Interaction of Lactobacillus plantarum 337D UKM B-2627 strain cells with clay minerals in vitro

Abstract

Мета. Охарактеризувати взаємодію клітин штаму Lactobacillus plantarum 337Д УКМ В-2627, що володіє пробіотичними властивостями, з каолінітом й монтморилонітом. Методи. Використано методи інфрачервоної спектроскопії, трансмісійної електронної мікроскопії, адсорбційно-структурний статичний об'ємний метод, мікробіологічні та статистичні методи. Результати. При взаємодії клітин штаму L. plantarum 337Д з частинками глинистих мінералів характеристики пористого простору останніх практично не змінювались у порівнянні з вихідними зразками, розподіл пор за розмірами ставав ширшим за рахунок появи пор великого діаметру, зменшувалась питома поверхня, але сорбційна ємність та шарова будова глинистих мінералів зберігалась. Вперше встановлено вплив каолініту і монтморилоніту на ріст штаму L. plantarum 337Д in vitro. Найбільший стимулювальний вплив глинистих мінералів спостерігали на другій годині культивування. Питома швидкість росту штаму L. plantarum 337Д була у 5,2 рази більшою при культивуванні в середовищі MRS з 4 % каолініту та у 6 разів більшою-в середовищі MRS з 1 % монтморилоніту в порівнянні з контролем. Наявність у середовищі каолініту чи монтморилоніту уповільнювала процес зниження рН при культивуванні штаму L. plantarum 337Д порівняно з контролем. За наявності монтморилоніту рН середовища знижувався повільніше, ніж у присутності каолініту. Різниця між значенням рН середовища з 4 % каолініту на початку культивування і через дві години (∆рН) була в 10 разів меншою в порівнянні з контролем. У той же час рН середовищ з 1 % і 4 % монтморилоніту починав знижуватись через 4 години культивування. Висновки. Різний вплив на ріст штаму L. plantarum 337Д обумовлений відмінностями фізико-хімічних характеристик каолініту і монтморилоніту, використаних у роботі. К л ю ч о в і с л о в а: молочнокислі бактерії, алюмосилікати, каолініт, монтморилоніт.

Microbial Interaction with Clay Minerals and Its Environmental and Biotechnological Implications

“…Very little information is available on the interactions of clay minerals with commercially important probiotic strains of lactic acid bacteria. According to the submerged culture experiments by Garmasheva et al (2016) [306], kaolinite and montmorillonite significantly promoted growth of the probiotic strain Lactobacillus plantarum 337D UKM B-2627. Lactobacillus plantarum species represents lactic acid bacteria commonly found in fermented food (especially in fermented vegetables such as sauerkraut) and the gastro intestinal tract of humans and animals, and used in the food industry as a potential probiotic starter culture for the fermentation process [306].…”

“…According to the submerged culture experiments by Garmasheva et al (2016) [306], kaolinite and montmorillonite significantly promoted growth of the probiotic strain Lactobacillus plantarum 337D UKM B-2627. Lactobacillus plantarum species represents lactic acid bacteria commonly found in fermented food (especially in fermented vegetables such as sauerkraut) and the gastro intestinal tract of humans and animals, and used in the food industry as a potential probiotic starter culture for the fermentation process [306]. Compared to the clay-free control medium, the bacterial growth rate increased 5.2× and 6× in the presence of kaolinite (4% w/v) and montmorillonite (1% w/v), respectively.…”

“…Clay minerals, especially montmorillonite, delayed the process of reducing pH during L. plantarum 337D UKM B-2627 growth and production of lactic acid, which is very important as lactic acid overproduction by lactic acid bacteria is very undesirable for the fermentation process, spoiling the quality of the product and reducing its shelf-life. A transmission electron microscopy study of aggregates of L. plantarum 337D UKM B-2627 cells and nanoparticles of clay materials formed in aqueous suspensions showed that the interaction between bacteria and mineral particles occurred directly at the surface of the bacterial cell walls or on the polysaccharide capsule surrounding bacterial cells exracellularly [306]. Kaolinite plates and nanotubes of halloysite within the kaolinite material were sorbed on the polysaccharide capsule of L. plantarum 337D UKM B-2627 cells.…”

“…The clay interaction with L. plantarum 337D UKM B-2627 cells did not change completely the pore space characteristics of the clay; however, the pore size distribution became wider due to the formation of large diameter pores. In the presence of lactic acid bacteria, the surface area was reduced but the adsorption capacity and the layered structure of clay minerals was preserved [306].…”