اثر ریزپوشانی بر قابلیت زنده مانی لاکتوباسیلوس کازئی در شرایط شبیه سازی شده معده و روده و تیمار حرارتی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد صنایع غذایی، سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران

2 پژوهشکده زیست فناوری، سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران

3 پژوهشکده فناوری های شیمیایی، سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران

چکیده

اثر مثبت ریزپوشانی بر قابلیت تحمل شرایط شبیه سازی شده معده و روده توسط پروبیوتیک ها ثابت شده است. یکی از مهمترین عوامل کاهش زنده مانی پروبیوتیک ها هنگام عبور از دستگاه گوارش، pH پایین معده و وجود پروتئازها و املاح صفراوی است.به منظور افزایش زنده مانی باکتری لاکتوباسیلوس کازئی PTCC 1608در شرایط معده و روده انسان این باکتری بوسیله آلژینات کلسیم ریزپوشانی و با کیتوزان پوشش داده شد. برای تعیین اندازه ریزپوشینه ها، میانگین اندازه با استفاده از نرم افزار آنالیز تصویر محاسبه گردید. ریز پوشینه ها در شرایط شبیه سازی شده در بازه های زمانی صفر، 15 ،30، 60 و120دقیقه در دمای 37 درجه سانتیگراد قرار گرفتند و میزان زنده مانی باکتری محاسبه گردید. نتایج نشان داد که ریزپوشانی با آلژینات کلسیم سبب کاهش میزان آسیب به باکتری ها در شرایط شبیه سازی شده معده درحضور پپسین ((pH:2و در ادامه شرایط شبیه سازی شده روده درحضور پانکراتین و نمک صفراوی ( pH:7.5) می شود به نحوی که ریزپوشانی با آلژینات کلسیم و پوشش دهی آن با کیتوزان باعث شد جمعیت باکتری های فعال ریزپوشانی شده پس از طی کردن شرایط شبیه سازی شده معده و روده به cfu/g108 برسد در حالی که در باکتری های آزاد این تعداد به cfu/g 104 رسید (05 /0 >p). همچنین مقاومت حرارتی باکتری های آزاد و ریزپوشانی شده در دمای 50 درجه سانتیگراد تفاوت معنی داری نداشت ولی در دمای 55 و60 درجه حداکثر در مدت زمان کمتر از 15 دقیقه، ریزپوشانی می تواند اثر محافظتی بر باکتری داشته باشد. از نظر تورم ذرات ریزپوشینه، ذرات خشک شده به روش انجمادی سرعت تورم بالاتری نسبت به ذرات خشک شده در معرض هوا دارند و ذرات آلژینات نیز نسبت به ذرات آلژینات پوشش داده شده با کیتوزان نسبتا سرعت جذب آب و تورم بالاتری دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Microencapsulation effect on the survival rate of Lactobacillus casei in simulated gastric and duodenal conditions and heat treatment

نویسندگان [English]

  • Javad Mohammadi 1
  • Saeed Mirdamadi 2
  • Majeed Javanmard 3
  • Malihe Safavi 2
  • Ali Basiri 3
1 MSc Student of Food Science , Iranian Research organization for Science & Technology (IROST)
2 Associate professor , Biotechnology Department, Medical & Pharmaceutical group, IROST
3 Associate professor, Department of Chemical Technologies, Food Science & Technology group, IROST
چکیده [English]

It has been proved that microencapsulation by probiotics have positive effect on the abilityof tolerating the simulated gastric and intestinal condition. One of the most important factors in reducing the viability of probiotics passing through the stomach and digestive system is the presence of proteases and bile salts and also lowpH. To enhance the viability of Lactobacillus casei PTCC 1608in the condition of human intestinal system, it was microencapsulated by calcium alginate and covered by chitosan. To determine the size of microencapsulates, the average size was measured using an image analysis software. Microcapsules wereput in simulated conditions at intervals of 0, 15, 30, 60 and 120 minutes at 37 °C. The amount of viability was calculated. The results showed that microencapsulation with calcium alginate reduces the amount of damage to the bacteria in the presence of pepsin in the simulated gastric conditions ((pH: 2, followed by simulated intestinal conditions in the presence of pancreatin and bile salts (pH= 7/5). Microencapsulation with calcium alginate and chitosan coating caused the population of microencapsulated bacteria get to 108 cfu/ g after passing the simulated condition to stomach and intestine system, though thin number for the free bacteria in this condition was 104cfu / g (p< ./ 05). Also the thermal resistance of free bacteria and encapsulated bacteria at 50 °C had no significant difference, but at 55 and 60 degrees maximum in less than 15 minutes, microencapsulation can have a protective effect on bacteria .Considering the swelling of the microencapsulated particles, particles dried via freeze drying had arate of inflation higher than those dried particles exposed to the airAnd alginate particles have more water absorption and inflation rare compared to alginate particles coated with chitosan.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Calcium alginate
  • Probiotics
  • Microencapsulation
  • Chitosan
  • Lactobacillus casei
[1] Kimoto-Nira,H., Suzuki.C.,Sasaki.K,.Kobayashi.M and Mizumachi.k,(2010).Surval of a Lactococcus lactis strain varies with its carbohydrate preference under in vitro conditions simulated gastrointestinal tract.J.food Microbiol.,143,226-229.

[2] Aragon,A.,Alegro. J., Cardarelli. H,. Chiu. M., Saad. S.,( 2007). Potentially probiotic and symbiotic chocolate mousse. LWT-Food Sci Technol; 40. 669-75.

 [3] Adams. M., (1999).Safety of industrial lactic acid bacteria. J Biotechnol; 68.171-8.

[4] Nebesny. E., Zyzelewicz. D., Motyl. I., Libudzisz. Z.,( 2006). Dark chocolates supplemented with Lactobacillus strains. j Food Technol  ; 225: 33-42.  

[5] Weinbreck . F., Bodnár . I ., Marco . M .,( 2009). Can encapsulation lengthen the shelf-life of probiotic bacteria in dry products.  J Food Microbiol; 136. 364-7.

[6]  Espinoza . Y., Gallardo-Navarro . Y.,( 2010). Non-dairy probiotic products. J . Food Microbiol; 27. 1-11.

[7] Hilde . M .,  stile . H .,  Janneke T.,  Judith . A., Narvhus. S(2005).  Effect  of temperature on  growth  and  metabolism  of  probiotic bacteria  in  milk. J. Dairy FOOD. 15. 989-997 

 [8] Corcoran,  B., Stanton ,  C., Fitzgerald .  F.,  Ross,  P. (2005). Survival  of  probiotic  lactobacilli  in acidic  environments  is  enhanced  in  the presence  of  metabolizable  sugars. J .Environmental Microbiology. 71. 3060–3067.

[9] Jaana .M., Hanna-Leena  .A .,  Vaari . A ., Virkajärvi . I .,  Saarela . M., (2006).  Influence  of  processing conditions  on  Bifidobacterium  animalis subsp.  lactis  functionality  with  a special focus  on  acid  tolerance  and  factors affecting .J Dairy FOOD.,   16 , 1029-1037

[10]Wouters,J., Frenkiel . A., de Vos .W ., Kuipers . O  and . Abee  .T.,(2001).cold shock proteins of Lactococcus lactis MG1363 are involved in cryoprotection and in the production of cold-induced proteins. J. Environ Microbiology.67 , 5171-5178.

[11] Marteau . P., Mimekus. M ., Hawenaar. R and Huis . j., (1997).Survival of Lactic Acid Bactenia in a Dynamie Model of the Stomach and Small Intestine Validation and the Effects of Bile. J.Dariy sel 80,1031-1037.

 [12] Tanaka, H., K. Doesburg ., T. lwasaji and  l.Mierau .,(1999).Screening of lactic Acid Bacteria for Bile Sah Hydrolase Activity.j.Dairy Sci.82,2530-2535.

 [13] Cook .T., Taortzis . G., Charalampopoulos . D and  Khutoryanskiy. V.,(2012) Mictoencapoulation of probiotics for gastrointestinal delivery.J.Controlled Release.162,56-67.

[14] Wilson . N and shah. N ., (2007).Microencapsulation of Vitamins., J Asean Food.14 , 1-14

[15] Zuidam , N., and Nedovie . V.,(2010).Encapsulation for active food ingredients and food processing Springer,New York.USA pp221-242.

[16] Rinee . A ., Le Breton . Y.,.Vemeuil . N ., Giard . J., Hartke . A and Auffiray Y.,(2003).physiological and molecular aspeets of bile salt response in Enterococcus Faccalis.J.Food Microbiol.88,207-213.

[17] Mills susan . S., Fitzgeruld . C., paul . R.,(2011). Enhancing the stress respones of probiotice for a lifestyle from gut to product and back again Microb Cell Fact., J.Food Microbiol.10,11-19.

[18] Ruiz-Barba . J ., Cathcart . D ., Warner . P and Jimenez-Diaz . R.,(1994).Use of Lactobaeillus plantarum LPCO10, a Bacterioein produccr,as a starter Culture in Spanish-style Green Olive Fermentations., j.Environ. Microbiol.60,2059-2064.

[19] Iyer . R., Hittinahalli . V., (2008). Modified Pap method to among methicillin resistant Staphylococcus aureus isolates tertiary care hospital., J. Medical Microbiology, 26,176-179.

[20] Oliveira . R ., Perego . P., Converti . A.,(2009). Effect of inulin supplementation of milk to prepare fermented biomilks., J. Food Science, 14, 1-7.

[21] Xanthopoulos . V., Tzanetaki . L and Tzanetakis . N., (2000). Characterization  Lactobacillus isolates from infant faces as etary adjuncts., J. Food Microbiology., 17, 205-215

[22] Muthukumarasamy . P., Holley .  R.,( 2006). Microbiological and sensory quality of dry fermented sausages containing alginate-microencapsulated Lactobacillus reuteri., J. Food Microbiol; 9,111 - 164.

[23] Krasaekoopt .W., Bhandari .B.,) 2012(Properties and applications of different probiotic delivery Systems Encapsulation technologies and delivery systems for food ingredients and nutraceuticals., Woodhead Publishing Limited, 1th ed., NEW YORK, PP 541-595

[24] Capela . P., Hay . T., Shah . N.,( 2006). Effect of cryoprotectants, prebiotics and microencapsulation on survival of probiotic organisms in yoghurt and freeze-dried  yoghurt. J. Food Res; 11,39 -203.

[25] Sultana . K ., Godward . G ., Reynolds . N., Arumugaswamy . R.,  Peiris . P, Kailasapathy . K., (2000). Encapsulation of probiotic bacteria with alginate-starch and evaluation of survival in simulated gastrointestinal conditions and in yoghurt., J. Food Microbiol; 62, 47-55

[26] Helland . M ., Wicklund . T., Narvhus. J.,( 2004). Growth and metabolism of selected strains of probiotic bacteria, in maize porridge with added malted barley., J. Food Microbiol; 13, 91 - 305.

[27] Truelstrup . L., Allan-Wojtas . P., Jin . Y., Paulson . T.,( 2002). Survival of ca-alginate microencapsulated Bifidobacterium bifidum. in milk and simulated gastrointestinal conditions., J. Food Microbiol; 19, 35-45.

 [28] George. M., T. Emilia Abraham(2006), Polyionic hydrocolloids for the intestinal delivery of protein drugs Alginate and chitosan .,J. Controlled Release.,14, 1-114

 [29] murata . y., maeda . t ., miyamoto . e  and kawashima . s., (1993), Preparation of chitosan-reinforced alginate gel beads  effects of chitosan on gel matrix erosion.,  J. Pharm, 96, 139–145.

[30] Anal . K., Bhopatkar . D ., Tokura . S., Tamura . H ., and Stevens . W .,(2003), ‘Chitosan–alginate multilayer beads for gastric passage and controlled intestinal release of protein’., J.Drug Dev Ind Pharm, 29, 713–724.

 [31] Mladenovska . K., Raicki . R., Janevik . E., Ristoski . T., Pavlova . M., Kavrakovski . Z., Dodov . M., Goracinova . K.,(2007).Colon-specific delivery of 5-aminosalicylic acid from chitosan-Ca-alginate microparticles., J Pharmaceutics.,342, 124-136

[32] Hajji .S.,  Younes. I ., Ghorbel-Bellaaj .O.,  Hajji .R., Rinaudo . M., Nasri. M.,  Jellouli. K.,)2014( Structural differences between chitin and chitosan extracted from three different marine sources., J. Biological Macromolecules65  , 298-306

[33] Krasaekoopt .W., Bhandari . B .,) 2012(Encapsulation technologies and delivery systems for food ingredients and nutraceuticals.,541-595

[34] خسروی زنجانی م، غیاثی طرزی ب، شریفان آ، محمدی ن(1392) ،تاثیر ریزپوشانی با آلژینات کلسیم و نشاسته مقاوم ذرت بر زنده مانی لاکتوباسیلوس کازئی و خصوصیات حسی در کرم مغزی کیک، مجله علوم تغذیه و صنایع غذایی، شماره 1، بهار 1392 صفحه 39-48

[35] Mokarram .  R .,  Mortazavi .  S .,  Najafi . M ., Shahidi . F., (2009) The influence of multi stage alginate coating on survivability of potential probiotic bacteria in simulated gastric and intestinal juice.,j. Food Research International.,  42,1040-1045.

[36] Brandau .T (2012) microencapsulated probioticsubestance and process of manufacture; u.s patent wo2012098239A1 ,juli, 26,2012

 [37] F . Shamekhi., M . Shuhaimi ., A . Arbakariya ., and A . Manap Yazid .,(2011) Optimization of a cryoprotective medium and survival of freeze-dried Bifidobacterium infantis  throughout storage, rehydration and gastrointestinal tract transit for infant formula probiotic applications., J African Microbiology Research 5, 3373-3384

[38]  Zanjania . M . , Tarzia . B ., Sharifana . A ., and Mohammadi . N.,(2014),Microencapsulation of Probiotics by Calcium Alginate-gelatinized Starch with Chitosan Coating and Evaluation of Survival in Simulated Human Gastro-intestinal Condition, J Iranian Pharmaceutical Research, 13, 843-852

[39] Krasaekoopt . W., Bhandari . B., and Deeth . H ., (2004). The influence of coating materials on some properties of alginate beads and survivability of microencapsulated probiotic bacteria. J FOOD Dairy. 14, 737-743.

 [40] Babu.G ., and V. Nithyalakshmi.;(2011) influence of probiotic composition on probiotic survivability in calcum alginate coated symbiotic microcapsules at termal incubation.; l ,Agriculture. 6, 231-236

[41]  Arnaud .  J., Lacroix .  C.,  Choplin . L., (1992).  .Effect  of  agitation  rate  on  cell release  rate  and  metabolism  during continuous    fermentation  with  entrapped growing. J Biotechnology  Techniques,  6, 265–270

 [42] manojlovic .v., nedovic . v., kailasapathy . k., and zuidam . n ., (2010), ‘Encapsulation of probiotics for use in food products, in  Encapsulation Technologies for Active Food Ingredients and Food Processing, NJ Zuidam and E Shimoni (eds) Springer, New York. J Microbiology. 5,221-227

 [43] sun. w., and griffiths . m., (2000), ‘Survival of bifidobacteria in yogurt and simulated gastric juice following immobilization in gellan-xanthan beads’., J Food Microbiol, 61, 17–25

 [44] Kailasapathy.K ., (2014)Micro encapsulation for Gastrointestinal Delivery of Probiotic Bacteriain in:Hae-Soo Kwa k.,Nano- and Microencapsulation for Foods. Springer, NEW YORK,PP 191-167

[45] Streit . F., Delettre . J ., Dorrieu . G. and Beal . C.,(2008), Acid adaptation of lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricas induces physiological responses at membrane and cytosolic levels that improves eryololerance.J,Food Microbiol,105,1071-1080.

 [46] Xu. M., Bourque.F., Dumonta .M., Jabaji. S., (2016)  Encapsulation of Lactobacillus casei ATCC 393 cells and evaluation of their survival after freeze-drying, storage and under gastrointestinal conditions., J Food Engineering 168, 52–59

[47] محمد علی خسروی زنجانی و همکاران، (1392)، تاثیر ریزپوشانی بر زنده مانی لاکتوباسیلوس کازئی و بیفیدوباکتریوم بیفیدوم در شرایط شبیه سازی شده معده و روده، مجله پژوهش های بالینی دامپزشکی، دوره چهارم، شماره اول،92، صفحه29-39

[48] Dendukuri . N., Costa . V., McGregor . M., Brophy . JM., (2005); Probiotic therapy for the prevention and treatment of Clostridium difficile-associated diarrhea: a systematic review. CMAJ . 173, 167-170.

[49] yan, c, zhang, w, jin, y, webber, l a, barrow, c j (2008), Vegetarian Microcapsules,u.s Patent WO085997,july,17,2008.