Yazarlar
Bize Ulaşın

Oturum Aç

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

Bu protokol, spreyle kurutulmuş bir probiyotik ürünün üretimi ve fizikokimyasal karakterizasyonunda yer alan adımları detaylandırır.

Özet

Probiyotikler ve prebiyotikler, sağlık yararları nedeniyle gıda ve ilaç endüstrilerine büyük ilgi duymaktadır. Probiyotikler, insan ve hayvan refahı üzerinde yararlı etkiler sağlayabilen canlı bakterilerdir, prebiyotikler ise yararlı bağırsak bakterilerini besleyen besin türleridir. Toz probiyotikler, yutulmalarının ve bir gıda takviyesi olarak diyete dahil edilmelerinin kolaylığı ve pratikliği nedeniyle popülerlik kazanmıştır. Bununla birlikte, kurutma işlemi hücre canlılığına müdahale eder, çünkü yüksek sıcaklıklar probiyotik bakterileri etkisiz hale getirir. Bu bağlamda, bu çalışma, spreyle kurutulmuş bir probiyotiğin üretimi ve fizikokimyasal karakterizasyonunda yer alan tüm adımları sunmayı ve koruyucuların (simüle edilmiş yağsız süt ve inülin: maltodekstrin ilişkisi) ve kurutma sıcaklıklarının toz verimini ve hücre canlılığını arttırmadaki etkisini değerlendirmeyi amaçlamıştır. Sonuçlar, simüle edilmiş yağsız sütün 80 ° C'de daha yüksek probiyotik canlılığı desteklediğini göstermiştir. Bu koruyucu ile probiyotik canlılık, nem içeriği ve su aktivitesi (Aw), giriş sıcaklığı arttığı sürece azalır. Probiyotiklerin canlılığı, kurutma sıcaklığı ile tersine azalır. 120 ° C'ye yakın sıcaklıklarda, kurutulmuş probiyotik% 90 civarında canlılık,% 4.6 w / w nem içeriği ve% 0.26 Aw gösterdi; ürün stabilitesini garanti etmek için yeterli değerler. Bu bağlamda, mikrobiyal hücrelerin toz hazırlamada canlılığını ve raf ömrünü sağlamak ve gıda işleme ve depolama sırasında hayatta kalmak için 120 ° C'nin üzerindeki sprey kurutma sıcaklıkları gereklidir.

Giriş

Probiyotikler olarak tanımlanabilmesi için, gıdalara (veya takviyelere) eklenen mikroorganizmaların canlı olarak tüketilmesi, konağın gastrointestinal sisteminde geçiş sırasında hayatta kalabilmesi ve yararlı etkiler gösterebilmesi için etki alanına yeterli miktarda ulaşması gerekir 1,2,7.

Probiyotiklere artan ilgi, bağışıklık sisteminin uyarılması, serum kolesterol seviyelerinin düşürülmesi ve zararlı mikroplara karşı hareket ederek bağırsak bariyer fonksiyonunun iyileştirilmesi gibi insan sağlığına sağladıkları çeşitli faydaların yanı sıra irritabl bağırsak sendromunun tedavisinde yararlı etkilerinden kaynaklanmaktadır. diğerleri arasında 2,3. Ek olarak, çeşitli çalışmalar probiyotiklerin, dengesiz mikrobiyal toplulukların bulaşıcı hastalıklara neden olabileceği insan vücudunun diğer kısımlarını olumlu yönde etkileyebileceğini göstermiştir 3,4,5.

Probiyotiklerin terapötik olarak etkili olması için, ürün tüketim sırasında 10 6-107 CFU / g bakteri içermelidir6. Öte yandan, İtalya Sağlık ve Sağlık Bakanlığı Kanada, gıdalardaki minimum probiyotik seviyesinin günde 109 CFU / g canlı hücre veya porsiyon başına sırasıyla7 olması gerektiğini belirlemiştir. Yararlı etkilere sahip olacaklarını garanti etmek için yüksek miktarda probiyotik gerektiği göz önüne alındığında, işleme, raf depolama ve gastrointestinal (GI) sistemden geçiş sırasında hayatta kalmalarını garanti etmek önemlidir. Birçok çalışma, mikrokapsüllemenin probiyotiklerin genel canlılığını arttırmak için etkili bir yöntem olduğunu göstermiştir 8,9,10,11.

Bu bağlamda, probiyotiklerin mikrokapsüllenmesi için sprey kurutma, dondurarak kurutma, sprey soğutma, emülsiyon, ekstrüzyon, koaservasyon ve daha yakın zamanda akışkan yataklar11,12,13,14 gibi çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Sprey kurutma ile mikrokapsülleme (SD), basit, hızlı ve tekrarlanabilir bir işlem olduğu için gıda endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ölçeklendirilmesi kolaydır ve düşük enerji gereksinimlerinde yüksek üretim verimine sahiptir11,12,13,14. Bununla birlikte, yüksek sıcaklıklara ve düşük nem içeriğine maruz kalmak, probiyotik hücrelerin hayatta kalmasını ve yaşayabilirliğini etkileyebilir15. Her iki parametre de, kültürü önceden uyarlamak ve sprey kurutma koşullarını (giriş ve çıkış sıcaklıkları, atomizasyon işlemi) ve kapsülleme bileşimi 8,14,16,17,18'i optimize etmek için kültür yaşının ve koşullarının etkilerini belirleyerek belirli bir suş için iyileştirilebilir.

Kapsülleme çözeltisinin bileşimi, olumsuz çevresel koşullara karşı koruma seviyesini tanımlayabildiği için SD sırasında da önemli bir faktördür. İnülin, Arap zamkı, maltodekstrinler ve yağsız süt, probiyotik kurutma için kapsülleyici ajanlar olarak yaygın olarak kullanılmaktadır 5,17,18,19. İnülin, güçlü bir prebiyotik aktivite gösteren ve bağırsak sağlığını destekleyen bir fruktooligosakkarittir19. Yağsız süt, kurutulmuş bakteri hücrelerinin canlılığını korumada çok etkilidir ve iyi sulandırma özelliklerine sahip bir toz üretir17.

Lactiplantibacillus paraplantarum FT-259, bakteriyosin üreten ve probiyotik özelliklerin yanı sıra antilisteriyal aktivite gösteren bir laktik asit bakterisidir20,21. 15 °C'den 37 °C'ye kadar büyüyen, fakültatif heterofermentatif çubuk şeklinde Gram-pozitif bir bakteridir.20 ve homeostatik vücut ısısı ile uyumludur. Bu çalışma, spreyle kurutulmuş bir probiyotiğin (L. paraplantarum FT-259) üretimi ve fizikokimyasal karakterizasyonunda yer alan tüm adımları sunmayı ve koruyucuların ve kurutma sıcaklıklarının etkisini değerlendirmeyi amaçlamıştır.

Protokol

1. Probiyotik hücrelerin üretimi

  1. De Man Rogosa ve Sharpe (MRS) et suyu hazırlayın.
  2. MRS suyuna ilgi duyan kültürün% 1'ini (v / v) yeniden aktive edin (burada Lactiplantibacillus paraplantarum FT-259 kullanılmıştır).
  3. Yeterli bir sıcaklıkta 24 saat inkübe edin (37 ° C kullandık).

2. Bakterileri kültürden ayırın

  1. 50 mL konik tüpler kullanarak bakteri kültürünü 7.197 x g'de 4 ° C'de 5 dakika boyunca santrifüj edin. İşlemden önce tüplerin ağırlığının dengelenmesi önemlidir.
  2. Bir pipet kullanarak, süpernatanı çıkarın ve uygun bir kaba atın. Peletleri bir fosfat tamponu (pH 7) ile yıkayın ve çözeltiyi homojenize edin.
  3. Santrifüjleme işlemini daha önce belirtildiği gibi tekrarlayın.
  4. Pelet elde etmek için, süpernatantı uygun bir kapta çıkarmak ve atmak için bir pipet kullanın.

3. Kurutma yardımcılarının eklenmesi

  1. İki kurutma yardımcısı bileşiminin (koruyucular) kombinasyonunu seçin: inülin:maltodekstrin karışımı ve simüle edilmiş yağsız süt (Tablo 1)22,23.
  2. İlk koruyucu kombinasyonunu elde etmek için 5 g inülin ve 5 g maltodekstrin tartın.
  3. İkinci koruyucu kombinasyonunu elde etmek için 3 g inülin, 3 g laktoz, 0.4 g kolloidal SiO2 ve 3.6 g peynir altı suyu proteini tartın.
  4. Kurutma yardımcılarının her birini ultra saf suya (1:10) ekleyin ve çözünene kadar manyetik karıştırmaya bırakın.
  5. Koruyucuların ve suyun homojen olduğundan emin olun, ardından probiyotik topaklarını karışıma ekleyin ve 20 dakika boyunca orta derecede karıştırın.
Kurutma yardımcılarıİnülin ve maltodekstrinSimüle edilmiş yağsız süt
Maltodekstrin5%-
Peynir altı suyu proteini-3.60%
Laktoz-3%
İnülin5%3%
Kolloidal SiO2-0.40%

Tablo 1: Kurutma yardımcılarının bileşimi.

4. Sprey kurutma

  1. Sprey kurutucuyu (SD) açın ve kurutma gazı akış hızını, giriş kurutma sıcaklığını ve atomizer gazı akış hızını ve basıncını aşağıdaki gibi ayarlayın:
    Giriş sıcaklığı: 80 °C
    Hava akışı: 60 m³/h
    İlerleme hızı: 4 g/dak
    Atomizasyon akışı: 17 L/dk
    Atomizasyon basıncı: 1.5 kgf/cm²
    Atomizer nozulunun çapı: 1 mm
  2. Koruyucu bileşimini hazırlayın ve konsantre probiyotik peletleri ekleyin.
  3. Probiyotik bileşimin (hücreler artı koruyucular) beslenmesini peristaltik bir pompadan başlatın.
  4. Zamanlayıcıyı başlatın ve çözelti atomizöre girdiğinde ürün toplama kabını yerleştirin.
  5. Olası sıcaklık dengesizliklerini izlemek için çıkış sıcaklığını her 5 dakikada bir kaydedin.
  6. Tüm probiyotik bileşim SD'ye beslendiğinde zamanlayıcıyı durdurun.
  7. Kurutucudaki bir kütle terazisi aracılığıyla kurutma verimini (geri kazanılan ürün) hesaplamak için sisteme beslenen bileşim miktarını ve toplanan kuru ürün miktarını belirlemek için ürün toplama kabını tartın.
  8. Beş farklı sprey kurutma sıcaklığı (80 °C, 100 °C, 120 °C, 140 °C ve 160 °C'ye karşılık 59 °C, 70 °C, 83 °C, 96 °C ve 108 °C çıkış sıcaklıklarına kıyasla) ayarlayarak sıcaklığın probiyotik hücrelerin canlılığı üzerindeki etkisini değerlendirmek için simüle edilmiş yağsız süt kullanın.

5. Toz karakterizasyonu

  1. Ürünün nem içeriği
    1. Kurutulmuş ürünün 100 mg'ını hassas bir şekilde tartın ve Karl-Fischer ekipmanının titrasyon kabına yerleştirin.
    2. Numunede bulunan suyun bi-amperometrik titrasyonunu başlatmak için başlatma düğmesine basın.
  2. Su aktivitesi
    1. Higrometrenin numune bölmesinde kurutulmuş ürünün 0,6 g'ını 25 °C'de tartın.
    2. Ekipman kapağını kapatın.
      NOT: Test otomatik olarak başlayacak ve numune numune bölmesi içindeki denge buharı basıncına ulaştığında duracaktır.

6. Probiyotik canlılık

  1. Önceden hazırlanmış bakteriyel süspansiyonları 9 mL pepton suyunda (% 0.1, v / v) seyreltin.
  2. Tam dağılana kadar vorteks.
  3. 9 mL tuzlu su çözeltisinde (% 0.9 NaCl) seri ondalık seyreltmeler (1:10) gerçekleştirin.
  4. Seyreltmeleri MRS agar plakalarına tohumlayın ve 24-48 saat boyunca 37 ° C'de inkübe edin.
  5. Büyüteçli bir koloni sayacı kullanarak koloni oluşturan birimleri (CFU / g) sayın.
  6. Kurutulmuş üründeki probiyotik canlılığı aşağıdaki denkleme göre hesaplayın:
    EE (%) = (N∕N o) × 100
    burada N, sprey kurutmadan sonra canlı hücrelerin sayısıdır ve No, sprey kurutmadan önceki bakteri hücrelerinin sayısıdır.
  7. Ürün dispersiyonunun CFU / g'sindeki canlı hücrelerin sayısını ifade edin.

7. Veri analizi

  1. Elde edilen verileri istatistiksel yazılımda tablolaştırın ve çoklu karşılaştırma testi (ANOVA) kullanarak analizi gerçekleştirin.

Sonuçlar

Bu çalışmada, L. paraplantarum, gıda sınıfı kapsülleyici ajanlar (inülin: maltodekstrin ve simüle edilmiş süt tozu) kullanılarak SD ile kapsüllenmiş, bakteriyel hücre canlılığının korunmasında yüksek ürün kalitesi ve etkinliği gösterilmiştir17,19.

80 ° C'de probiyotiklerin SD'sinin sonuçları, farklı koruyucu sistemlerin (inülin: maltodekstrin ve simüle edilmiş yağsız süt), probiyotik hücr...

Tartışmalar

L. paraplantarum FT-259, Gram-pozitif, çubuk şeklinde bir bakteridir, antilisteriyal aktiviteye sahip bir bakteriyosin üreticisidir ve yüksek probiyotik potansiyeline sahiptir20. Son ve ark.24 daha önce L. paraplantarum suşlarının immünostimülan ve antioksidan kapasitesini göstermiştir. Ayrıca, yapay mide ve safra koşullarında stabilite, antibiyotiklere duyarlılık ve bağırsak hücrelerine bağlanma gibi özellikleri ile büyük probiyoti...

Açıklamalar

Yazarların beyan edecekleri çıkar çatışmaları yoktur.

Teşekkürler

Bu çalışma kısmen Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Finance Code 001 tarafından finanse edilmiştir. Bu çalışma kısmen FAPESP - São Paulo Araştırma Vakfı tarafından da desteklenmiştir. E.C.P.D.M., Ulusal Bilimsel ve Teknolojik Kalkınma Konseyi (CNPq) 306330/2019-9'dan bir Araştırmacı Bursu için minnettardır.

Malzemeler

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

Referanslar

  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).

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

JoVE de Bu AySay 194Mikrokaps llemeprobiyotiklerprebiyotiklersprey kurutma

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Bize Ulaşın

KÜTÜPHANEYE TAVSİYE ET

JoVE HABER BÜLTENLERİ

Araştırma

Eğitim

Yazarlar

Kütüphaneciler

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır