הערכת בקרת האיכות של תרביות חיידקי חומצה לקטית (LAB) אושרה כדרך יעילה לשפר את הכדאיות והפונקציונליות של זני LAB להליכי תסיסה. כדי לחזק טענה זו, פיתחנו פרוטוקול המבהיר כיצד תרביות LAB מופעלות ומעובדות לצורך תהליכי תסיסה ועיבוד ביולוגי.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
הערכת בקרת האיכות של תרביות חיידקי חומצה לקטית (LAB) אושרה כדרך יעילה לשפר את הכדאיות והפונקציונליות של זני LAB להליכי תסיסה. כדי לחזק טענה זו, פיתחנו פרוטוקול המבהיר כיצד תרביות LAB מופעלות ומעובדות לצורך תהליכי תסיסה ועיבוד ביולוגי.
חיידקי חומצה לקטית (LAB) הם תרביות חלב חיוניות המשמשות באופן משמעותי לייצור מוצרי חלב מותססים כגון יוגורט וגבינה. LAB מייצרים בעיקר חומצה לקטית כתוצר סופי עיקרי של תסיסה, והם מסנתזים מטבוליטים חשובים המקנים את המאפיינים האורגנולפטיים של מוצרי מזון מותססים. LAB הם חיידקים חזקים שמשגשגים בסביבות רבות כאשר דרישות תזונתיות נאותות מתמלאות. הדרישה לתרביות התחלתיות מעולות של LAB ליישומי תסיסה בתעשיית המזון ומוצרי החלב, הביאה לצורך לספק תרביות בנות קיימא ופעילות לכל פעולות העיבוד הביולוגי. לפיכך, פיתוח פרוטוקול סטנדרטי להבטחת הכדאיות והפונקציונליות המשופרת של תרביות LAB במעבדה, כמו גם בסביבות עיבוד חלב, הוא קריטי מאוד. במתן מענה לחששות הקשורים להחייאת תאי תרבית LAB חלשים, לחוצים ופצועים, פרוטוקול המתווה בצורה חיה צעדים בולטים להתאוששות, שיפור התחדשות התאים ושיפור התפקוד המטבולי של זני LAB הוא בעל חשיבות עליונה. גם השמירה על טוהר התרבית, הפונקציונליות והכדאיות של תרביות התחלתיות LAB היא קריטית. לכן, הקפדה על הנחיית פרוטוקול ייחודית תביא לקידום ביצועי התסיסה עבור זני LAB רבים המוקדשים לתהליכי תסיסה וביוטכנולוגיה. כתוצאה מכך, המעבדה למיקרוביולוגיה וביוטכנולוגיה של מזון באוניברסיטת צפון קרוליינה לחקלאות וטכנולוגיה פיתחה פרוטוקול סטנדרטי להפעלה ובקרת איכות של זני LAB נבחרים, שהביא לזני תרבית LAB פונקציונליים וברי קיימא ביותר המשמשים למחקר תסיסה. ההתאמה וההמלצה של פרוטוקול כגון זה לשימוש בתעשיית החלב והמזון תסייע להבטיח את הכדאיות והפונקציונליות של LAB עבור יישומים רבים.
חיידקי חומצה לקטית (LAB) הם קבוצה של חיידקים מגוונים באופן ייחודי שיש להם פוטנציאל תעשייתי. זנים השייכים ל-Lactobacillus delbreuckii subsp. bulgaricus ו-Streptococcus thermophilus משמשים בעיקר כתרביות חלב למוצרי חלב מותססים כגון יוגורט1. זני LAB נבחרים מסווגים גם כפרוביוטיקה מכיוון שהם מעניקים יתרונות בריאותיים לבני אדם כאשר המינונים ניתניםכראוי 2. חיידקי חומצה לקטית הם גם מיקרואורגניזמים גראם חיוביים, לא יוצרי נבגים, לא נושמים אך אירוסובלניים המאופיינים בדרך כלל על ידי ייצור חומצה לקטית כמוצר תסיסה מרכזי. LAB גם מסנתזת מטבוליטים חיוניים, לדוגמה, חומצות אורגניות, בקטריוצינים ותרכובות אנטי-מיקרוביאליות אחרות3 שיכולות לעכב ספקטרום רחב של פתוגנים המועברים במזון4. חומצה לקטית, תוצר סופי עיקרי של קטבוליזם פחמימות ותוצר לוואי של תסיסת LAB, היא מטבוליט אורגני בעל תכונות אנטי-מיקרוביאליות והוא עשוי להיות שימושי ליישומי שימור ביולוגי של מזון 3,5,6. יתר על כן, החומצות האורגניות המיוצרות על ידי LAB מקנות את הטעם, המרקם והארומה של המזונות, ובכך משפרות את התכונות האורגנולפטיות הכלליות שלהם 5,6. הדרישות התזונתיות הייחודיות של LAB יחד עם האופי שלהן בכל מקום, מאפשרות בסופו של דבר לחיידקים לשגשג בקלות בסביבות שונות כגון מזונות המבוססים על מוצרי חלב, מזונות מותססים, ירקות, כמו גם במעיים האנושיים7.
יש ביקוש הולך וגובר לתרביות התחלתיות מ- LAB לייצור יוגורט ויישומי חלב רבים ומגוונים8,9, ולכן יש לדבוק בתשומת לב קריטית ובטכניקות מדעיות מבוססות, בטיפוח זני LAB, כמו גם בהפעלת זנים ליופיליים ומבודדים כאחד, שכן פעילות זו חיונית לביצועי תסיסה משופרים. לפיכך, המעבדה למיקרוביולוגיה וביוטכנולוגיה של מזון עוסקת באופן פעיל בפיתוח טכנולוגי מתאים המיועד להפעלה, גידול מעולה ותסיסה האופייניים לזני LAB המבודדים ממוצרי חלב מותססים, כמו גם מתרביות התחלתיות תעשייתיות המועסקות בייצור יוגורט. יתר על כן, ראוי לציין כי זני תרביות LAB המיוצרים באופן תעשייתי עוברים פעילויות משמרות כגון ייבוש בהקפאה ואחסון קפוא, הגורמים ללחץ ופגיעה בתאים, כתוצאה מתהליך הלם הקור שהם נתונים לו10. כדי להגביל, את אתגרי הכדאיות ולשפר את הפונקציונליות של זני LAB המתקבלים ממוצרי מזון מבודדים או ממוצרים מיובשים בהקפאה, חשוב להפעיל כראוי תרביות אלה כצורה של בקרת איכות כדי לשפר את המאפיין התסיסתי שלהם8. במחקר זה, המטרה הייתה לפתח פרוטוקול בקרת איכות פנימי להפעלה וצמיחה של זני תרבית L. delbrueckii subsp. bulgaricus שבסופו של דבר קידמו צמיחת LAB בת קיימא, כמו גם שיפרו את ביצועי התסיסה ואת הפונקציונליות המטבולית של זני LAB. פרוטוקול זה יכול להיות מותאם בסופו של דבר (באמצעות מדיית גידול אופטימלית ותנאי גידול מתאימים) לטיפוח זני LAB אחרים למחקר תסיסה, כמו גם למטרות תעשייתיות או לפעולות עיבוד ביולוגי. לפיכך, פרוטוקול הפעלה ובקרת איכות זה של LAB יבטיח קבלת תרביות התחלתיות של מוצרי חלב בני קיימא ומתאימות, בעלות פוטנציאל לתפקד עבור יישומים מגוונים בתעשיית החלב והמזון העולמית.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. חומרים ושיטות כלליים
| לא | קוד מוצר | לדוגמה | מקור | הרכב החיידקים כפי שמסומן1 |
| 1 | S9 | זן תעשייתי טהור | בולגריה | Lb. בולגריקוס |
| 2 | ל"ב6 | זן תעשייתי טהור | בולגריה | ל"ג בולגריקוס, |
| 3 | ATCC 11842 | זן תעשייתי טהור | ATCC | Lb. בולגריקוס |
| 4 | דאו | יוגורט | ארצות הברית | Lb. בולגריקוס, תרבות חיה אחרת |
| 5 | E22 | יוגורט | ארצות הברית | Lb. בולגריקוס, תרבות חיה אחרת |
| 6 | ראוטרי | יוגורט | ארצות הברית | לימוסילקטובצילוס ראוטרי |
| 1ק"ג =לקטובצילוס | ||||
טבלה 1: זנים פרוביוטיים. הטבלה מפרטת את הזנים הפרוביוטיים שבהם נעשה שימוש במחקר זה.
2. פרוטוקול להפעלה ובקרת איכות של תרביות LAB

איור 1: סכימה גרפית של הפרוטוקול להפעלת תרביות חיידקי חומצה לקטית (LAB). התוכנית מספקת פרטים ואת המכשירים הבסיסיים הדרושים לטיפול והפעלה של זני תרבית LAB. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גידול התאים של זני ה-LAB המוערכים שטופחו באמצעות פרוטוקול בקרת האיכות היה שונה באופן משמעותי (P < 0.05) מהזנים שטופחו ללא פרוטוקול סטנדרטי זה. פרוטוקול QC הן עבור L. bulgaricus והן עבור L. reuteri נקט בגישה רב-תרבותית (תת-תרבות שלוש פעמים לפני פסים על לוחות אגר), בעוד שהליך הבקרה נעשה רק פעם אחת כאשר כל התנאים האחרים נשמרו קבועים. גידול המושבה היה גם גבוה יותר ומוגדר היטב על לוחות המדיה לגידול שטופחו באמצעות פרוטוקול QC סטנדרטי זה. זה אישר את היעילות של הפרוטוקול בהבטחת צמיחת LAB משופרת באמצעות חלוקת...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
התוצאות של כל הזנים שהוערכו באמצעות פרוטוקול בקרת האיכות וללא שימוש בפרוטוקול היו זהות, ולכן הוצגו תוצאות המקושרות לזנים בלבד (S9 ו-LB6). זני ה-LAB המופעלים היו בעלי צמיחת תאים מעולה שהתאפיינה בעוצמה גבוהה של ביומסה תאית, ולכן גרמה להופעה עכורה של המרק התסיסתי MRS במבחנה11. צמיחת התאים שנצפתה לאחר הפעלת התרבית ניכרה בין 12 שעות ל -16 שעות בטמפרטורה תסיסה אנאירובית של 42 מעלות צלזיוס. כמו כן אושר כי זני ה-LAB שהופעלו על סמך פרוטוקול זה עברו באופן רציף את המורפולוגיות של המושבות שלהם כתוצאה מהליך ר...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
פרסום זה התאפשר על ידי מענק מספר NC. X-267-5-12-170-1 מהמכון הלאומי למזון וחקלאות (NIFA) ובחלקו על ידי NIZO Food Research BV, הולנד, נוסחאות ג'ארו, ארה"ב, והמחלקה למדעי המשפחה והצרכנות ותחנת המחקר החקלאית באוניברסיטת צפון קרוליינה לחקלאות ומדינה טכנית (גרינסבורו, קרוליינה הצפונית, ארה"ב 27411). עבודה זו נתמכה גם, בין השאר, על ידי מענק תוכנית בניית קיבולת מס' 1890 (2020-38821-31113/הצטרפות לפרויקט מס' 021765). עבודה זו נתמכה חלקית גם על ידי משרד החינוך והמדע הבולגרי במסגרת תוכנית המחקר הלאומית 'מזונות בריאים לכלכלה ביולוגית חזקה ואיכות חיים' שאושרה על ידי DCM # 577 / 17.08.2018.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| אנילין בלו | תרמו סיינטיפיק | R21526 | 25 גרם |
| תמצית בקר | מוצרי מחקר בינלאומיים | 50-197-7509 | 500 גרם |
| תמצית שמרים | פישר סיינטיפיק | BP1422-500 | 500 גרם |
| סידן כלוריד דיהידרט | פישר סיינטיפיק | C79-500 | 500 גרם |
| דקסטרוז פישר | נטול מים | BP350500 | 500 גרם |
| D-פרוקטוז | ACROS Organics | AC161355000 | 500 גרם |
| אבקת אגר | Difco Difco | DF0812-07-1 | 2 ק"ג |
| אגר TPY | Difco | 211921 | 500 גרם |
| צינור מיקרוצנטריפוגה Eppendorf (Snap-Cap Microcentrifuge Safe-Lock) | Fisher Scientific | 05-402-12 | 2 מ"ל |
| גליצרול | תרמו סיינטיפיק | PI17904 | 500 מ"ל |
| אינקובטור CO2 אינפרא אדום | Forma Scientific | ||
| Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus | American Type Culture Collection (ATCC) | ATCC 11842 | |
| Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus | Bulgaria | S9 | |
| Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus | Bulgaria | LB6 | |
| Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus | המעבדה למיקרוביולוגיה וביוטכנולוגיה של מזון (NCATSU) | DAW | |
| Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus | המעבדה למיקרוביולוגיה וביוטכנולוגיה של מזון (NCATSU) | E22 | |
| Limosilactobacillus reuteri | Biogai, Raleigh / המעבדה למיקרוביולוגיה וביוטכנולוגיה של מזון (NCATSU) | RD2 | |
| L-ציסטאין הידרוכלוריד מונוהידראט | סיגמא-אולדריץ' | C6852-25G | 25 גרם |
| מלטוז מונוהידראט | פישר סיינטיפיק | M75-100 | 100 גרם |
| מרק MRS | Neogen | 50-201-5691 | 5 ק"ג |
| פפטון מס '3 | Hach | 50-199-6719 | 500 גרם |
| אשלגן פוספט דו-בסיסי (K2HPO4) | מוצרי מחקר בינלאומיים | 50-712-761 | 500 גרם |
| נתרן אצטט טריהידרט | פישר סיינטיפיק | S220-1 | 1 ק"ג |
| נתרן כלורי | פישר סיינטיפיק | BP358-1 | 1 ק"ג |
| נתרן פירובט | פישר סיינטיפיק | BP356-100 | 100 גרם |
| מבחנות עם מכסי בורג מרופדים גומי | פישר סיינטיפיק | FB70125150 25 x 150 מ"מ | |
| טווין 80 | פישר סיינטיפיק | T164-500 500 | מ"ל |
| מקפיא נמוך במיוחד | So-Low | ||
| Uracil | ACROS Organics | AC157301000 | 100 גרם |
| ספקטרופוטומטר גלוי UV | Thermo Fisher Scientific | Evolution 201 | |
| Vortex Genie 2 | סיינטיפיק | ||
| פישר סיינטיפיק | BP1422-500 | 500 גרם | |
| אתנול | פישר סיינטיפיק | T08204K7 | 4 ליטר |
| חומצה הידרוכלורית (6N (מאושר), פישר כימיקלים) | פישר סיינטיפיק | SA56-500 | 500 מ"ל |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.