We investigated the effects of the predominant lactic acid bacteria (LAB) on the fermentation characteristics and aerobic stability of total mixed ration (TMR) silage containing soybean curd residue (SC-TMR silage). The SC-TMR materials were ensiled in laboratory silos for 14 or 56 days. LAB predominant in SC-TMR silage were identified (Exp. 1). Lactobacillus fermentum (L. fermentum) and Streptococcus bovis (S. bovis) were found in the untreated materials, Leuconostoc pseudomesenteroides (L. pseudomesenteroides) in 14-day silage and Lactobacillus plantarum (L. plantarum) in all silages. Pediococcus acidilactici (P. acidilactici), Lactobacillus paracasei (L. paracasei), and Lactobacillus brevis (L. brevis) formed more than 90% of the isolates in 56- day silage. Italian ryegrass and whole crop maize were inoculated with P. acidilactici and L. brevis isolates and the fermentation and aerobic stability determined (Exp. 2). Inoculation with P. acidilactici and L. brevis alone or combined improved the fermentation products in ryegrass silage and markedly enhanced its aerobic stability. In maize silage, P. acidilactici and L. brevis inoculation caused no changes and suppressed deterioration when combined with increases in acetic acid content. The results indicate that P. acidilactici and L. brevis may produce a synergistic effect to inhibit SC-TMR silage deterioration. Further studies are needed to identify the inhibitory substances, which may be useful for developing potential antifungal agents.
Ho Jin Jeong;Gwangsu Ha;Ranhee Lee;Do-Youn Jeong;Hee-Jong Yang
Journal of Life Science
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v.34
no.7
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pp.453-464
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2024
The fermentation of ganjang is known to be greatly influenced by the microbial communities derived from its primary ingredients, meju and sea salt. This study investigated the effects of changes in meju size on the distribution and correlation of microbial communities in ganjang fermentation, to enhance its fermentation process. Ganjang was prepared using whole meju and meju divided into thirds, and samples were collected at 7-day intervals over a period of 28 days for microbial community analysis based on 16S rRNA gene sequencing. At the genus level, during fermentation, ganjang made with whole meju exhibited a dominance of Chromohalobacter (day 7), Pediococcus (day 14), Bacillus (day 21), and Pediococcus (day 28), whereas ganjang made with meju divided into thirds consistently showed a Pediococcus predominance over the 28 days. Beta-diversity analysis of microbial communities in ganjang with different meju sizes revealed significant separation of microbial communities at fermentation days 7 and 14 but not at days 21 and 28 across all experimental groups. The linear discriminant analysis effect size (LEfSe) was determined to identify biomarkers contributing to microbial community differences at days 7 and 14, showing that on day 7, potentially halophilic microbes such as Gammaproteobacteria, Firmicutes, Oceanospirillales, Halomonadaceae, Bacilli, and Chromohalobacter were prominent, whereas on day 14, lactic acid bacteria such as Pediococcus acidilactici, Lactobacillaceae, Pediococcus, Bacilli, Leuconostocaceae, and Weissella were predominant. Furthermore, correlation analysis of microbial communities at the genus and species levels revealed differences in correlation patterns between meju sizes, suggesting that meju size may influence microbial interactions within ganjang.
Daliri, Eric Banan-Mwine;Lee, Byong H.;Park, Byun-Jae;Kim, Se-Hun;Oh, Deog-Hwan
Food Science and Biotechnology
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v.27
no.6
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pp.1781-1789
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2018
In this study, whey proteins were fermented with 34 lactic acid bacteria for 48 h at $37^{\circ}C$ and their ability to inhibit angiotensin 1-converting enzyme (ACE) activity were compared. All the lactic acid bacteria displayed varying proteolytic abilities in whey. Their fermentates also displayed varying abilities to inhibit ACE in vitro. Seven fermentates showed strong ACE inhibitory abilities between $84.70{\pm}0.67$ and $52.40{\pm}2.1%$ with $IC_{50}$ values between $19.78{\pm}1.73$ and $2.13{\pm}0.7mg/ml$. Pediococcus acidilactici SDL1414 showed the strongest ACE inhibitory activity of $84.7{\pm}0.67%$ ($IC_{50}=19.78{\pm}1.73{\mu}g/ml$). Mass spectrometry revealed that more than half (57.7%) of the low molecular weight peptides (< 7 kDa) in the P. acidilactici SDL1414 fermented samples were ACE inhibitory peptides. Our results show that P. acidilactici SDL1414 could be used as a starter culture in the dairy industry to develop antihypertensive functional foods for hypertension management.
Two experiments were conducted to determine the effects of $MnSO_4$ on controlling harmful microorganisms in vitro and in vivo. The in vitro experiment was conducted to examine the effects of manganese sulfate $(MnSO_4)$ on the reduction of Escherichia coli (E. coli) and Staphylococcus aureus (S. aureus) by growth stimulation of Pediococcus acidilactici (P. acidilactici; lactic acid bacteria). Manganese ion (0.003 %) was found to stimulate the growth of P. acidilactici in the In Vitro system. When E. coli and S. aureus were grown in a mixture with P. acidilactici, their numbers were reduced. This may be the result of a reduction of pH in the medium as a result of better growth of P. acidilactici due to stimulation by the Mn ion. The in vivo experiment was conducted to determine the effects of $MnSO_4$ in diets on controlling harmful microorganisms in fecal samples of pigs. There were no significant differences for the microbial numbers (i.e., total microorganisms, E. coli, lactic acid bacteria and S. aureus) in feces of pigs fed $MnSO_4$ compared to feces of pigs fed the control diet through 7 days. However, on day 7 of experiment, the pH of feces in pigs fed $MnSO_4$ (0.1%) decreased faster than pigs fed the control diet.
The effects of probiotic bacteria on the functional properties of squid by-products were investigated during fermentation. Bifidobacterium longum, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus brevis, Lactobacillus casei, Lactobacillus paracasei, Lactobacillus rhamnosus, and Pediococcus acidilactici were used to ferment the squid by-products for 96 hr at $37^{\circ}C$. The numbers of all probiotics increased to $10^7-10^8$ CFU/g after 96 hr fermentation. No substantial pH changes were observed. L. rhamnosus and P. acidilactici showed the highest 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) scavenging activities. Interleukin-6 (IL-6) and tumor necrosis $factor-{\alpha}$ ($TNF-{\alpha}$) secreted from B cells increased after adding the extracts of probiotic-fermented squid by-products. The human NK cells were grown well in the B cell-growing broth cultured with the extracts of squid by-products fermented by L. rhamnosus and P. acidilactici. Trimethylamine (TMA) and dimethylamine (DMA) contents were significantly decreased after probiotic-fermentation. Therefore, L. rhamnosus GG and P. acidilactici can be used for the fermentation of squid by-products and their use would provide benefits in functional food products.
Cell wall (lactic acid bacteria-sonicated precipitate ; LAB-SP) and cytosoll(lactic acid bacteria-sonicated supernatant ; LAB-SS) fractions were prepared from kimchi fermenting lactic acid bacteria such as Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus brevis, Lactobacillus fermentum , Lactobacillus plantarum and Pediococcus acidilactici, with Lactobacillus acidophillus isolated from yogurt. Using the Ames mutagenicity test and SOS chormotest system, the antimutagenic acitivity of those cell fractions was studied . One hundered eighty $\mu$l of LAB-SP from lactic acid bacteria isolated from kimchi, excepting Pediococcus acidilactici, supressed the mutagenicity of 4-nitroquinoline-1-oxide(4-NQO) in Ames mutagenicity test and SOS chromotes system , by above 90% and 60% , respectively. LAB-SP from lactic acid bacteria also inhibited the mutagenicity mediated by 3-amino-1-methyl-5H-pyrido [4,3-b]indole (Trp-P-2). Lactobacillus fermentum, Lactobacillus plantarum, and Lactobacillus acidphillus had higher antimutagenicity against Trp-P-2). Lactobacillus fermentum , Lactobacillus plantarum , and Lactobacillus acidphillus had higher antimutagenicity against Trp-P-2 than the other lactic acid bacteria. However, LAB-SS of lactic acid bacteria did not show any mutagenic activity against 4-NQO in Ames mutagenicity test and SOS chromotest systems. On the mutagenicity of MEIQ and Trp-P-2 , LAB-SS of lactic acid bacteria from kimchi or dairy products exhibited a weaker inhibitory effect than LAB-SP of those bacteria. These results represent that, whether the lactic acid bacteria from kimchi are viable or nonviable, antimutagenic acitivity was still effective. We suggest that the strong, antimutaganic activity of lactic acid bacteria might be found in the cell wall fraction , rather than in the cytosol fraction.
Objective: This study aimed to develop and evaluate the effectiveness of a water-soluble microencapsulation method for probiotic strains using gum Arabic (GA) and skim milk (SKM) over a three-month storage period following processing. Methods: Four strains of Pediococcus acidilactici (BYF26, BYF20, BF9, and BF14) that were typical lactic acid bacteria (LAB) isolated from the chicken gut were mixed with different ratios of GA and SKM as coating agents before spray drying at an inlet temperature 140℃. After processing, the survivability and probiotic qualities of the strains were assessed from two weeks to three months of storage at varied temperatures, and de-encapsulation was performed to confirm the soluble properties. Finally, the antibacterial activity of the probiotics was assessed under simulated gastrointestinal conditions. Results: As shown by scanning electron microscopy, spray-drying produced a spherical, white-yellow powder. The encapsulation efficacy (percent) was greatest for a coating containing a combination of 30% gum Arabic: 30% skim milk (w/v) (GA:SKM30) compared to lower concentrations of the two ingredients (p<0.05). Coating with GA:SKM30 (w/v) significantly enhanced (p<0.05) BYF26 survival under simulated gastrointestinal conditions (pH 2.5 to 3) and maintained higher survival rates compared to non-encapsulated cells under an artificial intestinal juices condition of pH 6. De-encapsulation tests indicated that the encapsulated powder dissolved in water while keeping viable cell counts within the effective range of 106 for 6 hours. In addition, following three months storage at 4℃, microencapsulation of BYF26 in GA:SKM30 maintained both the number of viable cells (p<0.05) and the preparation's antibacterial efficacy against pathogenic bacteria, specifically strains of Salmonella. Conclusion: Our prototype water-soluble probiotic microencapsulation GA:SKM30 effectively maintains LAB characteristics and survival rates, demonstrating its potential for use in preserving probiotic strains that can be used in chickens and potentially in other livestock.
Phenotypic changes after plasmid curing experiment suggested that the bacteriocin production phenotype ($Bac^{+}$) might be linked to a chromosomal DNA and the mucin production phenotype ($Muc^{+}$) might be linked to a 62.5 kilobase (kb) plasmid (pMUC62) in Lactobacillus plantarum 27 isolated from meat starter culture. The non-mucoid ($Muc^{-}$) variants were missing pMUC62 but they produced bacteriocin as the wild strain ($Bac^{+}$). There was no difference in antibiotic resistance and sugar fermentation patterns between the wild strain ($Bac^{+}$$Muc^{+}$) and the nonmucoid ($Bac^{+}$$Muc^{-}$) variants. Antimicrobial spectrum of bacteriocin produced by both wild strain and $Muc^{-}$ variant of Lb. plantarum 27 included strains of Pediococcus acidilactici (A, M, H), Pediococcus sp. isolated from meat, Lactobacillus sp. isolated from meat, Lb. plantarum NCDO 955 and Staphylococcus aureus 485. Neither of the tested Gram negative bacteria were inhibited by bacteriocin. Antimicrobial activity of crude bacteriocin was retained after autoclaving, DNase or catalase treatment and exposure from pHs 4 to 9 but was lost after treating with several proteolytic enzymes and exposure at pH 10.
Kumjungsansung-Makgeolli$^{(R)}$ is a traditional Korean rice wine that is fermented from traditional nuruk and rice. In this study, we performed the PCR-denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) analysis targeting the 16S and 28S rRNA genes to characterize bacterial and fungal diversity during Makgeolli fermentation. The predominant bacteria in the PCR-DGGE profile during Makgeolli fermentation were Lactobacillus spp. (Lactobacillus curvatus, L. kisonensis, L. plantarum, L. sakei, and L. gasseri), Pediococcus spp. (P. acidilactici, P. parvulus, P. agglomerans, and P. pentosaceus), Pantoea spp. (P. agglomerans and P. ananatis), and Citrobacter freundii; these were identified on the base of analysis of 16S rRNA gene sequences. The dominant bacterium during Makgeolli fermentation was L. curvatus. The predominant fungi in PCR-DGGE profile during Makgeolli fermentation were Pichia kudriavzevii, Saccharomyces cerevisiae, Asidia idahoensis, Kluyveromyces marxianus, Saccharomycopsis fibuligera, and Torulaspora delbrueckii, and these were identified on the basis of analysis of 28S rRNA gene sequences. The dominant fungal species during Makgeolli fermentation changed from P. kudriavzevii at 0-2 days incubation to S. cerevisiae at 3-6 days incubation. This study suggests that PCR-DGGE analysis could be a suitable tool for the understanding of microbial diversity and structure during Makgeolli fermentation.
Hong, Sung Wook;Bae, Hyo Ju;Chang, Jin Hee;Kim, So-Young;Choi, Eun-Young;Park, Beom Young;Chung, Kun Sub;Oh, Mi-Hwa
Journal of Dairy Science and Biotechnology
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v.31
no.2
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pp.153-159
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2013
Lactic acid bacteria are microorganisms that are closely associated with human and/or animal environments, and are categorized as generally recognized as safe (GRAS) organisms due to their ubiquitous appearance in foods and their contribution to the healthy microflora of mucosal surfaces. This study was performed to isolate and identify lactic acid bacteria with antagonistic effects against food-borne pathogens. A total of 3,000 acid-producing bacteria were isolated from infant feces, cattle feces, goat feces, dog feces, pig feces, vaginal tracts, vegetables, fruits, Kimchi, Jeotgal, fermented sausages, raw milk, cheese, yogurt, Cheonggukjang, Meju, and Makgeolli cultured on MRS agar with 0.05% bromocresol purple. For the isolation of bacteriocin-producing bacteria, the diameter of the clear zone was measured on MRS agar plates. Twenty-six isolates exhibited strong antibacterial activity against indicator strains such as Listeria monocytogenes, Escherichia coli O157:H7, and Salmonella enterica serovar Enteritidis. Lactic acid bacteria were identified as Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium, Enterococcus hirae, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus amylovorus, Lactobacillus curvatus, Lactobacillus plantarum, and Pediococcus acidilactici by 16S rDNA gene sequence analysis. The results of this study suggest that the isolates could be used as potential probiotic starters for functional food applications.
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