Важным шагом в разработке микрокапсул является выбор материала стенки, который отвечает необходимым критериям, включая механическую прочность, совместимость с продуктом, соответствующий размер частиц [10, 11]. Выбор стеновых материалов для микрокапсулирования путём распылительной сушки традиционно включал процедуры проб и ошибок до образования микрокапсул. Затем капсулы оцениваются по нескольким параметрам, например: эффективность капсулирования, размерная частица, стабильность при различных условиях хранения, степень защиты, обеспечиваемая материалу ядра, и морфология микрокапсул с помощью сканирующей микроскопии [37].
Сублимационная сушка
Сушка вымораживанием, также известная как лиофилизация, представляет собой простой процесс и используется для обезвоживания почти всех теплочувствительных материалов и ароматов, подобных маслам. Перед сушкой масло растворяют в воде и замораживают
(от –90 °C до –40 °C) [75, 99], а затем окружающее давление уменьшается и добавляется достаточно тепла, чтобы замороженная вода в материале для сублимирования непосредственно из твёрдой фазы переходила в газовую фазу. Помимо защиты термочувствительных материалов сердцевины сублимационная сушка проста и удобна в эксплуатации. Было обнаружено, что лиофилизированные образцы более устойчивы к окислению и снижению эффективности микроинкапсулирования [126]. Основные недостатки включают использование высоких энергий, длительное время обработки и высокие издержки производства по сравнению с другими методами сушки [22]. Высушенные вымораживанием ингредиенты могут иметь более высокую пористость, тем самым подвергая материал сердцевины воздействию окружающей среды.
Псевдоожиженный слой покрытия
Обшивка с псевдоожиженным слоем является одним из наиболее эффективных способов нанесения покрытий, который находит все более широкое применение в пищевой и фармацевтической промышленности. В этом процессе ингредиенты можно смешивать, гранулировать и сушить в одном и том же сосуде, тем самым уменьшая время обработки материала по сравнению с другими процессами влажного гранулирования. Недавно метод покрытия с псевдоожиженным слоем использовали для инкапсулирования рыбьего жира путём распыления его в камеру с псевдоожиженным слоем с последующим нанесением плёнки на гранулы [6]. Покрытие с псевдоожиженным слоем имеет другие термины, такие как «покрытие воздушной суспензией» или «распыляемое покрытие». Его осуществляют путём суспендирования твёрдых частиц основного материала потоком воздуха под контролируемой температурой и влажностью, а затем распылением материала покрытия. Постепенно материал стенки строится как тонкий слой на поверхности взвешенных частиц. Покрывающий материал должен обладать приемлемой вязкостью, позволяющей распылять и накачивать, иметь возможность образовывать соответствующую плёнку поверх поверхности частицы и быть термически стабильным. Количество материала, покрывающего частицы, зависит от времени, в течение которого частицы находятся в камере. Различные способы покрытия с псевдоожиженным слоем включают верхний распылитель, донный аэрозоль и тангенциальный спрей. В верхней системе распыления раствор для покрытия распыляется в противоположном направлении вниз с воздухом на псевдоожиженный слой таким образом, что, когда твёрдые или пористые частицы перемещаются в область покрытия, они становятся микрокапсулированными. Противоположные потоки материалов покрытия и частиц приводят к повышению эффективности герметизации и предотвращению образования кластеров. Верхняя система распыления успешно используется для покрытия материалов, чтобы получить очень маленькие микрокапсулы в диапазоне от 2 до 100 мкм. Верхние распылители с псевдоожиженным слоем дают более высокий выход микрокапсулированных частиц, чем донные или тангенциальные распылители с псевдоожиженным слоем. Дробный спрей, известный как система Wurster, широко используется для покрытия частиц размером до 100 мкм [21]. Межфазная и полимеризация in situ
Существуют различные методы полимеризации для микрокапсулирования активных соединений. Реакции между маслорастворимыми и водорастворимыми мономерами могут приводить к межфазной полимеризации с образованием полимерных микрочастиц, размер которых определяется размером капель эмульсии [29]. Альтернативно межфазная полимеризация может приводить к реакции двух реакционноспособных мономеров, диспергированных в одной фазе, индуцированных для полимеризации на границе раздела или в дисперсной фазе и осаждения на границе раздела. В этих условиях поверхность материала сердцевины покрывается полимером. В этом методе используются полимеры, образованные мономерами, которые обладают преимущественной растворимостью для одной из фаз, так что полимеризация происходит только на границе раздела [81].
Полимеризация in situ представляет собой метод химического микрокапсулирования, аналогичный межфазной полимеризации. Однако при полимеризации in situ в основной материал реагенты не включаются. Полимеризация одного мономера происходит непосредственно на поверхности частицы [80]. Метод полимеризации обычно представляет собой быстрый и простой метод масштабирования и обеспечивает высокую эффективность инкапсуляции. Однако реакцию полимеризации трудно контролировать [68] и требует больших количеств органических растворителей, мономеры могут быть не биодеградируемыми и/или не биосовместимыми [54].
Молекулярное включение
Циклодекстрины представляют собой ферментативно модифицированные молекулы крахмала, которые могут быть получены действием глюкозилтрансферазы циклодекстрина на крахмал. После расщепления крахмала ферментом концы соединяются с образованием круговой молекулы с α (1-4)-связью. Характеристики циклодекстрина и их использование в качестве инкапсулирующего материала были подробно описаны [52]. Комплексы включения определяются как результат взаимодействия между соединениями, в которых малая гостевая молекула вписывается и окружена решёткой другой [48].
Экструзия
Микрокапсулирование масел экструзией не часто используется по сравнению с распылительной сушкой. Метод экструзии был применён для инкапсулирования некоторых растительных и эфирных масел, в том числе оливковых, гвоздичных, тимьянных и коричных масел, для пищевой и пестицидной промышленности [78, 112]. Он использовался почти исключительно для микрокапсулирования масел в углеводной матрице. Гвоздики, тимьяны и масла корицы были микрокапсулированы с помощью технологии экструзии для снижения скорости испарения, тем самым увеличивая их противогрибковую активность [78]. Как правило, экструзионная микрокапсуляция включает в себя три процесса: инжекцию расплава, экструзию расплава и центробежную экструзию (соэкструзию).
3.2. Разработка способа и обоснование выбора носителя
для иммобилизации бифидобактерий
3.2.1. Селекция устойчивых штаммов микроорганизмов
для внесения в молочные продукты
При использовании бифидобактерий и лактобактерий в ферментированных молочных продуктах возникают определённые сложности, которые приводят к нестабильности этих микроорганизмов.
Низкое pH и аэробная среда в йогуртах и некоторых молочных продуктах приводят к потере стабильности вносимых культур. Это ведёт к уменьшению количества клеток при хранении, а также к потере их жизнеспособности. Таким образом, в продуктах не присутствует достаточное количество микроорганизмов для оказания необходимого профилактического эффекта [72, 73, 95, 104].
Устойчивость бактерий к кислой среде и желчи, которые присутствуют в желудке человека, являются важными факторами при производстве ферментированных молочных продуктов [108]. При этом процесс селекции штаммов имеет особую роль. Это является одним из основных направлений исследований в настоящее время [19, 24, 26, 30, 35, 50].
Большинство бифидобактерий являются анаэробами, которые не способны расти в присутствии кислорода [58, 59]. Однако исследователи доказали, что некоторые штаммы, например, B. infantis, B. breve, B. longum способны расти в анаэробных условиях и избегать токсичного действия кислорода.
В процессе исследования изучали влияние двухосновного фосфата на бактерии, а также способность выдерживать различные значения активной кислотности. Тестировали различные комбинации рН и разные концентрации желчи с целью определения степени их воздействия на сохранение жизнеспособности бифидобактерий.
Исследовали интенсивность роста Bifidobacterium при воздействии различных концентраций соли (от 0,006 до 0,15 %). Два штамма показали высокий уровень роста при концентрации соли 0,15 % при продолжительности культивирования 48 ч.
Инкубация бифидобактерий при концентрации желчи 0,5 и 1 % в течение 12 ч позволила получить такие же результаты – устойчивостью
