VIEW ARTICLE    http://dx.doi.org/10.1094/ASBCJ-2014-0326-02

Investigation into the Antibacterial Activity of Mesoporous Zirconium Phosphate Against Beer-Spoilage Organisms. Xinxia Ge, Guangtian Zhou (1), Song Wang, and Naibin Zhang, School of Food and Bio-engineering, Shandong Polytechnic University, 250353, Jinan, Shandong, China; and Wen He and Xiaoyong Du, Materials Science and Engineering, Shandong Polytechnic University, 250353, Jinan, Shandong, China. (1) Corresponding author. E-mail: <zgt16509@163.com>, phone: +0086-531-88939075; fax: +0086-531-89631191. J. Am. Soc. Brew. Chem. 72(2):126-134, 2014.

The aim of this study was to examine the antimicrobial effect of mesoporous zirconium phosphate (M-Zrp), which is an inorganic nano material with apertures in the range of 2–50 nm. It could be used as an antibacterial agent against beer-spoilage organisms. The template synthesis of M-Zrp is an important method of producing M-Zrp. Biological templates have many advantages, including less toxicity, and are more friendly to the environment. M-Zrps were produced by fresh yeast through biomimetic synthesis. The antibacterial activity of M-Zrp prepared from the yeast biotemplate was investigated using the inhibition zone test. The impacts of preparation process, treatment time, bacteria concentration, and sample structure on the antibacterial property were examined. The results showed that M-Zrp showed bacteriostatic activity against Saccharomyces diastaticus, Candida albicans, Pediococcus damnosus, and Escherichia coli but showed no effect on Lactobacillus brevis or Pectinatus cerevisiiphilus. The mean diameters of the inhibition zones were 11.67, 12.37, 8.64, and 10.36 mm. The antibacterial activity increased as the concentration of M-Zrp increased and the particle size decreased. Within a certain range, the effect was enhanced with the prolongation of the treatment time. Using the spectroscopic method, the minimal inhibitory concentrations were determined to be 10 mg/L for S. diastaticus, C. albicans, and E. coli, and 25 mg/L for P. damnosus. The morphology of S. diastaticus before and after M-Zrp treatment was observed under a polarization microscope. The presence of M-Zrp first damaged the membrane of the bacterium and subsequently integrated into the cell wall and interacted with the internal components, resulting in the leakage of intracellular contents and, eventually, the death of the bacteria. Our findings suggested that M-Zrp exhibited an effective antimicrobial effect and the potential as an antibacterial coating or additive for the food and beverage industry. Keywords: Antibacterial activity, Beer-spoilage bacteria, Mesoporous zirconium phosphate, Minimal inhibitory concentration

El objetivo de este estudio fue examinar el efecto antimicrobiano de fosfato mesoporoso de circonio (M-Zrp), un material nano inorgánico con aberturas en el rango 2–50 nm. Podría ser utilizado como un agente antibacterial contra organismos dañinos a la cerveza. La síntesis por plantilla del M-Zrp es un método importante de producir fosfato mesoporoso de circonio. Las plantillas biológicas tienen muchas ventajas sobre otros métodos, tal como menos toxicidad y resultan más favorables al entorno. Los M-Zrp fueron producidos por levadura fresca mediante síntesis biomimética. La actividad antibacterial de M-Zrp producido de la plantilla de levadura fue investigada utilizando la prueba de inhibición de zona. Se examino el impacto del proceso de preparación, tiempo de tratamiento, concentración de bacterias, y estructura de la muestra de la propiedad antibacterial. Los resultados demostraron que el M-Zrp muestra actividad bacteriostática contra Saccharomyces diastaticus, Candida albicans, Pediococcus damnosus y Escherichia coli, pero no tuvo ningún efecto sobre Lactobacillus brevis o Pectinatus cerevisiiphilus. Los diámetros medios de las zonas de inhibición fueron 11,67, 12,37, 8,64 y 10,36 mm. La actividad antibacterial aumentaba al disminuir el tamaño de partícula y al aumentar la concentración del M-Zrp. Dentro de un cierto rango se notó un mayor efecto al prolongar el tiempo de tratamiento. Las concentraciones mínimas inhibidoras, medidos por el método espectroscópico, fue de 10 mg/L para S. diastaticus, C. albicans, y E. coli, y de 25 mg/L para P. damnosus. La morfología de S. diastaticus antes y después del tratamiento con M-Zrp fue observada con un microscopio de polarización. La presencia de M-Zrp primeramente dañó la membrana de la bacteria y en seguida se integraba dentro de la pared célular, interactuando con los componentes internos de la bacteria, seguidamente fugando los contenidos intracelulares hasta matar la bacteria. Nuestros resultados sugieren que el M-Zrp exhibió un efecto antimicrobial eficaz, que podría ser usado potencialmente como una capa antibacterial o un aditivo para la industria de alimentos y de bebidas. Palabras claves: Actividad antibacterial, Bacteria dañinas a la cerveza, Concentración mínima inhibitoria, Fosfato mesoporoso de circonio (M-Zrp)