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Einfluss von Hitzestress auf die Viabilität probiotischer Bakterien und deren Resistenzbildung
Birgit Maazouz
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Diplomstudium Pharmazie
Betreuer*in
Helmut Viernstein
DOI
10.25365/thesis.37538
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29332.06205.516861-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
In der vorliegenden Diplomarbeit wurde der Einfluss von Hitzestress auf die Viabilität probiotischer Bakterien sowie deren Resistenzbildung untersucht. Als probiotische Mikroorganismen wurden hierfür Enterococcus faecium M74 und Lactobacillus reuteri ATCC 55730 verwendet. Es sollte überprüft werden, ob die Bakterien durch mehrfachen Hitzestress resistenter werden gegenüber neuerlichem Hitzestress und so den bei der Wirbelschichttrocknung auftretenden Stressbedingungen besser standhalten. Weiters wurden bei der Wirbelschichttrocknung verschiedene Hilfsstoffe eingesetzt und deren protektiver Effekt überprüft. Nach einer Lagerzeit von mehreren Monaten wurden die getrockneten Bakterien erneut untersucht.
Bei den Untersuchungen wurden die Vermehrungsfähigkeit durch Auszählen der koloniebildenden Einheiten (KBE) auf Agar-Platten sowie die zelluläre Aktivität mittels Fluorimetrie nach Färben der Zellen mit verschiedenen Fluoreszenzfarbstoffen bestimmt. Dabei wurde die Membranintegrität durch Färbung mit Propidiumiodid (PI), die Esteraseaktivität durch Färbung mit Fluoresceindiacetat (FDA) und die Wasserstoffperoxidbildung durch Färbung mit Dihydrorhodamin 123 (DHR) gemessen.
Enterococcus faecium
In einer Versuchsreihe über mehrere Tage wurden die Bakterien mehrfach gestresst und mit ungestressten Bakterien verglichen. Als Hitzestress wurde 1 min bei 80 °C gewählt.
Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Bakterien durch mehrfachen Hitzestress resistenter wurden. Das wurde durch eine geringere Abnahme der KBE und einen geringeren Grad der Membranschädigung nach Hitzestress im Vergleich zu den ungestressten Bakterien nachgewiesen.
Bei der Wirbelschichttrocknung wurde Magermilchpulver in einer Konzentration von 100 % bezogen auf die feuchte Masse an Bakterien verwendet. Auch hier wurden die ungestressten und gestressten Bakterien miteinander verglichen.
Es hat sich gezeigt, dass die gestressten Bakterien dem Prozess der Wirbelschichttrocknung nicht besser standhalten, nachgewiesen durch eine höhere Membranschädigung und geringere Enzymaktivität gegenüber den ungestressten Bakterien. Magermilchpulver erwies sich als protektiv bei der Trocknung.
Die getrockneten Bakterien wurden nach einer Lagerung von ca. 3 Monaten bei 4 °C erneut untersucht. Nach der Lagerung waren die KBE etwas geringer, die Membranschädigung war stärker und die Enzymaktivität geringer als vorher.
Lactobacillus reuteri
Im ersten Teil wurde der Einfluss von Hitzestress untersucht. Dabei wurden die Bakterien bei verschiedenen Temperatur-Zeit-Intervallen gestresst.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass mit steigender Temperatur und steigender Dauer des Stresses die Zellen immer stärker geschädigt wurden. Bei niedrigen Temperaturen und längerer Stresszeit bzw. bei hohen Temperaturen und schon kurzer Zeit sanken die KBE, die Membranschädigung nahm zu und die Enzymaktivität verringerte sich.
Als nächstes wurde der protektive Effekt verschiedener Hilfsstoffe bei der Wirbelschichttrocknung überprüft. Es wurden Magermilchpulver, Saccharose, Glucose und Dextrin jeweils in Konzentrationen von 50 % und 100 % bezogen auf die feuchte Masse der Bakterien eingesetzt.
Magermilchpulver und Saccharose zeigten den besten Effekt.
Die getrockneten Bakterien wurden 5 Monate bei 25 °C und bei 4 °C gelagert. Hier erwies sich die Lagerung bei Raumtemperatur günstiger.
In einer Versuchsreihe über mehrere Tage wurden die Bakterien mehrfach gestresst und mit ungestressten Bakterien verglichen. Als Hitzestress wurde 1 min bei 90 °C gewählt.
Die Untersuchungen haben gezeigt, dass L. reuteri-Keime durch mehrfachen Hitzestress nicht resistenter gegenüber neuem Hitzestress wurden.
Bei der anschließenden Wirbelschichttrocknung wurden bei den ungestressten Bakterien Saccharose, Glucose und Magermilchpulver, bei den gestressten Bakterien Saccharose jeweils in einer Konzentration von 100 % bezogen auf die feuchte Masse an Bakterien als Protektanten eingesetzt. Auch hier wurden die ungestressten und gestressten Bakterien verglichen. Die gestressten Bakterien zeigten eine stärkere Membranschädigung und eine geringere Enzymaktivität. Bei den ungestressten Bakterien zeigte Magermilchpulver den besten protektiven Effekt.
Nach einer Lagerung von 5 Monaten bei 25 °C und 4 °C wurden die getrockneten Bakterien erneut untersucht. Die bei Raumtemperatur gelagerten Proben wiesen eine geringere Membranschädigung und eine höhere Enzymaktivität auf.
Abstract
(Englisch)
In the present study the influence of heat stress on the viability of probiotic bacteria and their resistance was examined. As probiotic bacteria were used Enterococcus faecium M74 and Lactobacillus reuteri ATCC 55730.
First was investigated whether the bacterial cells became more resistant by multiple heat stress. After that the bacteria were stabilized by fluid-bed-drying using different protectants to show their protective effect against the stress that occurs during drying process. After a storage period of several months the dried bacteria were examined again. For the investigations culturability and cellular activity were determined. Culturability was performed by determination of colony forming units (CFU) using plate counting method, the determination of cellular activity was performed using fluorimetry after staining with different fluorescent dyes. Membrane integrity was measured after staining with Propidium Iodide (PI), Esterase-activity after staining with Fluorescein Diacetate (FDA) and hydrogen peroxide production after staining with Dihydrorhodamine 123 (DHR).
Enterococcus faecium
In a test series about several days the bacteria were stressed several times and compared to unstressed bacteria. As a heat stress it was chosen 1 min at 80 °C. The investigations have shown that the bacteria became more resistant by multiple heat stress. This was proved by a lower decrease of CFU and a lower degree of membrane damage after heat stress in comparison to unstressed bacteria. For fluid bed drying skimmed milk powder was used as a protectant in a concentration of 100 % based on the wet cell mass of bacteria and compared with unprotected cells. Skimmed milk powder showed a protective effect during drying process. Stressed bacteria showed a higher degree of membrane damage compared to unstressed cells. The dried bacteria were examined after a storage period of 3 months at 4 °C. After storage CFU and enzyme activity were lower, membrane damage was higher than before.
Lactobacillus reuteri
First the influence of heat stress was examined. For this the bacteria were put under stress with different temperature time intervals. The higher the temperature and duration of heat stress, the more the bacteria were damaged. After that, the protective effect of different excipients during fluid bed drying was investigated. Skimmed milk powder, Saccharose, Glucose and Dextrin were used in concentrations of 50 % and 100 % based on the wet cell mass of bacteria. Skimmed milk powder and Saccharose showed the best protective effect. The dry bacteria were stored at 25 °C and at 4 °C for 5 months. Here the storage at room temperature showed better results. In a test series about several days the bacteria were stressed several times and compared to unstressed bacteria. As a heat stress it was chosen 1 min at 90 °C. The investigations have shown that the bacteria did not become more resistant. After fluid bed drying stressed bacteria showed a higher degree of membrane damage compared to unstressed cells. After a storage at 25 °C and 4 °C for 5 months the dry bacteria were examined again. The samples stored at room temperature showed a lower membrane damage and a higher enzyme activity compared with the samples stored at 4 °C. After storage CFU and enzyme activity were lower, membrane damage was higher than before.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
probiotics
Schlagwörter
(Deutsch)
Probiotika Stabilisierung Trocknung
Autor*innen
Birgit Maazouz
Haupttitel (Deutsch)
Einfluss von Hitzestress auf die Viabilität probiotischer Bakterien und deren Resistenzbildung
Publikationsjahr
2015
Umfangsangabe
112 S. : Ill., graf. Darst.
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Helmut Viernstein
Klassifikationen
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.00 Naturwissenschaften allgemein: Allgemeines ,
44 Medizin > 44.40 Pharmazie, Pharmazeutika
AC Nummer
AC12317650
Utheses ID
33272
Studienkennzahl
UA | 449 | | |