Processutveckling för spraytorkning av probiotiska bakterier och utvärdering av produktkvalitet

Summary

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

Abstract

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.

Introduction

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 vid behandling av irritabelt tarmsyndrom, bland annat ^2,3. Dessutom har flera studier visat att probiotika kan påverka andra delar av människokroppen positivt där obalanserade mikrobiella samhällen kan orsaka infektionssjukdomar ^3,4,5.

För att probiotika ska vara terapeutiskt effektiv bör produkten innehålla mellan 10 6-10⁷ CFU/g bakterier vid tidpunkten för konsumtion⁶. Å andra sidan, det italienska ministeriet för hälsa och hälsa Kanada har fastställt att miniminivån av probiotika i livsmedel bör vara 10⁹ CFU/g av viabla celler per dag eller per portion, respektive⁷. Med tanke på höga belastningar av probiotika behövs för att garantera att de kommer att ha positiva effekter, Det är viktigt att garantera deras överlevnad under bearbetning, hylla lagring, och passage genom mag-tarmkanalen (GI). Flera studier har visat att mikroinkapsling är en effektiv metod för att förbättra den totala livskraften hos probiotika 8,9,10,11.

I detta sammanhang har flera metoder utvecklats för mikroinkapsling av probiotika, såsom spraytorkning, frystorkning, spraykylning, emulsion, extrudering, coacervation och, mer nyligen, fluidiserade bäddar^11,12,13,14. Mikroinkapsling genom spraytorkning (SD) används ofta i livsmedelsindustrin eftersom det är en enkel, snabb och reproducerbar process. Den är lätt att skala upp och har ett högt produktionsutbyte vid låga energibehov^11,12,13,14. Icke desto mindre, exponering för höga temperaturer och låg fukthalt kan påverka överlevnaden och livskraften hos probiotiska celler¹⁵. Båda parametrarna kan förbättras för en given stam genom att bestämma effekterna av kulturens ålder och förhållanden för att föranpassa kulturen och optimera spraytorkningsförhållandena (inlopps- och utloppstemperaturer, finfördelningsprocess) och inkapslingskompositionen 8,14,16,17,18.

Inkapslingslösningens sammansättning är också en viktig faktor under SD eftersom den kan definiera skyddsnivån mot ogynnsamma miljöförhållanden. Inulin, arabiskt gummi, maltodextriner och skummjölk används ofta som inkapslingsmedel för probiotisk torkning 5,17,18,19. Inulin är en fruktooligosackarid som presenterar en stark prebiotisk aktivitet och främjar tarmhälsan¹⁹. Skummjölk är mycket effektiv för att upprätthålla livskraften hos torkade bakterieceller och genererar ett pulver med goda rekonstitueringsegenskaper¹⁷.

Lactiplantibacillus paraplantarum FT-259 är en mjölksyrabakterie som producerar bakteriocin och presenterar antilisterial aktivitet, förutom probiotiska egenskaper^20,21. Det är en fakultativ heterofermentativ stavformad grampositiv bakterie som växer från 15 °C till 37 °C²⁰ och är kompatibel med den homeostatiska kroppstemperaturen. Denna studie syftade till att presentera alla steg som är involverade i produktion och fysikalisk-kemisk karakterisering av ett spraytorkat probiotikum (L. paraplantarum FT-259) och utvärdera påverkan av skyddsmedel och torkningstemperaturer.

Protocol

1. Produktion av probiotiska celler Förbered De Man Rogosa och Sharpe (MRS) buljong. Återaktivera 1% (v / v) av kulturen av intresse i MRS-buljongen (här användes Lactiplantibacillus paraplantarum FT-259). Inkubera i 24 timmar vid lämplig temperatur (vi använde 37 °C). 2. Separera bakterierna från kulturen Centrifugera bakteriekulturen vid 7,197 x g i 5 min vid 4 °C med 50 ml koniska rör…

Representative Results

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…

Discussion

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…

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