Extraction of Biosurfactant from Lactobacilli Isolated from Traditional Sovadkoh Yogurt and its Use in a Food Model as an Emulsifier

Subject Areas :

Roghayyeh Rezayi Malidareh ¹ , Mohammad Ahmadi ² , Seyyed Ahmad Shahidi Yasaghi ³

1 - Ph.D student of food Science and Technology, Ayatollah Amoli Branch, Islamic Azad University, Amol, Iran.
2 - Associate Professor, Department of Food Hygiene, Ayatollah Amoli Branch, Islamic Azad University, Amol, Iran.
3 - Associate Professor, Department of Food Science and Technology, Ayatollah Amoli Branch, Islamic Azad University, Amol, Iran.

Received: 2022-12-25 Accepted : 2023-03-12 Published : 2025-06-01

Keywords: Lactobacillus, Biosurfactant, Emulsifier, Swadkoh Traditional Yogurt.,

Abstract :

Lactic acid bacteria, gram positive, without spores, catalase negative, nitrate reduction negative and ceritochrome oxidase negative and ceritochrome oxidase negative, which have a fermentative metabolism and are useful for food industry, therefore today the local strains of lactic acid bacteria are of special importance. They are found in the dairy industry and have characteristics of compatibility with the conditions of the same region. Therefore, this study was carried out in order to extract biosurfactant from Lactobacillus in the traditional yogurt of Swadekoh as an emulsifier in the food model. In this experimental study, 32 samples of Swadkoh traditional yogurt were prepared and cultured in MRS environment (agar and broth) for 48 hours at 37 degrees Celsius in an anaerobic jar under microaerophilic conditions. The isolated strains with the ability to produce biosurfactant were identified based on biochemical and molecular tests and the optimal conditions for biosurfactant production were investigated and its emulsifying activity was investigated in a food model system. One-way repeated measures analysis of variance was used to analyze the data. Lactobacillus bacteria were isolated from 24 samples and necessary tests were taken from 5 samples, among which 2 strains of Lactobacillus delbruecki and Lactobacillus fermentum have the highest ability to produce biosurfactant. The biosurfactants extracted from both bacteria showed that they have a good ability in the emulsification process, but the stability of the biosurfactant in Delbrooki species is higher than in Fermentum species and this difference is significant in the four examined oils. The results of the study showed that by isolating Lactobacillus strains with the appropriate ability to produce biosurfactant, they can be used to produce biosurfactant on an industrial scale to replace synthetic emulsifiers in traditional Sovadkoh yogurt.

References:

1. احسنی¬ارانی ی، نورمحمدی ز، راسخ ب، یزدیان ف، حجن کاظمی ح. ارزیابی اثر نانوساختار طلا بر میزان تولید بیوسورفکتانت حاصل از باکتری سودوموناس آئروژینوزا. فصلنامه دانش زیستی ایران. 1400؛ 64(2): 64، 47-40.
2. بازارچه شبستری ن، حاجی¬رضائی م. شناسایی مولکولی لاکتوباسیل¬های جدا شده از پنیرهای سنتی شهرستان بندرعباس. مجله تازه¬های بیوتکنولوژی سلولی مولکلولی. 1399؛ 10(39): 89-79.
3. باقری ف، میردامادی س، میرزائی م، صفوی م. ارزیابی ایمنی لاکتوباسیلوس¬هاي جدا شده از محصولات لبنی سنتی ایران. ارزیابی ایمنی لاکتوباسیلوس¬هاي جدا شده از محصولات لبنی سنتی ایران. علوم و صنایع غذایی. 1399؛ 17(14): 78-65.
4. بخشی ن، سلیمانیان ¬زاد ص، شیخ ¬زین¬الدین م. بررسی امکان استفاده از ضایعات برنج و گندم برای تولید بیوسورفکتانت توسط الکتوباسیلوس پالنتاروم. نشریه پژوهش¬های صنایع غذایی. 1397؛ 28(1)، 58-49.
5. بهزادنیا ا، موسوی ¬نسب م، شجاع ¬الساداتی ع، ستوده پ. تولید بیوسورفکتانت توسط لاکتیک ¬اسید باکتری لاکتوباسیلوس پلانتاروم با استفاده از منابع مغذی مناسب. زیست ¬فناوری دانشگاه تربیت مدرس. 1399؛ 11(3): 332-327.
6. پوربابا ح، انوار ا، پوراحمد ر، اهری ح. تغییرشاخص-های اسیدی و زنده مانی پروبیوتیک¬ها در کفیر تولید شده با پروبیوتیک¬های کمکی لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس و لاکتوباسیلوس پاراکازئی در طول دوره نگهداری در سرما. مجله طب دامی ایران. 1400؛ 16(1): 98-89.
7. دیناروند ب، فتحی رضائی پ، اکبری ن. بهینه سازی تولید آسپاراژیناز از سویه¬ی لاکتوباسیلوس جدا شده از محصولات لبنی سنتی. فصلنامه زیست¬شناسی میکروارگانیسم¬ها. 1399؛ 9 (34): 86-71.
8. رضائی ه، فاضلی ح، میرلوحی م. ارزيابي محصولات پروبيوتيک و غير پروبيوتيک لبني در اصفهان از نظر تعداد لاکتوباسيلوس زنده و وجود لاکتوباسيلوس اسيدوفيلوس. تحقیقات نظام سلامت. 1396؛ 13(2): 197-187.
9. زمانی ن، اخوان سپهی ع، فاضلی م، شریعتمداری ف. جداسازی و شناسایی بیوشیمیایی و مولکولی لاکتوباسیلوس¬ها از لبنیات سنتی روستاهای استان فارس و
بررسی پتانسیل پروبیوتیکی آنه. علوم صنایع غذایی ایران. 1401؛ 19(123): 53-41.
10. شمشاد ن، روزبه نصیرایی ل، مجیدزاده هروی ر. جداسازي باکتري¬هاي لاکتوباسیل با قابلیت پروبیوتیکی از محصول لبنی سنتی نائین (کومه). مجله میکروب¬شناسی پزشکی ایران. 1399؛ 15(1): 106-95.
11. شه¬پرست، ی. 1394. ارزیابی پایداری اکسیداتیو نانو حامل¬های لیپیدی (NLC) حاوی روغن کبد ماهی و توکوفرول. دانشگاه صنعتی شاهرود، دانشکده کشاورزی، گروه باغبانی، پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته علوم و مواد غذایی.
12. ظهیری ی، قلی¬زاده دوران محله ر، مسرت ن، احمدی شعار ش، پاک ¬نژادی م. 1400. بیوتکنولوژی مولکولی میکروارگانیسم ها به منظور تولید بیوسورفکتانت ها. تشخیص آزمایشگاهی. 1400؛ 1400(186): 39-36.
13. علیزاده بهبهانی ب، نوشاد م، جوینده ح.. ارزیابی فعالیت و بررسی ویژگی¬های باکتریوسین تولید شده توسط باکتری¬های لاکتوباسیل جدا شده از ماست محلی شهرستان بهبهان. مجله علوم تغذیه و صنایع غذایی ایران.1400؛ 16(2): 120-111.
14. فرقانی س، پیغمبر دوست ه، حصاری ج، رضایی مکرم ر. بررسي اثر افزودن شير ارزن بر زنده ماني باكتري لاكتوباسيلوس اسيدوفيلوسLA-5 . باكتريهاي آغازگر ماست و برخي ويژگي¬هاي فيزيكوشيميايي ماست پروبيوتيك، علوم و صنایع غذایی. 1397؛ 15(76): 219-207.
15. کیانی پ، محمودی م. تولید بیوسورفکتانت توسط لاکتوباسیلوس جهت استفاده در صنایع غذایی به عنوان جایگزینی برای امولسیفایرهای سنتزی . نشریه تازه¬های بیوتکنولوژی سلولی مولکولی. 1394؛ 5(19): 68-61.
16. کیهانی و، مرتضوی ع، کریمی م، کاراژیان ح، شیخ الاسلامی ز. کاربرد امواج فراصوت در استخراج ترکیبات ساپونینی ریشه گیاه چوبک (Acanthophyllum glandulosum) بر پایه ویژگی های امولسیون کنندگی و کف زایی آنها. پژوهش و نوآوري در علوم و صنایع غذایی. 1394؛4(4): 342-325.
17. محب¬راد ب، رضائی ع، دهقانی س، زمانیان م، حامد رحمت م. امکان سنجی تولید بیوسورفکتانت رامنولیپِیدي از فاضلاب روغنی با استفاده از سودموموناس آئروژنزا جداسازي شده از فاضلاب بیمارستانی. مجله دانشگاه علوم پزشکی رفسنجان. 1397؛ 17(2): 156-143.
18. مدبر گ، اخوان سپهی ع، یزدیان ف، راشدی ح. بررسی اثر نانوذرات مغناطیسی پوشش¬دارشده در میزان تولید بیوسورفکتانت باکتري باسیلوس¬سابتیلوس در بیوراکتور. زیست ناوری دانشگاه تربیت مدرس. 1399؛ 12(1): 68-53.
19. معین¬فرد م، مظاهری تهرانی م. اثرات برخی پایدارکننده¬ها بر ویژگی¬های فیزیکی شیمایی و حسی ماست منجمد.مجله علوم تغذیه و صنایع غذایی ایران. 1389؛ 5(2): 8-1.
20. مویدی ع، محمودی م، خمیری م، لقمان ش. جداسازي، شناسایی مولکولی و ارزیابی ایمنی باکتري هاي اسید لاکتیک پروتئولیتیک به دست آمده از نمونه¬هاي مختلف شیر خام. علوم و صنایع غذایی. 1398؛ 16(89): 69-59.
21. میربد، م.، 1393. استفاده از بیوسورفاکتانت¬ها به عنوان افزودنی غذایی طبیعی. اولین همایش ملی میان وعده¬های غذایی. مشهد مقدس. 8-1.
22. نوشاد م، علیزاده بهبهانی ب، حجتی م. بررسی اثر سویه¬های پروبیوتیک بومی لاکتوباسیلوس دلبروکی و پدیوکوکوس پنتوزاسئوس بر ویژگی¬های شیمیایی، میکروبی و حسی دوغ طی زمان نگهداری. پژوهش¬های صنایع غذایی. 1401؛ 32(3): 91-77.

23. یدملت م، جوینده ح، حجتی م. تأثیر صمغ فارسی و صمغ دانه بالنگو شیرازی بر ویژگیهای بافتی ماست همزده کم چرب. نشریه پژوهش¬های صنایع غذایی. 1396؛ 27(4): 181-171.
24. یعقوبی ف، هنرمند جهرمی س، باغبانی آرانی ف. جداسازی و شناسایی باکتری های اسید لاکتیک با ویژگی پروبیوتیک از ماست های سنتی شهرستان ورامین. فصلنامه دانش زیستی ایران. 1398؛ 14(1): 18-9.
25. Alkan Z, Zerrin E, Zerrin K, Gozde E. U. T. Production of biosurfactant by lactic acid bacteria using whey as growth medium. Turkish Journal of Veterinary & Animal Sciences. 2019: 43(5): 1903-1948.
26. Chaprão MJ, Ferreira INS, Correa PF, Rufino RD, Luna JM, Silva EJ and et al. Application of bacterial and yeast biosurfactants for enhanced removal and biodegradation of motor oil from contaminated sandElectronic. J Biotechnol. 2015:18(2015): 471–79.
27. García –Ruiz A, De Llano DG, Esteban –Fernández A, Requena T, Bartolomé B, Moreno –Arribas MV. Assessment of probiotic properties in lactic acid bacteria isolated from wine. Food Microbiology. 2014: 44(2014): 220 -5.
28. Hu C-H, Ren L-Q, Zhou Y, Ye B- C. Characterization of antimicrobial activity of three Lactobacillus plantarum strains isolated from Chinese traditional dairy food. Journal of Applied Microbiology. 2019: 7(6): 1997-2005.
29. Kachrimanidou V, Papadaki A, Lappa I, Papastergiou S, Kleisiari D, Kopsahelis N. Biosurfactant Production from Lactobacilli an Insight on the Interpretation of Prevailing Assessment Methods. Applied Biochemistry and Biotechnology. 2022: 194(2022): 882-900.
30. Kim, W., Wang, Y., Selomulya, C. 2020. Dairy and plant proteins as natural food emulsifiers. Trends in Food Science & Technology. 105(2020): 261-272.
31. Makkar, RS., Cameotra, SS., Banat, IM. 2011. Advances in utilization of renewable substrates for biosurfactant production. AMB Express. 1(1): 5.
32.Mohanty S. S , Koul Y, Varjani S, Pandey A, Hao N. H, Chang J S, et al. A critical review on various feedstocks as sustainable substrates for biosurfactants production. a way towards cleaner production. Microbial Cell Factories. 2021: 20(1): 1-13.
33. Mouafo H. T, Sokamte A. T, Mbawala A, Ndjouenkeu R. Biosurfactants from lactic acid bacteria A critical review on production, extraction. structural characterization and food application. Food Bioscience. 2022: 46 (2022): 101598.
34. Naughton PJ, Marchant R, Naughton V, Banat IM. Microbial biosurfactants: Current trends and applications in agricultural and biomedical industries. J Appl Microbiol. 2019: 127 (1):12-28.
35. Ozcan T, Ozdemir T, Avci H. R. Survival of Lactobacillus casei and functional characteristics of reduced sugar red beetroot yoghurt with natural sugar substitutes. International Journal of Dairy Technology. 2021: 74(1): 148-160.
36. Sanjana M. C, Yadav Sh, Malashree, Prabha L. R. Bacterial Biosurfactants - A Boon to Dairy Industry. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences. 2017: 6(5):608-612.
37. Sarubbo L. A, Silva M. D. G. C, Durval I. J. B, Bezerra K. G. O, Ribeiro B. G, Silva I. S. Biosurfactants, Production, properties, applications, trends, and general perspectives. Biochemical Engineering Journal. 2022: 181(2022): 108377.
38. Savaiano D. A. Lactose digestion from yogurt, mechanism and relevance. The American Journal of Clinical Nutrition. 2014: 99(5): 1251S-5S.
39. Seddik H. A, Bendali F, Gancel F, Fliss I, Spano G, Drider D. Lactobacillus plantarum and its probiotic and food potentialities. Probiotics and Antimicrobial Proteins. 2017: 9(2):111-22.
40. Siddhi BN, WayanSuardana I, Antara NS. Studies on Lactic Acid Bacteria Isolate Sr 13 From Bali Cattle Gastric. Journal of Veterinary and Animal Sciences. 2019: 2(1):31-8.
41. Tomaro-Duchesneau C, Jones M. L, Shah D, Jain P, Saha S, Prakash S. Cholesterol, assimilation by Lactobacillus probiotic bacteria: an in vitro investigation. Clin infect dis.2014: 46(2014): S67-S72.
42. Zheng M, Zhang R, Tian X, Zhou X, Pan X, Wong A. Assessing the risk of probiotic dietary
supplements in the context of antibiotic resistance. Frontiers in microbiology. 2017: 8(2017): 908.
43. Zhou L, Zhang J, Xing L, Wangang Z. 2021. Applications and effects of ultrasound assisted emulsification in the production of food emulsions. A review. Trends in Food Science & Technology. 2021; 110(2021): 493-512.