SUPERVISOR
Sabihe Soleimanianzad,Milad Fathi
صبیحه سلیمانیان زاد (استاد راهنما) میلاد فتحی (استاد مشاور)
STUDENT
Moazameh Soltani sangi
معظمه سلطانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
TITLE
Use of Prebiotic Compounds Extracted from Acron for Microcapsulation of Lactobacillus plantarum PTCC 1896 Using Spray Dryer
Production of probiotic foods is increasing due to their health benefits. Various studies have shown that survival of probiotic bacteria decreases during storage, food processing and passing through gastrointestinal tract. Hence, employing various methods such as microencapsulation can improve their survival and increase their resistance against harsh conditions. Recently, application of prebiotics as encapsulating agents to maintain the maximum survival of probiotics has attracted researchers' attention. In this research prebiotic polysaccharides were extracted from acorn. Extracted prebiotic was then compared with inulin (commercial prebiotic) as encapsulating agents for Lactobacillus plantarum PTCC 1896 by spray drying method. Concentrations of 2, 3 and 4% acorns' prebiotic and 5, 10 and 15% of inulin were used as treatments for microencapsulation. Concentrations of 3% acorn prebiotic and 15% inulin as optimal treatments were selected and then morphology of free and encapsulated bacteria were investigated using scanning electron microscopy (SEM). The encapsulating agents protective effects on survival of bacteria in the simulated gastrointestinal tract, storage and some technological conditions such as high temperature and high NaCl concentrations were studied. The SEM images showed the encapsulated bacteria with inulin spherical shapes with a wrinkled surfaces that and morphology of encapsulated bacteria with acorn prebiotics had irregular shapes with depressed surfaces. Microencapsulation by acorn extracted prebiotic increased bacteria resistance under gastrointestinal simulation conditions and this increase was better than inulin. The survival rate reduction of bacteria in simulated intestinal conditions in free and microencapsulated bacteria with inulin and acorn was 1.68, 0.62 and 0.14 logarithmic cycle, respectively. The result during 40 days of storage in two temperatures of 4 and 28 °C showed that survival of encapsulated bacteria with extracted prebiotics from acorn in both temperatures was maintained until 8.90 logarithmic cycle and survival of encapsulated bacteria with inulin reduced to 7.52 in 4°C and to 6.19 logarithmic cycle at 28°C. Overall results showed that increasing of temperature during storage didn't have significant effect on reducing of bacteria survival in acorn (p 0.05), but had significant effect on bacterial viability in inulin (p 0.05). It was also found that microencapsuls had no protective effect against heat on bacteria. In salinity resistance test, sensitivity values of free and microencapsulated bacteria with inulin and acorn prebiotic at concentration of 5% salt were 2.80%, 15.85% and 19.60%, respectively. Collectively results showed that application of acorn prebiotic in comparison to inulin for microencapsulation of bacteria by spray drying method causes greater resistance and survival against stomach, intestines and storage conditions. Therefore, use of acorn prebiotic could be suggested for increasing bacterial resistance against gastric acid and enzymes in the gastrointestinal tract and bacteria release into colon. While the tested prebiotics (inulin and acorn) had no protective effect against temperature. Therefore, microencapsulation of L.plantarum PTCC 1896 by spray drying method using these prebiotics can not protect it against high temperature. It could be suggested to mix them with other thermal resistance substances or their chemical modifications which could be the objectives of future researches. Keywords : probiotics, prebiotics, acorn, inulin, microencapsulation, spray drying
تولید غذا های پروبیوتیک به دلیل اثرات سلامتی بخش آن ها روز به روز در حال افزایش است. تحقیقات متعدد نشان داده است که میزان زنده مانی باکتری های پروبیوتیک طی انبارمانی و تحت تاثیر فرآیند های مختلف غذایی و عبور از دستگاه گوارش کاهش می یابد. از اینرو بکار گیری روش های مختلف نظیر ریزپوشانی می تواند با افزایش مقاومت باکتری های پروبیوتیک، زنده مانی آن ها را افزایش دهد. اخیرا استفاده از پریبیوتیک ها به عنوان پوشش برای حفظ حداکثر زنده مانی پروبیوتیک ها توجه محققین را به خود جلب کرده است. در پژوهش حاضر ابتدا پلی ساکارید های پریبیوتیکی از میوه بلوط استخراج شدند، سپس پریبیوتیک استخراج شده در مقایسه با پریبیوتیک تجاری اینولین با قابلیت پوشش دهی مناسب به عنوان پوشش جهت ریزپوشانی باکتری لاکتوباسیلوس پلانتاروم زیرگونه PTCC 1896 به روش خشک کردن پاششی مورد بررسی قرار گرفت. غلظت ها ی (W/V) 2، 3 و 4 % پریبیوتیک بلوط و غلظت ها ی (W/V) 5، 10 و 15 % اینولین به عنوان تیمارها ی مورد بررسی جهت ریزپوشانی استفاده شدند. پس از انتخاب غلظت ها ی 3 % بلوط و 15 % اینولین به عنوان تیمار ها ی بهینه و بررسی مورفولوژی باکتری آزاد و ریزپوشینه شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، اثر حفاظتی پوشش ها ی مورد نظر بر زنده مانی باکتری در شرایط شبیه سازی دستگاه گوارش، انبارمانی و برخی شرایط تکنولوژیکی مانند حرارت و غلظت ها ی بالا ی نمک NaCl مورد بررسی قرار گرفت. تصاویر SEM، مورفولوژی باکتری ریزپوشینه شده با اینولین را کروی شکل با سطوح چروکیده و مورفولوژی باکتری ریزپوشینه شده با پریبیوتیک بلوط را شکل ها ی نامنظم با سطوح فرورفته نشان داد. ریزپوشانی توسط پریبیوتیک استخراج شده از بلوط باعث افزایش مقاومت باکتری در محیط شبیه سازی معده و روده شد و حتی نتایج بهتری نسبت به اینولین نشان داد. در محیط شبیه سازی روده، میزان کاهش زنده مانی باکتری آزاد و ریزپوشینه شده با اینولین و پریبیوتیک استخراج شده از بلوط، به ترتیب 68/1 و 62/0 و 14/0 سیکل لگاریتمی بود. طی 40 روز انبارمانی در دما ها ی 4 و 28 درجه سانتی گراد، زنده مانی باکتری ریزپوشینه شده با پریبیوتیک استخراج شده از بلوط، در هر دو دما تا 90/8 سیکل لگاریتمی حفظ شد در حالی که زنده مانی باکتری ریزپوشینه شده با اینولین در دما ی 4 درجه سانتی گراد به 52/7 و در دما ی 28 درجه سانتی گراد به 19/6 سیکل لگاریتمی کاهش یافت. به طور کلی افزایش دما ی انبارمانی، تاثیر معنی داری بر کاهش زنده مانی باکتری های ریزپوشینه شده با بلوط نداشت (05/0 p)، اما تاثیر افزایش دما ی انبارمانی بر باکتری های موجود در ریزپوشینه های اینولین معنی دار بود (05/0 p). در بررسی اثر حرارت، مشخص شد که ریزپوشینه ها اثر حفاظتی بر بقا ی باکتری در برابر حرارت نداشتند. در آزمون نمک، حساسیت باکتری آزاد و ریزپوشینه شده با اینولین و پریبیوتیک استخراج شده از بلوط، در غلظت 5 % نمک به ترتیب 80/2%، 85/15% و 60/19% بدست آمد. به طور کلی نتایج نشان داد که استفاده از پریبیوتیک استخراج شده از بلوط در مقایسه با اینولین برای ریزپوشانی باکتری به روش خشک کردن پاششی باعث مقاومت و زنده مانی بیش تر باکتری در محیط شبیه سازی معده و روده و همچنین طی انبارمانی شد، بنابراین استفاده از این ترکیب می تواند راهکار مناسبی برای افزایش مقاومت باکتری در برابر pH اسیدی معده و آنزیم ها ی موجود در دستگاه گوارش و رهایش باکتری به کولون باشد، اما هیچ کدام از پریبیوتیک ها ی اینولین و بلوط اثر حفاظتی بر بقا ی باکتری در برابر حرارت نداشتند. بنابراین ریزپوشانی به روش خشک کردن پاششی توسط این پریبیوتیک ها نمی تواند باکتری لاکتوباسیلوس پلانتاروم PTCC 1896 را در برابر حرارت ها ی بالا حفظ کند و مخلوط کردن آن ها با مواد دیگر یا اصلاح شیمیایی برای این منظور توصیه می شود که نیاز به مطالعات بیش تر دارد. کلمات کلیدی : پروبیوتیک، پریبیوتیک، بلوط، اینولین، ریزپوشانی، خشک کردن پاششی