Determining the effect of Lactiplantibacillus Pentosus XL 3440 and Limosilactobacillus Reuteri XL 4024 strains with high antibacterial and antifungal activity on prolonging the shelf-life of wheat bread

Abstract

To control spoilage microflora, wheat bread manufacturers conventionally use chemical preservatives, which does not meet modern "clean label" principles and reduces the consumer value of the product. This study has determined the possibility of using biologically active strains of lactic acid bacteria in the composition of sourdough starter to prolong the shelf life of wheat bread. The object of the research was the level and spectrum of antimicrobial, antifungal activity of lactic acid bacteria, as well as their effect on prolonging the shelf life of packaged wheat bread. As a result of in vitro selection, Lactiplantibacillus pentosus XL 3440 and Limosilactobacillus reuteri XL 4024 were chosen, which were characterized by high antimicrobial activity against test strains of pathogenic, conditionally pathogenic bacteria: Escherichia coli K12 (NCTC 10538), Escherichia coli O11 (GISK 240170), Staphylococcus aureus АТСС 6538Р, Staphylococcus aureus АТСС 25923, Bacillus subtilis 8-901, Bacillus mesentericus, Salmonella ssp.; fungicidal activity against yeastlike fungi Candida аlbicans ATCC 1918, Candida tropicalis Y-2473, Candida utilis Y-984; mold fungi Aspergillus brasiliensis 16404, Fusarium solani F-50718. In situ experiments showed that on day 6 of storage, bread made on a starter with these lactobacilli and infected with Aspergillus brasiliensis 16404 remained clean, without signs of fungal growth. Based on the results, the shelf life of wheat bread was extended from 3 to 6 days. When combining such a starter with 0.1% calcium propionate, the shelf life of bread was extended to 8 days. Therefore, the strains Lactiplantibacillus pentosus XL 3440 and Limosilactobacillus reuteri XL 4024 could be used as protective cultures for biopreservation of bread, thereby increasing its microbiological, fungicidal safety. The use of these cultures in bread making technologies could replace, compensate for the effect of chemical preservatives, and, therefore, warrant the quality and environmental friendliness of food products.

Для контролю мікрофлори, що викликає псування, виробники пшеничного хліба традиційно використовують хімічні консерванти, що не відповідає сучасним принципам «чистої етикетки» (clean label) і знижує споживчу цінність продукту. У цьому дослідженні визначено можливість використання біологічно активних штамів молочнокислих бактерій у складі закваски для подовження терміну зберігання пшеничного хліба. Об’єктом дослідження були рівень і спектр антимікробної та протигрибкової активності молочнокислих бактерій, а також їхній вплив на подовження терміну зберігання упакованого пшеничного хліба. У результаті відбору in vitro було обрано штами Lactiplantibacillus pentosus XL 3440 та Limosilactobacillus reuteri XL 4024. Вони продемонстрували високу антимікробну активність проти тест-штамів патогенних і умовно-патогенних бактерій: Escherichia coli K12 (NCTC 10538), Escherichia coli O11 (GISK 240170), Staphylococcus aureus ATCC 6538P, Staphylococcus aureus ATCC 25923, Bacillus subtilis 8-901, Bacillus mesentericus, Salmonella spp. Також було виявлено фунгіцидну активність проти дріжджоподібних грибів (Candida albicans ATCC 1918, Candida tropicalis Y-2473, Candida utilis Y-984) та пліснявих грибів (Aspergillus brasiliensis 16404, Fusarium solani F-50718). Експерименти in situ показали, що на 6-ту добу зберігання хліб, виготовлений із використанням закваски з цими лактобацилами та штучно заражений Aspergillus brasiliensis 16404, залишався чистим, без ознак росту плісняви. Завдяки отриманим результатам термін зберігання пшеничного хліба вдалося подовжити з 3 до 6 діб. У разі поєднання такої закваски з додаванням 0,1% пропіонату кальцію термін зберігання хліба збільшився до 8 діб. Отже, штами Lactiplantibacillus pentosus XL 3440 та Limosilactobacillus reuteri XL 4024 можуть використовуватися як захисні культури для біоконсервування хліба, підвищуючи його мікробіологічну та фунгіцидну безпеку. Застосування цих культур у технологіях виробництва хліба дозволяє замінити хімічні консерванти або компенсувати їхню дію, гарантуючи тим самим якість та екологічну безпечність харчових продуктів.