Avaliação da produção de biomassa por isolados de bactérias do ácido láctico em soro de leite e seu potencial probiótico

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REI - UFSJ CAMPUS CENTRO OESTE DONA LINDU - CCO PROGRAMA MULTICÊNTRICO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOQUÍMICA E BIOLOGIA MOLECULAR TUÂNIA NATACHA LOPES SILVA Avaliação da produção de biomassa por isolados de bactérias do ácido láctico em soro de leite e seu potencial probiótico A divulgação desse trabalho está ocorrendo na data de 17/04/2019 Divinópolis - MG Fevereiro

2 TUÂNIA NATACHA LOPES SILVA Avaliação da produção de biomassa por isolados de bactérias do ácido láctico em soro de leite e seu potencial probiótico. Dissertação apresentada ao Programa Multicêntrico de Pós-Graduação em Bioquímica e Biologia Molecular da Universidade Federal de São João Del Rei, como requisito parcial para a obtenção do grau de Mestre. Orientador: Paulo Afonso Granjeiro Co-orientador: Ivarne Luis dos Santos Tersariol Divinópolis - MG Fevereiro

3 Ficha catalográfica elaborada pela Divisão de Biblioteca (DIBIB) e Núcleo de Tecnologia da Informação (NTINF) da UFSJ, com os dados fornecidos pelo(a) autor(a) S586a Silva, Tuânia Natacha Lopes. Avaliação da produção de biomassa por isolados de bactérias do ácido láctico em soro de leite e seu potencial probiótico / Tuânia Natacha Lopes Silva ; orientador Paulo Afonso Granjeiro; coorientador Ivarne Luis dos Santos Tersariol. -- Divinópolis, p. Dissertação (Mestrado - Programa Multicêntrico de Pós-Graduação em Bioquímica e Biologia Molecular) -- Universidade Federal de São João del-rei, bactérias do ácido láctico. 2. probióticos. 3. soro de leite. 4. antimicrobiano. 5. cosmético. I. Granjeiro, Paulo Afonso, orient. II. Tersariol, Ivarne Luis dos Santos, co-orient. III. Título.

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5 V Aos meus exemplos de vida e base forte na caminhada meus pais e minhas irmãs pelo amor e confiança depositados em mim.

6 VI AGRADECIMENTOS À Deus, por me guiar por todo o percurso. A toda minha família, principalmente aos meus pais, Fátima e Sebastião pelo apoio, dedicação e carinho, sem vocês tenho certeza que não conseguiria. As minhas irmãs Sarita e Tayara pelas palavras de incentivo. Aos professores que me ensinaram os aprendizados e valores de uma profissão, principalmente meu professor e orientador Dr. Paulo Afonso Granjeiro, meu coorientador Dr. Ivarne Luis dos Santos Tersariol e aos Professores DrªJuliana Teixeira de Magalhães e Dr. Daniel Bonoto Gonçalves por todo o apoio durante a realização desse trabalho. Aos amigos do Laboratório de Processos Biotecnológicos e Purificação de Macromoléculas, principalmente meus amigos Jonatas, Heloísa, Anna Kelly, Júlia e Nayara. Aos amigos dos outros laboratórios que sempre se mostraram disponíveis a ajudar na realização desse trabalho.

7 VII Tudo posso naquele que me fortalece (Filipenses 4:13)

8 VIII RESUMO Probióticos são microrganismos vivos que quando administrados em quantidades adequadas conferem benefícios à saúde do hospedeiro. Microrganismos para serem considerados probióticos necessitam possuir algumas propriedade e funções como a capacidade de formarem biofilmes, produzir exopolissacarídeos e atividade antimicrobiana. Dessa forma, este trabalho teve como objetivo realizar a avaliação do crescimento de isolados de bactérias do ácido láctico em soro de leite e avaliar o potencial probiótico desses microrganismos. Inicialmente foram realizados experimentos para avaliar a produção de biomassa em soro de leite proteinizado em diferentes rotações e as cinco espécies de bactérias do ácido láctico (BALs), exceto a cepa DE4, não apresentaram diferença estatisticamente significativa entre o procedimento de produção de biomassa sem rotação e com rotação. Em seguida realizou-se a produção de biomassa das cinco espécies em soro de leite desproteinizados, não apresentando diferença estatisticamente significativa com o soro de leite proteinizado, exceto a cepa DE4. Foram feitos estudos de produção de biomassa, estabilidade de liofilizado e microscopia eletrônica de varredura (MEV) de duas espécies de BALs. Os resultados de produção de biomassa demonstraram valores entre 1,74 g/l ± 0,055 a 1,12 g/l ± 0,495 para as cepas. O estudo de estabilidade demonstrou que o efeito é espécie específico. Análise visual de MEV apresentou matéria orgânica após liofilização, sugerindo um possível encapsulamento das cepas analisadas por componentes do soro de leite. Posteriormente foi testado o potencial probiótico de quinze cepas de BALs, em que foram testados formação de biofilme, exopolissacarídeos (EPS) e antimicrobiano. Os resultados mostraram que as cepas que apresentaram melhor capacidade de formação de biofilme foram CAN7, CAN6 e M5. Todas as cepas apresentaram capacidade de produção de EPS, exceto CAN6, sendo a melhor fonte de carbono para a produção de EPS a glicose. As células viáveis das cepas não foram capazes de inibir Pseudomonas aeruginosa ATCC e Staphylococcus epidermidis ATCC As cepas M30, M5, P4 e P10 foram as melhores para inibir o crescimento de Corynebacterium xerosys ATCC 373 com halos de inibição intermediários. Todas as cepas, exceto CA12, foram capazes de inibir o crescimento de Propionibacterium acnes ATCC 6919 de forma intermediária. O sobrenadante livre de células das cepas M13, CAN7, P2 foram as únicas que apresentaram poder

9 IX de inibição de P. acnes, porém de forma fraca. Ao inativar quatro cepas de BALs os componentes do soro demonstraram serem capazes de proteger as cepas contra inativações por UV, sonicação e moinho de pérolas. Foi avaliado uma formulação cosmética probiótica com propriedade anti-acne e sua armazenagem em geladeira e temperatura ambiente. A formulação cosmética probiótica manteve a característica de inibição contra P. acnes durante a estocagem em geladeira por até 15 dias. Em temperatura ambiente a atividade antimicrobiana contra P. acnes foi até 7 dias. Concluímos que as cepas apresentam potencial probiótico e potencial aplicação biotecnológica na indústria de cosmético contra acne. Palavras chaves: bactérias do ácido láctico, probióticos, soro de leite, biofilme, exopolissacarídeo, antimicrobiano, cosmético

10 X ABSTRACT Probiotics are live microrganisms that when administered in adequate amounts confer benefits to the health of the host. Microorganisms to be considered probiotics need to possess some properties and functions such as the ability to form biofilms, produce exopolysaccharides and antimicrobial activity. Thus, this work had the objective of evaluating the growth of lactic acid bacterial isolates in whey and evaluating the probiotic potential of these microrganisms. Initially, experiments were carried out to evaluate the biomass production in protein whey at different rotations and the five species of lactic acid bacteria (BALs), except the DE4 strain, did not present a statistically significant difference between the procedure of production of biomass without rotation and with rotation. Then the biomass production of the five species in deproteinized whey was performed, showing no statistically significant difference with the protein whey except the DE4 strain. Biomass production, lyophilized stability and scanning electron microscopy (SEM) of two species of BALs were performed. The results of biomass production showed values between 1.74 g / L ± and 1.12 g / L ± for the strains. The stability study demonstrated that the effect is species specific. SEM analysis showed organic matter after lyophilization, suggesting a possible encapsulation of the strains analyzed by whey components. Subsequently, the probiotic potential of fifteen strains of BALs was tested, in which biofilm formation, exopolysaccharides (EPS) and antimicrobial were tested. The results showed that the strains that presented the best biofilm formation capacity were CAN7, CAN6 and M5. All strains showed EPS production capacity, except for CAN6, being the best source of carbon for the production of EPS and glucose. Viable cells from the strains were not able to inhibit Pseudomonas aeruginosa ATCC and Staphylococcus epidermidis ATCC The strains M30, M5, P4 and P10 were the best to inhibit the growth of Corynebacterium xerosys ATCC 373 with intermediate inhibition halos. All strains, except CA12, were able to inhibit the growth of Propionibacterium acnes ATCC 6919 in an intermediate manner. The cell free supernatant of the strains M13, CAN7, P2 were the only ones that showed P. acnes inhibition power, but weakly. By inactivating four strains of BALs the serum components were shown to be capable of protecting the strains against UV, sonication and pearl mill inactivations. A probiotic cosmetic formulation with antiacne properties and its storage in refrigerator and room temperature were evaluated.

11 XI The probiotic cosmetic formulation maintained the inhibition characteristic against P. acnes during refrigerated storage for up to 15 days. At room temperature the antimicrobial activity against P. acnes was up to 7 days. We conclude that the strains present probiotic potential and potential biotechnological application in the acne cosmetic industry. Keywords: lactic acid bacteria, probiotics, whey, biofilm, exopolysaccharide, antimicrobial, cosmetic