Effect of freezing temperature on rate of survival of lactococcus cultures during lyophilization

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The important component in the activities of the collection of starter microorganisms is the preservation of the pool of the strains valuable for industrial production. Lyophilization (also known as freeze drying) is a widely used method for the long-term storage of the collection cultures. The critical parameter of the process of lyophilization is the pre-freezing temperature. This article brings forward the results of researches of the rate of survival of lactococcus strain cultures during their lyophilization with pre-freezing at the temperatures of minus 20 °C, minus 30 °C and minus 55 °C. Reconstituted 10% skim milk was used as the medium for strain culturing and lyophilization. Different reactions were detected among the microorganisms of Lactococcus lactis subsp. lactis, Lactococcus cremoris and Lactococcus lactis subsp. lactis biovar. diacetylactis for their freezing and lyophilization under the tested conditions. The highest rate of survival of lactococcus strains was observed at the freezing temperature of minus 20 °C. The most resistant cultures appeared to be Lactococcus lactis subsp. lactis biovar. diacetylactis — their rate of survival after lyophilization at minus 20 °C amounted to 42.6-57.9%. The lowest survival rate was recorded for Lactococcus cremoris in all freezing modes (from 3.1 to 15.7%). Lyophilization of lactococcus collection cultures ensures high survival rate of the cells.

About the authors

I. V. Kucherenko

All-Russian Scientific Research Institute of Butter and Cheesemaking

Email: e.kuraeva@fncps.ru
19, Krasnoarmeysky Boulevard, Uglich, 152613, Yaroslavl Region

E. V. Kuraeva

All-Russian Scientific Research Institute of Butter and Cheesemaking

Email: e.kuraeva@fncps.ru
19, Krasnoarmeysky Boulevard, Uglich, 152613, Yaroslavl Region

E. S. Masegnaya

All-Russian Scientific Research Institute of Butter and Cheesemaking

Email: e.kuraeva@fncps.ru
19, Krasnoarmeysky Boulevard, Uglich, 152613, Yaroslavl Region

References

  1. Gherna, R. L. (2010). Culture preservation. Chapter in a book: Encyclopedia of Industrial Biotechnology: Bioprocess, Bioseparation, and Cell Technology. John Wiley and Sons: Hoboken, NJ, USA. 2010. https://doi.org/10.1002/9780470054581.eib249
  2. Похиленко, В. Д., Баранов, А. М., Детушев, К. В. (2009). Методы длительного хранения коллекционных культур микроорганизмов и тенденции развития. Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки, 4(12), 99-121.
  3. Утепешева, А. А., Сопрунова, О. Б. (2019). Влияние условий хранения на выживаемость коллекционных бактериальных штаммов. Естественные и технические науки, 10 (136), 95-98.
  4. Кучеренко, И.В., Масежная, Е.С., Дуганова, А.Ю. (2023). Сохранение жизнеспособности и свойств коллекционных культур молочнокислых бактерий при длительном хранении. Сыроделие и маслоделие, 4, 92-97. https://doi.org/10.21603/2073-4018-2023-4-13
  5. Кириленко, М. А., Кузнецов, О. Ю., Дмитриева, Ж. М. (2019). Влияние криоконсервации на выживаемость комплекса аутоштаммов лактобактерий при хранении и процессах биотехнологического масштабирования. Вестник биотехнологии и физико-химической биологии им. Ю. А. Овчинникова, 15(2), 5-11.
  6. Santivarangkna, C., Kulozik, U., Foerst, P. (2008). (Inactivation mechanisms of lactic acid starter cultures preserved by drying processes. Journal of Applied Microbiology, 105, 1-13. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2008.03744.x
  7. Малик, Н.И., Гулейчик, И. А., Малик, Е. В., Чупахина, Н.А., Русанов, И.А., Самохвалова, Н.С. и др. (2021). Оценка жизнеспособности культур молочнокислых микроорганизмов при их замораживании и низкотемпературном хранении. Аграрная наука, 6, 6-11. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2021-350-6-6-11
  8. Rockinger, U., Funk, M., Winter, G. (2021). Current approaches of preservation of cells during (freeze-) drying. Journal of Pharmaceutical Sciences, 110(8), 2873-2893. https://doi.org/10.1016/j.xphs.2021.04.018
  9. Пучков, О. Е. (2017). Биогенное управление образованием льда. Природа, 2 (1218), 27-37.
  10. Wang, G.-Q., Pu, J., Yu, X.-Q., Xia, Y.-J., Ai, L.-Z. (2020). (Influence of freezing temperature before freeze-drying on the viability of various Lactobacillus plantarum strains. Journal Dairy Sciences, 103(4), 3066-3075. https://doi.org/10.3168/jds.2019-17685
  11. Tsutsaeva, A. A., Anan'ina, A. E., Balyberdina, L. M., Stepanyuk, L. V., Pavlenko, N. V. (2008). Long-term storage of industrial microbial strains. Microbiology, 77(5), 621-624. https://doi.org/10.1134/S0026261708050172
  12. Степанова, А. П., Ловцова, Л. Б., Григорьева, Ж. А. (2022). К вопросу о возможности длительного хранения молочнокислых штаммов без утраты их основных свойств. Вестник Всероссийского научно-исследовательского института жиров, 1-2, 52-55. https://doi.org/10.25812/VNIIG.2022.70.27.003
  13. Абзалов, А. А., Асеева, М. А., Атабаев, М. М., Белов, П. С., Беляева, С. В., Бердзенишвили, И. Г. и др. (2018). Результаты исследований естественных и точных наук: междисциплинарный подход и сверхаддитивный эффект. Самара: ООО НИЦ «Поволжская научная корпорация», 2018.
  14. Грачева, И. В., Осин, А. В. (2016). Механизмы повреждений бактерий при лиофилизации и протективное действие защитных сред. Проблемы особо опасных инфекций, 3, 5-12.
  15. Wang, J., Chen, L. (2021). Impact of a novel nano-protectant on the viability of probiotic bacterium Lactobacillus casei K17. Foods, 10(3), Article 529. https://doi.org/10.3390/foods10030529
  16. Archacka, M., Bialas, W., Dembczynski, R., Olejnik, A., Sip, A., Szymanowska, D. et al. (2019). Method of preservation and type of protective agent strongly influence probiotic properties of Lactococcus lactis: A complete process of probiotic preparation manufacture and use. Food Chemistry, 274, 733-742. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.09.033
  17. Савкина, О. А., Терновской, Г. В., Локачук, М. Н., Павловская, Е. Н., Сафронова, В. И. (2014). Криоконсервация — перспективный метод хранения промышленно ценных штаммов молочнокислых бактерий и дрожжей. Сельскохозяйственная биология, 49(4), 112-119. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2014.4.112rus
  18. Гудков А. В. (2004). Сыроделие: технологически, биологические и физико-химические аспекты. М.: ДеЛи принт, 2004
  19. Li, L., Mendis, N., Trigui, H., Oliver, J.D., Faucher, S.P. (2014) The importance of the viable but non-culturable state in human bacterial pathogens. Frontiers in Microbiology, 5, Article 258. https://doi.org/10.3389/fmicb.2014.00258
  20. Пахомов, Ю.Д., Блинкова, Л.П. (2019). Биоопасность жизнеспособных некультивируемых микроорганизмов. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии, 96(3), 83-91. https://doi.org/10.36233/0372-9311-2019-3-83-91
  21. Blinkova, L., Martirosyan, D.M., Pakhomov, Y., Dmitrieva, O., Vaugman, R., Altshuler, M. (2014). Nonculturableforms of bacteria in lyophilized probiotic preparations. Functional Foods in Health and Disease, 4(2), 66-76. https://doi.org/10.31989/ffhd.v4i2.29
  22. Ganesan, M., Stuart, M. R., Weimer, B. C. (2007). Carbohydrate starvation causes a metabolically active but nonculturable state in Lactococcus lactis. /pplied and Environmental Microbiology, 73(8), 2498-2512. https://doi.org/10.1128/AEM.01832-06

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Kucherenko I.V., Kuraeva E.V., Masegnaya E.S.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».