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Biology

प्रोबायोटिक बैक्टीरिया के स्प्रे-सुखाने और उत्पाद की गुणवत्ता के मूल्यांकन के लिए प्रक्रिया विकास

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

Summary

यह प्रोटोकॉल स्प्रे-सूखे प्रोबायोटिक उत्पाद के उत्पादन और भौतिक रासायनिक लक्षण वर्णन में शामिल चरणों का विवरण देता है।

Abstract

प्रोबायोटिक्स और प्रीबायोटिक्स अपने स्वास्थ्य लाभ के कारण खाद्य और दवा उद्योगों के लिए बहुत रुचि रखते हैं। प्रोबायोटिक्स जीवित बैक्टीरिया हैं जो मानव और पशु कल्याण पर लाभकारी प्रभाव प्रदान कर सकते हैं, जबकि प्रीबायोटिक्स पोषक तत्वों के प्रकार हैं जो लाभकारी आंत बैक्टीरिया को खिलाते हैं। पाउडर प्रोबायोटिक्स ने खाद्य पूरक के रूप में आहार में उनके अंतर्ग्रहण और समावेश की आसानी और व्यावहारिकता के कारण लोकप्रियता हासिल की है। हालांकि, सुखाने की प्रक्रिया सेल व्यवहार्यता में हस्तक्षेप करती है क्योंकि उच्च तापमान प्रोबायोटिक बैक्टीरिया को निष्क्रिय कर देता है। इस संदर्भ में, इस अध्ययन का उद्देश्य स्प्रे-सूखे प्रोबायोटिक के उत्पादन और भौतिक रासायनिक लक्षण वर्णन में शामिल सभी चरणों को प्रस्तुत करना और पाउडर उपज और सेल व्यवहार्यता बढ़ाने में प्रोटेक्टेंट्स (सिम्युलेटेड स्किम दूध और इनुलिन: माल्टोडेक्सट्रिन एसोसिएशन) और सुखाने के तापमान के प्रभाव का मूल्यांकन करना है। परिणामों से पता चला कि सिम्युलेटेड स्किम दूध ने 80 डिग्री सेल्सियस पर उच्च प्रोबायोटिक व्यवहार्यता को बढ़ावा दिया। इस रक्षक के साथ, प्रोबायोटिक व्यवहार्यता, नमी सामग्री, और पानी की गतिविधि (एडब्ल्यू) तब तक कम हो जाती है जब तक कि इनलेट तापमान बढ़ता है। प्रोबायोटिक्स की व्यवहार्यता सुखाने के तापमान के साथ इसके विपरीत कम हो जाती है। 120 डिग्री सेल्सियस के करीब तापमान पर, सूखे प्रोबायोटिक ने लगभग 90% व्यवहार्यता दिखाई, 4.6% डब्ल्यू / डब्ल्यू की नमी सामग्री, और 0.26 का एडब्ल्यू; उत्पाद स्थिरता की गारंटी के लिए पर्याप्त मूल्य। इस संदर्भ में, खाद्य प्रसंस्करण और भंडारण के दौरान पाउडर की तैयारी और अस्तित्व में माइक्रोबियल कोशिकाओं की व्यवहार्यता और शेल्फ-लाइफ सुनिश्चित करने के लिए 120 डिग्री सेल्सियस से ऊपर स्प्रे-सुखाने के तापमान की आवश्यकता होती है।

Introduction

प्रोबायोटिक्स के रूप में परिभाषित होने के लिए, खाद्य पदार्थों (या पूरक) में जोड़े गए सूक्ष्मजीवों को जीवित सेवन करना पड़ता है, मेजबान के जठरांत्र संबंधी मार्ग में पारित होने के दौरान जीवित रहने में सक्षम होना चाहिए, औरलाभकारी प्रभाव डालने के लिए पर्याप्त मात्रा में कार्रवाई की साइट तक पहुंचना चाहिए।

प्रोबायोटिक्स में बढ़ती रुचि मानव स्वास्थ्य के लिए कई लाभों के कारण है, जैसे कि प्रतिरक्षा प्रणाली की उत्तेजना, सीरम कोलेस्ट्रॉल के स्तर में कमी, और हानिकारक रोगाणुओं के खिलाफ कार्य करके आंत बाधा समारोह में वृद्धि, साथ ही चिड़चिड़ा आंत्र सिंड्रोम के उपचार में उनके लाभकारी प्रभाव, दूसरों के बीच 2,3. इसके अलावा, कई अध्ययनों से पता चला है कि प्रोबायोटिक्स मानव शरीर के अन्य हिस्सों को सकारात्मक रूप से प्रभावित कर सकते हैं जहां असंतुलित माइक्रोबियल समुदाय संक्रामक रोगों का कारण बन सकते हैं 3,4,5.

प्रोबायोटिक्स को चिकित्सीय रूप से प्रभावी होने के लिए, उत्पाद में खपत के समय 106-10 7 सीएफयू / जी बैक्टीरियाके बीच होना चाहिए। दूसरी ओर, इतालवी स्वास्थ्य और स्वास्थ्य कनाडा मंत्रालय ने स्थापित किया है कि भोजन में प्रोबायोटिक्स का न्यूनतम स्तर प्रति दिन या प्रति सेवा 109 सीएफयू / जी व्यवहार्य कोशिकाओं का होना चाहिए। प्रोबायोटिक्स के उच्च भार को देखते हुए यह सुनिश्चित करने की आवश्यकता है कि उनके लाभकारी प्रभाव होंगे, प्रसंस्करण, शेल्फ भंडारण और जठरांत्र (जीआई) पथ के माध्यम से पारित होने के दौरान उनके अस्तित्व की गारंटी देना आवश्यक है। कई अध्ययनों से पता चला है कि माइक्रोएनकैप्सुलेशन प्रोबायोटिक्स 8,9,10,11 की समग्र व्यवहार्यता में सुधार करने के लिए एक प्रभावी तरीका है।

इस संदर्भ में, प्रोबायोटिक्स के माइक्रोएनकैप्सुलेशन के लिए कई तरीके विकसित किए गए हैं, जैसे कि स्प्रे-सुखाने, फ्रीज-सुखाने, स्प्रे-चिलिंग, इमल्शन, एक्सट्रूज़न, कोसरवेशन, और, हाल ही में, द्रवित बेड11,12,13,14। स्प्रे-सुखाने (एसडी) द्वारा माइक्रोएनकैप्सुलेशन का व्यापक रूप से खाद्य उद्योग में उपयोग किया जाता है क्योंकि यह एक सरल, तेज और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य प्रक्रिया है। इसे स्केल करना आसान है, और इसमें कम ऊर्जा आवश्यकताओं11,12,13,14 पर उच्च उत्पादन उपज है। बहरहाल, उच्च तापमान और कम नमी सामग्री के संपर्क में आने से प्रोबायोटिककोशिकाओं के अस्तित्व और व्यवहार्यता प्रभावित हो सकती है। संस्कृति को पूर्व-अनुकूलित करने और स्प्रे-सुखाने की स्थिति (इनलेट और आउटलेट तापमान, परमाणुकरण प्रक्रिया) और एनकैप्सुलेटेड संरचना 8,14,16,17,18 को अनुकूलित करने के लिए संस्कृति आयु और स्थितियों के प्रभावों को निर्धारित करके किसी दिए गए तनाव के लिए दोनों मापदंडों में सुधार किया जा सकता है।

एसडी के दौरान एनकैप्सुलेटेड समाधान की संरचना भी एक महत्वपूर्ण कारक है क्योंकि यह प्रतिकूल पर्यावरणीय परिस्थितियों के खिलाफ सुरक्षा के स्तर को परिभाषित कर सकता है। इनुलिन, अरबी गोंद, माल्टोडेक्सट्रिन, और स्किम दूध का व्यापक रूप से प्रोबायोटिक सुखाने के लिए एनकैप्सुलेटेड एजेंटों के रूप में उपयोग किया जाता है 5,17,18,19. इनुलिन एक फ्रुक्टोलिगोसैकराइड है जो एक मजबूत प्रीबायोटिक गतिविधि प्रस्तुत करता है और आंतोंके स्वास्थ्य को बढ़ावा देता है। स्किम दूध सूखे जीवाणु कोशिकाओं की व्यवहार्यता को बनाए रखने में बहुत प्रभावी है और अच्छेपुनर्गठन गुणों के साथ एक पाउडर उत्पन्न करता है।

लैक्टिप्लांटिबैसिलस पैराप्लांटरम एफटी -259 एक लैक्टिक एसिड जीवाणु है जो बैक्टीरियोसिन का उत्पादन करता है और प्रोबायोटिक लक्षण20,21 के अलावा एंटीलिस्टेरियल गतिविधि प्रस्तुत करता है। यह एक संकाय हेटरोफर्मेन्टेटिव रॉड के आकार का ग्राम-पॉजिटिव जीवाणु है जो 15 डिग्री सेल्सियस से 37 डिग्री सेल्सियस20 तक बढ़ता है और होमियोस्टैटिक शरीर के तापमान के साथ संगत है। इस अध्ययन का उद्देश्य स्प्रे-सूखे प्रोबायोटिक (एल पैराप्लांटरम एफटी -259) के उत्पादन और भौतिक रासायनिक लक्षण वर्णन में शामिल सभी चरणों को प्रस्तुत करना और रक्षकों और सुखाने के तापमान के प्रभाव का मूल्यांकन करना है।

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Protocol

1. प्रोबायोटिक कोशिकाओं का उत्पादन

  1. डी मैन रोगोसा और शार्प (एमआरएस) शोरबा तैयार करें।
  2. एमआरएस शोरबा में रुचि की संस्कृति के 1% (वी / वी) को फिर से सक्रिय करें (यहां, लैक्टिप्लांटिबैसिलस पैराप्लांटरम एफटी -259 का उपयोग किया गया था)।
  3. पर्याप्त तापमान पर 24 घंटे के लिए इनक्यूबेट करें (हमने 37 डिग्री सेल्सियस का उपयोग किया)।

2. बैक्टीरिया को संस्कृति से अलग करें

  1. 50 एमएल शंक्वाकार ट्यूबों का उपयोग करके 4 डिग्री सेल्सियस पर 5 मिनट के लिए 7,197 x g पर बैक्टीरिया कल्चर को सेंट्रीफ्यूज करें। यह महत्वपूर्ण है कि प्रक्रिया से पहले ट्यूबों का वजन संतुलित हो।
  2. एक पिपेट का उपयोग करके, सतह पर तैरनेवाला को हटा दें, और इसे एक उपयुक्त कंटेनर में फेंक दें। छर्रों को फॉस्फेट बफर (पीएच 7) के साथ धोएं, और घोल को समरूप करें।
  3. सेंट्रीफ्यूजेशन प्रक्रिया को दोहराएं जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है।
  4. गोली प्राप्त करने के लिए, एक उपयुक्त कंटेनर में सुपरनैटेंट को हटाने और छोड़ने के लिए एक पिपेट का उपयोग करें।

3. सुखाने के उपकरणों को जोड़ना

  1. दो सुखाने वाली सहायता रचनाओं (रक्षकों) के संयोजन का चयन करें: इनुलिन: माल्टोडेक्सट्रिन मिश्रण और नकली स्किम दूध (तालिका 1)22,23।
  2. रक्षकों का पहला संयोजन प्राप्त करने के लिए 5 ग्राम इनुलिन और 5 ग्राम माल्टोडेक्सट्रिन का वजन करें।
  3. प्रोटेक्टेंट्स का दूसरा संयोजन प्राप्त करने के लिए 3 ग्राम इनुलिन, 3 ग्राम लैक्टोज, 0.4 ग्राम कोलाइडल एसआईओ2, और 3.6 ग्राम मट्ठा प्रोटीन का वजन करें।
  4. प्रत्येक सुखाने वाले उपकरण को अल्ट्राप्योर पानी (1:10) में जोड़ें, और घुलनशीलता तक चुंबकीय सरगर्मी के लिए जमा करें।
  5. सुनिश्चित करें कि रक्षक और पानी सजातीय हैं, फिर मिश्रण में प्रोबायोटिक्स छर्रों को जोड़ें, और 20 मिनट के लिए मध्यम रूप से हिलाएं।
सुखाने की सहायता इनुलिन और माल्टोडेक्सट्रिन नकली स्किम दूध
माल्टोडेक्सट्रिन 5% -
मट्ठा प्रोटीन - 3.60%
दुग्धशर्करा - 3%
इनुलिन 5% 3%
कोलाइडल SiO2 - 0.40%

तालिका 1: सुखाने वाले एड्स की संरचना।

4. स्प्रे-सुखाने

  1. स्प्रे ड्रायर (एसडी) चालू करें, और सुखाने वाली गैस प्रवाह दर, इनलेट सुखाने का तापमान, और एटमाइज़र गैस प्रवाह दर और दबाव निम्नानुसार सेट करें:
    इनलेट तापमान: 80 °C
    वायु प्रवाह: 60 वर्ग मीटर /
    फ़ीड दर: 4 ग्राम /
    एटमाइजेशन प्रवाह: 17 एल /
    परमाणुकरण दबाव: 1.5 kgf / cm²
    एटमाइज़र नोजल का व्यास: 1 मिमी
  2. रक्षक संरचना तैयार करें और केंद्रित प्रोबायोटिक छर्रों को जोड़ें।
  3. एक पेरिस्टालिक पंप के माध्यम से प्रोबायोटिक संरचना (कोशिकाओं और रक्षकों) की फ़ीड शुरू करें।
  4. टाइमर प्रारंभ करें, और जब समाधान एटमाइज़र में प्रवेश करता है तो उत्पाद-एकत्र करने वाले बर्तन को रखें।
  5. संभावित तापमान अस्थिरता को ट्रैक करने के लिए हर 5 मिनट में आउटलेट तापमान पंजीकृत करें।
  6. टाइमर को रोकें जब सभी प्रोबायोटिक संरचना एसडी को खिलाया गया हो।
  7. सिस्टम को खिलाए गए संरचना की मात्रा और एकत्र किए गए सूखे उत्पाद की मात्रा निर्धारित करने के लिए उत्पाद-एकत्र करने वाले बर्तन का वजन करें, ताकि ड्रायर में द्रव्यमान संतुलन के माध्यम से सुखाने की उपज (उत्पाद पुनर्प्राप्त) की गणना की जा सके।
  8. प्रोबायोटिक कोशिकाओं की व्यवहार्यता पर तापमान के प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए सिम्युलेटेड स्किम दूध का उपयोग करें, पांच अलग-अलग स्प्रे-सुखाने वाले तापमान (80 डिग्री सेल्सियस, 100 डिग्री सेल्सियस, 120 डिग्री सेल्सियस, 140 डिग्री सेल्सियस, और 160 डिग्री सेल्सियस बनाम आउटलेट तापमान 59 डिग्री सेल्सियस, 70 डिग्री सेल्सियस, 83 डिग्री सेल्सियस, 96 डिग्री सेल्सियस और 108 डिग्री सेल्सियस) स्थापित करके।

5. पाउडर लक्षण वर्णन

  1. उत्पाद नमी सामग्री
    1. सूखे उत्पाद के 100 मिलीग्राम का वजन ठीक करें, और इसे कार्ल-फिशर उपकरण के अनुमापन पोत में रखें।
    2. नमूने में मौजूद पानी के द्वि-एम्पेरोमेट्रिक अनुमापन को शुरू करने के लिए दीक्षा बटन दबाएं।
  2. पानी की गतिविधि
    1. 25 डिग्री सेल्सियस पर हाइग्रोमीटर के नमूना डिब्बे में सूखे उत्पाद का 0.6 ग्राम वजन करें।
    2. उपकरण कवर बंद करें।
      नोट: परीक्षण स्वचालित रूप से शुरू होगा और बंद हो जाएगा जब नमूना नमूना डिब्बे के भीतर संतुलन वाष्प दबाव तक पहुंच जाता है।

6. प्रोबायोटिक व्यवहार्यता

  1. पेप्टोन पानी के 9 एमएल में पहले से तैयार जीवाणु निलंबन को पतला करें (0.1%, वी / वी)।
  2. पूर्ण फैलाव तक भंवर।
  3. 9 मिलीलीटर खारा घोल (0.9% NaCl) में सीरियल दशमलव तनुकरण (1:10) करें।
  4. एमआरएस एगर प्लेटों पर तनुकरण को बीज दें, और 24-48 घंटे के लिए 37 डिग्री सेल्सियस पर इनक्यूबेट करें।
  5. मैग्नीफाइंग लेंस के साथ कॉलोनी काउंटर का उपयोग करके कॉलोनी बनाने वाली इकाइयों (सीएफयू / जी) की गणना करें।
  6. निम्नलिखित समीकरण के अनुसार सूखे उत्पाद में प्रोबायोटिक व्यवहार्यता की गणना करें:
    EE (%) = (N/N o) × 100
    जहां, एन स्प्रे सुखाने के बाद व्यवहार्य कोशिकाओं की संख्या है, और एनओ स्प्रे सुखाने से पहले बैक्टीरिया कोशिकाओं की संख्या है।
  7. उत्पाद फैलाव के सीएफयू / जी में व्यवहार्य कोशिकाओं की संख्या व्यक्त करें।

7. डेटा विश्लेषण

  1. सांख्यिकीय सॉफ्टवेयर में प्राप्त डेटा को सारणीबद्ध करें, और एकाधिक तुलना परीक्षण (एनोवा) का उपयोग करके विश्लेषण करें।

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Representative Results

इस अध्ययन में, एल पैराप्लांटरम को एसडी द्वारा खाद्य-ग्रेड एनकैप्सुलेटेड एजेंटों (इनुलिन: माल्टोडेक्सट्रिन और सिम्युलेटेड मिल्क पाउडर) का उपयोग करके समझाया गया था, जो बैक्टीरिया सेल व्यवहार्यता17,19 को संरक्षित करने में उच्च उत्पाद की गुणवत्ता और प्रभावकारिता दिखा रहा था।

80 डिग्री सेल्सियस पर प्रोबायोटिक्स के एसडी के परिणामों से पता चला है कि अलग-अलग रक्षक प्रणालियों (इनुलिन: माल्टोडेक्सट्रिन और सिम्युलेटेड स्किम दूध) ने क्रमशः 95.1% और 97.0% की व्यवहार्यता के साथ प्रोबायोटिक कोशिकाओं की कुशल सुरक्षा को बढ़ावा दिया। उत्पाद की उपज दोनों रक्षक प्रणालियों के लिए 50% डब्ल्यू / डब्ल्यू के करीब थी और सिम्युलेटेड स्किम दूध के लिए थोड़ा बेहतर था, जिसने बेहतर उपस्थिति और प्रवाह क्षमता के साथ एक उत्पाद उत्पन्न किया। फिर, सिम्युलेटेड स्किम दूध के साथ संयुक्त प्रोबायोटिक संरचना को 80 डिग्री सेल्सियस से 160 डिग्री सेल्सियस (चित्रा 1) तक उच्च तापमान पर स्प्रे-सुखाने के लिए प्रस्तुत किया गया था।

जैसा कि अपेक्षित था, एसडी तापमान में वृद्धि ने प्रोबायोटिक व्यवहार्यता को कम कर दिया, जो 160 डिग्री सेल्सियस पर लगभग 80% तक पहुंच गया। यह चित्र 1 में भी देखा जा सकता है कि उत्पाद की उपज पर सुखाने के तापमान का प्रभाव नगण्य था, जिसका औसत मूल्य 50.7% ± 2.4% डब्ल्यू / डब्ल्यू था; ये मान आमतौर पर लैब-स्केल स्प्रे ड्रायर के लिए देखे जाते हैं। इन परिणामों से संकेत मिलता है कि सिम्युलेटेड स्किम दूध प्रोबायोटिक सुखाने के लिए एक अच्छी रक्षक प्रणाली है, क्योंकि यह अच्छे सिस्टम प्रदर्शन (उत्पाद उपज) के साथ एक उच्च गुणवत्ता वाला उत्पाद उत्पन्न करता है।

पाउडर की नमी की मात्रा और पानी की गतिविधि स्प्रे-सुखाने के तापमान के साथ कम हो गई, जैसा कि अपेक्षित था (चित्रा 2)।

Figure 1
चित्र 1: एसडी तापमान (डिग्री सेल्सियस) के अनुसार पाउडर उपज (%) और प्रोबायोटिक व्यवहार्यता (%) सुखाने की सहायता के रूप में नकली स्किम दूध के साथ। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 2
चित्रा 2: एसडी तापमान (डिग्री सेल्सियस) के अनुसार सूखे प्रोबायोटिक नमूनों की नमी सामग्री और पानी की गतिविधि, संरक्षक प्रणाली के रूप में नकली स्किम दूध के साथ। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

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Discussion

एल. पैराप्लांटरम एफटी -259 एक ग्राम-पॉजिटिव, रॉड के आकार का जीवाणु है, जो एंटीलिस्टेरियल गतिविधि के साथ बैक्टीरियोसिन का एक उत्पादक है, और इसमें उच्च प्रोबायोटिक क्षमता20 है। सन एट अल .24 ने पहले एल पैराप्लांटरम उपभेदों की इम्यूनोस्टिमुलेंट और एंटीऑक्सीडेंट क्षमता का प्रदर्शन किया था। इसके अलावा, उनके पास महान प्रोबायोटिक क्षमता है, जिसमें कृत्रिम गैस्ट्रिक और पित्त स्थितियों के तहत स्थिरता, एंटीबायोटिक दवाओं के लिए संवेदनशीलता और आंतों की कोशिकाओं के लिए बंधन जैसे गुण हैं। इसके अलावा, वे मेटाबोलाइट्स का उत्पादन नहीं करते हैं जो जठरांत्र संबंधी मार्ग को नकारात्मक रूप से प्रभावित कर सकते हैं। इसके अलावा, चोई और चांग25 ने एल प्लांटरम ईएम का अध्ययन किया और इसकी पित्त नमक हाइड्रोलाज़ गतिविधि और सेल सतह बाध्यकारी क्षमता के आधार पर कोलेस्ट्रॉल में कमी की क्षमता की सूचना दी। एसिड और पित्त तनाव के प्रति सहिष्णुता का प्रदर्शन करने के अलावा, एल प्लांटरम ईएम ने रोगजनकों और एंटीबायोटिक प्रतिरोध के खिलाफ रोगाणुरोधी गतिविधि भी दिखाई, जो प्रोबायोटिक के रूप में इसकी क्षमता को मान्य करता है।

हालांकि, व्यावसायीकरण के लिए सूखे प्रोबायोटिक्स का उत्पादन चुनौतीपूर्ण है क्योंकि सूक्ष्मजीव विभिन्न तनाव कारकों, जैसे थर्मल, मैकेनिकल, आसमाटिक और ऑक्सीडेटिव तनाव के संपर्क में आते हैं। प्रक्रिया में शामिल उच्च तापमान सेल के चयापचय में शामिल एंजाइमों और प्रोटीन के विकृतीकरण को बढ़ावा दे सकता है, जिससे माइक्रोबियल व्यवहार्यता नुकसान हो सकता है। सुखाने के दौरान पानी निकालना भी एक महत्वपूर्ण कारक है क्योंकि आवश्यकचयापचय गतिविधि को बनाए रखने के लिए न्यूनतम पानी की मात्रा आवश्यक है। एसडी के दौरान एटमाइज़र के माध्यम से प्रोबायोटिक मिश्रण के पारित होने के कारण उच्च कतरनी बल प्रोबायोटिक सेल की संरचना को भी नुकसान पहुंचा सकते हैं, जिससे व्यवहार्यता नुकसान27,28 में योगदान होता है। इसलिए, स्प्रे सुखाने के दौरान सेल व्यवहार्यता नुकसान को कम करने, उत्पाद की गुणवत्ता में सुधार करने और इस प्रकार, स्वीकार्य ड्रायर प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए एसडी ऑपरेटिंग स्थितियों (जैसे, इनलेट और आउटलेट सुखाने के तापमान, सुखाने गैस प्रवाह दर, प्रोबायोटिक संरचना की फ़ीड प्रवाह दर, परमाणु दबाव और गैस प्रवाह दर) का सही चयन आवश्यक है।

प्रोबायोटिक्स से भरे घटकों की संरचना भी एक प्रासंगिक कारक है क्योंकि खराब डिज़ाइन किए गए फॉर्मूलेशन सुखाने और भंडारण के दौरान प्रोबायोटिक्स की रक्षा नहीं करते हैं, जिससे महत्वपूर्ण व्यवहार्यता नुकसान होता है। संरचना गुणों को तथाकथित सुखाने वाले एड्स (या रक्षक एजेंटों) के अलावा सुधार किया जाता है, जो एसडी और भंडारण26,29 के दौरान सूक्ष्मजीव कोशिकाओं को कुछ सुरक्षा प्रदान कर सकते हैं। कार्बोहाइड्रेट (जैसे, मोनोसैकराइड, डिसैकराइड, पॉलीसेकेराइड, ओलिगोसेकेराइड, आदि), प्रोटीन, और पुनर्गठित स्किम दूध आमतौर पर एसडी के दौरान सूक्ष्मजीव कोशिकाओं की रक्षा के लिए प्रोबायोटिक संरचना में जोड़े जाते हैं। हालांकि स्पष्ट नहीं है, स्किम दूध का सुरक्षात्मक प्रभाव इसकी जटिल संरचना से जुड़ा हुआ है, क्योंकि इसमें लैक्टोज, वसा, कैसिइन, मट्ठा प्रोटीन और सीए2 + केशन शामिल हैं; कुछ लेखकों ने तर्क दिया है कि मट्ठा प्रोटीन और सीए2 + लैक्टोज30,31 की तुलना में अधिक प्रमुख प्रभाव डालते हैं। फू एट अल.17 के अनुसार, अतिरिक्त मट्ठा के साथ स्किम दूध का उपयोग डेयरी प्रोटीन और जीवाणु कोशिकाओंके बीच हाइड्रोफोबिक इंटरैक्शन के कारण प्रोबायोटिक्स को उच्च थर्मल सुरक्षा प्रदान करता है।

प्रोबायोटिक व्यवहार्यता पर सुखाने वाले एड्स के सुरक्षात्मक प्रभावों को एसडी के दौरान प्रोटीन रचना और एंजाइम गतिविधियों के रखरखाव को सही ठहराने के लिए उपयोग की जाने वाली तीन परिकल्पनाओं द्वारा समझाया गया है, अर्थात् विट्रीफिकेशन सिद्धांत, जल प्रतिस्थापन परिकल्पना, और जलयोजन बल परिकल्पना, जो ब्रोक्स एट अल .30 द्वारा पूरी तरह से चर्चा की गई है।

खेती के दौरान प्रोबायोटिक्स पर जोर देना एक और तरीका है जिसका उपयोग एसडी के दौरान प्रोबायोटिक सेल प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए किया जा सकता है।

वर्तमान प्रोटोकॉल में, प्रोटेक्टेंट सिस्टम (इनुलिन: माल्टोडेक्सट्रिन और सिम्युलेटेड स्किम दूध का मिश्रण) के प्रभाव, और सूखे प्रोबायोटिक की व्यवहार्यता और गुणों पर स्प्रे-सुखाने के तापमान, साथ ही एसडी प्रदर्शन का मूल्यांकन किया गया था।

नकली स्किम दूध का विकल्प पिसेकी22 के काम पर आधारित था। फ्रुक्टोलिगोसेकेराइड इनुलिन और लैक्टोज को कार्बोहाइड्रेट (केवल लैक्टोज के बजाय) के रूप में जोड़ा गया था, और सिलिकॉन डाइऑक्साइड को राख के रूप में जोड़ा गया था। इनुलिन की पसंद साहित्य पर आधारित थी, जहां इसे एक प्रीबायोटिक एजेंट के रूप में वर्णित किया गया है जो आंत32,33 में प्रोबायोटिक्स के लाभों में सुधार कर सकता है। एसडी के बाद प्रोबायोटिक्स व्यवहार्यता पर इन सुखाने वाले एड्स के सुरक्षात्मक प्रभावों की तुलना 80 डिग्री सेल्सियस पर आयोजित की गई थी। परिणामों से पता चला कि नकली स्किम दूध ने 80 डिग्री सेल्सियस पर इनुलिन: माल्टोडेक्सट्रिन संयोजन की तुलना में उच्च प्रोबायोटिक व्यवहार्यता को बढ़ावा दिया। इसलिए, प्रोबायोटिक व्यवहार्यता और पाउडर उपज पर सुखाने के तापमान (80 डिग्री सेल्सियस से 160 डिग्री सेल्सियस) के प्रभावों का एक अध्ययन सिम्युलेटेड स्किम दूध के साथ किया गया था। जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, इनलेट तापमान में वृद्धि, जिसके कारण उच्च आउटलेट तापमान हुआ, बैक्टीरिया के अस्तित्व को कम कर दिया, जैसा कि अपेक्षित17 था। हालांकि, पाउडर की उपज किसी भी तापमान पर नहीं बदली, लगभग 50% शेष रही।

प्रोबायोटिक्स का निर्जलीकरण स्तर सुखाने और उत्पाद भंडारण के दौरान उनकी व्यवहार्यता के नुकसान से भी जुड़ा हुआ है। सूखे उत्पाद की भौतिक और रासायनिक बिगड़ती प्रतिक्रियाएं मुक्त जल स्तर34 पर निर्भर करती हैं, लेकिन अत्यधिक निर्जलीकरण सूखे प्रोबायोटिक की व्यवहार्यता को काफी कम कर सकता है। जैसा कि अपेक्षित था, सुखाने के तापमान में वृद्धि ने उत्पाद की नमी सामग्री और पानी की गतिविधि में कमी को बढ़ावा दिया, जो क्रमशः 160 डिग्री सेल्सियस पर 3.01% ± 0.30% (डब्ल्यू / डब्ल्यू) और 0.201 ± 0.006 के मूल्यों तक पहुंच गया। मोनोलेयर नमी सामग्री (~ 0.40) के नीचे एडब्ल्यू के मूल्य आमतौर पर जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं औरमाइक्रोबियल विकास के लिए उपलब्ध मुक्त पानी में कमी के कारण लंबे शेल्फ-जीवन से जुड़े होते हैं। हालांकि, बहुत कम पानी की गतिविधियों (<0.20) पर, लिपिड पेरोक्सीडेशन प्रतिक्रियाएं काफी बढ़ जाती हैं, जो भंडारण के दौरान उत्पाद व्यवहार्यता के लिए हानिकारक हो सकती हैं। नमी सामग्री के संदर्भ में, यह बेहतर है कि प्रोबायोटिक्स के संरक्षण की गारंटी देने औरलंबी अवधि में खराब जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं को कम करने के लिए मूल्य 2.8% से 5.6% की सीमा में रहें।

चित्रा 2 से पता चलता है कि अनुशंसित एडब्ल्यू के साथ एक उत्पाद का उत्पादन करने के लिए 120 डिग्री सेल्सियस से ऊपर स्प्रे-सुखाने के तापमान की आवश्यकता होती है। इस तापमान पर, सूखे प्रोबायोटिक ने लगभग 90% की व्यवहार्यता दिखाई, 4.6% डब्ल्यू / डब्ल्यू की नमी सामग्री, और 0.26 का एडब्ल्यू, जो उत्कृष्ट परिणाम हैं। मार्टिंस एट अल .37, लैक्टोकोकस लैक्टिस कोशिकाओं के स्प्रे-सुखाने के अनुकूलन अध्ययन में, सूक्ष्मजीव व्यवहार्यता नुकसान को कम करने के लिए 0.198 के एडब्ल्यू मान और 126 डिग्री सेल्सियस के इनलेट स्प्रे सुखाने के तापमान की सिफारिश की, जो इस प्रोटोकॉल के मूल्यों के साथ निकट समझौते में हैं।

अन्य पाउडर लक्षण वर्णन पद्धतियों का प्रदर्शन किया जा सकता है, जैसे कि रूपात्मक विशेषताओं की जांच करने के लिए, चिपचिपाहट36, प्रवाहक्षमता, और संपीड़ितता38।

इस संदर्भ में, 120 डिग्री सेल्सियस से ऊपर स्प्रे सुखाने के तापमान को पाउडर की तैयारी में माइक्रोबियल कोशिकाओं की व्यवहार्यता और शेल्फ जीवन की गारंटी देने और खाद्य प्रसंस्करण और भंडारण के दौरान उनके अस्तित्व की गारंटी देने की आवश्यकता होती है। औद्योगिक शब्दों में, यह एक उत्कृष्ट परिणाम है, क्योंकि स्प्रे-सुखाने की तकनीक फ्रीज-सुखाने की तुलना में कम लागत वाली है, इस प्रकार उत्पाद की कीमत कम हो जाती है। इसके अतिरिक्त, 50% से ऊपर जीवित रहना एक मजबूत सीमा प्रतीत होती है जो प्रोबायोटिक पाउडर कार्यक्षमता28 की गारंटी देती है, जिसका अर्थ है कि औद्योगिक पैमाने पर इस प्रोटोकॉल को पुन: उत्पन्न करने के लिए अस्तित्व एक अच्छा संकेतक है। हालांकि, औद्योगिक परिस्थितियों तक स्केलिंग का परीक्षण करने की आवश्यकता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि उत्पाद में इस प्रोटोकॉल में प्राप्त पाउडर के समान विशेषताएं हैं।

इस प्रोटोकॉल में वर्णित विधियों का उद्देश्य पाउडर की व्यवहार्यता और स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए प्रोबायोटिक बैक्टीरिया के स्प्रे-सुखाने के दौरान संरचना के सही चयन और चर को संसाधित करने के महत्व को स्पष्ट करना है।

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Disclosures

लेखकों के पास घोषित करने के लिए हितों का कोई टकराव नहीं है।

Acknowledgments

इस अध्ययन को कॉर्डेनाको डी एपरफेइकोमेंटो डी पेस्सोल डी निवेल सुपीरियर - ब्रासिल (सीएपीएस) - वित्त कोड 001 द्वारा आंशिक रूप से वित्तपोषित किया गया था। इस अध्ययन को एफएपीईएसपी - साओ पाउलो रिसर्च फाउंडेशन द्वारा भी समर्थित किया गया था। ई.सी.पी.डी.एम. राष्ट्रीय वैज्ञानिक और तकनीकी विकास परिषद (सीएनपीक्यू) 306330/2019-9 से शोधकर्ता फैलोशिप के लिए आभारी है।

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

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