MOE-Fellowship

Rodica-Anita Varvara

Dietary by-products as a sustainable source of minerals for enhancing mineral absorption driven by probiotics

Diätetische Nebenprodukte als nachhaltige Mineralstoffquelle zur Verbesserung der Mineralstoffaufnahme durch Probiotika

Das Ziel:

Das Projekt zielt darauf ab, die Fähigkeit und Absorptionspotenziale von Mineralien (wie Magnesium) durch verschiedene Bakterien (Lactobacillus rhamnosus, Bifidobacterium longum subsp. infantis) zu untersuchen, um mineralienangereicherte Probiotika zu entwickeln. Diese könnten eine erhöhte Bioverfügbarkeit im menschlichen Darm ermöglichen und somit ihre Aufnahme erleichtern. Dennoch sind mehrere Schritte erforderlich, um mineralienangereicherte Probiotika durch die Fermentation von Nebenprodukten zu validieren und ihre Wirksamkeit sowie Sicherheit wissenschaftlich nachzuweisen. Dies umfasst die Bewertung der (i) Mineralcharakterisierung von Nebenprodukten, (ii) Fermentation des Substrats mit spezifischen Mikroorganismen, die mit Mineralien angereichert werden können, und (iii) die Untersuchung der probiotischen Anreicherung mit Mineralien unter Verwendung von In-vitro-Modellen.

Diese Studie verwendet verschiedene Methoden und Analysen, um Magnesiumspiegel und bakterielles Wachstum zu untersuchen, wobei der Fokus auf Apfelfällen und Kohlabfällen liegt. Zu den Schlüsselkomponenten gehören ein Magnesium-Assay-Kit (BA0045), MRS-Medium, MRS-Agar, Lactobacillus rhamnosus-Kultur, Trichloressigsäure und Magnesiumsulfat.

Methoden und Ergebnisse:

• Vorbereitung und Konditionierung von Nebenprodukten:

• Apfelfällen und Kohlabfälle wurden durch Gefrieren und Gefriertrocknen beschafft und verarbeitet.
• Das Gefriertrocknen konzentrierte effektiv feste Bestandteile für die Langzeitlagerung.

• Proximate Analyse - Kohlabfall und Apfelfällen:

• Feuchtigkeitsgehalt, Asche, Lipide, Proteine und Kohlenhydrate wurden bestimmt.
• Signifikante Unterschiede im Feuchtigkeitsgehalt zwischen frischen und gefriertrockneten Proben.

• Mineralcharakterisierung von Nebenprodukten:

• Einsatz von ICP-AES und ICP-MS zur genauen Bestimmung der Mineralienkonzentration.
• Mineralien mit erhöhten Konzentrationen in Apfelfällen und Kohlabfällen wurden identifiziert (Calcium, Magnesium, Kalium, Eisen).
• Nach einer Überprüfung der wissenschaftlichen Literatur und unter Berücksichtigung der zunehmenden Verbreitung von Bedingungen wie Magnesiummangel, Depressionen, Angstzuständen und anderen Faktoren, die die menschliche Gesundheit beeinflussen, wurde unser Forschungsschwerpunkt auf weitere Untersuchungen zu Magnesium gelenkt. Insbesondere interessieren wir uns für die Korrelation von Magnesium mit zwei bestimmten Mikroorganismen, nämlich L. rhamnosus und Bifidobacterium infantis. Diese Mikroorganismen haben sich als Einflussfaktoren auf die Darm-Hirn-Achse erwiesen und könnten die Magnesiumaufnahme verbessern.

• Testen der Grenzen des Magnesium-Assay-Kits:

• Testete die Leistung des Kits mit MgSO4-Lösungen unterschiedlicher Konzentration.
• Legte Basiskennwerte für die Leistungsgrenzen des Magnesium-Assay-Kits fest.

• Magnesium-Colorimetrische Bestimmung:

• Analysierte Magnesiumspiegel in Apfelfällen und Kultivierungsmedien für L. rhamnosus.
• Magnesiumkonzentration betrug 1.718 mg/dL in der Apfelschalenprobe.
• Magnesiumkonzentration wurde auch aus den Kultivierungsmedien (MRS, das ohne Magnesiumsalze zubereitet wurde) für L. rhamnosus bestimmt.
• Die Magnesiumkonzentration in den genannten Medien betrug 1,4 mg/dL. Dies führte zur Aktivierung und Kultivierung von L. rhamnosus. Nach seinem Wachstum müssen die bakteriellen Zellen mit PBS gewaschen werden, um alle möglichen Magnesiumspuren zu entfernen, und das Ergebnis muss für weitere Analysen verwendet werden.

• Wachstumskurve für L. rhamnosus:

• Untersuchte die bakterielle Wachstumsdynamik durch eine Übernacht-Wachstumskurve.
• Das bakterielle Wachstum von L. rhamnosus betrug nach 10 Stunden 10^8 KBE/mL und erreichte nach 24 Stunden 10^10 KBE/mL.

• Magnesium-Colorimetrische Bestimmung von L. rhamnosus, das ohne Magnesiumsalze kultiviert wurde:

• Das Überstand nach der bakteriellen Lyse enthielt Spuren von Magnesium, was die Erstellung einer Standardkurve erforderlich machte.

Zukunftsaussichten:

• Prüfung der Magnesiumkonzentration in Kohlabfällen unter Verwendung des Magnesium-Assay-Kits

• Kultivierung von L. rhamnosus mit MgSO₄ sowie mit unterschiedlichen Konzentrationen von Apfelpomace und Kohlabfällen.

• Analyse von mikrobiellen Veränderungen und Metabolitproduktion.

• Analyse von Mineralnanopartikeln, die vom probiotischen Stamm akkumuliert wurden.

• Anwendung desselben Protokolls für Bifidobacterium longum subsp. infantis

Die Forschung integriert verschiedene Methoden, um Magnesiumspiegel und bakterielles Wachstum zu erforschen und bietet Einblicke in die Zusammensetzung von Lebensmittel-Nebenprodukten und deren potenzielle Anwendung bei der Probiotika-Verbesserung.