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Ibourahema Coulibaly罗宾·Dubois-Dauphin杰奎琳使退色,中,乔治•Lognay菲利普Thonart, ”耐冷冻干燥和存储确定细胞恢复其存活率和酸化活动的能力”,国际微生物学杂志, 卷。2010年, 文章的ID625239年, 9 页面, 2010年。 https://doi.org/10.1155/2010/625239
耐冷冻干燥和存储确定细胞恢复其存活率和酸化活动的能力
文摘
的保护作用的脂肪酸组成和膜作用的酸化活动两种乳酸菌保持在进行了研究。山梨糖醇、味精和甘油在存储导致酸化的衰落和浓度的增加不饱和脂肪酸中观察到两株。山梨糖醇的加入和味精不改变脂肪酸成分,任何压力,但增加的抗冷冻干燥l .杆菌在存储CWBI-B1419和改善生存。这些防腐剂的添加和减少活动的酸化提高了比不饱和。这些结果表明,生存在存储和冻干阻力与膜脂肪酸的组成密切相关。这种行为可以被解释为一个改编的l .杆菌B1419-CWBI辅以冷冻保护剂添加剂如山梨糖醇或山梨醇和味精味精作为添加剂。l .杆菌适应培养条件大于CWBI-B1419礼物l . paracaseissp。paracasei 。
1。介绍
的酸化活性乳酸菌在不同的生产步骤(发酵、冷却、浓度、cryoprotection、冻结或冷冻干燥)和在存储不同取决于应变考虑和操作条件(1,2]。冷冻和冷冻干燥步骤是尤其重要的,因为它消极地影响细菌的生存能力和生理状态(3,4]。冰晶的形成产生机械损伤,导致细胞死亡在寒冷(5]。此外,水的结晶导致溶质的低温浓缩,导致一些渗透破坏6]。等代理这些用于lyoprotection无疑细胞生存的重要性,因为他们可以在保护生物功能的完整性的脂质双分子层水替代现象,玻璃化(玻璃形成),和抑郁的膜转变温度(Tm),详细审查的卡斯特罗et al。7,8和香槟et al。9]。相同的观测与蔗糖为生存磅coryniformisSi3被注意到Schoug et al。10]。添加山梨糖醇等冷冻保存剂、味精和甘油冷冻干燥过程之前减毒冻结的破坏性影响,从而提高细菌抵抗干燥(11,12]。这种保护作用是归因于山梨糖醇之间的相互作用和膜磷脂在冷冻干燥的第一步,冻结(13]。因为细胞膜是细胞的第一目标修改环境,其适应能力很大程度上决定了细胞的生存能力(14,15]。通过考虑脂肪酸组织膜透性的重要作用,细胞膜粘度(16)和膜厚度(17是归因于膜脂肪酸不饱和指数:细胞膜适应通过增加不饱和脂肪酸的比例,(18- - - - - -20.]。不饱和脂肪酸促进细胞外和细胞内的媒体之间的交流通过我国膜和膜透性增强。膜透性的增加与双边界的存在往往会形成不稳定的范德华相互作用与相邻的脂质(17]。因此,改变细胞膜的脂肪酸成分可以提高低温膜透性,然后允许细胞适应冷冻和冷冻干燥21]。他们认为在一些不饱和脂肪酸浓度,或之间的比例不饱和,饱和脂肪酸(U / S)。U / S比值取决于介质和细胞培养的环境条件和存储。关于乳酸菌,添加乙醇或山梨糖醇等多元醇浓度的培养基提高dihydrosterculic酸和U / S比值(22,23]。的生物合成不饱和C第18章脂肪酸被一些乳酸菌添加乙醇和刺激下,会导致增加的U / S比值(24]。最后,脂肪酸组成存储期间的发展。卡斯特罗et al。7观察到两个阶段:第一U / S比值的增加,由脂类分解反应解释,其次是减少。Linders et al。25]表明,U / S比值稳定在90 d的存储,然后减少。这种减少与不饱和脂肪酸的氧化,对氧[非常敏感7),得益于剩余相对湿度的增加,激活氧化过程(8]。很明显,作用于细胞膜脂肪酸组成可以调节U / S比值。这是通过使用适当的操作条件,导致更好的复苏细胞生存能力后冷冻干燥和随后的存储26]。然而,随着生存能力不足以表达测量可行性和乳酸菌的生理状态,这些必须被证明是通过考虑酸化乳酸菌的活性。这项工作旨在描述存活率,冻干的阻力,和随后的存储乳杆菌应变与脂肪酸组成。耐冷冻干燥和存储确定细胞恢复其存活率和酸化活动的能力。
2。材料和方法
2.1。微生物生长条件
2.1.1。生长条件
乳杆菌CWBI-B1419从集合中得到Wallon工业中心的生物学、比利时和原本孤立的从一个家禽养殖场。乳酸菌paracaseissp。paracasei 得到的微生物学实验室文化集合的根特大学(比利时)。原始参考文化保存在低温存储在玻璃珠−80°C。工作文化是保持斜坡de Man-Rogosa-Sharp琼脂(MRSa)。山坡被储存在4°C和每个月的亚文化。l .杆菌CWBI-B1419和l . paracaseissp。paracsei 夫人是生长在介质(默克公司)37°C。测试准备从细菌菌株培养液的存储在一个底物甘油在−80°C使用适当的媒体。细菌数量激增,进一步培养24小时后进行了增加介质的体积在接下来的48小时内厌氧在37°C。细菌准备以这种方式提供的培养液用于1% (v / v)的数量。
2.1.2。扩大
菌株生长和执行100年L生物反应器在37°C包含介质夫人了18个小时,然后集中通过离心20倍。pH值控制在6.5通过添加14% KOH。细胞冷冻干燥在一个较低的冷冻干燥机(Leybold、比利时)与一个标准的计划通过增加温度逐渐从−45°C到25°C 0.9 mbar压力(30小时)15个小时0.15 mbar紧随其后。发酵都在重复和平均值报告完成。
2.1.3。细胞浓度和存储
细胞被离心收获固定相的增长(700030分钟4°C)。细胞被resuspended集中在上层清液的重量相同,在4°C。洗细胞然后resuspended无菌林格氏溶液与3% (w / w)包含选定的甘油浓度的化合物进行测试:12 g / L山梨糖醇(s)和12 g / L谷氨酸钠(味精)、(σ,圣路易斯,密苏里州,美国)。保护剂的解决方案在121°C消毒10分钟前混合洗细胞的体积。细胞悬浊液维持1小时在室温下冷冻干燥之前,为了创建一个等压的环境之间的细胞和复合补充道。贴在托盘冻干,使用一个工业冷冻干燥器中脱(HETO, Heto-Holten A / S, Allerd,丹麦)。初始压力是0.2 mbar板温度−45°C和最终的产品的温度是25°C。冷冻干燥时间根据数量的不同材料在干燥室,大约18 - 30小时。干粉末被储存在封闭容器−20°C一晚上没有光。冷冻干燥粉分为两部分:第一个约2±0.5 g在15毫升猎鹰管和密封储存在室温(25°C)为8个月没有光。 The second part was vacuum-sealed in aluminium foil and stored at room temperature in darkness.
2.2。补液/枚举
可行的计算进行了冷冻干燥之前,干燥后,在存储定期。冷冻干燥后,样本立即带到原来的体积9毫升每蛋白胨水在25°C。然后,样品被旋涡混合器均质1分钟(SA-5,斯图尔特科学,英国)和孵化在室温下15分钟。连续稀释是表面spread-plated中包含夫人琼脂板。这些盘子是孵化在37°C 48小时,然后生存能力是由计数技术。生存水平表示为菌落的比例每毫升(cfu /毫升)在琼脂夫人(N0(后),)冷冻干燥。生存能力(%)= (/ N0)One hundred.。
2.3。酸化活动和含水量
酸化是在120毫升30°C[夫人27]肉汤接种1%的107Cfu毫升−1的冻干样品。总可滴定酸度(%乳酸/ g DW)是确定的18小时后,根据采用AOAC公认的方法(1997)。含水量(g H2O / 100克干重)冻干样品干燥后决定在105°C至恒重。水上活动后的干样品冷冻干燥和饱和盐解决方案测量和确认Novasina (Novasina Pfaffikon,瑞士)水活动计(Aqua实验室,CX-2十边形设备公司,华盛顿,美国)的露点与标准差SD方法0.003,分别。残余水分含量是所有样本的3%。
2.4。脂肪酸分析(名声)
总脂质提取执行根据的适应方法(28]。脂肪酸甲基酯被孵化脂质提取准备在70°C的90分钟0。5毫升的methanol-BF3,含有15% (v / v)的KOH和0。2毫升的己烷。的脂肪酸提取上阶段摄政混合物1毫升的己烷,0.5毫升的饱和氯化钠;H2所以410% 0.2毫升,通过气相色谱法分析6890 HP(惠普,德国)配备火焰离子化检测器和sptm - 2560, 100 * 0.2 * 0.25毫米熔融石英毛细管柱。条件如下:喷油器温度、260°C;检测器温度、260°C;运载气体(氦气)流量,3毫升/分钟。烤箱温度设定在5分钟从140°C到240°C在4°C /分钟。峰鉴别,标准溶液(σ)使用。结果是脂肪酸的相对比例,确定从高峰甲基酯的领域。他们三个独立实验的手段。
2.4.1。统计分析
四因子方差分析和双因素交互作用(Stastica 9)来确定执行山梨糖醇的影响,添加味精和甘油,存储的长度。Neuman-Keuls多个比较过程中被用来区分方法显著差异在5%置信水平。所有的结果提出了三个独立的复制检测的平均值。标准差和手段价值之间的比例在2%到5%之间。
3所示。结果与讨论
3.1。脂肪酸成分冻干l .杆菌CWBI-B1419和l . paracasei ssp。paracasei LMG9192T
细胞脂肪酸(cfa)l .杆菌CWBI-B1419和l . paracaseissp。paracasei (控制)冻干前后进行了分析。总共6脂肪酸组成的膜菌株培养在pH值为6.5,在缺席或山梨糖醇的存在和味精洗细胞解决方案(表1)。这这些添加剂存在与否并不影响脂肪酸检测或识别。控制U / S比值分别为0.57和0.58l .杆菌CWBI-B1419和l . paracaseiLMG9192分别;饱和和不饱和脂肪酸是均衡的。山梨糖醇,味精添加细胞悬浮液,U / S比值高于0.66l .杆菌CWBI-B1419 0.62,l . paracasei分别LMG9192,从而表明从饱和不饱和脂肪酸在转移膜组成。这是由于减少C16:0C18:0和增加C16:1和C第18章脂肪酸。置信区间重叠,C十八2和C十八3没有任何明显的区别,添加剂是否在场。除了C16:1已确定,大多数这些脂肪酸在其他种类的乳酸菌:l . lactis无性系种群。lactis和乳酸菌sp。23),磅bulgaricus(8,29日),磅杆菌(30.,31日),磅buchneri和磅酵母(32),乳酸菌sp。33),明串珠菌属mesenteroides(24]。
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| 细胞被分批发酵培养增加离心温度从37°C和收获。冷冻24小时后,细胞冻干没有冷冻保护剂和脂肪酸被CPG提取和分析。国家林业局:饱和脂肪酸;乌法:不饱和脂肪酸;。数据被当作两个独立的平均值与SD试验。注意实验不是一个定量的方法。 |
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3.2。保护剂和存储时间的影响膜脂肪酸组成l .杆菌CWBI-B1419和l . paracasei ssp。paracasei
添加山梨糖醇的影响,谷氨酸钠,甘油作为protectives代理商和存储时间膜脂肪酸组成进行了研究。之间的比例不饱和,饱和脂肪酸更受这些添加剂和存储时间,同时添加甘油没有影响。相对多样化受到甘油脂肪酸浓度谷氨酸钠和山梨糖醇。添加甘油冷冻保存剂没有修改的脂肪酸成分膜因为这个分子添加浓度的步骤后,立即在冷冻干燥。在这个阶段的生产,细胞仍在一个安静的生理状态。此外,在这个温度,膜透性不高(34)和甘油从细胞外到细胞内的被动扩散介质被澄清。因此,甘油可能行动主要作为细胞外冷冻保存剂(13]。正如所料,山梨糖醇的加入和味精增加不饱和脂肪酸的浓度C第18章和C16:1,减少饱和脂肪酸的浓度C16:0和C18:0(C),没有任何修改第18章和C十八2比例,(表1)。U / S比从0.57增加到0.66,山梨糖醇,从0.57到0.62使用味精。这些结果同意报告的香槟et al。9),位处et al。13)表明,U / S比值是强烈依赖于媒介多元醇的存在。这表明,山梨糖醇,在细胞内的介质时,增加从而失去平衡的脂肪酸组成。从表2冻干的,存储时间细菌影响脂肪酸组成()。通过增加存储时间从0到120天,C16:0浓度增加,而C第18章和C十八2浓度下降(表1)。尽管如此,仍然轻微的差异。在情节的图1U / S比值增加,存储时间和根据表1,它从0.57提高到0.66,与山梨糖醇0.58到0.62,0.57,0.62和0.58到0.59的时候使用味精l .杆菌CWBI-B1419和l . paracaseissp。paracasei ,分别。观察到对这一比率的影响更重要,因为它结合了负面影响,看见在饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸的积极作用注意到。这些结果同意增加冻干的在4周的存储空间磅bulgaricus。这是归因于脂类分解反应,改变饱和脂肪酸浓度(13]。U / S比值下降,因为它展示了冻干或讨论磅bulgaricus(8,20.]。这些作者描述的氧化现象,是活跃的膜l。杆菌的CWBI-B1419。在这项研究中,细胞冻干脱水;他们敏感的氧化反应。一个重要的交互()是观察之间的山梨糖醇在U / S比值和存储时间。可以归因于更重要的影响时间的存储在山梨糖醇的存在和味精比那些缺席时细胞悬浮液。
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| 不共享相同的上标字母垂直数字值明显不同,(土耳其HSD测试,= 4) 相比那些冷冻干燥后得到。最初,冻干样品含水量为3.6 g H2包含7.4 O / 100克干重1011和8.3×1011 ssp。paracasei液化沼气和 CWBI-B1419。 获得与山梨糖醇, 谷氨酸, 用控制应变。(年代):山梨糖醇、味精:味精;C:控制(没有冷冻保护剂)。 |
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(一)
(b)
3.3。山梨糖醇的影响,谷氨酸钠,甘油,在生存和抗冷冻储存l .杆菌CWBI-B1419
冷冻保护剂(山梨糖醇和味精)被添加到所有乳酸杆菌lyophilised粉末。l .杆菌CWBI-B1419酸化活性没有明显不同的冻干前后。在存储的冻干乳酸菌,酸化活动减少,11]。在图2和表2、山梨糖醇的加入和味精细胞悬浮液显示显著影响酸化率损失的活动()。酸化的复苏活动改善了resuspended介质(图中添加山梨糖醇2)。这些结果是在协议与Simatos et al。22)表明,细胞的死亡磅bulgaricus是线性与C的比例19:0和与Guerzoni et al。35),他表示乳酸菌sp.和l . lactis生存能力提高了在培养基中添加保护剂。这可能与脂肪酸组成的变化观察的细胞膜。正如所料,添加甘油冷冻保存剂大大提高了耐冷冻储存l .杆菌(图3)。的可行性细胞冷冻干燥后立即乳酸杆菌文化的决心。的l . paracaseissp。paracasei 应变显示细胞恢复当味精的比例最低的是用作防护剂。l .杆菌观察CWBI-B1419生存高于l . paracaseissp。paracasei 在存储。干燥后发现好乳酸杆菌物种的生存能力和后续的存储当山梨糖醇,味精被添加在细胞培养9]。损失的速度酸化活性降低甘油添加时的三倍。这个结果证实了研究结果的丰塞卡et al。(12]。此外,甘油的效果是显示任何其他实验条件(山梨糖醇的存在和味精细胞悬浮液)。这表明,甘油显示额外的效果,可以结合其他有益的影响。这是发现,生存和冷冻保护剂的影响冻干样品随着储存时间的增加而减少。然而,120天贮藏期后,明显的可行的人口被发现失去了冻干样品举行20°C在真空包装铝箔20°C,分别为()(图3)。例如,可行的人口冻干乳酸杆菌在真空包装铝箔是7.4从初始人口减少10114.77×109或3.07×109cfu / g的生存比例64.4%或41.4% 120 d后20°Cl . paracaseissp。paracasei液化沼气分别与山梨糖醇(表2)。在同一时期,生存的乳杆菌CWBI-B1419味精再次减少,120天后在20°C在相同的条件下,可行的人口约为8.3×1011或3.57×109分别与43.7%的生存,cfu / g。此外,生存能力明显高于冻干应变与山梨糖醇真空包装,()。在冷冻干燥,冷冻干燥样品的水分含量是3.6±0.6 g H2O / DW 100克0.09±0.01。120天贮藏期结束后,所有样品的水分储存在20°C没有显著改变(约0.6倍)根据包()。正如所料,含水量为样本存储在真空中没有明显变化存储与山梨糖醇或味精(),分别为(表3)。
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(一)
(b)
(一)
(b)
3.4。关系抵抗冻干l .杆菌CWBI-B1419存储及其膜脂肪酸组成
的脂肪酸组成l .杆菌CWBI-B1419和细胞的能力来恢复他们的酸化活动密切相关。之间的重要性比速度饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸结果抗冷冻和更好的长期存储的冻干菌(36]。这是观察到的所有操作条件中使用发酵和冷冻存储。添加山梨糖醇或味精干燥介质显示显著改变存储期间存活率置信水平()。此外,协同效应,除了交互的存在的情况下(37]。更好的抗冷冻存储是通过添加山梨糖醇和更多的味精resuspended介质导致更高的U / S比值。山梨糖醇的积极作用是发现不管发酵pH值和是否添加了甘油。添加山梨糖醇增加了膜对水的渗透性,从而有利于跨膜运输(17]。味精的能力保护微生物在低温贮藏和冷冻干燥法曾被描述(38,39]。大多数的乳酸菌sp.测试和味精的冻干表明增加生存期间存储。稳定的蛋白质结构之间通过反应的氨基保护剂和微生物蛋白质的羧基和保留大量的剩余水分的能力已经被德瓦尔迪兹指出et al。40]解释占保护的味精在冷冻干燥和随后的存储。细胞被更适应受胞内冰结晶在寒冷和水流动在存储(41]。此外,膜脂质与蛋白质交互接口,通过维持蛋白质结构和活动,或通过抑制或激活蛋白功能,如载体蛋白,调节溶质运输(9]。例如,膜结合酶的活动Na-K-ATPase显示是由细胞膜的脂质部分(42]。山梨糖醇添加时,对损失的速度酸化活动的影响可以解释为影响一些酶的活动可能会修改细胞的蛋白质成分和含量。这是通过的结果证实Rallu et al。43报告的情况l . lactis冷休克蛋白的浓度的增加,细胞遭受压力。不饱和脂肪酸的出现可以与不利生长条件(10]。甘油的积极影响粉末存储的阻力是独立于U / S比值,并没有受此影响因素(42]。这表明两种不同机制的不同利率损失占酸化活动:首先,一个更好的细胞适应,与水膜的渗透性越高,获得高的U / S比值;第二的甘油冷冻保存效果,除了前面的效果。这可能解释证实之前的假设,这个分子是一种细胞外防冷冻的代理。的脂肪酸组成之间的关系l .杆菌及其酸化恢复活动能力导致重要后果进行起动器生产(25]。从我们的结果,提高了抗冷冻存储通过增加U / S比值由不利的实验条件申请获得增长,通过添加山梨糖醇在resuspended介质(28]。这个概念可以扩大有关细胞膜脂肪酸组成增长不利的条件,如低温(22,44,45)酸压力(43压力)、乙醇(45)、盐压力渗透压力(32)或高年龄的文化3,46]。这些结果表明,山梨糖醇的生存有很强的保护作用l .杆菌CWBI-B1419和l . paracasei无性系种群。paracasei液化沼气,在存储期间,虽然没有观察到显著差异的细胞在冷冻干燥的可行性山梨糖醇的存在与否。
4所示。结论
损失的速度酸化活动根据条件在冷冻储存不同的细胞培养和cryoprotected。抵抗干燥和冷冻干燥存储乳酸初学者的定义是这样的,其解冻后酸化恢复活动的能力。耐冷冻干燥粉在提高存储增长不利的条件,通过添加添加剂(山梨糖醇,味精)resuspended介质和甘油作为保护剂。这种改善与提高膜的比值不饱和和饱和脂肪酸。U / S的关系比和添加保护剂是显而易见的。冷冻保护剂如山梨醇和味精几乎是同样有效的保护由冻干乳酸菌干。山梨糖醇的作用机制和味精出现水渗透,山梨糖醇同样能保护细胞高渗胁迫和蜜饯的渗透反应的细菌。
确认
作者感谢所有技术的个人隆工业中心的生物学。Maryse草地和席琳Pierrart承认她在实验中非常重要的贡献。他们也喜欢来表达我们的感激之情象牙共和国金融援助成本这项工作。作者欣然承认比利时的法语社区。
引用
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