Evaluation of the effects of alternative physical approach on the metabolism and functional traits of useful microorganisms
Creators: name: RACIOPPO, ANGELA
Publisher: name: Universit� degli Studi di Foggia
Year: 2018

description: Stato dell?arte: I microrganismi probiotici negli alimenti potrebbero causare cambiamenti significativi nel sapore e nella reologia, a causa del loro metabolismo attivo. � importante, quindi, controllare il metabolismo dei microrganismi probiotici negli alimenti, senza influenzare negativamente la vitalit� e le caratteristiche funzionali. Un modo per superare questo problema � l'utilizzo di colture starter attenuate attraverso l?utilizzo di metodi fisici o chimici. Alcuni autori hanno studiato l'omogeneizzazione come metodo per attenuare/modulare il metabolismo delle colture starter nei prodotti caseari (Lanciotti et al., 2004, 2006, 2007); in questo progetto di tesi ho utilizzato una nuova tecnologia emergente, gli ultrasuoni. (i) � stato effettuato uno screening delle combinazioni possibili di ultrasuoni (US) (potenza/durata) su diversi microrganismi probiotici e sono state studiate le caratteristiche probiotiche e tecnologiche dopo l'esposizione agli US. (ii) Sono stati studiati gli effetti degli US sul rilascio di componenti intracellulari. (iii) � stata valutata l'interazione dei ceppi attenuati con il microbiota intestinale utilizzando la fermentazione in vitro (batch culture fermentation). Problematiche: (i) Non si conoscono gli effetti dell?attenuazione mediante US sulle caratteristiche tecnologiche/probiotiche dei microrganismi; (ii) non � chiara la risposta delle cellule microbiche al trattamento con gli US e il danno che ne deriva, in quanto in letteratura sono disponibili pochi dati; (iii) non sono disponibili dati sull'interazione di ceppi attenuati con il microbiota intestinale. Obiettivi: (i) Scelta della migliore combinazione di ultrasuoni (potenza/durata), in grado di evitare la post-acidificazione senza compromettere la vitalit� dei ceppi, studio dei cambiamenti delle caratteristiche probiotiche e tecnologiche che i microrganismi potrebbero subire a seguito dell?attenuazione; (ii) valutazione del rilascio di componenti intracellulari (acidi nucleici e proteine) dopo l'applicazione degli ultrasuoni; e (iii) studio dell?effetto di ceppi attenuati sul microbiota intestinale. Pianificazione della ricerca: Nella prima parte sono stati usati tre diversi generi di microrganismi probiotici: Lactobacillus, Bifidobacterium, Propionibacterium. I ceppi sono stati trattati con ultrasuoni e sono state studiate le caratteristiche tecnologiche e probiotiche. Nella seconda parte, sono stati studiati gli effetti degli US sul rilascio di componenti intracellulari. I ceppi sono stati studiati a seguito del trattamento fisico per valutare il rilascio di costituenti intracellulari (acidi nucleici, proteine) ed eventuali lesioni della membrana cellulare. Nell'ultima parte, � stata studiata l'interazione di ceppi attenuati con il microbiota intestinale. Questo studio � stato condotto presso l'Universit� di Roehampton (Regno Unito). Materiali e metodi: (i) Caratteristiche tecnologiche: Prove di acidificazione in mezzo di laboratorio, crescita a diverse temperature, pH e contenuto di sale; caratteristiche probiotiche: antibiotico resistenza, sopravvivenza a pH 2,5 e in presenza di sali biliari (0,3%), idrofobicit� e formazione di biofilm. (ii) La valutazione del danno sulle cellule microbiche � stato determinato attraverso letture spettrofotometriche a 260 e 280 nm per quantificare il rilascio di DNA e proteine. (iii) L'interazione dei ceppi attenuati con il microbiota intestinale � stata valutata utilizzando la fermentazione in vitro (batch culture fermentation). Risultati: (i) Le migliori combinazioni in grado di evitare la post-acidificazione sono state le seguenti: potenza, 60%; tempo, 6 minuti; impulsi, 2 s per Lactobacillus e Bifidobacterium, 40%, 8 min P. jensenii; 60%, 4 min P. freudenreichii subsp. freudenreichii. Gli US non hanno influenzato la vitalit� a 45 �C e a pH 9, ma hanno determinato una diminuzione della crescita microbica a pH 4 (lattobacilli e bifidobatteri). Tuttavia, gli US non hanno influenzato il GI dei propionibatteri. L'effetto dell'attenuazione potrebbe essere migliorato con la refrigerazione. Il trattamento con gli US non ha influenzato la maggior parte dei tratti tecnologici, ma ha causato un aumento della suscettibilit� ad alcuni antibiotici. Per quanto riguarda i tratti probiotici, gli US hanno causato un aumento di idrofobicit� per L. reuteri e P. freudenreichii spp. freudenreichii. Questi risultati sono stati confermati con l'adesione alle cellule Caco-2 per L. reuteri. L. reuteri attenuato ha registrato un significativo aumento di idrofobicit� (dal 3 al 25%) e una maggiore adesione alle cellule Caco-2. Inoltre, gli US hanno migliorato la stabilit� dei biofilm nel tempo e questo risultato ha confermato i dati ottenuti con l'idrofobicit�. (ii) Il rilascio di acidi nucleici e proteine, evidenzia che la membrana cellulare potrebbe essere un altro target del trattamento fisico. (iii) Per quanto riguarda gli effetti degli US sul microbiota intestinale: i ceppi attenuati non hanno influenzato il microbiota intestinale, ma in alcuni casi sono stati evidenziati effetti positivi. Importanza e impatto della ricerca di dottorato: Il metabolismo attivo dei microrganismi probiotici potrebbe costituire un problema quando questi ultimi vengono aggiunti agli alimenti. Infatti alcuni ceppi di batteri lattici continuano a produrre acido lattico e causano post-acidificazione (diminuzione del pH durante la conservazione). Pertanto, � importante controllare il loro metabolismo. Un modo possibile per controllare il metabolismo dei probiotici negli alimenti � l'attenuazione attraverso metodi fisici o chimici. Una delle tecnologie emergenti sono gli ultrasuoni (US). Questo approccio � stato utilizzato per evitare la post-acidificazione in una bevanda commerciale di riso (Bevilacqua et al., 2016). La presente tesi di dottorato ha contribuito a valutare gli effetti dell'attenuazione mediante ultrasuoni, su alcune caratteristiche tecnologiche e probiotiche, testando tre diversi generi di ceppi probiotici. Inoltre, questo progetto di dottorato ha studiato i cambiamenti in termini di caratteristiche tecnologiche e probiotiche che i microrganismi probiotici potrebbero subire a seguito dell'attenuazione; il rilascio di proteine, acidi nucleici. Infine, la novit� di questa tesi di dottorato � stata lo studio degli effetti di ceppi attenuati sul microbiota intestinale. Proposte future: una prospettiva futura potrebbe essere focalizzata sull'uso degli US per migliorare o modulare l'adesione dei ceppi probiotici, considerando l'aumento di idrofobicit� e la maggiore adesione alle cellule Caco-2. � importante studiare gli effetti di altri ceppi attenuati sul microbiota intestinale modulando le variabili del trattamento.