ARYÁDINA MARA RIBEIRO DE SOUZA

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1 ARYÁDINA MARA RIBEIRO DE SOUZA ATIVIDADE DAS BACTERIOCINAS BOVICINA HC5 E NISINA SOBRE O CRESCIMENTO E A RESISTÊNCIA TÉRMICA DE Alicyclobacillus acidoterrestris EM SUCOS DE FRUTAS Dissertação apresentada à Universidade Federal de Viçosa, como parte das exigências do programa de Pós-Graduação em Microbiologia Agrícola, para obtenção do título de Magister Scientiae. VIÇOSA MINAS GERAIS - BRASIL 2008

2 RESUMO SOUZA, Aryádina Mara Ribeiro, M. Sc., Universidade Federal de Viçosa, junho de Atividade das bacteriocinas bovicina HC5 e nisina sobre o crescimento e a resistência térmica de Alicyclobacillus acidoterrestris em sucos de frutas Orientador: Hilário Cuquetto Mantovani. Co-orientadores Maria Cristina Dantas Vanetti e Célia Alencar de Morais. Alicyclobacillus acidoterrestris é uma bactéria termoacidófila, esporogênica, que tem sido relacionada com a deterioração de sucos de frutas pasteurizados. A prevenção da deterioração dos sucos ácidos por A. acidoterrestris é considerado um desafio para a indústria de sucos de frutas e novas alternativas são necessárias para o controle deste microrganismo. O uso de bacteriocinas de bactérias do ácido láctico tais como a nisina, pode ser uma alternativa interessante para o controle de bactérias deterioradoras termoacidófilas. Entretanto, outros peptídeos apresentam estrutura e função que conferem potencial para aplicação na preservação de alimentos. Neste estudo, foi avaliado o efeito de bovicina HC5 e nisina sobre o crescimento e a resistência térmica de A. acidoterrestris DSMZ 2498 inoculado em diferentes sucos de frutas. A adição de bacteriocinas ao meio de cultura reduziu a velocidade específica de crescimento e a densidade óptica (DO) máxima mensurada. Quando bovicina HC5 foi utilizada nas concentrações de 10 e 20 UA/mL o crescimento de A. acidoterrestris foi completamente inibido. Resultados semelhantes foram obtidos quando as culturas foram tratadas com nisina. Ambas bacteriocinas apresentaram efeito bactericida contra células vegetativas de A. acidoterrestris inoculadas em tampão fosfato ph 4,0. Doses de 10 e 25 UA/mL de bovicina HC5 e nisina xi

3 adicionadas aos sucos de abacaxi, uva e manga reduziram a viabilidade celular de A. acidoterrestris. Entretanto, esse efeito não foi observado quando as bacteriocinas foram adicionadas aos sucos de mamão, laranja e maçã. Esses resultados sugerem que a composição do suco de fruta afeta a atividade ou a estabilidade da bacteriocina. A dose bactericida mínima (DBM) de bovicina HC5 e de nisina contra A. acidoterrestris inoculado em diferentes sucos de frutas foi de 66,6 e 60,0 UA/mL, respectivamente. Também avaliou-se o efeito de bovicina HC5 e nisina na redução térmica de A. acidoterrestris. A adição de bovicina HC5 ou nisina na concentração de 80 UA/mL nos sucos de frutas reduziu a resistência térmica dos esporos de A. acidoterrestris a 90 o C (D 90 C ) em quase 30 vezes. A observação de células vegetativas de A. acidoterrestris DSMZ 2498 tratadas com bovicina HC5 ou nisina por meio de microscopia de força atômica revelou mudanças severas no envelope celular e na morfologia de células vegetativas de A. acidoterrestris. Considerando os resultados obtidos neste trabalho, bovicina HC5 e nisina demonstraram serem efetivas contra A. acidoterrestris e apresentam potencial para reduzir a deterioração de sucos de frutas por bactérias termoacidófilas. xii

4 ABSTRACT SOUZA, Aryádina Mara Ribeiro, M. Sc., Federal University of Viçosa, June, Activity of the bacteriocins bovicin HC5 and nisin on the growth and the thermal resistance of Alicyclobacillus acidoterrestris in fruit juices. Advisor: Hilário Cuquetto Mantovani. Co-advisors: Maria Cristina Dantas Vanetti and Célia Alencar de Morais. Alicyclobacillus acidoterrestris is a thermoacidophilic sporogenic bacterium which has been related to the deterioration of pasteurized fruit juices. The prevention of acid juice deterioration by A. acidoterrestris is considered a challenge by the fruit juice industry, and new alternatives are needed to control this microorganism. The use of bacteriocins from lactic acid bacteria such as nisin, can be an interesting alternative for the control of thermoacidophilic deteriorative bacteria. However, other peptides present structure and function that confer potential for their application in food preservation. In this study, the effect of bovicin HC5 and nisin was evaluated on the growth and thermal resistance of A. acidoterrestris DSMZ 2498 inoculated in different fruit juices. The addition of bacteriocins to the culture media reduced the specific growth rate and the maximum optical density (OD). When bovicin HC5 was used in concentrations of 10 and 20 UA/mL, the growth of A. acidoterrestris was completely inhibited. Similar results were obtained when the cultures were treated with nisin. Both bacteriocins presented bactericidal effects against vegetative cells of A. acidoterrestris inoculated in phosphate buffer at ph 4.0. Doses of 10 and 25 UA/mL of bovicin HC5 and nisin respectively, added to pineapple juices, grape xiii

5 juices, and mango juices reduced the cellular viability of A. acidoterrestris. However, this effect was not observed when the bacteriocins were added to papaya juice, orange juice and apple juice. These results suggest that the composition of fruit juice affects bacteriocin activity or stability. The minimum bactericidal dose (MBD) of bovicin HC5 and nisin against A. acidoterrestris inoculated in different fruit juices was 66.6 and 60.0 UA/mL, respectively. The effect of bovicin HC5 and nisin in the thermal reduction of A. acidoterrestris was also evaluated. The addition of bovicin HC5 or nisin at the concentration of 80 UA/mL in fruit juices reduced the thermal resistance of A. acidoterrestris spores at 90 o C (D 90 C ) almost 30 times. The observation of A. acidoterrestris DSMZ 2498 vegetative cells treated with bovicin HC5 or nisin through atomic force microscopy revealed severe changes in the cellular envelope and in the A. acidoterrestris vegetative cells morphology. Considering the results obtained in this study, bovicin HC5 and nisin demonstrated effectiveness against A. acidoterrestris, and present potential to reduce the deterioration of fruit juices by thermoacidophilic bacteria. xiv