Бактериальные биопленки как новые формы заквасок

Полезные кисломолочные продукты с бактериальными биопленками и нановолоконными мембранами

Пробиотики, интегрированные в биопленочные мембраны из нановолокна: новая закваска для ферментированного молока

Бактериальные биопленки, как правило, являются мишенью для тяжелых режимов очистки, но эти биопленки не всегда плохие новости. На самом деле, выращивание их на тонких листах нановолокон является отличным способом получения кисломолочного продукта, который может доставлять «выносливые» пробиотики в пищеварительный тракт, согласно исследованию, опубликованному в журнале ACS «Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии» (Journal of Agricultural and Food Chemistry).

См. о биопленках дополнительно:

Биолпленки как форма существования микроорганизмов и их сообществ

Биопленки состоят из бактериальных клеток, которые плотно упакованы вместе во внеклеточный матрикс (англ. extracellular matrix, ECM). Большинство предшествующих исследований в области биопленки были сосредоточены на пленках, образованных патогенными бактериями, и, в частности, на том, как предотвратить их образование или как отсоединить или разрушить пленки. Вместо этого Мэн-Синь Ху (Meng-Xin Hu) и его коллеги из Школы пищевой науки и биотехнологии Чжэцзянского Университета (Ханчжоу, Китай) хотели найти лучшие условия для выращивания полезных бактерий Lactobacillus plantarum, которые содержатся в ферментированных пищевых продуктах, таких как йогурт. Они были заинтересованы в том, чтобы этот организм мог пережить хранение на полке супермаркета, а также транзит через желудок, что остается проблемой для большинства пробиотиков.

БАКТЕРИАЛЬНЫЕ БИОПЛЕНКИ КАК НОВЫЕ ФОРМЫ ЗАКВАСОК

[C₆H₇O₂(OH)₃]_n + 3п (СН₃СО)₂О → [С₆Н₇О₂ (ОСОСН₃)₃]_п + 3пСН₃СООН.

 Рис.1. ацетат целлюлозы (структурная формула)

Исследователи выращивали бактерии (биопленки) на мембранах из ацетата целлюлозы, которые имитируют структуру естественного ЕСМ. Огромная площадь поверхности этих мембран из нановолокон обеспечивает основу для бактерий. Микробы успешно образовали на мембранах колонии, а затем биопленки, которые использовались для сбраживания молока. Бактерии в биопленках были более устойчивы к моделируемому пищеварению, чем свободно плавающие L. plantarum. Во время ферментации биопленки постоянно высвобождают живые бактериальные клетки в молоко. После хранения сквашенного молока высвобожденные клетки, содержащиеся в молоке, жили намного дольше, чем клетки ферментированного молока, вырабатываемые свободно плавающим L. plantarum. Исследователи говорят, что их результаты закладывают основу для использования мембран из нановолокон, интегрированных в биопленку, в качестве стартовых культур в биотехнологической и ферментативной промышленности.

Изображения к теме, сделанные с помощью растровоо электронного микроскопа (РЭМ, англ. Scanning Electron Microscope, SEM)

Рисунок 2. (а) СЭМ-изображения биопленок L. plantarum на мембранах из нановолокон ацетата целлюлозы с различным временем культивирования; (б) влияние времени культивирования (<24 ч) на жизнеспособную клетку на мембранах из нановолокон (Р <0,05); (в) влияние времени культивирования (> 24 ч) на жизнеспособную клетку на мембранах из нановолокон; (d) сухой вес биопленки на мембранах из нановолокон ацетата целлюлозы (P <0,05). Инокуляционная концентрация бактерий составляла 1% (v/v) и бактерии отделяли от биопленки ультразвуковым методом.

Рисунок 3. (а) СЭМ-изображения биопленки L. plantarum на мембранах из нановолокон ацетата целлюлозы с различной концентрацией инокуляционных бактерий; влияние концентрации бактерий при инокуляции на (b) плотность жизнеспособных клеток и (c) сухой вес биопленки на мембранах из нановолокна из ацетата целлюлозы (P <0,05). Время культивирования составляло 18 ч, и бактерии отделяли от биопленки ультразвуковым методом.

Рис. 4. СЭМ-изображения биопленки L. plantarum (18 ч) на мембранах из нановолокон ацетата целлюлозы после ультразвукового, ферментативного и комбинированного отслоений, отдельно.

Рисунок 5. Жизнеспособные клетки в (а) ферментирующем молоке, (б) ферментированном молоке, (в) рН ферментирующего молока и (г) жизнеспособные клетки в ферментированном молоке с переработанными лиофилизированными порошками биопленок L. plantarum в 6 партий.

Источник: Материалы предоставлены Американским химическим обществом (American Chemical Society).

Статья в журнале: Meng-Xin Hu, Ji-Nian Li, Qian Guo, Ya-Qian Zhu, Hong-Mei Niu. Probiotics Biofilm-Integrated Electrospun Nanofiber Membranes: A New Starter Culture for Fermented Milk Production. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2019

См. дополнительно: Биопленка - основные понятия