Sviluppo di processi per l'essiccazione a spruzzo di batteri probiotici e valutazione della qualità del prodotto

Summary

Questo protocollo descrive in dettaglio le fasi coinvolte nella produzione e nella caratterizzazione fisico-chimica di un prodotto probiotico essiccato a spruzzo.

Abstract

I probiotici e i prebiotici sono di grande interesse per le industrie alimentari e farmaceutiche a causa dei loro benefici per la salute. I probiotici sono batteri vivi che possono conferire effetti benefici sul benessere umano e animale, mentre i prebiotici sono tipi di nutrienti che alimentano i batteri intestinali benefici. I probiotici in polvere hanno guadagnato popolarità grazie alla facilità e alla praticità della loro ingestione e incorporazione nella dieta come integratore alimentare. Tuttavia, il processo di essiccazione interferisce con la vitalità cellulare poiché le alte temperature inattivano i batteri probiotici. In questo contesto, questo studio mirava a presentare tutte le fasi coinvolte nella produzione e caratterizzazione fisico-chimica di un probiotico spray-dried e valutare l’influenza dei protettori (associazione simulata latte scremato e inulina:maltodestrina) e le temperature di essiccazione nell’aumentare la resa in polvere e la vitalità cellulare. I risultati hanno mostrato che il latte scremato simulato ha promosso una maggiore vitalità probiotica a 80 ° C. Con questo protettivo, la vitalità probiotica, il contenuto di umidità e l’attività dell’acqua (Aw) si riducono finché aumenta la temperatura di ingresso. La vitalità dei probiotici diminuisce inversamente con la temperatura di essiccazione. A temperature vicine a 120 ° C, il probiotico essiccato ha mostrato una vitalità intorno al 90%, un contenuto di umidità del 4,6% p / p e un Aw di 0,26; valori adeguati a garantire la stabilità del prodotto. In questo contesto, sono necessarie temperature di essiccazione a spruzzo superiori a 120 °C per garantire la vitalità e la durata di conservazione delle cellule microbiche nella preparazione in polvere e la sopravvivenza durante la lavorazione e la conservazione degli alimenti.

Introduction

Per essere definiti probiotici, i microrganismi aggiunti agli alimenti (o integratori) devono essere consumati vivi, essere in grado di sopravvivere durante il passaggio nel tratto gastrointestinale dell’ospite e raggiungere il sito di azione in quantità adeguate per esercitare effetti benefici ^1,2,7.

Il crescente interesse per i probiotici è dovuto ai numerosi benefici per la salute umana che conferiscono, come la stimolazione del sistema immunitario, la riduzione dei livelli sierici di colesterolo e il potenziamento della funzione di barriera intestinale agendo contro i microbi dannosi, nonché i loro effetti benefici nel trattamento della sindrome dell’intestino irritabile, tra gli altri ^2,3. Inoltre, diversi studi hanno dimostrato che i probiotici possono influenzare positivamente altre parti del corpo umano in cui comunità microbiche squilibrate possono causare malattie infettive ^3,4,5.

Affinché i probiotici siano terapeuticamente efficaci, il prodotto deve contenere tra 10 6-10⁷ CFU / g di batteri al momento del consumo⁶. D’altra parte, il Ministero della Salute italiano e della Salute del Canada ha stabilito che il livello minimo di probiotici negli alimenti dovrebbe essere di 10⁹ CFU/g di cellule vitali al giorno o per porzione, rispettivamente⁷. Considerando che sono necessari carichi elevati di probiotici per garantire che avranno effetti benefici, è essenziale garantire la loro sopravvivenza durante la lavorazione, la conservazione a scaffale e il passaggio attraverso il tratto gastrointestinale (GI). Diversi studi hanno dimostrato che la microincapsulazione è un metodo efficace per migliorare la vitalità complessiva dei probiotici 8,9,10,11.

In questo contesto, sono stati sviluppati diversi metodi per la microincapsulazione dei probiotici, come spray-drying, liofilizzazione, spray-chilling, emulsione, estrusione, coacervazione e, più recentemente, letti fluidizzati^11,12,13,14. La microincapsulazione mediante essiccazione a spruzzo (SD) è ampiamente utilizzata nell’industria alimentare perché è un processo semplice, veloce e riproducibile. È facile da scalare e ha un alto rendimento produttivo a basso fabbisogno energetico^11,12,13,14. Tuttavia, l’esposizione alle alte temperature e al basso contenuto di umidità può influenzare la sopravvivenza e la vitalità delle cellule probiotiche¹⁵. Entrambi i parametri possono essere migliorati per un dato ceppo determinando gli effetti dell’età e delle condizioni di coltura per pre-adattare la coltura e ottimizzare le condizioni di essiccazione a spruzzo (temperature di ingresso e uscita, processo di atomizzazione) e la composizione incapsulante 8,14,16,17,18.

Anche la composizione della soluzione incapsulante è un fattore importante durante la SD in quanto può definire il livello di protezione contro condizioni ambientali avverse. Inulina, gomma arabica, maltodestrine e latte scremato sono ampiamente usati come agenti incapsulanti per l’essiccazione probiotica 5,17,18,19. L’inulina è un fruttooligosaccaride che presenta una forte attività prebiotica e promuove la salute intestinale¹⁹. Il latte scremato è molto efficace nel mantenere la vitalità delle cellule batteriche essiccate e genera una polvere con buone proprietà di ricostituzione¹⁷.

Lactiplantibacillus paraplantarum FT-259 è un batterio dell’acido lattico che produce batteriocin e presenta attività antilisteriale, oltre ai tratti probiotici^20,21. È un batterio Gram-positivo eterofermentativo facoltativo a forma di bastoncino che cresce da 15 °C a 37 °C²⁰ ed è compatibile con la temperatura corporea omeostatica. Questo studio mirava a presentare tutte le fasi coinvolte nella produzione e caratterizzazione fisico-chimica di un probiotico spray-dried (L. paraplantarum FT-259) e valutare l’influenza dei protettori e le temperature di essiccazione.

Protocol

1. Produzione delle cellule probiotiche Preparare il brodo De Man Rogosa e Sharpe (MRS). Riattivare l’1% (v/v) della coltura di interesse nel brodo MRS (qui è stato utilizzato Lactiplantibacillus paraplantarum FT-259). Incubare per 24 ore ad una temperatura adeguata (abbiamo usato 37 °C). 2. Separare i batteri dalla coltura Centrifugare la coltura batterica a 7.197 x g per 5 minuti a 4 °C utili…

Representative Results

In questo studio, L. paraplantarum è stato incapsulato da SD utilizzando agenti incapsulanti per uso alimentare (inulina: maltodestrina e latte in polvere simulato), dimostrando un’elevata qualità del prodotto ed efficacia nel preservare la vitalità cellulare batterica17,19. I risultati della SD dei probiotici a 80 °C hanno mostrato che i distinti sistemi protettivi (inulina: maltodestrina e latte scremato simulato) hanno …

Discussion

L. paraplantarum FT-259 è un batterio Gram-positivo, a forma di bastoncello, è un produttore di batteriocine con attività antilisteriale e ha un alto potenziale probiotico²⁰. Son et ^al.24 hanno precedentemente dimostrato la capacità immunostimolante e antiossidante dei ceppi di L. paraplantarum. Inoltre, hanno un grande potenziale probiotico, con proprietà come la stabilità in condizioni gastriche e biliari artificiali, la suscettibilità agli antibi…

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