Incorporación de la pediocina producida por Pediococcus parvulus MXVK133 en películas y recubrimientos comestibles Público Deposited
La bacteriocina producida por Pediococcus parvulus MXVK133 es un agente antimicrobiano natural, cuyas características fisicoquímicas y secuencia amino terminal coinciden con la pediocina PA-1. Asimismo, su actividad antilisteria y estabilidad en un amplio intervalo de pH y de temperatura, le confieren un gran potencial para ser empleada en la elaboración de empaques comestibles con actividad antimicrobiana. El objetivo de este trabajo fue evaluar de qué manera la actividad y eficacia antimicrobianas, tanto in vitro como en un sistema cárnico, además del grado de migración de la pediocina incorporada en matrices proteicas formadoras de películas, eran afectados por el pH del medio, naturaleza de los materiales de película y estructura microscópica de las mismas. Para este estudio se seleccionaron 2 materiales formadores de películas con diferentes características hidrofobicas: zeína de maíz y aislado de proteína de suero de leche. La actividad antimicrobiana de películas adicionadas con 16666 UA de pediocina/mL de solución formadora de película (SFP) se probó contra Listeria monocytogenes: Scott A, LM82, LM47 y LM48; y también contra L. innocua ATCC33090. Para determinar la cantidad mínima de pediocina necesaria para producir películas con actividad antimicrobiana, diferentes concentraciones de pediocina (416-50000 UA) se adicionaron a las SFP y la actividad de las mismas se evaluó midiendo los halos de inhibición generados contra Listeria innocua en placas de agar. El grado de migración de la bacteriocina contenida en películas adicionadas con 16666, 33333 y 50000 UA/mL SFP se evaluó agua destilada a 10°C. Asimismo, se evaluó el efecto del pH sobre el grado de migración en un intervalo de pH de 4 a 7. Asimismo, se evaluó la actividad antimicrobiana de las películas de APSL adicionadas con pediocina (25000 UA/mL SFP) obtenidas al ajustar el pH de las SFP en un intervalo de 2 a 9. Adicionalmente, se realizó un análisis de la superficie de las películas por microscopía electrónica de barrido para poder determinar si dichas diferencias podrían afectar el grado de migración de la pediocina contenida en ellas. Finalmente, se evaluó la eficacia de las películas y recubrimientos para controlar el crecimiento de L. innocua in vitro y en una emulsión cárnica. Las películas de zeína de maíz (ZM) y aislado de proteína de suero de leche (APSL) adicionadas con 16666 UA de pediocina/mL de SFP presentaron actividad antimicrobiana contra L. monocytogenes Scott A, LM48, LM82; y contra L. innocua, pero no contra L. monocytogenes LM47. La concentración mínima de pediocina para generar películas con actividad antimicrobiana contra L. innocua ATCC33090 fue de 833 y 3333 UA/mL SFP, para las películas de ZM y APSL, respectivamente. La migración de la pediocina en agua destilada fue detectada sólo en las películas de ZM más no en las de APSL. Sin embargo, cuando la migración se llevó acabo en soluciones amortiguadoras ajustadas a valores de pH entre 4 y 7 ésta se favoreció significativamente a pH´s ácidos (<5) tanto en películas de ZM como de APSL. Por otra parte, las películas de zeína mostraron una mayor eficacia en el control en la población de L. innocua tanto en pruebas in vitro como en una emulsión cárnica. Las diferencias en la actividad antimicrobiana y eficacia en el control de Listeria mostradas por las películas de zeína y APSL se explicaron con base al establecimiento de interacciones de diferente naturaleza entre la pediocina y los materiales formadores de películas: interacciones de tipo hidrofóbico entre la zeína y la pediocina e interacciones de tipo electrostático, entre el APSL y la pediocina. Aunado a esto, la estructura menos compacta mostrada por las películas de zeína contribuyó a una mejor migración y eficacia de la pediocina para el control de L. innocua. Las películas y recubrimientos elaborados a partir de APSL y zeína de maíz adicionados con pediocina pueden ser empleados satisfactoriamente para controlar mantener la calidad microbiológica de los alimentos. Sin embargo, la actividad antimicrobiana de la pediocina contenida en ellos dependerá de naturaleza de las interacciones establecidas entre ésta y los materiales formadores de películas, estructura microscópica de las películas, así como del pH del producto sobre el cual se apliquen.
The bacteriocin produced by Pediococcus parvulus MXVK133 is a natural antimicrobial agent, presenting physicochemical characteristics and amino acid sequence similar to pediocin PA-1. Due to its antilisteria activity and pH stability, this bacteriocin presents potential to be used in the elaboration of edible antimicrobial films. The aim of this work was to study the activity and antimicrobial effectiveness, as well as pediocin migration in films as affected by hidrophobicity and structure of film materials, as well as by pH. Two film-forming materials with different hydrophobicity were selected: ethanolsoluble corn zein (CZ), and water-soluble whey protein isolate (WPI). Antimicrobial activity of films added with 16666 AU of pediocin/mL of film forming solution (FFS) was evaluated against 4 Listeria monocytogenes: strains Scott A, 82, 47 and 48 and against L. innocua ATCC33090. Minimal pediocin concentration to produce films with some antimicrobial activity was evaluated by adding various pediocin levels (416-50000 AU)/ mL of FFS. Film antimicrobial activity was studied by measuring the inhibition areas generated against L. innocua on agar plates. Release of pediocin contained into films added with 16666, 33333 y 50000 AU/mL FFS was analyzed in distillated water at 10°C and in buffer solutions, at pH 4 to 7. WPI film forming solutions (FFS) were added with 25000 UA pediocin/mL of FFS and FFS; pH 2 to 9. Film antimicrobial activity was analyzed against L. innocua. CZ and WPI film topography was evaluated by scaning electron microscopy (SEM) for structural differences observed in CZ and WPI film surfaces, as affected by may affect the migration grade and antimicrobial effectiveness of pediocin. Finally, antimicrobial effectiveness of CZ and WPI coatings added with 1500, 6000 and 12000. UA pediocin/mL FFS was in an emulsified meat product, using L. innocua as indicator. CZ and WPI films added with pediocin showed antimicrobial activity against L. monocytogenes strains Scott A, 48 and 82, as well as against L. innocua, but not against L. monocytogenes strain 47. Was necessary to add 833 and 3333 AU/mL FFS to CZ and WPI FFS, respectively, to produce films with some antimicrobial activity against L. innocua ATCC33090. Release of pediocin contained in films with 16666, 33333, and 50000 UA/mL of SFP into distillated water was only detected in CZ but not in WPI films. However, when pediocin release was analyzed in buffer solutions, at pH between 4 and 7, it was observed that pediocin release improved at acid pH (<5) in both, CZ and WPI films. Finally, CZ films where the most effective to control L. innocua in both, in vitro and in a meat emulsion product. Differences in antimicrobial activity as well as effectiveness to control Listeria growth in CZ and WPI films could be explain by interactions established between pediocin and film forming materials: hydrophobic interactions between pediocin and CZ and strong electrostatic interactions between WPI proteins and pediocin, together with specific topography characteristics observed in the different films. Coatings and edible films made with CZ and WPI, added with a pediocin used successfully, to control, maintain, and improve the microbial quality of foods. However, the antimicrobial activity and the effectiveness of pediocin to control microbial growth of indicator microorganisms will depend on the nature of interactions established between the bacteriocin and the film forming materials, as well as on pH of the product of the product which they will be applied.
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