Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Biology
Click here for the English version

Biology

תהליך פיתוח לייבוש בהתזה של חיידקים פרוביוטיים והערכת איכות המוצר

Published: April 7, 2023 doi: 10.3791/65192
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 2, 2, 1, 1, 1
1Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, 2Faculdade de Farmácia, Universidade Federal De Goiás

Summary

פרוטוקול זה מפרט את השלבים הכרוכים בייצור ואפיון פיסיקוכימי של מוצר פרוביוטי מיובש בהתזה.

Abstract

פרוביוטיקה ופרה-ביוטיקה מעניינות מאוד את תעשיות המזון והתרופות בשל היתרונות הבריאותיים שלהן. חיידקים פרוביוטיים הם חיידקים חיים שיכולים להעניק השפעות מועילות על רווחת האדם ובעלי החיים, ואילו פרה-ביוטיקה היא סוג של חומרים מזינים שמזינים את חיידקי המעי המועילים. אבקת פרוביוטיקה צברה פופולריות בשל הקלות והמעשיות של בליעתם ושילובם בתזונה כתוסף מזון. עם זאת, תהליך הייבוש מפריע ליכולת הקיום של התא, שכן טמפרטורות גבוהות משביתות חיידקים פרוביוטיים. במסגרת זו, מחקר זה ביקש להציג את כל השלבים הכרוכים בייצור ואפיון פיסיקוכימי של פרוביוטיקה מיובשת בהתזה ולהעריך את השפעת חומרי ההגנה (חלב רזה מדומה ואינולין:קשר מלטודקסטרין) וטמפרטורות הייבוש בהגדלת תפוקת האבקה וכדאיות התא. התוצאות הראו כי חלב רזה מדומה קידם כדאיות פרוביוטית גבוהה יותר ב 80 מעלות צלזיוס. עם הגנה זו, הכדאיות הפרוביוטית, תכולת הלחות ופעילות המים (Aw) פוחתים כל עוד טמפרטורת הכניסה עולה. יכולת הקיום של הפרוביוטיקה פוחתת לעומת זאת עם טמפרטורת הייבוש. בטמפרטורות קרובות ל-120°C, הפרוביוטיקה המיובשת הראתה חיוניות סביב 90%, תכולת לחות של 4.6% w/w, ו-Aw של 0.26; ערכים נאותים כדי להבטיח את יציבות המוצר. בהקשר זה, נדרשות טמפרטורות ייבוש בהתזה מעל 120 מעלות צלזיוס כדי להבטיח את יכולת הקיום של התאים המיקרוביאליים ואת חיי המדף שלהם בהכנת האבקה והישרדותם במהלך עיבוד המזון ואחסונו.

Introduction

כדי להיות מוגדרים כפרוביוטיקה, מיקרואורגניזמים שנוספו למזונות (או תוספים) צריכים להיות נצרכים, להיות מסוגלים לשרוד במהלך המעבר במערכת העיכול של המארח, ולהגיע לאתר הפעולה בכמויות נאותות כדי להפעיל השפעות מועילות 1,2,7.

העניין הגובר בפרוביוטיקה נובע ממספר יתרונות לבריאות האדם שהם מעניקים, כגון גירוי מערכת החיסון, הפחתת רמות הכולסטרול בסרום ושיפור תפקוד מחסום המעי על ידי פעולה נגד חיידקים מזיקים, כמו גם ההשפעות המיטיבות שלהם בטיפול בתסמונת המעי הרגיז. בין היתר 2,3. בנוסף, מספר מחקרים הוכיחו כי פרוביוטיקה יכולה להשפיע באופן חיובי על חלקים אחרים בגוף האדם שבהם קהילות חיידקים לא מאוזנות יכולות לגרום למחלות זיהומיות 3,4,5.

כדי שפרוביוטיקה תהיה יעילה מבחינה טיפולית, המוצר צריך להכיל בין 10 6-107 CFU/g של חיידקים בזמן הצריכה6. מצד שני, משרד הבריאות האיטלקי וקנדה קבעו כי הרמה המינימלית של פרוביוטיקה במזון צריכה להיות 109 CFU/g של תאים קיימא ליום או למנה, בהתאמה7. בהתחשב בכך שיש צורך בעומסים גבוהים של חיידקים פרוביוטיים כדי להבטיח שיהיו להם השפעות מועילות, חיוני להבטיח את הישרדותם במהלך העיבוד, אחסון המדף והמעבר במערכת העיכול (GI). מספר מחקרים הוכיחו כי מיקרואנקפסולציה היא שיטה יעילה לשיפור הכדאיות הכוללת של פרוביוטיקה 8,9,10,11.

בהקשר זה, פותחו מספר שיטות למיקרואנקפסולציה של פרוביוטיקה, כגון ייבוש בהתזה, ייבוש בהקפאה, קירור בהתזה, תחליב, שחול, קואצרבציה, ולאחרונה, מיטות נוזליות 11,12,13,14. מיקרואנקפסולציה על ידי ייבוש בהתזה (SD) נמצאת בשימוש נרחב בתעשיית המזון מכיוון שהיא תהליך פשוט, מהיר וניתן לשחזור. קל להגדיל אותו, ויש לו תפוקת ייצור גבוהה בדרישות אנרגיה נמוכות11,12,13,14. עם זאת, החשיפה לטמפרטורות גבוהות ותכולת לחות נמוכה יכולה להשפיע על הישרדותם ועל יכולת הקיום של התאים הפרוביוטיים15. ניתן לשפר את שני הפרמטרים עבור זן נתון על ידי קביעת ההשפעות של גיל התרבית והתנאים כדי להתאים מראש את התרבית ולייעל את תנאי הייבוש בריסוס (טמפרטורות כניסה ויציאה, תהליך אטומיזציה) ואת הרכב המעטפת 8,14,16,17,18.

הרכב התמיסה העוטפת הוא גם גורם חשוב במהלך SD מכיוון שהוא יכול להגדיר את רמת ההגנה מפני תנאים סביבתיים קשים. אינולין, גומי ערבי, מלטודקסטרין וחלב רזה נמצאים בשימוש נרחב כחומרים עוטפים לייבוש פרוביוטי 5,17,18,19. אינולין הוא פרוקטואוליגוסכריד המציג פעילות פרה-ביוטית חזקה ומקדם את בריאות המעי19. חלב דל שומן יעיל מאוד בשמירה על הכדאיות של תאי חיידקים מיובשים ומייצר אבקה עם תכונות reconstitution טוב17.

Lactiplantibacillus paraplantarum FT-259 הוא חיידק חומצה לקטית המייצר בקטריוצין ומציג פעילות אנטיליסטריאלית, מלבד תכונות פרוביוטיות20,21. זהו חיידק גראם-חיובי בצורת מוט הטרופרמנטטיבי פקולטטיבי הגדל מ 15 ° C ל 37 ° C20 והוא תואם לטמפרטורת הגוף ההומיאוסטטי. מחקר זה נועד להציג את כל השלבים הכרוכים בייצור ואפיון פיסיקוכימי של פרוביוטיקה מיובשת בריסוס (L. paraplantarum FT-259) ולהעריך את השפעת חומרי ההגנה וטמפרטורות הייבוש.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. ייצור התאים הפרוביוטיים

  1. הכינו מרק דה מאן רוגוסה ושארפ (MRS).
  2. הפעל מחדש 1% (v/v) של תרבות העניין במרק MRS (כאן, Lactiplantibacillus paraplantarum FT-259 שימש).
  3. לדגור במשך 24 שעות בטמפרטורה מספקת (השתמשנו 37 ° C).

2. להפריד את החיידקים מן התרבות

  1. צנטריפוגה את תרבית החיידקים ב 7,197 x גרם במשך 5 דקות ב 4 ° C באמצעות צינורות חרוטי 50 מ"ל. חשוב כי משקל הצינורות מאוזן לפני ההליך.
  2. בעזרת פיפטה, מוציאים את הסופרנטנט ומשליכים אותו למיכל מתאים. לשטוף את הכדוריות עם חיץ פוספט (pH 7), הומוגניזציה של התמיסה.
  3. חזור על תהליך הצנטריפוגה כאמור.
  4. כדי לקבל את הכדור, השתמש פיפטה כדי להסיר ולהשליך את supernatant במיכל מתאים.

3. הוספת עזרי ייבוש

  1. בחר את השילוב של שני הרכבי עזר לייבוש (מגנים): אינולין:תערובת מלטודקסטרין וחלב רזה מדומה (טבלה 1)22,23.
  2. לשקול 5 גרם של אינולין ו 5 גרם של maltodextrin כדי להשיג את השילוב הראשון של מגינים.
  3. שקול 3 גרם של אינולין, 3 גרם של לקטוז, 0.4 גרם של SiO קולואידי2, ו 3.6 גרם של חלבון מי גבינה כדי להשיג את השילוב השני של מגינים.
  4. מוסיפים כל אחד מעזרי הייבוש למים אולטרה-טהורים (1:10), ומעבירים לערבוב מגנטי עד למסיסות.
  5. ודאו שהמגנים והמים הומוגניים, הוסיפו את כדורי הפרוביוטיקה לתערובת, וערבבו במתינות במשך 20 דקות.
עזרי ייבוש אינולין ומלטודקסטרין חלב רזה מדומה
מלטודקסטרין 5% -
חלבון מי גבינה - 3.60%
לקטוז - 3%
אינולין 5% 3%
SiOקולואידי 2 - 0.40%

טבלה 1: הרכב עזרי הייבוש.

4. ייבוש בהתזה

  1. הפעל את מייבש הריסוס (SD), והגדר את קצב זרימת גז הייבוש, טמפרטורת הייבוש בכניסה ואת קצב זרימת גז האטומיזר ולחץ באופן הבא:
    טמפרטורת כניסה: 80 °C
    זרימת אוויר: 60 מ"ק/שעה
    קצב הזנה: 4 גרם/דקה
    זרימת אטומיזציה: 17 ליטר/דקה
    לחץ אטומיזציה: 1.5 kgf/cm²
    קוטר פיית האטומיזר: 1 מ"מ
  2. מכינים את הרכב המגנים ומוסיפים את הכדוריות הפרוביוטיות המרוכזות.
  3. התחל להזין את ההרכב הפרוביוטי (תאים בתוספת מגנים) באמצעות משאבה פריסטלטית.
  4. הפעל את הטיימר, ומקם את כלי איסוף המוצר כאשר התמיסה נכנסת לאטומיזר.
  5. רשום את טמפרטורת היציאה כל 5 דקות כדי לעקוב אחר אי יציבות טמפרטורה אפשרית.
  6. עצור את הטיימר כאשר כל ההרכב הפרוביוטי הוזן ל- SD.
  7. שקלו את כלי איסוף המוצר כדי לקבוע את כמות ההרכב המוזן למערכת ואת כמות המוצר היבש שנאסף, כדי לחשב את תפוקת הייבוש (המוצר שהוחזר) באמצעות מאזן מסה במייבש.
  8. השתמשו בחלב רזה מדומה כדי להעריך את השפעת הטמפרטורה על הכדאיות של התאים הפרוביוטיים, על ידי הגדרת חמש טמפרטורות שונות לייבוש בהתזה (80°C, 100°C, 120°C, 140°C ו-160°C לעומת טמפרטורות מוצא של 59°C, 70°C, 83°C, 96°C ו-108°C).

5. אפיון אבקה

  1. תכולת לחות המוצר
    1. שוקלים במדויק 100 מ"ג של המוצר המיובש, ומניחים אותו בכלי הטיטרציה של ציוד קרל-פישר.
    2. לחץ על לחצן האתחול כדי להתחיל את הטיטרציה הדו-אמפרומטרית של המים הקיימים בדגימה.
  2. פעילות מים
    1. שוקלים 0.6 גרם של המוצר המיובש בתא הדגימה של מד הלחות ב 25 מעלות צלזיוס.
    2. סגור את מכסה הציוד.
      הערה: הבדיקה תתחיל באופן אוטומטי ותפסיק כאשר הדגימה תגיע ללחץ אדי שיווי המשקל בתוך תא הדגימה.

6. כדאיות פרוביוטית

  1. לדלל את התרחיפים החיידקיים שהוכנו בעבר ב 9 מ"ל של מי פפטון (0.1%, v/v).
  2. מערבולת עד לפיזור מוחלט.
  3. בצע דילול עשרוני סדרתי (1:10) ב-9 מ"ל של תמיסת מלח (0.9% NaCl).
  4. זרעו את הדילול על צלחות אגר MRS, ודגרו ב 37 מעלות צלזיוס במשך 24-48 שעות.
  5. ספרו את היחידות יוצרות המושבה (CFU/g) באמצעות מונה מושבה עם עדשה מגדלת.
  6. חישוב הכדאיות הפרוביוטית במוצר המיובש על פי המשוואה הבאה:
    EE (%) = (N∕No) × 100
    כאשר, N הוא מספר התאים בני קיימא לאחר ייבוש בהתזה, ו-No הוא מספר תאי החיידקים לפני ייבוש בהתזה.
  7. בטא את מספר התאים בני קיימא ב- CFU/g של פיזור המוצר.

7. ניתוח נתונים

  1. טבלה את הנתונים המתקבלים בתוכנה סטטיסטית, ולבצע את הניתוח באמצעות מבחן השוואה מרובה (ANOVA).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

במחקר זה, L. paraplantarum היה עטוף על ידי SD באמצעות חומרים עוטפים באיכות מזון (inulin:maltodextrin ואבקת חלב מדומה), מה שהראה איכות מוצר גבוהה ויעילות בשימור יכולת הקיום של תאי החיידק17,19.

תוצאות SD של פרוביוטיקה בטמפרטורה של 80°C הראו כי מערכות ההגנה השונות (אינולין:מלטודקסטרין וחלב רזה מדומה) קידמו הגנה יעילה על התאים הפרוביוטיים, עם כדאיות של 95.1% ו-97.0%, בהתאמה. תפוקת המוצר הייתה קרוב ל-50% w/w עבור שתי מערכות ההגנה והייתה מעט עדיפה עבור חלב רזה מדומה, אשר יצר מוצר עם מראה וזרימה טובים יותר. לאחר מכן, ההרכב הפרוביוטי בשילוב עם חלב רזה מדומה נשלח לייבוש בהתזה בטמפרטורות גבוהות יותר מ-80°C עד 160°C (איור 1).

כצפוי, העלייה בטמפרטורת SD נטתה להפחית את הכדאיות הפרוביוטית, שהגיעה לכמעט 80% ב -160 מעלות צלזיוס. ניתן לראות גם בתרשים 1 כי השפעת טמפרטורת הייבוש על תנובת המוצר הייתה זניחה, עם ערך ממוצע של 50.7% ± 2.4% w/w; ערכים אלה נצפים בדרך כלל עבור מייבשי ריסוס בקנה מידה מעבדתי. תוצאות אלה מצביעות על כך שהחלב הרזה המדומה הוא מערכת הגנה טובה לייבוש פרוביוטי, שכן הוא מייצר מוצר באיכות גבוהה עם ביצועי מערכת טובים (תפוקת מוצר).

תכולת הלחות ופעילות המים של האבקות פחתו בהתאם לטמפרטורת הייבוש בהתזה, כצפוי (איור 2).

Figure 1
איור 1: תפוקת האבקה (%) והכדאיות הפרוביוטית (%) בהתאם לטמפרטורת SD (°C), עם חלב רזה מדומה כסיוע לייבוש. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: תכולת הלחות ופעילות המים של דגימות פרוביוטיקה מיובשות בהתאם לטמפרטורת SD (°C), עם חלב רזה מדומה כמערכת הגנה. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

ל. פרפלנטרום FT-259 הוא חיידק גראם-חיובי, בצורת מוט, הוא יצרן של בקטריוצינים בעלי פעילות אנטי-ליסטריאלית, ובעל פוטנציאל פרוביוטי גבוה20. Son et al.24 הדגימו בעבר את היכולת החיסונית ונוגדת החמצון של זני L. paraplantarum. חוץ מזה, יש להם פוטנציאל פרוביוטי גדול, עם תכונות כגון יציבות בתנאי קיבה ומרה מלאכותיים, רגישות לאנטיביוטיקה, וקשירה לתאי מעיים. בנוסף, הם אינם מייצרים מטבוליטים שיכולים להשפיע לרעה על מערכת העיכול. חוץ מזה, צ'וי וצ'אנג25, חקרו את L. plantarum EM ודיווחו על הפוטנציאל שלו להפחתת כולסטרול בהתבסס על פעילות הידרולאז מלח המרה ויכולת קשירת פני השטח של התא. בנוסף להפגנת עמידות לעקה חומצית ומרה, L. plantarum EM הראה גם פעילות מיקרוביאלית נגד פתוגנים ועמידות לאנטיביוטיקה, מה שמאמת את הפוטנציאל שלו כפרוביוטיקה.

עם זאת, ייצור פרוביוטיקה מיובשת למסחור הוא מאתגר מכיוון שהמיקרואורגניזמים חשופים לגורמי עקה שונים, כגון עקה תרמית, מכנית, אוסמוטית וחמצונית. הטמפרטורות הגבוהות המעורבות בתהליך יכולות לקדם את הדנטורציה של האנזימים והחלבונים המעורבים בחילוף החומרים של התא, ולגרום לאובדן כדאיות מיקרוביאלית. סילוק מים במהלך הייבוש הוא גם גורם קריטי, שכן תכולת מים מינימלית נחוצה כדי לקיים פעילות מטבולית חיונית26. כוחות הגזירה הגבוהים הנגרמים על ידי מעבר התערובת הפרוביוטית דרך האטומיזר במהלך SD יכולים גם לפגוע במבנה התא הפרוביוטי, ולתרום להפסדי כדאיות27,28. לפיכך, בחירה נכונה של תנאי ההפעלה של SD (למשל, טמפרטורות ייבוש הכניסה והיציאה, קצב זרימת גז הייבוש, קצב זרימת ההזנה של ההרכב הפרוביוטי, לחץ האטומיזציה וקצב זרימת הגז) חיונית כדי למזער את הפסדי הכדאיות של התא במהלך ייבוש בהתזה, לשפר את איכות המוצר, ובכך להשיג ביצועי מייבש מקובלים.

הרכב המרכיבים העמוסים בפרוביוטיקה הוא גם גורם רלוונטי מכיוון שתכשירים שתוכננו בצורה גרועה אינם מגנים על הפרוביוטיקה במהלך הייבוש והאחסון, מה שגורם להפסדי כדאיות משמעותיים. תכונות הרכב משופרות על ידי תוספת של מה שנקרא עזרי ייבוש (או סוכני הגנה), אשר יכול לספק הגנה מסוימת לתאי מיקרואורגניזם במהלך SD ואחסון26,29. פחמימות (למשל, חד-סוכרים, דו-סוכרים, רב-סוכרים, אוליגוסכרידים וכו'), חלבונים וחלב רזה משוחזר מתווספים בדרך כלל להרכב הפרוביוטי כדי להגן על תאי המיקרואורגניזמים במהלך SD. למרות שלא ברור, ההשפעה המגנה של חלב רזה קשורה להרכבו המורכב, שכן הוא מכיל לקטוז, שומן, קזאין, חלבון מי גבינה וקטיוניםCa+2; כמה מחברים טענו כי חלבוני מי גבינה ו Ca2+ יש השפעה בולטת יותר מאשר לקטוז30,31. לדברי Fu et al.17, השימוש בחלב רזה עם תוספת מי גבינה מעניק הגנה תרמית גבוהה לפרוביוטיקה עקב אינטראקציות הידרופוביות בין חלבוני החלב ותאי החיידקים17.

ההשפעות המגינות של עזרי הייבוש על הכדאיות הפרוביוטית מוסברות על ידי שלוש השערות המשמשות להצדקת השמירה על קונפורמציה של חלבונים ופעילות אנזימים במהלך SD, כלומר תיאוריית הוויטריפיקציה, השערת תחליפי המים והשערת כוחות ההידרציה, אשר נדונו במלואן על ידי Broeckx et al.30.

הדגשת הפרוביוטיקה במהלך הטיפוח היא שיטה נוספת שניתן להשתמש בה כדי לשפר את עמידות תאי הפרוביוטיקה במהלך SD.

בפרוטוקול הנוכחי הוערכו ההשפעות של מערכות הגנה (תערובת של אינולין:מלטודקסטרין וחלב רזה מדומה), וטמפרטורת הייבוש בהתזה על הכדאיות והתכונות של הפרוביוטיקה המיובשת, כמו גם על ביצועי SD.

הבחירה של חלב רזה מדומה התבססה על עבודתו של Písecký22. הפרוקטואוליגוסכריד אינולין והלקטוז נוספו כפחמימות (במקום לקטוז בלבד), וצורן דו-חמצני נוסף כאפר. הבחירה באינולין התבססה על הספרות, שם הוא תואר כסוכן פרה-ביוטי שיכול לשפר את היתרונות של הפרוביוטיקה במעיים32,33. השוואת ההשפעות המגינות של עזרי ייבוש אלה על הכדאיות של פרוביוטיקה לאחר SD בוצעה בטמפרטורה של 80 מעלות צלזיוס. התוצאות הראו כי חלב רזה מדומה קידם כדאיות פרוביוטית גבוהה יותר מאשר שילוב אינולין:מלטודקסטרין ב 80 מעלות צלזיוס. לפיכך, מחקר על ההשפעות של טמפרטורת הייבוש (80 ° C עד 160 ° C) על הכדאיות הפרוביוטית ותפוקת האבקה בוצע עם חלב רזה מדומה. כפי שניתן לראות באיור 1, העלייה בטמפרטורת הכניסה, שהובילה לטמפרטורת מוצא גבוהה יותר, הפחיתה את הישרדות החיידקים, כצפוי17. עם זאת, תפוקת האבקה לא השתנתה בשום טמפרטורה, ונותרה סביב 50%.

רמת ההתייבשות של פרוביוטיקה קשורה גם לאובדן הכדאיות שלהם במהלך הייבוש ואחסון המוצר. התגובות הדטריאורטיביות הפיזיות והכימיות של מוצר מיובש תלויות ברמת המים החופשיים34, אך התייבשות מוגזמת יכולה להפחית באופן משמעותי את הכדאיות של הפרוביוטיקה המיובשת. כצפוי, העלייה בטמפרטורת הייבוש קידמה ירידה בתכולת הלחות של המוצר ובפעילות המים, שהגיעו לערכים של 3.01% ± 0.30% (w/w) ו- 0.201 ± 0.006 ב- 160 ° C, בהתאמה. ערכים של Aw מתחת לתכולת הלחות החד-שכבתית (~0.40) קשורים בדרך כלל לחיי מדף ארוכים יותר עקב הפחתת המים החופשיים הזמינים לתגובות ביוכימיות וצמיחה מיקרוביאלית34. עם זאת, בפעילות מים נמוכה מאוד (0.20 <), תגובות חמצון שומנים גדלות באופן משמעותי, מה שעלול להזיק לכדאיות המוצר במהלך האחסון. מבחינת תכולת הלחות, עדיף שהערכים יישארו בטווח של 2.8% עד 5.6% כדי להבטיח את שימור הפרוביוטיקה ולהפחית את התגובות הביוכימיות הניווניות בטווח הארוך35,36.

איור 2 מראה שנדרשות טמפרטורות ייבוש בהתזה מעל 120°C כדי לייצר מוצר עם ה-Aw המומלץ. בטמפרטורה זו, הפרוביוטיקה המיובשת הראתה כדאיות של כ-90%, תכולת לחות של 4.6% w/w ו-Aw של 0.26, שהן תוצאות מצוינות. Martins et al.37, במחקר אופטימיזציה של ייבוש בהתזה של תאי לקטוקוקוס לקטיס , המליצו על ערך Aw של 0.198 וטמפרטורת ייבוש בתרסיס כניסה של 126 מעלות צלזיוס כדי למזער את הפסדי הכדאיות של המיקרואורגניזמים, אשר תואמים באופן הדוק את הערכים מפרוטוקול זה.

ניתן לבצע מתודולוגיות אפיון אבקה אחרות, כגון בחינת המאפיינים המורפולוגיים, דביקות36, זרימה, ודחיסות38.

בהקשר זה, נדרשות טמפרטורות ייבוש בהתזה מעל 120 מעלות צלזיוס כדי להבטיח את הכדאיות וחיי המדף של תאים מיקרוביאליים בתכשיר אבקתי ואת הישרדותם במהלך עיבוד המזון ואחסונו. במונחים תעשייתיים, זוהי תוצאה מצוינת, שכן טכנולוגיית ייבוש בהתזה היא זולה בהשוואה לייבוש בהקפאה, ובכך מוזילה את מחיר המוצר. בנוסף, נראה כי הישרדות מעל 50% היא טווח חזק המבטיח פונקציונליות של אבקה פרוביוטית28, כלומר ההישרדות היא אינדיקטור טוב לשחזור פרוטוקול זה בקנה מידה תעשייתי. עם זאת, יש לבדוק את קנה המידה לתנאים תעשייתיים כדי להבטיח שלמוצר יש את אותם מאפיינים כמו האבקה המתקבלת בפרוטוקול זה.

השיטות המתוארות בפרוטוקול זה נועדו להבהיר את החשיבות של בחירה נכונה של הרכב ועיבוד המשתנים במהלך ייבוש הריסוס של חיידקים פרוביוטיים כדי להבטיח את הכדאיות והיציבות של האבקה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

למחברים אין ניגודי עניינים להצהיר.

Acknowledgments

מחקר זה מומן בחלקו על ידי Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Finance Code 001. מחקר זה נתמך בחלקו גם על ידי FAPESP - קרן המחקר של סאו פאולו. E.C.P.D.M. אסירת תודה על מלגת חוקר מטעם המועצה הלאומית לפיתוח מדעי וטכנולוגי (CNPq) 306330/2019-9.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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. , Rome, Italy. At https://www.fao.org/3/a0512e/a0512e.pdf (2006).
  2. 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).
  3. Reid, G. Probiotic use in an infectious disease setting. Expert Review of Anti-Infective Therapy. 15 (5), 449-455 (2017).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Wang, G., Chen, Y., Xia, Y., Song, X., Ai, L. Characteristics of probiotic preparations and their applications. Foods. 11 (16), 2472 (2022).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Oliveira, W. P. Standardisation of herbal extracts by drying technologies. Phytotechnology:A Sustainable Platform for the Development of Herbal Products. Oliveira, W. P. , CRC Press. Boca Raton, FL. 105-140 (2021).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. Barbosa, J., Teixeira, P. Development of probiotic fruit juice powders by spray-drying: A review. Food Reviews International. 33 (4), 335-358 (2017).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. Písecký, J. Handbook of Milk Powder Manufacture. , GEA Process Engineering A/S. (2012).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. Kiepś, J., Dembczyński, R. Current trends in the production of probiotic formulations. Foods. 11 (15), 2330 (2022).
  27. Kiekens, S., et al. Impact of spray-drying on the pili of Lactobacillus rhamnosus GG. Microbial Biotechnology. 12 (5), 849-855 (2019).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. Kolida, S., Tuohy, K., Gibson, G. R. Prebiotic effects of inulin and oligofructose. British Journal of Nutrition. 87 (S2), S193-S197 (2002).
  33. Teferra, T. F. Possible actions of inulin as prebiotic polysaccharide: A review. Food Frontiers. 2 (4), 407-416 (2021).
  34. Labuza, T. P., Altunakar, B. Water activity prediction and moisture sorption isotherms. Water Activity in Foods: Fundamentals and Applications. Barbosa-Canovas, G. V., Fontana, A. J., Schmidt, S. J., Labuza, T. P. , John Wiley & Sons, Inc. Hoboken, NJ. 161-205 (2020).
  35. 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).
  36. 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).
  37. 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).
  38. 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).

Tags

החודש ב- JoVE גיליון 194 מיקרואנקפסולציה פרוביוטיקה פרה-ביוטיקה ייבוש בהתזה
תהליך פיתוח לייבוש בהתזה של חיידקים פרוביוטיים והערכת איכות המוצר
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kakuda, L., Jaramillo, Y.,… More

Kakuda, L., Jaramillo, Y., Niño-Arias, F. C., Souza, M. F. d., Conceição, E. C., Alves, V. F., Almeida, O. G. G. d., De Martinis, E. C. P., Oliveira, W. P. Process Development for the Spray-Drying of Probiotic Bacteria and Evaluation of the Product Quality. J. Vis. Exp. (194), e65192, doi:10.3791/65192 (2023).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter