Modelo matemático para predecir la estabilidad a temperaturas cercanas al ambiente de la bacteria Brevibacterium celere C-924
Resumen
El oxígeno se ha identificado como una de las principales causas que conducen a daños por desecación, mientras que el tiempo que el microorganismo está expuesto a condiciones ambiente puede contribuir a su degradación. En el Centro de Ingeniería Genética y Biotecnología de Camagüey, se desarrolló un producto ecológico de formulación sólida con probada acción bionematicida llamado HeberNem-S®, cuyo ingrediente activo es la bacteria Gram positiva Brevibacterium celere C-924. En el presente trabajo se realizó un estudio de estabilidad del ingrediente activo del producto HeberNem-SÒ a las temperaturas de 16, 28 y 37 ºC sin vacío. Como resultado del estudio se obtuvo un modelo matemático que simula la degradación que ocurre en el rango de temperaturas evaluadas y sin vacío. El modelo matemático logarítmico-exponencial obtenido permite estimar el grado de supervivencia ante modificaciones ambientales asociadas a los parámetros estudiados, sin necesidad de realizar evaluaciones experimentales de determinación de la viabilidad.
Palabras clave
brevibacterium celere C-924;, HeberNem-S;, temperatura;, viabilidad
Biografía del autor/a
Yunier Luis Paneque-Díaz
Ingeniero Químico, Máster en Análisis de Procesos Químicos
Nemecio González-Fernández
Licenciado en Química, Doctor en Ciencias Técnicas
Lourdes Mariana Crespo-Zafra
Ingeniera Química, Doctora en Ciencias Técnicas
Jesús Zamora-Sánchez
Licenciado en Radioquímica, Máster en Ciencias Microbiológicas
Rutdali María Segura-Silva
Ingeniera Química, Máster en Análisis de Procesos Químicos
Amaury Pérez-Sánchez
Ingeniero Químico
Citas
- Achour, M., Mtimet, N., Cornelius, C., Zgouli, S., Mahjoub, A., Thonart, P., & Hamdi, M. (2001). Application of the accelerated shelf life testing method (ASLT) to study the survival rates of freeze-dried Lactococcus starter cultures. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 76 (6), 624-628. https://doi.org/10.1002/jctb.427 DOI: https://doi.org/10.1002/jctb.427
- Ananta, E., Volkert, M., & Knorr, D. (2005). Cellular injuries and storage stability of spray-dried Lactobacillus rhamnosus GG. International Dairy Journal, 15 (4), 399-409. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2004.08.004 DOI: https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2004.08.004
- Bais, H. P., Fall, R., & Vivanco, J. M. (2004). Biocontrol of Bacillus subtilis against Infection of Arabidopsis Roots by Pseudomonas syringae Is Facilitated by Biofilm Formation and Surfactin Production. Plant Physiology, 134 (1), 307–319. https://doi.org/10.1104/pp.103.028712 DOI: https://doi.org/10.1104/pp.103.028712
- Barbosa, J. C., Almeida, D., Machado, D., Sousa, S., Freitas, A. C., Andrade, J. C., & Gomes, A. M. (2022). Spray-Drying Encapsulation of the Live Biotherapeutic Candidate Akkermansia muciniphila DSM 22959 to Survive Aerobic Storage. Pharmaceuticals, 15, 268. https://doi.org/10.3390/ph15050628 DOI: https://doi.org/10.3390/ph15050628
- Behboudi-Jobbehdar, S., Soukoulis, C., Yonekura, L., & Fisk, I. (2013). Optimization of Spray-Drying Process Conditions for the Production of Maximally Viable Microencapsulated L. acidophilus NCIMB 701748. Drying Technology, 31, 1274–1283. https://doi.org/10.1080/07373937.2013.788509 DOI: https://doi.org/10.1080/07373937.2013.788509
- Betancourt, E. (2006). Diseño de un nuevo proceso de fermentación del bionematicida HeberNem (Tesis de Diploma). Universidad de Camagüey, Camagüey, Cuba.
- Bommasamudram, J., Muthu, A., & Devappa, S. (2022). Effect of sub-lethal heat stress on viability of Lacticaseibacillus casei N in spray-dried powders. LWT - Food Science and Technology, 155, 112904. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.112904 DOI: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.112904
- CIGB. (2019). Especificación de Producto Terminado - HeberNem-S. NP 5080, 9. Camagüey, Cuba: Centro de Ingeniería Genética y Biotecnología.
- Dong, L. Q., & Zhang, K. Q. (2006). Microbial control of plant-parasitic nematodes: a five-party interaction. Plant and Soil, 288(1-2), 31-45. https://doi.org/10.1007/s11104-006-9009-3 DOI: https://doi.org/10.1007/s11104-006-9009-3
- Fillor, L. (2013). Propuesta de escalado para el secado por aspersión del bionematicida HeberNem-S (Tsukamurella paurometabola, C-924) (Tesis de Diploma). Universidad de Camagüey, Camagüey, Cuba.
- França, M. B., Panek, A. D., & Eleutherio, E. C. A. (2007). Oxidative stress and its effects during dehydration. Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology, 146(4), 621-631. https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2006.02.030 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2006.02.030
- Golowczyc, M. A., Gerez, C. L., Silva, J., Abraham, A. G., Antoni, G. L. D., & Teixeira, P. (2010). Survival of spray-dried is affected by different protectants and storage conditions. Biotechnology Leters, 33 (4), 681-686. https://doi.org/10.1007/s10529-010-0491-6 DOI: https://doi.org/10.1007/s10529-010-0491-6
- Golowczyc, M. A., Silva, J., Abraham, A. G., Antoni, G. L. D., & Teixeira, P. (2010). Preservation of probiotic strains isolated from kefir by spray drying. Letters in Applied Microbiology, 50, 7-12. https://doi.org/10.1111/j.1472-765X.2009.02759.x DOI: https://doi.org/10.1111/j.1472-765X.2009.02759.x
- González, N. (2010). Tecnología de fermentación del agente biológico activo del bionematicida HeberNem (Tesis Doctoral). Universidad de Camagüey, Camagüey, Cuba.
- González, N., Ramos, L., Narciandi, E., Mayo, O., & Zamora, J. (2013). Tecnología de fermentación del agente biológico activo del bionematicida HeberNem®. Revista Cubana de Química, XXV (1), 55-65.
- Hamsupo, K., Sukyai, P., Loiseau, G., Nitisinprasert, S., Montet, D., & Wanchaitanawong, P. (2005). Prediction of the stability of spray-dried Lactobacillus reuteri KUB-AC5 by Arrhenius equation for long-term storage. Journal of Microbiology and Biotechnology, 15(6), 1178-1182.
- Herigstad, B., Hamilton, M., & Heersink, J. (2001). How to optimize the drop plate method for enumerating bacteria. Journal of Microbiological Methods, 44(2), 121–129. https://doi.org/10.1016/s0167-7012(00)00241-4 DOI: https://doi.org/10.1016/S0167-7012(00)00241-4
- Hernández, A. (2002). Cultivo de una cepa nematicida de Corynebacterium paurometabolum hasta una escala de 50 L (Tesis de Maestría). Universidad de La Habana, La Habana, Cuba.
- Hernández, A. (2009). Evaluación y predicción del estado de anhidrobiosis en Tsukamurella Paurometabola C-924 (Tesis Doctoral). Universidad de la Habana, La Habana, Cuba.
- Hernández, A., Expósito, M., & Olivera, V. (1998). Establecimiento del intervalo de ph para el control de la concentración de amonio extracelular, durante el cultivo de C. paurometabolum. Revista Cubana de Química, 4 (10), 170-176.
- Hernández, A., Sánchez, H., Olivera, V., Expósito, M., González, N., & Wong, I. (2000). Estimating the growth of Corynebacterium paurometabolum in heterogeneous media. Process Biochemistry, 35(9), 873-876. https://doi.org/10.1016/S0032-9592(99)00113-2 DOI: https://doi.org/10.1016/S0032-9592(99)00113-2
- Hernández, A., Weekers, F., Mena, J., Pimentel, E., Zamora, J., Borroto, C., & Thonart, P. (2007). Culture and spray-drying of Tsukamurella paurometabola C-924: stability of formulated powders. Biotechnology Leters, 29 (11), 1723-1728. https://doi.org/10.1007/s10529-007-9436-0 DOI: https://doi.org/10.1007/s10529-007-9436-0
- Hernández, Z., Rangel, E., Castro, J., Gómez, C. A., Cadena, A., Acevedo, O. A., & Falfán, R. N. (2018). Optimization of a spray-drying process for the production of maximally viable microencapsulated Lactobacillus pentosus using a mixture of starch-pulque as wall material. LWT - Food Science and Technology, 95, 216-222. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2018.04.075 DOI: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2018.04.075
- Jantzen, M., Göpel, A., & Beermann, C. (2013). Direct spray drying and microencapsulation of probiotic Lactobacillus reuteri from slurry fermentation with whey. Journal of Applied Microbiology, 115, 1029-1036. https://doi.org/10.1111/jam.12293 DOI: https://doi.org/10.1111/jam.12293
- Koenning, S. R., Overstreet, C., Noling, J. W., Donald, P. A., Becker, J. O., & Fortnum, B. A. (1999). Survey of Crop Losses in Response to Phytoparasitic Nematodes in the United States for 1994. Journal of Nematology, 31(4S), 587–618. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2620402/pdf/587.pdf
- Lapsiri, W., Bhandari, B., & Wanchaitanawong, P. (2012). Viability of Lactobacillus plantarum TISTR 2075 in Different Protectants during Spray Drying and Storage. Drying Technology, 30 (13), 1407-1412. http://dx.doi.org/10.1080/07373937.2012.684226 DOI: https://doi.org/10.1080/07373937.2012.684226
- Leung, S. S. Y., Parumasivam, T., Nguyen, A., Gengenbach, T., Carter, E. A., Carrigy, N. B., & Chan, H.-K. (2018). Effect of storage temperature on the stability of spray dried bacteriophage powders. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 127, 213-222. https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2018.02.033 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2018.02.033
- López, E. (2014). Alternativa tecnológica para la obtención del Heberfort (Tesis de Diploma). Universidad de Camagüey, Camagüey, Cuba.
- Maciel, G. M., Chaves, K. S., Grosso, C. R. F., & Gigante, M. L. (2014). Microencapsulation of Lactobacillus acidophilus La-5 by spray-drying using sweet whey and skim milk as encapsulating materials. Journal of Dairy Science, 97(4), 1991-1998. http://dx.doi.org/10.3168/jds.2013-7463 DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2013-7463
- Marin, M., Mena, J., Franco, R., Pimentel, E., & Sánchez, I. (2010). Effects of the bacterial-fungal interaction between Tsukamurella paurometabola C 924 and Glomus fasciculatum and Glomus clarum fungi on lettuce microrrizal colonization and foliar weight. Biotecnología Aplicada, 27 (1), 48-51.
- Marín, M., Wong, I., García, G., Morán, R., Basulto, R., Pimentel, E., & Mena, J. (2013a). Actividad antagónica in vitro de Tsukamurella paurometabola C-924 frente a fitopatógenos. Revista de Protección Vegetal, 28(2), 132-137.
- Marín, M., Wong, I., Mena, J., Morán, R., Pimentel, E., Sánchez, I., Moreira, A. (2013b). Zea mays L. plant growth promotion by Tsukamurella paurometabola strain C-924. Biotecnología Aplicada, 30(2), 105-110.
- Martins, E., Cnossen, D. C., Silva, C. R. J., Junior, J. C. C., Nero, L. A., Perrone, I. T., & Carvalho, A. F. (2019). Determination of ideal water activity and powder temperature after spray drying to reduce Lactococcus lactis cell viability loss. Journal of Dairy Science, 102 (7), 6013–6022. https://doi.org/10.3168/jds.2019-16297 DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2019-16297
- Masters, K. (1991). Spray Drying Handbook (5th ed.). London: Longman Scientific & Technical.
- Mena, J., Pimentel, E., Hernández, A., Veloz, L., Vázquez, R., León, L., & Borroto, C. (2002). Mechanism of action of Tsukamurella paurometabola C-924 on nematodes. Nematology, 4(2), 287.
- Mena, J., Pimentel, E., Veloz, L., Hernández, A. T., León, L., Ramírez, Y., & Raíces, M. (2003). Aislamiento y determinación de cepas bacterianas con actividad nematicida. Mecanismo de acción de C. paurometabolum C-924 sobre nemátodos. Biotecnología Aplicada, 20(4), 248-252.
- Mezhericher, M., Levy, A., & Borde, I. (2015). Multi-Scale Multiphase Modeling of Transport Phenomena in Spray-Drying Processes. Drying Technology, 33 (1), 2-23. http://dx.doi.org/10.1080/07373937.2014.941110 DOI: https://doi.org/10.1080/07373937.2014.941110
- Morgan, C. A., Herman, N., White, P. A., & Vesey, G. (2006). Preservation of micro-organisms by drying: A review. Journal of Microbiological Methods, 66 (2), 183-193. https://doi.org/10.1016/j.mimet.2006.02.017 DOI: https://doi.org/10.1016/j.mimet.2006.02.017
- Paneque, Y. L. (2010). Caracterización fenomenológica del proceso de secado por atomización del HeberNem-S en el Centro de Ingeniería Genética y Biotecnología (Tesis de Diploma). Universidad de Camagüey, Camagüey, Cuba.
- Pérez, A., Paneque, Y. L., Ramos, L., Zamora, J., & Crespo, L. M. (2017). Evaluation of a tubular heat exchanger for preheating a cell suspension of Tsukamurella paurometabola. Ingeniería, Investigación y Tecnología, XVIII (5), 331-340. DOI: https://doi.org/10.22201/fi.25940732e.2017.18n3.029
- Poddar, D., Das, S., Jones, G., Palmer, J., Jameson, G. B., Haverkamp, R. G., & Singh, H. (2014). Stability of probiotic Lactobacillus paracasei during storage as affected by the drying method. International Dairy Journal, 39, 1-7. http://dx.doi.org/10.1016/j.idairyj.2014.04.007 DOI: https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2014.04.007
- Ramos, L. (2011). Influencia del proceso de secado por atomización en la viabilidad celular de la Tsukamurella paurometabola C-924 del bionematicida HeberNem-S (Tesis de Diploma). Universidad de Camagüey, Camagüey, Cuba.
- Reyes, V. V. (2017). Comparative Viability of Spray Dried Lactobacilli Affected by Different Protective Agents and Storage Conditions (Master of Science Thesis). Louisiana State University, Louisiana, USA.
- Sarkar, S., Dias, J., Keeley, J., Möhring, N., & Jansen, K. (2021). The use of pesticides in developing countries and their impact on health and the right to food. Belgium: Policy Department, Directorate-General for External Policies. https://doi.org/10.2861/28995
- Scenna, N. J. (1999). Modelado, simulación y optimización de procesos químicos. Argentina: Universidad Tecnológica Nacional.
- Trinh, K. T. L., & Lee, N. Y. (2022). Recent Methods for the Viability Assessment of Bacterial Pathogens: Advances, Challenges, and Future Perspectives. Pathogens, 11, 1057. https://doi.org/10.3390/pathogens11091057 DOI: https://doi.org/10.3390/pathogens11091057
- Yonekura, L., Sun, H., Soukoulis, C., & Fisk, I. (2014). Microencapsulation of Lactobacillus acidophilus NCIMB 701748 in matrices containing soluble fibre by spray drying: Technological characterization, storage stability and survival after in vitro digestion. Journal of Functional Foods, 6, 205-214. http://dx.doi.org/10.1016/j.jff.2013.10.008 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jff.2013.10.008
- Zhang, Y., Lin, J., & Zhong, Q. (2016). Effects of media, heat adaptation, and outlet temperature on the survival of Lactobacillus salivarius NRRL B-30514 after spray drying and subsequent storage. LWT - Food Science and Technology, 74, 441-447. http://dx.doi.org/10.1016/j.lwt.2016.08.008 DOI: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2016.08.008
- Zhu, Z., Luan, C., Zhang, H., Zhang, L., & Haoa, Y. (2016). Effects of spray drying on Lactobacillus plantarum BM-1 viability, resistance to simulated gastrointestinal digestion, and storage stability. Drying Technology, 34(2), 177-184. http://dx.doi.org/10.1080/07373937.2015.1021009 DOI: https://doi.org/10.1080/07373937.2015.1021009
- Ziadi, M., Touhami, Y., Achour, M., Thonart, P., & Hamdi, M. (2005). The effect of heat stress on freeze-drying and conservation of Lactococcus. Biochemical Engineering Journal, 24 (2), 141-145. https://doi.org/10.1016/j.bej.2005.02.001 DOI: https://doi.org/10.1016/j.bej.2005.02.001