Technological potential of Lactiplantibacillus plantarum strains focusing on metabolomic analysis and their potential use as bioprotective cultures

Abstract

In the context of food production, where multiple microbial and fungal communities interact within complex matrices, filamentous fungi represent both technological assets and major spoilage risks. Regarding spoilage, these fungi can disperse spores, colonize industrial environments, and produce mycotoxins, posing significant challenges for dairy products and fermented foods. Among strategies to mitigate fungal contamination, lactic acid bacteria (LAB) have gained attention as natural bioprotective cultures while contributing to product sensory enhancement. In this study, Lactiplantibacillus plantarum strains isolated from dairy matrices were selected for antifungal activity, technological and safety features. Metabolomic profiling revealed key antifungal compounds, including organic acids, peptides, and aromatic metabolites. Additionally, volatile compounds analysis identified metabolites associated with improved flavor and aroma, highlighting the dual role of these strains as both bioprotective and adjunct cultures. In vitro and in situ assays in a simulated cheese matrix demonstrated effective inhibition of Aspergillus niger and Penicillium chrysogenum without compromising sensory quality. Genomic analyses confirmed safety, functional potential, and genetic determinants underlying antifungal activity and metabolite production. These findings support the application of L. plantarum strains as multifunctional cultures that enhance food safety, sensory attributes, and align with clean-label trends in dairy and fermented products. Keywords: bioprotective cultures; Lactiplantibacillus plantarum; antifungal activity; metabolome; genomic analysis; clean label.

No contexto da produção de alimentos, onde múltiplas comunidades microbianas e fúngicas interagem em matrizes complexas, os fungos filamentosos desempenham um papel de dualidade, podendo estar associados tanto a aplicações tecnológicas quanto a importantes agentes de deterioração. Do ponto de vista da deterioração, esses microrganismos podem dispersar esporos, colonizar ambientes industriais e produzir micotoxinas, impondo desafios significativos à qualidade e segurança de produtos lácteos e alimentos fermentados. Entre as estratégias para mitigar a contaminação fúngica, as bactérias ácido láticas (BAL) têm ganhado destaque como culturas bioprotetoras naturais, ao mesmo tempo em que contribuem para a melhoria das características sensoriais dos produtos. Neste estudo, cepas de Lactiplantibacillus plantarum isoladas de matrizes lácteas foram selecionadas com base em sua atividade antifúngica, características tecnológicas e aspectos de segurança. A análise metabolômica revelou compostos com atividade antifúngica, incluindo ácidos orgânicos, peptídeos e metabólitos aromáticos. Adicionalmente, a análise de compostos voláteis identificou metabólitos associados à melhoria de sabor e aroma, destacando o papel duplo dessas cepas como culturas bioprotetoras e adjuntas. Ensaios in vitro e in situ em uma matriz de queijo simulada demonstraram inibição eficaz de Aspergillus niger e Penicillium chrysogenum, sem comprometer a qualidade sensorial. Análises genômicas confirmaram a segurança, o potencial funcional e os determinantes genéticos subjacentes à atividade antifúngica e à produção de metabólitos. Esses achados sustentam a aplicação de cepas de L. plantarum como culturas multifuncionais que aumentam a segurança dos alimentos, melhoram atributos sensoriais e estão alinhadas às tendências de inovação em produtos lácteos e fermentados. Palavras-chave: culturas bioprotetoras; Lactiplantibacillus plantarum; atividade antifúngica; metaboloma; análise genômica; clean label.