Name: Process Development for the Spray-Drying of Probiotic Bacteria and Evaluation of the Product Quality (Video) | JoVE
Uploaded: 2023-04-07T14:45:00
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Este estudio fue financiado en parte por la Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Finanzas 001. Este estudio también fue apoyado en parte por la FAPESP - Fundación de Investigación de São Paulo. E.C.P.D.M. agradece una beca de investigación del Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq) 306330/2019-9.

1. Producción de las células probióticas
<ol><li>Prepare el caldo De Man Rogosa y Sharpe (MRS).</li>
	<li>Reactivar el 1% (v/v) del cultivo de interés en el caldo MRS (aquí se utilizó Lactiplantibacillus paraplantarum FT-259).</li>
	<li>Incubar durante 24 h a una temperatura adecuada (utilizamos 37 °C).</li>
</ol>2. Separar las bacterias del cultivo
<ol><li>Centrifugar el cultivo bacteriano a 7.197 x g durante 5 min a 4 °C utilizando ...

Optimizing Spray-Dried Probiotic Product Quality Through Process Development

<ol>
	<li>Food and Agricultural Organization of the United Nations and World Health Organization. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probiotics+in+food:+Health+and+nutritional+properties+and+guidelines+for+evaluation.+FAO+Food+and+Nutrition+Paper+85.">Probiotics in food: Health and nutritional properties and guidelines for evaluation. FAO Food and Nutrition Paper 85.</a> Food and Agricultural Organization. , (2006).</li><li>Sharma, R., Rashidinejad, A., Jafari, S. 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P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standardisation+of+herbal+extracts+by+drying+technologies.">Standardisation of herbal extracts by drying technologies.</a> Phytotechnology:A Sustainable Platform for the Development of Herbal Products. , 105-140 (2021).</li><li>Burgain, J., Gaiani, C., Linder, M., Scher, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Encapsulation+of+probiotic+living+cells:+From+laboratory+scale+to+industrial+applications.">Encapsulation of probiotic living cells: From laboratory scale to industrial applications.</a> Journal of Food Engineering. 104 (4), 467-483 (2011).</li><li>Boza, Y., Barbin, D., Scamparini, A. R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Survival+of+Beijerinckia+sp.+microencapsulated+in+carbohydrates+by+spray-drying.">Survival of Beijerinckia sp. microencapsulated in carbohydrates by spray-drying.</a> Journal of Microencapsulation. 21 (1), 15-24 (2004).</li><li>De Castro-Cislaghi, F. P., dos Reis e Silva, C., Fritzen-Freir, C. B., Lorenz, J. G., Sant’Anna, E. 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D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Producing+powders+containing+active+dry+probiotics+with+the+aid+of+spray+drying.">Producing powders containing active dry probiotics with the aid of spray drying.</a> Advances in Food and Nutrition Research. 85, 211-262 (2018).</li><li>Barbosa, J., Teixeira, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+probiotic+fruit+juice+powders+by+spray-drying:+A+review.">Development of probiotic fruit juice powders by spray-drying: A review.</a> Food Reviews International. 33 (4), 335-358 (2017).</li><li>Waterhouse, G. I. 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C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cholesterol-lowering+effects+of+a+putative+probiotic+strain+Lactobacillus+plantarum+EM+isolated+from+kimchi.">Cholesterol-lowering effects of a putative probiotic strain Lactobacillus plantarum EM isolated from kimchi.</a> LWT- Food Science and Technology. 62 (1), 210-217 (2015).</li><li>Kiep&#347;, J., Dembczy&#324;ski, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+trends+in+the+production+of+probiotic+formulations.">Current trends in the production of probiotic formulations.</a> Foods. 11 (15), 2330 (2022).</li><li>Kiekens, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+spray-drying+on+the+pili+of+Lactobacillus+rhamnosus+GG.">Impact of spray-drying on the pili of Lactobacillus rhamnosus GG.</a> Microbial Biotechnology. 12 (5), 849-855 (2019).</li><li>Huang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spray+drying+of+probiotics+and+other+food-grade+bacteria:+A+review.">Spray drying of probiotics and other food-grade bacteria: A review.</a> Trends in Food Science and Technology. 63, 1-17 (2017).</li><li>Wang, N., Fu, N., Chen, X. 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N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emerging+technologies+and+coating+materials+for+improved+probiotication+in+food+products:+A+review.">Emerging technologies and coating materials for improved probiotication in food products: A review.</a> Food and BioprocessTechnology. 15 (5), 998-1039 (2022).</li><li>Martins, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+ideal+water+activity+and+powder+temperature+after+spray+drying+to+reduce+Lactococcus+lactis+cell+viability+loss.">Determination of ideal water activity and powder temperature after spray drying to reduce Lactococcus lactis cell viability loss.</a> Journal of Dairy Science. 102 (7), 6013-6022 (2019).</li><li>Vock, S., Kl&#246;den, B., Kirchner, A., Wei&#223;g&#228;rber, T., Kieback, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Powders+for+powder+bed+fusion:+A+review.">Powders for powder bed fusion: A review.</a> Progress in Additive Manufacturing. 4, 383-397 (2019).</li></ol>

L. paraplantarum FT-259 es una bacteria Gram-positiva, en forma de bastoncillos, es un productor de bacteriocinas con actividad antilisterial y tiene un alto potencial probiótico20. Son et al.24 demostraron previamente la capacidad inmunoestimulante y antioxidante de las cepas de L. paraplantarum. Además, tienen un gran potencial probiótico, con propiedades como la estabilidad en condiciones gástricas y biliares artificiales, la susceptibilidad a los a...

Para ser definidos como probióticos, los microorganismos añadidos a los alimentos (o suplementos) tienen que ser consumidos vivos, ser capaces de sobrevivir durante el paso en el tracto gastrointestinal del huésped, y llegar al sitio de acción en cantidades adecuadas para ejercer efectos beneficiosos 1,2,7.
El creciente interés en los probióticos se debe a los varios beneficios para la salud humana que confieren, como la estimulación del sistema inmunológico, la reducción de los niveles de colesterol sérico y la mejora de la función de barrera intestinal al actuar contra los microbios dañinos, así como sus efectos beneficiosos en el tratamiento del síndrome del intestino irritable. entre otros 2,3. Además, varios estudios han demostrado que los probióticos pueden afectar positivamente a otras partes del cuerpo humano donde las comunidades microbianas desequilibradas pueden causar enfermedades infecciosas 3,4,5.
Para que los probióticos sean terapéuticamente efectivos, el producto debe contener entre 10 6-107 UFC/g de bacterias en el momento del consumo6. Por otro lado, el Ministerio de Salud italiano y el Ministerio de Salud de Canadá han establecido que el nivel mínimo de probióticos en los alimentos debe ser de 10a 9 UFC / g de células viables por día o por porción, respectivamente7. Teniendo en cuenta que se necesitan altas cargas de probióticos para garantizar que tendrán efectos beneficiosos, es esencial garantizar su supervivencia durante el procesamiento, el almacenamiento en estantería y el paso a través del tracto gastrointestinal (GI). Varios estudios han demostrado que la microencapsulación es un método eficaz para mejorar la viabilidad global de los probióticos 8,9,10,11.
En este contexto, se han desarrollado varios métodos para la microencapsulación de probióticos, como el secado por pulverización, la liofilización, el enfriamiento por pulverización, la emulsión, la extrusión, la coacervación y, más recientemente, los lechos fluidizados11,12,13,14. La microencapsulación por secado por pulverización (SD) es ampliamente utilizada en la industria alimentaria porque es un proceso simple, rápido y reproducible. Es fácil de ampliar y tiene un alto rendimiento de producción con bajos requisitos de energía11,12,13,14. Sin embargo, la exposición a altas temperaturas y bajo contenido de humedad puede afectar la supervivencia y viabilidad de las células probióticas15. Ambos parámetros pueden mejorarse para una cepa dada determinando los efectos de la edad y las condiciones de cultivo para preadaptar el cultivo y optimizar las condiciones de secado por pulverización (temperaturas de entrada y salida, proceso de atomización) y la composición encapsulante 8,14,16,17,18.
La composición de la solución encapsulante también es un factor importante durante la SD, ya que puede definir el nivel de protección contra condiciones ambientales adversas. La inulina, la goma arábiga, las maltodextrinas y la leche descremada son ampliamente utilizadas como agentes encapsulantes para el secado probiótico 5,17,18,19. La inulina es un fructooligosacárido que presenta una fuerte actividad prebiótica y promueve la salud intestinal19. La leche descremada es muy eficaz para mantener la viabilidad de las células bacterianas secas y genera un polvo con buenas propiedades de reconstitución17.
Lactiplantibacillus paraplantarum FT-259 es una bacteria del ácido láctico que produce bacteriocina y presenta actividad antilisterial, además de rasgos probióticos20,21. Es una bacteria Grampositiva heterofermentativa facultativa en forma de bastoncillo que crece de 15 °C a 37 °C20 y es compatible con la temperatura corporal homeostática. Este estudio tuvo como objetivo presentar todos los pasos involucrados en la producción y caracterización fisicoquímica de un probiótico secado por atomización (L. paraplantarum FT-259) y evaluar la influencia de los protectores y las temperaturas de secado.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Aqua Lab 4TEV</td>
			<td>Decagon Devices</td>
			<td>-</td>
			<td>Water activity meter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge (mod. 5430 R )</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>-</td>
			<td>Centrifuge</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Colloidal SiO2 (Aerosil 200)</td>
			<td>Evokik</td>
			<td>7631-86-9</td>
			<td>drying aid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fructooligosaccharides from chicory</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>9005-80-5</td>
			<td>drying aid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GraphPad Prism (version 8.0) software</td>
			<td>GraphPad Software</td>
			<td>-</td>
			<td>San Diego, California, USA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Karl Fischer 870 Titrino Plus</td>
			<td>Metrohm</td>
			<td>-</td>
			<td>Moisture content</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lactose</td>
			<td>Milkaut</td>
			<td>63-42-3&#160;</td>
			<td>drying aid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Maltodextrin</td>
			<td>Ingredion</td>
			<td>9050-36-6</td>
			<td>drying aid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Milli-Q</td>
			<td>Merk</td>
			<td>-</td>
			<td>Ultrapure water system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MRS Agar</td>
			<td>Oxoid</td>
			<td>-</td>
			<td>Culture medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MRS Broth</td>
			<td>Oxoid</td>
			<td>-</td>
			<td>Culture medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OriginPro (version 9.0) software</td>
			<td>OriginLab</td>
			<td>-</td>
			<td>Northampton, Massachusetts, USA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spray dryer SD-05</td>
			<td>Lab-Plant Ltd</td>
			<td>-</td>
			<td>Spray dryer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Whey protein</td>
			<td>Arla Foods Ingredients S.A.</td>
			<td>91082-88-1</td>
			<td>drying aid</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

process development for the spray-drying of probiotic bacteria and evaluation of the product quality

Los probióticos y prebióticos son de gran interés para las industrias alimentaria y farmacéutica debido a sus beneficios para la salud. Los probióticos son bacterias vivas que pueden conferir efectos beneficiosos sobre el bienestar humano y animal, mientras que los prebióticos son tipos de nutrientes que alimentan a las bacterias intestinales beneficiosas. Los probióticos en polvo han ganado popularidad debido a la facilidad y practicidad de su ingestión e incorporación a la dieta como complemento alimenticio. Sin embargo, el proceso de secado interfiere con la viabilidad celular ya que las altas temperaturas inactivan las bacterias probióticas. En este contexto, este estudio tuvo como objetivo presentar todos los pasos involucrados en la producción y caracterización fisicoquímica de un probiótico secado por pulverización y evaluar la influencia de los protectores (simulada leche descremada y asociación inulina:maltodextrina) y las temperaturas de secado en el aumento del rendimiento en polvo y la viabilidad celular. Los resultados mostraron que la leche descremada simulada promovió una mayor viabilidad probiótica a 80 °C. Con este protector, la viabilidad probiótica, el contenido de humedad y la actividad del agua (Aw) se reducen siempre que aumente la temperatura de entrada. La viabilidad de los probióticos disminuye a la inversa con la temperatura de secado. A temperaturas cercanas a 120 °C, el probiótico seco mostró una viabilidad de alrededor del 90%, un contenido de humedad de 4,6% p/p y un Aw de 0,26; valores adecuados para garantizar la estabilidad del producto. En este contexto, se requieren temperaturas de secado por atomización superiores a 120 °C para garantizar la viabilidad y la vida útil de las células microbianas en la preparación en polvo y la supervivencia durante el procesamiento y almacenamiento de alimentos.

Process Development for the Spray-Drying of Probiotic Bacteria and Evaluation of the Product Quality

En este estudio, L. paraplantarum fue encapsulado por SD utilizando agentes encapsulantes de grado alimenticio (inulina:maltodextrina y leche en polvo simulada), mostrando alta calidad del producto y eficacia en la preservación de la viabilidad celular bacteriana17,19.
Los resultados de la DE de probióticos a 80 °C mostraron que los distintos sistemas protectores (inulina:maltodextrina y leche descremada simulada) promovier...

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Este protocolo detalla los pasos involucrados en la producción y caracterización fisicoquímica de un producto probiótico secado por pulverización.

Desarrollo de procesos para el secado por atomización de bacterias probióticas y evaluación de la calidad del producto

Probiotics and prebiotics are of great interest to the food and pharmaceutical industries due to their health benefits. Probiotics are live bacteria that ...

En nuestro laboratorio, investigamos sobre microbios beneficiosos, incluidos los probióticos, que son microorganismos vivos que se pueden agregar a los alimentos para mejorar la salud de los consumidores, generalmente compitiendo con bacterias patógenas en el intestino para excluirlas y aliviar los síntomas, como diarrea u otros trastornos gastrointestinales. Hoy en día, se han aplicado muchas técnicas para garantizar que los probióticos sobrevivirán en los alimentos durante la vida útil. Y también, necesitaban tolerar las duras condiciones del tracto gastrointestinal para ejercer sus efectos beneficiosos dentro del intestino.Estudiamos muchas tecnologías que pueden mejorar la supervivencia de los probióticos, ya sea en los alimentos o en el huésped humano. Entre las técnicas, la microencapsulación por secado por atomización es de gran interés porque es simple, rápida y reproducible, proporcionando altos rendimientos a bajos requerimientos de energía. Sin embargo, es un desafío determinar las condiciones adecuadas para obtener probióticos secos.Y para eso, se deben elegir protectores adecuados. La leche descremada, la maltodextrina u otra inulina probiótica similar se han utilizado con diferentes cepas probióticas. El área de microencapsulación es un campo de investigación en constante evolución que tiene el potencial de impactar a la industria alimentaria al proporcionar nuevos productos para ser utilizados como ingredientes funcionales.En este estudio, demostramos cómo obtener una preparación microencapsulada de un cultivo probiótico potencial utilizando la técnica de secado por pulverización. También mostramos cómo determinar los parámetros principales para caracterizar el polvo, obtenerlo y cómo evaluar la tasa de supervivencia del probiótico.