Propolis as a potential alternative for the control of Dekkera bruxellensis in bioethanol fermentation

Abstract

Dekkera bruxellensis is one of the most important contaminant yeasts of alcoholic fermentation. The use of propolis, which can selectively target contaminating yeasts without affecting the starter one, Saccharomyces cerevisiae, could be a useful nonconventional strategy for controlling the growth of contaminant yeasts. The objective of this research was to evaluate four samples of propolis produced by Apis mellifera honeybees from different regions of Argentina as antimicrobial agents against the growth of D. bruxellensis and S. cerevisiae. Hydroalcoholic extracts of propolis were prepared with ethanol:water (70:30 v/v), and the specific absorbance and final concentration of the samples were evaluated. A qualitative in vitro assay in solid medium was performed with different propolis concentrations, and the evaluation of yeast growth was based on a qualitative scale. A quantitative in vitro assay in liquid medium was also performed to assess the yeast cell number, using two different propolis concentrations. The cell number of D. bruxellensis decreased 1.52 and 1.85 log cycles with the two propolis extracts utilised at a concentration of 4.5 mg mL-1 while the cell number of S. cerevisiae decreased 0.48 and 0.76 log cycles with the same samples of propolis. The results from both assays demonstrated the selectivity of propolis use on the yeast species, leading to a higher inhibition of D. bruxellensis growth. This indicates a good potential for using propolis at the concentration of 4.5 mg mL-1, as a nonconventional strategy to control the growth of D. bruxellensis without significantly affecting S. cerevisiae, the yeast starter of ethanol fermentation.

Dekkera bruxellensis é uma das mais importantes leveduras contaminantes da fermentação alcoólica. O uso de própolis, que pode seletivamente afetar a levedura contaminante mas não a levedura do processo, Saccharomyces cerevisiae, pode ser uma estratégia não convencional útil para o controle de leveduras contaminantes. O objetivo deste trabalho foi avaliar quatro amostras de própolis produzidas por Apis mellifera de diferentes regiões da Argentina como agentes antimicrobianos no controle do crescimento de D. bruxellensis e S. cerevisiae. Foram preparados extratos hidroalcoólicos de própolis com etanol: água (70:30 v/v) e avaliadas a absorbância específica e concentração final das amostras. Um ensaio qualitativo in vitro foi realizado em meio sólido com diferentes concentrações de própolis e a avaliação do crescimento da levedura foi baseada em uma escala qualitativa. Um ensaio quantitativo in vitro em meio líquido foi realizado com duas concentrações de própolis, avaliando-se o número de leveduras. O número de células de D. bruxellensis diminuiu 1,52 e 1,85 ciclos log com dois extratos de própolis na concentração de 4,5 mg mL-1 enquanto para S. cerevisiae, a diminuição no número de células foi de 0,48 e 0,76 ciclos log com as mesmas amostras de própolis. Os resultados de ambos os ensaios demonstraram claramente a seletividade do efeito do emprego de própolis nas leveduras estudadas, resultando em maior inibição no crescimento da levedura D. bruxellensis. Isso indica a boa perspectiva do uso de própolis, na concentração de 4,5 mg mL-1, como uma estratégia não convencional para controlar o crescimento de D. bruxellensis sem afetar substancialmente S. cerevisiae, a levedura agente da fermentação etanólica.