Name: Desenvolvimento de processos para spray-drying de bactérias probióticas e avaliação da qualidade do produto (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-04-07T14:45:00.000+00:00
Duration: 5 min 45 s
Description: Aprenda a microencapsulação por spray drying de bactérias probióticas para ciência de alimentos. Este método preserva a viabilidade dos microrganismos e permite o desenvolvimento de ingredientes funcionais para a indústria alimentícia.

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O presente estudo foi financiado em parte pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código 001. Este estudo também foi parcialmente financiado pela FAPESP - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo. A E.C.P.D.M. agradece a Bolsa de Pesquisador do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) 306330/2019-9.

1. Produção das células probióticas
<ol><li>Prepare o caldo De Man Rogosa e Sharpe (MRS).</li>
	<li>Reativar 1% (v/v) da cultura de interesse no caldo MRS (aqui, Lactiplantibacillus paraplantarum FT-259 foi usado).</li>
	<li>Incubar por 24 h em temperatura adequada (utilizamos 37 °C).</li>
</ol>2. Separe as bactérias da cultura
<ol><li>Centrifugar a cultura bacteriana a 7.197 x g por 5 min a 4 °C usando tubos cônicos de 50 mL. É importante que o peso dos tubos seja equilibrado antes do procedimento.</li>
	<li>Usando uma pipeta, retire o sobrenadante e descarte-o em um recipiente adequado. Lave os pellets com um tampão fosfato (pH 7) e homogeneize a solução.</li>
	<li>Repita o processo de centrifugação como mencionado anteriormente.</li>
	<li>Para obter o pellet, use uma pipeta para remover e descartar o sobrenadante em um recipiente apropriado.</li>
</ol>3. Adição de auxiliares de secagem
<ol><li>Selecionar a combinação de duas composições de auxiliares de secagem (protetores): mistura de inulina:maltodextrina e leite desnatado simulado (Tabela 1)22,23.</li>
	<li>Pesar 5 g de inulina e 5 g de maltodextrina para obter a primeira combinação de protetores.</li>
	<li>Pesar 3 g de inulina, 3 g de lactose, 0,4 g de SiO2 coloidal e 3,6 g de whey protein para obter a segunda combinação de protetores.</li>
	<li>Adicionar cada um dos auxiliares de secagem à água ultrapura (1:10) e submeter à agitação magnética até a solubilização.</li>
	<li>Certifique-se de que os protetores e a água estejam homogêneos, adicione os pellets de probióticos à mistura e mexa moderadamente por 20 min.</li>
</ol><table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>Auxiliares de secagem</td>
			<td>Inulina e maltodextrina</td>
			<td>Leite desnatado simulado</td>
		</tr><tr><td>Maltodextrina</td>
			<td>5%</td>
			<td>-</td>
		</tr><tr><td>Proteína de soro de leite</td>
			<td>-</td>
			<td>3.60%</td>
		</tr><tr><td>Lactose</td>
			<td>-</td>
			<td>3%</td>
		</tr><tr><td>Inulina</td>
			<td>5%</td>
			<td>3%</td>
		</tr><tr><td>SiO coloidal2</td>
			<td>-</td>
			<td>0.40%</td>
		</tr></tbody></table>Tabela 1: Composição dos auxiliares de secagem.
4. Secagem por pulverização
<ol><li>Ligue o spray dryer (SD) e defina a taxa de fluxo de gás de secagem, a temperatura de secagem de entrada e a taxa de fluxo e pressão do gás do atomizador da seguinte maneira: Temperatura de entrada: 80 °C Vazão de ar: 60 m³/h Taxa de alimentação: 4 g/min Fluxo de atomização: 17 L/min Pressão de atomização: 1,5 kgf/cm² Diâmetro do bocal do atomizador: 1 mm</li>
	<li>Prepare a composição dos protetores e adicione os pellets probióticos concentrados.</li>
	<li>Inicie a alimentação da composição probiótica (células mais protetores) através de uma bomba peristáltica.</li>
	<li>Inicie o temporizador e coloque o recipiente coletor do produto quando a solução entrar no atomizador.</li>
	<li>Registre a temperatura de saída a cada 5 min para rastrear possíveis instabilidades de temperatura.</li>
	<li>Pare o temporizador quando toda a composição probiótica tiver sido alimentada para o SD.</li>
	<li>Pesar o recipiente coletor do produto para determinar a quantidade de composição fornecida ao sistema e a quantidade de produto seco coletado, para calcular o rendimento de secagem (produto recuperado) através de um balanço de massa no secador.</li>
	<li>Use leite desnatado simulado para avaliar o efeito da temperatura na viabilidade das células probióticas, estabelecendo cinco diferentes temperaturas de secagem por pulverização (80 °C, 100 °C, 120 °C, 140 °C e 160 °C vs. temperaturas de saída de 59 °C, 70 °C, 83 °C, 96 °C e 108 °C).</li>
</ol>5. Caracterização do pó
<ol><li>Teor de umidade do produto<ol><li>Pesar precisamente 100 mg do produto seco e colocá-lo no recipiente de titulação do equipamento Karl-Fischer.</li>
		<li>Pressione o botão de iniciação para iniciar a titulação biamperométrica da água presente na amostra.</li>
	</ol></li>
	<li>Atividade aquática<ol><li>Pesar 0,6 g do produto seco no compartimento de amostras do higrómetro a 25 °C.</li>
		<li>Feche a tampa do equipamento. NOTA: O ensaio arrancará automaticamente e terminará quando a amostra atingir a pressão de vapor de equilíbrio dentro do compartimento da amostra.</li>
	</ol></li>
</ol>6. Viabilidade do probiótico
<ol><li>Diluir as suspensões bacterianas previamente preparadas em 9 mL de peptona água (0,1%, v/v).</li>
	<li>Vórtice até a dispersão completa.</li>
	<li>Realizar diluições decimais seriadas (1:10) em 9 mL de solução salina (NaCl a 0,9%).</li>
	<li>Semeando as diluições em placas de ágar MRS e incubar a 37 °C por 24-48 h.</li>
	<li>Conte as unidades formadoras de colônias (UFC/g) usando um contador de colônias com lente de aumento.</li>
	<li>Calcular a viabilidade do probiótico no produto seco de acordo com a seguinte equação: EE (%) = (N∕No) × 100 onde, N é o número de células viáveis após a secagem por pulverização e N o é o número de células bacterianas antes da secagem por pulverização.</li>
	<li>Expressar o número de células viáveis em UFC/g de dispersão do produto.</li>
</ol>7. Análise dos dados
<ol><li>Tabular os dados obtidos em software estatístico e realizar a análise por meio de um teste de comparações múltiplas (ANOVA).</li>
</ol>

Otimizando a qualidade do produto probiótico seco por pulverização por meio do desenvolvimento de processos

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</ol>

Os autores declaram não haver conflitos de interesse.

L. paraplantarum A FT-259 é uma bactéria Gram-positiva, em forma de bastonete, produtora de bacteriocinas com atividade antilisterial e com alto potencial probiótico20. Son et al.24 demonstraram previamente a capacidade imunoestimulante e antioxidante de cepas de L. paraplantarum. Além disso, possuem grande potencial probiótico, com propriedades como estabilidade em condições gástricas e biliares artificiais, suscetibilidade a antibióticos e ligação às cél...

Para serem definidos como probióticos, os microrganismos adicionados aos alimentos (ou suplementos) devem ser consumidos vivos, ser capazes de sobreviver durante a passagem no trato gastrintestinal do hospedeiro e atingir o local de ação em quantidades adequadas para exercer efeitos benéficos 1,2,7.
O crescente interesse nos probióticos deve-se aos diversos benefícios à saúde humana que conferem, como a estimulação do sistema imunológico, a redução dos níveis séricos de colesterol e o aumento da função de barreira intestinal por atuar contra micróbios nocivos, bem como seus efeitos benéficos no tratamento da síndrome do intestino irritável, entre outros 2,3. Além disso, vários estudos têm demonstrado que os probióticos podem afetar positivamente outras partes do corpo humano, onde comunidades microbianas desequilibradas podem causar doenças infecciosas 3,4,5.
Para que os probióticos sejam terapeuticamente eficazes, o produto deve conter entre 10 6-107 UFC/g de bactérias no momento do consumo6. Por outro lado, o Ministério da Saúde italiano e o Canadá estabeleceram que o nível mínimo de probióticos nos alimentos deve ser de 10a 9 UFC/g de células viáveis por dia ou por porção, respectivamente7. Considerando que altas cargas de probióticos são necessárias para garantir que eles terão efeitos benéficos, é essencial garantir sua sobrevivência durante o processamento, armazenamento de prateleira e passagem pelo trato gastrointestinal (GI). Vários estudos têm demonstrado que a microencapsulação é um método eficaz para melhorar a viabilidade global dos probióticos 8,9,10,11.
Nesse contexto, vários métodos têm sido desenvolvidos para a microencapsulação de probióticos, como spray-drying, liofilização, spray-chilling, emulsão, extrusão, coacervação e, mais recentemente, leitos fluidizados11,12,13,14. A microencapsulação por spray-drying (SD) é amplamente utilizada na indústria alimentícia por ser um processo simples, rápido e reprodutível. É de fácil escalonamento, com alto rendimento de produção e baixa demanda energética11,12,13,14. No entanto, a exposição a altas temperaturas e baixo teor de umidade pode afetar a sobrevivência e a viabilidade das células probióticas15. Ambos os parâmetros podem ser melhorados para uma determinada linhagem, determinando-se os efeitos da idade e das condições de pré-adaptação da cultura e otimização das condições de spray-drying (temperaturas de entrada e saída, processo de atomização) e da composição encapsulante 8,14,16,17,18.
A composição da solução encapsulante também é um fator importante durante a SD, pois pode definir o nível de proteção contra condições ambientais adversas. Inulina, goma arábica, maltodextrinas e leite desnatado são amplamente utilizados como agentes encapsulantes para secagem de probióticos 5,17,18,19. A inulina é um frutooligossacarídeo que apresenta forte atividade prebiótica e promove a saúde intestinal19. O leite desnatado é muito eficaz na manutenção da viabilidade das células bacterianas secas e gera um pó com boas propriedades de reconstituição17.
Lactiplantibacillus paraplantarum O FT-259 é uma bactéria do ácido lático que produz bacteriocina e apresenta atividade antilisterial e características probióticas20,21. É uma bactéria Gram-positiva heterofermentativa facultativa em forma de bastonete que cresce de 15 °C a 37 °C20 e é compatível com a temperatura corporal homeostática. Este trabalho teve como objetivo apresentar todas as etapas envolvidas na produção e caracterização físico-química de um probiótico spray-dried (L. paraplantarum FT-259) e avaliar a influência dos protetores e das temperaturas de secagem.

<table><tbody><tr><td>Aqua Lab 4TEV</td><td>Decagon</td> <td>Devices-Medidor</td> de <td>atividade de água</td></tr><tr><td>Centrífuga (mod. 5430 R)</td><td>Eppendorf-Centrífuga</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Coloidal SiO2 (Aerosil 200)</td><td>Evokik</td><td>7631-86-9</td><td>auxiliar de secagem</td></tr><tr><td>Frutooligossacarídeos de chicória</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>9005-80-5</td><td>auxiliar de secagem</td></tr><tr><td>GraphPad Prism (versão 8.0) software</td><td>GraphPad</td> <td>Software-San</td> <td>Diego, Califórnia, EUA</td></tr><tr><td>Karl Fischer 870 Titrino Plus</td><td>Metrohm-Teor</td><td></td> <td>de umidade</td></tr><tr><td>Lactose</td><td>Milkaut</td><td>63-42-3&nbsp;</td><td>auxiliar de secagem</td></tr><tr><td>Maltodextrina</td><td>Ingredion</td><td>9050-36-6</td><td>auxiliar de secagem</td></tr><tr><td>Milli-Q</td><td>Merk-Sistema</td> <td>de</td> <td>água ultrapura</td></tr><tr><td>Ágar MRS</td> Meio <td>de</td> <td>cultura</td><td>de oxóide</td> de ágar</tr><tr><td>MRS Meio</td> <td>de</td> <td>cultura</td><td>de oxóide</td> de caldo</tr><tr><td>OriginPro (versão 9.0) software</td><td>OriginLab-Northampton</td><td></td><td>, Massachusetts, EUA</td></tr><tr><td>Secador por pulverização SD-05</td><td>Lab-Plant</td> <td>Ltd-Spray</td> <td>dryer</td></tr><tr><td>Proteína de soro de leite</td><td>Arla Foods Ingredients S.A.</td><td>91082-88-1</td><td>auxiliar de secagem</td></tr></tbody></table>

desenvolvimento de processos para spray-drying de bactérias probióticas e avaliação da qualidade do produto

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

Probióticos e prebióticos são de grande interesse para as indústrias alimentícia e farmacêutica devido aos seus benefícios para a saúde. Os probióticos são bactérias vivas que podem conferir efeitos benéficos ao bem-estar humano e animal, enquanto os prebióticos são tipos de nutrientes que alimentam as bactérias benéficas do intestino. Os probióticos em pó ganharam popularidade devido à facilidade e praticidade de sua ingestão e incorporação à dieta como suplemento alimentar. No entanto, o processo de secagem interfere na viabilidade celular, uma vez que altas temperaturas inativam bactérias probióticas. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo apresentar todas as etapas envolvidas na produção e caracterização físico-química de um probiótico spray-dried e avaliar a influência dos protetores (leite desnatado simulado e associação inulina:maltodextrina) e das temperaturas de secagem no aumento do rendimento do pó e da viabilidade celular. Os resultados mostraram que o leite desnatado simulado promoveu maior viabilidade probiótica a 80 °C. Com esse protetor, a viabilidade do probiótico, o teor de umidade e a atividade de água (Aw) diminuem enquanto a temperatura de entrada aumenta. A viabilidade dos probióticos diminui inversamente com a temperatura de secagem. Em temperaturas próximas a 120 °C, o probiótico seco apresentou viabilidade em torno de 90%, teor de água de 4,6% p/p e Aw de 0,26; valores adequados para garantir a estabilidade do produto. Neste contexto, temperaturas de secagem por pulverização acima de 120 °C são necessárias para garantir a viabilidade e a vida útil das células microbianas na preparação em pó e a sobrevivência durante o processamento e armazenamento de alimentos.

Neste estudo, L. paraplantarum foi encapsulada por SD utilizando agentes encapsulantes de grau alimentício (inulina:maltodextrina e leite em pó simulado), mostrando alta qualidade do produto e eficácia na preservação da viabilidade celular bacteriana17,19.
Os resultados da SD dos probióticos a 80 °C mostraram que os distintos sistemas protetores (inulina:maltodextrina e leite desnatado simulado) promoveram eficiente proteção d...

Este protocolo detalha as etapas envolvidas na produção e caracterização físico-química de um produto probiótico seco por pulverização.

Desenvolvimento de processos para spray-drying de bactérias probióticas e avaliação da qualidade do produto

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

Em nosso laboratório, fazemos pesquisas sobre micróbios benéficos, incluindo probióticos, que são microrganismos vivos que podem ser adicionados aos alimentos para melhorar a saúde dos consumidores, geralmente competindo com bactérias patogênicas no intestino para excluí-los e aliviar os sintomas, como diarreia ou outros distúrbios gastrointestinais. Atualmente, muitas técnicas têm sido aplicadas para garantir que os probióticos sobrevivam nos alimentos durante a vida de prateleira. E também, eles precisavam tolerar as condições adversas do trato gastrointestinal para exercer seus efeitos benéficos dentro do intestino.Estudamos muitas tecnologias que podem aumentar a sobrevivência dos probióticos, seja na alimentação ou no hospedeiro humano. Dentre as técnicas, a microencapsulação por spray drying é de grande interesse por ser simples, rápida e reprodutível, proporcionando altos rendimentos com baixa exigência energética. É desafiador, no entanto, determinar as condições certas para obter probióticos secos.E, para isso, devem ser escolhidos protetores adequados. Leite desnatado, maltodextrina, ou outro como inulina probiótica têm sido usados com diferentes cepas probióticas. A área

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Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Liofilização é muitas vezes uma forma fácil e conveniente de obter produtos secos de células bacterianas viáveis. Uma questão do processo é a sobrevivência da célula. Nós detalhe aqui um processo para investigar a forma como a sobrevivência das células durante a liofilização é influenciada pelas propriedades da formulação utilizada.

As formulações para liofilização de bactérias e sua influência na sobrevivência das células

Fonte: Fuchs, F. M., et al. Investigando os efeitos prejudiciais da esterilização por plasma de baixa pressão na sobrevivência dos esporos de Bacillus subtilis usando microscopia de células vivas. J. Vis. Exp. (2017)Este vídeo demonstra a produção, purificação e deposição baseada em aerossol de esporos de Bacillus subtilis para criar uma monocamada uniforme, permitindo aplicações a jusante, como análise baseada em microscopia da germinação de esporos, viabilidade ou resposta ao estresse.

Produção e deposição à base de aerossóis de esporos de Bacillus subtilis

Este vídeo mostra o ensaio de inibição do crescimento diferido, usado para investigar como os compostos antimicrobianos produzidos por um tipo de bactéria afetam outra cepa bacteriana concorrente.

Um ensaio de inibição de crescimento diferido para avaliar o efeito de compostos antimicrobianos derivados de bactérias

Um protocolo de produção é descrito para a produção em pequena escala de bebida láctea fermentada probiótica com o auxílio de uma nova cultura bacteriana inicial.

Protocolo de Produção da novela para em pequena escala Fabricação de alimentos fermentados probióticos

Este manuscrito descreve uma abordagem genérica de design à medida dos meios de cultivo microbiano. Isso é ativado por um fluxo de trabalho iterativo combinando Kriging experimental design e microbioreactor tecnologia para throughput de cultivo suficientes, que é apoiado pela robótica de laboratório para aumentar a confiabilidade e a velocidade em mídia de manuseio de líquidos preparação.

Protocolo genérico para otimização da produção de proteína heteróloga usando tecnologia automatizada de Microbioreactor

A poluição afeta todos os biomas. Os ambientes marinhos têm sido particularmente impactados, especialmente os recifes de corais, um dos ecossistemas mais sensíveis da Terra. A bioremediação é a capacidade dos organismos para degradar contaminantes. Aqui, descrevemos metodologias para isolar e testar micróbios que apresentam capacidade de bioremediação e potenciais características probióticas para corais.

Prospecção de cepas microbianas para desenvolvimento de bioremediação e probióticos para pesquisa e preservação de metaorganismos

A avaliação do controle de qualidade de culturas de bactérias do ácido lático (LAB) foi confirmada como uma maneira eficaz de melhorar a viabilidade e a funcionalidade das cepas LAB para procedimentos de fermentação. Para reforçar essa afirmação, desenvolvemos um protocolo que elucida como as culturas LAB são ativadas e cultivadas para procedimentos de fermentação e bioprocessamento.

O cultivo, crescimento e viabilidade de bactérias do ácido lático: uma perspectiva de controle de qualidade

Este protocolo permite uma avaliação rápida e econômica da composição microbiana em produtos lácteos, combinando culturomics com MALDI-TOF MS. Ele fornece resultados de taxonomia comparáveis ao sequenciamento de rRNA 16S com um tempo de resposta mais curto do que os métodos tradicionais de cultura.

Avaliação da segurança microbiana de laticínios usando perfil proteômico bacteriano via abordagem MALDI

Esse protocolo apresenta um fluxo padrão de triagem de alta produtividade para microrganismos industriais. Envolve construir uma biblioteca mutante via mutagênese ARTP, realizar triagem positiva de gotículas com microfluídica automatizada e, posteriormente, verificar os resultados. A confiabilidade do fluxo de trabalho foi validada por meio de triagem de cepas de B. coagulans de alto rendimento.

Triagem de alto rendimento de mutantes Bacillus coagulans , hiperprodutora de ácido l-lático, utilizando uma plataforma microfluídica automatizada de gotículas

Técnica necessária para visualizar o coração batendo em larvas e...

Visualizar o coração batendo no Drosophila</em

Aprenda a microencapsulação por spray drying de bactérias probióticas para ciência de alimentos. Este método preserva a viabilidade dos microrganismos e permite o desenvolvimento de ingredientes funcionais para a indústria alimentícia.

Desenvolvimento de processos para spray-drying de bactérias probióticas e avaliação da qualidade do produto

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