Инкапсулированая форма пробиотических микроорганизмов

НАУЧНИТРУДОВЕНАУХТ
ТОМ LІ
X-2
0
1
2
“
ХРАНИТЕЛНАНАУКА,
ТЕХНИКАИТЕХНОЛОГИИ”
SCI
ENTI
FI
CWORKSOFUFT
VOLUMELІ
X-2
0
1
2
“
FOODSCI
ENCE,
ENGI
NEERI
NGANDTECHNOLOGI
ES”
ИНКАПСУЛИРОВАНАЯ ФОРМА ПРОБИОТИЧЕСКИХ
МИКРООРГАНИЗМОВ
Т.Н. Воловик, Л.В. Капрельянц
Одесская национальная академия пищевых технологий, г. Одесса
THE ENCAPSULATION FORM OF PROBIOTIC MICROORGANISMS
T. N. Volovik, L. V. Kaprelyants
Odessa National Academy of Food Technologies, Odessa
The paper presents some studies on immobilization of probiotic cultures by encapsulation. Determined the
effectiveness of the use of pectin in a protective coat, which provides protection from acidic pH values of gastric juice and
provides targeted delivery in the lower intestine.
Key words: encapsulation, probiotic microorganisms, immobilization, gastro intestinal tract.
Введение
Разработка и производство биологически
активных добавок к пище (БАД) является одним
из приоритетных направлений в области
коррекции питания и здоровье.
Наиболее важной группой функциональных
продуктов позволяющей корректировать состав
микрофлоры кишечника человека является
продукты,
содержащие
пробиотические
микроорганизмы [1]. К таким микроорганизмам
относятся бифидобактерии, которые выполняют
важные функции в организме человека:
образуют органические кислоты, что приводит к
нормализации
рH-среды
кишечника,
препятствуют
размножению
патогенной,
гнилостной и газообразующей микрофлоры;
способствуют
процессам
ферментативного
переваривания пищи, за счет гидролиза белков,
сбраживания углеводов, омыления жиров,
растворяя
клетчатку,
стимулируют
перистальтику кишечника. Они участвуют в
синтезе и всасывании витаминов группы В,
витамина К, фолиевой и никотиновой кислот,
способствуют
синтезу
незаменимых
аминокислот.
Особенно важной функцией бифидобактерий
является
их
участие
в
формировании
иммунологической реактивности организма (в
укреплении иммунитета) [2 - 4].
Способность микроорганизмов выживать, и
размножатся в кишечнике человека, во многом
определяют пробиотические свойства культур.
Клетки
бифидобактерий
должны
быть
стабильными и способными длительное время
оставаться жизнеспособными при хранении в
производственных условиях [5,6].
Однако
многочисленные
исследования
показали,
что
значительная
часть
пробиотических клеток инактивируется в
процессе транзита через желудочно-кишечный
тракт и поступает в толстую кишку в
недостаточной активной форме.
Поэтому актуальными является исследования
по
созданию
защитной
формы
для
бифидобактерий.
Перспективным методом, который позволяет
сохранить пробиотические культуры является
инкапсулирование в гелевую оболочку.
Цель данного исследования – получение
защитной
формы,
способной
обеспечить
резистентность микроорганизмов к среде
желудочно-кишечного тракта в условиях in vitro.
Материалы и методы исследований
Для инкапсулирования использовали живые
клетки Bifidobacterium bifidum-1 взятые из музея
кафедры
биохимии,
микробиологии
и
физиологии
питания
ОНАПТ,
которые
выращивали на кукурузно-лактозной среде при
температуре 37±1 ºС в течение 48 ч.
Носителем
для
пробиотических
микроорганизмов явился пектиновый гель,
который обеспечивает высокую активность
клеток,
обладает
детоксицирующими
и
радиопротекторными свойствами, а также
характеризуется механической прочностью в
течение длительного времени.
Процесс инкапсулирования бифидобактерий
заключался на первых этапах в подготовке
гелеобразующего вещества - пектина. Водный
раствор пектина массовой долей 5 % получали
472
НАУЧНИТРУДОВЕНАУХТ
ТОМ LІ
X-2
0
1
2
“
ХРАНИТЕЛНАНАУКА,
ТЕХНИКАИТЕХНОЛОГИИ”
SCI
ENTI
FI
CWORKSOFUFT
VOLUMELІ
X-2
0
1
2
“
FOODSCI
ENCE,
ENGI
NEERI
NGANDTECHNOLOGI
ES”
при температуре 75 – 80 ºС на протяжении
2 – 5 мин. В раствор пектина вносили
заквасочную биомассу бифидобактерий в
соотношении 1:5. Полученную смесь тщательно
перемешивали до однородной массы и подавали
на формирование гранул. Гелевые гранул
получали путем вытеснения однородной смеси
через
шприц
или
с
помощью
“микроразбрызгивателя”
в
укрепляющий
раствор CaCl2 5%-ной концентрации. Процесс
формирование гранул длился 15 мин, что
позволяло
получить
прочных
гранулы
сферической формы.
При инкапсулирования были сформированы
гранулы размеров 0,5….5 мм. На основании
предварительных
исследований
было
установлено, что диаметр формирующихся
гранул, зависит от двух основных факторов —
диаметра шприца d (мм) и расстояния (высоты) h
от него до поверхности формирующего раствора
(CaCl2). Отмечено, что использование гранул
диаметром меньше или больше 3 мм приводит к
неудобному и сложному использованию данного
продукта, как в производственных, так и
потребительских условиях.
Необходимый диаметр гранул может быть
обеспечен
при
следующих
значениях
параметров, представленных в табл.1.
Результаты исследования и их обсуждение
Выбор
параметров
процесса
инкапсулирования анаэробных микроорганизмов,
обеспечивающих необходимый диаметр гранул.
Значения параметров процесса инкапсулирования, обеспечивающих получение
гранул диаметром 3 мм
Таблица 1
Диаметр сопла d, мм
Расстояние от сопла до формирующей
поверхности раствора h, мм
Исследование
жизнеспособности
бифидобактерий в условиях имитирующих
желудочно-кишечный тракт.
Для изучения возможности использования
инкапсулирования с целью защиты клеток
Bifidobacterium bifidum от неблагоприятных
условий
желудочно-кишечного
тракта
использовали систему in vitro.
Проводили исследования сравнительной
выживаемость как иммобилизованных клеток
бифидобактерий, так и некапсулированных
культур-аналогов в течение 3 часов при
температуре 37 °С в среде желудочного сока
(рН=2), разных концентрациях желчи (20 %, 40
%), фенола с поваренной солью, а также
комплексных неблагоприятных условия (К1 – 40
% желчь + рН 7,5; К2 – рН 2 + 0,4 % фенол + 6,5
% NaCl; К3 – рН 9,2+ 0,4 % фенол + 6,5 % NaCl),
имитирующих желудочно-кишечный тракт.
Результаты исследований резистентности
инкапсулированных
и
некапсулированных
бифидобактерий к разным неблагоприятным
условиям представлены на рис.1.
Из
всех
изученных
неблагоприятных
факторов, которые представлены на рис. 1.
видно, что наибольшее ингибирующее действие
на выживаемость бифидобактерий оказали
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
10,6
9,1
7,6
6,1
4,6
низкие значениях рН. В течение 3 часов при
рН=2 погибло 59 % свободных клеток,
количество жизнеспособных клеток составило
5,29
lg
КОЕ/г
соответственно
для
иммобилизованных бифидобактерий количество
клеток составило 8,3 lg КОЕ/г (90 %).
С помощью визуального наблюдения было
обнаружено, что форма гранул не изменялась
даже после истечению времени экспозиции.
Культивирование Bifidobacterium bifidum в
средах со щелочными значениями (рН≥8)
показало ингибирующее влияние этих значений
рН на развитие клеток бифидобактерий.
Исследования влияния желчных кислот на
выживаемость бифидобактерий показали, что
пектиновые гранулы повысили сохранность и
жизнеспособность клеток, количество которых
составило 7,2 и 7,0 lg КОЕ/г при 20% и 40%-ных
концентрациях желчи.
Было исследовано также и влияние
комплексов неблагоприятных факторов на
выживаемость бифидобактерий. В результате
проведенных исследований обнаружено, что
комплекс К1 привел к гибели свободных клеток
на 45 %, К2 и К3 на 73 % и 33 % соответственно.
Исследования
влияния
жизнеспособности
Bifidobacterium bifidum в среде поваренной соли
473
НАУЧНИТРУДОВЕНАУХТ
ТОМ LІ
X-2
0
1
2
“
ХРАНИТЕЛНАНАУКА,
ТЕХНИКАИТЕХНОЛОГИИ”
SCI
ENTI
FI
CWORKSOFUFT
VOLUMELІ
X-2
0
1
2
“
FOODSCI
ENCE,
ENGI
NEERI
NGANDTECHNOLOGI
ES”
концентрацией 6,5 % показали, что степень
выживаемости иммобилизованных и свободных
клеток составила: 8,0 lg КОЕ/г – для
иммобилизованных микроорганизмов и 6,69 lg
КОЕ/г для незащищенных.
Количество бифидобактерий, lg КОЕ/г
9
8
7
6
5
4
3
2
1
рН=2 желчь
желчь NaCl
фенол
20% 40%
К1
К2
К3
1
2
Рис. 1. Устойчивость бифидобактерий к агрессивной среде ЖКТ: контроль – бифидобактерии (1),
после инкапсулирования – бифидобактерии (2)
Наличие в среде культивирования 0,4 %
фенола приводило к гибели свободных клеток
бифидобактерий 71 %. При воздействии
фенольных веществ иммобилизация обеспечила
более
надежную
защиту:
количество
жизнеспособных микроорганизмов оставалось
практически на исходном уровне по истечению 3
часов.
Заключение
Полученные экспериментальные результаты
свидетельствуют о том, что предложенный
метод иммобилизации, обеспечивает защиту
пробиотических
культур
и
способствует
выживанию бифидобактерий на 30 – 40 % по
сравнению
с
некапсулированными
микроорганизмами. Подобного рода система
может
стать
основой
для
создания
высокоэффективной биологически активной
добавки.
Макрогранулы, содержащие пробиотические
культуры можно использовать при производстве
кисломолочных и кондитерских изделий, тем
самым расширить ассортимент пищевых
продуктов.
Литература
[1] А.А. Кочетова «Функциональные продукты в концепции здорового питания» / Пищевая промышленность» —
1999 г. №3, стр.4 - 5.
[2] Воробьев А.А., Лыкова Е.А. Бактерии нормальной микрофлоры: биологические свойства и защитные функции //
Журнал микробиол., эпидемиол. и иммунобиол. -1999.-№ 6. -С. 102-105.
[3] Шевелева С.А. Пробиотики, пребиотики и пробиотические продукты. Современное состояние вопроса //
Вопросы питания. – 1999. – №2 – С. 32 – 39.
[4] В. М. Бондаренко, Р.П. Чупринина, Ж.И. Аладышева, Т.В. Мацулевич. Пробиотики и механизмы их лечебного
действия. Эксперим. и клин. гастроэнтерол. – 2003. – №3 – С. 83-87 Режим доступа к журн.:
http://www.gastroportal.ru/php/content.php?id=1396
[5] А. И. Хавкина. Микрофлора пищеварительного тракта/ под ред. Фонд социальной педиатрии, 2006. - 414 с.
[6] Н.В. Ананьева, В.И. Ганина, Н.В. Нефедова, Г.Р. Габрильян. Применение иммобилизованных форм
пробиотических бактерий в производстве молочных продуктов / Молочная промышленность – 2006. - №11, – С.
46 – 47.
474