Tesis profesional presentada por Daniela Arrioja Bretón

Doctorado en Ciencia de Alimentos. Departamento de Ingeniería Química, Alimentos y Ambiental. Escuela de Ingeniería, Universidad de las Américas Puebla.

Jurado Calificador

Presidente: Dr. Enrique Palou García
Vocal y Director: Dr. Aurelio López Malo Vigil
Secretario: Dra. Nelly Ramírez Corona
Vocal: Dra. Emma Mani López
Vocal: Dr. Horacio Bach

Cholula, Puebla, México a 18 de junio de 2020.

Resumen

Se sabe que las bacterias del ácido láctico (BAL) producen sabores, olores, texturas y cambios nutricionales en los alimentos, el interés en ellas ha aumentado en los últimos años como bio-conservantes, debido a la producción de metabolitos secundarios (ácidos orgánicos, bacteriocinas, peróxido de hidrógeno, reuterina, diacetil, alcohol etílico, entre otros), capaces de inhibir bacterias patógenas.

Este estudio evaluó la efectividad de los sobrenadantes libres de células (SLC) producidos por dieciséis cepas de BAL como antimicrobianos in vitro (prueba de difusión en pozos de agar) contra Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Shigella sonnei, Pseudomonas fluorescens, Salmonella Typhimurium o Listeria monocytogenes. Se demostró que los SLC de Lb. plantarum, Lb. sakei y Lb. rhamnosus fueron efectivos, y las propiedades antimicrobianas se eliminaron cuando el pH se ajustó a 6.5 para la mayoría de los SLC analizados, mientras que únicamente el SLC de Lb. plantarum mantuvo su actividad antimicrobiana, que se perdió cuando se trató con proteinasa K; la actividad antibacteriana se redujo significativamente (p < 0.05) entre el tiempo cero y después de 20 semanas de almacenamiento a tres temperaturas estudiadas; las mayores reducciones en la actividad antibacteriana se observaron a 35 oC. Al utilizar el SLC de Lb. plantarum para marinar carne de res, se comprobó su actividad antimicrobiana. Las diferencias de color de la carne fueron importantes en la carne cruda; mientras que en la carne a la parrilla, apenas se detectaron cambios. Además, las fracciones del SLC de de Lb. plantarum no mostraron actividad proinflamatoria cuando se expusieron a macrófagos humanos.

Finalmente, SLC de Lb. casei se estudió contra cuatro microorganismos indicadores: Escherichia coli, Salmonella Typhimurium, Staphylococcus aureus y Listeria monocytogenes en queso fresco estilo mexicano inoculado y almacenad0 durante siete días a 4 ° C ± 1.0 ° C. Se observó que S. Typhimurium es el microorganismo más sensible a los SLC de Lb. casei.

Abstract

Lactic acid bacteria (LAB) are known to produce flavors, aromas, textures and nutritional changes in food, the interest in them has increased in recent years as biopreservatives, due to the production of secondary metabolites (organic acids, bacteriocins, hydrogen peroxide, reuterin, diacetyl, ethyl alcohol, among others), capable of inhibiting pathogenic bacteria.

This study evaluated the effectiveness of cell-free supernatants (CFS) produced by sixteen strains of LAB as antimicrobials in vitro (agar well diffusion test) against Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Shigella sonnei, Pseudomonas fluorescens, Salmonella Typhimurium, or Listeria monocytogenes. CFS from Lb. plantarum, Lb. sakei, and Lb. rhamnosus were found to be the most effective, and the antimicrobial properties were eliminated when pH was adjusted to 6.5 for most of tested CFS while only Lb. plantarum CFS maintained their antimicrobial activity, which was lost when treated with proteinase K; Antibacterial activity was significantly (p < 0.05) reduced between time zero and after 20 weeks of storage at three studied temperatures; the greatest reductions in antibacterial activity were observed at 35 oC. Using CFS from Lb. plantarum to marinate beef corroborates its antimicrobial activity. Meat color differences were important in raw beef; while on grilled meat, changes were scarcely detected. Furthermore, the CFS from Lb. plantarum fractions showed no pro-inflammatory activity when exposed to human macrophages.

Finally, CFS of Lb. casei were studied against four indicator microorganisms: Escherichia coli, Salmonella Typhimurium, Staphylococcus aureus, and Listeria monocytogenes on inoculated fresh Mexican-style cheese during seven days of storage at 4 °C ± 1.0 °C. S. Typhimurium was observed to be the most sensitive microorganism to Lb. casei CFS.

Palabras clave: Lactic acid bacteria, supernatants, antibacterial activity, cytotoxic and anti-inflammatory activity.

Índice de contenido

Portada

Agradecimientos

Índices

Prologue

Capítulo 1. General Introduction

Capítulo 2. General Justification

Capítulo 3. Objectives

  • 3.1 General objective
  • 3.2 Specific objectives

Capítulo 4. Review Paper: Paraprobiotics and their application in food

  • 4.1 Abstract
  • 4.2 Introduction
  • 4.3 Bibliographic review
  • 4.4 Conclusions and final comments
  • 4.5 Acknowledge
  • 4.6 References

Capítulo 5. Research Paper I: Antimicrobial Activity and Storage Stability of Cell-free Supernatants from Lactic Acid Bacteria and their Applications with Fresh Beef

  • 5.1 Abstract
  • 5.2 Introduction
  • 5.3 Materials and Methods
  • 5.4 Results and Discussion
  • 5.5 Conclusions
  • 5.6 Acknowledgements
  • 5.7 Conflict of Interest
  • 5.8 References

Capítulo 6. Research Paper II: Antimicrobial activity of protein-containing fractions isolated from Lactobacillus plantarum NRRL B-4496 culture

  • 6.1 Abstract
  • 6.2 Introduction
  • 6.3 Materials and methods
  • 6.4 Results and discussion
  • 6.5 Acknowledgments
  • 6.6 Author contribution
  • 6.7 Compliance with ethical standards
  • 6.8 References

Capítulo 7. Research Paper III: Antimicrobial activity of Lactobacillus casei 21/1 cell-free supernatants on fresh Mexican-style cheese

  • 7.1 Abstract
  • 7.2 Introduction
  • 7.3 Materials and methods
  • 7.4 Results and discussion
  • 7.5 Conclusions
  • 7.6 Acknowledgements
  • 7.7 References

Capítulo 8. General Conclusions

Capítulo 9. General Recommendations

Referencias

Anexo 1. Beef sensory evaluation

Anexo 2. Evidence publications

Anexo 3. Evidence of participation in congresses

Arrioja Bretón, D. 2020. Evaluation of antibacterial, cytotoxic and anti-inflammatory activity of supernatants of lactic acid bacteria strains in model systems and food. Tesis Doctorado. Ciencia de Alimentos. Departamento de Ingeniería Química, Alimentos y Ambiental, Escuela de Ingeniería, Universidad de las Américas Puebla. Junio. Derechos Reservados © 2020.