Farklı fermente ürünlerden izole edilen ve probiyotik özellikleri belirlenen laktik asit bakterilerinin gıda patojenleri üzerine inhibisyon etkilerinin ve gıda endüstrisinde kullanım potansiyellerinin belirlenmesi
Determination of the inhibition effects lactic acid bacteria with probiotic properties, which were isolated from various fermented products, on food pathogens and potential use in the food industry
Yazar: BERNA ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. İLKİN ŞENGÜN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Bu çalışmada, tarhana, turşu ve şalgam suyu kaynaklı toplam 388 adet laktik asit bakterileri (LAB)'den postbiyotiklerin eldesi, bu suşların bakteriyosin üretme potansiyellerinin belirlenmesi, bakteriyosin üretiminin optimizasyonu, bakteriyosinlerin saflaştırılması ve karakterize edilmesi amaçlanmıştır. Ayrıca, üretilen postbiyotiklerin karakterize edilmesi ve farklı gıda gruplarında (marul, tavuk eti ve peynir) güvenilirlik ve kalite üzerine etkilerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. 
Çalışmanın ilk aşamasında, LAB'nin ürettiği hidrojen peroksit, ekzopolisakkarit ve diasetil miktarları incelenmiş ve bu değerlerin sırasıyla 0.001-2.476 µg/mL, 0.80-1060.10 µg/mL ve 6.26-112.69 ng/mL aralığında değiştiği belirlenmiştir. Çalışma kapsamında toplam 9 adet LAB'nin (Pediococcus acidilactici T34,  Enterococcus faecium T49, E. faecium T53, P. acidilactici S1, P. acidilactici S7, P. acidilactici S8, P. acidilactici S14, P. acidilactici S119 ve P. acidilactici S129) bakteriyosin ürettiği tespit edilmiştir. Saflaştırılan bakteriyosinler Listeria monocytogenes üzerine antimikrobiyal aktivite göstermeleri, ısıya dirençli olmaları ve molekül ağırlıklarının 3.496-6.500 kDa aralığında (<10 kDa) bulunması nedeniyle sınıf II bakteriyosin olarak tanımlanmıştır.
Çalışmanın diğer aşamasında, postbiyotiklerin in vitro koşullarda gıda patojenleri (Escherichia coli O157:H7, L. monocytogenes, Salmonella Typhimurium ve Staphylococcus aureus) üzerine antimikrobiyal aktiviteleri incelenmiş, minimum inhibisyon konsantrasyonu ve yüzde inhibisyon etkilerinin sırasıyla 31.25-500 µg/mL ve %3.24-96.66 aralığında olduğu tespit edilmiştir. Patojenler üzerine en yüksek antimikrobiyal etkiyi gösteren postbiyotiklerin pH ve toplam asitlik değerleri sırasıyla 3.75-4.34 ve 1.78-2.30 g laktik asit/100 mL aralığında değişirken, toplam fenolik madde içeriği, DPPH ve ABTS+ radikal indirgeme aktiviteleri sırasıyla 3497-4035 mg GAE/L, %25.03-54.94 ve %21.78-64.86 aralığında değişim göstermiştir. Ayrıca, seçilen postbiyotiklerin farklı gıda gruplarında patojenler üzerine etkilerini belirlemek amacıyla marul, tavuk eti ve peynir denemeleri gerçekleştirilmiştir. Marul ve tavuk eti örneklerine inoküle edilen E. coli O157:H7, L. monocytogenes ve S. Typhimurium sayılarının postbiyotik uygulaması sonucu sırasıyla 0.74-1.97 ve 0.81-1.44 log kob/g, 0.21-1.36 ve 0.52-2.12 log kob/g, 0.50-2.40 ve 0.71-1.78 log kob/g aralığında azaldığı, üretimi yapılan peynir örneklerinde ise L. monocytogenes, S. Typhimurium ve S. aureus sayılarının sırasıyla 0.65-1.89, 0.39-1.27 ve 0.71-1.87 log kob/g aralığında azaldığı tespit edilmiştir.
Çalışmanın son aşamasında, seçilen postbiyotiklerin gıda kalitesi üzerine etkileri mikrobiyolojik, fiziksel, kimyasal ve duyusal değerlendirmeler yapılarak belirlenmiştir. Postbiyotik uygulaması ile toplam mezofilik aerobik bakteri, toplam psikrofilik aerobik bakteri, Pseudomonas spp., Enterobacteriaceae ve LAB sayıları marul örneklerinde sırasıyla 1.26-3.04, 1.17-3.19, 0.11-1.89, 0.96-3.17 ve 0.98-1.80 log kob/g aralığında, tavuk eti örneklerinde ise sırasıyla 1.24-3.17, 1.12-3.16, 0.80-4.10, 0.40-2.98 ve 1.19-3.25 log kob/g aralığında azaltılmış, postbiyotik kullanılarak üretilen peynir örneklerinde ise bu sayılar depolamanın 7. gününde tespit edilebilir limitin altına düşmüştür. Postbiyotiklerin gıda örneklerinin duyusal özelliklerini olumsuz yönde etkilemediği, özellikle peynirde genel beğeni açısından ürünü geliştirdiği belirlenmiştir. Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar, postbiyotiklerin gıda güvenilirliğini sağlamak ve gıda kalitesini arttırmak amacıyla kullanımlarının önemli derecede katkı sağladığını ortaya koymuştur. 
Anahtar sözcükler: Laktik asit bakterileri, postbiyotik, bakteriyosin, gıda güvenliği, gıda kalitesi

Abstract:
In this study, it was aimed to obtain postbiotics from a total of 388 lactic acid bacteria (LAB) originating from tarhana, pickle and shalgam juice and to determine the bacteriocin production potential of these strains, to optimize bacteriocin production, to purify and characterize bacteriocins. Additionally, it was aimed to characterize the postbiotics and to determine their effects on safety and quality in different food groups (lettuce, chicken meat and cheese).
In the first stage of the study, the amounts of hydrogen peroxide, exopolysaccharide and diacetyl produced by LAB were examined and it was determined that these values were ranged between 0.001-2.476 µg/mL, 0.80-1060.10 µg/mL and 6.26-112.69 ng/mL, respectively. Within the scope of the study, a total of 9 LAB (Pediococcus acidilactici T34, Enterococcus faecium T49, E. faecium T53, P. acidilactici S1, P. acidilactici S7, P. acidilactici S8, P. acidilactici S14, P. acidilactici S119 and P. acidilactici S129 strains) were found to produce bacteriocins. Purified bacteriocins were defined as class II bacteriocins because they have antimicrobial activity against Listeria monocytogenes, they are heat resistant, and their molecular weights were in the range of 3.496-6.500 kDa (<10 kDa).
In the other stage of the study, the antimicrobial activities of postbiotics on food pathogens (Escherichia coli O157:H7, L. monocytogenes, Salmonella Typhimurium ve Staphylococcus aureus) were examined in in vitro conditions, and the minimum inhibition concentration and inhibition effects were found between 31.25-500 µg/mL and 3.24-96.66%, respectively. The pH and total acidic values of postbiotics that demonstrate the highest antimicrobial effects on pathogens varied between 3.75-4.34 and 1.78-2.30 g lactic acid/100 mL, respectively, while the total phenolic contents, DPPH and ABTS+ radical scavenging activities were in the range of 3497-4035 mg GAE/L, 25.03-54.94% and 21.78-64.86%, respectively. Besides, to determine the effects of selected postbiotics on pathogens in different food groups, lettuce, poultry meat and cheese experiments were carried out. The counts of E. coli O157:H7, L. monocytogenes and S. Typhimurium inoculated on lettuce and poultry meat samples decreased by postbiotic treatment in the range of 0.74-1.97 and 0.81-1.44 log CFU/g, 0.21-1.36 and 0.52-2.12 log CFU/g, 0.50-2.40 and 0.71-1.78 log CFU/g, respectively, and also it was determined that the counts of L. monocytogenes, S. Typhimurium and S. aureus inoculated on cheese samples decreased in the range of 0.65-1.89, 0.39-1.27 and 0.71-1.87 log CFU/g, respectively.
In the final stage of the study, the effects of selected postbiotics on food quality were determined by microbiological, physical, chemical and sensory evaluations. The counts of total mesophilic aerobic bacteria, total psychrophilic aerobic bacteria, Pseudomonas spp., Enterobacteriaceae and LAB were decreased by postbiotic treatment in the range of 1.26-3.04, 1.17-3.19, 0.11-1.89, 0.96-3.17 and 0.98-1.80 log CFU/g, respectively in lettuce samples, and 1.24-3.17, 1.12-3.16, 0.80-4.10, 0.40-2.98 and 1.19-3.25 log CFU/g, respectively in poultry meat, while these counts were under the detection limit in cheese samples on the 7th day of the storage. It was determined that postbiotics did not negatively affect the sensory properties of the food samples, and especially in cheese samples, they improved the product properties in terms of overall appreciation. The results obtained from this study revealed that the use of postbiotics makes a significant contribution to ensure food safety and improve food quality.
Keywords: Lactic acid bacteria, postbiotic, bacteriocin, food safety, food quality