Producción de diacetilo y otros compuestos aromatizantes relacionados, por bacterias lácticas en cultivos axénicos mixtos a base de maíz Public Deposited
The main purpose of this work was to determine the significant WnditiQnS of cultivation that enhanced the production of diacetyl in a mixed culture of fediococcus pentosaceus and Lactobacillus acidophilus Hansen 1748, when grown in a cornbased semisolid medium. Taking into account that diacetyl is the main component in the complex butter aroma, the obtained product might be useful in the development of aromatic extensors for the food industry. Series of submerged cultures in starch-based media were carried out with this purpose, as fermentation model systems. These series were structured as factorial orthogonal arrangements: L16, L8 and L8, respectively, according to the methodology of Taguchi. The effect of several culture conditions were evaluated with the changes of starch and diacetyl concentrations, and the extracellular amylase activity, after 5 days of cultivation. In the axenic cultures of the Is' and 2"d series, fd. pentosaceus produced more diacetyl (63.27 mg/l) with added glumse, yeast extract and Caco3, at 28"C, but it consumed more starch (18.4 g/l) in the absence of glucose. Lb. acidophilus wasn't able to produced diacetyl, but it consumed more starch (26.56 g/l) at 28°C with CaC03, glucose and yeast extract; however, the extracellular amylolytic activity (1 O 077 U/l) was favoured at 35°C. Though little starch was consumed in rnlxed cultures of the 3rd series due to the low pH, diacetyl content was increased to 135.76 mgll, at 32°C. Later on, two series of mixed cultures were carried out in semisolid corn-based media (humidity: 78%, aw 2 0.995), using L8 Taguchi factorial designs, and applying the previously selected conditions In the 1' series, the effect of different corn pretreatment conditions were evaluated upon the production of dlacetyl, butyric acid and lactic acid by Pd. penfosaceus and Lb. acidophilus, when they were cultured during 5 days at 32°C. Selected pre-treatment conditions were: boiling of grains in lime-water for 20 min; the grain was milled and sieved to a particle size was below 0.42 mm (mesh 40); defatting with hexane, and cooking during 25 min. In the 2"d series, some cultural conditions were evaluated upon the production of diacetyl. Chosen conditions were: the addition of yeast extract and inoculation with Pd. penfosaceus and Lb. acidophilus in a 3:l ratio. These conditions produced 31 1.6 mg/Kg of diacetyl, 359 mg/Kg of butyric acld and 2.28 g/Kg of lactic acid. The amylolytic activity was not evaluated in these corn-based complex systems, though starch was consumed (54.8 glKg). Another corn-based culture was carried out in with selected conditions in order to determine the kinetic parameters of the culture. The inoculated lactic acid bacteria prevailed throughout the culture (120 h), but since the media were not sterilized, native Bacillus spp. and strains of Enterobacteriaceae were also observed. They could contribute to the consumption of starch and the production of volatile fatty acids (V.F.A.). The electric potential (Eh) and pH were highly correlated (6 = -.0.9939), and their final values were 154 mv and 4.48, respectively. The maximum diacetyl concentration was observed after 12 h of culture, 779.56 mglKg, and the kinetics of production correlated to kinetics of growth (? = 0.9972). The specific growth rate, p = 9.47 lh, was cQmmon for lactic acid bacteria, and the productivity for diacetyl was 47.6 VgDia / (gmedium h). During that period, the V.F.A. and lactic acid contents were considered low (1 312 mg/Kg and 0.67 g/Kg, respectively). Thereafter, the cell growth and the production of diacetyl decreased while A.G.V. and lactic acid increased; therefore, the best period of fermentation was 12 h. In order to determine in vitro the amylolytic activities of the extracts prepared from different fractions of the cells, axenic submerged cultures of both strains were carried out in starch medium. The conditions of cultivation previously selected were used. The cell wa'll-linked amylolytic activities of Pd. pentosaceus and Lb. acidophilus were 47.32 and 6.16 U/I, respectively. Lb. acidophilus consumed starch, 1.32 g/¡, and showd an extracellular amylolytic activity of 4,187.3 U/I, but it was unable to produce diacetyl. Pd. pentosaceus consumed starch, 2.38 gll and produced diacetyl, 39.84 mg/l. The production of amylases is unusual in Pd. pentosaceus, and its production of diacetyl surpassed over 35 folds those present in dairy fermented products.
El principal objetivo del trabajo fue determinar las condiciones que favorecen significativamente la producción de diacetilo en un cultivo mixto de Pediococcus penfosaceus y Lactobacillus acidophilus Hansen 1748, desarrollándose en un medio semisólido a base de maíz. Considerando que el diacetilo es el principal componente en el complejo aroma a mantequilla, el producto obtenido podría ser utilizado en el desarrollo de extensores aromatizados para la industria alimentaria. Para este fin se llevaron a cabo series de cultivos sumergidos a base de almidón como sistemas modelos de fermentación. Estas series fueron estructuradas como arreglos ortogonales simplificados: L16, L8 y L8, respectivamente, de acuerdo a la metodología de Taguchi. Se determinaron los efectos de diversos factores de cultivo sobre los cambios de concentración de almidón y diacetilo, y sobre la actividad amilolítica extracelular, a los 5 días de fermentación. En los cultivos axénicos de la la y 2a series, Pd. pentosaceus produjo más diacetilo (63.27 mg/l) al añadir glucosa, extracto de levadura y CaC03, a 28°C; pero el consumo de almidón fue mayor (18.4 911) en ausencia de glucosa. Lb. acidophilus no produjo diacetilo, aunque consumió más almidón (26.56 g/I) a 28'72, con adición de Caco3, glucosa y extracto de levadura. Su actividad amilolítica extracelular (10 077 UA) se favoreció a 35°C. En los cultivos mixtos de la 3a serie se consumió poco almidón debido al bajo pH, no obstante, la concentración de diacetilo se incrementó a 135.76 mgll a 32°C. Posteriormente se llevaron a cabo dos series de cultivos mixtos en medios semisólidos a base de maíz (humedad: 78%, aw 1 0.995), usando disetios factoriales L.8 de Taguchi, y aplicando las condiciones previamente seleccionada.En la la serie se evaluó el efecto de diversas condiciones de pretratamiento de maíz en las producciones de diacetilo, del ácido butírico y del ácido láctico por fd. pentosaceus y Lb. acidophilus cultivados durante 5 dias, a 32°C. Las condiciones de pretratamiento de maíz seleccionadas fueron. nixtamalización por 20 min; molienda y tamizado para dar un tamaiio de partícula < 0.42 mm (malla 40); desengrasado con hexano y cocimiento por 25 rnin. En la 2” serie se evaluaron algunas condiciones de cultivo en la producción de diacetilo. Las condiciones seleccionadas fueron: la adición de extracto de levadura y la inoculación con fd. pentosaceus y Lb. acidophilus en una relaclón de 3:l. Estas condiclones produjeron hasta 311.6 mglkg de diacetilo, 359 mg/Kg de áado butírico y 2.28 g/Kg de ácido láctico. En estos sistemas complejos de rnaiz no se evaluó la actividad amilolitica, pero el consumo de almidón fue de 54.8 Se llevó a cabo otro cultivo en medio de maíz en las condiciones seleccionadas para determinar los parámetros cinéticos del cultivo. Durante las 120 h de cultivo predominaron las bacterias Iácticas, pero como los medios de cultivo no se esterilizaron, se observaron también BaciNus spp. y Enterobacterias nativas que pudieron contribuir con el consumo de almidón y la producción de ácido grasos volátiles (A.G.V.). El potencial eléctrico (Eh) y el pH estuvieron correlacionados (i? = -0.9939), y sus valores finales fueron 154 mv y 4.48, respectivamente. A las 12 h de cultivo se observ6 la concentracibn maxima de diacetilo, 779.5s mglKg y su cinetica de producción se txxrelacionó al crecimiento de las bacterias lácticas (? = 0.9972). La velocidad específica de crecimiento, p = 0.47 l/h, fue cnnsiderada mmP normal para las bacterias Iácticas, y la productividad de diacetilo fue de 47.6 ygw, I (gm&io h). En ese períoa!o, los contenidos de A.G.V. y de ácido láctico se consideraron bajos (1 312 mg/Kg y 0.67 g/Kg, respectivamente). Despu4s, la cuenta viable y el contenido de diacetilo disminuyeron y los A.G.V. y el ácido láctico aumentaron; por lo que el mejor período de fermentacibn fue de 12 h. Para determinar in vitro la actividad amilolítica de extractos preparados con diferentes fracciones celulares se realizaron cultivos sumergidos axénims en medio de almidon utilizando las condiciones de cultivo previamente seleccionadas. Las actividades amilolíticas ligadas a la pared celular de Pd. penfosaceus y de Lb. acidophilus fueron de 47.32 y 6.16 U/I, respectivamente. Lb. acidophilus consumió almidón, 1.32 gll, y mostró una actividad amilolítica extracelular de 4,187.3 UII, pero no produjo diacetilo. Pd. pentmaceus consumió almidbn, 2.38 g/l y produjo diacetilo, 39.84 g/l. No hay antecedentes de producción de amilasas por Pd. pentosacem, y su producción de d'iacetilo supera por más de 35 veces las de los productos lácteos fermentados.
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