Neste trabalho foram preparados filmes biodegradáveis de poli(butileno adipato-co-tereftalato) (PBAT) com incorporação de um aditivo antimicrobiano (nisina), utilizando três diferentes metodologias. A primeira consiste na preparação dos filmes contendo nisina a partir do processamento no estado fundido utilizando uma extrusora dupla-rosca. A segunda fundamenta-se na preparação dos filmes utilizando a técnica de eletrofiação. Já a terceira, consiste na preparação de filmes bicamada como materiais de embalagens ativas. A morfologia destes filmes foi avaliada, bem como, as propriedades térmicas, estruturais, mecânicas e antimicrobianas. Além disso, a biodegradabilidade dos filmes extrudados foi investigada. As micrografias para todas as metodologias mostraram que a nisina apresentou-se bem dispersa na matriz do polímero, apresentando alguns aglomerados em amostras com maiores concentrações do aditivo. A temperatura de transição vítrea (Tg) e a temperatura de fusão (Tm) não foram afetadas pela incorporação da nisina nos filmes. A adição da nisina não causou modificação na resistência à tração dos filmes, por outro lado, a presença da bacteriocina causou uma pequena diminuição no alongamento na ruptura para as amostras mais concentradas de nisina quando comparadas àquelas do polímero puro. O módulo elástico foi alterado com a adição de nisina nos filmes, sugerindo uma leve redução na rigidez destes materiais. Os filmes ativos demonstraram inibição contra a bactéria Gram-positiva Listeria monocytogenes. A atividade antimicrobiana dos filmes foi investigada em soluções simulantes de alimentos e todas as amostras foram mais ativas em soluções contendo o surfactante Tween 20 ou ácido acético, aumentando até 48 h. A presença da nisina aumentou as propriedades de barreira ao oxigênio para os filmes de PBAT/nisina. A evolução da biodegradação pôde ser confirmada logo no decorrer de 30 dias, os filmes apresentavam indícios de biodegradação e mudança de coloração (manchas marrons) que indicam a ação de fungos. Os filmes bicamada apresentaram propriedades mecânicas elevadas em função da combinação dos filmes extrudados e eletrofiados. Por conseguinte, os filmes de PBAT/nisina apresentaram resultados promissores, indicando que estes novos materiais podem ser possivelmente empregados como materiais de embalagem ativa na indústria de alimentos visando o melhoramento da segurança alimentar e prolongando a vida de prateleira do produto embalado. / In this study biodegradable films were developed composed by poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT) using an antimicrobial additive (nisin) at different concentrations through three different methodologies. In the first method, films were prepared from the melt processing technique using a twin-screw extruder. The second method was based on electrospinning technique. Finally, the third methodology consists of the preparation of active bilayer films composed by extruded and electrospun matrices. The film morphology was evaluated, as well as the structural, mechanical, thermal and antimicrobial properties. Furthermore, the biodegradability of the extruded films was investigated. The micrographs for films processed by extrusion and electrospinning showed that nisin was well dispersed in the polymer matrix, presenting some agglomerates when the nisin concentration was increased. The glass transition temperature (Tg) and melting temperature (Tm) were not affected by nisin incorporation. Besides, the addition of nisin did not change the tensile strength of the films. However, the presence of nisin in higher concentration caused a decrease in elongation at break. The Young’s modulus changed with presence of nisin, suggesting a slight reduction in stiffness of these materials. The active films demonstrated inhibition against Gram-positive bacteria Listeria monocytogenes. Antimicrobial activity of the films was investigated in food simulant solutions, all samples were more active in the surfactant solutions containing Tween 20 or acetic acid, increasing until 48 h. The presence of nisin increased oxygen barrier properties to PBAT/nisin films. The biodegradation was detected after 30 days, when the films showed changes on visual aspect, then confirming the fungi action. The bilayer films showed high mechanical properties due to the synergism of the films. Therefore, PBAT/nisin films showed promising results, indicating that these new materials may be possible used as active packaging materials in food industry aiming enhanced food safety and extending the shelf life of the packaged product.

Infecções por Listeria monocytogenes têm sido frequentemente relatadas em vários casos de surtos de infecção alimentar pelo mundo. Logo, a preocupação em tornar produtos alimentares de larga escala livres destes patógenos tem aumentado ao longo dos anos. Uma das estratégias mais eficazes são a utilização de bacteriocinas como agentes conservantes, prevenindo a multiplicação bacteriana durante os processos de fabricação, estocagem e distribuição dos produtos. A nisina é uma das bacteriocinas mais conhecidas, sendo empregada na indústria alimentícia por muitos anos. Seu mecanismo de atividade antimicrobiana principal é através da formação de um complexo, juntamente com um precursor de parede celular (lipídio II), que formam poros na membrana celular, causando o extravasamento de conteúdos celulares vitais e a perda de estabilidade eletrolítica, levando à morte celular. Entretanto, algumas evidências apontam para mecanismos alternativos, mas ainda desconhecidos, de morte celular. Uma das abordagens interessantes é por meio da análise dos processos celulares (comparado a uma condição não tratada com nisina) através de metodologias proteômicas. Os cultivos bacterianos foram tratados com concentrações subletais de nisina e os extratos proteicos foram processados em espectrometria de massas em tandem acoplado a um sistema de cromatografia líquida (LC-MS/MS). Os resultados mostraram expressão diferencial de algumas proteínas que atuam contra o estresse oxidativo, como a catalase e proteínas de armazenamento de íons ferrosos. Também verificou-se a superexpressão de uma HSP, a qual pode alterar o dobramento correto de algumas proteínas como a de divisão celular FtsZ. Por fim, a subexpressão de uma chaperona responsável pelo correto dobramento das penicillin binding proteins (PBPs) e a superexpressão de enzimas responsáveis pela síntese de lipídios precursores da membrana celular podem apontar para um sistema de divisão celular alternativo, agindo provavelmente como uma resposta à presença de membranas cobertas por complexos nisina e lipídio II. / Listeria monocytogenes infections have been frequently reported in many food poisoning outbreaks around the world. Therefore, the concern about protecting largely-scale food products from these pathogens has been rising over the years. One of the most efficient strategies is using bacteriocins as a conserving agent, preventing the growth of pathogenic bacteria during the production, storage and distribution of the product. Nisin is a well-known bacteriocin, which has been applied in the food industry for many years. Its main antimicrobial mechanism is based in forming a cell membrane pore creator complex, which coupled with a cell wall precursor (lipid II), leads to the leakage of essential cell life compounds and the loss of electrolytic stability, causing the cell death. However, recent evidences lead to an alternative, but still unknown, cell death mechanism. One interesting approach is analyzing the cell processes (compared to a non-nisin treated condition) by a proteomic approach. The L. monocytogenes cells were treated with a sublethal concentration of nisin and the protein extracts were ran through a tandem mass spectrometry attached to a liquid chromatography system (LC-MS/MS). The results showed differential expression of some agents against oxidative stress such as catalase and ferrous ions storage proteins. Furthermore, it had also presented upregulation of a HSP which can alter the correct folding of other proteins, such as the FtsZ cell division protein. Finally, the downregulation of a chaperone that is responsible of the correct folding of penicillin binding proteins (PBPs) and the superexpression of some enzymes related to the production of cell membrane lipids could point out to a different bacterial cell division system, acting probably as a response to the nisin-lipid II complexes covered cell membranes.

SOARES, C. E. A. Caracterização estrutural e potencial da galactomanana de Adenanthera pavonina L. como matéria-prima para produção de filmes comestíveis bioativos. 2009. 261 f. Tese (Doutorado em Bioquímica) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2009. / Submitted by Francisco Lacerda (lacerda@ufc.br) on 2014-11-04T22:37:56Z No. of bitstreams: 1 2009_tese_ceasoares.pdf: 2754023 bytes, checksum: cbaa3472d8afb20346b1fe52025a22dc (MD5) / Approved for entry into archive by José Jairo Viana de Sousa(jairo@ufc.br) on 2014-11-11T22:41:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_tese_ceasoares.pdf: 2754023 bytes, checksum: cbaa3472d8afb20346b1fe52025a22dc (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-11T22:41:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_tese_ceasoares.pdf: 2754023 bytes, checksum: cbaa3472d8afb20346b1fe52025a22dc (MD5) Previous issue date: 2009 / In this thesis work, bioactive edible films were produced by using a galactomannan-starch-nisi blend. The galactomannan from the endosperm of seeds of Adenanthera pavonina was extracted and the fine structure of the gum endospermic was studied by NMR techniques. The reason M / G (= 1.46) was determined and its structure is in agreement with those reported in the literature for galactomannans. Study of IR data supported the NMR data obtained in this work. This galactomannan showed rheological behavior typical of seed gums. Gelatinized corn starch was used to produce blends with the galactomannans. In rheological tests, the force applied to the flow curves to the dispersion of gelatinized corn starch and mixtures of starch-galactomannan did not adequately characterize these polymer systems in solution. The oscillatory tests, in turn, were more sensitive to detect differences between the different systems evaluated allowing for a more appropriate characterization. The construction of the sorption isotherms was an interesting approach to characterize edible films produced from blends of systems of polysaccharides and starch-galactomannan-nisin blend. Significant differences were detected in these films and have to relate the behavior of water to the structural arrangement of various edible films produced. The humidity was as dependent on key parameters measured in films such as temperature and content of glycerol. The hysteresis phenomenon was shown to the edible films of starch galactomannan blend. Finally, the mathematical model of sorption described by the G.A.B. equation is suggested as one that best represents the data obtained in experimental conditions tested here. Thermal stability curves obtained by DSC for galactomannan and edible films which produced without and with the antimicrobial agent nisin, led to associate the data with those obtained by aw,corroborating, in thecase of the film containing nisin, the antimicrobial contributes to an increased hydration of the edible film. The presence of nisin in edible films produced with the starchgalactomannan blend and glycerol reduced the growth of L. monocitogenes, reducing the number of colony-forming units and acting as a barrier to contamination. The study of action of nisin through the test of the inhibition zone and the bioassay enabled characterization of the edible films through the using of good techniques. Finally, more studies should be conducted to determine whether additional changes in the composition or the structure of the films could modify the antimicrobial activity due to inactivation of nisin or altering its release. / Neste trabalho de Tese, filmes comestíveis bioativos foram produzidos a partir da blenda galactomanana-amido-nisina. A galactomanana do endosperma de sementes de Adenanthera pavonina foi extraída e sua estrutura fina foi estudada através de técnicas de RMN. Sua razão M/G (=1,46) determinada e sua estrutura estão de acordo com o que foi relatado na literatura para galactomananas. Estudo de IR corroboram os dados de RMN obtidos nesse trabalho. Essa galactomanana apresentou comportamento reológico típico de gomas de sementes. Amido de milho gelatinizado foi empregado para produzir blendas com a galactomanana. Nos testes reológicos, o esforço aplicado para curvas de escoamento da dispersão de amido de milho gelatinizado e das misturas de galactomanana-amido não permitiu caracterizar adequadamente esses sistemas de polímeros em solução. Os ensaios oscilatórios, por sua vez, foram mais sensíveis para detectar as diferenças entre os distintos sistemas avaliados permitindo uma caracterização de maneira mais adequada. A construção de isotermas de sorção foi numa abordagem interessante para caracterizar filmes comestíveis produzidos a partir dos sistemas de blendas de polissacarídeos e do complexo galactomanana-amido-nisina. Diferenças significativas foram detectadas nesses filmes e permitiram relacionar o comportamento da água ao arranjo estrutural dos diferentes filmes comestíveis produzidos. A umidade foi observada como dependente de importantes parâmetros avaliados nos filmes, tais como a temperatura e o conteúdo de glicerol. O fenômeno da histerese foi evidenciado para os filmes comestíveis da blenda galactomanana-amido. Finalmente, o modelo matemático de sorção descrito pela equação G.A.B. é sugerido como aquele que melhor representa os dados obtidos nas condições experimentais testadas aqui. As curvas de estabilidade térmica obtidas por DSCl para a galactomanana e os filmes comestíveis, produzidos sem o antimicrobiano e contendo a nisina, permitiram associar os dados de DSC aos obtidos pelas medias de aw, corroborando, no caso do filme contendo nisina, que o antimicrobiano contribui para uma maior hidratação do filme comestível. A presença de nisina nos filmes comestíveis produzidos com a blenda galactomanana-amido e glicerol reduziu o crescimento de L. monocitogenes, diminuindo o número de unidades formadoras de colônias e atuando como barreira para a contaminação. O estudo da ação da nisina através do teste do halo de inibição e do bioensaio permitiu caracterizar os filmes comestíveis através do uso de técnicas satisfatórias. Finalmente, mais estudos devem ser conduzidos a fim de determinar se mudanças adicionais na composição ou na estrutura dos filmes poderiam modificar a atividade antimicrobiana devido à inativação da nisina ou alterando sua liberação.

Neste trabalho foram preparados filmes biodegradáveis de poli(butileno adipato-co-tereftalato) (PBAT) com incorporação de um aditivo antimicrobiano (nisina), utilizando três diferentes metodologias. A primeira consiste na preparação dos filmes contendo nisina a partir do processamento no estado fundido utilizando uma extrusora dupla-rosca. A segunda fundamenta-se na preparação dos filmes utilizando a técnica de eletrofiação. Já a terceira, consiste na preparação de filmes bicamada como materiais de embalagens ativas. A morfologia destes filmes foi avaliada, bem como, as propriedades térmicas, estruturais, mecânicas e antimicrobianas. Além disso, a biodegradabilidade dos filmes extrudados foi investigada. As micrografias para todas as metodologias mostraram que a nisina apresentou-se bem dispersa na matriz do polímero, apresentando alguns aglomerados em amostras com maiores concentrações do aditivo. A temperatura de transição vítrea (Tg) e a temperatura de fusão (Tm) não foram afetadas pela incorporação da nisina nos filmes. A adição da nisina não causou modificação na resistência à tração dos filmes, por outro lado, a presença da bacteriocina causou uma pequena diminuição no alongamento na ruptura para as amostras mais concentradas de nisina quando comparadas àquelas do polímero puro. O módulo elástico foi alterado com a adição de nisina nos filmes, sugerindo uma leve redução na rigidez destes materiais. Os filmes ativos demonstraram inibição contra a bactéria Gram-positiva Listeria monocytogenes. A atividade antimicrobiana dos filmes foi investigada em soluções simulantes de alimentos e todas as amostras foram mais ativas em soluções contendo o surfactante Tween 20 ou ácido acético, aumentando até 48 h. A presença da nisina aumentou as propriedades de barreira ao oxigênio para os filmes de PBAT/nisina. A evolução da biodegradação pôde ser confirmada logo no decorrer de 30 dias, os filmes apresentavam indícios de biodegradação e mudança de coloração (manchas marrons) que indicam a ação de fungos. Os filmes bicamada apresentaram propriedades mecânicas elevadas em função da combinação dos filmes extrudados e eletrofiados. Por conseguinte, os filmes de PBAT/nisina apresentaram resultados promissores, indicando que estes novos materiais podem ser possivelmente empregados como materiais de embalagem ativa na indústria de alimentos visando o melhoramento da segurança alimentar e prolongando a vida de prateleira do produto embalado. / In this study biodegradable films were developed composed by poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT) using an antimicrobial additive (nisin) at different concentrations through three different methodologies. In the first method, films were prepared from the melt processing technique using a twin-screw extruder. The second method was based on electrospinning technique. Finally, the third methodology consists of the preparation of active bilayer films composed by extruded and electrospun matrices. The film morphology was evaluated, as well as the structural, mechanical, thermal and antimicrobial properties. Furthermore, the biodegradability of the extruded films was investigated. The micrographs for films processed by extrusion and electrospinning showed that nisin was well dispersed in the polymer matrix, presenting some agglomerates when the nisin concentration was increased. The glass transition temperature (Tg) and melting temperature (Tm) were not affected by nisin incorporation. Besides, the addition of nisin did not change the tensile strength of the films. However, the presence of nisin in higher concentration caused a decrease in elongation at break. The Young’s modulus changed with presence of nisin, suggesting a slight reduction in stiffness of these materials. The active films demonstrated inhibition against Gram-positive bacteria Listeria monocytogenes. Antimicrobial activity of the films was investigated in food simulant solutions, all samples were more active in the surfactant solutions containing Tween 20 or acetic acid, increasing until 48 h. The presence of nisin increased oxygen barrier properties to PBAT/nisin films. The biodegradation was detected after 30 days, when the films showed changes on visual aspect, then confirming the fungi action. The bilayer films showed high mechanical properties due to the synergism of the films. Therefore, PBAT/nisin films showed promising results, indicating that these new materials may be possible used as active packaging materials in food industry aiming enhanced food safety and extending the shelf life of the packaged product.

Infecções por Listeria monocytogenes têm sido frequentemente relatadas em vários casos de surtos de infecção alimentar pelo mundo. Logo, a preocupação em tornar produtos alimentares de larga escala livres destes patógenos tem aumentado ao longo dos anos. Uma das estratégias mais eficazes são a utilização de bacteriocinas como agentes conservantes, prevenindo a multiplicação bacteriana durante os processos de fabricação, estocagem e distribuição dos produtos. A nisina é uma das bacteriocinas mais conhecidas, sendo empregada na indústria alimentícia por muitos anos. Seu mecanismo de atividade antimicrobiana principal é através da formação de um complexo, juntamente com um precursor de parede celular (lipídio II), que formam poros na membrana celular, causando o extravasamento de conteúdos celulares vitais e a perda de estabilidade eletrolítica, levando à morte celular. Entretanto, algumas evidências apontam para mecanismos alternativos, mas ainda desconhecidos, de morte celular. Uma das abordagens interessantes é por meio da análise dos processos celulares (comparado a uma condição não tratada com nisina) através de metodologias proteômicas. Os cultivos bacterianos foram tratados com concentrações subletais de nisina e os extratos proteicos foram processados em espectrometria de massas em tandem acoplado a um sistema de cromatografia líquida (LC-MS/MS). Os resultados mostraram expressão diferencial de algumas proteínas que atuam contra o estresse oxidativo, como a catalase e proteínas de armazenamento de íons ferrosos. Também verificou-se a superexpressão de uma HSP, a qual pode alterar o dobramento correto de algumas proteínas como a de divisão celular FtsZ. Por fim, a subexpressão de uma chaperona responsável pelo correto dobramento das penicillin binding proteins (PBPs) e a superexpressão de enzimas responsáveis pela síntese de lipídios precursores da membrana celular podem apontar para um sistema de divisão celular alternativo, agindo provavelmente como uma resposta à presença de membranas cobertas por complexos nisina e lipídio II. / Listeria monocytogenes infections have been frequently reported in many food poisoning outbreaks around the world. Therefore, the concern about protecting largely-scale food products from these pathogens has been rising over the years. One of the most efficient strategies is using bacteriocins as a conserving agent, preventing the growth of pathogenic bacteria during the production, storage and distribution of the product. Nisin is a well-known bacteriocin, which has been applied in the food industry for many years. Its main antimicrobial mechanism is based in forming a cell membrane pore creator complex, which coupled with a cell wall precursor (lipid II), leads to the leakage of essential cell life compounds and the loss of electrolytic stability, causing the cell death. However, recent evidences lead to an alternative, but still unknown, cell death mechanism. One interesting approach is analyzing the cell processes (compared to a non-nisin treated condition) by a proteomic approach. The L. monocytogenes cells were treated with a sublethal concentration of nisin and the protein extracts were ran through a tandem mass spectrometry attached to a liquid chromatography system (LC-MS/MS). The results showed differential expression of some agents against oxidative stress such as catalase and ferrous ions storage proteins. Furthermore, it had also presented upregulation of a HSP which can alter the correct folding of other proteins, such as the FtsZ cell division protein. Finally, the downregulation of a chaperone that is responsible of the correct folding of penicillin binding proteins (PBPs) and the superexpression of some enzymes related to the production of cell membrane lipids could point out to a different bacterial cell division system, acting probably as a response to the nisin-lipid II complexes covered cell membranes.

Neste trabalho foram preparados filmes biodegradáveis de poli(butileno adipato-co-tereftalato) (PBAT) com incorporação de um aditivo antimicrobiano (nisina), utilizando três diferentes metodologias. A primeira consiste na preparação dos filmes contendo nisina a partir do processamento no estado fundido utilizando uma extrusora dupla-rosca. A segunda fundamenta-se na preparação dos filmes utilizando a técnica de eletrofiação. Já a terceira, consiste na preparação de filmes bicamada como materiais de embalagens ativas. A morfologia destes filmes foi avaliada, bem como, as propriedades térmicas, estruturais, mecânicas e antimicrobianas. Além disso, a biodegradabilidade dos filmes extrudados foi investigada. As micrografias para todas as metodologias mostraram que a nisina apresentou-se bem dispersa na matriz do polímero, apresentando alguns aglomerados em amostras com maiores concentrações do aditivo. A temperatura de transição vítrea (Tg) e a temperatura de fusão (Tm) não foram afetadas pela incorporação da nisina nos filmes. A adição da nisina não causou modificação na resistência à tração dos filmes, por outro lado, a presença da bacteriocina causou uma pequena diminuição no alongamento na ruptura para as amostras mais concentradas de nisina quando comparadas àquelas do polímero puro. O módulo elástico foi alterado com a adição de nisina nos filmes, sugerindo uma leve redução na rigidez destes materiais. Os filmes ativos demonstraram inibição contra a bactéria Gram-positiva Listeria monocytogenes. A atividade antimicrobiana dos filmes foi investigada em soluções simulantes de alimentos e todas as amostras foram mais ativas em soluções contendo o surfactante Tween 20 ou ácido acético, aumentando até 48 h. A presença da nisina aumentou as propriedades de barreira ao oxigênio para os filmes de PBAT/nisina. A evolução da biodegradação pôde ser confirmada logo no decorrer de 30 dias, os filmes apresentavam indícios de biodegradação e mudança de coloração (manchas marrons) que indicam a ação de fungos. Os filmes bicamada apresentaram propriedades mecânicas elevadas em função da combinação dos filmes extrudados e eletrofiados. Por conseguinte, os filmes de PBAT/nisina apresentaram resultados promissores, indicando que estes novos materiais podem ser possivelmente empregados como materiais de embalagem ativa na indústria de alimentos visando o melhoramento da segurança alimentar e prolongando a vida de prateleira do produto embalado. / In this study biodegradable films were developed composed by poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT) using an antimicrobial additive (nisin) at different concentrations through three different methodologies. In the first method, films were prepared from the melt processing technique using a twin-screw extruder. The second method was based on electrospinning technique. Finally, the third methodology consists of the preparation of active bilayer films composed by extruded and electrospun matrices. The film morphology was evaluated, as well as the structural, mechanical, thermal and antimicrobial properties. Furthermore, the biodegradability of the extruded films was investigated. The micrographs for films processed by extrusion and electrospinning showed that nisin was well dispersed in the polymer matrix, presenting some agglomerates when the nisin concentration was increased. The glass transition temperature (Tg) and melting temperature (Tm) were not affected by nisin incorporation. Besides, the addition of nisin did not change the tensile strength of the films. However, the presence of nisin in higher concentration caused a decrease in elongation at break. The Young’s modulus changed with presence of nisin, suggesting a slight reduction in stiffness of these materials. The active films demonstrated inhibition against Gram-positive bacteria Listeria monocytogenes. Antimicrobial activity of the films was investigated in food simulant solutions, all samples were more active in the surfactant solutions containing Tween 20 or acetic acid, increasing until 48 h. The presence of nisin increased oxygen barrier properties to PBAT/nisin films. The biodegradation was detected after 30 days, when the films showed changes on visual aspect, then confirming the fungi action. The bilayer films showed high mechanical properties due to the synergism of the films. Therefore, PBAT/nisin films showed promising results, indicating that these new materials may be possible used as active packaging materials in food industry aiming enhanced food safety and extending the shelf life of the packaged product.

Infecções por Listeria monocytogenes têm sido frequentemente relatadas em vários casos de surtos de infecção alimentar pelo mundo. Logo, a preocupação em tornar produtos alimentares de larga escala livres destes patógenos tem aumentado ao longo dos anos. Uma das estratégias mais eficazes são a utilização de bacteriocinas como agentes conservantes, prevenindo a multiplicação bacteriana durante os processos de fabricação, estocagem e distribuição dos produtos. A nisina é uma das bacteriocinas mais conhecidas, sendo empregada na indústria alimentícia por muitos anos. Seu mecanismo de atividade antimicrobiana principal é através da formação de um complexo, juntamente com um precursor de parede celular (lipídio II), que formam poros na membrana celular, causando o extravasamento de conteúdos celulares vitais e a perda de estabilidade eletrolítica, levando à morte celular. Entretanto, algumas evidências apontam para mecanismos alternativos, mas ainda desconhecidos, de morte celular. Uma das abordagens interessantes é por meio da análise dos processos celulares (comparado a uma condição não tratada com nisina) através de metodologias proteômicas. Os cultivos bacterianos foram tratados com concentrações subletais de nisina e os extratos proteicos foram processados em espectrometria de massas em tandem acoplado a um sistema de cromatografia líquida (LC-MS/MS). Os resultados mostraram expressão diferencial de algumas proteínas que atuam contra o estresse oxidativo, como a catalase e proteínas de armazenamento de íons ferrosos. Também verificou-se a superexpressão de uma HSP, a qual pode alterar o dobramento correto de algumas proteínas como a de divisão celular FtsZ. Por fim, a subexpressão de uma chaperona responsável pelo correto dobramento das penicillin binding proteins (PBPs) e a superexpressão de enzimas responsáveis pela síntese de lipídios precursores da membrana celular podem apontar para um sistema de divisão celular alternativo, agindo provavelmente como uma resposta à presença de membranas cobertas por complexos nisina e lipídio II. / Listeria monocytogenes infections have been frequently reported in many food poisoning outbreaks around the world. Therefore, the concern about protecting largely-scale food products from these pathogens has been rising over the years. One of the most efficient strategies is using bacteriocins as a conserving agent, preventing the growth of pathogenic bacteria during the production, storage and distribution of the product. Nisin is a well-known bacteriocin, which has been applied in the food industry for many years. Its main antimicrobial mechanism is based in forming a cell membrane pore creator complex, which coupled with a cell wall precursor (lipid II), leads to the leakage of essential cell life compounds and the loss of electrolytic stability, causing the cell death. However, recent evidences lead to an alternative, but still unknown, cell death mechanism. One interesting approach is analyzing the cell processes (compared to a non-nisin treated condition) by a proteomic approach. The L. monocytogenes cells were treated with a sublethal concentration of nisin and the protein extracts were ran through a tandem mass spectrometry attached to a liquid chromatography system (LC-MS/MS). The results showed differential expression of some agents against oxidative stress such as catalase and ferrous ions storage proteins. Furthermore, it had also presented upregulation of a HSP which can alter the correct folding of other proteins, such as the FtsZ cell division protein. Finally, the downregulation of a chaperone that is responsible of the correct folding of penicillin binding proteins (PBPs) and the superexpression of some enzymes related to the production of cell membrane lipids could point out to a different bacterial cell division system, acting probably as a response to the nisin-lipid II complexes covered cell membranes.

Orientador: Ranulfo Monte Alegre / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-28T01:39:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ChaconAlvarez_David_M.pdf: 13715942 bytes, checksum: 118d396c99c9a62e1d2e2bba869b866b (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: No presente trabalho foi usado um planejamento fatorial completo 23 com ponto central para estudar o processo de obtenção de nisina a partir de Lactococcus lactis sp. com aplicação de campo magnético, utilizando como substrato, lactose na forma de permeado de soro de queijo. A Nisina é a única substância antibacterial com "status" legal produzida a partir de bácterias lácticas. É amplamente utilizada em conservação de alimentos, bebidas e produtos enlatados e seu uso é permitido em 47 países, incluindo o Brasil. Embora o seu uso tenha sido inicialmente restrito a alguns tipos de queijos pasteurizados, pesquisas recentes encontram novas aplicações na medicina e na veterinária. Baseados em experiências anteriores obtidas com a aplicação de técnicas do Bioeletromagnetismo em processos fermentativos, foi aplicado o campo magnético no processo de obtenção de nisina. Foram avaliados os efeitos dos fatores: indução magnética (B), tempo de tratamento magnético (t) e velocidade do reciclo celular (v) no endimento do bioprocesso. A utilização do campo magnético neste processo permitiu aumentar os níveis de produção de biomassa em 1,66 vezes e a produção de nisina de 2,42 a 2,75 vezes, quando comparado com o processo convencional. As variáveis estudadas no processo exibiram comportamento não linear. / Abstract: In the present work a 23 complete factorial design with central point was used to study the process of nisina obtention using Lactococcus lactis sp. with application of magnetic field, using as substrate, lactose in the form of cheese whey permeate. Nisina is the only antibacterial substance with "legal status" produced from lactic bacteria. It is used thoroughly in conservation of victuals, drinks and canned products and its use is allowed in 47 countries induding Brazil. A1though its use has been initially restricted for some types of pasteurized cheeses, recent researches find new applications in the medicine and the veterinary. Based on previous experiences obtained with the application of techniques of Bioelectromagnetismin process fermentative, the magnetic field was applied in the process of nisina obtention. The effects of the factors: magnetic induction (B), time of magnetic treatment (t) and flow rate in the recyde cellular (v), were evaluated in the yield of the bioprocess. The use of the magnetic fie1d in this process allowed to increase the levels of biomass production in 1,66 times and the nisina production from 2,42 to 2,75 times, when compared with the conventional processo The variables answers studied in the process exhibited non linear behavior. / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Pilar R. de Massaguer / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-19T02:09:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mohallem_MariadeLourdes_M.pdf: 5416429 bytes, checksum: 194b9c9d51d7542051031baf8d942e81 (MD5) Previous issue date: 1994 / Resumo: O presente trabalho propôs estabelecer os parâmetros do processamento térmico utilizando-se a nisina como coadjuvante térmico no homogeneizado de cogumelos em salmoura 1,5% {p/v) pH 6,2 (HC). 0 meio HC simula uma conserva comercial não acidificada. O microrganismo alvo da destruição termoquímica foi o Bacillus stearothermophilus FS 1518. Seus esporos foram obtidos à partir de uma solução estoque e produzidos no meio Agar Nutriente {AN) contendo 5 ppm de sulfato de manganês {PFLUG, 1982}. Esta metodologia mostrou-se mais eficaz que aquela preconizada por KIM & NAYLOR (1966) . A ativação ótima para a germinação foi determinada e ficou estabelecida como 5 minutos à temperatura de ebulição nos meios de subcultura estudados. O meio Caldo Nutriente (CN) foi eleito para estudar o efeito da nisina na germinação e no crescimento pó-germinativo porque melhor se adequou ao método espectrofotométrico de redução de absorbância. Constatou-se que a nisina não inibe a germinação destes esporos. Sua inibição é posterior à germinação. Concentrações de nisina maior ou igual a 50 UI/ml inibiram a crescimento pós-germinativo. A Menor Concentração Inibitória (MCI} de nisina para as células de B. stearothermophilus FS 1518, em uma população de 106 UFC/ml, foi de 50 UI/ml. A metade da MCI foi adicionada no meio HC inoculado com os esporos para a determinação da sua resistência térmica. A redução da resistência térmica, empregando-se o meio AN para a subcultura, foi de 19, 36 e 44% nas temperaturas de 125°, 121º e 118ºC respectivamente. O índice de temperatura encontrado foi 11,66 e 9,15 com e sem nisina, respectivamente. O valor de esterilização requerido para causar 5 reduções decimais a partir de uma população de 7000 esporos/250g produto decresceu, aproximadamente, em 36% à temperatura de 121 ºC com a nisina. Estes dados comprovam a sua eficiência na redução da resistência térmica destes esporos, quando inoculados no mexo HC e nos fornece o valor de esterilização requerido para o processamento desta conserva nestas condições / Abstract: The present work intended to establish the microbiological parameters for process using nisin as a thermal adjuvant in a homogenate of mushrooms in brine 1.5 per cent (p/v) pH 6.2 (HM). The HM simulates a low-acid processed product. The target microorganism for the thermo-chemical destruction was Bacillus stearotherraophilus FS 1518. The spore suspension was obtained from a stock suspension and produced in Nutrient Agar (NA) supplemented with 5 ppm of Manganese Sulfate (PFLUG, 1982). This methodology showed to be more efficient than the one standardized by KIM & NAYLOE (1966). It was determined the optimum conditions of activation for germination on the subculture medium studied. It was found that the optimum activation time was 5 minutes at boiling temperature. Nutrient Broth was chosen as the culture medium to study the effect of nisin on the germination and post-germinative growth, because it showed to be the most adequate to the spectrophotometry method of absorbance reduction. It was observed that nisin does not inhibit germination of such spores. Its inhibiting action occurs after the germination phase. Nisin Minimum Inhibitory Concentration (MIC) for B. stearothermophilus FS 1518 in apopulation of 106 CFU/ml was 50 UI/ml. Half of this MIC was added to the HM medium previously innoculated with the spores to determine its thermo-chemical resistance. The thermo-chemical resistance reduction using HA medium for subculturing was 19, 36 and 44 per cent for temperatures of 125, 121 and 118°C, respectively. The Z-value found was 11.66 and 9.15"C with and without nisin, respectively. The sterilization value required (F) to cause 5 decimal reduction on the initial population of 7000 spores per 250 g of product decreased approximately 36 per cent at 121ºC with nisin. These data prove the efficiency of nisin in reducing the thermal resistance of such spores when inoculated in HM medium, and it also provides the F-value for processing the product in the studied conditions. / Mestrado / Mestre em Ciência de Alimentos

Amido nativo (AN) extraído das sementes de pinhão foi modificado por duas metodologias: hidrólise ácida (AHA) e ultrassom (AUS). As três amostras – AN, AHA e AUS - foram submetidas à secagem em spray dryer. Efetuaram-se análises de composição centesimal, características reológicas e morfologia por microscopia eletrônica de varredura. As moléculas de amido modificado por ondas ultrassônicas e por hidrólise ácida atingiram tamanho nanométrico, representando redução de aproximadamente 97% e 99,85%, respectivamente. As três amostras foram significativamente diferentes em relação ao teor de amido e amilose, ao percentual de sinérese e a colorimetria. A amostra AHA diferiu das demais em termos de solubilidade (mais solúvel), higroscopicidade (mais higroscópica) e claridade de pasta (mais translúcida). As amostras AN e AUS tiveram suas cargas aparentes modificadas com adição de anidrido succínico para a incorporação de nisina através da atração eletrostática. Alíquotas dessas amostras foram dispostas em placas com ágar BHI previamente inoculadas com Listeria monocytogenes. Estas foram mantidas em diferentes temperaturas, 4 e 37ºC. A avaliação da atividade antimicrobiana foi medida através do halo de inibição. As placas armazenadas a temperatura mais baixa apresentaram maior atividade no decorrer dos 21 dias quando comparadas as mantidas a 37ᵒC. Neste estudo pode-se observar que as modificações realizadas nas moléculas de amido pinhão atingiram escala nanométrica e que a incorporação de nisina na superfície destas foi eficaz, resultando na inibição da L. monocytogenes através da formação de halos de inibição. / Native starch (AN) extracted from the seeds of pinhão was modified by two methods: acid hydrolysis (AHA) and ultrasound (AUS). The three samples - AN, AHA and AUS - were subjected to spray drying. We carried out analyzes of chemical composition, rheological characteristics and morphology by scanning electron microscopy. The modified starch molecules by ultrasonic waves and by acid hydrolysis achieved nanosize, representing a reduction of approximately 97% and 99.85% respectively. The three samples were significantly different in four items: starch and amylose content, the percentage of syneresis and colorimetry. The AHA sample differed from the others in terms of solubility (more soluble), hygroscopicity (more hygroscopic) and paste clarity (more translucent). The samples of AN and AUS had their aparent charge modified with addition of succinic anhydride to incorporation of microspheres of nisin by electrostatic attraction. Aliquots of these samples were placed in Petri dishes containing BHI agar inoculated with Listeria monocytogenes. These were kept at different temperatures, 4 and 37 ° C. The antimicrobial activity was measured by the inhibition zone. The plates stored at lower temperature showed greater activity during the 21 days when compared with those maintained at 37 ᵒ C. In this study it can be seen that the nanomolecules with microspheres nisin showed antimicrobial activity lower than the molecules of pinhão native starch microspheres nisin, suggesting that they have low stability.