Application of Co-bioprocessing Techniques (Enzymatic Hydrolysis and Fermantation) for Improving the Nutritional Value of Wheat Bran as Food Functional Ingrediens

Last time the food industry pays the great attention to questions, connected with changing existing technologies for raising the efficacy of the raw materials complex processing and increasing the output of high-quality products and food ingredients with a minimal amount of waste. Cereal crops are the most reach source of functional ingredients and main component in the human food ration. The technological process of cereal crops processing at enterprises is closely connected with creating a great number of secondary raw material resources and its further utilization.For confirming the efficacy of using secondary products of grain processing as cheap raw material resources of dietary fiber and physiologically functional ingredients, there is characterized the accessibility of their biotransformation that gives a possibility to get biologically active substances of different chemical nature with a wide spectrum of physiological effects.Secondary products of cereal crops processing (bran) are multi-component substrates, formed of different histological layers of wheat grains after comminution, consisted of (external pericarp, internal pericarp, grain coat, hyaline and aleurone layer of a grain coat).Wheat bran is rich in dietary fiber, nutritive and phytochemical substances, that is why, it is most often used for feeding animals. But for today there are important proofs of using it in the food industry.The development of new innovative technologies, modern achievements in microbiology and biotechnology have an important value for secondary products of grain processing, because they allow to conduct directed technological processes at the qualitatively new level that provides using soft regimes of vegetable raw materials processing, allowing to preserve natural biologically active substances and nutrients.The modeling of the combined complex processing that includes enzymatic hydrolysis and fermentation by microorganisms improves technological, sensor and also nutritive and physiologically functional properties of wheat bran at the expanse of: bioavailability increase of phenol compounds, vitamins and minerals, assimilability of proteins and decrease of the content of anti-nutritive compounds.Enzymatic preparations allow to use vegetable raw materials rationally, to intensify technological processes, in such a way increasing the output of biologically active substances and to widen the assortment of created products. The process of wheat bran formation results in increasing the nutritional value, enriching the biopolymeric complex with probiotic microorganisms and prebiotic substances.Based on the structural peculiarities and multicomponent composition of wheat bran, presented and studied in the article, it has been established, that the use of the directed modification allows to get functional ingredients and products with set properties that influence the human health favorably. So, wheat bran must be used not only in agriculture as a cattle fodder, but also in the food industry

Potassium availability triggers Mycobacterium tuberculosis transition to, and resuscitation from, non-culturable (dormant) states.

Dormancy in non-sporulating bacteria is an interesting and underexplored phenomenon with significant medical implications. In particular, latent tuberculosis may result from the maintenance of Mycobacterium tuberculosis bacilli in non-replicating states in infected individuals. Uniquely, growth of M. tuberculosis in aerobic conditions in potassium-deficient media resulted in the generation of bacilli that were non-culturable (NC) on solid media but detectable in liquid media. These bacilli were morphologically distinct and tolerant to cell-wall-targeting antimicrobials. Bacterial counts on solid media quickly recovered after washing and incubating bacilli in fresh resuscitation media containing potassium. This resuscitation of growth occurred too quickly to be attributed to M. tuberculosis replication. Transcriptomic and proteomic profiling through adaptation to, and resuscitation from, this NC state revealed a switch to anaerobic respiration and a shift to lipid and amino acid metabolism. High concordance with mRNA signatures derived from M. tuberculosis infection models suggests that analogous NC mycobacterial phenotypes may exist during disease and may represent unrecognized populations in vivo. Resuscitation of NC bacilli in potassium-sufficient media was characterized by time-dependent activation of metabolic pathways in a programmed series of processes that probably transit bacilli through challenging microenvironments during infection

Cyclic Amp-Dependent Resuscitation of Dormant Mycobacteria by Exogenous Free Fatty Acids

One third of the world population carries a latent tuberculosis (TB) infection, which may reactivate leading to active disease. Although TB latency has been known for many years it remains poorly understood. In particular, substances of host origin, which may induce the resuscitation of dormant mycobacteria, have not yet been described. In vitro models of dormant (“non-culturable”) cells of Mycobacterium smegmatis (mc(2)155) and Mycobacterium tuberculosis H37Rv were used. We found that the resuscitation of dormant M. smegmatis and M. tuberculosis cells in liquid medium was stimulated by adding free unsaturated fatty acids (FA), including arachidonic acid, at concentrations of 1.6–10 µM. FA addition enhanced cAMP levels in reactivating M. smegmatis cells and exogenously added cAMP (3–10 mM) or dibutyryl-cAMP (0.5–1 mM) substituted for FA, causing resuscitation of M. smegmatis and M. tuberculosis dormant cells. A M. smegmatis null-mutant lacking MSMEG_4279, which encodes a FA-activated adenylyl cyclase (AC), could not be resuscitated by FA but it was resuscitated by cAMP. M. smegmatis and M. tuberculosis cells hyper-expressing AC were unable to form non-culturable cells and a specific inhibitor of AC (8-bromo-cAMP) prevented FA-dependent resuscitation. RT-PCR analysis revealed that rpfA (coding for resuscitation promoting factor A) is up-regulated in M. smegmatis in the beginning of exponential growth following the cAMP increase in lag phase caused by FA-induced cell activation. A specific Rpf inhibitor (4-benzoyl-2-nitrophenylthiocyanate) suppressed FA-induced resuscitation. We propose a novel pathway for the resuscitation of dormant mycobacteria involving the activation of adenylyl cyclase MSMEG_4279 by FAs resulted in activation of cellular metabolism followed later by increase of RpfA activity which stimulates cell multiplication in exponential phase. The study reveals a probable role for lipids of host origin in the resuscitation of dormant mycobacteria, which may function during the reactivation of latent TB

Development of electrochemical inhibition biosensor based on bacteria for detection of environmental pollutants

The main aim of this work is to develop a simple inhibition electrochemical sensor array for detection of heavy metals using bacteria. A series of electrical measurements (cyclic voltammograms) were carried out on samples of two types of bacteria, namely Escherichia coli and Shewanella oneidensis along with optical measurements (fluorescence microscopy, optical density, and flow cytometry) for comparison purposes. As a first step, a correlation between DC electrical conductivity and bacteria concentration in solution was established. The study of the effect of heavy metal ions (Hg2+) on DC electrical characteristics of bacteria revealed a possibility of pattern recognition of inhibition agents. Electrical properties of bacteria in solution were compared to those for immobilized bacteria

Dormant non-culturable Mycobacterium tuberculosis retains stable low-abundant mRNA

BACKGROUND: Dormant Mycobacterium tuberculosis bacilli are believed to play an important role in latent tuberculosis infection. Previously, we have demonstrated that cultivation of M. tuberculosis in K(+)-deficient medium resulted in generation of dormant cells. These bacilli were non-culturable on solid media (a key feature of dormant M. tuberculosis in vivo) and characterized by low metabolism and tolerance to anti-tuberculosis drugs. The dormant bacteria demonstrated a high potential to reactivation after K(+) reintroduction even after prolonged persistence under rifampicin. In this work, we studied the transcriptome and stability of transcripts in persisting dormant bacilli under arrest of mRNA de novo synthesis. RESULTS: RNA-seq-based analysis of the dormant non-culturable population obtained under rifampicin exposure revealed a 30–50-fold decrease of the total mRNA level, indicating global transcriptional repression. However, the analysis of persisting transcripts displayed a cohort of mRNA molecules coding for biosynthetic enzymes, proteins involved in adaptation and repair processes, detoxification, and control of transcription initiation. This ‘dormant transcriptome’ demonstrated considerable stability during M. tuberculosis persistence and mRNA de novo synthesis arrest. On the contrary, several small non-coding RNAs showed increased abundance on dormancy. Interestingly, M. tuberculosis entry into dormancy was accompanied by the cleavage of 23S ribosomal RNA at a specific point located outside the ribosome catalytic center. CONCLUSIONS: Dormant non-culturable M. tuberculosis bacilli are characterized by a global transcriptional repression. At the same time, the dormant bacilli retain low-abundant mRNAs, which are considerably stable during in vitro persistence, reflecting their readiness for translation upon early resuscitation steps. Increased abundance of non-coding RNAs on dormancy may indicate their role in the entry into and maintenance of M. tuberculosis dormant non-culturable state. ELECTRONIC SUPPLEMENTARY MATERIAL: The online version of this article (doi:10.1186/s12864-015-2197-6) contains supplementary material, which is available to authorized users

Аналіз перспективи використання насіння нуту для отримання функціональних харчових інгредієнтів

The food industry is now increasingly focusing on changing existing technologies in order to improve the efficiency of raw materials processing and increase the production of high quality food products and functional ingredients with a minimum amount of waste. That is why chickpea seeds were chosen as the object of research as a source of valuable vegetable protein, which is similar in composition to animal protein and at the same time is the richest source of functional ingredients.The research used the method of analysis of literary sources that correspond to the research topic. A number of scientific works related to the sprouting and soaking of chickpea, the biological value of chickpea in the form of hummus, the prospects for processing chickpea for the production of meat and bakery products were analyzed.The paper shows the features of the general chemical composition and characteristics of individual nutrients and biologically active substances of chickpea. The given health-improving and physiological features of products from chickpea, in particular, a distinctive feature of chickpea is shown – its ability to accumulate selenium, which is absorbed 5-10 times better than from other chemical compounds. This in turn helps prevent the onset and development of cancer and other diseases. It has been shown that food preparation and heat treatment in general usually leads to a decrease in food quality and phytochemical composition of food products. However, they can inactivate thermolabile anti-nutrients, such as legume antitrypsin factors, that negatively affect protein bioavailability. Cooking food reduces unwanted factors in legumes, such as phytates, and modulates amino acid composition and protein digestibility. The regularities of increasing the biological activity of chickpea seeds during germination have been established. Based on the research results, conclusions were drawn on the formation of protein in chickpea seeds depending on the climate.On the basis of the research results, the expediency of using chickpea seeds processing products in the technology of food products with improved biological value has been theoretically substantiated and confirmedВ настоящее время пищевая промышленность все больше фокусирует свое внимание на вопросах, связанных с изменением существующих технологий с целью повышения эффективности переработки сырья и увеличения выпуска высококачественных продуктов питания и функциональных ингредиентов с минимальным количеством отходов. Именно поэтому объектом исследования были выбраны семена нута, как источник ценного растительного белка, который по своему составу похож на белок животного происхождения и одновременно является самым богатым источником функциональных ингредиентов.При исследовании использован метод анализа литературных источников, которые соответствуют тематике исследования. Был проанализирован ряд научных работ, связанных с проращиванием и замачиванием нута, биологической ценностью нута в виде хумуса, перспективами переработки нута для производства мясных и хлебобулочных изделий.В работе показаны особенности общего химического состава и характеристика отдельных нутриентов и биологически активных веществ нута. Приведены оздоровительные и физиологические особенности продуктов из нута, в частности показана отличительная особенность нута – его способность аккумулировать селен, который усваивается в 5–10 раз лучше, чем из других химических соединений. Это в свою очередь способствует предупреждению возникновения и развития рака и других болезней. Показано, что приготовление пищи и термическая обработка в целом обычно приводят к снижению пищевого качества и фитохимического состава пищевых продуктов. Однако они могут инактивировать термолабильные антипитательные вещества, такие как бобовые антитрипсинные факторы, которые негативно влияют на биодоступность белка. Кулинарная обработка пищи приводит к снижению содержания нежелательных факторов в бобовых, таких как фитаты, и модулирует аминокислотный состав и усвояемость белка. Установлены закономерности повышения биологической активности семян нута при проращивании. Опираясь на результаты исследований, были сделаны выводы по формированию белка в семенах нута в зависимости от климата.На основании результатов исследований теоретически обоснована и подтверждена целесообразность применения продуктов переработки семян нута в технологии пищевых изделий улучшенной биологической ценностиВ даний час харчова промисловість все більше фокусує свою увагу на питаннях, пов'язаних зі зміною існуючих технологій з метою підвищення ефективності переробки сировини та збільшення випуску високоякісних продуктів харчування та функціональних інгредієнтів з мінімальною кількістю відходів. Саме тому об’єктом дослідження було обрано насіння нуту, як джерело цінного рослинного білка, який за своїм складом схожий на білок тваринного походження та водночас є найбагатшим джерелом функціональних інгредієнтів.При дослідженні використано метод аналізу літературних джерел, які відповідають тематиці дослідження. Було проаналізовано ряд наукових праць, які пов’язанні з пророщенням та замочуванням нуту, біологічною цінністю нуту у вигляді хумусу, перспективами переробки нуту для виробництва м’ясних і хлібобулочних виробів.У роботі показані особливості загального хімічного складу та характеристика окремих нутрієнтів і біологічно активних речовин нуту. Наведені оздоровчі та фізіологічні особливості продуктів з нуту, зокрема показана відмінна особливість нуту – його здатність акумулювати селен, який засвоюється в 5–10 разів краще, ніж з інших хімічних сполук. Це в свою чергу сприяє попередженню виникнення та розвитку раку та інших хвороб. Показано, що приготування їжі та термічна обробка в цілому зазвичай призводять до зниження харчової якості та фітохімічного складу харчових продуктів. Однак вони можуть інактивувати термолабільні антипоживні речовини, такі як бобові антитрипсинові чинники, які негативно впливають на біодоступність білка. Кулінарна обробка їжі призводить до зниження вмісту небажаних факторів у бобових, таких як фітати, та модулює амінокислотний склад і засвоюваність білка. Встановлено закономірності підвищення біологічної активності насіння нуту при пророщуванні. Спираючись на результати досліджень, було зроблено висновки щодо формування білка у насінні нуту в залежності від клімату.На підставі результатів досліджень теоретично обґрунтована та підтверджена доцільність застосування продуктів переробки насіння нуту в технології харчових виробів поліпшеної біологічної цінност

Безвідходна біотехнологія отримання симбіотика і метабіотика на основі Вifidobacterium longum – Я 3 та Propionibacterium shermanii – 4

In order to eliminate dysbiotic violations of microbiota of the human gastrointestinal tract probiotics are used. However, in recent years data has been accumulated on the reduction of the effectiveness of classical probiotics, especially against antibiotic therapy, so a promising group of probiotics of a metabolic type is gaining popularity. Metabiotics contain metabolic products or structural components of probiotic microorganisms. The purpose of experimental work was to develop a technology of non-waste production using a culture fluid of probiotic microorganisms as raw material for the creation of a cell-free probiotic. The objects of the study were cultures of microorganisms of the Museum of the Department of Biochemistry, Microbiology and Nutrition Physiology ONAFT Вifidobacterium longum – Ya 3, Propionibacterium shermanii – 4, the culture fluid of these probiotic strains. Subject of research - structural elements of metabolic activity of probiotic microorganisms, organoleptic, physico-chemical and microbiological indices. After co-cultivating B. longum – I 3 + P. shermanii-PS 4 in a lactose medium with the addition of soy serum at a temperature of (34 ± 1) °C for 24 hours with a titre of at least 1 1010 CFU/cm3, a culture medium supernatant was obtained by centrifugation at 8000 rpm for 20 minutes and further filtration because of bacterial filters in aseptic conditions. The bifidogenic growth stimulator was purified from the microbial biomass residue by vacuum filtration using bacterial filters (Millipore, 0.22 μm). Its determination was carried out by gas-liquid chromatography using the GC-16A «Shimadzu» (Japan) gas chromatograph with the possibility of temperature programming up to 330 °C, flame-ionization detector and software «GC solution». The content of 1,4-dihydroxy-2-naphthoic acid in the supernatant of the consortium Вifidobacterium longum – Ya 3, Propionibacterium shermanii – 4 in the amount of 4.1 mg/liter was determined. The principle of technological schemes of non-waste production of biologically active additives based on the classical and metabolic probiotic developed.Для усунення дисбіотичних порушень мікробіоти шлунково-кишкового тракту людини використовують препарти пробіотики. Однак в останні роки накопичуються дані про зниження ефективності класичних пробіотиків, особливо на фоні антибіотикотерапії, тому популярності набуває перспективна група пробіотиків метаболітного типу. Метабіотики містять продукти метаболізму чи структупні компоненти пробіотичних мікроорганізмів. Метою експериментальної роботи стала розробка технології безвідходного виробництва, використовуючи культуральну рідину пробіотичних мікроорганізмів як сировину для створення безклітинного пробіотика. Об’єкти дослідження – культури мікроорганізмів музею кафедри біохімії, мікробіології і фізиології харчування ОНАХТ Вifidobacterium longum – Я 3, Propionibacterium shermanii – 4, культуральна рідина зазначених пробіотичних штамів. Предмет дослідження – структурні елементи метаболічної активності пробіотичних мікроорганізмів, органолептичні,фізико-хімічні і мікробіологічні показники. Після сумісного культивування B. longum – Я 3 + P. Shermanii – PS 4 на лактозному середовищі з додаванням соєвої сироватки за температури (34 ± 1) °С протягом 24 год з титром не менше 1 1010 КУО/см3, отримували супернатант культуральної рідини шляхом центрифугування при 8000 об/хв протягом 20 хв і подальшого фільтрування через бактеріальні фільтри в асептичних умовах. Біфідогенний стимулятор росту очищували від залішків мікробної біомаси за допомогою вакуум-фільтраціі із застосуванням бактеріальних фільтрів (Millipore, 0,22 мкм). Його визначення проводили за методом газово-рідинної хроматографії з використання газового хроматографа GC-16А «Shimadzu», Японія з можливістю програмування температури до 330 °С, полум’яно-іонізаційним детектором і програмним забезпеченням «GC solution». Визначено вміст 1,4-дигидроксі-2-нафтоїнової кислоти у супернатанті консорціуму Вifidobacterium longum – Я 3, Propionibacterium shermanii – 4 у кількості 4,1 мг/л. Розроблено принципопі технологічні схеми безвідходного виробництва біологіно активних добавок на основі класичного та метаболітного пробіотика