Procesudvikling til spraytørring af probiotiske bakterier og evaluering af produktkvalitet

Summary

Denne protokol beskriver de trin, der er involveret i produktion og fysisk-kemisk karakterisering af en spraytørret probiotiske produkt.

Abstract

Probiotika og præbiotika er af stor interesse for fødevare- og medicinalindustrien på grund af deres sundhedsmæssige fordele. Probiotika er levende bakterier, der kan give gavnlige virkninger på menneskers og dyrs velbefindende, mens præbiotika er typer næringsstoffer, der fodrer de gavnlige tarmbakterier. Pulver probiotika har vundet popularitet på grund af den lethed og anvendelighed af deres indtagelse og inkorporering i kosten som kosttilskud. Men, tørringsprocessen forstyrrer cellens levedygtighed, da høje temperaturer inaktivere probiotiske bakterier. I denne sammenhæng havde denne undersøgelse til formål at præsentere alle de trin, der er involveret i produktion og fysisk-kemisk karakterisering af et spraytørret probiotikum og evaluere indflydelsen af beskyttelsesmidlerne (simuleret skummetmælk og inulin: maltodextrinforening) og tørringstemperaturer for at øge pulverudbyttet og cellelevedygtigheden. Resultaterne viste, at den simulerede skummetmælk fremmede højere probiotisk levedygtighed ved 80 °C. Med dette beskyttelsesmiddel reduceres probiotisk levedygtighed, fugtindhold og vandaktivitet (Aw), så længe indløbstemperaturen stiger. Probiotikas levedygtighed falder omvendt med tørretemperaturen. Ved temperaturer tæt på 120 ° C viste det tørrede probiotikum levedygtighed omkring 90%, et fugtindhold på 4,6% w / w og en Aw på 0,26; værdier, der er tilstrækkelige til at sikre produktets stabilitet. I denne forbindelse kræves der spraytørringstemperaturer over 120 °C for at sikre de mikrobielle cellers levedygtighed og holdbarhed i pulverpræparatet og overlevelse under forarbejdning og opbevaring af fødevarer.

Introduction

For at blive defineret som probiotika, mikroorganismer tilsat til fødevarer (eller kosttilskud) skal indtages levende, være i stand til at overleve under passage i mave-tarmkanalen af værten, og nå virkningsstedet i tilstrækkelige mængder til at udøve gavnlige virkninger ^1,2,7.

Den stigende interesse for probiotika skyldes de mange fordele for menneskers sundhed, de giver, såsom stimulering af immunsystemet, reduktion af serumkolesterolniveauer og forbedring af tarmbarrierefunktionen ved at virke mod skadelige mikrober samt deres gavnlige virkninger i behandlingen af irritabel tarmsyndrom, blandt andet ^2,3. Derudover har flere undersøgelser vist, at probiotika kan påvirke andre dele af menneskekroppen positivt, hvor ubalancerede mikrobielle samfund kan forårsage infektionssygdomme ^3,4,5.

For at probiotika skal være terapeutisk effektive, skal produktet indeholde mellem 10 6-10⁷ CFU / g bakterier på forbrugstidspunktet⁶. På den anden side har det italienske ministerium for sundhed og sundhed Canada fastslået, at minimumsniveauet af probiotika i fødevarer skal være 10⁹ CFU / g levedygtige celler pr. Dag eller pr. Portion, henholdsvis⁷. I betragtning af høje belastninger af probiotika er nødvendige for at garantere, at de vil have gavnlige virkninger, er det vigtigt at garantere deres overlevelse under forarbejdning, hyldeopbevaring, og passage gennem mave-tarmkanalen (GI). Flere undersøgelser har vist, at mikroindkapsling er en effektiv metode til at forbedre den samlede levedygtighed af probiotika 8,9,10,11.

I denne sammenhæng er der udviklet flere metoder til mikroindkapsling af probiotika, såsom spraytørring, frysetørring, spraykøling, emulsion, ekstrudering, koacervation og for nylig fluidiserede senge^11,12,13,14. Mikroindkapsling ved spraytørring (SD) anvendes i vid udstrækning i fødevareindustrien, fordi det er en enkel, hurtig og reproducerbar proces. Det er let at skalere op, og det har et højt produktionsudbytte ved lave energibehov^11,12,13,14. Ikke desto mindre, udsættelse for høje temperaturer og lavt fugtindhold kan påvirke overlevelsen og levedygtigheden af probiotiske celler¹⁵. Begge parametre kan forbedres for en given stamme ved at bestemme virkningerne af dyrkningens alder og betingelser for at fortilpasse kulturen og optimere spraytørringsbetingelserne (indløbs- og udløbstemperaturer, forstøvningsproces) og indkapslingssammensætningen 8,14,16,17,18.

Sammensætningen af indkapslingsopløsningen er også en vigtig faktor under SD, da den kan definere beskyttelsesniveauet mod ugunstige miljøforhold. Inulin, arabisk tyggegummi, maltodextriner, og skummetmælk er almindeligt anvendt som indkapslingsmidler til probiotiske tørring 5,17,18,19. Inulin er et fructooligosaccharid, der præsenterer en stærk præbiotisk aktivitet og fremmer tarmsundhed¹⁹. Skummetmælk er meget effektiv til at opretholde levedygtigheden af tørrede bakterieceller og genererer et pulver med gode rekonstitutionsegenskaber¹⁷.

Lactiplantibacillus paraplantarum FT-259 er en mælkesyrebakterie, der producerer bakteriocin og præsenterer antilisterial aktivitet udover probiotiske træk^20,21. Det er en fakultativ heterofermentativ stavformet grampositiv bakterie, der vokser fra 15 ° C til 37 ° C²⁰ og er kompatibel med den homeostatiske kropstemperatur. Denne undersøgelse havde til formål at præsentere alle de trin, der er involveret i produktion og fysisk-kemisk karakterisering af et spraytørret probiotikum (L. paraplantarum FT-259) og evaluere indflydelsen af beskyttelsesmidler og tørretemperaturer.

Protocol

1. Produktion af probiotiske celler Forbered De Man Rogosa og Sharpe (MRS) bouillon. Genaktiver 1% (v / v) af kulturen af interesse i MRS bouillon (her blev Lactiplantibacillus paraplantarum FT-259 brugt). Inkuber i 24 timer ved en passende temperatur (vi brugte 37 °C). 2. Adskil bakterierne fra kulturen Bakteriekulturen centrifugeres ved 7.197 x g i 5 minutter ved 4 °C med 50 ml koniske rør. D…

Representative Results

I denne undersøgelse blev L. paraplantarum indkapslet af SD ved anvendelse af indkapslingsmidler af fødevarekvalitet (inulin: maltodextrin og simuleret mælkepulver), hvilket viste høj produktkvalitet og effektivitet til bevarelse af bakteriecellelevedygtigheden17,19. Resultaterne af SD af probiotika ved 80 ° C viste, at de forskellige beskyttelsessystemer (inulin: maltodextrin og simuleret skummetmælk) fremmede effektiv …

Discussion

L. paraplantarum FT-259 er en grampositiv, stavformet bakterie, er producent af bakteriociner med antilisterial aktivitet og har et højt probiotisk potentiale²⁰. Son et ^al.24 har tidligere demonstreret immunostimulerende og antioxidant kapacitet af L. paraplantarum stammer. Desuden har de et stort probiotisk potentiale med egenskaber som stabilitet under kunstige mave- og galdeforhold, modtagelighed for antibiotika og binding til tarmceller. Derudover pro…

Materials

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