus at time zero, and the viability and water activity after 7, 15, 30, 45, 60 and 90 days of storage. The survival of the free and microencapsulated probiotic was evaluated during exposure to in vitro gastrointestinal conditions (pH 2.0 and pH 7.0). The experiments were repeated 3 times and the data were analyzed by ANOVA and Tukey's test for the comparison between means (p <0.05). The encapsulating matrix did not significantly affect the encapsulation yield, the average diameter, the moisture and water activity of the particles, which were on average 81.1 ± 5.0%, 12.94 ± 0.1 m, 4.53 ± 0.4% and 0.18 ± 0.04, respectively. The viability of the microencapsulated L. acidophilus reduced on average 0.43 log CFU/g at the end of 90 days of storage, and remained higher than 106 CFU/g at the end of this period. Both microparticles were effective in protecting the probiotic during gastrointestinal simulation, and the skim milk microparticles favored an increasing in the viability of L. acidophilus / Mestrado / Tecnologia de Alimentos / Mestre em Tecnologia de Alimentos

Existe um número muito limitado de estudos referentes à produção de componentes antimicrobianos ou bacteriocinas produzidas por espécies de bifidobactérias. Nesse âmbito, o objetivo deste trabalho foi avaliar a produção de bifidobacteriocina em leite desnatado (LD). Para tanto, o estudo foi dividido em três etapas. A primeira etapa constituiu na preparação dos meios de cultura Man, Rogosa e Sharpe (MRS), Bifidus Selective Medium (BSM) e LD suplementado com 1% (p/v) de Tween 80 (T80), Inulina (I) ou Extrato de levedura (YE). Nesta etapa, os processos fermentativos foram conduzidos em shaker, nas condições: 50 rpm/37ºC/48h. Foram realizadas análises de pH, concentração de açúcares e ácidos, crescimento celular e determinação da atividade da bifidobacteriocina pelo método de difusão em ágar contra L. monocytogenes. Na segunda etapa, e baseado nos resultados obtidos, foi desenhado um delineamento composto central (CCD) construído a partir dos seguintes parâmetros: temperatura (34, 37, 40 °C) e concentração de YE (0,5; 1,0; 1,5 g/L). Na terceira etapa do trabalho, foram realizados os cultivos em biorreator de 2 L, contendo 10% de leite desnatado, nas seguintes condições: 200 rpm, 36°C, 2,0 g/L de YE, 48h de incubação em anaerobiose. Obteve-se em LD suplementado com YE (1%), combinado ao método de difusão em placa modificado (prévia refrigeração das placas por 12h), contra L. monocytogenes (2130 AU/mL), com uma fase exponencial de 24h, &#181;m de 0,604/h. A otimização feita através do CCD permitiu atingir níveis de atividade de 3.000 AU/mL a 3.100 AU/mL (ensaios 7, 11 e 14, blocos 3 e 1) contra L. monocytogenes, em condições ótimas de crescimento de YE: 2,0 g/L1 e T°C: 36°C. A análise de regressão mostrou ser estatisticamente significativa a relação entre as variáveis: \"concentração de \"YE e temperatura\". Os resultados indicaram que o leite desnatado é um meio adequado para produção de bifidobacteriocina. / There are few publications that have been reported about bacteriocin production by Bifidobacterium species. Therefore, the aim of this work was measure bacteriocin production in skim milk by B. lactis. Consequently, this work was divided in three stages. First, MRS, BSM and LD medium were tested with additives (Tween 80 (T80), Inuline (I) or Yeast extract (YE)) for bacteriocin production and cellular growth. Fermentation processes were conducted in shaker under specific conditions: 50 rpm/37ºC/48h. pH; sugars; acids; biomass, and bacteriocin activity against L. monocytogenes, L. plantarum, E. coli, L. sakei e S. aureus strains were analyzed . In the second stage, based on the obtained results, a central composite design (CCD) was created using the parameters: temperature (34, 37, 40 ºC), and concentration of YE (0.5, 1.0, 1.5 g/L). After, the activity was measured by two methods of plates pre-diffusion (cooling and addition of Tween 20). Third step consisted of 2 L bioreactor cultivations containing 10% skim milk diluted in 1.5 L of water (6.5 pH), under 200 rpm, 36 ºC, 2.0 g/L of YE, 48h, under anaerobic condition. Finally, the cultures supplemented with LD and YE (1%) with a modified plate diffusion method (cooling plates for 12 h) showed bacteriocin activity against L. monocytogenes (2130 AU/mL) with an exponential phase of 24 h, &#181;m of 0.604/h. The optimization performed using CCD resulted in a higher level of activity 3000 AU/mL to 3100 AU/mL mL (Run 7, 11 and 14, blocks 3 and 1) against L. monocytogenes, also with ideal growth conditions of YE: 2,0 g/L1 and T °C: 36 °C. The pH value varied between 6.4 and 4.0. Concentration of produced acid lactic varied from 3.03 to 4.72 g/L and biomass concentration from 3.4 to 11.1 Lg UFC/mL. Regression analysis was significant to the variables: YE concentration and temperature. Results indicated that skim milk is a proper medium for \"Bifidobacteriocin\" production.

O peptídeo antimicrobiano retratado neste trabalho é a nisina, produzido pela bactéria Lactococcus lactis subsp. lactis, um peptídeo estruturalmente composto por 34 aminoácidos, mostra um vasto espectro de atividade inibitória em microrganismos Gram-positivos, Gram-negatios e esporo formadores. O objetivo deste trabalho foi produzir a nisina a partir de células de Lactococcus lactis utilizando soro de leite e leite desnatado como meio de cultivo. Para tanto as células de L. lactis foram desenvolvidas em agitador rotacional (30°C/36 h/100 rpm) e a atividade de nisina, os parâmetros de crescimento e os componentes do meio de cultivo foram analisados. Em leite desnatado, contendo 2,27 9 de sólidos totais, a atividade de nisina foi 20077,05 AU.mL-1 sendo 3 vezes maior em relação ao leite desnatado com 4,54 9 sólidos totais, 8739,77 AU.mL-1 ; e foi 73 vezes maior em relação ao leite desnatado com 1,14 9 sólidos totais, 273,21 AU.mL-1. Osoro de leite utilizado foi doado por uma indústria de lacticínios, em laboratório parte do soro foi tratada de duas formas: (i) filtrado e (ii) esterilizado, e ambos foram utilizados para cultivo das células produtoras de nisina em agitador rotacional 30°C/36 h/100 rpm. Os resultados mostraram que o meio de cultivo composto por soro de leite não filtrado forneceu uma adaptação ao L. lactis, sendo a concentração de nisina obtida 1628 vezes maior que do soro de leite filtrado, 11120,13 e 6,83 mg.L-1 respectivamente. Em relação à atividade de nisina contra Gram-negativos, aumentou-se o efeito bactericida quando adicionada ao EDTA. O comportamento da nisina no sistema micelar de duas fases aquosas foi investigado experimentalmente, demonstrando que a biomolécula alvo pode ser extraída tanto do meio fermentado complexo quanto daslmpurezas presentes na nisina comercial. Nos testes com o sistema micelar de duas fases aquosas, a nisina particionou, preferencialmente, para a fase rica em micelas (coeficiente de partição (KNis) maior que 1,5), ocorrendo um aumento de 1 ciclo logaritimo na concentração inicial de nisina comercial (105 AU, no sistema). Este trabalho reúne os estudos desenvolvidos onde o principal objetivo foi a obtenção da nisina através de meios- de cultivo alternativos, além de sua aplicação e purificação. / Nisin is a natural antimicrobial peptide used as food preservative produced by Lactococcus lactis, that inhibits the outgrowth of spores, the growth of a variety of Gram-positive and Gram-negative bacteria. Applications of this bacteriocin include dental care products pharmaceutical products such as stomach ulcers and colon infection treatment and potencial birth control. This study aims to evaluate growth conditions for L. lactis as well as the effect in nisin production when utilizing milk whey and skimmed milk. Lactococcus lactis ATCC 11454 was developed in a rotatory shaker (30°C/36 h/100 rpm) in diluted skimmed milk and nisin expression, growth parameters and media components were also studied. Nisin expression in skimmed milk 2.27 9 total solids (20077.05 AU.mL-1) was up to 3-fold higher than transfers in skimmed milk 4.54 9 total solids (8739.77 AU.mL-1) and was up to 85-fold higher than transfers in skimmed milk 1.14 9 total solids (273.21 AU.mL-1). Milk whey, abyproduct from dairy industries, was utilized in two different ways (i) without filtration, autoclaved at 121°C for 30 min and (ii) filtrated (1.20 &#181;m and 0.22 &#181;m membrane filter), L. lactis was developed in a rotary shaker (30°C/36 h/100 rpm) and these cultures were transferred five times using 5 mL aliquots of broth culture for each new volume of the respective media. The results showed that culture media composed by milk whey without filtration was better for L. lactis in its adaptation than milk whey without filtration. Nisin titers, in milk whey without filtration, was 11120.13 mg.L-1 in 2nd transfer, and Up to 1628-fold higher than the filtrated milk whey, 6.83 mg.L-1 in 1st transfer. Nisin activity was assayed by the agar diffusion method using Lactobacillus sakei ATCC 15521 and a recombinant Escherichia coli DH5&#945; expressing the recombinant green fluorescent protein (GFPuv) as the nisin-susceptible test organisms. Combining EDTA with nisin increased the bactericidal effect of nisin upon the bacteria examined. A potentially scalable and cost-effective way to purify commercial and biosynthesized in bioreactor nisin, including simultaneously removal of impurities and contaminants, increasing nisin activity, was studied (two phase micellar system). Results indicated that nisin partitions preferentially to the micelle richphase, despite the surfactant concentration tested, and its antimicrobial activity increases. Biological processing of byproducts (milk whey) can be considered one profitable alternative, generating highvalued bioproducts.

Existe um número muito limitado de estudos referentes à produção de componentes antimicrobianos ou bacteriocinas produzidas por espécies de bifidobactérias. Nesse âmbito, o objetivo deste trabalho foi avaliar a produção de bifidobacteriocina em leite desnatado (LD). Para tanto, o estudo foi dividido em três etapas. A primeira etapa constituiu na preparação dos meios de cultura Man, Rogosa e Sharpe (MRS), Bifidus Selective Medium (BSM) e LD suplementado com 1% (p/v) de Tween 80 (T80), Inulina (I) ou Extrato de levedura (YE). Nesta etapa, os processos fermentativos foram conduzidos em shaker, nas condições: 50 rpm/37ºC/48h. Foram realizadas análises de pH, concentração de açúcares e ácidos, crescimento celular e determinação da atividade da bifidobacteriocina pelo método de difusão em ágar contra L. monocytogenes. Na segunda etapa, e baseado nos resultados obtidos, foi desenhado um delineamento composto central (CCD) construído a partir dos seguintes parâmetros: temperatura (34, 37, 40 °C) e concentração de YE (0,5; 1,0; 1,5 g/L). Na terceira etapa do trabalho, foram realizados os cultivos em biorreator de 2 L, contendo 10% de leite desnatado, nas seguintes condições: 200 rpm, 36°C, 2,0 g/L de YE, 48h de incubação em anaerobiose. Obteve-se em LD suplementado com YE (1%), combinado ao método de difusão em placa modificado (prévia refrigeração das placas por 12h), contra L. monocytogenes (2130 AU/mL), com uma fase exponencial de 24h, &#181;m de 0,604/h. A otimização feita através do CCD permitiu atingir níveis de atividade de 3.000 AU/mL a 3.100 AU/mL (ensaios 7, 11 e 14, blocos 3 e 1) contra L. monocytogenes, em condições ótimas de crescimento de YE: 2,0 g/L1 e T°C: 36°C. A análise de regressão mostrou ser estatisticamente significativa a relação entre as variáveis: \"concentração de \"YE e temperatura\". Os resultados indicaram que o leite desnatado é um meio adequado para produção de bifidobacteriocina. / There are few publications that have been reported about bacteriocin production by Bifidobacterium species. Therefore, the aim of this work was measure bacteriocin production in skim milk by B. lactis. Consequently, this work was divided in three stages. First, MRS, BSM and LD medium were tested with additives (Tween 80 (T80), Inuline (I) or Yeast extract (YE)) for bacteriocin production and cellular growth. Fermentation processes were conducted in shaker under specific conditions: 50 rpm/37ºC/48h. pH; sugars; acids; biomass, and bacteriocin activity against L. monocytogenes, L. plantarum, E. coli, L. sakei e S. aureus strains were analyzed . In the second stage, based on the obtained results, a central composite design (CCD) was created using the parameters: temperature (34, 37, 40 ºC), and concentration of YE (0.5, 1.0, 1.5 g/L). After, the activity was measured by two methods of plates pre-diffusion (cooling and addition of Tween 20). Third step consisted of 2 L bioreactor cultivations containing 10% skim milk diluted in 1.5 L of water (6.5 pH), under 200 rpm, 36 ºC, 2.0 g/L of YE, 48h, under anaerobic condition. Finally, the cultures supplemented with LD and YE (1%) with a modified plate diffusion method (cooling plates for 12 h) showed bacteriocin activity against L. monocytogenes (2130 AU/mL) with an exponential phase of 24 h, &#181;m of 0.604/h. The optimization performed using CCD resulted in a higher level of activity 3000 AU/mL to 3100 AU/mL mL (Run 7, 11 and 14, blocks 3 and 1) against L. monocytogenes, also with ideal growth conditions of YE: 2,0 g/L1 and T °C: 36 °C. The pH value varied between 6.4 and 4.0. Concentration of produced acid lactic varied from 3.03 to 4.72 g/L and biomass concentration from 3.4 to 11.1 Lg UFC/mL. Regression analysis was significant to the variables: YE concentration and temperature. Results indicated that skim milk is a proper medium for \"Bifidobacteriocin\" production.

Orientador: Marcelo Cristianini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-08T04:14:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pinho_ClaudiaReginaGoncalves_D.pdf: 1041899 bytes, checksum: 4abceed910cac629edf241b164cb6d5c (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O objetivo deste trabalho foi avaliar a possibilidade da aplicação do processo de homogeneização a ultra alta pressão (HUAP) no processamento de leite desnatado. Inicialmente verificou-se o efeito do processo de HUAP na inativação de Pseudomonas fluorescens, Listeria innocua e Lactobacillus helveticus na faixa de 100 a 300 MPa. Amostras de leite desnatado foram inoculadas de modo a se obter contagens da ordem de 106-107 UFC/mL. Os ensaios referentes a cada um dos microrganismos foram realizados separadamente. Os resultados obtidos indicaram que pressões de 200, 250 e 260 MPa foram capazes de inativar totalmente as cargas inoculadas de Pseudomonas fluorescens, Listeria innocua e Lactobacillus helveticus, respectivamente. Foi avaliado o efeito da HUAP na inativação de esporos de Bacillus stearothermophilus. As amostras foram inoculadas com cerca de 105 esporos/mL de leite. Os resultados demonstraram que pressões de até 300 MPa não foram capazes de causar qualquer redução nas contagens obtidas. Verificou-se também que o processo de homogeneização a ultra alta pressão não afetou de maneira significativa a resistência térmica dos mesmos (p<0,05). Avaliou-se ainda o efeito da utilização de temperaturas de entrada de 45°C e da aplicação de choque térmico (100°C por 15 minutos) antes de submeter as amostras ao processo de HUAP. Nestes ensaios novamente não foram observadas reduções nas contagens de esporos. Testou-se também o efeito de pressões da ordem de 300 MPa na inativação de esporos de Clostridium sporogenes. Mais uma vez não foi verificado qualquer efeito. A seguir, foram realizados testes de inativação das enzimas fosfatase alcalina, lactoperoxidase e da protease produzida por Pseudomonas fluorescens pelo processo de HUAP. Os resultados demonstraram que na faixa de pressões estudada (100 a 300 MPa) a máxima redução verificada na atividade enzimática da lactoperoxidase foi de 28,48% a 300 MPa. Já a fosfatase alcalina apresentou reduções inferiores a 30% em sua atividade na faixa de pressões de 100 a 250 MPa e foi totalmente inativada por pressões iguais ou superiores a 270 MPa. A protease sofreu uma redução de 72,5% no valor de sua atividade nos processos a 300 MPa. Foram determinados os perfis de velocidade no interior da válvula do homogeneizador a ultra alta pressão na faixa de 100 a 300 MPa. Os resultados demonstraram que a velocidade é tanto maior quanto maior a pressão de homogeneização aplicada, sendo que a velocidade máxima obtida foi de 245 m/s na saída do gap da válvula no processo a 300 MPa. Finalmente foram avaliados as alterações de cor (L*a*b*) e viscosidade provocadas pelo processo de HUAP em amostras de leite cru desnatado. Os resultados indicaram que embora as variações nos parâmetros L*, a* e b* detectadas instrumentalmente tenham sido estatisticamente significativas (p<0,05) na maior parte dos casos testados, visualmente as mesmas são imperceptíveis. Com relação à viscosidade, apenas as amostras processadas a 300 MPa diferiram estatisticamente (p<0,05) das demais. Considerando-se os resultados obtidos neste trabalho, a tecnologia de processamento de leite por homogeneização a ultra alta pressão pode ser uma alternativa à indústria de laticínios para aumentar a vida de prateleira durante a estocagem de leite cru anterior a processos de produção de leite UHT, queijos, achocolatados e outros produtos na medida em que diminui consideravelmente as contagens de células vegetativas presentes e inativa parcialmente a protease produzida pelo microrganismo Pseudomonas fluorescens / Abstract: This work aimed to evaluate the use of ultra high pressure homogenization (UHPH) in skim milk processing. Firstly, the effect of UHPH process on inactivation of Pseudomonas fluorescens, Listeria innocua and Lactobacillus helveticus at pressure range from 100 to 300 MPa was studied. Skim milk samples were inoculated in order to obtain 106-107 CFU/mL. Tests of each microorganism were carried out individually. Results showed that pressures of 200, 250 and 260 Mpa were able to inactivate all the 107 CFU/mL initially inoculated of Pseudomonas fluorescens, Listeria innocua and Lactobacillus helveticus, respectively. UHPH effect on Bacillus stearothermophilus spores was also evaluated. Results demonstrated that pressures up to 300 MPa did not cause any reduction on spore counts. It was also verified that UHPH process did not affect in a significantly way (p<0.05) thermal resistance of spores. Effect of high inlet temperatures (45°C) was verified as well as application of thermal chock (100°C - 15min) before submitting samples to UHPH process. At these tests no reductions were observed again. UHPH effect on Clostridium sporogenes spores inactivation was tested. A pressure of 300 MPa was not able cause any reduction on spore counts. Alkaline phosphatase, lactoperoxidase and protease produced by Pseudomonas fluorescens inactivation by UHPH process was also studied. Results showed that at pressure range tested (100 to 300 MPa) maximum lactoperoxidase reduction activity was 28.48% at 300 MPa. Alkaline phosphatase, presented activity reductions smaller than 30% at pressures from 100 to 250 MPa but was totally inactivated at 270 MPa. A reduction of 72.5% on proteolitic enzyme activity was verified after processes at 300 MPa. Velocity profiles at ultra high pressure homogenization valve were determined using CFD (Computational Fluid Dynamics) from 100 to 300 MPa. It was demonstrated that velocity increases with homogenizing pressure. The maximum velocity value obtained was 245 m/s at the outlet of the valve gap during processes at 300 MPa. Finally, the effect of ultra high pressure homogenization process on color (L*a*b*) and viscosity of raw skim milk was studied. Pressures varied from 100 to 300 MPa. Results showed that although variations on L*, a* and b* parameters were statistically significant (p<0.05) at the majority of samples analyzed, visually this was not verified. Only viscosity of samples processed at 300 MPa differed in a statistically significant way from the others (p<0.05). Results from this work indicated that ultra high pressure homogenization processing of milk can be an alternative to dairy industry for increasing shelf life during storage of raw milk prior to production of UHT milk, cheese and other products as it reduces significantly vegetative cells counts and proteolysis due to the protease produced by Pseudomonas fluorescens / Doutorado / Mestre em Tecnologia de Alimentos

O peptídeo antimicrobiano retratado neste trabalho é a nisina, produzido pela bactéria Lactococcus lactis subsp. lactis, um peptídeo estruturalmente composto por 34 aminoácidos, mostra um vasto espectro de atividade inibitória em microrganismos Gram-positivos, Gram-negatios e esporo formadores. O objetivo deste trabalho foi produzir a nisina a partir de células de Lactococcus lactis utilizando soro de leite e leite desnatado como meio de cultivo. Para tanto as células de L. lactis foram desenvolvidas em agitador rotacional (30°C/36 h/100 rpm) e a atividade de nisina, os parâmetros de crescimento e os componentes do meio de cultivo foram analisados. Em leite desnatado, contendo 2,27 9 de sólidos totais, a atividade de nisina foi 20077,05 AU.mL-1 sendo 3 vezes maior em relação ao leite desnatado com 4,54 9 sólidos totais, 8739,77 AU.mL-1 ; e foi 73 vezes maior em relação ao leite desnatado com 1,14 9 sólidos totais, 273,21 AU.mL-1. Osoro de leite utilizado foi doado por uma indústria de lacticínios, em laboratório parte do soro foi tratada de duas formas: (i) filtrado e (ii) esterilizado, e ambos foram utilizados para cultivo das células produtoras de nisina em agitador rotacional 30°C/36 h/100 rpm. Os resultados mostraram que o meio de cultivo composto por soro de leite não filtrado forneceu uma adaptação ao L. lactis, sendo a concentração de nisina obtida 1628 vezes maior que do soro de leite filtrado, 11120,13 e 6,83 mg.L-1 respectivamente. Em relação à atividade de nisina contra Gram-negativos, aumentou-se o efeito bactericida quando adicionada ao EDTA. O comportamento da nisina no sistema micelar de duas fases aquosas foi investigado experimentalmente, demonstrando que a biomolécula alvo pode ser extraída tanto do meio fermentado complexo quanto daslmpurezas presentes na nisina comercial. Nos testes com o sistema micelar de duas fases aquosas, a nisina particionou, preferencialmente, para a fase rica em micelas (coeficiente de partição (KNis) maior que 1,5), ocorrendo um aumento de 1 ciclo logaritimo na concentração inicial de nisina comercial (105 AU, no sistema). Este trabalho reúne os estudos desenvolvidos onde o principal objetivo foi a obtenção da nisina através de meios- de cultivo alternativos, além de sua aplicação e purificação. / Nisin is a natural antimicrobial peptide used as food preservative produced by Lactococcus lactis, that inhibits the outgrowth of spores, the growth of a variety of Gram-positive and Gram-negative bacteria. Applications of this bacteriocin include dental care products pharmaceutical products such as stomach ulcers and colon infection treatment and potencial birth control. This study aims to evaluate growth conditions for L. lactis as well as the effect in nisin production when utilizing milk whey and skimmed milk. Lactococcus lactis ATCC 11454 was developed in a rotatory shaker (30°C/36 h/100 rpm) in diluted skimmed milk and nisin expression, growth parameters and media components were also studied. Nisin expression in skimmed milk 2.27 9 total solids (20077.05 AU.mL-1) was up to 3-fold higher than transfers in skimmed milk 4.54 9 total solids (8739.77 AU.mL-1) and was up to 85-fold higher than transfers in skimmed milk 1.14 9 total solids (273.21 AU.mL-1). Milk whey, abyproduct from dairy industries, was utilized in two different ways (i) without filtration, autoclaved at 121°C for 30 min and (ii) filtrated (1.20 &#181;m and 0.22 &#181;m membrane filter), L. lactis was developed in a rotary shaker (30°C/36 h/100 rpm) and these cultures were transferred five times using 5 mL aliquots of broth culture for each new volume of the respective media. The results showed that culture media composed by milk whey without filtration was better for L. lactis in its adaptation than milk whey without filtration. Nisin titers, in milk whey without filtration, was 11120.13 mg.L-1 in 2nd transfer, and Up to 1628-fold higher than the filtrated milk whey, 6.83 mg.L-1 in 1st transfer. Nisin activity was assayed by the agar diffusion method using Lactobacillus sakei ATCC 15521 and a recombinant Escherichia coli DH5&#945; expressing the recombinant green fluorescent protein (GFPuv) as the nisin-susceptible test organisms. Combining EDTA with nisin increased the bactericidal effect of nisin upon the bacteria examined. A potentially scalable and cost-effective way to purify commercial and biosynthesized in bioreactor nisin, including simultaneously removal of impurities and contaminants, increasing nisin activity, was studied (two phase micellar system). Results indicated that nisin partitions preferentially to the micelle richphase, despite the surfactant concentration tested, and its antimicrobial activity increases. Biological processing of byproducts (milk whey) can be considered one profitable alternative, generating highvalued bioproducts.