GELENEKSEL YOĞURTLARDAN İZOLE EDİLEN LAKTİK ASİT BAKTERİLERİNİN MALDI TOF MS BİOTYPER SİSTEMİ İLE TANIMLANMASI VE BAZI STARTER KÜLTÜR ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ

Abstract

Bu çalışmada Batı Karadeniz Bölgesi’nde, beş ilden toplanan, geleneksel yöntemlerle üretilmiş yoğurtlardan laktik asit bakterilerinin izolasyonu, tanımlanması, bazı starter kültür özelliklerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Suşların tanımlanması MALDI-TOF MS Biotyper sistemi ile gerçekleştirilmiştir. İzole edilen 84 izolattan 2’si Lactobacillus helveticus, 2’si Lactiplantibacillus plantarum, 3’ü Limosilactobacillus fermentum, 1’i Enterococcus faecalis ve 76’sı Lactobacillus delbrueckii olarak tanımlanmıştır. İzolatların eritromisin, teikoplanin, streptomisin, rifampisin, amfisilin, klindamisin, sefotaksim, kloramfenikol, tetrasiklin ve vankomisine karşı duyarlı, nalidiksik asit, siprofloksasin, ofloksasin, gentamisin ve trimethoprim sülfametoksazole karşı dirençli oldukları tespit edilmiştir. İzolatların Salmonella Typhimurium ve E. coli O157:H7’ye karşı antimikrobiyal etki gösterdiği ancak Bacillus cereus, Listeria monocytogenes ve Staphylococcus aureus’a karşı antimikrobiyal etkisinin düşük olduğu tespit edilmiştir. İzolatlardan 8’inin ürettiği asitliğin %0.9 ve 0.95 arasında olduğu bulunmuştur. Ayrıca 74 izolatın diasetil üretimi gerçekleştirdiği belirlenmiştir. Starter olma potansiyeli yüksek 26 suşun proteinaz aktivitesi ve fajlara karşı direnç durumu incelenmiştir. Suşlardan 5’inin proteolitik aktivite göstermediği ve faj direnci testi sonuçlarına göre izolatlardan 8 tanesi Ф709-X1 fajına karşı duyarlı olup, 12 adet Lactobacillus delbrueckii izolatının ise çalışmada kullanılan 15 farklı bakteriyofaja karşı dirençli oldukları belirlenmiştir. Çalışma sonuçlarına göre izole edilen kültürlerin incelenen özellikler açısından starter kültür olarak kullanılabilme potansiyeline sahip oldukları belirlenmiştir.

Keywords

• laktik asit bakterileri
• MALDI TOF MS
• Starter kültür özellikleri

ISOLATION OF LACTIC ACID BACTERIA FROM TRADITIONAL YOGHURTS, IDENTIFICATION BY MALDI TOF MS BIOTYPER SYSTEM AND DETERMINATION OF SOME STARTER CULTURE PROPERTIES

Abstract

In this study, it was aimed to isolate, identify, and determine some starter culture characteristics of lactic acid bacteria from yoghurts produced by traditional methods, collected from five provinces in the Western Black Sea Region. Identification of strains was performed with the MALDI-TOF MS Biotyper system. Of the 84 isolates isolated, 2 were identified as Lactobacillus helveticus, 2 as Lactiplantibacillus plantarum, 3 as Limosilactobacillus fermentum, 1 as Enterococcus faecalis and 76 as Lactobacillus delbrueckii. The isolates were found to be susceptible to erythromycin, teicoplanin, streptomycin, rifampicin, ampicillin, clindamycin, cefotaxime, chloramphenicol, tetracycline, and vancomycin, and resistant to nalidixic acid, ciprofloxacin, ofloxacin, gentamicin and trimethoprim sulfamethoxazole. It was determined that the isolates showed antimicrobial activity against Salmonella Typhimurium and E. coli O157:H7, but the antimicrobial effect was low against Bacillus cereus, Listeria monocytogenes and Staphylococcus aureus. The acidity produced by 8 of the isolates was found to be between 0.9 and 0.95 %. In addition, it was determined that 74 isolates produced diacetyl. Proteinase activity and resistance to phages of 26 strains with high starter potential were investigated. It was determined that 5 of the strains did not show proteinase activity and according to the phage resistance test results, 8 of the isolates were sensitive to Ф709-X1 phage, and 12 Lactobacillus delbrueckii isolates were resistant to 15 different bacteriophages used in the study. According to the results of the study, it was determined that the isolated cultures have the potential to be used as a starter culture in terms of the investigated characteristics.

Keywords

• Lactic acid bacteria
• MALDI TOF MS
• Starter culture properties

References

1. Abushelaibi, A., Al-Mahadin, S., El-Tarabily, K., Shah, N. P., & Ayyash, M. (2017). Characterization of potential probiotic lactic acid bacteria isolated from camel milk. LWT-Food Science and Technology, 79, 316-325. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2017.01.041
2. Acar Soykut, E. (2007). Streptococcus thermophilus ve Lactobacillus bulgaricus virulent fajlarının replikasyon parametreleri, kapsid protein profilleri ve restriksiyon endonükleaz analizleri esas alınarak tanımlanmaları ve sınıflandırılmaları. Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı Doktora Tezi, Ankara, Türkiye.
3. Acar Soykut, E., & Tunail, N. (2009). Süt endüstrisinde sorun yaratan termofilik fajlar. Gıda, 34(2), 107-113.
4. Acar Soykut, E., & Tunail, N. (2014). Lactobacillus bulgaricus fajlarının restriksiyon fragment uzunluk polimorfizmi, protein profilleri ve konakçı özgüllüklerine göre tanımlanması. Gıda, 39(2), 95-102.
5. Akoğlu, A., Yaman, H., Coşkun, H., ve Sarı, K., (2017). Mengen Peynirinden laktik asit bakterilerinin izolasyonu, moleküler tanımlanması ve bazı starter kültür özelliklerinin belirlenmesi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 21(2): 453-459.
6. Alameri, F., Tarique, M., Osaili, T., Obaid, R., Abdalla, A., Masad, R., ... & Ayyash, M. (2022). Lactic acid bacteria isolated from fresh vegetable products: Potential probiotic and postbiotic characteristics Including immunomodulatory effects. Microorganisms, 10(2), 389. https://doi.org/10.3390/microorganisms10020389
7. Al-Bayati A.AK. (2014). Isolation and molecular identification of some lactic acid bacteria from traditionally made fermented food, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi Biyomühendislik ve Bilimleri Anabilim Dalı, Kahramanmaraş, Türkiye.
8. Arrioja, D., Mani-López, E., Palou, E., & López-Malo, A. (2020). Antimicrobial activity and storage stability of cell-free supernatants from lactic acid bacteria and their applications with fresh beef. Food Control, 107286. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2020.107286

9. Atamer, Z., Ali, Y., Neve, H., Heller, K. J., & Hinrichs, J. (2011). Thermal resistance of bacteriophages attacking flavour-producing dairy Leuconostoc starter cultures. International dairy journal, 21(5), 327-334. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2010.11.005
10. Aydın, F., Çakır, İ. (2022). Gıda Teknolojisinde Kullanılan Starter Mikroorganizmalar. In: Ensütriyel Gıda Üretim Teknikleri. 1. Basım. Ed.: Pınar Şanlıbaba, Yalçın Güçer. Nobel Akademik Yayıncılık Eğitim Danışmanlık Tic. Ltd. Şti. Ankara, Türkiye, pp 19-38. ISBN: 978-625-417-615-9.
11. Bartkiene, E., Ruzauskas, M., Bartkevics, V., Pugajeva, I., Zavistanaviciute, P., Starkute, V., ... & Hoelzle, L. E. (2020). Study of the antibiotic residues in poultry meat in some of the EU countries and selection of the best compositions of lactic acid bacteria and essential oils against Salmonella enterica. Poultry Science, 99(8), 4065-4076. https://doi.org/10.1016/j.psj.2020.05.002
12. Bin Masalam, M. S., Bahieldin, A., Alharbi, M. G., Al-Masaudi, S., Al-Jaouni, S. K., Harakeh, S. M., & Al-Hindi, R. R. (2018). Isolation, molecular characterization and probiotic potential of lactic acid bacteria in Saudi raw and fermented milk. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine, https://doi.org/10.1155/2018/7970463
13. Campedelli, I., Mathur, H., Salvetti, E., Clarke, S., Rea, M. C., Torriani, S., ... & O’Toole, P. W. (2019). Genus-wide assessment of antibiotic resistance in Lactobacillus spp. Applied and Environmental Microbiology, 85(1). https://doi.org/10.1128/AEM.01738-18
14. Canon, F., Nidelet, T., Guédon, E., Thierry, A., & Gagnaire, V. (2020). Understanding the mechanisms of positive microbial interactions that benefit lactic acid bacteria co-cultures. Frontiers in Microbiology, 11, 2088. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.02088
15. Cheesbrough, M. (2002). District laboratory practice in tropical countries. Cambridge University Press, Part II pp 136–141.
16. Chen, T., Wang, L., Li, Q., Long, Y., Lin, Y., Yin, J., ... & Yang, H. (2020). Functional probiotics of lactic acid bacteria from Hu sheep milk. BMC microbiology, 20(1), 1-12. https://doi.org/10.1186/s12866-020-01920-6
17. De Almeida Júnior, W. L. G., da Silva Ferrari, Í., de Souza, J. V., da Silva, C. D. A., da Costa, M. M. ve Dias, F. S., (2015). Characterization and evaluation of lactic acid bacteria isolated from goat milk, Food Control, 53, 96-103
18. De Amorim Trindade, D. P., Barbosa, J. P., Martins, E. M. F., & Tette, P. A. S. (2022). Isolation and identification of lactic acid bacteria in fruit processing residues from the Brazilian Cerrado and its probiotic potential. Food Bioscience, 48, 101739. https://doi.org/10.1016/j.fbio.2022.101739
19. Demirci, A., & Ocak E. (2020). Sağlıklı ve kaliteli yoğurt nasıl mayalanır? Akademik Platform Helal Yaşam Dergisi, 2(1), 14-22.
20. Demirgül, F., & Sağdıç, O. (2017). Laktik starter kültür üretim teknolojisi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 7(11), 27-37.
21. Deng, K., Fang, W., Zheng, B., Miao, S., & Huo, G. (2018). Phenotypic, fermentation characterization, and resistance mechanism analysis of bacteriophage-resistant mutants of Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus isolated from traditional Chinese dairy products. Journal of dairy science, 101(3), 1901-1914. https://doi.org/10.3168/jds.2017-13823
22. El Issaoui, K., Abrini, J., Zinebi, S., Amajoud, N., Senhaji, N. S., & Abriouel, H. (2020). Molecular identification and antibiotic resistance of bacteriocinogenic lactic acid bacteria isolated from table olives. Archives of Microbiology, 1-11. https://doi.org/10.1007/s00203-020-02053-0
23. Elçioğlu, Ö. (2010). Kargı Tulum Peynir’inden izole edilen laktik asit bakterilerinin starter ve probiyotik kültür özelliklerinin belirlenmesi. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Biyoloji Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi, Eskişehir, Türkiye.
24. Ertürkmen, P., Öner, Z., (2015) Beyaz Peynir örneklerinden izole edilen laktik asit bakterilerinin başlatıcı (starter) kültür özelliklerinin biyokimyasal yöntemlerle belirlenmesi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 19(3): 9-16. https://doi.org/10.19113/sdufbed.25545
25. Fleming, H.P., Etchells, J.L., and Costilow, R.N. (1975). Microbial inhibition by an isolate of Pediococcus from Cucumber Brines, Applied and Environmental Microbiology, 30(6): 1040-1042. https://doi.org/10.1128/am.30.6.1040-1042.1975
26. Fox, P.F. (1989) “Proteolysis during cheese manufacture and ripening”, Journal of Dairy Sciences. 72: 1379–1400. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(89)79246-8
27. Franciosi, E., Settanni, L., Cavazza, A., and Poznanski, E. (2009) Biodiversity and technological potential of wild lactic acid bacteria from raw cows' milk. International Dairy Journal, 19(1): 3-11. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2008.07.008
28. Gezginç, Y. (2010). Geleneksel yoğurtlardan izole edilen laktik asit bakterilerinin plazmit içeriği ve biyojenik amin üretimi bakımından gıda endüstrisinde kullanılabilirliğinin araştırılması. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Zootekni Anabilim Dalı, Doktora Tezi, Kahramanmaraş, Türkiye.
29. Gradaschi, V., Payaslian, F., Dieterle, M. E., Rondón Salazar, L., Urdániz, E., Di Paola, M., ... & Piuri, M. (2021). Genome sequence and characterization of Lactobacillus casei phage, vB_LcaM_Lbab1 isolated from raw milk. Therapy, Applications, and Research, 2(1), 57-63. https://doi.org/10.1089/phage.2020.0029
30. Guo, H., Pan, L., Li, L., Lu, J., Kwok, L., Menghe, B., ... & Zhang, W. (2017). Characterization of antibiotic resistance genes from Lactobacillus isolated from traditional dairy products. Journal of Food Science, 82(3), 724-730. https://doi.org/10.1111/1750-3841.13645
31. Hoque, M.Z., Akter, F., Hossain, K.M., Rahman, M.S.M, Billah, M.M. and Islam, K.M.D. (2010). “Isolation, identification and analysis of probiotic properties of Lactobacillus ssp. from selective regional yoghurts”, World Journal of Dairy & Food Sciences, 5(1): 39-46.
32. Hoxha, R., Nikolova, D., & Evstatieva, Y. (2022). Antibiotic resistance profile of the newly isolated lactic acid bacteria strains from traditional fermented foods. Current trends in natural sciences, 11(21), 247-253. https://doi.org/10.47068/ctns.2022.v11i21.027
33. Hugas, M. (1998). Bacteriocinogenic lactic acid bacteria for the biopreservation of meat and meat products. Meat Science, 49,1.
34. İşleroğlu, H., Yıldırım, Z., Yıldırım M. (2008). Yöresel peynirden antimikrobiyal aktiviteye sahip laktik asit bakterisinin izolasyonu ve tanısı. Gaziosmanpaşa Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 2008(1), 1-6.
35. Kanak, E.K. & Yılmaz, S.Ö. (2018). MALDI-TOF Mass spectrometry for the identification and detection of antimicrobial activity of lactic acid bacteria isolated from local cheeses. Food Science And Technology, (AHEAD).
36. Karakuş, M. (1994). Beyaz Peynirden izole edilen laktik asit bakterilerinin asit oluşturma ve proteolitik aktiviteleri, GIDA/The Journal of Food, 19(4).
37. Kavitake, D., Kandasamy, S., Devi, P. B., & Shetty, P. H. (2018). Recent developments on encapsulation of lactic acid bacteria as potential starter culture in fermented foods–A review. Food Bioscience, 21, 34-44. https://doi.org/10.1016/j.fbio.2017.11.003
38. Kırmacı, H.A. (2010). Geleneksel Urfa peynirinde yer alan laktik asit bakterilerinin izolasyonu, moleküler karakterizasyonu ve starter kültür olarak kullanım olanakları. Harran Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı, Doktora Tezi, 152s., Şanlıurfa, Türkiye.
39. Moradi, M., Kousheh, S. A., Almasi, H., Alizadeh, A., Guimarães, J. T., Yılmaz, N., & Lotfi, A. (2020). Postbiotics produced by lactic acid bacteria: The next frontier in food safety. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 19(6), 3390-3415.https://doi.org/10.1111/1541-4337.12613
40. Nachi, I., Fhoula, I., Smida, I., Ouzari, H. I., & Hassouna, M. (2019). Microbiological analysis and assessment of biotechnological potential of lactic acid bacteria isolated from Tunisian flours. Annals of Microbiology, 69(1), 29-40. https://doi.org/10.1007/s13213-018-1365-8
41. Oliveira, J., Mahony, J., Hanemaaijer, L., Kouwen, T. R., & van Sinderen, D. (2018). Biodiversity of bacteriophages infecting Lactococcus lactis starter cultures. Journal of dairy science, 101(1), 96-105. https://doi.org/10.3168/jds.2017-13403
42. Park, S. Y., & Lim, S. D. (2015). Probiotic characteristics of Lactobacillus plantarum FH185 isolated from human feces. Korean Journal for Food Science of Animal Resources, 35(5), 615.
43. Polaska, M., & Sokolowska, B. (2019). Bacteriophages—a new hope or a huge problem in the food industry. AIMS microbiology, 5(4), 324. doi: 10.3934/microbiol.2019.4.324.
44. Pourahmad, R., & Assadi, M.M. (2007). Used of isolated autochthonous starter cultures in yogurt production. Internationa Journal of Dairy Technology. 60: 259- 262. https://doi.org/10.1111/j.1471-0307.2007.00343.x
45. Ramadan, A.K.R. (2014). Isolation and characterization of some lactic acid bacteria from home-made dairy products and investigation of some antimicrobial and enzymatic properties, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Biyomühendislik ve Bilimleri Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi, Kahramanmaraş, Türkiye.
46. Randazzo, L.R., Restuccia, C., Romaro, D.A., and Caggia, C., (2004). Lactobacillus casei, Dominant Species in Naturally Fermented Sicilian Green Olives. International Journal of Food Microbiology, 90: 9-14. https://doi.org/10.1016/S0168-1605(03)00159-4
47. Ribeiro, S. C., Coelho, M. C., & Silva, C. C. G. (2021). A rapid screening method to evaluate acidifying activity by lactic acid bacteria. Journal of Microbiological Methods, 185, 106227. https://doi.org/10.1016/j.mimet.2021.106227
48. Rubbani, U., & Iqbal, A. (2020). Evaluation of isolated Lactobacillus strains as probiotics in yogurt preparation. Advancements in Life Sciences, 7(2), 79-85.
49. Sadiq, F. A., He, G., Sakandar, H. A., Li, Y., & Ou, K. (2019). Lactococcus lactis phages from the perspective of their diversity, thermal and biocidal resistance. International Dairy Journal, 90, 28-38. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2018.11.001
50. Shah, N. P. (Ed.). (2017). Yogurt in health and disease prevention. Academic Press, London, United Kingdom. ISBN: 978-0-12-805134-4.
51. Somashekaraiah, R., Shruthi, B., Deepthi, B. V., & Sreenivasa, M. Y. (2019). Probiotic properties of lactic acid bacteria isolated from neera: a naturally fermenting coconut palm nectar. Frontiers in Microbiology, 10, 1382. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.01382
52. Sprotte, S., Fagbemigun, O., Brinks, E., Cho, G. S., Casey, E., Oguntoyinbo, F. A., ... & Franz, C. M. (2022). Novel Siphoviridae phage PMBT4 belonging to the group b Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus phages. Virus Research, 308, 198635. https://doi.org/10.1016/j.virusres.2021.198635
53. Tavşanlı, H. (2015). Geleneksel tekniklerle üretilen yoğurtlardan ve doğadaki bitkisel örneklerden yoğurt kültürlerinin izolasyonu identifikasyonu ve karakterizasyonu, Uludağ Üniversitesi Sağlık Bilimleri Enstitüsü Besin Hijyeni ve Teknolojisi Anabilim Dalı Doktora Tezi, Bursa, Türkiye.
54. Tekinşen, O.C. (2005). Süt ve Süt Ürünleri. Selçuk Üniversitesi Basımevi, Konya, Türkiye. 75-100.
55. Temiz, A. (1996). Genel Mikrobiyoloji Uygulama Teknikleri, Hatiboğlu Yayınları, Ankara, Türkiye.
56. Tortum, M.Y. (2018). Trakya Bölgesinde üretilen bozalardan laktik asit bakterileri ve mayaların izolasyonu ve PZR yöntemi ile tanımlanması, Tekirdağ Namık Kemal Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi, Tekirdağ, Türkiye.
57. Uzunsoy, İ. (2018). Geleneksel yoğurt örneklerinden izole edilen Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus ve Streptococcus thermophilus suşlarının endüstriyel yoğurt üretimine uygunluğunun saptanarak starter kombinasyonlarının geliştirilmesi, Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Süt Teknoloji Anabilim Dalı Doktora Tezi, Ankara, Türkiye.
58. Vinicius De Melo Pereira, G., De Carvalho Neto, D. P., Junqueira, A. C. D. O., Karp, S. G., Letti, L. A., Magalhães Júnior, A. I., & Soccol, C. R. (2020). A review of selection criteria for starter culture development in the food fermentation industry. Food Reviews International, 36(2), 135-167. https://doi.org/10.1080/87559129.2019.1630636
59. Yüce, S. (2017). Peynir ve yoğurtlardan izole edilmiş olan laktik asit bakterilerinin bazı teknolojik özelliklerinin araştırılması, Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi, Burdur, Türkiye.