Aspergillus Niger Agg. Ve Aspergillus Carbonarius’un Gelişmesine Sıcaklık Ve Su Aktivitesinin Etkisinin Modellenmesi

Abstract

Yapılan çalışmada Ege Bölgesi’nden toplanan kuru incirlerden izole edilen Aspergillus section Nigri üyesi beş adet Aspergillus carbonarius ve beş adet A. niger aggregate izolatının Czapek yeast extract agar (CYA) besiyerinde 8 farklı sıcaklık (5, 10 15, 20, 25, 30, 35 ve 40 °C) ve 5 farklı su aktivitesi (0.85, 0.89, 0.93, 0.97 ve 0.99) değerinde gelişmeleri incelenmiştir. 5°C ve 10°C sıcaklıklarda incelenen hiçbir izolat gelişme göstermemiştir. 0,85 su aktivitesinde ise yalnızca 25°C ve 30°C sıcaklıklarda gelişim gözlenmiştir.Birincil modelleme sonucu elde edilen gelişme hızı (g, mm/gün) ve lag fazı sürelerine (λ, gün) göre, A. niger agg izolatları için genel olarak en uygun gelişme koşulları 30-35°C sıcaklık ve 0,97 su aktivitesi olarak belirlenmiştir. A. carbonarius izolatları ise en yüksek gelişme hızına genel olarak 30°C’de ve 0,97 su aktivitesinde ulaşmışlardır.Sıcaklığın gelişme hızına etkisinin belirlenmesi amacıyla kullanılan lineer Arrhenius-Davey modeli ile elde edilen optimum sıcaklık değerleri farklı su aktivitesi değerlerinde A. niger agg. izolatları için 29,5 - 35,9°C değerleri arasında bulunmuştur. A. carbonarius izolatları için ise optimum sıcaklık değerleri 27,5 - 32°C aralığında bulunmuştur. Su aktivitesinin bir fonksiyonu olarak gelişme hızının Gibson eşitliği ile modellenmesinden elde edilen optimum su aktivitesi değerleri 0,96 - 0,98 aralığında belirlenmiş ve A. carbonarius ve A. niger agg. izolatları için deneysel olarak belirlenen 0,97 değeri de bu aralıktadır. Aspergillus niger agg. ve Aspergillus carbonarius izolatlarının gelişme hızlarının her bir su aktivitesi değeri için sıcaklığın bir fonksiyonu olarak modellenmesi sonucunda elde edilen R2 değerleri sırası ile 0,949 - 0,994 ve 0,894 - 0,993 değerleri arasında bulunmuştur. Aspergillus niger agg. ve Aspergillus carbonarius izolatlarının gelişme hızlarının her bir sıcaklık değeri için su aktivitesinin bir fonksiyonu olarak modellenmesi sonucunda elde edilen R2 değerleri ise sırası ile 0,853 - 0,999 ve 0,819 - 0,999 arasındadır. Sıcaklık ve su aktivitesinin birlikte etkilerinin incelenmesi amacıyla kullanılan eşitliklerden elde edilen modelin R2 değerleri ise Aspergillus niger agg. ve Aspergillus carbonarius izolatları için sırasıyla 0,952-0,973 ve 0.879 – 0.938 değerleri arasında belirlenmiştir. Lag fazları için elde edilen modellerin regresyon katsayıları, gelişme hızı için elde edilen modellerin regresyon katsayıları değerlerinden daha düşük çıkmıştır. Daha önce yapılan modelleme çalışmalarından ve bu çalışmadan elde edilen veriler, kurutulmuş incirlerde ve diğer gıda matrislerinde Aspergillus niger agg. ve Aspergillus carbonarius küflerinin gelişmesinin kontrol edilmesi için önem taşımaktadır.

Mathematical modelling can be a tool to predict and thus to prevent the growth of mycotoxigenic moulds. Primary kinetic models describe the growth or inactivation of microorganisms (as changes in numbers of cells), secondary models describe how kinetic parameters from the primary models depend on environmental conditions (such as temperature, water activity, etc.), and tertiary models are models that attempt to describe all responses of microorganisms to their environment in experts systems. Secondary kinetic models describe microbial response in relation to environmental factors providing estimates for parameters of growth such as lag phase (λ) and growth rate (g). With these models the final levels of mould or mycotoxins contamination may be predicted. Predictive mycology thus constitutes a useful tool for the food industry.Although there are many factors influencing mould growth and germination such as temperature, substrate aeration, water activity, inoculum concentration, microbial interactions, physiological state of mould etc., water activity and temperature are the key environmental factors that influence the fungal growth and spoilage. In this study, five Aspergillus niger aggregate and five Aspergillus carbonarius strains isolated from dried figs were investigated on Czapex yeast extract agar (CYA) at 8 different temperatures (5°C, 10°C, 15°C, 20°C, 25 °C, 30°C, 35 °C and 40 °C) and five different water activity (0.85, 0.89, 0.93, 0.97 and 0.99) conditions.The colony growth rates and lag phase durations were modelled as a function of temperature by the modified Arrhenius-Davey model while modelling of growth rate and lag phase duration as a function of water activity by means of lineer regression equation developed by Gibson. In order to describe the combined affect of water activity and temperature on the growth rate and lag phase duration, a second-order polynomial equation was used. The acceptibility of the models were evaluated by the regression coefficients, error mean squares and the graphical demonstration of observed values vs. predicted values for growth rates and lag phase durations. None of the isolates studied were able to growth at 5°C and 10°C. The growth was only observed at 25°C and 30°C for 0,85 aw. According to the obtained growth rates (g, mm/gün) and lag phase (λ, gün) durations from primary modelling, optimum growth conditions for Aspergillus niger agg isolates were found to be 30 - 35°C and 0,97 aw whereas Aspergillus carbonarius isolates reached maximum growth rate at 30°C and 0,97 aw. According to the obtained growth rates (g, mm/gün) and lag phase (λ, gün) durations from primary modelling, optimum growth conditions for Aspergillus niger agg isolates were found to be 30 - 35°C and 0,97 aw whereas Aspergillus carbonarius isolates reached maximum growth rate at 30°C and 0,97 aw. According to the obtained growth rates (g, mm/gün) and lag phase (λ, gün) durations from primary modelling, optimum growth conditions for Aspergillus niger agg isolates were found to be 30 - 35°C and 0,97 aw whereas Aspergillus carbonarius isolates reached maximum growth rate at 30°C and 0,97 aw. For Aspergillus niger agg isolates, the longest lag phase durations were observed at the lowest temperature that the growth was observed for 0,89; 0,93; 0,97; 0,99 aw. Lag phase durations of Aspergillus carbonarius isolates were similar to that of Aspergillus niger agg. isolates. Three-way interactions regression coefficients (R2) of the model describing growth rate as a function of temperature for each aw level were between 0,949 - 0,994 and 0,894 - 0,993 for Aspergillus niger agg. and Aspergillus carbonarius respectively. Obtained R2 values of the model as a function of water activity for Aspergillus niger agg. and Aspergillus carbonarius were between 0,853 - 0,999 and 0,819 - 0,999, respectively. Statistical analysis of variance (ANOVA) showed that both the single factors (temperature and water activity), as well as their two way interactions have a significant effect on Aspergillus carbonarius and Aspergillus niger agg. growth.