Date of Award

11-2023

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy in Food Science and Technology

Department

Food Science

First Advisor

Dr. Mutamed Ayyash

Abstract

The use of agricultural by-products, including date palm pomace (DPP), presents a promising opportunity for advancing sustainable food production. By fermenting DPP with novel probiotic yeast candidates, the bioactive properties of the by-product can be enhanced, potentially yielding health benefits. This dissertation aimed to (1) isolate yeast from fermented food products as well as to characterize their probiotic properties; (2) investigate the physiochemical properties of fermented DPP by selected yeast isolates; (3) evaluate the health benefits of non-fermented and fermented DPP samples both pre and post-digestion (bioaccessible portions); and (4) analyze the untargeted metabolites and carbohydrates metabolites in the bioaccessible portions. The yeast isolates showed remarkable survivability in acidic environment with a reduction of 0.7 to 2.1 Log10 under in vitro digestion conditions. Bile salt tolerance increased with incubation time, ranging from 69.2% to 91.1% after 24 hours. Out of 105 isolates obtained, the 12 promising isolates were selected for further screening of their probiotic characteristics. These isolates exhibited a wide range of cholesterol removal abilities, varying from 41.6% to 96.5%. All 12 yeast strains had good cell surface properties and showed the capability to hydrolyze investigated bile salts display heat resistance, possess potent antimicrobial activity, and engage in EPS production. The ability to adhere to the HT-29 cell line was an average of 6.3 Log10 CFU/mL after 2 h. The study identified 12 yeast isolates through ITS/5.8S ribosomal DNA sequencing, consisting of one strain each of C. albicans, S. cerevisiae, I. orientalis and P. cecembensis, and eight strains of P. kudriavzevii. Four distinctive isolates, namely P. cecembensis, I. orientalis, S. cerevisiae, and P. kudriavzevii, were selected for fermenting DPP. The fermentation of DPP resulted in the abundance of malic acid (over 2400 mg/100g) and the identification of 42 volatiles, with different predominance observed in the samples. Twenty phenols were determined by UHPLC in fermented DPP, with (-)-epicatechin being the most abundant. Bioaccessibility studies revealed that fermented DPP samples exhibited improved α-amylase inhibition compared to non-fermented and undigested samples. In vitro cytotoxicity assays showed a more potent inhibitory effect of fermented DPP against MCF-7 and Caco2 cell lines (average inhibition of 55.7% and 74.9%, respectively) compared to non-fermented DPP (27.8% and 33.2%). Two yeast isolates, I. orientalis and P. kudriavzevii, were used to analyze untargeted metabolites and carbohydrate metabolites. The untargeted metabolomics analysis identified C5-branched dibasic acid metabolism and biosynthesis of secondary metabolites as the most prominent pathways in fermented samples by P. kudriavzevii and I. orientalis, respectively. Moreover, The LC-QTOF analysis of bioaccessible carbohydrate metabolites revealed the presence of two phytochemical groups, alkaloids and terpenoids, in the I. orientalis sample and three terpenoid metabolites in the P. kudriavzevii sample. The dissertation emphasizes the feasibility of utilizing probiotic yeast candidates to convert fermented food waste, such as DPP, into a sustainable source of bioactive compounds. This research provides an understanding of the physiochemical properties and metabolic pathways involved in fermented DPP, contributing to the development of functional foods.

Arabic Abstract

توصيف خصانص البروبيوتيك لسلالات الخميرة المعزولة من مصادر غذائية مختلفة وكشف الفوائد الغذائية

المحتملة لثفل نخيل التمر المخمر: المستقلبات غير المستهدفة ومستقلبات الكربوهيدرات في الجزء المهضوم مخبرياً يعد استخدام المنتجات الثانوية الزراعية، بما في ذلك تفل التمور، فرصة واعدة لتعزيز الإنتاج الغذائي المستدام. يمكن تحسين الخصائص النشطة بيولوجياً لثفل التمور من خلال تخميرها باستخدام فطريات تحمل خصائص البروبيوتيك، الأمر الذي قد يدعم الفوائد الصحية المحتملة لتفل التمور. هدفت هذه الرسالة إلى (1) عزل الفطر من المنتجات الغذائية المخمرة وتوصيف خصائصها كبروبيوتيك محتملة. (2) دراسة الخصائص الكيميائية لثفل التمور المخمرة بواسطة عزلات فطر مختارة؛ (3) تقييم الفوائد الصحية لعينات ثفل التمور غير المخمرة والمخمرة قبل وبعد الهضم مخبرياً؛ (4) وتحليل المستقلبات غير المستهدفة ومستقلبات الكربوهيدرات في الأجزاء التي تم هضمها مخبرياً. أظهرت عزلات الفطر قابلية بقاء ملحوظة في البيئة الحمضية مع انخفاض من 0.7-2.1 Log10 تحت تحت ظروف الهضم في المختبر. زاد تحمل الأملاح الصفراوية مع فترة الحضانة، حيث تراوح من 69.2% إلى 91.1% بعد 24 ساعة. من بين 105 عزلة تم تقييم تحملها لظروف الهضم مخبرياً، اختيرث 12 عزلة واعدة، لمزيد من الفحوصات لخصائصها ككائنات دقيقة تمتلك خصائص البروبيوتيك. تمتعت العزلات الـ 12 المختارة بقدرة على إزالة الكوليسترول تراوحت من 41.6% إلى 96.5%. وامتلكت العزلات المختارة خصائص جيدة لسطح الخلية، كما أظهرت القدرة على التحلل المائي للأملاح الصفراوية التي تعرضت لها، وكان لها أيضاً القدرة على مقاومة الحرارة، ونشاط قوي لمضادات الميكروبات، إضافة لذلك، امتلكت جميع العزلات المختارة القدرة على إنتاج البولي سكاريد الخارجي. بينما قُدِّرت كفاءة عزلات الفطر بعد ساعتين من الالتصاق بخط خلية HT-29 بمتوسط 6.3 Log10 CFU/mL. تم تعريف الاثنتي عشر عزلة من خلال تسلسل الحمض النووي الريبوزومي ITS/5.8S كالتالي: سلالة واحدة لك من C. albicans ، S. cerevisiae ، I. orientalis، P. cecembensis ، وثمان سلالات P kudriavzev ii. تم اختيار أربع عزلات مميزة وهي P. cecembensis و I. orientalis و S. cerevisiaeو P. kudriavzevii لتخمير ثفل التمور. أدى تخمر ثفل التمور إلى وفرة حمض الماليك (أكثر من 2400 مجم/100جم) وتحديد 42 مادة متطايرة، مع ملاحظة هيمنة متفاوتة من المواد المتطايرة بين الأربع عينات. تم تحديد عشرين فينول بواسطة U-HPLC في ثفل التمور المخمر، حيث كان فينول (-(-)epicatechin) هو الأكثر وفرة. كشف اختبار الأجزاء المهضومة في المختبر أن عينات ثفل التمر المخمرة حمتنت تثبيط ألفا-أميليز مقارنة بالعينات غير المخمرة وغير المهضومة. إضافة لذلك، أظهرت فحوصات السمية الخلوية في المختبر أن تأثير ثفل التمور المخمرة ضد MCF-7 و Caco2 كان أقوى (بمتوسط تتبيط 55.7 % و74.9% على التوالي) مقارنة بثفل التمور الغير مخمرة (27% و33.2%). تم استخدام عزلتين وهما، I. orientalis و P. kudriavzevii، لتحليل المستقلبات غير المستهدفة ومستقلبات الكربوهيدرات. حدد تحليل الأيض غير المستهدف كل من C5-branched dibasic acid metabolism و dibasic and metabolism كأبرز المسارات في العينات المخمرة بواسطة I. orientalis و P. kudriavzevii، على التوالي. علاوة على ذلك، أظهر تحليل LC-QTOF لمستقبلات الكربوهيدرات المهضومة مخبرياً وجود مجموعتين من المركبات النباتية؛ وهما القلويدات والتربينويدات في عينة I. orientalis، وثلاثة مستقلبات تربينويد في عينة P. kudriavzevii. تؤكد الأطروحة على جدوى استخدام الكائنات الحية المجهرية كالفطريات المرشحة لامتلاك خصائص البروبيوتيك لتحويل نفايات الطعام المخمرة، مثل ثفل التمور، إلى مصدر مستدام للمركبات النشطة بيولوجيا. يقدم هذا البحث شرحاً للخصائص، الكيميائية والمسارات الأيضية في ثفل التمور المخمرة، مما يقد يساهم في تطوير الأطعمة الوظيفية.

Download

Included in

Food Science Commons

Share

COinS