JoVE Logo
Faculty Resource Center

Sign In

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Representative Results

Discussion

Acknowledgements

Materials

References

Biology

Processutveckling för spraytorkning av probiotiska bakterier och utvärdering av produktkvalitet

Published: April 7th, 2023

DOI:

10.3791/65192

1Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, 2Faculdade de Farmácia, Universidade Federal De Goiás

Detta protokoll beskriver stegen involverade i produktion och fysikalisk-kemisk karakterisering av en spraytorkad probiotisk produkt.

Probiotika och prebiotika är av stort intresse för livsmedels- och läkemedelsindustrin på grund av deras hälsofördelar. Probiotika är levande bakterier som kan ge positiva effekter på människors och djurs välbefinnande, medan prebiotika är typer av näringsämnen som matar de nyttiga tarmbakterierna. Pulver probiotika har vunnit popularitet på grund av lätthet och praktiska av deras intag och införlivande i kosten som kosttillskott. Emellertid, torkningsprocessen stör cellviabiliteten eftersom höga temperaturer inaktiverar probiotiska bakterier. I detta sammanhang syftade denna studie till att presentera alla steg som är involverade i produktion och fysikalisk-kemisk karakterisering av ett spraytorkat probiotikum och utvärdera påverkan av skyddsmedlen (simulerad skummjölk och inulin: maltodextrinförening) och torkningstemperaturer för att öka pulverutbytet och cellens livskraft. Resultaten visade att den simulerade skummjölken främjade högre probiotiska livskraft vid 80 °C. Med detta skyddsmedel, probiotiska livskraft, fuktinnehåll, och vattenaktivitet (Aw) minska så länge inloppstemperaturen ökar. Probiotikans livskraft minskar omvänt med torktemperaturen. Vid temperaturer nära 120 ° C, den torkade probiotiska visade livskraft runt 90%, en fukthalt av 4.6% w/w, och en Aw av 0.26; Värden som är tillräckliga för att garantera produktstabilitet. I detta sammanhang krävs spraytorkningstemperaturer över 120 °C för att säkerställa de mikrobiella cellernas livskraft och hållbarhet i pulverberedningen och överlevnad under bearbetning och lagring av livsmedel.

För att definieras som probiotika, mikroorganismer som läggs till livsmedel (eller kosttillskott) måste konsumeras levande, kunna överleva under passage i mag-tarmkanalen av värden, och nå verkningsstället i tillräckliga mängder för att utöva positiva effekter 1,2,7.

Det växande intresset för probiotika beror på de många fördelarna för människors hälsa som de ger, såsom stimulering av immunsystemet, minskning av serumkolesterolnivåer och förbättring av tarmbarriärfunktionen genom att agera mot skadliga mikrober, liksom deras fördelaktiga effekter v....

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. Produktion av probiotiska celler

  1. Förbered De Man Rogosa och Sharpe (MRS) buljong.
  2. Återaktivera 1% (v / v) av kulturen av intresse i MRS-buljongen (här användes Lactiplantibacillus paraplantarum FT-259).
  3. Inkubera i 24 timmar vid lämplig temperatur (vi använde 37 °C).

2. Separera bakterierna från kulturen

  1. Centrifugera bakteriekulturen vid 7,197 x g i 5 min vid 4 °C med 50 ml koniska rör.......

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

I denna studie inkapslades L. paraplantarum av SD med hjälp av inkapslingsmedel av livsmedelskvalitet (inulin: maltodextrin och simulerat mjölkpulver), vilket visar hög produktkvalitet och effektivitet för att bevara bakteriecellens livskraft17,19.

Resultaten av SD av probiotika vid 80 ° C visade att de distinkta skyddssystemen (inulin: maltodextrin och simulerad skummjölk) främjade effektivt skydd av probiotiska celler.......

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

L. paraplantarum FT-259 är en grampositiv, stavformad bakterie, är en producent av bakteriociner med antilisterial aktivitet och har hög probiotisk potential20. Son et al.24 visade tidigare immunostimulant och antioxidant kapacitet av L. paraplantarum stammar. Förutom, de har stor probiotisk potential, med egenskaper såsom stabilitet under artificiella gastriska och galla villkor, mottaglighet för antibiotika, och bindning till tarmceller. Dessutom p.......

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Denna studie finansierades delvis av Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Finance Code 001. Denna studie stöddes också delvis av FAPESP - São Paulo Research Foundation. E.C.P.D.M. är tacksam för ett forskarstipendium från National Council for Scientific and Technological Development (CNPq) 306330/2019-9.

....

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

NameCompanyCatalog NumberComments
Aqua Lab 4TEVDecagon Devices-Water activity meter
Centrifuge (mod. 5430 R )Eppendorf-Centrifuge
Colloidal SiO2 (Aerosil 200)Evokik7631-86-9drying aid
Fructooligosaccharides from chicorySigma-Aldrich9005-80-5drying aid
GraphPad Prism (version 8.0) softwareGraphPad Software-San Diego, California, USA
Karl Fischer 870 Titrino PlusMetrohm-Moisture content
LactoseMilkaut63-42-3 drying aid
MaltodextrinIngredion9050-36-6drying aid
Milli-QMerk-Ultrapure water system
MRS AgarOxoid-Culture medium
MRS BrothOxoid-Culture medium
OriginPro (version 9.0) softwareOriginLab-Northampton, Massachusetts, USA
Spray dryer SD-05Lab-Plant Ltd-Spray dryer
Whey proteinArla Foods Ingredients S.A.91082-88-1drying aid

  1. Food and Agricultural Organization of the United Nations and World Health Organization. Probiotics in food: Health and nutritional properties and guidelines for evaluation. FAO Food and Nutrition Paper 85. Food and Agricultural Organization. , (2006).
  2. Sharma, R., Rashidinejad, A., Jafari, S. M. Application of spray dried encapsulated probiotics in functional food formulations. Food and Bioprocess Technology. 15, 2135-2154 (2022).
  3. Reid, G. Probiotic use in an infectious disease setting. Expert Review of Anti-Infective Therapy. 15 (5), 449-455 (2017).
  4. Alvarez-Olmos, M. I., Oberhelman, R. A. Probiotic agents and infectious diseases: a modern perspective on a traditional therapy. Clinical Infectious Diseases. 32 (11), 1567-1576 (2001).
  5. He, X., Zhao, S., Li, Y. Faecalibacterium prausnitzii: A next-generation probiotic in gut disease improvement. Canadian Journal of Infectious Diseases and Medical Microbiology. 2021, 6666114 (2021).
  6. Corona-Hernandez, R. I., et al. Structural stability and viability of microencapsulated probiotic bacteria: A review. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 12 (6), 614-628 (2013).
  7. Hill, C., et al. The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics consensus statement on the scope and appropriate use of the term probiotic. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology. 11 (8), 506-514 (2014).
  8. Chávez, B. E., Ledeboer, A. M. Drying of probiotics: Optimization of formulation and process to enhance storage survival. Drying Technology. 25 (7-8), 1193-1201 (2007).
  9. Wang, G., Chen, Y., Xia, Y., Song, X., Ai, L. Characteristics of probiotic preparations and their applications. Foods. 11 (16), 2472 (2022).
  10. Baral, K. C., Bajracharya, R., Lee, S. H., Han, H. -. K. Advancements in the pharmaceutical applications of probiotics: Dosage forms and formulation technology. International Journal of Nanomedicine. 16, 7535 (2021).
  11. Bustamante, M., Oomah, B. D., Rubilar, M., Shene, C. Effective Lactobacillus plantarum and Bifidobacterium infantis encapsulation with chia seed (Salvia hispanica L.) and flaxseed (Linum usitatissimum L.) mucilage and soluble protein by spray drying. Food Chemistry. 216, 97-105 (2017).
  12. Tran, T. T. A., Nguyen, H. V. H. Effects of spray-drying temperatures and carriers on physical and antioxidant properties of lemongrass leaf extract powder. Beverages. 4 (4), 84 (2018).
  13. Oliveira, W. P., Oliveira, W. P. Standardisation of herbal extracts by drying technologies. Phytotechnology:A Sustainable Platform for the Development of Herbal Products. , 105-140 (2021).
  14. Burgain, J., Gaiani, C., Linder, M., Scher, J. Encapsulation of probiotic living cells: From laboratory scale to industrial applications. Journal of Food Engineering. 104 (4), 467-483 (2011).
  15. Boza, Y., Barbin, D., Scamparini, A. R. P. Survival of Beijerinckia sp. microencapsulated in carbohydrates by spray-drying. Journal of Microencapsulation. 21 (1), 15-24 (2004).
  16. De Castro-Cislaghi, F. P., dos Reis e Silva, C., Fritzen-Freir, C. B., Lorenz, J. G., Sant’Anna, E. S. Bifidobacterium Bb-12 micro encapsulated by spray drying with whey: survival under simulated gastrointestinal conditions, tolerance to NaCl, and viability during storage. Journal of Food Engineering. 113 (2), 186-193 (2012).
  17. Fu, N., Huang, S., Xiao, J., Chen, X. D. Producing powders containing active dry probiotics with the aid of spray drying. Advances in Food and Nutrition Research. 85, 211-262 (2018).
  18. Barbosa, J., Teixeira, P. Development of probiotic fruit juice powders by spray-drying: A review. Food Reviews International. 33 (4), 335-358 (2017).
  19. Waterhouse, G. I. N., Sun-Waterhouse, D., Su, G., Zhao, H., Zhao, M. Spray-drying of antioxidant-rich blueberry waste extracts; Interplay between waste pretreatments and spray-drying process. Food and Bioprocess Technology. 10 (6), 1074-1092 (2017).
  20. Tulini, F. L., Winkelströter, L. K., De Martinis, E. C. P. Identification and evaluation of the probiotic potential of Lactobacillus paraplantarum FT259, a bacteriocinogenic strain isolated from Brazilian semi-hard artisanal cheese. Anaerobe. 22, 57-63 (2013).
  21. Ribeiro, L. L. S. M., et al. Use of encapsulated lactic acid bacteria as bioprotective cultures in fresh Brazilian cheese. Brazilian Journal of Microbiology. 52 (4), 2247-2256 (2021).
  22. Písecký, J. . Handbook of Milk Powder Manufacture. , (2012).
  23. Patel, K. C., Chen, X. D., Kar, S. The temperature uniformity during air drying of a colloidal liquid droplet. Drying Technology. 23 (12), 2337-2367 (2005).
  24. Son, S. -. H., et al. Antioxidant and immunostimulatory effect of potential probiotic Lactobacillus paraplantarum SC61 isolated from Korean traditional fermented food, jangajji. Microbial Pathogenesis. 125, 486-492 (2018).
  25. Choi, E. A., Chang, H. C. Cholesterol-lowering effects of a putative probiotic strain Lactobacillus plantarum EM isolated from kimchi. LWT- Food Science and Technology. 62 (1), 210-217 (2015).
  26. Kiepś, J., Dembczyński, R. Current trends in the production of probiotic formulations. Foods. 11 (15), 2330 (2022).
  27. Kiekens, S., et al. Impact of spray-drying on the pili of Lactobacillus rhamnosus GG. Microbial Biotechnology. 12 (5), 849-855 (2019).
  28. Huang, S., et al. Spray drying of probiotics and other food-grade bacteria: A review. Trends in Food Science and Technology. 63, 1-17 (2017).
  29. Wang, N., Fu, N., Chen, X. D. The extent and mechanism of the effect of protectant material in the production of active lactic acid bacteria powder using spray drying: A review. Current Opinion in Food Science. 44, 100807 (2022).
  30. Broeckx, G., Vandenheuvel, D., Claes, I. J. J., Lebeer, S., Kiekens, F. Drying techniques of probiotic bacteria as an important step towards the development of novel pharmabiotics. International Journal of Pharmaceutics. 505 (1-2), 303-318 (2016).
  31. Zheng, X., et al. The mechanisms of the protective effects of reconstituted skim milk during convective droplet drying of lactic acid bacteria. Food Research International. 76, 478-488 (2015).
  32. Kolida, S., Tuohy, K., Gibson, G. R. Prebiotic effects of inulin and oligofructose. British Journal of Nutrition. 87 (S2), S193-S197 (2002).
  33. Teferra, T. F. Possible actions of inulin as prebiotic polysaccharide: A review. Food Frontiers. 2 (4), 407-416 (2021).
  34. Labuza, T. P., Altunakar, B., Barbosa-Canovas, G. V., Fontana, A. J., Schmidt, S. J., Labuza, T. P. Water activity prediction and moisture sorption isotherms. Water Activity in Foods: Fundamentals and Applications. , 161-205 (2020).
  35. Misra, S., Pandey, P., Mishra, H. N. Novel approaches for co-encapsulation of probiotic bacteria with bioactive compounds, their health benefits and functional food product development: A review. Trends in Food Science & Technology. 109, 340-351 (2021).
  36. Misra, S., Pandey, P., Dalbhagat, C. G., Mishra, H. N. Emerging technologies and coating materials for improved probiotication in food products: A review. Food and BioprocessTechnology. 15 (5), 998-1039 (2022).
  37. Martins, E., et al. Determination of ideal water activity and powder temperature after spray drying to reduce Lactococcus lactis cell viability loss. Journal of Dairy Science. 102 (7), 6013-6022 (2019).
  38. Vock, S., Klöden, B., Kirchner, A., Weißgärber, T., Kieback, B. Powders for powder bed fusion: A review. Progress in Additive Manufacturing. 4, 383-397 (2019).

Tags

Denna m nad i JoVE

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2024 MyJoVE Corporation. All rights reserved