Original title:
Izolace, identifikace a charakterizace mikroflóry vína a vybraných potravin
Translated title:
Isolation, Identification and Characterisation of Microbial Communities of Wine and Selected Foods
Authors:
Šuranská, Hana ; Španová, Alena (referee) ; Jarošová, Alžběta (referee) ; Omelková, Jiřina (advisor) Document type: Doctoral theses
Year:
2014
Language:
cze Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická Abstract:
[cze][eng]
Předložená disertační práce se zabývá mikrobiologií vína a ručně vyráběných sýrů. První část práce je zaměřena na identifikaci kvasinkové mikroflóry izolované z bobulí a moštů během kvasného procesu výroby moravských vín. Jako matrice byly voleny odrůdy bílého (Sauvignon) a červeného (Rulandské modré) vína pocházející z integrované a ekologicky ošetřené vinice. Čisté kultury byly identifikovány molekulární metodou ITS-PCR-RFLP (amplifikující oblast vnitřního přepisovaného mezerníku ITS: ITS1, ITS2 a 5,8S rDNA) za použití tří až sedmi restrikčních endonukleáz a následně sekvenací ITS oblasti u vybraných izolátů. Z celkového počtu 524 izolátů bylo identifikováno 14 druhů řadící se do šesti rodů. Na začátku se fermentačního procesu účastnily nesaccharomycetní druhy s převahou druhu Hanseniaspora uvarum, v pozdějších fázích, díky rostoucí koncentraci alkoholu, byl predominantní druh Saccharomyces cerevisiae. Cílem práce bylo dále zavést postup aplikace selektovaných kmenů S. cerevisiae při řízené velkoobjemové výrobě vína. Předpokladem selekce byla v první řadě kmenová identifikace druhu S. cerevisiae. Rod Saccharomyces byl od ostatních nesaccharomycetních druhů odlišen metodou ITS-PCR-RFLP. Za účelem druhového a následně i kmenového odlišení byla aplikována řada dalších molekulárních metod zahrnujících PCR-fingerprinting (rep- a RAPD-PCR), druhově-specifické primery (multiplexní a touchdownovou PCR), LSU-DGGE a amplifikaci delta oblastí rDNA druhu S. cerevisiae. Druhově specifické primery odlišily některé druhy komplexu Saccharomyces sensu stricto, amplifikace delta sekvencí za použití primerů 1-2 se ukázala být vhodným nástrojem k odlišení kmenů druhu S. cerevisiae. Celkově bylo izolováno 120 kmenů rodu Saccharomyces, z toho bylo identifikováno 45 kmenů odlišných. Na základě dobrých technologických vlastností (osmotolerance, alkoholová tolerance, nízká produkce H2S aj.) byl vybrán autochtonní kmen S. cerevisiae 1-09 izolovaný z bobulí. Tento kmen byl testován při velkoobjemové fermentaci. Na základě chemické a senzorické analýzy vín byla na závěr posouzena vhodnost kmene pro výrobu vína. Vína připravená inokulací moštu autochtonním kmenem S. cerevisiae 1-09 se výrazně nelišila od vín, která byla připravena inokulací moštu komerčně dostupným kmenem. Další část práce je zaměřena na izolaci, kvantifikaci a identifikaci kvasinek z ručně vyráběných sýrů a jejich meziproduktů pocházejících ze zemí západního Balkánu. Izolované druhy byly identifikovány metodou ITS-PCR-RFLP, sekvenací, fyziologickými testy. Mezi dvaceti identifikovanými druhy byly D. hansenii, C. zeylanoides a Y. lipolytica druhy dominantními. Za účelem přímé detekce komplexního mikrobiálního systému zahrnujícího kvasinky a plísně byly aplikovány metody přímé analýzy DNA. Nově zavedená kultivačně nezávislá metoda založená na konstrukci knihovny z metagenomové DNA (ITS genomová knihovna spojená s restrikční analýzou) byla srovnána s kultivačně nezávislou LSU-DGGE a taktéž s kultivačně závislou ITS-PCR-RFLP. Odlišnosti mezi metodami byly potvrzeny korelační analýzou a stanovenými indexy biodiverzity a dominance jednotlivých druhů. Tato studie, založená na analýze sekvencí DNA obdržené přímo ze vzorků, vrhá nový pohled na mikrobiální diverzitu a může tak otevírat nové perspektivy přímé komplexní analýzy kvasinek a plísní nejen z potravinových matric, ale i jiných přirozených prostředí.
Proposed dissertation thesis deals with wine and artisanal cheeses microbiology. The first part is focused on identification of yeasts isolated from grapes and musts during production of white and red wines. The grape varieties were grown under the integrated and organic farming on Moravian vineyard. Yeasts were identified by ITS-PCR-RFLP method (amplifying internal transcribed spacer ITS: ITS1, ITS2 and 5.8S rDNA) and unknown species were subjected to partial sequencing of ITS rDNA region. In total, 524 isolates were divided into 14 different species belonging to six genus were identified from. The first stages of fermentation process were characterised by predominance of non-saccharomyces species especially H. uvarum. Due to increased ethanol concentration strains of S. cerevisiae prevailed in the later phases of the process. Further, partial aim of this study was to isolate and to apply selected autochthonous S. cerevisiae strains as starter culture during controlled industrial wine fermentation process. Genus Saccharomyces was distinguished from other non-saccharomyces species by ITS-PCR-RFLP. Further, in order to distinguish Saccharomyces genus at the species and the strain level, several molecular methods were applied including PCR-fingerprinting (rep- and RAPD-PCR), species-specific primers (multiplex and touchdown PCR), LSU-DGGE and interdelta PCR. Species-specific primers enabled us to distinguish some species of the Saccharomyces sensu stricto complex. Furthermore, interdelta PCR seems to be useful tool for S. cerevisiae strains identification. Among 120 isolated autochthonous strains belonging to Saccharomyces genus, 45 different strains were identified. Based on its sufficient technological properties (osmo- and ethanol tolerance, low H2S production etc.), S. cerevisiae 1-09 strain isolated from grape berries coming from moravian vineyard was chosen. Strain S. cerevisiae 1-09 was tested in small amount of must and after that also during industrial fermentation of red and white wine production. Based on the results of chemical and sensorial analysis, the strain seems to be suitable for application as the starter culture for winemaking process. The final part of this thesis is focused on quantification and identification of the yeasts isolated from artisanal cheeses and their by-products coming from Western Balkan Countries. Isolated species were identified by ITS-PCR-RFLP, partial sequencing and by physiological tests. Among the 20 yeast species found, D. hansenii, C. zeylanoides and Y. lipolytica were found to be predominant. Moreover, we developed culture-independent, semi-quantitative technique based on construction of ITS-clone library from metagenomic DNA to investigate complex fungal communities associated with artisanal cheeses and their by-products. Novel technique is based on direct extraction of total DNA from the sample. This was compared with culture-dependent ITS-PCR-RFLP and culture-independent LSU-DGGE methods. The results highlighted the discrepancies among these methods. Finally, the divergences among applied methods were confirmed by correlation analysis and by indices of general biodiversity and dominance of species. ITS-clone library approach combines the advantages of cultivation-based analysis and LSU-DGGE with semi-quantification of fungal species without the requirement of their cultivation. This study might open new perspectives in direct and complex analysis of yeasts and moulds in food matrices.
Keywords:
cheese and their by-products; identification; molecular approaches; oenological properties.; Saccharomyces sensu stricto complex; starter culture; wine; Yeasts; identifikace; komplex Saccharomyces sensu stricto; Kvasinky; molekulární metody; oenologické vlastnosti.; startovací kultura; sýry a jejich meziprodukty; víno
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/28478
guest ::
