Summary
يفصل هذا البروتوكول الخطوات المتبعة في الإنتاج والتوصيف الفيزيائي الكيميائي لمنتج بروبيوتيك مجفف بالرش.
Abstract
البروبيوتيك والبريبايوتكس ذات أهمية كبيرة للصناعات الغذائية والصيدلانية بسبب فوائدها الصحية. البروبيوتيك هي بكتيريا حية يمكن أن تمنح آثارا مفيدة على رفاهية الإنسان والحيوان ، في حين أن البريبايوتكس هي أنواع من العناصر الغذائية التي تغذي بكتيريا الأمعاء المفيدة. اكتسبت مسحوق البروبيوتيك شعبية بسبب سهولة وعملية ابتلاعها ودمجها في النظام الغذائي كمكمل غذائي. ومع ذلك ، فإن عملية التجفيف تتداخل مع صلاحية الخلية لأن درجات الحرارة المرتفعة تعطل بكتيريا البروبيوتيك. في هذا السياق ، هدفت هذه الدراسة إلى عرض جميع الخطوات التي ينطوي عليها الإنتاج والتوصيف الفيزيائي الكيميائي للبروبيوتيك المجفف بالرش وتقييم تأثير المواد الواقية (محاكاة الحليب الخالي من الدسم والإينولين: رابطة مالتوديكسترين) ودرجات حرارة التجفيف في زيادة إنتاجية المسحوق وصلاحية الخلية. أظهرت النتائج أن الحليب الخالي من الدسم المحاكي عزز قابلية أعلى للبروبيوتيك عند 80 درجة مئوية. مع هذا الواقي ، تقل صلاحية البروبيوتيك ومحتوى الرطوبة والنشاط المائي (Aw) طالما زادت درجة حرارة المدخل. تقل صلاحية البروبيوتيك على العكس من ذلك مع درجة حرارة التجفيف. عند درجات حرارة قريبة من 120 درجة مئوية ، أظهر البروبيوتيك المجفف قابلية للحياة حوالي 90٪ ، ومحتوى رطوبة بنسبة 4.6٪ وزن / وزن ، و Aw يبلغ 0.26 ؛ القيم الكافية لضمان استقرار المنتج. في هذا السياق ، يلزم وجود درجات حرارة تجفيف بالرش أعلى من 120 درجة مئوية لضمان صلاحية الخلايا الميكروبية وعمرها الافتراضي في تحضير المسحوق والبقاء على قيد الحياة أثناء معالجة الأغذية وتخزينها.
Introduction
ليتم تعريفها على أنها بروبيوتيك ، يجب استهلاك الكائنات الحية الدقيقة المضافة إلى الأطعمة (أو المكملات الغذائية) على قيد الحياة ، وأن تكون قادرة على البقاء على قيد الحياة أثناء المرور في الجهاز الهضمي للمضيف ، والوصول إلى موقع العمل بكميات كافية لممارسة تأثيرات مفيدة1،2،7.
يرجع الاهتمام المتزايد بالبروبيوتيك إلى الفوائد العديدة التي تمنحها لصحة الإنسان ، مثل تحفيز الجهاز المناعي ، وخفض مستويات الكوليسترول في الدم ، وتعزيز وظيفة حاجز الأمعاء من خلال العمل ضد الميكروبات الضارة ، وكذلك آثارها المفيدة في علاج متلازمة القولون العصبي ، من بين أمور أخرى 2,3. بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت العديد من الدراسات أن البروبيوتيك يمكن أن يؤثر بشكل إيجابي على أجزاء أخرى من جسم الإنسان حيث يمكن أن تسبب المجتمعات الميكروبية غير المتوازنة الأمراض المعدية3،4،5.
لكي تكون البروبيوتيك فعالة علاجيا ، يجب أن يحتوي المنتج على ما بين 10 6-107 CFU / g من البكتيريا في وقت الاستهلاك6. من ناحية أخرى ، أثبتت وزارة الصحة الإيطالية والصحة الكندية أن الحد الأدنى لمستوى البروبيوتيك في الغذاء يجب أن يكون 109 CFU / g من الخلايا القابلة للحياة يوميا أو لكل وجبة ،على التوالي 7. بالنظر إلى أن هناك حاجة إلى كميات كبيرة من البروبيوتيك لضمان أنه سيكون لها آثار مفيدة ، فمن الضروري ضمان بقائها أثناء المعالجة وتخزين الرف والمرور عبر الجهاز الهضمي (GI). أظهرت العديد من الدراسات أن الكبسلة الدقيقة هي طريقة فعالة لتحسين الجدوى الكلية للبروبيوتيك8،9،10،11.
في هذا السياق ، تم تطوير عدة طرق للكبسلة الدقيقة للبروبيوتيك ، مثل التجفيف بالرش ، والتجفيف بالتجميد ، والتبريد بالرش ، والمستحلب ، والبثق ، والتكسير ، ومؤخرا ، الأسرة المميعة11،12،13،14. يستخدم الكبسلة الدقيقة عن طريق التجفيف بالرش (SD) على نطاق واسع في صناعة المواد الغذائية لأنها عملية بسيطة وسريعة وقابلة للتكرار. من السهل توسيع نطاقه ، وله عائد إنتاج مرتفع عند متطلبات الطاقة المنخفضة11،12،13،14. ومع ذلك ، فإن التعرض لدرجات حرارة عالية ومحتوى رطوبة منخفض يمكن أن يؤثر على بقاء وصلاحية خلايا البروبيوتيك15. يمكن تحسين كلا المعلمتين لسلالة معينة من خلال تحديد تأثيرات عمر المزرعة وظروفها للتكيف المسبق مع المزرعة وتحسين ظروف تجفيف الرذاذ (درجات حرارة المدخل والمخرج ، عملية الانحلال) وتكوين التغليف8،14،16،17،18.
يعد تكوين محلول التغليف أيضا عاملا مهما أثناء SD حيث يمكنه تحديد مستوى الحماية ضد الظروف البيئية الضارة. يستخدم الأنسولين والصمغ العربي والمالتوديكسترين والحليب الخالي من الدسم على نطاق واسع كعوامل تغليف لتجفيف البروبيوتيك5،17،18،19. Inulin هو fructooligosaccharide الذي يقدم نشاطا قويا للبريبايوتك ويعزز صحة الأمعاء19. الحليب الخالي من الدسم فعال جدا في الحفاظ على صلاحية الخلايا البكتيرية المجففة ويولد مسحوقا بخصائص إعادة تكوين جيدة17.
لاكتيبلانتيباكيللوس بارابلانتاروم FT-259 هي بكتيريا حمض اللبنيك التي تنتج البكتيريا وتقدم نشاطا مضادا للليستيرية ، إلى جانب سمات البروبيوتيك20,21. إنها بكتيريا اختيارية غير متجانسة على شكل قضيب موجب الجرام تنمو من 15 درجة مئوية إلى 37 درجة مئوية20 ومتوافقة مع درجة حرارة الجسم الاستتبابية. هدفت هذه الدراسة إلى تقديم جميع الخطوات التي ينطوي عليها الإنتاج والتوصيف الفيزيائي الكيميائي للبروبيوتيك المجفف بالرش (L. paraplantarum FT-259) وتقييم تأثير المواد الواقية ودرجات حرارة التجفيف.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. إنتاج خلايا البروبيوتيك
- تحضير دي مان روجوسا وشارب (MRS) مرق.
- أعد تنشيط 1٪ (v / v) من ثقافة الاهتمام بمرق MRS (هنا ، تم استخدام Lactiplantibacillus paraplantarum FT-259).
- احتضان لمدة 24 ساعة في درجة حرارة مناسبة (استخدمنا 37 درجة مئوية).
2. فصل البكتيريا عن الثقافة
- جهاز طرد مركزي للمزرعة البكتيرية عند 7197 × جم لمدة 5 دقائق عند 4 درجات مئوية باستخدام أنابيب مخروطية سعة 50 مل. من المهم أن يكون وزن الأنابيب متوازنا قبل الإجراء.
- باستخدام ماصة ، قم بإزالة المادة الطافية وتخلص منها في حاوية مناسبة. اغسل الكريات بمحلول فوسفات (درجة الحموضة 7) ، وقم بتجانس المحلول.
- كرر عملية الطرد المركزي كما ذكر من قبل.
- للحصول على الحبيبات ، استخدم ماصة لإزالة والتخلص من المادة الطافية في حاوية مناسبة.
3. إضافة مساعدات التجفيف
- حدد مجموعة من تركيبتين لمساعدات التجفيف (واقيات): الأنسولين: خليط مالتوديكسترين وحليب منزوع الدسم محاكي (الجدول 1)22,23.
- تزن 5 غرام من الأنسولين و 5 غرام من مالتوديكسترين للحصول على أول مجموعة من واقيات.
- تزن 3 غرام من الأنسولين ، 3 غرام من اللاكتوز ، 0.4 غرام من SiO2 الغروية ، و 3.6 غرام من بروتين مصل اللبن للحصول على المجموعة الثانية من واقيات.
- أضف كل من مساعدات التجفيف إلى الماء عالي النقاء (1:10) ، وأرسله إلى التحريك المغناطيسي حتى الذوبان.
- تأكد من أن المواد الواقية والماء متجانسة ، ثم أضف حبيبات البروبيوتيك إلى الخليط ، وحركها بشكل معتدل لمدة 20 دقيقة.
| مساعدات التجفيف | الأنسولين والمالتوديكسترين | حليب مخادع خالي الدسم |
| مالتوديكسترين | 5% | - |
| بروتين مصل اللبن | - | 3.60% |
| لاكتوز | - | 3% |
| إينولين | 5% | 3% |
| الغروية SiO2 | - | 0.40% |
الجدول 1: تكوين مساعدات التجفيف.
4. رذاذ التجفيف
- قم بتشغيل مجفف الرذاذ (SD) ، واضبط معدل تدفق غاز التجفيف ، ودرجة حرارة تجفيف المدخل ، ومعدل تدفق غاز البخاخة وضغطه على النحو التالي:
درجة حرارة المدخل: 80 درجة مئوية
تدفق الهواء: 60 متر مكعب / ساعة
معدل التغذية: 4 جم / دقيقة
تدفق الانحلال: 17 لتر / دقيقة
ضغط الانحلال: 1.5 كجم / سم²
قطر فوهة البخاخة: 1 مم - تحضير تركيبة الواقيات وإضافة الكريات بروبيوتيك المركزة.
- ابدأ تغذية تركيبة البروبيوتيك (الخلايا بالإضافة إلى الواقيات) من خلال مضخة تمعجية.
- ابدأ تشغيل المؤقت ، وضع وعاء تجميع المنتج عندما يدخل المحلول إلى البخاخة.
- سجل درجة حرارة المخرج كل 5 دقائق لتتبع عدم الاستقرار المحتمل في درجة الحرارة.
- أوقف المؤقت عندما يتم تغذية كل تركيبة البروبيوتيك إلى SD.
- قم بوزن وعاء تجميع المنتج لتحديد كمية التركيبة التي يتم تغذيتها للنظام وكمية المنتج الجاف الذي تم جمعه ، لحساب عائد التجفيف (المنتج المسترد) من خلال توازن الكتلة في المجفف.
- استخدم الحليب الخالي من الدسم المحاكي لتقييم تأثير درجة الحرارة على صلاحية خلايا البروبيوتيك ، من خلال إعداد خمس درجات حرارة مختلفة للتجفيف بالرش (80 درجة مئوية ، 100 درجة مئوية ، 120 درجة مئوية ، 140 درجة مئوية ، و 160 درجة مئوية مقابل درجات حرارة المخرج 59 درجة مئوية ، 70 درجة مئوية ، 83 درجة مئوية ، 96 درجة مئوية ، و 108 درجة مئوية).
5. توصيف المسحوق
- محتوى رطوبة المنتج
- قم بوزن 100 مجم من المنتج المجفف بدقة ، وضعه في وعاء المعايرة بالتحليل الحجمي لمعدات Karl-Fischer.
- اضغط على زر البدء لبدء المعايرة بالتحليل الحجمي ثنائي الأمبيرومترية للمياه الموجودة في العينة.
- النشاط المائي
- تزن 0.6 جم من المنتج المجفف في حجرة عينة مقياس الرطوبة عند 25 درجة مئوية.
- أغلق غطاء الجهاز.
ملاحظة: سيبدأ الاختبار تلقائيا ويتوقف عندما تصل العينة إلى ضغط بخار التوازن داخل حجرة العينة.
6. جدوى بروبيوتيك
- تمييع المعلقات البكتيرية المعدة مسبقا في 9 مل من ماء الببتون (0.1٪ ، v / v).
- دوامة حتى التشتت الكامل.
- قم بإجراء التخفيفات العشرية التسلسلية (1:10) في 9 مل من محلول ملحي (0.9٪ كلوريد الصوديوم).
- بذر التخفيفات على ألواح أجار MRS ، واحتضانها عند 37 درجة مئوية لمدة 24-48 ساعة.
- عد وحدات تشكيل المستعمرة (CFU / g) باستخدام عداد مستعمرة مع عدسة مكبرة.
- احسب صلاحية البروبيوتيك في المنتج المجفف وفقا للمعادلة التالية:
EE (٪) = (N ∕No) × 100
حيث ، N هو عدد الخلايا القابلة للحياة بعد التجفيف بالرذاذ ، و No هو عدد الخلايا البكتيرية قبل التجفيف بالرش. - عبر عن عدد الخلايا القابلة للحياة في CFU / g من تشتت المنتج.
7. تحليل البيانات
- جدولة البيانات التي تم الحصول عليها في البرامج الإحصائية ، وإجراء التحليل باستخدام اختبار المقارنة المتعددة (ANOVA).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
في هذه الدراسة ، تم تغليف L. paraplantarum بواسطة SD باستخدام عوامل تغليف من الدرجة الغذائية (الأنسولين: مالتوديكسترين ومسحوق الحليب المحاكي) ، مما يدل على جودة المنتج العالية وفعاليته في الحفاظ على صلاحية الخلايا البكتيرية17،19.
أظهرت نتائج SD للبروبيوتيك عند 80 درجة مئوية أن أنظمة الحماية المتميزة (الأنسولين: مالتوديكسترين والحليب الخالي من الدسم المحاكاة) عززت الحماية الفعالة لخلايا البروبيوتيك ، مع قابلية بقاء 95.1٪ و 97.0٪ على التوالي. كان عائد المنتج قريبا من 50٪ وزن / وزن لكلا نظامي الحماية وكان متفوقا قليلا على الحليب الخالي من الدسم المحاكي ، والذي ولد منتجا بمظهر وقابلية تدفق أفضل. بعد ذلك ، تم تقديم تركيبة البروبيوتيك جنبا إلى جنب مع الحليب الخالي من الدسم المحاكي للتجفيف بالرش في درجات حرارة أعلى من 80 درجة مئوية إلى 160 درجة مئوية (الشكل 1).
كما هو متوقع ، تميل الزيادة في درجة حرارة SD إلى تقليل صلاحية البروبيوتيك ، والتي وصلت إلى ما يقرب من 80 ٪ عند 160 درجة مئوية. يمكن أن نرى أيضا في الشكل 1 أن تأثير درجة حرارة التجفيف على إنتاجية المنتج كان ضئيلا ، بمتوسط قيمة 50.7٪ ± 2.4٪ وزن / وزن ؛ يتم ملاحظة هذه القيم بشكل شائع لمجففات الرذاذ على نطاق المختبر. تشير هذه النتائج إلى أن الحليب الخالي من الدسم المحاكي هو نظام حماية جيد لتجفيف البروبيوتيك ، لأنه يولد منتجا عالي الجودة مع أداء جيد للنظام (إنتاجية المنتج).
انخفض محتوى الرطوبة في المساحيق والنشاط المائي على العكس من ذلك مع درجة حرارة التجفيف بالرش ، كما هو متوقع (الشكل 2).
الشكل 1: إنتاجية المسحوق (٪) وصلاحية البروبيوتيك (٪) وفقا لدرجة حرارة SD (°C) ، مع محاكاة الحليب الخالي من الدسم كمساعد تجفيف. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 2: محتوى الرطوبة والنشاط المائي لعينات البروبيوتيك المجففة وفقا لدرجة حرارة SD (°C) ، مع محاكاة الحليب الخالي من الدسم كنظام وقائي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
ل. بارابلانتاروم FT-259 هي بكتيريا إيجابية الجرام على شكل قضيب ، وهي منتج للبكتيريا ذات النشاط المضاد للليستيرية ، ولديها إمكانات بروبيوتيك عالية20. أظهر Son et al.24 سابقا قدرة المنشطات المناعية ومضادات الأكسدة لسلالات L. paraplantarum. إلى جانب ذلك ، لديهم إمكانات بروبيوتيك كبيرة ، مع خصائص مثل الاستقرار في ظل ظروف المعدة والصفراء الاصطناعية ، والقابلية للمضادات الحيوية ، والارتباط بالخلايا المعوية. بالإضافة إلى ذلك ، فإنها لا تنتج المستقلبات التي يمكن أن تؤثر سلبا على الجهاز الهضمي. إلى جانب ذلك ، درس تشوي وتشانغ25 L. plantarum EM وأبلغوا عن إمكاناته لخفض الكوليسترول بناء على نشاط هيدرولاز الملح الصفراوي وقدرته على ربط سطح الخلية. بالإضافة إلى إظهار التسامح مع الضغوط الحمضية والصفراوية ، أظهر L. plantarum EM أيضا نشاطا مضادا للميكروبات ضد مسببات الأمراض ومقاومة المضادات الحيوية ، مما يؤكد إمكاناته كبروبيوتيك.
ومع ذلك ، فإن إنتاج البروبيوتيك المجفف للتسويق يمثل تحديا لأن الكائنات الحية الدقيقة تتعرض لعوامل إجهاد مختلفة ، مثل الضغوط الحرارية والميكانيكية والتناضحية والأكسدة. يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة التي تنطوي عليها العملية إلى تعزيز تمسخ الإنزيمات والبروتينات المشاركة في عملية التمثيل الغذائي للخلية ، مما يتسبب في فقدان الجدوى الميكروبية. تعد إزالة الماء أثناء التجفيف أيضا عاملا حاسما لأن الحد الأدنى من محتوى الماء ضروري للحفاظ على النشاط الأيضي الأساسي26. يمكن أن تؤدي قوى القص العالية الناتجة عن مرور خليط البروبيوتيك عبر البخاخة أثناء SD أيضا إلى إتلاف بنية خلية البروبيوتيك ، مما يساهم في فقدان الصلاحية27,28. وبالتالي ، فإن الاختيار الصحيح لظروف تشغيل SD (على سبيل المثال ، درجات حرارة تجفيف المدخل والمخرج ، ومعدل تدفق غاز التجفيف ، ومعدل تدفق التغذية لتكوين البروبيوتيك ، وضغط التفتيت ، ومعدل تدفق الغاز) ضروري لتقليل خسائر صلاحية الخلية أثناء التجفيف بالرش ، وتحسين جودة المنتج ، وبالتالي الحصول على أداء مجفف مقبول.
تكوين المكونات المحملة بالبروبيوتيك هو أيضا عامل ذي صلة لأن التركيبات سيئة التصميم لا تحمي البروبيوتيك أثناء التجفيف والتخزين ، مما يتسبب في خسائر كبيرة في الجدوى. يتم تحسين خصائص التركيب عن طريق إضافة ما يسمى مساعدات التجفيف (أو عوامل الحماية) ، والتي يمكن أن توفر حماية معينة لخلايا الكائنات الحية الدقيقة أثناء SD والتخزين26,29. عادة ما تضاف الكربوهيدرات (على سبيل المثال ، السكريات الأحادية ، السكريات الثنائية ، السكريات ، السكريات قليلة السكاريد ، إلخ) ، البروتينات ، والحليب الخالي من الدسم المعاد تشكيله إلى تركيبة البروبيوتيك لحماية خلايا الكائنات الحية الدقيقة أثناء SD. على الرغم من عدم وضوحه ، يرتبط التأثير الوقائي للحليب الخالي من الدسم بتركيبته المعقدة ، لأنه يحتوي على اللاكتوز والدهون والكازين وبروتين مصل اللبن و Ca2 + cations. جادل بعض المؤلفين بأن بروتينات مصل اللبن و Ca2+ لها تأثير أكثر بروزا من اللاكتوز30,31. وفقا ل Fu et al.17 ، فإن استخدام الحليب الخالي من الدسم مع مصل اللبن المضاف يمنح حماية حرارية عالية للبروبيوتيك بسبب التفاعلات الكارهة للماء بين بروتينات الألبان والخلايا البكتيرية 17.
يتم تفسير الآثار الوقائية لمساعدات التجفيف على صلاحية البروبيوتيك من خلال ثلاث فرضيات تستخدم لتبرير الحفاظ على تكوين البروتين وأنشطة الإنزيم خلال SD ، وهي نظرية التزجيج ، وفرضية استبدال الماء ، وفرضية قوى الترطيب ، والتي تمت مناقشتها بالكامل بواسطة Broeckx et al.30.
التأكيد على البروبيوتيك أثناء الزراعة هو طريقة أخرى يمكن استخدامها لتعزيز مقاومة خلايا البروبيوتيك أثناء SD.
في البروتوكول الحالي ، تم تقييم تأثيرات أنظمة الحماية (خليط من الأنسولين: مالتوديكسترين وحليب منزوع الدسم محاكاة) ، ودرجة حرارة التجفيف بالرش على صلاحية وخصائص البروبيوتيك المجفف ، وكذلك أداء SD.
استند اختيار الحليب الخالي من الدسم المحاكي إلى عمل Písecký22. تمت إضافة إنولين فركتوليغوساكاريد واللاكتوز ككربوهيدرات (بدلا من اللاكتوز فقط) ، وأضيف ثاني أكسيد السيليكون كرماد. استند اختيار الأنسولين إلى الأدبيات ، حيث تم وصفه بأنه عامل بريبايوتك يمكنه تحسين فوائد البروبيوتيك في الأمعاء32,33. مقارنة الآثار الوقائية لمساعدات التجفيف هذه على صلاحية البروبيوتيك بعد إجراء SD عند 80 درجة مئوية. أظهرت النتائج أن الحليب الخالي من الدسم المحاكي عزز صلاحية بروبيوتيك أعلى من تركيبة الأنسولين: مالتوديكسترين عند 80 درجة مئوية. ومن ثم ، أجريت دراسة لتأثيرات درجة حرارة التجفيف (80 درجة مئوية إلى 160 درجة مئوية) على صلاحية البروبيوتيك وإنتاجية المسحوق باستخدام الحليب الخالي من الدسم المحاكي. كما هو موضح في الشكل 1 ، فإن الزيادة في درجة حرارة المدخل ، والتي أدت إلى ارتفاع درجة حرارة المخرج ، قللت من بقاء البكتيريا ، كما هو متوقع17. ومع ذلك ، لم يتغير إنتاج المسحوق عند أي درجة حرارة ، وبقي حوالي 50٪.
يرتبط مستوى الجفاف للبروبيوتيك أيضا بفقدان صلاحيتها أثناء التجفيف وتخزين المنتج. تعتمد التفاعلات الرادعة الفيزيائية والكيميائية للمنتج المجفف على مستوى الماء الحر34 ، لكن الجفاف المفرط يمكن أن يقلل بشكل كبير من صلاحية البروبيوتيك المجفف. كما هو متوقع ، عززت الزيادة في درجة حرارة التجفيف انخفاضا في محتوى رطوبة المنتج والنشاط المائي ، والذي وصل إلى قيم 3.01٪ ± 0.30٪ (وزن / وزن) و 0.201 ± 0.006 عند 160 درجة مئوية ، على التوالي. عادة ما ترتبط قيم Aw تحت محتوى الرطوبة أحادي الطبقة (~ 0.40) بعمر افتراضي أطول بسبب انخفاض المياه الحرة المتاحة للتفاعلات الكيميائية الحيوية والنمو الميكروبي34. ومع ذلك ، في الأنشطة المائية المنخفضة جدا (<0.20) ، تزداد تفاعلات بيروكسيد الدهون بشكل كبير ، مما قد يضر بصلاحية المنتج أثناء التخزين. من حيث محتوى الرطوبة ، يفضل أن تظل القيم في حدود 2.8٪ إلى 5.6٪ لضمان الحفاظ على البروبيوتيك وتقليل التفاعلات الكيميائية الحيوية التدهورية على المدىالطويل 35,36.
يوضح الشكل 2 أن درجات حرارة التجفيف بالرش أعلى من 120 درجة مئوية مطلوبة لإنتاج منتج ب Aw الموصى به. عند درجة الحرارة هذه ، أظهر البروبيوتيك المجفف قابلية للحياة تبلغ حوالي 90٪ ، ومحتوى رطوبة بنسبة 4.6٪ وزن / وزن ، و Aw يبلغ 0.26 ، وهي نتائج ممتازة. أوصى Martins et al.37 ، في دراسة تحسينية للتجفيف بالرش لخلايا Lactococcus lactis ، بقيمة Aw تبلغ 0.198 ودرجة حرارة تجفيف رذاذ مدخل تبلغ 126 درجة مئوية لتقليل خسائر بقاء الكائنات الحية الدقيقة ، والتي تتفق بشكل وثيق مع القيم الواردة في هذا البروتوكول.
يمكن إجراء منهجيات أخرى لتوصيف المسحوق ، مثل فحص الخصائص المورفولوجية ، والالتصاق36 ، وقابلية التدفق ، والانضغاطية38.
في هذا السياق ، يلزم وجود درجات حرارة تجفيف بالرش أعلى من 120 درجة مئوية لضمان صلاحية الخلايا الميكروبية ومدة صلاحيتها في تحضير المسحوق وبقائها أثناء معالجة الأغذية وتخزينها. من الناحية الصناعية ، هذه نتيجة ممتازة ، حيث أن تقنية التجفيف بالرش منخفضة التكلفة مقارنة بالتجفيف بالتجميد ، وبالتالي تقليل سعر المنتج. بالإضافة إلى ذلك ، يبدو أن البقاء على قيد الحياة فوق 50٪ هو نطاق قوي يضمن وظيفة مسحوق البروبيوتيك28 ، مما يعني أن البقاء على قيد الحياة هو مؤشر جيد لإعادة إنتاج هذا البروتوكول على نطاق صناعي. ومع ذلك ، يجب اختبار التوسع في الظروف الصناعية للتأكد من أن المنتج له نفس خصائص المسحوق الذي تم الحصول عليه في هذا البروتوكول.
تهدف الطرق الموضحة في هذا البروتوكول إلى توضيح أهمية الاختيار الصحيح للتكوين ومعالجة المتغيرات أثناء تجفيف بكتيريا البروبيوتيك بالرش لضمان صلاحية واستقرار المسحوق.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإعلان عنه.
Acknowledgments
تم تمويل هذه الدراسة جزئيا من قبل Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - قانون المالية 001. كما تم دعم هذه الدراسة جزئيا من قبل FAPESP - مؤسسة أبحاث ساو باولو. E.C.P.D.M. ممتن لزمالة الباحث من المجلس الوطني للتنمية العلمية والتكنولوجية (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 |
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).
