프로바이오틱스 박테리아의 분무 건조를 위한 공정 개발 및 제품 품질 평가
Summary
이 프로토콜은 분무 건조 프로바이오틱 제품의 생산 및 물리화학적 특성 분석과 관련된 단계를 자세히 설명합니다.
Abstract
프로바이오틱스와 프리바이오틱스는 건강상의 이점으로 인해 식품 및 제약 산업에 큰 관심을 받고 있습니다. 프로바이오틱스는 인간과 동물의 웰빙에 유익한 효과를 줄 수 있는 살아있는 박테리아이며, 프리바이오틱스는 유익한 장내 세균에 영양을 공급하는 영양소 유형입니다. 분말 프로바이오틱스는 섭취의 용이성과 실용성으로 인해 인기를 얻었으며 식품 보충제로 식단에 통합되었습니다. 그러나 고온은 프로바이오틱 박테리아를 비활성화하기 때문에 건조 과정은 세포 생존을 방해합니다. 이러한 맥락에서 이 연구는 분무 건조 프로바이오틱스의 생산 및 물리화학적 특성화와 관련된 모든 단계를 제시하고 분말 수율 및 세포 생존율을 증가시키는 데 있어 보호제(모의 탈지유 및 이눌린:말토덱스트린 연관성) 및 건조 온도의 영향을 평가하는 것을 목표로 했습니다. 그 결과 모의 탈지유가 80°C에서 더 높은 프로바이오틱 생존율을 촉진하는 것으로 나타났습니다. 이 보호제를 사용하면 입구 온도가 증가하는 한 프로바이오틱 생존력, 수분 함량 및 수분 활성도(Aw)가 감소합니다. 프로바이오틱스의 생존력은 건조 온도에 따라 반대로 감소합니다. 120°C에 가까운 온도에서 건조된 프로바이오틱은 약 90%의 생존력, 4.6% w/w의 수분 함량 및 0.26의 Aw를 나타냈습니다. 제품 안정성을 보장하기에 적합한 값. 이러한 맥락에서 120°C 이상의 분무 건조 온도는 분말 제제에서 미생물 세포의 생존력과 저장 수명, 식품 가공 및 보관 중 생존을 보장하기 위해 필요합니다.
Introduction
프로바이오틱스(probiotics)로 정의되기 위해서는, 식품(또는 보충제)에 첨가된 미생물은 산 채로 섭취되어야 하고, 숙주의 위장관을 통과하는 동안 생존할 수 있어야 하며, 유익한 효과를 발휘할 수 있는 적절한 양으로 작용 부위에 도달해야 한다 1,2,7.
프로바이오틱스에 대한 관심이 높아지는 이유는 면역 체계의 자극, 혈청 콜레스테롤 수치 감소, 유해 미생물에 대한 작용으로 인한 장 장벽 기능 향상과 같은 인체 건강에 대한 여러 가지 이점과 과민성 대장 증후군 치료에 유익한 효과 때문입니다. 그 중에서도 2,3. 또한 여러 연구에서 프로바이오틱스가 불균형한 미생물 군집이 전염병을 유발할 수 있는 인체의 다른 부분에 긍정적인 영향을 미칠 수 있음이 입증되었습니다 3,4,5.
프로바이오틱스가 치료 효과를 발휘하려면 섭취 시점에 10 6-107 CFU/g의 박테리아가 함유되어 있어야 한다6. 한편, 이탈리아 캐나다 보건보건부(Ministry of Health and Health Canada)는 식품에 함유된 프로바이오틱스의 최소 함량은 하루 또는 1회 제공량당 생존 가능한 세포 109 CFU/g이어야 한다고 규정했다7. 유익한 효과를 보장하기 위해 많은 양의 프로바이오틱스가 필요하다는 점을 고려할 때 가공, 보관 및 위장관(GI) 통과 중 생존을 보장하는 것이 필수적입니다. 여러 연구에서 마이크로캡슐화가 프로바이오틱스의 전반적인 생존력을 향상시키는 효과적인 방법임이 입증되었다 8,9,10,11.
이러한 맥락에서, 프로바이오틱스의 마이크로캡슐화를 위한 몇 가지 방법, 예컨대 분무 건조, 동결 건조, 분무 냉각, 에멀젼, 압출, 코아세르베이션, 및 보다 최근에는 유동층11,12,13,14이 개발되었다. 분무 건조(SD)에 의한 마이크로 캡슐화는 간단하고 빠르며 재현 가능한 공정이기 때문에 식품 산업에서 널리 사용됩니다. 스케일 업이 쉽고 낮은 에너지 요구 사항11,12,13,14에서 높은 생산 수율을 가지고 있습니다. 그럼에도 불구하고, 고온 및 낮은 수분 함량에 대한 노출은 프로바이오틱 세포의 생존 및 생존력에 영향을 미칠 수 있다15. 두 파라미터 모두 배양 연령 및 조건의 효과를 결정함으로써 주어진 균주에 대해 개선될 수 있으며, 배양물을 예비적응시키고 분무 건조 조건(입구 및 출구 온도, 분무 공정) 및 캡슐화 조성물(8,14,16,17,18)을 최적화할 수 있다.
캡슐화 용액의 조성은 또한 불리한 환경 조건에 대한 보호 수준을 정의할 수 있기 때문에 SD 동안 중요한 요소입니다. 이눌린, 아라비아 검, 말토덱스트린, 탈지유는 프로바이오틱 건조를 위한 캡슐화제로 널리 사용된다 5,17,18,19. 이눌린은 강력한 프리바이오틱 활성을 나타내고 장 건강을 증진하는 프락토올리고당이다19. 탈지유는 건조된 박테리아 세포의 생존력을 유지하는 데 매우 효과적이며 재구성 특성이 좋은 분말을 생성한다17.
락티플란티바실러스 파라플란타룸 (Lactiplantibacillus paraplantarum) FT-259는 박테리오신을 생성하고 프로바이오틱 특성20,21 외에 항리스테리알 활성을 나타내는 젖산 박테리아입니다. 15 °C에서 37 °C20까지 자라는 통성 이종 발효 막대 모양의 그람 양성균으로 항상성 체온과 호환됩니다. 이 연구는 분무 건조 프로바이오틱스(L. paraplantarum FT-259)의 생산 및 물리화학적 특성화와 관련된 모든 단계를 제시하고 보호제 및 건조 온도의 영향을 평가하는 것을 목표로 했습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
L. 파라 플 란타 룸 FT-259는 그람 양성 막대 모양의 박테리아로 항리스테리아 활성을 가진 박테리오신의 생산자이며 프로바이오틱스 잠재력이 높다20. Son et al.24 는 이전에 L. paraplantarum 균주의 면역 자극제 및 항산화 능력을 입증했습니다. 게다가, 그들은 인공 위 및 담즙 상태에서의 안정성, 항생제에 대한 감수성, 장 세포에 대한 결합과 같은 특성?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구는 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES) – Finance Code 001에서 부분적으로 자금을 지원했습니다. 이 연구는 또한 FAPESP – São Paulo Research Foundation에 의해 부분적으로 지원되었습니다. E.C.P.D.M.은 CNPq(National Council for Scientific and Technological Development) 306330/2019-9의 연구원 펠로우십에 감사드립니다.
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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