3.4. Сравнительный анализ полученных микрокапсул
3.4.1. Исследование морфологических характеристик
микрочастиц с помощью оптической и сканирующей
электронной микроскопии
Оптическая микроскопия влажных микрочастиц была выполнена с использованием микроскопа и цифровой камеры для захвата изображения. Морфологию лиофилизированных микрочастиц оценивали с использованием сканирующего электронного микроскопа. Микрокапсулы устанавливали на алюминиевые заглушки с использованием двухсторонней клейкой ленты, а затем распыляли тонким слоем золота.
Влажные микрочастицы были близки к сферическим, причём материал ядра распределялся по всей матрице (рис. 3.12). Как видно на оптических микрофотографиях, частицы альгината и микроорганизмы были обнаружены внутри микрочастицы. Таким образом, микроинкапсуляция Bifidobacterium animalis АС-1540 была эффективной для обеих обработок.
b)а
а)а
3
2
1
1
2
Рисунок 3.12 – Оптическая микроскопия микрочастиц альгината + Hi-maize (a) и микрочастицы альгината, в которой число 1 показывает альгинат натрия внутри частицы, а число 2 указывает на микроорганизм внутри частицы (200 ×), число 3 показывает пребиотический Hi-maize (200 ×); (b) – микрочастицы альгината, в которых число 1 показывает альгинат натрия внутри частицы
Морфология высушенных вымораживанием микрочастиц, исследованных с помощью сканирующей электронной микроскопии (рис. 3.13), показала высокую агломерацию среди частиц и разнообразие распределения частиц по размерам для обеих обработок.
1
b)а
а)а
Рисунок 3.13 – Морфология и микроструктура лиофилизированных
микрочастиц с альгинатной матрицей, полученная с помощью сканирующей электронной микроскопии: (а) – поверхность микрочастиц, показывающая микроорганизмы, номер 1 указывает на микроорганизм внутри частицы;
(b) – микрочастица c альгинатной матрицей; (с) – распределение частиц
Резкая дегидратация лиофилизированных полисахаридных гелей приводит к образованию пористой матрицы. В процессе лиофилизации микрокапсулы подвергались воздействию низких температур, что приводило к образованию кристаллов льда и сублимации льда при пониженном давлении, в результате чего получали пористый сухой продукт. Микрочастицы, содержащие резистентный крахмал Hi-maize, были более агломерированы по сравнению с микрочастицами альгината.
3.4.2. Исследование среднего диаметра и размера микрочастиц
с использованием резистентного крахмала
Использование резистентного крахмала Hi-maize в процессе микрокапсулирования не влияло на диаметры влажных микрочастиц.
Лиофилизированные микрочастицы имели средний диаметр 150 и 97 мкм, соответственно матрица микрочастиц альгинат + Hi-maize и альгинатная матрица. Структурные изменения, вызванные процессом сублимационной сушки, увеличивают размер пор, что позволяет быстро и полностью регидратироваться. Таким образом, высушенные вымораживанием микрочастицы быстро набухают после погружения в воду, тем самым приобретая размеры, превышающие влажные микрочастицы, не подвергнутые лиофилизации.
3.5. Оптимизация технологических параметров получения
микрокапсул с бифидобактериями
Русский учёный И. И. Мечников в начале ХХ века показал, что определённые виды микроорганизмов, живущих в кишечнике человека, оказывают существенную роль в поддержании здоровья и иммунитета живого организма. В нормальных физиологических условиях полезная микрофлора живого организма и сам живой организм находятся в симбиотическом взаимодействии. Любое нарушение симбиоза способствует снижению иммунитета человека, появлению различных заболеваний, плохого самочувствия, а также является причиной раннего старения, синдрома хронической усталости. Самым распространённым нарушением симбиотического взаимодействия в настоящее время в мире является дисбактериоз. Дисбактериозом называется состояние, при котором наблюдается качественное и количественное изменение состава полезных микроорганизмов (лактобактерий, бифидобактерий), а также повышенное содержание патогенных форм микроорганизмов. Нарушение симбиоза может наблюдаться как в пищеварительном тракте, так и на коже, слизистых оболочках (влагалище, нос, рот, лёгкие, пазухи и т. д.).
В целях профилактики и лечения данного состояние необходимо принимать специальные препараты, позволяющие восстановить и поддержать иммунологический статус человека. В качестве такого средства рекомендуется использовать бифидобактерии, которые благоприятно влияют на здоровье живого организма.
Бифидобактерии – представители естественной микрофлоры живого организма, на их долю приходится до 98 % общего количества бактерий. Именно бифидобактерии играют важную роль в процессе нормализации микробиоциноза кишечника, метаболических превращениях белков, жиров и углеводов. Им отводится главная роль в регулировании белкового и минерального обмена, синтезе витаминов, ферментов и других биологически активных веществ. Кроме этого бифидобактерии в живом организме выполняют антиоксидантную, ферментативную, иммуномодулирующую, резистентную, метаболическую и другие жизненно важные функции. Непосредственно контактируя с энтероцитами, бифидобактерии стимулируют механизмы защиты организма человека, в том числе увеличение скорости регенерации слизистой оболочки, влияют на синтез антител к родственным, но обладающим патогенными свойствами микроорганизмам, активируют фагоцитоз, а также синтез лизоцима, интерферонов и цитокинов.
Бифидобактерии, как правило, локализуются в основном в толстой кишке, являясь её основной просветной и пристеночной микрофлорой. Концентрация бифидобактерий в общей сложности, в нормальных физиологических условиях, должна достигать 108–1011 колониеобразующих единиц на 1 г содержимого толстой кишки.
Анализируя вышесказанное, можно прийти к выводу, что важным является использование в рационе препаратов, обладающих способностью доставлять необходимые живому организму бифидобактерии с целью профилактики и коррекции качественного и количественного состава микрофлоры человека. На отечественном рынке представлено множество препаратов, направленных на коррекцию состава микрофлоры человека. Анализ препаратов отечественного и зарубежного производства и современной научно-технической литературы позволил классифицировать препараты на несколько групп. Классификация препаратов, предназначенных для профилактики и коррекции качественного и количественного состава микрофлоры человека, представлена на рисунке 3.14.
Рисунок 3.14 – Классификация препаратов, предназначенных
для профилактики и коррекции качественного и количественного состава микрофлоры человека
Согласно представленной на рисунке 3.14 классификации препаратов, предназначенных для профилактики и коррекции качественного и количественного состава микрофлоры человека, можно выделить несколько принципиально различных механизмов действия этих препаратов. Некоторые препараты оказывают существенное влияние на ферментативную активность и синтетические свойства полезной микрофлоры. Вторая группа препаратов направлена на активацию иммуномодулирующих свойств живого организма. Третья группа препаратов оказывает антагонистические свойства на широкую группу микроорганизмов, в том числе на патогенные и условно-патогенные микроорганизмы.
Стоит отметить, что препараты, предназначенные для профилактики и коррекции качественного и количественного состава микрофлоры человека, должны действовать в кишечнике. Кроме этого, бифидобактерии, входящие в состав препарата, должны быть защищены от разрушительных факторов внешней среды, таких как температура, воздействие антибиотиков, активная кислотность и т.д., стабильны при длительном хранении.
Ряд научно-технических работ показывает, что стабильность микроорганизмов, в частности бифидобактерий, зависит от условий их хранения, технологии производства и стадии упаковывания. Бифидобактерии относятся к категории кислотолабильных микроорганизмов, теряющих свою активность и ценность в желудке, поэтому их необходимо микрокапсулировать в оптимальных технологических условиях в присутствии наполнителей, служащих питательной базой для бифидобактерий. В процессе микрокапсулирования вокруг бифидобактерий создаётся оболочка из нетоксичной суспензии полимера, что повышает сохранность физиологических свойств бифидобактерий длительное время.
Дальнейшие условия направлены на разработку технологии получения микрокапсул с бифидобактериями. Технологическая схема производства микрокапсул с бифидобактериями представлена на рисунке 3.15.
Согласно технологической схеме производства микрокапсул с бифидобактериями, представленной на рисунке 3.15, процесс состоит из нескольких взаимосвязанных этапов. На первой стадии производства осуществляют приёмку исходного сырья и оценку его качества. На этой стадии анализируют физико-химические, органолептические, микробиологические показатели качества исходного сырья. Исходное сырье должно соответствовать требованиям ГОСТ и иной нормативной документации. Лиофилизированные бифидобактерии должны содержать
