Riassunto analitico
I frutto-oligosaccaridi (FOS) sono polimeri composti principalmente da unità di fruttosio legate attraverso legami fruttosilici. I FOS sono molto presenti in natura, frutti, ricche le banane, piante come radice di cicoria, cipolla, aglio, frumento, e sono sintetizzati da batteri gram positivi e negativi tra i quali batteri aceti (BA).
Questi polimeri si diversificano per struttura e peso molecolare. Essi sono infatti divisi in inulina, caratterizzata da legami β-(1-2) fruttosilici e numero di monomeri che varia da 2 a 60, e levano costituito da 2 a 6 residui di fruttosio uniti da legami β-(2,6) e (2-1)fruttosilici.
Il levano trova applicazioni in diversi campi; in medicina costituisce farmaci per ridurre il colesterolo, trattamento del diabete e inibizione dell’attività virale, nell’industria chimica è utilizzato nel packaging e come inibitore della corrosione metallica e nell’industria alimentare come emulsionante ed addensante.
Inoltre, diversi studi hanno dimostrato l’attività prebiotica del levano; le prove condotte sia in vitro che in vivo hanno evidenziato un incremento delle specie di Bifidobatteri e Lattobacilli a livello intestinale in seguito all’utilizzo di questa molecola. Nonostante ci siano diversi studi che affrontano la sintesi di levano da parte di BA, ad oggi ci sono limitate applicazioni industriali. In modo particolare si ritiene che possa essere sfruttata la capacità dei BA, sintetizzanti levano, per la produzione di bevande fermentate funzionali.
Sulla base di queste osservazioni, questo lavoro di tesi ha avuto lo scopo di individuare ceppi di BA alto produttori di levano. Dopo uno studio della letteratura scientifica, il lavoro sperimentale ha previsto la biosintesi del levano da parte di ceppi di BA crioconservati, rivitalizzati e successiva determinazione delle molecole sintetizzate.
I ceppi considerati sono stati NBRC 101099 (Neoasaia chiangmaiensis), DSM 14400 (Kozakia baliensis), DSM 2343 (Gluconobacter oxydans), DSM 7146 (Gluconobacter frateurii), DSM 9533 (Gluconobacter cerinus), DSM 2004 (Komagataeibacter xylinus), DSM 6513 (Komagataeibacter xylinus), DSM 5602 (Komagataeibacter hansenii), DSM 3509 (Acetobacter pasteurianus) e DSM 25273 (Acetobacter pasteurianus).
Le condizioni di sintesi hanno previsto l’impiego di un terreno addizionato di saccarosio, fonte di carbonio necessaria alla sintesi del levano, a temperatura ottimale di 28 °C in sistema agitato per 48 – 96 ore. Il levano sintetizzato è stato misurato in seguito a determinazioni enzimatiche sul terreno di coltura.
I risultati hanno messo in evidenza produzione di levano da parte di tutti i ceppi considerati ma con ampia variabilità, da 1 g/kg a 17 g/kg circa.
Inoltre, dai test effettuati, è emerso che i ceppi più alto produttori appartengono rispettivamente alle specie Neoasaia chiangmaiensis, Kozakia baliensis e Gluconobacter cerinus. Per molti ceppi la massima produzione di levano è stata osservata nelle prime 48 ore di incubazione; dopo 96 ore sono stati riscontrati aumenti significativi della molecola solo per alcuni dei ceppi valutati.
Tali risultati insieme alla valutazione di altri parametri quali, consumo di saccarosio, variazione del pH del mezzo ed eventuale produzione di cellulosa, costituiscono le fondamenta per ulteriori studi mirati all’ottimizzazione delle condizioni di produzione di levano in larga scala ad opera di BA alto produttori, per lo sviluppo successivo della bevanda funzionale.
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Abstract
The fructo-oligosaccharides (FOS) are polymers composed mainly by fructose units linked through fruttosil bonds. The FOS are very present in nature, fruits, bananas are rich, plants such as chicory root, onion, garlic, wheat and they are synthesized by bacteria gram positive and negative such as acetic acid bacteria (AAB).
This polymers differ in structure and molecular weight. In fact they are divided into inulin, characterized by bonds β-D-Fru-1-2 and the number of monomers which varies from 2 to 60, and levan consists from 2 to 6 of fructose residues linked by β- bonds (2-6) and (2-1).
The levan has applied in different fields; in medicine as drug to reduce cholesterol, diabetes treatment and inhibition of viral activity, in chemical industry is used in packaging and metal corrosion inhibitor and in food industry as an emulsifier and thickener.
In addition, several studies have demonstrated the prebiotic activity of the levan; the tests conducted in vitro and in vivo show an increase of bifidobacteria and lactobacilli in the intestine after the using of this molecule. Although there are several studies on the synthesis of levan by AAB, now there are limited industrial applications. In particular, it is believed that the ability of AAB, synthesizing levan, can be exploited for the production of functional fermented beverages.
Based on these observations, this thesis was aimed to study high levan producing AAB. After studying the scientific literature, experimental work involved the biosynthesis levan by cryopreserved strains, revitalized and subsequent determination of the synthesized molecules.
The following strains were considered: NBRC 101099 (Neoasaia chiangmaiensis), DSM 14400 (Kozakia baliensis), DSM 2343 (Gluconobacter oxydans), DSM 7146 (Gluconobacter frateurii), DSM 9533 (Gluconobacter cerinus), DSM 2004 (Komagataeibacter xylinus), DSM 6513 (Komagataeibacter xylinus), DSM 5602 (Komagataeibacter hansenii), DSM 3509 (Acetobacter pasteurianus) and DSM 25273 (Acetobacter pasteurianus).
The synthesis conditions included a medium fortified with sucrose, which is the carbon source necessary for synthesizing the levan, at optimum temperature of 28 ° C in an agitated system, for 48-96 hours. Then levan was measured by enzymatic determination on the culture broth.
The results have shown production of levan by all strains considered, but with wide variability, from about 1 g/kg to 17 g/kg.
In addition, the tests showed that the highest producing strains belong respectively to the species Neoasaia chiangmaiensis, Kozakia baliensis and Gluconobacter cerinus. For all the strains the highest production of levan was observed in the first 48 hours of incubation, in fact, after 96 hours were not detected the molecule’s increase.
These results, together with the evaluation of other parameters such as, sucrose consumption, pH’s changing of the medium and possible production of cellulose, are the basis for further studies aimed to optimize the production’s conditions of levan in large scale by the highest producing AAB, to develop the functional fermented beverages.
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