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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.2020.tde-20200111-132949
Document
Author
Full name
Luciana Viriato Saboya
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2002
Supervisor
Title in Portuguese
Lise de Lactococcus sp. e proteólise em queijos fabricados com ultrafiltração e microfiltração
Keywords in Portuguese
LACTOCOCCUS
BACTÉRIAS LÁTICAS
MATURAÇÃO
MICROFILTRAÇÃO
PROCESSAMENTO
PROTEÓLISE
QUEIJO
ULTRAFILTRAÇÃO
Abstract in Portuguese
Diversos trabalhos na literatura demonstram que queijos obtidos por meio do processo de Ultrafiltração do leite, a partir de retentados com fator de concentração acima de cinco (fc>5), maturam lentamente. Muitas hipóteses foram formuladas para explicar tal fenômeno, particularmente com relação à inibição da atividade de certas enzimas endógenas do leite ou à ausência de lise do fermento láctico, limitando a liberação de enzimas intracelulares. A partir dessas hipóteses, propôs-se, neste trabalho, verificar e demonstrar a ausência de lise do fermento láctico em queijos ultrafiltrados e procurar uma alternativa para remediar esse problema tecnológico. Para tanto, adicionaram-se aos retentados de UF (fc=6) para a fabricação de queijo tipo Saint Paulin, diferentes frações celulares de Lactococcus sp. ou Propionibacterium freundenreichii, obtidas através de um novo homogeneizador-piloto à alta pressão. As suspensões de células brutas rompidas (CBS) ou os extratos intracelulares livres de células (CFE) foram obtidos após estudos preliminares de otimização e determinação de pressões específicas a cada espécie, que permitisse a conservação das atividades enzimáticas intracelulares. A lise do fermento láctico foi estudada com o auxílio de marcadores moleculares imunológicos. A evolução da proteólise foi quantificada durante o período de maturação por meio da determinação das diferentes formas de nitrogênio (NCN e NPN), de eletroforese (SDS-PAGE) e da formação de aminoácidos|livres (HPLC). Os compostos aromáticos voláteis foram identificados somente ao final da maturação através de cromatografia gasosa com espectrometria de massa (CG-MS). Neste trabalho foi demonstrada, pela primeira vez, a ausência de lise nos queijos-UF Saint Paulin, que está implicada na lentidão dos mecanismos de maturação, particularmente em proteólise fraca e produção limitada de moléculas aromáticas. A adição das frações celulares testadas mostrou ser um meio eficaz para acelerar os fenômenos que ocorrem durante a maturação de queijos-UF. Numa segunda parte deste trabalho, propôs-se aprofundar os estudos das relações existentes entre lise, proteólise e tecnologia de fabricação (tradicional e Ultrafiltração), tomando como modelo o queijo Minas Frescal. Foram utilizadas duas linhagens puras de Lactococcus lactis subsp. cremoris, uma delas lisogênica e altamente autolítica (AM2) e sua variante curada de seu profago, AM2-C, não autolítica. A matéria-prima empregada foi o leite Microfiltrado (membrana com poros de 1,4 μm) que, com a retirada de 99,98% das bactérias nele presentes, permitiu avaliar os efeitos dessas duas linhagens sem a interferência de outras espécies. Os queijos obtidos segundo os quatro protocolos experimentais, combinando as duas tecnologias de fabricação com as duas linhagens de lactococos, apresentaram a mesma composição bioquímica após um dia de fabricação. Porém, através da microscopia eletrônica por varredura, pôde-se observar|que a microestrutura dos queijos UF era mais homogênea que a dos queijos obtidos pelo processo tradicional. Uma grande diferença quanto à lise das linhagens empregadas foi observada entre queijos obtidos pelo processo tradicional. O emprego da variante curada, resultou em uma proteólise primária bastante intensa. Ao contrário, a linhagem autolítica (AM2) implicou em uma proteólise primária bastante fraca. Parece, portanto, que a lise celular da AM2 afetou a integridade da parede celular e, por conseqüência, a atividade da protease ligada à parede celular de . Nos queijos Minas Frescal obtidos pelo processo de UF, independentemente da linhagem utilizada, detectaram-se apenas sinais fracos de lise, levando à conclusão de que ela é praticamente inexistente em tais queijos, quando comparada aos tradicionais. Conseqüentemente, as proteólises primária e secundária foram similares e pouco intensas, confirmando que a lise de lactococos é efetivamente inibida em queijos-UF. A ausência de lise de Lactococcus sp. também foi verificada em queijos-UF existentes no comércio. Os resultados obtidos com queijos Minas Frescal fabricados por UF e com leite desbacterizado através de MF, permitem afirmar que estes queijos evoluem muito pouco durante o período de armazenamento e terão, portanto, uma durabilidade aumentada, constituindo-se de grande interesse para a indústria de laticínios brasileira.
Title in English
Lactococcus sp. Lysis and proteolyse in ultrafiltered and microfiltered cheeses
Abstract in English
Many investigations in the literature reported that, in cheeses manufactured from UF retentate concentrated up to five fold according to the MMVprocess, the ripening rates are slower than in traditional cheesemaking processes. Many hypotheses were formulated for explaining this phenomenon. The most frequently formulated one is the inhibition of curd enzymes by the whey proteins. A thorough survey of the published results leads us to the conclusion that the most Iikely cause was a negative effect of the high buffering power existing in UF retentates on starter lysis, limiting the release of intracellular enzymes. The main purpose of this study was to verify and to demonstrate this hypothesis and then, to develop new innovative ways able to solve this technological problem. For that, propionibacteria and lactococci cells were disrupted using a new pilot homogenizer, in adequate conditions for maintaining active their intracellular enzymes. The resulting crude broken suspensions (CBS), or cell free extract (CFE) separated by centrifugation, were added to UF-Saint Paulin retentates (concentration factor 6:1) added with an usual lactic starter. Autolysis of lactococci was monitored during ripening by immunoblot detection of intracellular proteins. The protein breakdown was estimated by NCN, NPN and free amino acids (HPLC) measurements and electrophoresis (SDS-PAGE). Neutral volatile compounds were determined by GC-MS at the end of ripening period. The obtained results provide the first demonstration of the absence of Lactococcus starter lysis in UF-Saint Paulin cheeses and clarify the low extent of the ripening through the analysis of the different steps of the cheese proteolysis and the biosynthesis of neutral volatile aroma compounds. The addition of broken cells obtained by high-pressure homogenization appeared to be an efficient way to acceleratethe ripening of UF-cheeses. ln a second approach, the aim was to improve knowledge on the mechanisms linking lysis, proteolysis and cheesemaking technology (traditional or use of UF), taking the Minas Frescal cheese as a model. Two single strains of Lactococcuslactis subsp. cremoris were used as starters. One strain was known as lysogenic with high autolytic characteristic (AM2). The other one was its prophage-cured variant, AM2-C, with non-autolytic property. ln order to avoid bias with the components of natural milk microflora, the cheese milk was previously microfiltrated (membrane pore size 1,4 μm) that removes 99,98 % of the total initial count. The cheeses made either by traditional process or by ultrafiltration, with the two different starters, showed similar biochemistry composition at day one. On the other hand, scanning electron microscopy showed heterogeneous microstructures in the traditionally processed cheeses contrary to the UF ones that were very homogenous. Autolytic behavior of starters was highly different between the cheeses made by traditional technology. The prophage-cured strain (AM2-C) promoted a very intense primary proteolysis in the cheese at day one contrary to that made with the strain AM2 where the measured proteolysis was very weak. Our results suggest that the cell autolysis of AM2 affect the integrity of the cell wall and, consequently, the activity of the proteases associated. ln the case of UF-Minas Frescal cheeses, only weak autolysis signs were detected, whatever was the used strain. Moreover, primary and secondary proteolys is were found low and similar for both strains. These results permit to conclude that the lactococci lysis is almost totally inhibited in such cheeses, when compared to the traditional ones. Absence of Lactococcus sp. lysis was also verified in commercial UF-cheeses. The results concerning the Minas Frescal cheeses made from microfiltered and UF milk allows to affirm that these cheeses maintain their characteristics during all the storage period and they will have, therefore, a higher shelf life, that is a great interest for the Brazilian dairy industry.
 
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Publishing Date
2020-01-11
 
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