Forschung in Genen und Proteinen Offener Zugang

Abstrakt

Produktion von γ-Aminobuttersäure in Molkenproteinsaft während der Fermentation durch Lactobacillus plantarum

Fatemeh Zarei, Leila Nateghi, Mohamad Reza Eshaghi, Maryam Ebrahimi Taj Abadi, Nazila Ghorban Hosseini und Maryam Zarei

Probiotika sind Mikroorganismen aus der Gruppe der Milchsäurebakterien (LAB), die bei ausreichender Dosierung die Gesundheit von Mensch und Tier verbessern. Allerdings können Probiotika nur wirksam sein, wenn sie im Magen-Darm-Trakt vorkommen. Die Identifizierung und Isolierung von Mikroorganismen aus natürlichen Ressourcen ist ein effektiver Ansatz, um Bakterienarten mit weiteren funktionellen Aktivitäten als die üblicherweise verwendeten Arten zu finden. Aufgrund der großen genetischen Vielfalt im Iran und der Einfuhr von Probiotika in das Land sollten einheimische probiotische Stämme und ihre industriellen Anwendungen untersucht werden. Im Westen des Landes wurden LAB bereits aus Milchprodukten extrahiert; sie gehörten meist zu Lactobacillus (L.) paracasei, L. plantarum und Pediococcus (P.) acidilactici. Im Allgemeinen werden LAB mit probiotischen Eigenschaften hauptsächlich in verschiedenen fermentierten Lebensmitteln verwendet, insbesondere in Milchprodukten. Aufgrund ihrer Fähigkeit, Gamma-Aminobuttersäure (GABA) zu synthetisieren, könnte das Screening von LAB neue Möglichkeiten für mit GABA angereicherte Milchprodukte eröffnen. GABA ist eine nicht-proteinogene Aminosäure (AA) mit der chemischen Formel C4H9NO2 und einem Molekulargewicht von 103,12 g mol-1. 1950 wurde nachgewiesen, dass das zentrale Nervensystem (ZNS) von Säugetieren große Mengen GABA freisetzt (fast 1 mg ml-1). Dieser Wirkstoff wird durch die Aktivität der Glutamat-Decarboxylase (GAD) in den Mitochondrien durch die irreversible Decarboxylierung von L-Glutamat in Gegenwart des Coenzyms Pyridoxal-5'-phosphat produziert. Zu den biologischen Funktionen von GABA zählen die Senkung des Blutdrucks beim Menschen, harntreibende Wirkungen, Schlafregulierung, Linderung von Schlaflosigkeit und Depressionen, Unterdrückung von Autoimmunreaktionen, Behandlung chronischer alkoholbedingter Erkrankungen, Stressabbau und Stimulation von Immunzellen. Daher wird GABA als funktioneller bioaktiver Wirkstoff mit potenziell heilenden Eigenschaften in Lebensmitteln und Arzneimitteln große Aufmerksamkeit geschenkt. Natürliches GABA wurde erstmals in Kartoffeln identifiziert und in kleinen Mengen in mehreren gefunden.
Diese Arbeit wird teilweise auf der 10. Internationalen Konferenz für Genomik und Molekularbiologie vom 21. bis 23. Mai 2018 in Barcelona, ​​Spanien, vorgestellt.
landwirtschaftliche Produkte wie Gerste, Mais, Getreide, Obst und Gemüse wie Spinat, Brokkoli, Tomaten, Äpfel und Weintrauben. In entwickelten Ländern wird GABA als gesundheitsförderndes Aminosäurenpräparat verwendet. Außerdem ist es ein beliebtes Ergänzungsmittel in verschiedenen Nahrungsmitteln und rezeptfreien Medikamenten zur Behandlung zahlreicher Symptome wie Schlafstörungen und Stress. Studien zur Verwendung von GABA-Ergänzungsmitteln an gesunden Personen von bis zu 18 g über 4 Tage oder 120 mg über 12 Monate haben relativ positive Ergebnisse gezeigt. Heutzutage nimmt die Verwendung von funktionellen Nahrungsmitteln mit GABA aufgrund der erheblichen gesundheitlichen Vorteile weltweit zu. Die Fähigkeit zur GABA-Produktion ist bei verschiedenen LAB-Stämmen unterschiedlich. Allerdings wird die GABA-Produktion von einigen Faktoren beeinflusst, wie Kohlenstoffquelle, Glutamatkonzentration, Fermentationszeit, Coenzym Pyridoxal-5-phosphat, Temperatur und pH-Wert. Von diesen Faktoren sind Glutamatkonzentration, Fermentationszeit, Temperatur und pH-Wert die wichtigsten Faktoren bei allen Bakterienspezies. Die Verwendung von Produkten mit hohem LAB-Gehalt zur Synthese von GABA hat eine neue Vision für die Herstellung GABA-angereicherter Produkte geschaffen. Nach bestem Wissen der Autoren wurden keine Studien zur Entwicklung funktioneller Produkte unter Verwendung von Probiotika, die aus lokalen Milchprodukten im Westen Irans extrahiert wurden, durchgeführt. Daher bestanden die Hauptziele dieser Studie darin, Kulturmedien zu optimieren und das Potenzial der bakteriellen GABA-Produktion in Probiotika zu untersuchen, die aus iranischen Milchprodukten unter Verwendung von zwei Kulturmedien aus De Man-, Rogosa- und Sharpe-(MRS-)Brühe und Molkenprotein extrahiert wurden.
Materialien und Methoden: Lactobacillus plantarum wurde mit 108 zu Molkenproteinsaft injiziert, der Bananen- und Erdbeerkonzentrat unter Zugabe von 250 mM Glutaminsäure enthielt. Lebensfähigkeit, pH-Wert, GABA-Produktion und sensorische Bewertung der Behandlungen wurden 30 Tage lang bei 4 und 25 °C bewertet.
Ergebnisse: Lactobacillus plantarum hat das Potenzial, in allen Behandlungsgetränken GABA zu produzieren. Die höchste Menge an GABA-Produktion (195,5 ppm), die probiotische Bakterienlebensfähigkeit (8,01 log10 KBE/ml) und der pH-Wert (3,81) nach 30 Tagen Lagerung in einem Molkegetränk mit Bananenkonzentrat bei 25 °C. Es stellte sich heraus, dass die Ergebnisse der sensorischen Bewertung zeigten, dass sich die Gesamtakzeptanzwerte aller Behandlungen nicht signifikant unterschieden (p>0,05).
Schlussfolgerung und Bedeutung: Zusammenfassend waren die Ziele der vorliegenden Studie die Bewertung der potenziellen GABA-Produktion durch drei probiotische Bakterien, die aus lokalen Milchprodukten im Westen des Iran in zwei Kulturmedien aus Molkeprotein und MRS-Brühe extrahiert wurden. Von den drei untersuchten Stämmen zeigte L. plantarum das höchste Potenzial der GABA-Produktion (115,24 mg kg-1) in MRS-Brühe. Um die von L. produzierte GABA-Menge zu erhöhen,
wurde diese Arbeit teilweise auf der 10. Internationalen Konferenz für Genomik und Molekularbiologie vom 21. bis 23. Mai 2018 in Barcelona, ​​Spanien, vorgestellt.
plantarum wurden die Bedingungen des Kulturmediums, einschließlich pH-Wert (4–6), Temperatur (30–50 °C), Zeit (12–72 h) und Glutaminsäurekonzentration (25–250 mM), optimiert. L. plantarum kann eine lebensfähige Funktion haben und GABA in einem Molkegetränk mit Bananen- und Erdbeerkonzentrat produzieren, ohne dass die sensorischen Eigenschaften des Getränks unerwünschte Auswirkungen haben. Probiotikabasiertes GABA in Getränken kann als positiver Schritt in der Entwicklung funktioneller Produkte und der Förderung der Gesundheit der Verbraucher angesehen werden.