بخشی از مقاله
نقش پوشش های مختلف انکپسولاسیون بر افزایش زندهمانی و کارایی باکتری های پروبایوتیک
چکیده
به علت اثرات سلامتی بخش، پروبایوتیک ها به طور وسیعی در محصولات لبنی شامل ماست، پنیرهای سخت و نیمه سخت، بستنی، پودرهای لبنی و دسرهای منجمد استفاده می شوند؛ هر چند مشکلات بسیاری در کارآیی پایین پروبایوتیک ها در محصولات لبنی وجود دارد.
میکروانکپسولاسیون باکتریهای پروبایوتیک، جهت افزایش تقویت کارآیی آنها در حین فرآیند و همچنین رهایش کنترل شده در دستگاه گوارش مورد استفاده قرار می گیرد. این گزارش به طور کلی کارآیی و استفاده از انواع پلیمرها و ترکیبات هیدروکلوئید را در میکروانکپسولاسیون میکروارگانیسم های پروبایوتیک جهت افزایش کارآیی و مقاومت آنها در حین فراوری و نگهداری مواد غذایی مورد بررسی قرار می دهد.
کلمات کلیدی: میکروانکپسولاسیون، پروبایوتیک و ترکیبات هیدروکلوئید
مقدمه
باکتری های پروبایوتیک، به عنوان منابع زنده ای که می توانند باعث بهبود تعادل میکروبی دستگاه گوارش شوند تعریف می گردند(هاونورو هوایس، ۲۹۹۱)١.تاثیرات پروبایوتیک ها از طریق تولید اسید و یا باکتریوسین، ترکیبات دارای اثر آنتی بایوتیک و تقویت سیستم ایمنی بوده و خواص آن ها شامل کنترل سطح سرم کلسترول خون، جلوگیری از عفونت های روده ای و فعالیت های ضد سرطانی می باشد؛ برای دارا بودن این خواص در محصول فعالیت خوب و در دسترس بودن پروبایوتیک ها ضروری است. محصولات لبنی، اصلی ترین حامل پروبایوتیک ها هستند که امروزه در دسترس می باشند. از این رو، زنده مانی باکتریها در طول مدت زمان نگهداری تا مصرف یک مسئله مهم است، حداقل سطح سودمند پروبایو تیک ها در ماست حدودو ۶۰۱ cfu در هر میلی لیتر بوده به عبارت دیگر میزان مصرف روزانه از آنها باید ۸۰۱cfu در هر میلی لیتر باشد. متاسفانه نتایج مطالعات، بیانگر عملکرد پایین پروبایوتیک ها در محصولات لبنی، به دلیل تجمع اسید لاکتیک و استیک، pH کم، حضور پراکسید هیدروﮊن و ظرفیت اکسیژن بوده، همچنین بعضی ازگونه های پروبایوتیک بویژه گونه های بیفیدو باکتریوم فاقد توانایی بقاﺀ در شرایط دستگاه گوارش می باشند؛ برای مقابله، راهکارهایی از جمله استفاده از گونه های مقاوم به اسید، کنترل تولید اسید در فراورده و اضافه کردن سیستئین، یا چلات کننده های اکسیژن مانند اسید آسکوربیک استفاده شده اند، انکپسولاسیون روشی است که باعث بهبود کار آیی میکرو ارگانیسم ها در محصولات لبنی و دستگاه گوارش می شود. در تکنیک اخیر، ذرات دارای مواد فعال، جهت حفاظت توسط یک لایه از مواد دیگر پوشش داده می شوند. انتخاب مواد پوششی متفاوت، معمولا به ویژگیهای سلامتی زایی میکروکپسول و روش تهیه پوشش وابسته است.
برای انکپسولاسیون ترکیبات در صنایع غذایی، عموما از ماتریکس هاس حفره دار استفاده می شود، هر کپسول شامل دو قسمت هسته و دیواره می باشد که معمولا هسته شامل فاز آبی، روغنی و حاوی ترکیبات مؤثر خواهد بود.
معرفی انواع پوشش های مورد استفاده جهت انکپسولاسیون باکتری های پروبایوتیک
آلژینات، هتروپلی ساکارید خطی است وویژگی آن به عنوان یک ماده حفاظت کننده بستگی به ترکیب پلیمرهایD مانورونیک وL گلوکورونیک اسید دارد که منجر به اتصال زیر واحدها و تشکیل ﮊل می گردد. کلسیم آلژینات نسبت به سایر مواد حفاظت کننده برای انکپسوله کردن پروبایوتیک ها به دلیل سادگی، غیر سمی بودن و قیمت پایین آن ترجیح داده می شود؛ نتایج یک آزمایش نشان داد، گرانول های حاصل از محلول با ویسکوزیته بسیار پایین آلژینات، فاقد پایداری فیزیکی و مکانیکی می باشند، افزون بر مطلب اخیر درشرایط pH پایین، زنجیره های جانبی ماتریکس آلژینات تجزیه شده و کاهش وزن مولکولی منجر به آزادسازی سریعتر مولکول فعال درونی می گردد. بنابراین، غلظت سدیم آلژینات و کلسیم کلراید مورد استفاده برای تشکیل گرانول متغیر بوده و در محدوده ۳–۱% آلژینات همراهکلسیمبا۵/۱-۵۰/۰ مول کلراید می باشد(جان کوسکی،۷۹۹۱)١. با این حال، کاربرد آلژینات به دلیل پایداری فیزیکی پایین آن در حضور عوامل آنتی ﮊن مانند یونهای سدیم و منیزیم و یا عوامل چلات کننده مانند فسفات، بدلیل میل ترکیبی بالای آنها با کلسیم و تخریب ﮊل های آلژینات محدود می گردد(لی،۴۰۰۲٢ و کراساکوپت، ۶۰۰۲)٣. پوشش دهی گرانول های آلژینات توسط عوامل چندیونی و ایجاد اتصال های جانبی توسط باریم به جای کلسیم منجر به افزایش پایداری مکانیکی میکروانکپسولهای آلژینات خواهد شد، پوشش دهی گرانول های آلژینات توسط کاتیون هایی مانند کیتوزان و پلی ال لیزین نیز در مطالعات به کار رفته است.
میکروکپسول های آلژینات- پلی ال لیزین به دلیل ترکیب طبیعی و مقاومت بالای آن، سبب افزایش بقاﺀ پروبایوتیک ها در طول مدت زمان نگهداری می شود. نتایج بررسی کراساکوپت(۴۰۰۲)، نشان داد گرانول های کیتوزان پوشش یافته توسط آلژینات حفاظت بهتری از لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس و کازئی نسبت به گرانول های پلی ال لیزین پوشش یافته توسط آلژینات در مجاورت ۶/۰% نمک انجام می دهند. راهکار دیگر جهت افزایش پایداری پروبایوتیک های انکپسوله، استفاده ازآلژینات اصلاح شده توسط سوکسینلاسیون(افزایش بار شبکه) و یا استیلاسیون(افزایش آبگریزی شبکه) می باشد(لیتی آن، ۴۰۰۲).٤
مطالعات انجام شده توسط بیال لکا(۲۰۰۲) و چن(۶۰۰۲)٥ نشان داده اند، استفاده توام ترکیبات پری بایوتیک( فروکتو الیگوساکارید، ایزومالتو الیگوساکارید و پپتید)و کلسیم آلژینات به عنوان مواد پوشش دهنده، حفاظت بهتری از پروبایوتیکها انجام می دهد. در این حالت شمارش پروبایوتیک برای کپسول هایی که به مدت ۱ ماه نگهداری شده اند ۷۰۱-۶۰۱ cfu در هر گرم می باشد.
کیتوزان، پلی ساکارید خطی است که از واحد های ۱- ۴ گلوکزآمین به همرا مقدار کمی واحدهای N استیل گلوکز آمین تشکیل شده است. بر اساس یافته های پنیچه(۳۰۰۲)١ سرعت همزدن، دما، مقدار عامل تشکیل دهنده ﮊل، غلظت پلیمر سورفکتانت و ویسکوزیته فازها، خصوصیات ذرات را تحت تاثیر قرار می دهند اما بهرحال اثرات بازدارنده کیتوزان روی بعضی گونه های باکتری های اسید لاکتیک توسط گروبویلت(۳۹۹۱)٢ گزارش شده است.
کیتوزان(پلی۲امینو داکسی بتا دی گلوکوپیرانوز)، بار مثبت داشته وهمراه با آلژینات تشکیل پلی الکترولیت می دهد که منجر به تشکیل غشاهای پلی آنیونیک شده و در حضور عوامل چلات کننده و آنتی ﮊن پایدار می باشد. بر اساس گزارش زوئو(۸۹۹۱)٣، معلق کردن کپسول آلژینات در محلول کیتوزان با وزن مولکولی پایین منجر به کاهش ۰۴% رهایش سلولها می گردد و در مقابل، لی (۴۰۰۲) مشاهده کرده است پوشش دهی به وسیله کیتوزان با وزن مولکولی بالا سبب حداکثر بقاﺀ لاکتوباسیلوس بولگاریکوس در مقابل شیره معده می شود. کراساکوپت (۶۰۰۲)میزان بقاﺀ پروبایوتیک های انکپسوله شده توسط گرانول های آلژینات و کیتوزان را در ماست بررسی نمود، نتایج بیانگر افزایش بقاﺀ باکتری های پروبایوتیک نسبت به سلولهای آزاد به اندازه یک سیکل لگاریتمی بود.
صمغ های ﮊلان و زانتان از جمله پلی ساکاریدهای میکروبی بوده و ترکیب آن ها برای تشکیل گرانول ها، نه تنها مقاوم به اسید می باشد بلکه با یون های کلسیم نیز پایدارشده و می تواند سلول ها را از صدمات اسیدی حفاظت کند.
در یک آزمایش که توسط سان و گریفتس(۰۰۰۲)٤ انجام شد، گونه های بیفیدیو باکتریوم با استفاده از صمغﮊلانزانتان- به عنوان پوشش، انکپسوله شد؛ نتایج نشان داد، گرانول ها بسیار مقاوم به اسید بوده درpH ۵/۲ کلونی های فعال پروبایوتیک های انکپسوله شده فقط به میزان ۷۶/۰ لگاریتمی در۰۳ دقیقه کاهش یافته اند در حالیکه سلول های آزاد از ۹۰۱*۳۲,۱ cfu در هر میلی متر به یک حد غیر قابل شمارش در همان فاصله زمانی کاهش یافته اند.
صمغ کاپا کاراگینان پلیمری طبیعی است واز نوعی خزنده استخراج می شود. دیناکروهمکاران(۴۹۹۱)٥ مشاهده کردند، انکپسولاسیون بیفیدو باکتریوم بیفیدوم در گرانول های کاپا کاراگینان کارآیی سلول ها را به مدت ۴۲ هفته در دوره رسیدگی پنیر چدار در حد بالایی بدون ایجاد هیچ گونه اثر منفی بر بافت، رنگ و طعم آن حفظ می کند؛ اماکاپا کاراگینان تولید ﮊل های آسیب پذیری کرده و قادر به تحمل نیروهای ناشی از رشد باکتری درونی و یا فشارهای وارده در طول همزدن نمی باشد. با این حال، ترکیب کاپا کاراگینان با صمغ لوبیای لوکاست، تولید ﮊل های انعطاف پذیرتری می کند که در انکپسولاسیون پروبایوتیک ها به کار می رود؛ پوشش اخیر نسبت به پوشش آلژینات دارای حساسیت کمتری به اسیدبوده و ﮊل های تشکیل شده توسط این ترکیب پایداری خوبی در تخمیر پیوسته اسید لاکتیک به مدت ۳ ماه از خود نشان می دهند؛ با این حال انکپسولاسیون پروبایوتیک ها با استفاده از این ترکیب به عنوان مواد محافظ نیازمند استفاده از پتاسیم است که ممکن است به سلول های برخی از گونه های پروبایوتیک در طول تخمیر صدمه بزند(میتروت، ۷۹۹۱ و آئودت، ۸۸۹۱)١.
