Probiyotik bakterilerin sprey kurutulması için proses geliştirme ve ürün kalitesinin değerlendirilmesi
Summary
Bu protokol, spreyle kurutulmuş bir probiyotik ürünün üretimi ve fizikokimyasal karakterizasyonunda yer alan adımları detaylandırır.
Abstract
Probiyotikler ve prebiyotikler, sağlık yararları nedeniyle gıda ve ilaç endüstrilerine büyük ilgi duymaktadır. Probiyotikler, insan ve hayvan refahı üzerinde yararlı etkiler sağlayabilen canlı bakterilerdir, prebiyotikler ise yararlı bağırsak bakterilerini besleyen besin türleridir. Toz probiyotikler, yutulmalarının ve bir gıda takviyesi olarak diyete dahil edilmelerinin kolaylığı ve pratikliği nedeniyle popülerlik kazanmıştır. Bununla birlikte, kurutma işlemi hücre canlılığına müdahale eder, çünkü yüksek sıcaklıklar probiyotik bakterileri etkisiz hale getirir. Bu bağlamda, bu çalışma, spreyle kurutulmuş bir probiyotiğin üretimi ve fizikokimyasal karakterizasyonunda yer alan tüm adımları sunmayı ve koruyucuların (simüle edilmiş yağsız süt ve inülin: maltodekstrin ilişkisi) ve kurutma sıcaklıklarının toz verimini ve hücre canlılığını arttırmadaki etkisini değerlendirmeyi amaçlamıştır. Sonuçlar, simüle edilmiş yağsız sütün 80 ° C’de daha yüksek probiyotik canlılığı desteklediğini göstermiştir. Bu koruyucu ile probiyotik canlılık, nem içeriği ve su aktivitesi (Aw), giriş sıcaklığı arttığı sürece azalır. Probiyotiklerin canlılığı, kurutma sıcaklığı ile tersine azalır. 120 ° C’ye yakın sıcaklıklarda, kurutulmuş probiyotik% 90 civarında canlılık,% 4.6 w / w nem içeriği ve% 0.26 Aw gösterdi; ürün stabilitesini garanti etmek için yeterli değerler. Bu bağlamda, mikrobiyal hücrelerin toz hazırlamada canlılığını ve raf ömrünü sağlamak ve gıda işleme ve depolama sırasında hayatta kalmak için 120 ° C’nin üzerindeki sprey kurutma sıcaklıkları gereklidir.
Introduction
Probiyotikler olarak tanımlanabilmesi için, gıdalara (veya takviyelere) eklenen mikroorganizmaların canlı olarak tüketilmesi, konağın gastrointestinal sisteminde geçiş sırasında hayatta kalabilmesi ve yararlı etkiler gösterebilmesi için etki alanına yeterli miktarda ulaşması gerekir 1,2,7.
Probiyotiklere artan ilgi, bağışıklık sisteminin uyarılması, serum kolesterol seviyelerinin düşürülmesi ve zararlı mikroplara karşı hareket ederek bağırsak bariyer fonksiyonunun iyileştirilmesi gibi insan sağlığına sağladıkları çeşitli faydaların yanı sıra irritabl bağırsak sendromunun tedavisinde yararlı etkilerinden kaynaklanmaktadır. diğerleri arasında 2,3. Ek olarak, çeşitli çalışmalar probiyotiklerin, dengesiz mikrobiyal toplulukların bulaşıcı hastalıklara neden olabileceği insan vücudunun diğer kısımlarını olumlu yönde etkileyebileceğini göstermiştir 3,4,5.
Probiyotiklerin terapötik olarak etkili olması için, ürün tüketim sırasında 10 6-107 CFU / g bakteri içermelidir6. Öte yandan, İtalya Sağlık ve Sağlık Bakanlığı Kanada, gıdalardaki minimum probiyotik seviyesinin günde 109 CFU / g canlı hücre veya porsiyon başına sırasıyla7 olması gerektiğini belirlemiştir. Yararlı etkilere sahip olacaklarını garanti etmek için yüksek miktarda probiyotik gerektiği göz önüne alındığında, işleme, raf depolama ve gastrointestinal (GI) sistemden geçiş sırasında hayatta kalmalarını garanti etmek önemlidir. Birçok çalışma, mikrokapsüllemenin probiyotiklerin genel canlılığını arttırmak için etkili bir yöntem olduğunu göstermiştir 8,9,10,11.
Bu bağlamda, probiyotiklerin mikrokapsüllenmesi için sprey kurutma, dondurarak kurutma, sprey soğutma, emülsiyon, ekstrüzyon, koaservasyon ve daha yakın zamanda akışkan yataklar11,12,13,14 gibi çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Sprey kurutma ile mikrokapsülleme (SD), basit, hızlı ve tekrarlanabilir bir işlem olduğu için gıda endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ölçeklendirilmesi kolaydır ve düşük enerji gereksinimlerinde yüksek üretim verimine sahiptir11,12,13,14. Bununla birlikte, yüksek sıcaklıklara ve düşük nem içeriğine maruz kalmak, probiyotik hücrelerin hayatta kalmasını ve yaşayabilirliğini etkileyebilir15. Her iki parametre de, kültürü önceden uyarlamak ve sprey kurutma koşullarını (giriş ve çıkış sıcaklıkları, atomizasyon işlemi) ve kapsülleme bileşimi 8,14,16,17,18’i optimize etmek için kültür yaşının ve koşullarının etkilerini belirleyerek belirli bir suş için iyileştirilebilir.
Kapsülleme çözeltisinin bileşimi, olumsuz çevresel koşullara karşı koruma seviyesini tanımlayabildiği için SD sırasında da önemli bir faktördür. İnülin, Arap zamkı, maltodekstrinler ve yağsız süt, probiyotik kurutma için kapsülleyici ajanlar olarak yaygın olarak kullanılmaktadır 5,17,18,19. İnülin, güçlü bir prebiyotik aktivite gösteren ve bağırsak sağlığını destekleyen bir fruktooligosakkarittir19. Yağsız süt, kurutulmuş bakteri hücrelerinin canlılığını korumada çok etkilidir ve iyi sulandırma özelliklerine sahip bir toz üretir17.
Lactiplantibacillus paraplantarum FT-259, bakteriyosin üreten ve probiyotik özelliklerin yanı sıra antilisteriyal aktivite gösteren bir laktik asit bakterisidir20,21. 15 °C’den 37 °C’ye kadar büyüyen, fakültatif heterofermentatif çubuk şeklinde Gram-pozitif bir bakteridir.20 ve homeostatik vücut ısısı ile uyumludur. Bu çalışma, spreyle kurutulmuş bir probiyotiğin (L. paraplantarum FT-259) üretimi ve fizikokimyasal karakterizasyonunda yer alan tüm adımları sunmayı ve koruyucuların ve kurutma sıcaklıklarının etkisini değerlendirmeyi amaçlamıştır.
Protocol
Representative Results
Discussion
L. paraplantarum FT-259, Gram-pozitif, çubuk şeklinde bir bakteridir, antilisteriyal aktiviteye sahip bir bakteriyosin üreticisidir ve yüksek probiyotik potansiyeline sahiptir20. Son ve ark.24 daha önce L. paraplantarum suşlarının immünostimülan ve antioksidan kapasitesini göstermiştir. Ayrıca, yapay mide ve safra koşullarında stabilite, antibiyotiklere duyarlılık ve bağırsak hücrelerine bağlanma gibi özellikleri ile büyük probiyoti…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma kısmen Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES) – Finance Code 001 tarafından finanse edilmiştir. Bu çalışma kısmen FAPESP – São Paulo Araştırma Vakfı tarafından da desteklenmiştir. E.C.P.D.M., Ulusal Bilimsel ve Teknolojik Kalkınma Konseyi (CNPq) 306330/2019-9’dan bir Araştırmacı Bursu için minnettardır.
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 |
References
- Food and Agricultural Organization of the United Nations and World Health Organization. Probiotics in food: Health and nutritional properties and guidelines for evaluation. FAO Food and Nutrition Paper 85. Food and Agricultural Organization. , (2006).
- Sharma, R., Rashidinejad, A., Jafari, S. M. Application of spray dried encapsulated probiotics in functional food formulations. Food and Bioprocess Technology. 15, 2135-2154 (2022).
- Reid, G. Probiotic use in an infectious disease setting. Expert Review of Anti-Infective Therapy. 15 (5), 449-455 (2017).
- Alvarez-Olmos, M. I., Oberhelman, R. A. Probiotic agents and infectious diseases: a modern perspective on a traditional therapy. Clinical Infectious Diseases. 32 (11), 1567-1576 (2001).
- He, X., Zhao, S., Li, Y. Faecalibacterium prausnitzii: A next-generation probiotic in gut disease improvement. Canadian Journal of Infectious Diseases and Medical Microbiology. 2021, 6666114 (2021).
- Corona-Hernandez, R. I., et al. Structural stability and viability of microencapsulated probiotic bacteria: A review. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 12 (6), 614-628 (2013).
- Hill, C., et al. The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics consensus statement on the scope and appropriate use of the term probiotic. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology. 11 (8), 506-514 (2014).
- Chávez, B. E., Ledeboer, A. M. Drying of probiotics: Optimization of formulation and process to enhance storage survival. Drying Technology. 25 (7-8), 1193-1201 (2007).
- Wang, G., Chen, Y., Xia, Y., Song, X., Ai, L. Characteristics of probiotic preparations and their applications. Foods. 11 (16), 2472 (2022).
- Baral, K. C., Bajracharya, R., Lee, S. H., Han, H. -. K. Advancements in the pharmaceutical applications of probiotics: Dosage forms and formulation technology. International Journal of Nanomedicine. 16, 7535 (2021).
- Bustamante, M., Oomah, B. D., Rubilar, M., Shene, C. Effective Lactobacillus plantarum and Bifidobacterium infantis encapsulation with chia seed (Salvia hispanica L.) and flaxseed (Linum usitatissimum L.) mucilage and soluble protein by spray drying. Food Chemistry. 216, 97-105 (2017).
- Tran, T. T. A., Nguyen, H. V. H. Effects of spray-drying temperatures and carriers on physical and antioxidant properties of lemongrass leaf extract powder. Beverages. 4 (4), 84 (2018).
- Oliveira, W. P., Oliveira, W. P. Standardisation of herbal extracts by drying technologies. Phytotechnology:A Sustainable Platform for the Development of Herbal Products. , 105-140 (2021).
- Burgain, J., Gaiani, C., Linder, M., Scher, J. Encapsulation of probiotic living cells: From laboratory scale to industrial applications. Journal of Food Engineering. 104 (4), 467-483 (2011).
- Boza, Y., Barbin, D., Scamparini, A. R. P. Survival of Beijerinckia sp. microencapsulated in carbohydrates by spray-drying. Journal of Microencapsulation. 21 (1), 15-24 (2004).
- De Castro-Cislaghi, F. P., dos Reis e Silva, C., Fritzen-Freir, C. B., Lorenz, J. G., Sant’Anna, E. S. Bifidobacterium Bb-12 micro encapsulated by spray drying with whey: survival under simulated gastrointestinal conditions, tolerance to NaCl, and viability during storage. Journal of Food Engineering. 113 (2), 186-193 (2012).
- Fu, N., Huang, S., Xiao, J., Chen, X. D. Producing powders containing active dry probiotics with the aid of spray drying. Advances in Food and Nutrition Research. 85, 211-262 (2018).
- Barbosa, J., Teixeira, P. Development of probiotic fruit juice powders by spray-drying: A review. Food Reviews International. 33 (4), 335-358 (2017).
- Waterhouse, G. I. N., Sun-Waterhouse, D., Su, G., Zhao, H., Zhao, M. Spray-drying of antioxidant-rich blueberry waste extracts; Interplay between waste pretreatments and spray-drying process. Food and Bioprocess Technology. 10 (6), 1074-1092 (2017).
- Tulini, F. L., Winkelströter, L. K., De Martinis, E. C. P. Identification and evaluation of the probiotic potential of Lactobacillus paraplantarum FT259, a bacteriocinogenic strain isolated from Brazilian semi-hard artisanal cheese. Anaerobe. 22, 57-63 (2013).
- Ribeiro, L. L. S. M., et al. Use of encapsulated lactic acid bacteria as bioprotective cultures in fresh Brazilian cheese. Brazilian Journal of Microbiology. 52 (4), 2247-2256 (2021).
- Písecký, J. . Handbook of Milk Powder Manufacture. , (2012).
- Patel, K. C., Chen, X. D., Kar, S. The temperature uniformity during air drying of a colloidal liquid droplet. Drying Technology. 23 (12), 2337-2367 (2005).
- Son, S. -. H., et al. Antioxidant and immunostimulatory effect of potential probiotic Lactobacillus paraplantarum SC61 isolated from Korean traditional fermented food, jangajji. Microbial Pathogenesis. 125, 486-492 (2018).
- Choi, E. A., Chang, H. C. Cholesterol-lowering effects of a putative probiotic strain Lactobacillus plantarum EM isolated from kimchi. LWT- Food Science and Technology. 62 (1), 210-217 (2015).
- Kiepś, J., Dembczyński, R. Current trends in the production of probiotic formulations. Foods. 11 (15), 2330 (2022).
- Kiekens, S., et al. Impact of spray-drying on the pili of Lactobacillus rhamnosus GG. Microbial Biotechnology. 12 (5), 849-855 (2019).
- Huang, S., et al. Spray drying of probiotics and other food-grade bacteria: A review. Trends in Food Science and Technology. 63, 1-17 (2017).
- Wang, N., Fu, N., Chen, X. D. The extent and mechanism of the effect of protectant material in the production of active lactic acid bacteria powder using spray drying: A review. Current Opinion in Food Science. 44, 100807 (2022).
- Broeckx, G., Vandenheuvel, D., Claes, I. J. J., Lebeer, S., Kiekens, F. Drying techniques of probiotic bacteria as an important step towards the development of novel pharmabiotics. International Journal of Pharmaceutics. 505 (1-2), 303-318 (2016).
- Zheng, X., et al. The mechanisms of the protective effects of reconstituted skim milk during convective droplet drying of lactic acid bacteria. Food Research International. 76, 478-488 (2015).
- Kolida, S., Tuohy, K., Gibson, G. R. Prebiotic effects of inulin and oligofructose. British Journal of Nutrition. 87 (S2), S193-S197 (2002).
- Teferra, T. F. Possible actions of inulin as prebiotic polysaccharide: A review. Food Frontiers. 2 (4), 407-416 (2021).
- Labuza, T. P., Altunakar, B., Barbosa-Canovas, G. V., Fontana, A. J., Schmidt, S. J., Labuza, T. P. Water activity prediction and moisture sorption isotherms. Water Activity in Foods: Fundamentals and Applications. , 161-205 (2020).
- Misra, S., Pandey, P., Mishra, H. N. Novel approaches for co-encapsulation of probiotic bacteria with bioactive compounds, their health benefits and functional food product development: A review. Trends in Food Science & Technology. 109, 340-351 (2021).
- Misra, S., Pandey, P., Dalbhagat, C. G., Mishra, H. N. Emerging technologies and coating materials for improved probiotication in food products: A review. Food and BioprocessTechnology. 15 (5), 998-1039 (2022).
- Martins, E., et al. Determination of ideal water activity and powder temperature after spray drying to reduce Lactococcus lactis cell viability loss. Journal of Dairy Science. 102 (7), 6013-6022 (2019).
- Vock, S., Klöden, B., Kirchner, A., Weißgärber, T., Kieback, B. Powders for powder bed fusion: A review. Progress in Additive Manufacturing. 4, 383-397 (2019).
