Teff-based functional probiotic beverage processed with selected probiotic bacteria

The recent consumers demand have moved from the primary role of food to the healthier action of biologically active food components. For this purpose, production of probiotic functional foods through a fermentation process is the current particular interest. Dairy-based products have been used for probiotics delivery since a very long time; however, due to the drawbacks associated with them such as milk lactose indigestibility, the prevalence of cholesterol related to dairy products, and allergy to milk protein are limited their further utilization for probiotics delivery. Alternatively, cereals are becoming the favorite choices to using as fermentable substrates for the growth and delivery of probiotics. Also, vegetarianisms are increasing through time because of medical reasons. Whole grain cereals are readily available with important nutrient sources of phytochemicals, and other bioactive compounds. Cereals have functioned as an encapsulation materials to improve probiotic stability and their bioactive prebiotics selectively stimulate the growth of probiotics present in the gastrointestinal tract. Particularly, teff is a gluten free and its nutritional value is attractive with high dietary fiber. Amino acids find in teff are well balanced and contains high lysine content. Teff is a good source of essential fatty acids, fiber, minerals, and phytochemicals such as polyphenols and phytates. Consequently, the first primary objective of this research was to compare the quality attributes of whole grain teff flours grown in Ethiopia and South Africa for their proximate composition (moisture, protein, ash, fat, fiber, and carbohydrate), mineral contents (calcium, zinc, and iron), profiles of eighteen amino acids, pasting and thermal properties, and functional properties (water absorption capacity, oil absorption capacity, and swelling power), falling number and color. The proximate composition was examined using the methods of the European Commission Regulation (152/2009). Atomic spectrometer, ion-exchange chromatography, Rapid Visco-Analyzer, and Differential Scanning Calorimetry were used respectively to measure minerals, amino acids, pasting, and thermal properties. Correlation of the measured attributes were analyzed by Pearson correlation and principal component analysis. Significant (p < 0.05) differences were observed in most of the measured attributes between the two teff varieties; however, several significant (p < 0.01) correlations were obtained among the measured attributes by Pearson correlation and principal component analysis. The measured contents of moisture, protein, and zinc in South African teff variety were observed higher than the one grown in Ethiopia. However, much higher calcium and iron contents were found in Ethiopian teff variety. Ethiopian teff variety had showed higher values of foam stability, water absorption capacity, oil absorption capacity, and swelling power as compared to South African teff variety. Results from thermal and pasting properties showed that onset, peak and end temperatures, trough, final, and setback viscosities, as well as peak time, pasting temperature were observed higher in case of South African teff variety. The second primary objective was to examine the suitability of teff made substrates for their potential for the growing and delivering of selected probiotic strains of Lactiplantibacillus plantarum A6 (LPA6) and Lacticaseibacillus rhamnosus GG (LCGG). Single and co-culture fermentations were performed without pH adjustment. In 24 h fermentation with single strain of LPA6, cell count was increased to 8.35 log cfu/mL. Titratable acidity (TA) and pH were measured between 0.33 and 1.4 g/L, and 6.3 and 3.9, respectively. For the investigation of optimum fermentation process variables, Nelder-Mead simplex method was applied and found the optimum values for time and inoculum respectively as 15 h and 6 log cfu/mL. Afterwards, co-culture fermentation was performed by using the optimized process variables. As a result of co-culture fermentation, glucose was progressively consumed while lactic acid and acetic acid were produced. Cell counts of LPA6 and LCGG were able to grow to 8.42 and 8.25 log cfu/mL, respectively, which are a good counts as compared to the minimum required probiotics level of 6 log cfu/mL at consumption time. Findings showed that similar pH and TA values were attained in short time during co-culture fermentation compared to single culture fermentation. Also, without any addition teff substrate was found to be suitable for the growing and delivering of the tested probiotic strains of LPA6 and LCGG. Another focus of this research was to apply two-dimensional fluorescence spectroscopy for the on-line supervision of the fermentation process of teff-based substrate inoculated with LPA6 and LCGG. The fluorescence spectra were measured by using BioView sensor. Analysis of the fermentation process by using the conventional methods such as high performance liquid chromatography for determination of glucose and lactic acid, and using agar plate count for determination of cell counts are time consuming, labor intensive and costly methods. As an alternative the application of fluorescence spectroscopy coupled with partial least square regression and artificial neural network was applied for the on-line quantitative analysis of cell counts of LPA6 and LCGG, glucose, and lactic acid. For the prediction of cell counts of LPA6 and LCGG, the percentage errors of prediction were determined in the range of 2.5-4.5 %. Also, for lactic acid prediction, the percentage error was 7.7 %; however, percentage error for glucose prediction showed a rather high error value. This part of study verified that a two-dimensional fluorescence spectroscopy combined with partial least square regression and artificial neural network can be applied during fermentation process to predict cell counts of LPA6 and LCGG, and content of lactic acid with low uncertainty. Finally, this study was focused on the effect of refrigerator storage on the physicochemical characteristics and viability of LPA6 and LCGG in a teff-based probiotic beverage. As well as a 9-point hedonic scale was applied for sensory test of the beverage. For these determinations, a teff-based probiotic beverage was produced through the fermentation of whole grain teff flour inoculated with co-culture strains of LPA6 and LCGG. Then, the beverage was stored in refrigerator (4-6 &#8451;) for 25 days. Samples were taking every five days including the first day of storage to quantify cell counts of LPA6 and LCGG, pH, TA, glucose, acetic acid, lactic acid, and maltose. Over the storage time, cell counts of LPA6 and LCGG were decreased from 8.45 and 8.15 log cfu/mL to 8.28 and 7.86 log cfu/mL, respectively. While cell counts were decreased during storage, their cell counts are still observed above the minimum suggested level of 6-7 log cfu/mL at the time of consumption. Lactic acid, acetic acid, glucose, and maltose as well as TA were increased with reduction of pH over the storage time. Metabolic activities observed over the storage time indicated presence of active enzymes that were produced during fermentation process. As examined the beverage, E. coli, Pseudomonas aeruginosa, coagulase-positive Staphylococci, presumptive Bacillus cereus, Salmonella spp., and Listeria monocytogenes werent detected. Sensory test attributes of color, appearance, aroma, and taste of the beverage were observed between 6.2 and 6.9, which are in the accepted range. Six and above average score values of the sensory test attributes are considered to be accepted by the panelists. Overall, it could be possible to say the proposed aim for the production of a teff-based probiotic functional beverage was accomplished successfully.Die Nachfrage der Verbraucher hat sich in letzter Zeit von der primären Rolle der Lebensmittel auf die gesundheitsfördernde Wirkung biologisch aktiver Nahrungsbestandteile verlagert. Zu diesem Zweck ist die Herstellung von probiotischen funktionellen Lebensmitteln durch einen Fermentationsprozess derzeit von besonderem Interesse. Produkte auf Milchbasis werden schon seit langem für die Zufuhr von Probiotika verwendet; aufgrund der mit ihnen verbundenen Nachteile, wie z. B. die Unverdaulichkeit von Milchzucker, die Prävalenz von Cholesterin im Zusammenhang mit Milchprodukten und Allergien gegen Milcheiweiß, ist ihre weitere Verwendung für die Zufuhr von Probiotika jedoch begrenzt. Alternativ dazu werden Getreideprodukte als fermentierbare Substrate für das Wachstum und die Zufuhr von Probiotika immer beliebter. Auch der Vegetarismus nimmt aus medizinischen Gründen immer mehr zu. Vollkorngetreide ist leicht erhältlich und enthält wichtige Nährstoffquellen mit sekundären Pflanzenstoffen und anderen bioaktiven Verbindungen. Getreide dient als Verkapselungsmaterial, um die Stabilität von Probiotika zu verbessern, und ihre bioaktiven Präbiotika stimulieren selektiv das Wachstum von Probiotika im Magen-Darm-Trakt. Vor allem Teff ist glutenfrei und sein Nährwert ist aufgrund seines hohen Ballaststoffgehalts attraktiv. Die in Teff enthaltenen Aminosäuren sind ausgewogen und enthalten einen hohen Anteil an Lysin. Teff ist eine gute Quelle für essenzielle Fettsäuren, Ballaststoffe, Mineralien und sekundäre Pflanzenstoffe wie Polyphenole und Phytate. Das erste Hauptziel dieser Untersuchung war daher der Vergleich der Qualitätseigenschaften von Teff-Vollkornmehlen aus Äthiopien und Südafrika hinsichtlich der Zusammensetzung (Feuchtigkeit, Protein, Asche, Fett, Ballaststoffe und Kohlenhydrate), des Mineralstoffgehalts (Kalzium, Zink und Eisen), der Profile von achtzehn Aminosäuren, der Verkleisterungs- und thermische Eigenschaften sowie der funktionellen Eigenschaften (Wasseraufnahmefähigkeit, Ölaufnahmefähigkeit und Quellfähigkeit), der Fallzahl und der Farbe. Die Zusammensetzung der Proben wurde nach der Methoden der Verordnung der Europäischen Kommission (152/2009) untersucht. Atomspektrometer, Ionenaustauschchromatographie, Rapid Visco-Analyzer und Differential Scanning Calorimetry wurden jeweils zur Messung von Mineralien, Aminosäuren, Klebereigenschaften und thermischen Eigenschaften verwendet. Die Korrelation der gemessenen Eigenschaften wurde mittels Pearson-Korrelation und Hauptkomponentenanalyse analysiert. Bei den meisten der gemessenen Eigenschaften wurden signifikante (p < 0,05) Unterschiede zwischen den beiden Teffsorten festgestellt; es wurden jedoch mehrere signifikante (p < 0,01) Korrelationen zwischen den gemessenen Eigenschaften durch Pearson-Korrelation und Hauptkomponentenanalyse ermittelt. Die gemessenen Gehalte an Feuchtigkeit, Protein und Zink waren bei der südafrikanischen Teffsorte höher als bei der in Äthiopien angebauten Sorte. Der Kalzium- und Eisengehalt der äthiopischen Teffsorte war jedoch wesentlich höher. Die äthiopische Teffsorte wies im Vergleich zur südafrikanischen Teffsorte höhere Werte bei der Schaumstabilität, der Wasseraufnahmefähigkeit, der Ölaufnahmefähigkeit und dem Quellvermögen auf. Die Ergebnisse der Verkleisterungs- und thermischen Eigenschaften zeigten, dass die Anfangs-, Spitzen- und Endtemperaturen, die Tiefst-, Endviskosität sowie die Zeit der maximalen Viskosität und die Verkleisterungstemperatur bei der südafrikanischen Teffsorte höher waren. Das zweite Hauptziel bestand darin, die Eignung von aus Teff hergestellten Substraten auf ihr Potenzial für das Wachstum und die Abgabe ausgewählter probiotischer Stämme von Lactiplantibacillus plantarum A6 (LPA6) und Lacticaseibacillus rhamnosus GG (LCGG) zu untersuchen. Die Fermentationen in Einzel- und Co-Kultur wurden ohne pH-Regelung durchgeführt. Bei der 24-stündigen Fermentation mit dem Einzelstamm von LPA6 stieg die Zellzahl auf 8,35 log cfu/ml. Der pH-Wert und die pH und titrierbare Säure (TA) -Wert wurden zwischen 6,3 und 3,9 bzw. 0,33 und 1,4 g/L gemessen. Für die Untersuchung der optimalen Fermentationsprozessvariablen wurde die Nelder-Mead-Simplex-Methode angewandt und die optimalen Werte für die Fermentationszeit und Inokulumskonzentration wurden mit 15 h bzw. 6 log cfu/mL ermittelt. Anschließend wurde eine Co-Kultur-Fermentation unter Verwendung der optimierten Prozessvariablen durchgeführt. Als Ergebnis der Co-Kultur-Fermentation wurde Glukose zunehmend verbraucht, während Milchsäure und Essigsäure produziert wurden. Die Zellzahlen von LPA6 und LCGG konnten auf 8,42 bzw. 8,25 log cfu/ml anwachsen, was eine gute Zahl im Vergleich zu der erforderlichen Mindestkonzentration an Probiotika von 6 log cfu/ml zum Zeitpunkt des Verbrauchs darstellt. Die Ergebnisse zeigten, dass bei der Co-Kultur-Fermentation in kurzer Zeit ähnliche pH- und TA-Werte erreicht wurden wie bei der Einzelkultur-Fermentation. Außerdem erwies sich das Teff-Substrat ohne jeglichen Zusatz als geeignet für das Wachstum und die Abgabe der getesteten probiotischen Stämme von LPA6 und LCGG. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Forschung war die Anwendung der zweidimensionalen Fluoreszenzspektroskopie für die Online-Überwachung des Fermentationsprozesses von Teff-Substrat, das mit LPA6 und LCGG beimpft wurde. Die Fluoreszenzspektren wurden mit dem BioView-Sensor gemessen. Die Analyse des Fermentationsprozesses mit Hilfe herkömmlicher Methoden wie der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie zur Bestimmung von Glukose und Milchsäure und der Agarplattenzählung zur Bestimmung der Zellzahl ist zeitaufwändig, arbeitsintensiv und kostspielig. Als Alternative wurde die Fluoreszenzspektroskopie in Kombination mit einer Hauptkomponentenregression und einem künstlichen neuronalen Netz für die quantitative Online-Analyse der Zellzahlen von LPA6 und LCGG, Glukose und Milchsäure eingesetzt. Für die Vorhersage der Zellzahlen von LPA6 und LCGG wurde der mittlere quadratische Fehler der Vorhersage im Bereich von 2,5-4,5 % ermittelt. Auch bei der Vorhersage der Milchsäure lag der prozentuale Fehler bei 7,7 %; der prozentuale Fehler bei der Vorhersage der Glukose wies jedoch einen recht hohen Wert auf. In diesem Teil der Studie wurde nachgewiesen, dass die zweidimensionale Fluoreszenzspektroskopie in Verbindung mit der Hauptkomponentenregression und dem künstlichen neuronalen Netz während des Fermentationsprozesses eingesetzt werden kann, um die Zellzahlen von LPA6 und LCGG sowie den Milchsäuregehalt mit geringer Unsicherheit vorherzusagen. Schließlich konzentrierte sich diese Studie auf die Auswirkungen der Kühllagerung auf die physikochemischen Eigenschaften und die Lebensfähigkeit von LPA6 und LCGG in einem probiotischen Getränk auf Teffbasis. Für die sensorische Prüfung des Getränks wurde eine 9-Punkte-Hedonik-Skala verwendet. Für diese Untersuchungen wurde ein probiotisches Getränk auf Teff-Basis durch Fermentation von Teff-Vollkornmehl hergestellt, das mit Co-Kultur-Stämmen von LPA6 und LCGG geimpft wurde. Anschließend wurde das Getränk 25 Tage lang im Kühlschrank (4-6 °C) gelagert. Alle fünf Tage, einschließlich des ersten Tages der Lagerung, wurden Proben entnommen, um die Zellzahlen von LPA6 und LCGG, pH-Wert, TA, Glukose, Essigsäure, Milchsäure und Maltose zu bestimmen. Während der Lagerzeit sank die Zellzahl von LPA6 und LCGG von 8,45 und 8,15 log cfu/mL auf 8,28 bzw. 7,86 log cfu/mL. Obwohl die Zellzahlen während der Lagerung abnahmen, lagen sie zum Zeitpunkt des Verzehrs immer noch über dem empfohlenen Mindestwert von 6-7 log cfu/ml. Milchsäure, Essigsäure, Glukose und Maltose sowie TA stiegen mit der Verringerung des pH-Werts während der Lagerungszeit an. Die während der Lagerzeit beobachteten Stoffwechselaktivitäten wiesen auf das Vorhandensein aktiver Enzyme hin, die während des Fermentationsprozesses gebildet wurden. Bei der Untersuchung des Getränks wurden keine E. coli, Pseudomonas aeruginosa, Staphylokokken, Bacillus cereus, Salmonella spp. und Listeria monocytogenes nachgewiesen. Die sensorischen Testattribute Farbe, Aussehen, Geruch und Geschmack des Getränks lagen zwischen 6,2 und 6,9, was im akzeptierten Bereich liegt. Sechs und mehr durchschnittliche Punktwerte für die sensorischen Testattribute werden von den Panelisten als akzeptabel angesehen. Insgesamt kann man sagen, dass das vorgeschlagene Ziel der Herstellung eines probiotischen Funktionsgetränks auf Teffbasis erfolgreich erreicht wurde

Combined absorption power and refrigeration systems driven by low and mid-grade heat sources

Hi ha una gran abundància de fonts de calor de baixa i mitja temperatura (<300 ° C), com pot ser la solar tèrmica, geotèrmica o calor residual de diversos processos tèrmics. Els principals serveis energètics com l'aire condicionat, la refrigeració o l'electricitat es generen en general per separat mitjançant diverses tecnologies de conversió d'energia independents. La majoria dels usuaris finals necessiten almenys més d'un servei energètic: un exemple típic d'això ho constitueix el servei energètic a edificis. La producció combinada d'electricitat (descentralitzada) i de fred mitjançant sistemes eficients de conversió d'energia accionats tèrmicament és una de la solució tecnològica adequada per fer front als actuals reptes relacionats amb l'energia a nivell mundial. L'objectiu d'aquesta tesi és el desenvolupament d'una nova classe de cicles d'absorció per a la producció d'energia mecànica o elèctrica i refrigeració mitjançant fonts d'energia de baixa i mitjana temperatura. Per aconseguir aquest objectiu, es presenta primer una revisió dels cicles d'absorció combinats proposats a la literatura. Es presenten i discuteixen més els criteris d'acompliment utilitzats en la literatura. A continuació, es proposen diversos nous cicles d'absorció combinats. Aquests són analitzats i discutits des del punt de vista energètic i exergètic per a la utilització eficaç de les fonts de calor de baixa i mitjana temperatura. Com fluids de treball s’han utilitzat mescles a base d'amoníac: NH3 / H2O, NH3 / LiNO3 i NH3 / NaSCN. S'ha desenvolupat un model semi-empíric per a un expansor de desplaçament utilitzant amoníac (i barreja d’amoníac / aigua amb alta concentració d'amoníac) com a fluid de treball. Aquest model s'ha integrat en alguns dels cicles d'absorció combinats proposats en aquesta tesi. Posteriorment, s'ha realitzat un model de sistema d'absorció per a la producció de potència i refrigeració solar (SAPCS) per usar-lo en l'eina de simulació dinàmica TRNSYS com un cas representatiu per a la integració dels cicles d'absorció combinats amb una planta termosolar.Existe una gran abundancia de fuentes de calor de baja y media temperatura (<300 ° C), como puede ser la solar térmica, geotérmica o calor residual de diversos procesos térmicos. Los principales servicios energéticos como el aire acondicionado, la refrigeración o la electricidad se generan por lo general por separado mediante diversas tecnologías de conversión de energía independientes. La mayoría de los usuarios finales necesitan por lo menos más de un servicio energético: un ejemplo típico de esto lo constituye el servicio energético a edificios. La producción combinada de electricidad (descentralizada) y de frío mediante sistemas eficientes de conversión de energía accionados térmicamente es una de la solución tecnológica adecuada para hacer frente a los actuales desafíos relacionados con la energía a nivel mundial. El objetivo de esta tesis es el desarrollo de una nueva clase de los ciclos de absorción para la producción de energía mecánica o eléctrica y refrigeración mediante fuentes de energía de baja y media temperatura. Para lograr este objetivo, se presenta primero una revisión de los ciclos de absorción combinados propuestos en la literatura. A continuación, se proponen varios nuevos ciclos de absorción combinados. Estos son analizados y discutidos desde el punto de vista energético y exergético para la utilización eficaz de las fuentes de calor de baja y media temperatura. Como fluidos de trabajo se utilizaron mezclas a base de fluidos de trabajo de amoníaco: NH3 / H2O, NH3 / LiNO3 y NH3 / NaSCN. Se ha desarrollado un modelo semi-empírico para un expansor de desplazamiento usando amoniaco (y mezcla de amoniaco / agua con alta concentración de amoniaco) como fluido de trabajo. Este modelo se ha integrado en algunos de los ciclos de absorción combinados propuestos en esta tesis. Posteriormente, se ha realizado un modelo de sistema de absorción para la producción de potencia y refrigeración solar (SAPCS) para usarlo en la herramienta de simulación dinámica TRNSYS como un caso representativo para la integración de los ciclos de absorción combinados con una planta termosolar. En conclusión esta tesis contribuirá al desarrollo de una nueva clase de sistemas de absorción capaces de proporcionar energía y refrigeración de forma simultánea y/o alternativamente, mediante la utilización de fuentes de calorLow and mid-grade heat sources (< 300 °C), such as solar thermal, geothermal and waste heat from various thermal processes are abundantly available. Air-conditioning, refrigeration and electricity are useful forms of energy products, usually produced using separate energy conversion technologies. Most end-users need at least dual energy products: typical example could be buildings applications. The combined production of electricity (decentralized) and cold using efficient thermally-driven energy conversion systems are one of the suitable technological solution to address the current global energy related challenges. The aim of this thesis is the development of a new class of absorption cycles to produce mechanical or electrical energy and cooling using energy sources at low or medium temperature. To achieve this aim, first combined absorption cycles proposed in the literature are reviewed. The concept of combined absorption cycles are explained in terms of idealized energy conversion systems. Performance criteria used in the literature are presented and discussed. Then, several new combined absorption cycles are proposed, analysed and discussed from the energetic and exergetic viewpoints for the effective utilization of low and mid-grade heat sources. Ammonia based working fluid mixtures were used: NH3/H2O, NH3/LiNO3 and NH3/NaSCN. A semi-empirical model for a scroll expander using ammonia (and ammonia/water mixture with high concentration of ammonia) as working fluid is developed. It is integrated into some of the proposed combined absorption cycles in this Thesis. Then, a Solar Absorption Power and Cooling System (SAPCS) model is developed for its use in TRNSYS software as a simulation tool and it is used to demonstrate a representative case for the integration of combined absorption cycles with solar thermal plant. In conclusion this thesis will contribute to the development of new class of absorption systems able to provide power and refrigeration simultaneously and/or alternatively by utilizing low and mid-grade heat sources

Few-layered CuInP2S6nanosheet with sulfur vacancy boosting photocatalytic hydrogen evolution

Photochemical water splitting offers an economic and sustainable approach for solar energy conversion into hydrogen fuel to mitigate the problem of greenhouse gas emissions. To this end, exploring novel semiconductor photocatalysts, which have efficient light absorption and thermodynamically favorable band alignment for water splitting, is crucial. Here, we rationally develop a new photocatalyst of CuInP2S6 nanosheets to generate hydrogen gas under light illumination. The CuInP2S6 nanosheet (with a thickness of around 4-7 nm) photocatalyst exhibits a high hydrogen production rate of 804 μmol g-1 h-1, eight times higher than that of the microsheet counterpart, due to the introduced abundant sulfur vacancies. Experimental characterization and theoretical calculations verify that the prolonged carrier lifetime and optimized band alignment in ultrathin CuInP2S6 nanosheets boost photocatalytic hydrogen evolution. This work opens a new avenue for photocatalysis via using novel layered binary metal phosphorous trichalcogenides. This journal i

Development of Fermented Teff-Based Probiotic Beverage and Its Process Monitoring Using Two-Dimensional Fluorescence Spectroscopy

This study aims to evaluate a teff-based substrate (hereinafter substrate) for its suitability to carry probiotics Lacticaseibacillus rhamnosus GG (LCGG) and Lactiplantibacillus plantarum A6 (LPA6). In addition, two-dimensional (2D) fluorescence spectroscopy was applied to monitor the fermentation process by analyzing its spectral data using partial least-squares regression (PLSR) and an artificial neural network (ANN). The fermentation process parameters time and inoculum were optimized to 15 h and 6 log cfu/mL, respectively. During a fermentation run using the optimized parameters, cell counts of LPA6 and LCGG were increased from 6 to 8.42 and 8.11 log cfu/mL, respectively. Values of pH, titratable acidity (TA), lactic acid, and acetic acid were measured in the ranges of 6.13&ndash;3.92, 0.37&ndash;1.5 g/L, 0&ndash;1.7 g/L, and 0.04&ndash;0.23 g/L, respectively. Glucose was progressively consumed throughout the fermentation process. For the prediction of cell counts of LPA6 and LCGG, relative root mean square error of predictions (pRMSEP) were measured between 0.25 and 0.37%. In addition, for lactic acid prediction, pRMSEP values of 7.6 and 7.7% were obtained. The findings of this research showed that cell counts of LPA6 and LCGG and content of lactic acid could be predicted accurately by 2D fluorescence spectroscopy coupled with PLSR and ANN. Moreover, whole teff flour alone could serve as a substrate to develop a probiotic-rich beverage

Application of Two-Dimensional Fluorescence Spectroscopy for the On-Line Monitoring of Teff-Based Substrate Fermentation Inoculated with Certain Probiotic Bacteria

There is increasing demand for cereal-based probiotic fermented beverages as an alternative to dairy-based products due to their limitations. However, analyzing and monitoring the fermentation process is usually time consuming, costly, and labor intensive. This research therefore aims to apply two-dimensional (2D)-fluorescence spectroscopy coupled with partial least-squares regression (PLSR) and artificial neural networks (ANN) for the on-line quantitative analysis of cell growth and concentrations of lactic acid and glucose during the fermentation of a teff-based substrate. This substrate was inoculated with mixed strains of Lactiplantibacillus plantarum A6 (LPA6) and Lacticaseibacillus rhamnosus GG (LCGG). The fermentation was performed under two different conditions: condition 1 (7 g/100 mL substrate inoculated with 6 log cfu/mL) and condition 2 (4 g/100 mL substrate inoculated with 6 log cfu/mL). For the prediction of LPA6 and LCGG cell growth, the relative root mean square error of prediction (pRMSEP) was measured between 2.5 and 4.5%. The highest pRMSEP (4.5%) was observed for the prediction of LPA6 cell growth under condition 2 using ANN, but the lowest pRMSEP (2.5%) was observed for the prediction of LCGG cell growth under condition 1 with ANN. A slightly more accurate prediction was found with ANN under condition 1. However, under condition 2, a superior prediction was observed with PLSR as compared to ANN. Moreover, for the prediction of lactic acid concentration, the observed values of pRMSEP were 7.6 and 7.7% using PLSR and ANN, respectively. The highest error rates of 13 and 14% were observed for the prediction of glucose concentration using PLSR and ANN, respectively. Most of the predicted values had a coefficient of determination (R2) of more than 0.85. In conclusion, a 2D-fluorescence spectroscopy combined with PLSR and ANN can be used to accurately monitor LPA6 and LCGG cell counts and lactic acid concentration in the fermentation process of a teff-based substrate. The prediction of glucose concentration, however, showed a rather high error rate

Teff-Based Probiotic Functional Beverage Fermented with Lactobacillus rhamnosus and Lactobacillus plantarum

Consumers are demanding healthier foods, and the increasing drawbacks associated with dairy-based products have driven efforts to find plant-based probiotic alternatives. Consequently, this study aimed to evaluate the suitability of a teff-based substrate for delivering the potential probiotics, Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) and Lactobacillus plantarum A6 (LA6) with a view to developing probiotic functional beverages. Single-strain and mixed-strain fermentations were performed without any pH control. In single-strain fermentation, LA6 grew to 8.157–8.349 log cfu/mL. Titratable acidity (TA) and pH were measured between 0.513–1.360 g/L and 4.25–3.91, respectively. The explored optimum variables were fermentation time (15 h) and inoculum (6 log cfu/mL). As a result of fermentation, maltose and glucose decreased, but lactic and acetic acids increased. In mixed-strain fermentation, LGG and LA6 were able to grow to 8.247 and 8.416 log cfu/mL, respectively. The pH, TA, lactic, and acetic acids varied between 6.31–3.92, 0.329–1.501 g/L, 0–1672 mg/L, and 20–231.5 mg/L, respectively. In both fermentations, microbial growth reached the stationary phase close to a pH of 4.21–4.82 while sugars were not consumed completely. Less than 5% ethanol was detected, which indicated a non-alcoholic beverage. A combination of the two evaluated lactobacilli strains reduced fermentation time. In conclusion, a substrate made of whole grain teff flour without any supplement could be used as a substrate to produce functional probiotic beverages

Occurrence of <i>Escherichia coli</i> Pathotypes in Diarrheic Calves in a Low-Income Setting

Different E. coli pathotypes are common zoonotic agents. Some of these pathotypes cause recurrent and widespread calf diarrhea and contribute to significant economic losses in the livestock sector worldwide in addition to putting humans at risk. Here, we investigated the occurrence of E. coli pathotypes in diarrheic calves in Ethiopia kept under various calf management practices. One hundred fecal samples were collected from diarrheic calves in 98 different farms. E. coli was isolated in the samples from 99 of the diarrheic calves, and virulence genes were detected in 80% of the samples. The occurrence of E. coli pathotypes in the samples was 32% ETEC, 23% STEC, 18% STEC/ETEC, 3% EPEC, 2% EAEC, and 1% EHEC. No diarrheic calves were positive for the EIEC and DAEC pathotypes. The occurrence of pathotypes was positively associated with female calves (EPEC, p = 0.006), aged less than 2 weeks (STEC, p = 0.059), and calves fed colostrum via the hand method (STEC, p = 0.008 and EAEC, p = 0.003). This study revealed that several E. coli pathotypes occurred among calves affected with diarrhea. Moreover, the presence of a mixed STEC/ETEC pathotypes infection was present in the studied low-income setting. These findings indicate a considerable risk for the zoonotic transmission from calves to humans and the options to provide the better management for younger calves in order to reduce the economic loss