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Original title:
Characterization of the microbial ecosystem of cereal fermentations using molecular biological methods 
Translated title:
Charakterisierung des mikrobiellen Ökosystems von Getreidefermentationen mit Hilfe von molekularbiologischen Methoden 
Year:
2000 
Document type:
Dissertation 
Institution:
Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan 
Advisor:
Vogel, Rudi F. (Prof. Dr.) 
Referee:
Hammes, Walter P. (Prof. Dr.); Back, Werner (Prof. Dr. Dr. habil.) 
Format:
Text 
Language:
en 
Subject group:
BIO Biowissenschaften; LEB Lebensmitteltechnologie 
Keywords:
sourdough; cereal fermentation; lactic acid bacteria; Lactobacillus; yeast; RAPD-PCR; 16S rRNA; 
Translated keywords:
Sauerteig; Getreidefermentation; Milchsäurebakterien; Lactobacillus; Hefe; RAPD-PCR; 16S rRNA; Phylogenie 
Controlled terms:
Lactobacillus; Sauerteiggärung; Hefestamm; Identifizierung; Nukleotidsequenz; Wachstum; Temperaturabhängigkeit; Phylogenie 
TUM classification:
LEB 300d ; LEB 600d ; BIO 180d 
Abstract:
Lactic acid bacteria constitute the main part of the microbial flora of food fermentaions. Cereal fermentations are mainly dominated by the genus Lactobacillus. Sourdough fermentations are grouped into three so-called types (type I-III), reflecting the numerous internal and external fermentation parameters. In turn, they exert influence on the composition of the microflora. Lactobacillus sanfranciscensis is one of the most prominent species found in type I doughs, while species like L. pontis, L...    »
 
Translated abstract:
Milchsäurebakterien stellen den Hauptteil der mikrobiellen Flora bei Lebensmittelfermentationen dar. Bei Getreidefermentationen ist der Gattung Lactobacillus eine tragende Rolle beizumessen. Sauerteigfermentationen lassen sich drei Typen (Typ I-III) zuordnen, die hauptsächlich die Art der Führung mit zahlreichen internen und externen Parametern widerspiegeln. Diese wiederum haben entscheidenden Einfluss auf die Zusammensetzung der Mikroflora. So findet man in Typ I Teigen hauptsächlich Lactobacillus sanfranciscensis, während Typ II Teige durch die Spezies L. pontis, L. panis, L. reuteri, L. fermentum und L. amylovorus dominiert werden. In Typ III Teigen kann man häufig L. plantarum, L. brevis oder Pediococcus pentosaceus antreffen. Die klassische Identifizierung von MSB beruht auf einer Erfassung phänotypischer Merkmale, die dann zur Charakterisierung herangezogen werden. Standardmerkmale sind die Fähigkeit der Organismen bestimmte Kohlenhydrate zu verwerten, Substrate zu spalten oder ihr makro-, bzw. ihr mikroskopisches Erscheinungsbild. Gerade bei stark an ein Milieu angepaßten Organismen, wie es die MSB aus Sauerteig sind, führt diese Vorgehensweise nicht immer zu eindeutigen Ergebnissen. Dazu kommt, dass Sauerteig-MSB eben durch ihre Anpassung an ihr Milieu auf Labormedien oft schwer kultivierbar sind, was eine schnelle Routineidentifizierung erschwert. Um diese Problematik zu umgehen, wurden in dieser Arbeit Identifizierungsmethoden entwickelt, die auf den Genotyp von MSB gerichtet sind. Diese haben Nukleinsäuren als Zielmoleküle, wobei hier die 16S rRNA eine tragende Rolle spielt. Für einen schnellen Nachweis von Sauerteig-Laktobazillen wurde beruhend auf vorhandenen und selbst erzeugten 16S rRNA Daten ein PCR-Nachweis entwickelt, der eine schnelle und zuverlässige Identifizierung von L. pontis, L. panis und der in dieser Arbeit neu beschriebenen Spezies L. frumenti sowie eine Differenzierung von phylogenetisch verwandten Spezies und anderen Sauerteig-MSB erlaubt. Darüber hinaus wurde das PCR-System mit einer DNA-Extraktion direkt aus dem Sauerteig kombiniert, was einen noch schnelleren Nachweis ohne Kultivierungsschritt ermöglicht. Die Daten über das Vorhandensein von L. pontis und L. frumenti in einer Modellfermentation stimmen mit alternativen Untersuchungen überein. Die PCR-Nachweismethoden können als schnelles Identifizierungswerkzeug, sowie als zur Kontrolle und Analyse von Fermentationen eingesetzt werden. Eine weitere PCR gestützte Technik, die in dieser Arbeit entwickelt wurde, ist die Erzeugung von " DNA-Fingerabdrücken" mittels RAPD-PCR. Diese Methode wurde angewandt, um das Verständnis zur mikrobiellen Ökologie in Sauerteigfermentationen zu verbessern. Dazu wurde die Flora industrieller Typ II Fermentationen untersucht, indem die Isolate aus unabhängigen Fermentationen aus einem längeren Zeitraum mittels RAPD-PCR zu Genotypen gruppiert wurden. Es konnte gezeigt werden, dass die Flora solcher unter nicht sterilen Bedingungen geführten Fermentationen sehr stabil ist. Die dominante Flora besteht aus 70% L. amylovorus und 30% L. pontis, L. frumenti und selten L. reuteri. RAPD-PCR erwies sich neben der Charakterisierung von MSB auch für Hefen aus Sauerteigen geeignet. Dazu wurden aus traditionellen griechischen Sauerteigen 45 Hefestämme mit RAPD-PCR typisiert. Alle Isolate konnten drei Clustern zugeordnet werden. Durch Einbeziehung von Referenzstämmen konnten diese als Saccharomyces cerevisiae, Yarrowia lipolytica und Pichia membranaefaciens identifiziert werden. Diese Ergebnisse konnten durch alternative Ansätze, wie FT-IR-Spektroskopie, SDS-PAGE und physiologische Charakterisierung untermauert werden. 16S rDNA Sequenzierung und vergleichende Sequenzanalyse erwies sich als die zuverlässigste Methode zur Identifizierung von neuen Isolaten aus Sauerteigen. Zahlreiche Stämme aus einer Typ II Fermentation konnten nach der Einberechnung in einen phylogenetischen Baum keiner bekannten Spezies eindeutig zugeordnet werden. Die nächsten Nachbarn sind L. vaginalis, L. oris, L. pontis, L. panis und L. reuteri. Weitere Untersuchungen zu physiologischen Eigenschaften, chemotaxonomischen Merkmalen, sowie G + C-Gehalt und DNA-DNA Homologie, ergaben, dass es sich um eine eigenständige Spezies handelt, für die der Name L. frumenti vorgeschlagen wurde. 
Publication :
Universitätsbibliothek der TU München 
Notes:
eingereicht bei Fakultät für Brauwesen, Lebensmitteltechnologie und Milchwissenschaft (aufgegangen im Wissenschaftszentrum Weihenstephan) 
Oral examination:
14.07.2000 
File size:
2157409 bytes 
Pages:
145 
Last change:
22.08.2007