Desenvolvimento de processos para spray-drying de bactérias probióticas e avaliação da qualidade do produto
Summary
Este protocolo detalha as etapas envolvidas na produção e caracterização físico-química de um produto probiótico seco por pulverização.
Abstract
Probióticos e prebióticos são de grande interesse para as indústrias alimentícia e farmacêutica devido aos seus benefícios para a saúde. Os probióticos são bactérias vivas que podem conferir efeitos benéficos ao bem-estar humano e animal, enquanto os prebióticos são tipos de nutrientes que alimentam as bactérias benéficas do intestino. Os probióticos em pó ganharam popularidade devido à facilidade e praticidade de sua ingestão e incorporação à dieta como suplemento alimentar. No entanto, o processo de secagem interfere na viabilidade celular, uma vez que altas temperaturas inativam bactérias probióticas. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo apresentar todas as etapas envolvidas na produção e caracterização físico-química de um probiótico spray-dried e avaliar a influência dos protetores (leite desnatado simulado e associação inulina:maltodextrina) e das temperaturas de secagem no aumento do rendimento do pó e da viabilidade celular. Os resultados mostraram que o leite desnatado simulado promoveu maior viabilidade probiótica a 80 °C. Com esse protetor, a viabilidade do probiótico, o teor de umidade e a atividade de água (Aw) diminuem enquanto a temperatura de entrada aumenta. A viabilidade dos probióticos diminui inversamente com a temperatura de secagem. Em temperaturas próximas a 120 °C, o probiótico seco apresentou viabilidade em torno de 90%, teor de água de 4,6% p/p e Aw de 0,26; valores adequados para garantir a estabilidade do produto. Neste contexto, temperaturas de secagem por pulverização acima de 120 °C são necessárias para garantir a viabilidade e a vida útil das células microbianas na preparação em pó e a sobrevivência durante o processamento e armazenamento de alimentos.
Introduction
Para serem definidos como probióticos, os microrganismos adicionados aos alimentos (ou suplementos) devem ser consumidos vivos, ser capazes de sobreviver durante a passagem no trato gastrintestinal do hospedeiro e atingir o local de ação em quantidades adequadas para exercer efeitos benéficos 1,2,7.
O crescente interesse nos probióticos deve-se aos diversos benefícios à saúde humana que conferem, como a estimulação do sistema imunológico, a redução dos níveis séricos de colesterol e o aumento da função de barreira intestinal por atuar contra micróbios nocivos, bem como seus efeitos benéficos no tratamento da síndrome do intestino irritável, entre outros 2,3. Além disso, vários estudos têm demonstrado que os probióticos podem afetar positivamente outras partes do corpo humano, onde comunidades microbianas desequilibradas podem causar doenças infecciosas 3,4,5.
Para que os probióticos sejam terapeuticamente eficazes, o produto deve conter entre 10 6-107 UFC/g de bactérias no momento do consumo6. Por outro lado, o Ministério da Saúde italiano e o Canadá estabeleceram que o nível mínimo de probióticos nos alimentos deve ser de 10a 9 UFC/g de células viáveis por dia ou por porção, respectivamente7. Considerando que altas cargas de probióticos são necessárias para garantir que eles terão efeitos benéficos, é essencial garantir sua sobrevivência durante o processamento, armazenamento de prateleira e passagem pelo trato gastrointestinal (GI). Vários estudos têm demonstrado que a microencapsulação é um método eficaz para melhorar a viabilidade global dos probióticos 8,9,10,11.
Nesse contexto, vários métodos têm sido desenvolvidos para a microencapsulação de probióticos, como spray-drying, liofilização, spray-chilling, emulsão, extrusão, coacervação e, mais recentemente, leitos fluidizados11,12,13,14. A microencapsulação por spray-drying (SD) é amplamente utilizada na indústria alimentícia por ser um processo simples, rápido e reprodutível. É de fácil escalonamento, com alto rendimento de produção e baixa demanda energética11,12,13,14. No entanto, a exposição a altas temperaturas e baixo teor de umidade pode afetar a sobrevivência e a viabilidade das células probióticas15. Ambos os parâmetros podem ser melhorados para uma determinada linhagem, determinando-se os efeitos da idade e das condições de pré-adaptação da cultura e otimização das condições de spray-drying (temperaturas de entrada e saída, processo de atomização) e da composição encapsulante 8,14,16,17,18.
A composição da solução encapsulante também é um fator importante durante a SD, pois pode definir o nível de proteção contra condições ambientais adversas. Inulina, goma arábica, maltodextrinas e leite desnatado são amplamente utilizados como agentes encapsulantes para secagem de probióticos 5,17,18,19. A inulina é um frutooligossacarídeo que apresenta forte atividade prebiótica e promove a saúde intestinal19. O leite desnatado é muito eficaz na manutenção da viabilidade das células bacterianas secas e gera um pó com boas propriedades de reconstituição17.
Lactiplantibacillus paraplantarum O FT-259 é uma bactéria do ácido lático que produz bacteriocina e apresenta atividade antilisterial e características probióticas20,21. É uma bactéria Gram-positiva heterofermentativa facultativa em forma de bastonete que cresce de 15 °C a 37 °C20 e é compatível com a temperatura corporal homeostática. Este trabalho teve como objetivo apresentar todas as etapas envolvidas na produção e caracterização físico-química de um probiótico spray-dried (L. paraplantarum FT-259) e avaliar a influência dos protetores e das temperaturas de secagem.
Protocol
Representative Results
Discussion
L. paraplantarum A FT-259 é uma bactéria Gram-positiva, em forma de bastonete, produtora de bacteriocinas com atividade antilisterial e com alto potencial probiótico20. Son et al.24 demonstraram previamente a capacidade imunoestimulante e antioxidante de cepas de L. paraplantarum. Além disso, possuem grande potencial probiótico, com propriedades como estabilidade em condições gástricas e biliares artificiais, suscetibilidade a antibióticos e liga?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
O presente estudo foi financiado em parte pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES) – Código 001. Este estudo também foi parcialmente financiado pela FAPESP – Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo. A E.C.P.D.M. agradece a Bolsa de Pesquisador do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) 306330/2019-9.
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 |
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