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.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Probiyotik hücrelerin üretimi
- De Man Rogosa ve Sharpe (MRS) et suyu hazırlayın.
- MRS suyuna ilgi duyan kültürün% 1'ini (v / v) yeniden aktive edin (burada Lactiplantibacillus paraplantarum FT-259 kullanılmıştır).
- Yeterli bir sıcaklıkta 24 saat inkübe edin (37 ° C kullandık).
2. Bakterileri kültürden ayırın
- 50 mL konik tüpler kullanarak bakteri kültürünü 7.197 x g'de 4 ° C'de 5 dakika boyunca santrifüj edin. İşlemden önce tüplerin ağırlığının dengelenmesi önemlidir.
- Bir pipet kullanarak, süpernatanı çıkarın ve uygun bir kaba atın. Peletleri bir fosfat tamponu (pH 7) ile yıkayın ve çözeltiyi homojenize edin.
- Santrifüjleme işlemini daha önce belirtildiği gibi tekrarlayın.
- Pelet elde etmek için, süpernatantı uygun bir kapta çıkarmak ve atmak için bir pipet kullanın.
3. Kurutma yardımcılarının eklenmesi
- İki kurutma yardımcısı bileşiminin (koruyucular) kombinasyonunu seçin: inülin:maltodekstrin karışımı ve simüle edilmiş yağsız süt (Tablo 1)22,23.
- İlk koruyucu kombinasyonunu elde etmek için 5 g inülin ve 5 g maltodekstrin tartın.
- İkinci koruyucu kombinasyonunu elde etmek için 3 g inülin, 3 g laktoz, 0.4 g kolloidal SiO2 ve 3.6 g peynir altı suyu proteini tartın.
- Kurutma yardımcılarının her birini ultra saf suya (1:10) ekleyin ve çözünene kadar manyetik karıştırmaya bırakın.
- Koruyucuların ve suyun homojen olduğundan emin olun, ardından probiyotik topaklarını karışıma ekleyin ve 20 dakika boyunca orta derecede karıştırın.
| Kurutma yardımcıları | İnülin ve maltodekstrin | Simüle edilmiş yağsız süt |
| Maltodekstrin | 5% | - |
| Peynir altı suyu proteini | - | 3.60% |
| Laktoz | - | 3% |
| İnülin | 5% | 3% |
| Kolloidal SiO2 | - | 0.40% |
Tablo 1: Kurutma yardımcılarının bileşimi.
4. Sprey kurutma
- Sprey kurutucuyu (SD) açın ve kurutma gazı akış hızını, giriş kurutma sıcaklığını ve atomizer gazı akış hızını ve basıncını aşağıdaki gibi ayarlayın:
Giriş sıcaklığı: 80 °C
Hava akışı: 60 m³/h
İlerleme hızı: 4 g/dak
Atomizasyon akışı: 17 L/dk
Atomizasyon basıncı: 1.5 kgf/cm²
Atomizer nozulunun çapı: 1 mm - Koruyucu bileşimini hazırlayın ve konsantre probiyotik peletleri ekleyin.
- Probiyotik bileşimin (hücreler artı koruyucular) beslenmesini peristaltik bir pompadan başlatın.
- Zamanlayıcıyı başlatın ve çözelti atomizöre girdiğinde ürün toplama kabını yerleştirin.
- Olası sıcaklık dengesizliklerini izlemek için çıkış sıcaklığını her 5 dakikada bir kaydedin.
- Tüm probiyotik bileşim SD'ye beslendiğinde zamanlayıcıyı durdurun.
- Kurutucudaki bir kütle terazisi aracılığıyla kurutma verimini (geri kazanılan ürün) hesaplamak için sisteme beslenen bileşim miktarını ve toplanan kuru ürün miktarını belirlemek için ürün toplama kabını tartın.
- Beş farklı sprey kurutma sıcaklığı (80 °C, 100 °C, 120 °C, 140 °C ve 160 °C'ye karşılık 59 °C, 70 °C, 83 °C, 96 °C ve 108 °C çıkış sıcaklıklarına kıyasla) ayarlayarak sıcaklığın probiyotik hücrelerin canlılığı üzerindeki etkisini değerlendirmek için simüle edilmiş yağsız süt kullanın.
5. Toz karakterizasyonu
- Ürünün nem içeriği
- Kurutulmuş ürünün 100 mg'ını hassas bir şekilde tartın ve Karl-Fischer ekipmanının titrasyon kabına yerleştirin.
- Numunede bulunan suyun bi-amperometrik titrasyonunu başlatmak için başlatma düğmesine basın.
- Su aktivitesi
- Higrometrenin numune bölmesinde kurutulmuş ürünün 0,6 g'ını 25 °C'de tartın.
- Ekipman kapağını kapatın.
NOT: Test otomatik olarak başlayacak ve numune numune bölmesi içindeki denge buharı basıncına ulaştığında duracaktır.
6. Probiyotik canlılık
- Önceden hazırlanmış bakteriyel süspansiyonları 9 mL pepton suyunda (% 0.1, v / v) seyreltin.
- Tam dağılana kadar vorteks.
- 9 mL tuzlu su çözeltisinde (% 0.9 NaCl) seri ondalık seyreltmeler (1:10) gerçekleştirin.
- Seyreltmeleri MRS agar plakalarına tohumlayın ve 24-48 saat boyunca 37 ° C'de inkübe edin.
- Büyüteçli bir koloni sayacı kullanarak koloni oluşturan birimleri (CFU / g) sayın.
- Kurutulmuş üründeki probiyotik canlılığı aşağıdaki denkleme göre hesaplayın:
EE (%) = (N∕N o) × 100
burada N, sprey kurutmadan sonra canlı hücrelerin sayısıdır ve No, sprey kurutmadan önceki bakteri hücrelerinin sayısıdır. - Ürün dispersiyonunun CFU / g'sindeki canlı hücrelerin sayısını ifade edin.
7. Veri analizi
- Elde edilen verileri istatistiksel yazılımda tablolaştırın ve çoklu karşılaştırma testi (ANOVA) kullanarak analizi gerçekleştirin.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Bu çalışmada, L. paraplantarum, gıda sınıfı kapsülleyici ajanlar (inülin: maltodekstrin ve simüle edilmiş süt tozu) kullanılarak SD ile kapsüllenmiş, bakteriyel hücre canlılığının korunmasında yüksek ürün kalitesi ve etkinliği gösterilmiştir17,19.
80 ° C'de probiyotiklerin SD'sinin sonuçları, farklı koruyucu sistemlerin (inülin: maltodekstrin ve simüle edilmiş yağsız süt), probiyotik hücrelerin etkili bir şekilde korunmasını sağladığını ve sırasıyla% 95.1 ve% 97.0'lik canlılıkları olduğunu göstermiştir. Ürün verimi, her iki koruyucu sistem için de %50'ye yakındı ve daha iyi bir görünüme ve akışkanlığa sahip bir ürün üreten simüle edilmiş yağsız süt için biraz daha üstündü. Daha sonra, simüle edilmiş yağsız süt ile birleştirilen probiyotik bileşim, 80 ° C ila 160 ° C arasındaki daha yüksek sıcaklıklarda sprey kurutmaya sunuldu (Şekil 1).
Beklendiği gibi, SD sıcaklığındaki artış, 160 ° C'de yaklaşık% 80'e ulaşan probiyotik canlılığını azaltma eğilimindeydi. Şekil 1'de , kurutma sıcaklığının ürün verimi üzerindeki etkisinin ihmal edilebilir düzeyde olduğu, ortalama %50,7 ± %2,4 w/w değerinde olduğu da görülebilir; Bu değerler laboratuvar ölçeğinde sprey kurutucular için yaygın olarak gözlenir. Bu sonuçlar, simüle edilmiş yağsız sütün, iyi sistem performansına (ürün verimi) sahip yüksek kaliteli bir ürün ürettiği için probiyotik kurutma için iyi bir koruyucu sistem olduğunu göstermektedir.
Tozların nem içeriği ve su aktivitesi, beklendiği gibi sprey kurutma sıcaklığının tersi yönde azalmıştır (Şekil 2).
Şekil 1: SD sıcaklığına (°C) göre toz verimi (%) ve probiyotik canlılığı (%), kurutma yardımcısı olarak simüle edilmiş yağsız süt ile. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: SD sıcaklığına (°C) göre kurutulmuş probiyotik numunelerin nem içeriği ve su aktivitesi, koruyucu sistem olarak simüle edilmiş yağsız süt ile. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
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 probiyotik potansiyele sahiptirler. Ek olarak, gastrointestinal sistemi olumsuz yönde etkileyebilecek metabolitler üretmezler. Ayrıca, Choi ve Chang25, L. plantarum EM'yi inceledi ve safra tuzu hidrolaz aktivitesine ve hücre yüzeyine bağlanma kabiliyetine dayanarak kolesterol azaltma potansiyelini bildirdi. Asit ve safra streslerine tolerans göstermenin yanı sıra, L. plantarum EM ayrıca patojenlere ve antibiyotik direncine karşı antimikrobiyal aktivite gösterdi ve probiyotik olarak potansiyelini doğruladı.
Bununla birlikte, ticarileştirme için kurutulmuş probiyotiklerin üretilmesi zordur, çünkü mikroorganizmalar termal, mekanik, ozmotik ve oksidatif stresler gibi çeşitli stres faktörlerine maruz kalmaktadır. Prosese dahil olan yüksek sıcaklıklar, hücrenin metabolizmasında yer alan enzimlerin ve proteinlerin denatürasyonunu teşvik edebilir ve mikrobiyal canlılık kayıplarına neden olabilir. Kurutma sırasında suyun uzaklaştırılması da kritik bir faktördür, çünkü temel metabolik aktiviteyi sürdürmek için minimum su içeriği gereklidir26. SD sırasında probiyotik karışımın atomizörden geçmesinden kaynaklanan yüksek kesme kuvvetleri de probiyotik hücrenin yapısına zarar verebilir ve canlılık kayıplarına katkıda bulunabilir27,28. Bu nedenle, SD çalışma koşullarının doğru seçimi (örneğin, giriş ve çıkış kurutma sıcaklıkları, kurutma gazı akış hızı, probiyotik bileşimin besleme akış hızı, atomize etme basıncı ve gaz akış hızı), sprey kurutma sırasında hücre canlılığı kayıplarını en aza indirmek, ürün kalitesini artırmak ve böylece kabul edilebilir kurutucu performansı elde etmek için esastır.
Probiyotiklerle yüklü bileşenlerin bileşimi de ilgili bir faktördür, çünkü kötü tasarlanmış formülasyonlar kurutma ve depolama sırasında probiyotikleri korumaz ve önemli canlılık kayıplarına neden olur. Kompozisyon özellikleri, SD ve depolama26,29 sırasında mikroorganizma hücrelerine belirli bir koruma sağlayabilen kurutma yardımcılarının (veya koruyucu maddelerin) eklenmesiyle geliştirilmiştir. Karbonhidratlar (örneğin, monosakaritler, disakkaritler, polisakkaritler, oligosakaritler, vb.), Proteinler ve yeniden yapılandırılmış yağsız süt, SD sırasında mikroorganizma hücrelerini korumak için genellikle probiyotik bileşime eklenir. Belirsiz olmasına rağmen, yağsız sütün koruyucu etkisi, laktoz, yağ, kazein, peynir altı suyu proteini ve Ca2 + katyonları içerdiğinden karmaşık bileşimi ile ilişkilidir; Bazı yazarlar, peynir altı suyu proteinlerinin ve Ca2 + 'nın laktoz30,31'den daha belirgin bir etkiye sahip olduğunu savunmuşlardır. Fu ve ark.17'ye göre, ilave peynir altı suyu ile yağsız süt kullanımı, süt proteinleri ve bakteri hücreleri arasındaki hidrofobik etkileşimler nedeniyle probiyotiklere yüksek termal koruma sağlar 17.
Kurutma yardımcılarının probiyotik canlılık üzerindeki koruyucu etkileri, SD sırasında protein konformasyonunun ve enzim aktivitelerinin sürdürülmesini haklı çıkarmak için kullanılan üç hipotez, yani Broeckx ve ark.30 tarafından tam olarak tartışılan vitrifikasyon teorisi, su replasman hipotezi ve hidrasyon kuvvetleri hipotezi ile açıklanmaktadır.
Yetiştirme sırasında probiyotiklerin strese sokulması, SD sırasında probiyotik hücre direncini arttırmak için kullanılabilecek başka bir yöntemdir.
Bu protokolde, koruyucu sistemlerin (inülin: maltodekstrin ve simüle edilmiş yağsız süt karışımı) ve sprey kurutma sıcaklığının kurutulmuş probiyotiğin canlılığı ve özellikleri ile SD performansı üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir.
Simüle edilmiş yağsız süt seçimi, Písecký22'nin çalışmalarına dayanıyordu. Fruktooligosakkarit inülin ve laktoz karbonhidrat olarak (sadece laktoz yerine) ve kül olarak silikon dioksit eklendi. İnülin seçimi, bağırsaktaki probiyotiklerin yararlarını artırabilen prebiyotik bir ajan olarak tanımlandığı literatüre dayanmaktadır32,33. Bu kurutma yardımcılarının SD sonrası probiyotik canlılığı üzerindeki koruyucu etkilerinin karşılaştırılması 80 °C'de yapılmıştır. Sonuçlar, simüle edilmiş yağsız sütün, 80 ° C'de inülin: maltodekstrin kombinasyonundan daha yüksek bir probiyotik canlılığı desteklediğini göstermiştir. Bu nedenle, kurutma sıcaklığının (80 ° C ila 160 ° C) probiyotik canlılık ve toz verimi üzerindeki etkilerinin bir çalışması, simüle edilmiş yağsız süt ile gerçekleştirilmiştir. Şekil 1'de gösterildiği gibi, daha yüksek bir çıkış sıcaklığına yol açan giriş sıcaklığındaki artış, beklendiği gibi bakterilerin hayatta kalmasını azaltmıştır17. Bununla birlikte, toz verimi herhangi bir sıcaklıkta değişmedi ve% 50 civarında kaldı.
Probiyotiklerin dehidrasyon seviyesi, kurutma ve ürün depolama sırasındaki canlılık kayıplarıyla da bağlantılıdır. Kurutulmuş bir ürünün fiziksel ve kimyasal bozucu reaksiyonları, serbest su seviyesi34'e bağlıdır, ancak aşırı dehidrasyon, kurutulmuş probiyotiğin yaşayabilirliğini önemli ölçüde azaltabilir. Beklendiği gibi, kurutma sıcaklığındaki artış, ürün nem içeriğinde ve su aktivitesinde bir azalmayı teşvik etti ve bu da 160 ° C'de sırasıyla% 3.01 ± % 0.30 (w / w) ve 0.201 ± 0.006 değerlerine ulaştı. Tek katmanlı nem içeriğinin (~ 0,40) altındaki Aw değerleri, biyokimyasal reaksiyonlar ve mikrobiyal büyüme için mevcut serbest sudaki azalma nedeniyle genellikle daha uzun bir raf ömrü ile ilişkilidir34. Bununla birlikte, çok düşük su aktivitelerinde (<0.20), lipit peroksidasyon reaksiyonları önemli ölçüde artar ve bu da depolama sırasında ürünün canlılığına zarar verebilir. Nem içeriği açısından, probiyotiklerin korunmasını garanti altına almak ve uzun vadede bozulan biyokimyasal reaksiyonları azaltmak için değerlerin% 2,8 ila% 5,6 aralığında kalması tercih edilir35,36.
Şekil 2 , önerilen Aw'ye sahip bir ürün üretmek için 120 °C'nin üzerindeki sprey kurutma sıcaklıklarının gerekli olduğunu göstermektedir. Bu sıcaklıkta, kurutulmuş probiyotik yaklaşık% 90'lık bir canlılık,% 4.6 w / w'lik bir nem içeriği ve 0.26'lık bir Aw gösterdi ve bu da mükemmel sonuçlardır. Martins ve ark.37, Lactococcus lactis hücrelerinin sprey kurutulmasının bir optimizasyon çalışmasında, bu protokoldeki değerlerle yakın uyum içinde olan mikroorganizma canlılık kayıplarını en aza indirmek için 0.198'lik bir Aw değeri ve 126 ° C'lik bir giriş spreyi kurutma sıcaklığı önermiştir.
Morfolojik özellikleri, yapışkanlık36, akışkanlığı ve sıkıştırılabilirliği incelemek gibi diğer toz karakterizasyon metodolojileri de yapılabilir38.
Bu bağlamda, toz haline getirilmiş bir preparatta mikrobiyal hücrelerin canlılığını ve raf ömrünü ve gıda işleme ve depolama sırasında hayatta kalmalarını garanti etmek için 120 ° C'nin üzerindeki sprey kurutma sıcaklıkları gereklidir. Endüstriyel açıdan, sprey kurutma teknolojisi dondurarak kurutmaya kıyasla düşük maliyetli olduğundan ve böylece ürün fiyatını düşürdüğünden bu mükemmel bir sonuçtur. Ek olarak,% 50'nin üzerinde hayatta kalma, probiyotik toz işlevselliğini garanti eden sağlam bir aralık gibi görünmektedir28, yani hayatta kalma, bu protokolü endüstriyel ölçekte çoğaltmak için iyi bir göstergedir. Bununla birlikte, ürünün bu protokolde elde edilen tozla aynı özelliklere sahip olduğundan emin olmak için endüstriyel koşullara ölçeklendirmenin test edilmesi gerekir.
Bu protokolde açıklanan yöntemler, tozun canlılığını ve stabilitesini sağlamak için probiyotik bakterilerin sprey kurutulması sırasında bileşimin doğru seçilmesinin ve değişkenlerin işlenmesinin önemini açıklığa kavuşturmayı amaçlamıştır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların beyan edecekleri çıkar çatışmaları yoktur.
Acknowledgments
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
| 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 |
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. , Rome, Italy. At https://www.fao.org/3/a0512e/a0512e.pdf (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. 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).
- 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. , GEA Process Engineering A/S. (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.
- Teferra, T. F. Possible actions of inulin as prebiotic polysaccharide: A review. Food Frontiers. 2 (4), 407-416 (2021).
- 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).
- 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).
