Inhibition of fungal growth and mycotoxin production by lactic acid bacteria

Abstract

Lactic acid bacteria (LAB) are frequently used in fermentation processes and have been gaining attention in biopreservation approaches against fungal contaminations. Fungal contaminations can be responsible for health issues, and economic losses since several species produce toxic compounds named mycotoxins. Mycotoxins can cause several organs diseases and cancer. In this work, cell-free supernatant (CFS) of the Lactobacillus plantarum UM55 strain demonstrated the ability to reduce Aspergillus flavus growth by 32% and aflatoxin production by 91%. Additionally, this strain CFS and the CFS from strain Lactobacillus buchneri UTAD104 inhibited radial growth of Penicillium nordicum by 17% and Ochratoxin A (OTA) production by 60%. These inhibitions resulted from organic acids produced by LAB. CFS of L. plantarum UM55 contained lactic acid, phenyllactic acid (PLA), hydroxyphenyllactic acid (OH-PLA) and indole lactic acid (ILA), while CFS of L. buchneri UTAD104 had acetic acid, lactic acid, and PLA. These compounds were individually tested against A. flavus and P. nordicum, with all showing an inhibiting effect on fungal growth and mycotoxin production. PLA and acetic acid were the most effective inhibiting A. flavus and P. nordicum, respectively. When the inhibitory activity of LAB cells incorporated into an agar culture medium was tested, L. buchneri UTAD104 inhibited the production of OTA entirely in all conditions tested, with acetic acid being the main responsible for this effect. L. buchneri UTAD104 was further incorporated into edible films and coatings to prevent fungal contamination in cheese. Films containing the bacteria, maintained their physicochemical, mechanical and barrier properties when compared with control films. These films completely inhibited the growth of P. nordicum on the surface of cheese samples, resulting in the absence of OTA in the samples. Some LAB strains are definitely capable of controlling mycotoxigenic fungi. The antifungal ability of these strains is mainly due to the production of organic acids. LAB strains can be incorporated into edible films and coatings for the control of mycotoxigenic fungi in cheese products.

As bactérias do ácido láctico (BAL) são extensivamente usadas em processos de fermentação e têm suscitado interesse em abordagens de biopreservação para o controlo de fungos. As contaminações fúngicas podem originar problemas de saúde e avultadas perdas económicas. Algumas espécies de fungos podem, ainda, produzir compostos altamente tóxicos denominados de micotoxinas. As micotoxinas podem originar várias doenças em órgãos internos e provocar cancro. Neste trabalho, verificou-se que os sobrenadantes da estirpe Lactobacillus plantarum UM55 reduziram o crescimento do fungo Aspergillus flavus em 32% e a produção de aflatoxinas em 91%. O sobrenadante desta estirpe e da estirpe Lactobacillus buchneri UTAD104 mostraram também inibir o crescimento radial de Penicillium nordicum em 17% e a produção de ocratoxina A (OTA) em 60%. Estas inibições resultam da produção de ácidos orgânicos por partes destas estirpes. Foi detetada a presença dos ácidos lático, fenil-lático, hidroxifenil-lático e índole lático nos sobrenadantes de L. plantarum UM55 e dos ácidos acético, lático e fenil-lático nos sobrenadantes de L. buchneri UTAD104. Estes compostos foram testados individualmente contra A. flavus e P. nordicum, e todos inibiram o crescimento fúngico e a produção de micotoxinas. O ácido fenil-lático e acético foram os mais eficazes na inibição de A. flavus e P. nordicum, respetivamente. Testes com BAL incorporadas no meio de cultura demonstraram que L. buchneri UTAD104 suprimiu a produção de OTA em todas as condições testadas, sendo o ácido acético o principal responsável por este efeito. Esta estirpe foi incorporada em filmes e revestimentos edíveis com o objetivo de eliminar fungos no queijo. Testes aos filmes com incorporação de BAL, mostraram que estes filmes mantiveram as suas propriedades físico-químicas, mecânicas e de barreira, quando comparados com os filmes de controlo. Estes filmes inibiram completamente o crescimento de P. nordicum na superfície do queijo resultando na ausência de OTA nas amostras. Este trabalho demonstrou que algumas BAL podem ser utilizadas para controlar fungos micotoxigénicos. A capacidade antifúngica destas estirpes é devida, maioritariamente, à produção de ácidos orgânicos. As BAL podem ser incorporadas em filmes e revestimentos edíveis para controlar fungos micotoxigénicos em queijos.