научные и практические аспекты микрокапсулирования пробиотических культур

изучение влияния капсул на основе альгината кальция и крахмала на выживаемость бактерий Lactobacillus acidophilus La5 и органолептические свойства иранского белого мягкого сыра. Во время исследования осуществляли производство двух типов сыра – с бактериями в составе капсул и с бактериями в свободной форме. Количество бактерий измерялось на протяжении 182 дней хранения в холодильнике. Количество клеток Lactobacillus acidophilus существенно снизилось с 28 по 128 день хранения в обоих видах сыра, но при этом количество свободных клеток бактерий сократилось более значительно, чем количество клеток, заключённых в капсулы. Результаты показали, что микрокапсулирование на основе альгината кальция и крахмала способствовало увеличению уровня выживаемости L. acidophilus La5 в иранском белом мягком сыре после шести месяцев хранения [111].

В одном из исследований микрокапсулированные бактерии Bifidobacterium BB-12 добавляли в йогурт совместно с некоторыми носителями, такими как инулин или обезжиренное молоко. Исследовали выживаемость бактерий, также как и влияние капсул на реологические и биохимические свойства замороженного йогурта на протяжении 90 дней хранения. Количество бактерий, входящих в состав микрокапсул, оставалось практически неизменным, в то время как количество бактерий, содержащихся в свободной форме, уменьшилось на 34 % после 90 дней хранения. Добавление капсул в йогурт привело к увеличению плотности структуры. Наиболее высокое значение pH наблюдалось при добавлении бактерий совместно с обезжиренным молоком [109].

В патенте РФ 97110769 описывается способ получения капсул, содержащих бактерии B. bifidum. Способ заключается в выращивании биомассы бактерий B. bifidum, добавлении защитной среды высушивания, лиофилизации замороженного продукта, смешивании продукта с наполнителем, капсулировании и контроле степени активности (жизнеспособности) бифидобактерий в партии после капсулирования, отличающийся тем, что с целью достижения степени активности бифидобактерий в конечном продукте на уровне 2∙10⁸, обеспечения гарантийного срока годности капсулированного препарата, улучшения технологических свойств смеси, повышения терапевтического эффекта и расширения категорий потенциальных потребителей лекарственного препарата к лиофильно высушенной биомассе механически подмешивают предварительно простерилизованный наполнитель, выполняющий функцию защитного вещества, снижающего гигроскопичность биологически активной части смеси, и производят фасовку смеси в жёсткие разъёмные желатиновые капсулы с последующим помещением их в герметичную упаковку [134].

В патенте РФ 94032149 описывается способ капсулирования, включающий получение потока вещества, подлежащего капсу­лированию, внутри капиллярной трубки, экструзию вещества из трубки, аксиальную соэкструзию полимерного раствора на периферию трубки с тем, чтобы капсулировать вещество, отличающийся тем, что перед экструзией капсулируемого вещества осуществляют сегментирование потока капсулируемого вещества несущей жидкостью, уменьшают температуру образования капсулы и осуществляют последующую замену растворителя, содержащегося в полимерном растворе, на осадитель [134]. Предметом данного изобретения является также устройство для осуществления предложенного способа. Данное изобретение относится к области капсулирования вещества. Более точно, предметом данного изобретения является способ и устройство, позволяющие капсулировать вещество при помощи избирательно /селективно/ проницаемой мембраны с получением капсулы.

В патенте CN101597604A раскрыт способ получения микрокапсулированных бифидобактерий, в котором используют обезжиренное молоко в качестве материала стенки для метода коагуляции для разделения фаз, микрокапсулы производятся через взаимодействие между химозином и лактопротеином [132]. Способ заключается в следующем: используют молоко с концентрацией жира от 20 до 40 процентов, время действия химозина составляет от 30 до 120 минут, соотношение смешивания растительного масла составляет 10: 1-2: 1, скорость перемешивания во время эмульгирования составляет от 100 до 1000 оборотов в минуту. Микроинкапсулированные бифидобактерии, полученные с помощью метода имеют преимущества высокой скорости погружения, подходящие размеры зерна, высокую кишечную растворимость, высокую безопасность и способствуют использованию методов микрокапсулирования для бифидобактерий [132].

Патент CN103981169A описывает способ получения Bifidobacterium в микрокапсулах на основе ксантановой камеди/хитозана и их применение [133]. Метод заключается в следующем: помещение Bifidobacterium лиофилизированного порошка в MRS бульон, культивирование и подготовка бактериального штамма в бактериальной суспензии; смешивание бактериальной суспензии и ксантановой камеди, добавление раствора восстановителя, перемешивание для получения равномерного клейкого раствора Bifidobacterium, добавление клеевого раствора бифидобактерий в раствор хитозана и перемешивание для получения микрокапсул; после осуществляют сшивание микрокапсул, фильтрацию, смешивание и перемешивание микрокапсул с раствором ксантановой камеди, фильтрацию и промывку, для того чтобы получить двойные микрокапсулы Bifidobacterium с количеством жизнеспособных микроорганизмов 3,0–4,5·10⁹ КОЕ/г. После добавления подготовленных микрокапсул бифидобактерий в домашний йогурт осуществляли его хранение в течение четырёх недель. Количество жизнеспособных микроорганизмов оставалось больше, чем 10⁶ КОЕ/г, а кислотность и рН йогурта мало изменились [133].

Патент CN103283975A относится к способу с использованием распылительной сушки для приготовления микрокапсул с пробиотиками [131]. В соответствии с данным способом суспензия пробиотиков или пробиотики, адсорбированные в пористом крахмале, используются в качестве основного материала, гуммиарабик и мальтодекстрин применяются в качестве стенового материала, микрокапсулы получают с помощью процесса распылительной сушки. Способ включает в себя этапы, на которых гуммиарабик и мальтодекстрин смешивают в соотношении от 1:7 до 1:10 в качестве стенового материала при концентрации от 15 до 20 %, растворенного в деионизированной воде. Смешивание осуществляют равномерно с навеской пробиотиков или пробиотиками, адсорбированными в пористом крахмале при комнатной температуре, далее осуществляют сушку распылением при следующих условиях: температура 130–150 °C, скорость подачи 12,50–15,50 мл/мин, при этом порошок обезжиренного молока принимается в качестве жаростойкого защитного агента в количестве от 1 до 3 %, и скорость встраивания пробиотиков выше 85 % при использовании способа согласно изобретению. Метод имеет следующие преимущества: высокая скорость сушки, короткое время, низкая температура материала, хорошая дисперсия продукта и растворимость, простота производственного процесса, стабильность, долгий срок годности продуктов и возможность использования для непрерывного производства [131].

 

 

1.2 Теоретические и практические аспекты процесса

иммобилизации бифидобактерий и его применение

при производстве функциональных пищевых продуктов

Клеточная иммобилизация заключается в прикреплении микроорганизмов к неподвижной системе для достижения высокой концентрации клеток. Применяются различные виды иммобилизации: физическое включение в полимерные сети, адсорбция на сформированном носителе, иммобилизация в микрокапсулах. Использование иммобилизованных культур имеет значительные преимущества по сравнению с использованием свободных культур: высокая плотность, возможность повторного использования биокатализаторов, повышение устойчивости к бактериофагам и стабильности плазмиды, предотвращение вымывания клеток во время непрерывного культивирования, а также физическая и химическая защита клеток [8, 14].

Некоторые исследования показали, что клетки, полученные с использованием иммобилизации, имели морфологические и физиологические свойства, отличающиеся от свободных клеток [18]. Кроме того, у иммобилизованных клеток наблюдалась повышенная толерантность к различным соединениям. Так, у Saccharomyces cerevisiae наблюдалась толерантность к этанолу, у Acetobacter aceti – к уксусной кислоте [55], у Escherichia coli – к фенолу [63]. Некоторые ученые изучили влияние процесса иммобилизации на пробиотические и технологические характеристики культур бифидобактерий и лактококков [24].

Кроме того, устойчивость иммобилизованных клеток к различным стрессам, таким как сублимационная сушка, воздействие перекиси водорода, низина и антибиотиков, значительно выше, чем у свободных клеток.

Различные факторы могут влиять на устойчивость иммобилизованных клеток. Было выявлено, что соотношение белков к жирам оказывало влияние на устойчивость иммобилизованных клеток к фенолу [63]. Также на адаптацию к стрессу у иммобилизованных клеток