Name: Desarrollo de procesos para el secado por atomización de bacterias probióticas y evaluación de la calidad del producto (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-04-07T14:45:00.000+00:00
Duration: 5 min 45 s
Description: Aprende a microencapsular probióticos mediante secado por atomización para mejorar su supervivencia en alimentos y en el tracto gastrointestinal. Este método optimiza la viabilidad de cultivos probióticos y su estabilidad.

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Este estudio fue financiado en parte por la Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Finanzas 001. Este estudio también fue apoyado en parte por la FAPESP - Fundación de Investigación de São Paulo. E.C.P.D.M. agradece una beca de investigación del Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq) 306330/2019-9.

1. Producción de las células probióticas
<ol><li>Prepare el caldo De Man Rogosa y Sharpe (MRS).</li>
	<li>Reactivar el 1% (v/v) del cultivo de interés en el caldo MRS (aquí se utilizó Lactiplantibacillus paraplantarum FT-259).</li>
	<li>Incubar durante 24 h a una temperatura adecuada (utilizamos 37 °C).</li>
</ol>2. Separar las bacterias del cultivo
<ol><li>Centrifugar el cultivo bacteriano a 7.197 x g durante 5 min a 4 °C utilizando tubos cónicos de 50 ml. Es importante que el peso de las trompas esté equilibrado antes del procedimiento.</li>
	<li>Con una pipeta, retire el sobrenadante y deséchelo en un recipiente adecuado. Lave los gránulos con un tampón fosfato (pH 7) y homogeneice la solución.</li>
	<li>Repita el proceso de centrifugación como se mencionó anteriormente.</li>
	<li>Para obtener el pellet, utilice una pipeta para extraer y desechar el sobrenadante en un recipiente apropiado.</li>
</ol>3. Adición de coadyuvantes de secado
<ol><li>Seleccione la combinación de dos composiciones auxiliares de secado (protectores): mezcla inulina:maltodextrina y leche desnatada simulada (Tabla 1)22,23.</li>
	<li>Pesar 5 g de inulina y 5 g de maltodextrina para obtener la primera combinación de protectores.</li>
	<li>Pesar 3 g de inulina, 3 g de lactosa, 0,4 g deSiO2 coloidal y 3,6 g de proteína de suero para obtener la segunda combinación de protectores.</li>
	<li>Agregue cada uno de los auxiliares de secado al agua ultrapura (1:10) y sométalos a agitación magnética hasta la solubilización.</li>
	<li>Asegúrese de que los protectores y el agua sean homogéneos, luego agregue los gránulos de probióticos a la mezcla y revuelva moderadamente durante 20 minutos.</li>
</ol><table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>Coadyuvantes de secado</td>
			<td>Inulina y maltodextrina</td>
			<td>Leche descremada simulada</td>
		</tr><tr><td>Maltodextrina</td>
			<td>5%</td>
			<td>-</td>
		</tr><tr><td>Proteína de suero</td>
			<td>-</td>
			<td>3.60%</td>
		</tr><tr><td>Lactosa</td>
			<td>-</td>
			<td>3%</td>
		</tr><tr><td>Inulina</td>
			<td>5%</td>
			<td>3%</td>
		</tr><tr><td>SiO2 coloidal</td>
			<td>-</td>
			<td>0.40%</td>
		</tr></tbody></table>Tabla 1: Composición de los auxiliares de secado.
4. Secado por atomización
<ol><li>Encienda el secador por atomización (SD) y ajuste el caudal de gas de secado, la temperatura de secado de entrada y el caudal y la presión del gas del atomizador de la siguiente manera: Temperatura de entrada: 80 °C Caudal de aire: 60 m³/h Velocidad de alimentación: 4 g/min Caudal de atomización: 17 L/min Presión de atomización: 1.5 kgf/cm² Diámetro de la boquilla del atomizador: 1 mm</li>
	<li>Prepare la composición protectora y agregue los gránulos probióticos concentrados.</li>
	<li>Comience la alimentación de la composición probiótica (células más protectores) a través de una bomba peristáltica.</li>
	<li>Encienda el temporizador y coloque el recipiente de recolección de productos cuando la solución ingrese al atomizador.</li>
	<li>Registre la temperatura de salida cada 5 minutos para realizar un seguimiento de las posibles inestabilidades de temperatura.</li>
	<li>Detenga el temporizador cuando toda la composición probiótica se haya alimentado al SD.</li>
	<li>Pesar el recipiente de recolección de producto para determinar la cantidad de composición alimentada al sistema y la cantidad de producto seco recolectado, para calcular el rendimiento de secado (producto recuperado) a través de un balance de masa en el secador.</li>
	<li>Utilice leche descremada simulada para evaluar el efecto de la temperatura en la viabilidad de las células probióticas, estableciendo cinco temperaturas diferentes de secado por pulverización (80 °C, 100 °C, 120 °C, 140 °C y 160 °C frente a temperaturas de salida de 59 °C, 70 °C, 83 °C, 96 °C y 108 °C).</li>
</ol>5. Caracterización del polvo
<ol><li>Contenido de humedad del producto<ol><li>Pese con precisión 100 mg del producto seco y colóquelo en el recipiente de valoración del equipo Karl-Fischer.</li>
		<li>Pulse el botón de iniciación para iniciar la valoración biamperométrica del agua presente en la muestra.</li>
	</ol></li>
	<li>Actividad acuática<ol><li>Pesar 0,6 g del producto seco en el compartimento de muestras del higrómetro a 25 °C.</li>
		<li>Cierre la tapa del equipo. NOTA: La prueba comenzará automáticamente y se detendrá cuando la muestra alcance la presión de vapor de equilibrio dentro del compartimiento de muestras.</li>
	</ol></li>
</ol>6. Viabilidad probiótica
<ol><li>Diluir las suspensiones bacterianas previamente preparadas en 9 ml de agua de peptona (0,1%, v/v).</li>
	<li>Vórtice hasta la dispersión completa.</li>
	<li>Realizar diluciones decimales seriadas (1:10) en 9 ml de solución salina (NaCl al 0,9%).</li>
	<li>Sembrar las diluciones en placas de agar MRS e incubar a 37 °C durante 24-48 h.</li>
	<li>Cuente las unidades formadoras de colonias (UFC/g) utilizando un contador de colonias con lupa.</li>
	<li>Calcule la viabilidad probiótica en el producto seco de acuerdo con la siguiente ecuación: EE (%) = (N∕N o) × 100 donde, N es el número de células viables después del secado por pulverización, y No es el número de células bacterianas antes del secado por pulverización.</li>
	<li>Expresar el número de células viables en UFC/g de dispersión del producto.</li>
</ol>7. Análisis de datos
<ol><li>Tabular los datos obtenidos en software estadístico y realizar el análisis utilizando una prueba de comparación múltiple (ANOVA).</li>
</ol>

Optimización de la calidad de los productos probióticos secados por pulverización mediante el desarrollo de procesos

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</ol>

Los autores no tienen conflictos de intereses que declarar.

L. paraplantarum FT-259 es una bacteria Gram-positiva, en forma de bastoncillos, es un productor de bacteriocinas con actividad antilisterial y tiene un alto potencial probiótico20. Son et al.24 demostraron previamente la capacidad inmunoestimulante y antioxidante de las cepas de L. paraplantarum. Además, tienen un gran potencial probiótico, con propiedades como la estabilidad en condiciones gástricas y biliares artificiales, la susceptibilidad a los antib...

Para ser definidos como probióticos, los microorganismos añadidos a los alimentos (o suplementos) tienen que ser consumidos vivos, ser capaces de sobrevivir durante el paso en el tracto gastrointestinal del huésped, y llegar al sitio de acción en cantidades adecuadas para ejercer efectos beneficiosos 1,2,7.
El creciente interés en los probióticos se debe a los varios beneficios para la salud humana que confieren, como la estimulación del sistema inmunológico, la reducción de los niveles de colesterol sérico y la mejora de la función de barrera intestinal al actuar contra los microbios dañinos, así como sus efectos beneficiosos en el tratamiento del síndrome del intestino irritable. entre otros 2,3. Además, varios estudios han demostrado que los probióticos pueden afectar positivamente a otras partes del cuerpo humano donde las comunidades microbianas desequilibradas pueden causar enfermedades infecciosas 3,4,5.
Para que los probióticos sean terapéuticamente efectivos, el producto debe contener entre 10 6-107 UFC/g de bacterias en el momento del consumo6. Por otro lado, el Ministerio de Salud italiano y el Ministerio de Salud de Canadá han establecido que el nivel mínimo de probióticos en los alimentos debe ser de 10a 9 UFC / g de células viables por día o por porción, respectivamente7. Teniendo en cuenta que se necesitan altas cargas de probióticos para garantizar que tendrán efectos beneficiosos, es esencial garantizar su supervivencia durante el procesamiento, el almacenamiento en estantería y el paso a través del tracto gastrointestinal (GI). Varios estudios han demostrado que la microencapsulación es un método eficaz para mejorar la viabilidad global de los probióticos 8,9,10,11.
En este contexto, se han desarrollado varios métodos para la microencapsulación de probióticos, como el secado por pulverización, la liofilización, el enfriamiento por pulverización, la emulsión, la extrusión, la coacervación y, más recientemente, los lechos fluidizados11,12,13,14. La microencapsulación por secado por pulverización (SD) es ampliamente utilizada en la industria alimentaria porque es un proceso simple, rápido y reproducible. Es fácil de ampliar y tiene un alto rendimiento de producción con bajos requisitos de energía11,12,13,14. Sin embargo, la exposición a altas temperaturas y bajo contenido de humedad puede afectar la supervivencia y viabilidad de las células probióticas15. Ambos parámetros pueden mejorarse para una cepa dada determinando los efectos de la edad y las condiciones de cultivo para preadaptar el cultivo y optimizar las condiciones de secado por pulverización (temperaturas de entrada y salida, proceso de atomización) y la composición encapsulante 8,14,16,17,18.
La composición de la solución encapsulante también es un factor importante durante la SD, ya que puede definir el nivel de protección contra condiciones ambientales adversas. La inulina, la goma arábiga, las maltodextrinas y la leche descremada son ampliamente utilizadas como agentes encapsulantes para el secado probiótico 5,17,18,19. La inulina es un fructooligosacárido que presenta una fuerte actividad prebiótica y promueve la salud intestinal19. La leche descremada es muy eficaz para mantener la viabilidad de las células bacterianas secas y genera un polvo con buenas propiedades de reconstitución17.
Lactiplantibacillus paraplantarum FT-259 es una bacteria del ácido láctico que produce bacteriocina y presenta actividad antilisterial, además de rasgos probióticos20,21. Es una bacteria Grampositiva heterofermentativa facultativa en forma de bastoncillo que crece de 15 °C a 37 °C20 y es compatible con la temperatura corporal homeostática. Este estudio tuvo como objetivo presentar todos los pasos involucrados en la producción y caracterización fisicoquímica de un probiótico secado por atomización (L. paraplantarum FT-259) y evaluar la influencia de los protectores y las temperaturas de secado.

<table><tbody><tr><td>Aqua Lab 4TEV</td><td>Decagon</td> <td>Devices-Medidor de</td> <td>actividad de agua</td></tr><tr><td>Centrífuga (mod. 5430 R )</td><td></td><td>Centrífuga</td> <td>Eppendorf</td></tr> <tr><td>SiO2 (Aerosil 200)</td><td>Evokik</td><td>7631-86-9</td><td>coadyuvante de secado</td></tr><tr><td>Fructooligosacáridos de achicoria</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>9005-80-5</td><td>coadyuvante de secado</td></tr><tr><td>Prisma GraphPad (versión 8.0) software</td><td>GraphPad</td> <td>Software-San</td> <td>Diego, California, EE. UU</td></tr>. <tr><td>Karl Fischer 870 Titrino Plus</td><td>Metrohm-Contenido</td> <td>de</td> <td>humedad</td></tr><tr><td>Lactosa</td><td>Milkaut</td><td>63-42-3&nbsp;</td><td>coadyuvante de secado</td></tr><tr><td>Maltodextrina</td><td>Ingredion</td><td>9050-36-6</td><td>coadyuvante de secado</td></tr><tr><td>Milli-Q</td><td>Merk-Sistema</td> <td>de</td> <td>agua ultrapura</td></tr><tr><td>MRS Agar MRS</td> Medio de <td></td><td>cultivo</td><td>Oxoid</td></tr> <tr><td>Caldo MRS Medio</td> de <td></td><td>cultivo</td><td>Oxoid</td></tr> <tr><td>Software OriginPro (versión 9.0)</td><td>OriginLab-Northampton</td><td></td><td>, Massachusetts, EE. UU</td></tr>. <tr><td>Secador por pulverización SD-05</td><td>Lab-Plant</td><td></td> <td>Ltd-Secador por pulverización</td></tr><tr><td>Proteína de suero</td><td>Arla Foods Ingredients S.A.</td><td>91082-88-1</td><td>auxiliar de secado</td></tr></tbody></table>

desarrollo de procesos para el secado por atomización de bacterias probióticas y evaluación de la calidad del producto

Process Development for the Spray-Drying of Probiotic Bacteria and Evaluation of the Product Quality

Los probióticos y prebióticos son de gran interés para las industrias alimentaria y farmacéutica debido a sus beneficios para la salud. Los probióticos son bacterias vivas que pueden conferir efectos beneficiosos sobre el bienestar humano y animal, mientras que los prebióticos son tipos de nutrientes que alimentan a las bacterias intestinales beneficiosas. Los probióticos en polvo han ganado popularidad debido a la facilidad y practicidad de su ingestión e incorporación a la dieta como complemento alimenticio. Sin embargo, el proceso de secado interfiere con la viabilidad celular ya que las altas temperaturas inactivan las bacterias probióticas. En este contexto, este estudio tuvo como objetivo presentar todos los pasos involucrados en la producción y caracterización fisicoquímica de un probiótico secado por pulverización y evaluar la influencia de los protectores (simulada leche descremada y asociación inulina:maltodextrina) y las temperaturas de secado en el aumento del rendimiento en polvo y la viabilidad celular. Los resultados mostraron que la leche descremada simulada promovió una mayor viabilidad probiótica a 80 °C. Con este protector, la viabilidad probiótica, el contenido de humedad y la actividad del agua (Aw) se reducen siempre que aumente la temperatura de entrada. La viabilidad de los probióticos disminuye a la inversa con la temperatura de secado. A temperaturas cercanas a 120 °C, el probiótico seco mostró una viabilidad de alrededor del 90%, un contenido de humedad de 4,6% p/p y un Aw de 0,26; valores adecuados para garantizar la estabilidad del producto. En este contexto, se requieren temperaturas de secado por atomización superiores a 120 °C para garantizar la viabilidad y la vida útil de las células microbianas en la preparación en polvo y la supervivencia durante el procesamiento y almacenamiento de alimentos.

En este estudio, L. paraplantarum fue encapsulado por SD utilizando agentes encapsulantes de grado alimenticio (inulina:maltodextrina y leche en polvo simulada), mostrando alta calidad del producto y eficacia en la preservación de la viabilidad celular bacteriana17,19.
Los resultados de la DE de probióticos a 80 °C mostraron que los distintos sistemas protectores (inulina:maltodextrina y leche descremada simulada) promovieron ...

Este protocolo detalla los pasos involucrados en la producción y caracterización fisicoquímica de un producto probiótico secado por pulverización.

Desarrollo de procesos para el secado por atomización de bacterias probióticas y evaluación de la calidad del producto

Probiotics and prebiotics are of great interest to the food and pharmaceutical industries due to their health benefits. Probiotics are live bacteria that ...

En nuestro laboratorio, investigamos sobre microbios beneficiosos, incluidos los probióticos, que son microorganismos vivos que se pueden agregar a los alimentos para mejorar la salud de los consumidores, generalmente compitiendo con bacterias patógenas en el intestino para excluirlas y aliviar los síntomas, como diarrea u otros trastornos gastrointestinales. Hoy en día, se han aplicado muchas técnicas para garantizar que los probióticos sobrevivirán en los alimentos durante la vida útil. Y también, necesitaban tolerar las duras condiciones del tracto gastrointestinal para ejercer sus efectos beneficiosos dentro del intestino.Estudiamos muchas tecnologías que pueden mejorar la supervivencia de los probióticos, ya sea en los alimentos o en el huésped humano. Entre las técnicas, la microencapsulación por secado por atomización es de gran interés porque es simple, rápida y reproducible, proporcionando altos rendimientos a bajos requerimientos de energía. Sin embargo, es un desafío determinar las condiciones adecuadas para obtener probióticos secos.Y para eso, se deben elegir protectores adecuados. La leche descremada, la maltodextrina u otra inulina probiótica similar se han utilizado con diferentes cepas probióticas. El área de microencapsulación es un campo de investigación en constante evolución que tiene el potencial de impactar a la industria alimentaria al proporcionar nuevos productos para ser utilizados como ingredientes funcionales.En este estudio, demostramos cómo obtener una preparación microencapsulada de un cultivo probiótico potencial utilizando la técnica de secado por pulverización. También mostramos cómo determinar los parámetros principales para caracterizar el polvo, obtenerlo y cómo evaluar la tasa de supervivencia del probiótico.

process-development-for-spray-drying-probiotic-bacteria-evaluation

Research

Investigación

JoVE Journal

Biology

Biología

La liofilización es a menudo una manera fácil y conveniente de obtener productos secos de células bacterianas viables. Un problema del proceso es la supervivencia celular. Nos detalle aquí un procedimiento para investigar cómo la supervivencia celular durante la liofilización está influenciada por las propiedades de la formulación utilizada.

Las formulaciones para la liofilización de las bacterias y su influencia en la supervivencia celular

Fuente: Fuchs, F. M., et al. Investigación de los efectos perjudiciales de la esterilización con plasma a baja presión en la supervivencia de las esporas de Bacillus subtilis mediante microscopía de células vivas. J. Vis. Exp. (2017)Este video demuestra la producción, purificación y deposición a base de aerosoles de esporas de Bacillus subtilis para crear una monocapa uniforme, lo que permite aplicaciones posteriores como el análisis basado en microscopía de la germinación de esporas, la...

Producción y deposición en aerosol de esporas de Bacillus subtilis

Este video muestra el ensayo de inhibición del crecimiento diferido, utilizado para investigar cómo los compuestos antimicrobianos producidos por un tipo de bacteria afectan a otra cepa bacteriana competidora.

Un ensayo de inhibición del crecimiento diferido para evaluar el efecto de los compuestos antimicrobianos derivados de bacterias

Se describe un protocolo de producción para la producción a pequeña escala de bebidas lácteas fermentadas probióticas con la ayuda de un nuevo cultivo bacteriano iniciador.

Protocolo de Producción novela de pequeña escala Fabricación de probióticos alimentos fermentados

Este manuscrito describe un enfoque genérico para el diseño a medida de los medios de cultivo microbianos. Esta opción está activada por un flujo de trabajo iterativo combinando Kriging experimental diseño y microbioreactor tecnología suficiente rendimiento de cultivo, que se apoya en la robótica de laboratorio para aumentar la fiabilidad y rapidez en los medios de comunicación para manejo de líquidos preparación.

Protocolo genérico para la optimización de la producción de proteína heteróloga utilizando tecnología Microbioreactor automatizada

La contaminación afecta a todos los biomas. Los ambientes marinos se han visto particularmente afectados, especialmente los arrecifes de coral, uno de los ecosistemas más sensibles de la Tierra. La biorremediación es la capacidad de los organismos para degradar los contaminantes. Aquí, describimos metodologías para aislar y probar microbios que presentan capacidad de biorremediación y características probióticas potenciales para corales.

Prospección de cepas microbianas para la biorremediación y el desarrollo de probióticos para la investigación y conservación de metaorganismos

La evaluación de control de calidad de los cultivos de bacterias del ácido láctico (LAB) se ha confirmado como una forma efectiva de mejorar la viabilidad y funcionalidad de las cepas de LAB para los procedimientos de fermentación. Para reforzar esta afirmación, desarrollamos un protocolo que aclara cómo se activan y cultivan los cultivos LAB para los procedimientos de fermentación y bioprocesamiento.

El cultivo, crecimiento y viabilidad de las bacterias del ácido láctico: una perspectiva de control de calidad

Este protocolo describe un enfoque que combina métodos estáticos y dinámicos para evaluar la eficacia de los peroxiácidos orgánicos para erradicar las biopelículas en la industria láctea. Este enfoque también se puede utilizar para probar la eficacia de nuevas formulaciones biológicas o químicas para controlar las biopelículas.

Evaluación de la eficacia de los peroxiácidos orgánicos para la erradicación de biofilms lácteos utilizando un enfoque que combina métodos estáticos y dinámicos

Este protocolo permite una evaluación rápida y rentable de la composición microbiana en los productos lácteos mediante la combinación de la culturomica con MALDI-TOF MS. Ofrece resultados de taxonomía comparables a la secuenciación de ARNr 16S con un tiempo de respuesta más corto que los métodos de cultivo tradicionales.

Evaluación de la seguridad microbiana de las lecherías mediante perfiles proteómicos bacterianos mediante el enfoque MALDI

Este protocolo presenta un flujo de trabajo estándar de cribado de alto rendimiento para microorganismos industriales. Consiste en construir una biblioteca mutante mediante mutagénesis ARTP, realizar cribado positivo de gotas con microfluidica automatizada y, posteriormente, verificar los resultados. La fiabilidad del flujo de trabajo se validó mediante el cribado de cepas de B. coagulans de alto rendimiento.

Cribado de alto rendimiento de mutantes de Bacillus coagulans hiperproductores de ácido L-láctico utilizando una plataforma microfluídica automatizada de gotas

Aprende a microencapsular probióticos mediante secado por atomización para mejorar su supervivencia en alimentos y en el tracto gastrointestinal. Este método optimiza la viabilidad de cultivos probióticos y su estabilidad.

Desarrollo de procesos para el secado por atomización de bacterias probióticas y evaluación de la calidad del producto

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