تأثیر فراصوت بر تحلیل مشخصات بافت، فیلوژنی میکروبیوم و پیش‌بینی مسیرهای متابولیکی اسیدهای چرب در پنیر سیاه‌مزگی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی انگلیسی

نویسندگان

سمیه السادات مهرزاد ¹

فخری شهیدی ¹

نفیسه دعوتی ²

مصطفی کرمی ²

¹ گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

² گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده صنایع غذایی، دانشگاه بوعلی‌سینا، همدان، ایران

https://doi.org/10.22067/ifstrj.2026.97209.1539

چکیده

پنیر سیاه‌مزگی از طریق فعالیت‌های متابولیکی میکروبیوتای بومی موجود در شیر پاستوریزه‌نشده دچار رسیدگی می‌شود. برای تضمین ایمنی این محصول، به‌کارگیری روش‌های فرآوری غیرحرارتی مانند فراصوت ضروری است. هدف این مطالعه بررسی تغییرات بافتی و روابط فیلوژنتیکی میکروبیوم پنیر سیاه‌مزگی تحت تأثیر تیمار فراصوت و به‌دنبال آن انجام تحلیل متابولومیک اسیدهای چرب بود. تغییرات میکروسکوپی بافت پنیر تحت تیمارهای فراصوت (۰، ۵ و ۱۰ دقیقه) از طریق پردازش تصاویر SEM با استفاده از نرم‌افزار ImageJ ارزیابی شد. همچنین تحلیل پروفیل بافت با دستگاه سنجش بافت انجام گرفت. تحلیل‌های فیلوژنتیکی و متابولومیکی میکروبیوم با استفاده از نرم‌افزارGeneious Prime  و بررسی ارتباطات بین میکروب‌ها، متابولیت‌ها و مسیرهای متابولیکی با استفاده از Cytoscape انجام شد. نتایج تحلیل فیلوژنتیکی نشان داد میکروبیوم پنیرهای تیمارشده با فراصوت مشابه (از نظر مدت زمان) تا ماه سوم رسیدگی، الگوهای حرارتی ژنتیکی مشابهی داشتند، در حالی‌که نمونه بدون تیمار در ماه ششم رسیدگی بیشترین تنوع زیستی را نشان داد. گونه‌های Staphylococcus equorum، Acinetobacter johnsonii، Lactobacillus zeae، Macrococcus caseolyticus، Leuconostoc mesenteroides  وLactiplantibacillus plantarum  به‌عنوان عوامل کلیدی دخیل در متابولیسم اسیدهای چرب شناسایی شدند. هگزادکانوئیک اسید، اکتادکانوئیک اسید، (9Z,12Z,15Z)-اُکتادکاتراینوئیک اسید و (9Z)-هگزادسنوئیک اسید نیز به‌عنوان اسیدهای چرب اصلی حاصل از متابولیسم لیپیدها و زیست‌سنتز اسیدهای چرب غیراشباع شناسایی شدند. نمونه‌های تیمار‌شده با ۵ دقیقه فراصوت بیشترین تعداد حفره (۲۳۴۵ عدد) و تخلخل (0.046352) را داشتند. در طول دوره رسیدگی، سختی، چسبندگی، انسجام، صمغی‌بودن و قابلیت جویدن در نمونه‌های تیمار ۵ دقیقه‌ای کمترین و در نمونه‌های تیمار ۱۰ دقیقه‌ای بیشترین مقدار را نشان دادند. بنابراین، در صورتی‌که هدف دستیابی به بافتی نرم و متخلخل در پنیر سیاه‌مزگی باشد، تیمار فراصوت به‌مدت ۵ دقیقه توصیه می‌شود. افزون بر این، نتایج این پژوهش درک جامعی از تأثیر فراصوت بر ویژگی‌های بافتی، ساختار میکروبی و پیش‌بینی مسیرهای متابولیکی اسیدهای چرب در پنیر سیاه‌مزگی ارائه می‌کند که می‌تواند در توسعه فناوری‌های غیرحرارتی برای پنیرهای سنتی مؤثر باشد.

کلیدواژه‌ها

پنیر سیاه‌مزگی

تحلیل پروفیل بافت

فراصوت

متابولومیکس

موضوعات

• زیست فناوری مواد غذایی

---

عنوان مقاله English

Effect of Ultrasonication on Texture Profile Analysis, Microbiome Phylogeny, and Prediction of Fatty Acid Metabolic Pathways in Siahmazgi Cheese

نویسندگان English

Somayeh Alsadat Mehrzad ¹

Fakhri Shahidi ¹

Nafiseh Davati ²

Mostafa Karami ²

¹ Department of Food Science and Technology, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran

² Department of Food Science and Technology, Faculty of Food Industry, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran

چکیده English

Siahmazgi cheese ripens through the metabolic activities of the indigenous microbiota present in unpasteurized milk. To ensure its safety, non-thermal processing methods such as ultrasound are required. This study aimed to determine the textural changes and the phylogeny relationships of the microbiome in Siahmazgi cheese affected by ultrasonication, followed by a metabolomics analysis of fatty acids (FAs). Microscopic changes in cheese texture affected by ultrasonication (0, 5, 10 min) were examined through processing of SEM images by ImageJ. Texture profile analysis was also performed using a texture analyzer. Phylogenetic and metabolomics analyses of the microbiome were carried out using Geneious Prime. Correlations between microbes, metabolites, and metabolic pathways using Cytoscape. Phylogenetic analysis showed that the microbiome of cheeses treated with the same sonication exhibited similar genetic heatmaps until the third month, while the non-sonicated sample at the sixth month of ripening displayed the highest biodiversity. Staphylococcus equorum, Acinetobacter johnsonii, Lactobacillus zeae, Macrococcus caseolyticus, Leuconostoc mesenteroides, and Lactiplantibacillus plantarum were identified as key contributors to FAs metabolism. Hexadecanoic acid, octadecanoic acid, (9Z,12Z,15Z)-octadecatrienoic acid, and (9Z)-hexadecenoic acid were identified as the main FAs from lipid metabolism, and the biosynthesis of unsaturated FAs. Texture of samples prepared from 5 min-sonication showed the highest pore number (2345) and porosity (0.046352). Hardness, adhesiveness, cohesiveness, gumminess, and chewiness were the lowest in 5-min sonicated samples and the highest in 10-min sonicated samples during ripening. If a porous soft texture in the Siahmazgi cheese is desired, sonication for 5 min is recommended. Additionally, the results of this study provide a comprehensive understanding of the effect of sonication on texture, microbiome, and the prediction of metabolic pathways of FAs in Siahmazgi cheese, which supportthe development of non-thermal technologies for traditional cheeses.

کلیدواژه‌ها English

Metabolomics

Siahmazgi cheese

Texture profile analyzer

Ultrasonication

Authors retain the copyright. This is an open access article distributed under Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0)

مراجع

1. Beresford, T., & Williams, A. (2004). The microbiology of cheese ripening. In Cheese: Chemistry, Physics and Microbiology, 1, 287-317. Elsevier. https://doi.org/10.1016/S1874-558X(04)80071-X
2. Bermúdez Aguirre, D., Mawson, R., & Barbosa Cánovas, G. (2008). Microstructure of fat globules in whole milk after thermosonication treatment. Journal of Food Science, 73(7), E325-E332. https://doi.org/10.111/j.1750-3841.2008.00875.X
3. Brändle, J., Domig, K., & Kneifel, W. (2016). Relevance and analysis of butyric acid producing clostridia in milk and cheese. Food Control, 67, 96-113. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2016.02.038
4. Carrillo-Lopez, L.M., Garcia-Galicia, I.A., Tirado-Gallegos, J.M., Sanchez-Vega, R., Huerta-Jimenez, M., Ashokkumar, M., & Alarcon-Rojo, A.D. (2021). Recent advances in the application of ultrasound in dairy products: Effect on functional, physical, chemical, microbiological and sensory properties. Ultrasonics Sonochemistry, 73, 105467. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2021.105467
5. Chandrapala, J., Zisu, B., Palmer, M., Kentish, S., & Ashokkumar, M. (2011). Effects of ultrasound on the thermal and structural characteristics of proteins in reconstituted whey protein concentrate. Ultrasonics Sonochemistry, 18(5), 951-957. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2010.12.016
6. Chen, X., Wei, L., Mao, Y., Zhao, A., Pu, M., Liu, Y., & Wang, B. (2025). A comparative study of ultrasound and thermal processing: Effects on goat milk stability and protein structure. Journal of Dairy Science, 108(4), 3273-3286. https://doi.org/10.3168/jds.2024-25918
7. Chong, J., Liu, P., Zhou, G., & Xia, J. (2020). Using MicrobiomeAnalyst for comprehensive statistical, functional, and meta-analysis of microbiome data. Nature Protocols, 15(3), 799-821. https://doi.org/10.1038/s41596-019-0264-1
8. Collins, Y.F., McSweeney, P.L., & Wilkinson, M.G. (2003). Lipolysis and free fatty acid catabolism in cheese: a review of current knowledge. International Dairy Journal, 13(11), 841-866. https://doi.org/10.1016/S0958-6946(03)00109-2
9. Dhariwal, A., Chong, J., Habib, S., King, I.L., Agellon, L.B., & Xia, J. (2017). MicrobiomeAnalyst: a web-based tool for comprehensive statistical, visual and meta-analysis of microbiome data. Nucleic Acids Research, 45(W1), W180-W188. https://doi.org/10.1093/nar/gkx295
10. Feng, H., Barbosa-Cánovas, G.V., & Weiss, J. (2011). Ultrasound technologies for food and bioprocessing (Vol. 1): Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-7472-3
11. Fox, P.F., Guinee, T.P., Cogan, T.M., & McSweeney, P.L. (2017). Fundamentals of cheese science (Vol. 1): Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-4899-7681-9_1
12. Gholamhosseinpour, A., & Hashemi, S.M.B. (2019). Ultrasound pretreatment of fermented milk containing probiotic Lactobacillus plantarum AF1: Carbohydrate metabolism and antioxidant activity. Journal of Food Process Engineering, 42(1), e12930. https://doi.org/10.1111/jfpe.12930
13. Guimarães, J.T., Silva, E.K., Alvarenga, V.O., Costa, A.L.R., Cunha, R.L., Sant'Ana, A.S., . . . Cruz, A.G. (2018). Physicochemical changes and microbial inactivation after high-intensity ultrasound processing of prebiotic whey beverage applying different ultrasonic power levels. Ultrasonics Sonochemistry, 44, 251-260. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2018.02.012
14. Hickey, D., Kilcawley, K., Beresford, T., & Wilkinson, M. (2007). Lipolysis in cheddar cheese made from raw, thermized, and pasteurized milks. Journal of Dairy Science, 90(1), 47-56. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(07)72607-3
15. Hrenovic, J., & Ivankovic, T. (2009). Survival of Escherichia coli and Acinetobacter junii at various concentrations of sodium chloride. EurAsian Journal of Biosciences, 3. https://doi.org/10.5053/ejobios.2009.3.0.18
16. Jalilzadeh, A., Hesari, J., Peighambardoust, S., & Javidipour, I. (2018). The effect of ultrasound treatment on microbial and physicochemical properties of Iranian ultrafiltered feta-type cheese. Journal of Dairy Science, 101(7), 5809-5820. https://doi.org/10.3168/jds.2017-14352
17. Jørgensen, H., Mørk, T., & Rørvik, L. (2005). The occurrence of Staphylococcus aureus on a farm with small-scale production of raw milk cheese. Journal of Dairy Science, 88(11), 3810-3817. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(05)73066-6
18. Liu, P., Shen, S.-r., Ruan, H., Zhou, Q., Ma, L.-l., & He, G.-q. (2011). Production of conjugated linoleic acids by Lactobacillus plantarum strains isolated from naturally fermented Chinese pickles. Journal of Zhejiang University Science B, 12(11), 923-930. https://doi.org/10.1631/jzus.B1100072
19. Lopez Brea, S. G., Gómez Torres, N., & Arribas, M.Á. (2017). Spore forming bacteria in dairy products. Microbiology in Dairy Processing: Challenges and Opportunities, 11-36. https://doi.org/10.1002/9781119115007.ch2
20. Lu, Y., Zhou, G., Ewald, J., Pang, Z., Shiri, T., & Xia, J. (2023). MicrobiomeAnalyst 2.0: comprehensive statistical, functional and integrative analysis of microbiome data. Nucleic Acids Research, 51(W1), W310-W318. https://doi.org/1093/nar/gkad407
21. Lucey, J., Johnson, , & Horne, D. (2003). Invited review: Perspectives on the basis of the rheology and texture properties of cheese. Journal of Dairy Science, 86(9), 2725-2743. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(03)73869-7
22. Mazhar, S., Kilcawley, K.N., Hill, C., & McAuliffe, O. (2020). A systems-wide analysis of proteolytic and lipolytic pathways uncovers the flavor-forming potential of the gram-positive bacterium Macrococcus caseolyticus caseolyticus. Frontiers in Microbiology, 11, 1533. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.01533
23. Montel, M.-C., Buchin, S., Mallet, A., Delbes-Paus, C., Vuitton, D.A., Desmasures, N., & Berthier, F. (2014). Traditional cheeses: Rich and diverse microbiota with associated benefits. International Journal of Food Microbiology, 177, 136-154. https://doi.org/1016/j.ijfoodmicro.2014.02.019
24. Peralta, G.H., Bergamini, C.V., & Hynes, E.R. (2019). Disruption treatments on two strains of Streptococcus thermophilus: levels of lysis/permeabilisation of the cultures, and influence of treated cultures on the ripening profiles of Cremoso cheese. International Dairy Journal, 92, 11-20. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2019.01.002
25. Ren, X., & Palmer, L.D. (2023). Acinetobacter metabolism in infection and antimicrobial resistance. Infection and Immunity, 91(6), e00433-00422. https://doi.org/1128/iai.00433-22
26. Settanni, L., & Moschetti, G. (2010). Non-starter lactic acid bacteria used to improve cheese quality and provide health benefits. Food Microbiology, 27(6), 691-697. https://doi.org/10.1016/j.fm.2010.05.023
27. Sosa-Castañeda, J., Hernández-Mendoza, A., Astiazarán-García, H., Garcia, H., Estrada-Montoya, M., González-Córdova, A., & Vallejo-Cordoba, B. (2015). Screening of Lactobacillus strains for their ability to produce conjugated linoleic acid in milk and to adhere to the intestinal tract. Journal of Dairy Science, 98(10), 6651-6659. https://doi.org/10.3168/jds.2014-8515
28. Teng, F., He, M., Xu, J., Chen, F., Wu, C., Wang, Z., & Li, Y. (2020). Effect of ultrasonication on the stability and storage of a soy protein isolate-phosphatidylcholine nanoemulsions. Scientific Reports, 10(1), 14010. https://doi.org/10.1038/s41598-020-70462-8
29. Yavuz, M., Kasavi, C., & Öner, E.T. (2021). Developments in effective use of volatile organic compound analysis to assess flavour formation during cheese ripening. Journal of Dairy Research, 88(4), 461-467. https://doi.org/10.1017/S0022029921000790