ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΜΕΛΕΤΗ. ΘΕΜΑ: «Μικροενθυλάκωση των προβιοτικών κυττάρων για εφαρμογές αυτών στα τρόφιμα». Καραγιοβανίδης Χαράλαμπος Σαρηβασιλείου Στυλιανή

Transcript

1 ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΘΕΜΑ: «Μικροενθυλάκωση των προβιοτικών κυττάρων για εφαρμογές αυτών στα τρόφιμα». Καραγιοβανίδης Χαράλαμπος Σαρηβασιλείου Στυλιανή Τριμελής Επιτροπή: Γκιαούρης Ευστάθιος Επίκουρος Καθηγητής (επιβλέπων) Καραντώνης Χαράλαμπος Αναπληρωτής Καθηγητής Κουτελιδάκης Αντώνιος Επίκουρος Καθηγητής ΜΥΡΙΝΑ - ΛΗΜΝΟΣ ΦΕΒΡΟΥΑΡΙΟΣ

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Πρόλογος 4 Περίληψη 5 Αγγλική περίληψη (Abstract)... 6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1. Προβιοτικά 1.1 Ορισμός προβιοτικών Χαρακτηριστικά προβιοτικών Χρήσεις και κίνδυνοι των προβιοτικών Οφέλη προβιοτικών έναντι κλινικών καταστάσεων-παθήσεων Εντερική λειτουργία Καρκίνος Διαβήτης Αλλεργίες Εγκυμοσύνη 11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. Μέθοδοι χορήγησης προβιοτικών 2.1 Στοματική Χορήγηση Χαρακτηριστικά της γαστρεντερικής (GI) οδού Μικροενθυλάκωση ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3. Μέθοδοι μικροενθυλάκωσης 3.1 Τεχνική γαλακτώματος Μέθοδος ξήρανσης Λυοφιλίωση Ψύξη με ψεκασμό Τεχνική εξώθησης 20 ΚΑΦΑΛΑΙΟ 4. Συστατικά ενθυλάκωσης 4.1 Κάψουλες με βάση τους πολυσακχαρίτες Άλας αλγινικού οξέος Κόμμι γελάνης και κόμμι ξανθάνης Χιτοζάνη Άμυλο Κάψουλες με βάση την πρωτεΐνη Κάψουλες με βάση το λίπος Αλληλεπίδραση κάψουλας-μικροοργανισμών-τρόφιμο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5. Απελευθέρωση προβιοτικών. 25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6. In vivo/ In vitro μέθοδοι. 26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7.Χρήση μικροενθυλάκωσης σε τρόφιμα Μικροενθυλάκωση σε τυρί Μικροενθυλάκωση σε γιαούρτι Μικροενθυλάκωση σε άλλα τρόφιμα. 30 2

3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8. Νέες μέθοδοι μικροενθυλάκωσης ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9.Συμπεράσματα...35 Βιβλιογραφία

4 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Σήμερα, υπάρχει μια τάση προς έναν πιο υγιεινό τρόπο διαβίωσης, η οποία περιλαμβάνει μια αυξανόμενη συνειδητοποίηση από τους καταναλωτές τι τρώνε και ποια οφέλη έχουν ορισμένα συστατικά στη διατήρηση της καλής υγείας. Η πρόληψη της ασθένειας από τη διατροφή είναι μια μοναδική ευκαιρία για καινοτόμα λεγόμενα λειτουργικά τρόφιμα (Schrooyen et al., 2001). Ο όρος αυτός έχει δημιουργηθεί για να περιγράψει τρόφιμα εμπλουτισμένα με συστατικά ικανά να παράγουν οφέλη για την υγεία. Στο πλαίσιο αυτό, η προσθήκη ζωντανών προβιοτικών μικροοργανισμών στα τρόφιμα είναι ένας σημαντικός τρόπος για τη δημιουργία λειτουργικών τροφίμων. Διάφορες ιδιότητες σχετιζόμενες με την υγεία προβιοτικών στελεχών είναι καλά τεκμηριωμένες και τα ζωντανά βακτήρια γαλακτικού οξέος με προβιοτική δραστηριότητα πιστεύεται ότι παίζουν ωφέλιμο ρόλο στο οικοσύστημα του ανθρώπινου εντερικού σωλήνα. Πρόσφατα, μελέτες βασισμένες σε γονιδιώματα άρχισαν να παρέχουν πληροφορίες σχετικά με τις μηχανικές λειτουργίες των προβιοτικών στο οικοσύστημα του ανθρώπινου εντέρου. Ωστόσο, η απώλεια ζωντανών προβιοτικών κυττάρων κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας, της αποθήκευσης και της γαστρεντερικής διαμετακόμισης που προκαλούνται από διάφορους παράγοντες στρες είναι ένα σημαντικό ζήτημα και πρέπει να αποφεύγεται. Ως εκ τούτου, η προστασία των ζωντανών προβιοτικών κυττάρων έγινε ένα σημαντικό ζήτημα. Σε αυτό το πλαίσιο, η μικροενθυλάκωση είναι η πλέον εξέχουσα τεχνική για την παροχή ενός προστατευτικού περιβάλλοντος για μικροοργανισμούς (Heidebach et al., 2012). Η μικροενθυλάκωση ορίζεται ως μια τεχνολογία συσκευασίας στερεών, υγρών ή αερίων υλικών σε μικροσκοπικές, σφραγισμένες κάψουλες που μπορούν να απελευθερώσουν το περιεχόμενό τους με ελεγχόμενους ρυθμούς κάτω από ειδικές συνθήκες (Desai & Park., 2005). Οι μικροκάψουλες είναι μικρές ( μm) και μπορούν να έχουν πολλές μορφολογίες. Σε γενικές γραμμές, μπορεί κανείς να διακρίνει μεταξύ μονοπύρηνες κάψουλες, οι οποίες έχουν έναν πυρήνα που περιβάλλεται από ένα κέλυφος και συσσωματώματα, τα οποία έχουν πολλούς πυρήνες ενσωματωμένους σε μια μήτρα. Τα υλικά κελύφους ή μήτρας είναι συνήθως πολυμερή. Οι πολυάριθμες διαθέσιμες τεχνολογίες για την μικροενθυλάκωση μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες, μία που χρησιμοποιεί ένα υγρό ως μέσο εναιώρησης (σύμπλοκο συσσωμάτωσης, πολυμερισμό επιτόπου ή εξάτμιση διαλύτη από γαλακτώματα) και μία άλλη που χρησιμοποιεί ένα αέριο ως εναιώρημα μέσα στο οποίο ψεκάζεται μια υγρή φάση (ξήρανση με ψεκασμό ή ψύξη με ψεκασμό, επίστρωση ρευστοποιημένης κλίνης ή εξώθηση). Υπάρχουν διάφορες εξαιρετικές ανασκοπήσεις των διαφόρων διαδικασιών παρασκευής μικροκαψουλών (Schrooyen et al., 2001). Το κίνητρο για μικροενθυλάκωση ζωντανών προβιοτικών κυττάρων είναι να μειωθεί η αναπόφευκτη πτώση των αριθμών ζωντανών κυττάρων από την πρώτη προσθήκη του προβιοτικού συμπυκνώματος στο τρόφιμο, μέχρι να φτάσουν στον τελικό προορισμό τους στο ανθρώπινο έντερο (Heidebach et al., 2012). Στη βιομηχανία τροφίμων η χρήση μικροενθυλάκωσης για την προστασία, την απομόνωση ή τον έλεγχο της απελευθέρωσης μιας δεδομένης ουσίας έχει αυξανόμενο το ενδιαφέρον (Schrooyen et al., 2001). Η παρούσα εργασία θα επικεντρωθεί στη χρήση μικροενθυλάκωσης των προβιοτικών. 4

5 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η χορήγηση των προβιοτικών βακτηρίων προς όφελος της υγείας έχει επεκταθεί ταχέως τα τελευταία χρόνια. Η χορήγηση από το στόμα των περισσότερων προβιοτικών οδηγεί στην έλλειψη ικανότητας επιβίωσης τους σε αντίξοες συνθήκες της οξύτητας που συναντάται συνήθως στον γαστρεντερικό σωλήνα των ανθρώπων. Προβιοτικοί μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται συχνότερα είναι οι λακτοβάκιλοι,τα στελέχη μπιφιδοβακτηρίων, άλλα είδη, όπως Escherichia coli και Bacillus cereus μαζί με κάποια ζύμη, κυρίως την Saccharomyces cerevisiae. Μερικά από αυτά τα είδη έχουν ενσωματωθεί στα τρόφιμα, μετατρέποντάς τα σε λειτουργικά τρόφιμα. Ωστόσο, διάφοροι παράγοντες έχουν αναφερθεί ότι επηρεάζουν τη βιωσιμότητα των προβιοτικών, συμπεριλαμβανομένου του ph, το υπεροξείδιο του υδρογόνου, το οξυγόνο και η θερμοκρασία αποθήκευσης. Η μικροενθυλάκωση είναι μία από τις πιο σημαντικές μεθόδους που αυξάνουν την βιωσιμότητα των μικροοργανισμών στις δυσμενείς συνθήκες. Ως μικροενθυλάκωση μπορεί να οριστεί η διαδικασία στην οποία τα κύτταρα διατηρούνται μέσα σε μια μεμβράνη ενθυλάκωσης για να μειώσουν την φθορά ή την απώλεια των προβιοτικών κυττάρων, με τέτοιο τρόπο ώστε να οδηγήσει στην απελευθέρωση των κατάλληλων μικροοργανισμών στο έντερο. Μερικά οφέλη της μικροενθυλάκωσης των κυττάρων περιλαμβάνουν: προστασία από τους βακτηριακούς και καταστρεπτικούς παράγοντες, αυξάνοντας την επιβίωση των ενθυλακωμένων κυττάρων κατά την λυοφιλοποίηση, την ψύξη, την αποθήκευση και μετατρέποντας τους σε μια μορφή σκόνης για ευκολότερη χρήση, δεδομένου ότι βελτιώνει την ομοιόμορφη κατανομή του σε όλο το προϊόν. Η μικροενθυλάκωση των προβιοτικών κυττάρων είναι μία από τις νεότερες και εξαιρετικά αποτελεσματικές μεθόδους, η οποία τώρα βρίσκεται υπό ιδιαίτερη προσοχή και αναπτύσσεται από διάφορους ερευνητές. Στόχος αυτής της μελέτης είναι να αναφερθούν οι τεχνικές για τη μικροενθυλάκωση των προβιοτικών στη βιομηχανία τροφίμων. 5

6 ABSTRACT The administration of probiotic bacteria for the benefit of health has been rapidly expanding in recent years. Oral administration of most probiotics leads to their lack of ability to survive in adverse conditions of acidity commonly found in people's gastrointestinal tract. Probiotic micro-organisms most commonly used are lactobacilli, bifidobacteria strains, other species such as E. coli and B. cereus along with some yeast, particularly S. cerevisiae. Some of these species have been incorporated into food, turning them into functional foods. However, several factors have been reported to affect the viability of probiotics, including ph, hydrogen peroxide, oxygen, storage temperature. Microencapsulation is one of the most important methods that increase the viability of microorganisms in adverse conditions. Microencapsulation can be defined as the process in which cells are held in an encapsulation membrane to reduce the damage or loss of probiotic cells in such a way as to result in the release of appropriate microorganisms in the intestine. Some benefits of cell microencapsulation include: protection from bacterial and destructive factors, increasing the survival of encapsulated cells against lyophilization, cooling and storage and turning them into a powder form for ease of use, as it improves its uniform distribution to all product. Microencapsulation of probiotic cells is one of the newest and most effective methods, which is now under particular caution and is being developed by several researchers. The aim of this study is to refer to techniques for microencapsulation of probiotics in the food industry. 6

7 1.ΠΡΟΒΙΟΤΙΚΑ 1.1ΟΡΙΣΜΟΣ Ο όρος προβιοτικό χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1965 από την Lily και τον Stillwell για να περιγράψει ουσίες που εκκρίνονται από έναν οργανισμό που διεγείρει την ανάπτυξη άλλου. Ωστόσο, αυτός ο ορισμός προοριζόταν αρχικά για χρήση σε προϊόντα ζωοτροφών (Sarao et al., 2017). Ως προβιοτικά χαρακτηρίζονται μία ομάδα βακτηρίων που περιγράφονται από τον Οργανισμό Τροφίμων και Γεωργίας των Ηνωμένων Εθνών (FAO) και τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας (WHO) ως ζωντανοί μικροοργανισμοί οι οποίοι, όταν χορηγούνται σε επαρκείς ποσότητες, προσφέρουν όφελος για την υγεία του καταναλωτή. Τα πιο συνηθισμένα εμπορικά βακτήρια είναι των γενών Bifidobacterium ή Lactobacillus (Cook et al., 2012) ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΠΡΟΒΙΟΤΙΚΩΝ Αυτά τα βακτήρια είναι συνήθως σακχαρολυτικά (ικανά να μεταβολίζουν τα σάκχαρα), θετικά κατά gram, σχηματίζονται σε ράβδο και βρίσκονται στο παχύ έντερο. Το ανθρώπινο έντερο, ειδικά το παχύ έντερο ή κόλον, έχει μια σύνθετη βακτηριακή σύνθεση που αποτελείται από περισσότερα από 50 γένη βακτηρίων. Αυτά μπορεί να είναι είτε επιβλαβή (π.χ, παραγωγή τοξινών), ή ευεργετικά (π.χ. σύνθεση βιταμινών) ή και τα δύο (για παράδειγμα, μικρόβια του οικογενειακού Streptococcus) (Cook et al., 2012). Στο πλαίσιο αυτό, η προσθήκη ζωντανών προβιοτικών μικροοργανισμών στα τρόφιμα είναι ένας σημαντικός τρόπος για τη δημιουργία λειτουργικών τροφίμων. Διάφορες ιδιότητες σχετιζόμενες με την υγεία διαφόρων προβιοτικών στελεχών είναι καλά τεκμηριωμένες και τα ζωντανά βακτήρια γαλακτικού οξέος με προβιοτική δραστηριότητα πιστεύεται ότι παίζουν ωφέλιμο ρόλο στο οικοσύστημα του ανθρώπινου εντερικού σωλήνα (Heidebach et al., 2012). Οι μηχανισμοί με τους οποίους πιστεύεται ότι τα προβιοτικά βακτήρια παρέχουν θετικές απαντήσεις υγείας έχουν ταξινομηθεί σε τρεις τομείς: παραγωγή θρεπτικών ουσιών και συμπαραγόντων, ανταγωνισμός με παθογόνους παράγοντες για θέσεις πρόσδεσης και διέγερση ανοσοαπόκρισης του ξενιστή. Οι πιθανές περιοχές ωφέλειας περιλαμβάνουν τη θεραπεία της φλεγμονώδους νόσου του εντέρου, του συνδρόμου ευερέθιστου εντέρου, των λοιμώξεων από Helicobacter pylori και της διάρροιας που σχετίζεται με αντιβιοτικά. Διατυπώνονται ευρύ φάσμα ισχυρισμών για την υγεία, μερικές από τις οποίες υποστηρίζονται καλύτερα από κλινικές δοκιμές σε σχέση με άλλες (Cook et al., 2012). Για παράδειγμα, οι Rembacken et al., 1999 έδειξαν ότι το προβιοτικό Ε. coli Nissle 1917 είχε την ικανότητα να διατηρεί την άφεση της ελκώδους κολίτιδας (μια μορφή φλεγμονώδους νόσου του εντέρου) συγκρίσιμη με τη μεσαλαζίνη. Μια άλλη μελέτη από τους Mimura et al., 2004 έδειξε ότι ένα προβιοτικό μείγμα των bifidobacteria, lactobacilli, streptococci και E. coli διατήρησε την ύφεση που προκαλείται από αντιβιοτικά σε ασθενείς με pouchitis, δηλαδή μια φλεγμονή ειλεού θύλακα που σχετίζεται με τη θεραπεία της ελκώδους κολίτιδας. Μια μεγάλη δοκιμή από τους Kukkonen et al., 2007 έδειξαν ότι μια προβιοτική θεραπεία που δημιουργείται κατά τη γέννηση, περιελάμβανε γαλακτο-ολιγοσακχαρίτες, οι οποίες προάγουν την ανάπτυξη των bifidobacteria, δεν είχαν την ικανότητα να μειώνουν τις αλλεργικές παθήσεις σε μικρά παιδιά. υπήρξε, ωστόσο, σημαντική παρατηρήθηκε μείωση των επιπτώσεων του εκζέματος. Αυτή η ικανότητα να μειώνεται το έκζεμα στους νέους αποδεικνύεται σε μια 7

8 άλλη μεγάλη μελέτη. Πρέπει να σημειωθεί ότι τα προβιοτικά αποτελέσματα είναι συχνά στελεχιαία, επομένως δεν θα λειτουργήσουν ως «θεραπεία»(cook et al., 2012) ΧΡΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΚΙΝΔΥΝΟΙ ΤΩΝ ΠΡΟΒΙΟΤΙΚΩΝ Τα προβιοτικά έχουν ζωντανούς μη παθογόνους μικροοργανισμούς. Πολλοί από αυτούς τους μικροοργανισμούς αποτελούν μέρος της φυσιολογικής χλωρίδας του ανθρώπου, όπου ζουν σε μια συμβιωτικά. Τα προβιοτικά έχουν χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία των γαστρεντερικών και των μη γαστρεντερικών παθήσεων. Ωστόσο, τα δεδομένα που υποστηρίζουν τη χρήση τους είναι συχνά αντικρουόμενα, ειδικά για τις ασθένειες που δεν σχετίζονται με τις γαστρεντερικές παθήσεις. Οι ισχυρότερες ενδείξεις που υποστηρίζουν τη χρήση προβιοτικών σχετίζονται με τη θεραπεία της οξείας διάρροιας και της παχυσαρκίας. Το ατοπικό έκζεμα στα παιδιά και οι λοιμώξεις του ουροποιητικού συστήματος είναι οι μόνες ιατρικές καταστάσεις που δεν σχετίζονται με το γαστρεντερικό, όπου τα προβιοτικά μπορεί να έχουν κάποια ευεργετικά αποτελέσματα. Η επιλογή και η δοσολογία του προϊόντος δεν είναι τα ίδια σε όλες τις συνθήκες και τα ευεργετικά αποτελέσματα κάθε προβιοτικού στελέχους δεν μπορούν να γενικευθούν (Saif Ul Islam., 2016). Τα προβιοτικά έχουν χρησιμοποιηθεί με ασφάλεια για χρόνια. Τα αποτελέσματα της ασφάλειας αναφέρονται αναλυτικά σε δημοσιευμένες κλινικές δοκιμές. Το 2011, μια έκθεση που δημοσιεύθηκε από τον Οργανισμό για την Έρευνα και την Ποιότητα στον τομέα της Υγείας (Agency for Healthcare Research and Quality) (Wallace et al., 2011), ως ανασκόπηση της βιβλιογραφίας που περιλάμβανε 622 μελέτες οργανισμών από 6 γένη: Lactobacillus, Bifidobacterium, Saccharomyces, Streptococcus, Enterococcus και Bacillus, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι παρόλο που οι υπάρχουσες προβιοτικές κλινικές δοκιμές δεν αποκαλύπτουν ενδείξεις αυξημένου κινδύνου, η «τρέχουσα βιβλιογραφία δεν είναι καλά εξοπλισμένη για να απαντήσει σε ερωτήσεις σχετικά με την ασφάλεια των προβιοτικών στις μελέτες παρέμβασης με εμπιστοσύνη». Επισημαίνεται ότι ο επιπολασμός των αποδεικτικών στοιχείων, συμπεριλαμβανομένης της μακροχρόνιας ασφαλούς προβιοτικής χρήσης καθώς και των δεδομένων από κλινικές δοκιμές και μελέτες σε ζώα και in vitro, υποστηρίζουν την υπόθεση ότι τα προβιοτικά είναι γενικά ασφαλή για τους περισσότερους πληθυσμούς. Ωστόσο, περισσότερη έρευνα είναι απαραίτητη για να περιγραφεί σωστά η επίπτωση και η σοβαρότητα των ανεπιθύμητων ενεργειών που σχετίζονται με τα προβιοτικά. Τέλος σημειώνεται ότι, καθώς δεν μπορεί να αναμένεται ότι υπάρχουν 2 προβιοτικά στελέχη που έχουν ακριβώς το ίδιο κλινικό αποτέλεσμα, κάθε προβιοτικό στέλεχος, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που δεν έχουν ακόμη αναπτυχθεί, αναμένεται να έχει διαφορετικό προφίλ ασφάλειας. Ίσως το πιο σημαντικό, η ασφάλεια ενός εμπορικά διαθέσιμου προβιοτικού προϊόντος δεν εξαρτάται μόνο από τον προβιοτικό οργανισμό αλλά από τα άλλα συστατικά του προϊόντος, είτε πρόκειται για τρόφιμο είτε για φαρμακευτική σύνθεση. Σύμφωνα με μια έκθεση του 2002 που δημοσιεύθηκε από κοινού από την Παγκόσμια Οργάνωση Υγείας (ΠΟΥ) και τον Οργανισμό Τροφίμων και Γεωργίας (FAO) των Ηνωμένων Εθνών, τα προβιοτικά μπορεί θεωρητικά να είναι υπεύθυνα για τέσσερις τύπους παρενεργειών: 1. Συστηματικές λοιμώξεις. 2. Δυσμενείς μεταβολικές δραστηριότητες. 8

9 3. Υπερβολική διέγερση του ανοσοποιητικού συστήματος σε ευαίσθητα άτομα. 4. Μεταφορά γονιδίων (Doron et al., 2015) ΟΦΕΛΗ ΠΡΟΒΙΟΤΙΚΩΝ ΕΝΑΝΤΙ ΚΛΙΝΙΚΩΝ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ- ΠΑΘΗΣΕΩΝ (Παραδείγματα) ΕΝΤΕΡΙΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ Η φύση των προβιοτικών εξηγεί τον ευεργετικό ρόλο τους στην εντερική λειτουργία καθώς αυτά μπορούν να προστατεύσουν τον οργανισμό από τα παθογόνα βακτήρια μέσω των αντιμικροβιακών ιδιοτήτων τους.τα προβιοτικά διεγείρουν τα κύτταρα για την παραγωγή βλέννας, για την ενίσχυση της λειτουργίας των εντερικών φραγμών, την ομαλοποίηση των κινήσεων του εντέρου και τη μείωση της σπλαχνικής υπερευαισθησίας σε παιδιά αλλά και ενήλικες ασθενείς, ενώ αρκετά προβιοτικά στελέχη έχουν δείξει ωφέλιμα αποτελέσματα σε ασθενείς με σύνδρομο ευερεθίστου εντέρου. (Didari et al., 2015) ΚΑΡΚΙΝΟΣ Μια ανασκόπηση του Cochrane (Allen et al,. 2003) σε ασθενείς με καρκίνο έδειξε ότι τα προβιοτικά μειώνουν τα επεισόδια και τη διάρκεια οξείας μολυσματικής διάρροιας, που αποτελεί παρενέργεια των χημειοθεραπειών στον ασθενή. Η διάρροια που σχετίζεται με τη θεραπεία του καρκίνου συνεπάγεται πρόσθετο κόστος, κυρίως λόγω της μεγαλύτερης εισόδου στο νοσοκομείο και του χρόνου που δαπανάται εκεί. Τα προβιοτικά έχουν υποστηριχθεί ότι είναι οικονομικά αποδοτικά στο πλαίσιο της διάρροιας που σχετίζεται με αντιβιοτικά. Ως εκ τούτου, αξίζει να εξεταστεί εάν τα προβιοτικά είναι αποτελεσματικά σε άτομα με καρκίνο τόσο από πλευράς ασθενούς όσο και από οικονομική άποψη. Η διάρροια που προκαλείται από τη χρήση χημειοθεραπείας είναι η πιο συνηθισμένη σχετική τοξικότητα η οποία οδηγεί στη διακοπή ή στη μείωση της χημειοθεραπείας. Ένας παράγοντας που συμβάλλει σε αυτό είναι ότι οι χημειοθεραπευτικοί παράγοντες μπορούν να μεταβάλλουν την κανονική προστατευτική μικροχλωρίδα του εντέρου. Η διάρροια είναι δυσάρεστη για τον ασθενή και μπορεί να μειώσει την ανοχή για την υποβολή σε ακτινοθεραπεία και χημειοθεραπεία. Μπορούν επίσης να απαιτήσουν περαιτέρω θεραπεία για την πρόληψη της σχετιζόμενης νοσηρότητας και θνησιμότητας. Δεδομένου ότι οι μολύνσεις είναι συχνές και η μικροχλωρίδα του εντέρου παίζει ρόλο στην ανοσία, τα προβιοτικά θα πρέπει να αξιολογούνται τόσο για την αποτελεσματικότητα στην πρόληψη της λοίμωξης όσο και για την ασφάλεια, ιδιαίτερα για να διερευνήσουν εάν τα προβιοτικά προκαλούν μόλυνση. Επομένως, οι Gibson et al., 2013 συνιστούν ότι σε ασθενείς με κακοήθειες πυέλου (λεκάνης), η κατανάλωση προβιοτικών που περιέχουν είδη Lactobacillus μπορεί να βοηθήσει στην πρόληψη της διάρροιας και κατ επέκταση στην αποτελεσματικότητα της χημειοθεραπείας ή της ακτινοθεραπείας (Redman et al., 2014). 9

10 1.3.3 ΔΙΑΒΗΤΗΣ Ο διαβήτης είναι μια κατάσταση πολυπαραγοντικής προέλευσης, που περιλαμβάνει διάφορους μοριακούς μηχανισμούς που σχετίζονται με την εντερική μικροβιολογία για την ανάπτυξή του. Στον διαβήτη τύπου 2, η ενεργοποίηση του υποδοχέα και η αναγνώριση από μικροοργανισμούς από τον εντερικό αυλό μπορεί να προκαλέσουν φλεγμονώδεις αποκρίσεις προκαλώντας τη φωσφορυλίωση υπολειμμάτων σερίνης στο υπόστρωμα υποδοχέα ινσουλίνης-1, μειώνοντας την ευαισθησία (απορρόφηση) στην ινσουλίνη. Στον διαβήτη τύπου 1, η μειωμένη έκφραση πρωτεϊνών προσκόλλησης εντός του εντερικού επιθηλίου ευνοεί μια μεγαλύτερη ανοσιακή απόκριση που μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφή παγκρεατικών β κυττάρων από CD8 + Τ-λεμφοκύτταρα και αυξημένη έκφραση ιντερλευκίνης-17, που σχετίζεται με αυτοανοσία. Η έρευνα σε ζωικά μοντέλα και ανθρώπους έχει υποθέσει αν η χορήγηση προβιοτικών μπορεί να βελτιώσει την πρόγνωση του διαβήτη μέσω της διαμόρφωσης μικροβίων στο έντερο. Έχουμε δείξει σε αυτή την ανασκόπηση ότι ένα μεγάλο σύνολο στοιχείων υποδηλώνει ότι τα προβιοτικά μειώνουν την φλεγμονώδη απόκριση και το οξειδωτικό στρες, καθώς επίσης αυξάνουν την έκφραση των πρωτεϊνών πρόσφυσης στο εντερικό επιθήλιο, μειώνοντας την διαπερατότητα του εντέρου. Αυτά τα αποτελέσματα αυξάνουν την ευαισθησία στην ινσουλίνη και μειώνουν την αυτοάνοση ανταπόκριση. Ωστόσο, απαιτούνται περαιτέρω έρευνες για να διευκρινιστεί εάν η χορήγηση προβιοτικών μπορεί να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά για την πρόληψη και τη διαχείριση του διαβήτη (Gomes et al., 2014) ΑΛΛΕΡΓΙΕΣ Οι αλλεργικές ασθένειες θεωρούνται επιβάρυνση για την υγεία λόγω του υψηλού και συνεχώς αυξανόμενου επιπολασμού τους, του υψηλού άμεσου και έμμεσου κόστους στην υγεία και των ανεπιθύμητων επιπτώσεων στην ποιότητα ζωής. Τα προβιοτικά έχουν προταθεί ως παρέμβαση για την πρόληψη αλλεργικών ασθενειών. Η χρήση συμπληρωμάτων προβιοτικών φαίνεται ελκυστική επιλογή για την πρόληψη και τη θεραπεία αλλεργικών ασθενειών καθώς μπορούν να λειτουργήσουν ως υποκινητές μιας κατάλληλης μικροβιακής ισορροπίας, η οποία με τη σειρά της θα μπορούσε να εμποδίσει την ανάπτυξη αλλεργιών. Για παράδειγμα, οι πιο πρόσφατες ανασκοπήσεις για την πρόληψη των αλλεργιών, αξιολόγησαν τη χρήση προβιοτικών ως προς τα επεισόδια ρινίτιδας, άσθματος ή συριγμού και της ατοπικής δερματίτιδας (έκζεμα). Αυτές οι μελέτες πρότειναν μια μέτρια μείωση της ατοπικής δερματίτιδας και παρείχαν ενδείξεις ελαφράς επίδρασης στη μείωση της ρινίτιδας. Ενώ τέλος, τα προβιοτικά που χρησιμοποιούνται από εγκύους ή θηλάζουσες μητέρες ή/και χορηγούνται σε βρέφη μείωσαν τον κίνδυνο εκζέματος στα βρέφη. Ωστόσο, η βεβαιότητα των στοιχείων είναι χαμηλή. Δεν παρατηρήθηκε καμία επίδραση στην πρόληψη άλλων αλλεργικών καταστάσεων (Cuello-Garcia et al., 2015). 10

11 1.3.5 ΕΓΚΥΜΟΣΥΝΗ Οι επιπλοκές της εγκυμοσύνης σχετίζονται με αρνητικές συνέπειες για τη μητέρα και το μωρό βραχυπρόθεσμα και μακροπρόθεσμα. Το μικροβιοκτόνο του εντέρου έχει αναγνωριστεί ως βασικός παράγοντας για τη διατήρηση της υγείας εκτός της εγκυμοσύνης και μπορεί να συμβάλει στην επιπλοκή της εγκυμοσύνης. Επιπλέον, το κολπικό και το πρόσφατα αποκαλυφθέν πλακούντιο μικρόβιο μεταβάλλονται κατά την εγκυμοσύνη και μπορεί να διαδραματίζουν κάποιο ρόλο στις επιπλοκές της εγκυμοσύνης. 11

12 2. ΜΕΘΟΔΟΙ ΧΟΡΗΓΗΣΗΣ ΠΡΟΒΙΟΤΙΚΩΝ 2.1. ΣΤΟΜΑΤΙΚΗ ΧΟΡΗΓΗΣΗ (ΜΕΣΩ ΔΙΑΤΡΟΦΙΚΩΝ ΣΚΕΥΣΜΑΤΩΝ) Οι προβιοτικοί μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται συχνότερα είναι οι lactobacillus και τα στελέχη bifidobacterium. Ωστόσο, άλλα είδη, όπως E. coli και B. cereus έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί για να επιτύχουν τους ίδιους στόχους, μαζί με κάποια ζύμη, κυρίως την S. cerevisiae. Μερικά από αυτά τα είδη έχουν ενσωματωθεί στα τρόφιμα, μετατρέποντάς τα σε λειτουργικά τρόφιμα. Αυτά τα είδη των τροφίμων ορίζονται ως τροποποιημένα τρόφιμα ή συστατικά τροφίμων που παρέχουν ένα όφελος για την υγεία πέρα από την ικανοποίηση των παραδοσιακών απαιτήσεων σε θρεπτικά συστατικά. Για να παραχθούν αυτές οι ευεργετικές επιδράσεις για την υγεία, τα προβιοτικά πρέπει να έχουν την ικανότητα να επιβιώσουν και να πολλαπλασιαστούν μέσα στον ξενιστή. Στο πλαίσιο αυτό, τα προβιοτικά πρέπει να είναι μεταβολικώς σταθερά και ενεργά στο διατροφικό προϊόν, να επιβιώνουν κατά τη διέλευση μέσω του στομάχου και να φτάνουν στο έντερο σε ικανοποιητική ποσότητα. Ωστόσο, διάφοροι παράγοντες έχουν αναφερθεί ότι επηρεάζουν τη βιωσιμότητα των προβιοτικών στα τρόφιμα, συμπεριλαμβανομένου του ph, του υπεροξειδίου του υδρογόνου, του οξυγόνου και της θερμοκρασίας αποθήκευσης. Διαφορετικές προσεγγίσεις που αυξάνουν την αντίσταση αυτών των ευαίσθητων μικροοργανισμών ενάντια στις δυσμενείς συνθήκες έχουν προταθεί, όπως η κατάλληλη επιλογή του οξέος και οι ανθεκτικές πιέσεις των χολικών, η χρήση δοχείων αδιαπέραστων σε οξυγόνο, η ζύμωσης δύο σταδίων, η προσαρμογή της πίεσης, η ενσωμάτωση των μικροθρεπτικών συστατικών όπως είναι τα πεπτίδια και τα αμινοξέα. Τα προβιοτικά μπορούν να καταναλωθούν είτε ως προϊόντα διατροφής (που έχουν υποστεί ζύμωση ή δεν έχουν υποστεί ζύμωση) ή ως διαιτητικά συμπληρώματα (προϊόντα σε σκόνη, κάψουλα ή δισκίο μορφές). Η κατανάλωση προβιοτικών κυττάρων μέσω των προϊόντων διατροφής είναι η πιο δημοφιλή προσέγγιση προς το παρόν. Τα τρόφιμα στα οποία βρίσκονται αναφέρονται ως λειτουργικά τρόφιμα και η αναζήτησή τους αυξάνεται με ταχείς ρυθμούς λόγω της αύξησης της ευαισθητοποίησης των καταναλωτών. Σημαντική επιτυχία έχει επιτευχθεί κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών στην ανάπτυξη των γαλακτοκομικών προϊόντων που περιέχουν προβιοτικά βακτήρια, όπως Γάλα Γιαούρτι Τυρί Κεφίρ Dahi Kumys (Apostolidou et al., 2014). Για παράδειγμα, μια έρευνα που μελέτησε τις επιδράσεις του κεφίρ, kumys, του γιαουρτιού και των εμπορικών προβιοτικών συνθέσεων σε νεφρό ποντικού, παρατήρησε ότι το κεφίρ, το kumys, το γιαούρτι και το εμπορικό προβιοτικό παρασκεύασμα αύξησαν την πυρηνική στεροειδή ορμόνη στο νεφρό του (Sari et al., 2014). Ωστόσο, έχοντας κατά νου το υψηλό ποσοστό της δυσανεξίας στη λακτόζη καθώς και τους χορτοφάγους άρχισαν να κυκλοφορούν στο εμπόριο διάφορα μη- 12

13 γαλακτοκομικά προβιοτικά προϊόντα, με βάση τα δημητριακά, όπως ζυμωμένα προϊόντα βρώμης, οι χυμοί φρούτων και τα ζυμωμένα προϊόντα σόγιας. Τα προβιοτικά τρόφιμα πρέπει να είναι ασφαλή και να περιλαμβάνουν τον κατάλληλο αριθμό προβιοτικών μικροοργανισμών σε επαρκή ποσότητα την στιγμή της κατανάλωσης. Τότε παρέχουν μια σειρά από οφέλη για την υγεία, κυρίως μέσω της διατήρηση της φυσιολογικής εντερικής μικροχλωρίδας και την προστασία έναντι γαστρεντερικών παθογόνων, της ενίσχυσης του ανοσοποιητικού συστήματος, την μείωση του επιπέδου της χοληστερόλης στον ορό και της αρτηριακής πίεσης, της αντικαρκινογόνου δράσης, της βελτίωσης της χρησιμοποίησης των θρεπτικών ουσιών και της διατροφικής αξίας των τροφίμων, στη διατήρηση της υγείας της εντερικής χλωρίδας, στη διέγερση του ανοσοποιητικού τη σύνθεση βιταμινών και αντιμικροβιακών παραγόντων, καθώς και στη διευκόλυνση της πέψης των πρωτεϊνών. Κάθε είδος προβιοτικών βακτηρίων έχει διαφορετικά οφέλη για την υγεία..η ποσότητα που χρειάζεται να λαμβάνεται καθημερινά εξαρτάται από το είδος του προβιοτικού. Θεωρείται ότι στόχος είναι η κατανάλωση CFU/g προϊόντος ανά ημέρα, ώστε να επωφεληθεί ο ξενιστής από τις ευεργετικές του ιδιότητες. Οι Mann & Spoerry., 1974 ανακάλυψαν ότι τα επίπεδα της χοληστερόλης στον ορό του αίματος μειώνονται σημαντικά από το γιαούρτι που έχει υποστεί ζύμωση με άγρια στελέχη του Lactobacillus. Oι Rasic et al., 2003 διαπίστωσε μειωμένα επίπεδα της χοληστερόλης του ορού με την κατανάλωση βρεφικής φόρμουλας που περιέχει κύτταρα του Lactobacillus acidophilus. Υποτίθεται ότι αυτά τα οφέλη μπορεί να προκύψουν από την ανάπτυξη και την δράση των προβιοτικών κατά την παρασκευή των τροφίμων, ενώ μερικά μπορεί να προκύψουν από την ανάπτυξη και τη δράση ορισμένων ειδών των προβιοτικών στην εντερική οδό. Οι Stanton et al., 2005, ανέφερε ότι τα οφέλη για την υγεία από τα λειτουργικά τρόφιμα που έχουν υποστεί ζύμωση είναι είτε λόγω της προβιοτικής δράσης (μέσω της αλληλεπίδρασης των ζωντανών μικροοργανισμών με τον ξενιστή), ή έμμεσα λόγω βιογενών αποτελεσμάτων ως συνέπεια της αφομοίωσης των μικροβιακών μεταβολιτών που παράγονται κατά τη διαδικασία της ζύμωσης (Apostolidou et al., 2014) ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΗΣ ΓΑΣΤΡΕΝΤΕΡΙΚΗΣ (GI) ΟΔΟΥ Κατά το σχεδιασμό συστημάτων χορήγησης για προβιοτική ενθυλάκωση με σκοπό την παροχή ελεγχόμενης απελευθέρωσης είναι απαραίτητο να εξεταστεί η σύνθετη φυσιολογία της GI οδού. Κατά μήκος της GI οδού υπάρχουν διάφορες πιθανές μέθοδοι χορήγησης, με βάση το ph, το χρόνο, τις περισταλτικές πιέσεις και τη βακτηριακή ζύμωση (Gbassi & Vandamme., 2012). 2.2 ΜΙΚΡΟΕΝΘΥΛΑΚΩΣΗ (ΜΕ) Στη βιοτεχνολογία των τροφίμων, η ME μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να παγιδεύει ή να περιβάλλει μικροοργανισμούς διαχωρίζοντάς τους από το εξωτερικό περιβάλλον με μια επικάλυψη υδροκολλοειδών ή άλλων ενώσεων, έτσι ώστε τα κύτταρα να απελευθερώνονται στο κατάλληλο διαμέρισμα του εντέρου την κατάλληλη στιγμή. Η τεχνολογία της ΜΕ προστατεύει τα βακτήρια γαλακτικού οξέος (LAB) στα τρόφιμα και κατά τη διέλευση από το γαστρεντερικό σωλήνα. Άλλα πλεονεκτήματα 13

14 περιλαμβάνουν την πρόληψη της διεπιφανειακής απενεργοποίησης, τη διέγερση της παραγωγής και την απέκκριση δευτερογενών μεταβολιτών και τη συνεχή χρήση. Επιπρόσθετα, η ME μπορεί να ενισχύσει την επιβίωση μικροβίων και τη λειτουργική αποτελεσματικότητα κατά τη διάρκεια της ζύμωσης. Γενικά, τα LAB παρουσιάζουν δύο προβλήματα: το μέγεθός τους, που αποκλείει άμεσα τη χρήση νανοτεχνολογιών και το γεγονός ότι πρέπει να διατηρηθούν ζωντανοί. Η βιωσιμότητα των εγκλεισμένων κυττάρων επηρεάζεται από τις φυσικοχημικές ιδιότητες των καψουλών: ο τύπος και η συγκέντρωση του υλικού επικάλυψης, το μέγεθος των σωματιδίων, οι αρχικοί αριθμοί κυττάρων και τα βακτηριακά στελέχη είναι μερικές από τις παραμέτρους που πρέπει να ληφθούν υπόψη (Nazzaro et al., 2012). Σχημα 1 Η μικροενθυλάκωση μπορεί να εφαρμοστεί για την παγίδευση φυσικών ενώσεων, όπως αιθέρια έλαια ή φυτικά εκχυλίσματα που περιέχουν πολυφαινόλες με γνωστές αντιμικροβιακές ιδιότητες για χρήση σε συσκευασίες τροφίμων. Η μικροενθυλάκωση διατηρεί βακτήρια γαλακτικού οξέος, τόσο εκκινητές όσο και προβιοτικά, σε τρόφιμα και κατά τη διάρκεια της διέλευσης μέσω του γαστρεντερικού σωλήνα και μπορεί να συμβάλει στην ανάπτυξη νέων λειτουργικών τροφών. (Παράδειγμα πολυστρωματικής μήτρας που χρησιμοποιείται για την παγίδευση πολυφαινολών.) Τροποποιημένη εικόνα από Nazzaro et al.,

15 3.ΜΕΘΟΔΟΙ ΜΙΚΡΟΕΝΘΥΛΑΚΩΣΗΣ Τα προβιοτικά λειτουργούν ως διαιτητικές παρεμβάσεις για τη βελτίωση της μικροβιακής ισορροπίας του εντέρου. Η προσεκτική εξέταση των προβιοτικών στελεχών για την τεχνολογική τους καταλληλότητα μπορεί να επιτρέψει την επιλογή στελεχών με τα καλύτερα χαρακτηριστικά παραγωγής και τεχνολογίας τροφίμων. Ωστόσο, ακόμη και τα πιο εύρωστα προβιοτικά βακτήρια βρίσκονται σήμερα στο φάσμα των εφαρμογών τροφίμων στα οποία μπορούν να εφαρμοστούν. Επιπλέον, αποκλείονται βακτήρια με εξαιρετικές λειτουργικές ιδιότητες υγείας λόγω τεχνολογικών περιορισμών. Οι νέες τεχνολογίες επεξεργασίας και διαμόρφωσης θα επιτρέψουν τη διεύρυνση της σειράς προϊόντων στα οποία μπορούν να εφαρμοστούν προβιοτικά. Η βιωσιμότητα των προβιοτικών είναι τόσο εμπορική όσο και τεχνολογική ανησυχία για πολλά βιομηχανικά προϊόντα. Τα προβιοτικά είναι δύσκολο να επεξεργαστούν σε ορισμένες συνθήκες, καθώς τα βακτήρια πεθαίνουν συχνά κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας και η διάρκεια ζωής τους είναι απρόβλεπτη. Τα προβιοτικά είναι εξαιρετικά ευαίσθητα στις περιβαλλοντικές συνθήκες όπως το οξυγόνο, οι παραγωγικές διαδικασίες και οι επεξεργασίες συντήρησης, η οξύτητα και η συγκέντρωση άλατος, οι οποίες επηρεάζουν συλλογικά τη συνολική βιωσιμότητα των προβιοτικών. Οι κατασκευαστές που έχουν εδώ και καιρό προϊόντα ενίσχυσης με προβιοτικά έχουν αντιμετωπίσει σημαντικές προκλήσεις επεξεργασίας όσον αφορά τη σταθερότητα και την βιωσιμότητα των προβιοτικών κατά τη διάρκεια επεξεργασίας και συντήρησης, την αποθήκευση καθώς και κατά τη διέλευσή τους μέσω του GIT (γαστρεντερικού συστήματος). Η εφαρμογή μικροκαψουλών βελτιώνει σημαντικά τη σταθερότητα των προβιοτικών κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας τροφίμων και της γαστρεντερικής διαμετακόμισης (Mandal et al., 2016) ΤΕΧΝΙΚΗ ΓΑΛΑΚΤΩΜΑΤΟΣ Για την ενθυλάκωση προβιοτικών κυττάρων, η πλέον κατάλληλη μέθοδος ελέγχου και εύκαμπτης ρύθμισης του μεγέθους της κάψουλας που προκύπτει, είναι η τεχνική του γαλακτώματος. Σε αυτή τη μέθοδο ένας μικρός όγκος υδατικού μίγματος υδροκολλοειδών κυττάρων (ασυνεχής φάση) γαλακτωματοποιείται σε μεγαλύτερο όγκο φυτικού ελαίου (συνεχής φάση). Αφού σχηματιστεί ένα γαλάκτωμα νερού σε έλαιο, το διασκορπισμένο μίγμα υδροκολλοειδών κυττάρων πρέπει να αδιαλυτοποιηθεί για να σχηματιστούν μικρά σφαιρίδια εντός της ελαιώδους φάσης. Όταν παράγονται κάψουλες αλγινικού άλατος, οι μικροκάψουλες σκληρύνονται με βραδεία προσθήκη διαλύματος CaCl 2 στο γαλάκτωμα ενώ αναδεύεται (βλέπε σχήμα 2). Όταν το διάλυμα ασβεστίου έρχεται σε επαφή με τη διασκορπισμένη αλγινική φάση, λαμβάνει χώρα στιγμιαία πηκτωματοποίηση. Έτσι, η κινητική ζελατινοποίηση είναι ανομοιογενής, η οποία μερικές φορές οδηγεί σε κάψουλες που έχουν ακανόνιστο σχήμα. 15

16 Σχήμα 2 Μικροενθυλάκωση μέσω της τεχνικής γαλακτώματος. (Heidebach et al., 2012) 3.2 ΜΕΘΟΔΟΣ ΞΗΡΑΝΣΗΣ Η τεχνική ξήρανσης με ψεκασμό έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στα ευαίσθητα στη θερμοκρασία τρόφιμα, στα φαρμακευτικά προϊόντα και σε άλλες ουσίες, λόγω της ταχείας εξάτμισης του διαλύτη από τα σταγονίδια. Παρόλο που θεωρείται συχνά ως μέθοδος αφυδάτωσης, η ξήρανση με ψεκασμό μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως μέθοδος ενθυλάκωσης όταν παγιδεύει «ενεργό» υλικό εντός μίας προστατευτικής μήτρας, η οποία ουσιαστικά ανήκει στο υλικό που εγκλείεται σε κάψουλα. Σε σύγκριση με τις άλλες συμβατικές τεχνικές μικροενθυλάκωσης, προσφέρει το ελκυστικό πλεονέκτημα παραγωγής μικροκαψουλών σε μια σχετικά απλή διαδικασία συνεχούς επεξεργασίας. Η ξήρανση με ψεκασμό αντιπροσωπεύει μία γρήγορη και οικονομική διαδικασία που χρησιμοποιείται ευρέως στην παραγωγή βιολογικών λιπασμάτων μεγάλης κλίμακας. Ωστόσο, παρά τις μεγάλες δυνατότητες αυτής της τεχνολογίας στη γεωργία, η εφαρμογή μικροενθυλακωμένων ενδοφυτικών (ζουν σε φυτικούς ιστούς) και αζωτοδεσμευτικών βακτηρίων για τη βελτίωση των αποδόσεων των καλλιεργειών είναι σπάνια, ιδιαίτερα σε φυτά λούπινου, όπου μέχρι στιγμής δεν έχει διερευνηθεί (Campos et al., 2014). Μία από τις συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες βιομηχανικές τεχνολογίες για την ενθυλάκωση είναι η ξήρανση με ψεκασμό. Εφαρμόζεται τόσο για βιολογικά ενεργά μόρια τροφίμων όσο και για ζωντανά προβιοτικά. Πρόκειται για μια γρήγορη και σχετικά φτηνή διαδικασία που, όταν εφαρμόζεται επαρκώς, είναι εξαιρετικά αναπαραγώγιμη. Η αρχή της ξήρανσης με ψεκασμό είναι η διάλυση του πυρήνα σε μια διασπορά ενός επιλεγμένου υλικού μήτρας. Η διασπορά αργότερα ψεκάζεται σε θερμαινόμενο αέρα. Αυτό προάγει την ταχεία απομάκρυνση του διαλύτη (νερό). Τα 16

17 κονιοποιημένα σωματίδια στη συνέχεια διαχωρίζονται από τον αέρα ξήρανσης στην έξοδο σε χαμηλότερη θερμοκρασία. Η σχετική ευκολία και το χαμηλό κόστος είναι οι κύριοι λόγοι για την ευρεία εφαρμογή της ξήρανσης με ψεκασμό σε βιομηχανικές ρυθμίσεις. Η τεχνολογία, ωστόσο, έχει και μερικά σημαντικά μειονεκτήματα. Το πρώτο είναι το μικρό πεδίο εφαρμογής του. Πρόκειται για τεχνολογία ακινητοποίησης και όχι για τεχνολογία ενθυλάκωσης που υποδηλώνει ότι ορισμένα βιοδραστικά συστατικά ενδέχεται να εκτίθενται. Αυτό είναι ιδιαίτερα προβληματικό όταν εξετάζεται η τεχνική για την ενθυλάκωση προβιοτικών, όπου τα βακτήρια μπορεί να διαρρεύσουν στο προϊόν όταν εμφανιστεί κάποια ενυδάτωση. Ένας άλλος περιορισμός είναι η υψηλή θερμοκρασία που απαιτείται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ακινητοποίησης που δεν είναι συμβατή με την επιβίωση όλων των τύπων προβιοτικών. Για παράδειγμα, έχει δειχθεί ότι τα bifidobacteria ήταν πολύ ευαίσθητα για υψηλές θερμοκρασίες εισόδου (de Vos et al., 2010). Σχήμα 3 Σχηματική παρουσίαση της διαδικασίας ξήρανσης με ψεκασμό: Το διάλυμα πιέζεται και στη συνέχεια ψεκάζεται για να σχηματίσει μια "ομίχλη" στην ξήρανση θάλαμος - Δωμάτιο. Το καυτό αέριο (αέρας ή άζωτο) διοχετεύεται επίσης στον θάλαμο ξήρανσης. Αυτό το θερμό αέριο επιτρέπει την εξάτμιση του διαλύτη. Οι κάψουλες στη συνέχεια μεταφέρονται σε έναν διαχωριστή κυκλώνα για ανάκτηση. (Τροποποιημένη εικόνα από Solanki et al., 2013) Θερμοκρασίες άνω των 60 C παρεμπόδισαν την επιβίωση των βακτηρίων και επηρέασαν επίσης τη διαδικασία ξήρανσης με ψεκασμό. Είναι γεγονός ότι η επίδραση της θερμοκρασίας στην επιβίωση των προβιοτικών δεν είναι ειδική για τα bifidobacteria, αλλά μπορεί να μην επηρεάσει πολλά άλλα περισσότερα προβιοτικά δείγματα. Είναι επομένως σκόπιμο να διερευνηθεί η ευαισθησία ενός προβιοτικού για αυξημένες θερμοκρασίες προτού προταθεί η ξήρανση με ψεκασμό ως τεχνολογία προτιμήσεως για ένα συγκεκριμένο βακτήριο. Τα παραπάνω δεν πρέπει να ερμηνευθούν ως μια πρόταση ότι η τεχνολογία είναι ανεπαρκής για τη διατήρηση της 17

18 βιοδραστικότητας των συστατικών τροφίμων. Έχει πολλά πλεονεκτήματα έναντι άλλων τεχνολογιών για άλλα βιοδραστικά συστατικά τροφίμων όπως βιταμίνες, μέταλλα, γεύσεις, ακόρεστα έλαια και ένζυμα. Είναι μια σχετικά ήπια μεθοδολογία όσον αφορά την εφαρμογή των διαλυτών και των μορίων της μήτρας. Μόνο διασπορές με βάση το νερό εφαρμόζονται σε ξήρανση με ψεκασμό. Επομένως η μήτρα θα πρέπει να έχει υψηλή διαλυτότητα στο νερό. Στις περισσότερες περιπτώσεις εφαρμόζονται υδρόφιλα μόρια υδατανθράκων. Αυτοί οι υδατάνθρακες υφίστανται μετάβαση σε ένα γυαλί (δηλαδή ένα άμορφο στερεό) όταν η διασπορά εξατμίζεται ταχέως. Συνήθως το προϊόν είναι πολύ σταθερό και επιτρέπει μια σημαντική αύξηση της διάρκειας ζωής. Το γεγονός ότι η μήτρα είναι υδρόφιλη δεν υποδηλώνει ότι η διαδικασία εφαρμόζεται μόνο σε υδρόφιλα μόρια. Τόσο υδρόφιλα όσο και υδρόφοβα βιοενεργά μόρια μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως υλικά πυρήνα. Εν τούτοις, τα υδρόφοβα μόρια συνήθως αρχικά διαλύονται σε μία ελαιώδη φάση και στη συνέχεια σχηματίζεται ένα γαλάκτωμα ελαίου σε νερό πριν από την ξήρανση (de Vos et al., 2010). 3.3 ΛΥΟΦΙΛΙΩΣΗ Η λυοφιλοποίηση ή αλλιώς ξήρανση με κατάψυξη (freeze drying), είναι μια διαδικασία που χρησιμοποιείται για την αφυδάτωση σχεδόν όλων των θερμικά ευαίσθητων υλικών και αρωμάτων. Η λυοφιλοποίηση είναι μια διαδικασία πολλαπλών σταδίων που σταθεροποιεί τα υλικά σε όλα τα τέσσερα βασικά στάδια: κατάψυξη, εξάχνωση (πρωτογενή ξήρανση), στάδιο εκρόφησης (δευτερογενή ξήρανση) και τελικά αποθήκευση. Η ξήρανση με κατάψυξη οδηγεί σε προϊόντα ανώτερης ποιότητας και με μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Ωστόσο, η ενεργειακή ένταση, ο μακρύς χρόνος επεξεργασίας (περισσότερο από 20 ώρες) και η ανοικτή πορώδης δομή ήταν τα κύρια μειονεκτήματα της ξήρανσης με κατάψυξη. Παρ 'όλα αυτά, η λυοφιλοποίηση χρησιμοποιείται κανονικά για τον διαχωρισμό των σωματιδίων (δηλαδή την απομάκρυνση του νερού από τις ουσίες) που παράγεται με άλλες τεχνικές ενθυλάκωσης. Κατά την ξήρανση με κατάψυξη, σχηματίζονται πόροι λόγω της διαδικασίας εξάχνωσης με πάγο. Ως εκ τούτου, αυτή η διαδικασία δεν είναι καθαρά ενθυλάκωση, καθώς τα ενεργά συστατικά τροφίμων εκτίθενται στην ατμόσφαιρα λόγω των πόρων στην επιφάνεια των σωματιδίων. Είναι δύσκολο να χρησιμοποιηθεί οποιοσδήποτε μηχανισμός απελευθέρωσης όπως η τεχνική διάχυσης ή διάβρωσης. Επί του παρόντος, η τεχνική της λυοφιλοποίησης είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνική για την απομάκρυνση του νερού από τις κάψουλες χωρίς να αλλάζει η δομή και το σχήμα τους. (Ezhilarasi et al., 2013) 3.4 ΨΥΞΗ ΜΕ ΨΕΚΑΣΜΟ (spray cooling/ chilling) Το spray cooling και το spray chilling είναι δύο διεργασίες εγκλεισμού σε κάψουλα που είναι παρόμοιες με την ξήρανση με ψεκασμό κατά το ότι και οι δύο περιλαμβάνουν τη διασπορά του υλικού πυρήνα σε υγροποιημένο υλικό επίστρωσης και ψεκασμό μέσω θερμαινόμενων ακροφυσίων σε ένα ελεγχόμενο περιβάλλον. Οι κύριες διαφορές μεταξύ αυτών των δύο διεργασιών και της ξήρανσης με ψεκασμό, βρίσκονται στη θερμοκρασία του αέρα που χρησιμοποιείται στον θάλαμο ξήρανσης αλλά και τον τύπο της επίστρωσης που εφαρμόζεται. 18

19 Η ξήρανση με ψεκασμό χρησιμοποιεί θερμαινόμενο αέρα για να εξατμίσει τον διαλύτη από διασπορά επικάλυψης. Αντίθετα, η ψύξη με ψεκασμό χρησιμοποιεί αέρα που ψύχεται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος ή σε θερμοκρασία ψύξης σημαντικά κάτω από το σημείο στερεοποίησης μιας επίστρωσης λειωμένου λίπους. Οι μικροκάψουλες που παράγονται με ψύξη ψεκασμού είναι αδιάλυτες στο νερό λόγω των λιπιδιακών επιστρωμάτων. Κατά συνέπεια, χρησιμοποιούνται αυτές 2 οι τεχνικές για την ενθυλάκωση υδατοδιαλυτών υλικών πυρήνα όπως μέταλλα, υδατοδιαλυτές βιταμίνες, ένζυμα, οξυντικά. Στην ψύξη με ψεκασμό, η ουσία επικάλυψης είναι τυπικά κάποια μορφή φυτικού ελαίου, μπορεί όμως να χρησιμοποιηθεί και μια ευρεία ποικιλία άλλων υλικών ενθυλάκωσης. Σε αυτά περιλαμβάνονται το λίπος και η στεαρίνη. Κατά την ψύξη με ψεκασμό, δεν υπάρχει μεταφορά μάζας, δηλαδή εξάτμιση από τα ψεκασμένα σταγονίδια, επομένως αυτά στερεοποιούνται σε σχεδόν τέλειες σφαίρες για να δώσουν σκόνη ελεύθερης ροής. Μέσω του ψεκασμού, παράγεται μια τεράστια επιφάνεια και μια άμεση και οικεία ανάμειξη αυτών των σταγονιδίων με το ψυκτικό μέσο. Το υλικό ενθυλάκωσης επιλέγεται από μια σειρά υδρογονωμένων φυτικών ελαίων με χαμηλά σημεία τήξης. Ωστόσο, τα τελικά προϊόντα της ενδέχεται να απαιτούν ειδικές συνθήκες χειρισμού και αποθήκευσης. Η ψύξη με ψεκασμό χρησιμοποιείται κυρίως για την ενθυλάκωση στερεών πρόσθετων τροφίμων όπως θειικό σίδηρο, οξυντικά, βιταμίνες και στερεές γεύσεις, καθώς και για ευαίσθητα υλικά ή εκείνα που δεν είναι διαλυτά σε "κανονικούς" διαλύτες. Τα υγρά μπορούν επίσης να ενθυλακώνονται μετά από τη μετατροπή τους σε στερεή μορφή, ίσως με κατάψυξη. Τέλος, τα τελικά προϊόντα της μεθόδου, που μοιάζουν με λεπτά σφαιρίδια μεγάλου μεγέθους σωματιδίων, είναι υδατοδιαλυτά αλλά απελευθερώνουν τα περιεχόμενά τους γύρω από το σημείο τήξης του υλικού τοιχώματος. Λόγω των ιδιοτήτων ελεγχόμενης απελευθέρωσης που εκδηλώνονται από τα σωματίδια, η μέθοδος αυτή είναι κατάλληλη για την προστασία πολλών υδατοδιαλυτών υλικών όπως ξηραθέντων με ψεκασμό γευστικών ουσιών που διαφορετικά μπορούν να εξατμιστούν κατά τη θερμική επεξεργασία. Τα προϊόντα ψύξης με ψεκασμό έχουν εφαρμογές σε προϊόντα αρτοποιίας, ξηρά μείγματα σούπας και τρόφιμα που περιέχουν υψηλά επίπεδα του λίπους (Shahidi & Han., 2009). 3.5 ΤΕΧΝΙΚΗ ΕΞΩΘΗΣΗΣ Η τεχνική της εξώθησης περιλαμβάνει την παρασκευή ενός υδατικού διαλύματος υδροκολλοειδούς, την προσθήκη συμπυκνωμένων μικροοργανισμών σε αυτό και την εξώθηση του μείγματος υδροκολλοειδών-κυττάρων μέσω ενός ακροφυσίου που σχηματίζει σταγονίδια που πέφτουν σε ένα διάλυμα σκλήρυνσης (hardening solution) (βλέπε σχήμα 4). Στην περίπτωση του συνηθέστερα χρησιμοποιούμενου αλγινικού νατρίου, η ζελατινοποίηση μπορεί να επιτευχθεί με πτώση των σταγονιδίων σε ένα διάλυμα CaCl 2. Το μέγεθος των καψουλών που προκύπτουν εξαρτάται από τη διάμετρο του στομίου, την απόσταση μεταξύ της εξόδου, το διάλυμα σκλήρυνσης και το ιξώδες του μείγματος υδροκολλοειδών κυττάρων. Δεδομένου ότι η μέθοδος εξώθησης ήταν άμεσα διαθέσιμη από τις τεχνολογίες ακινητοποιημένων κυττάρων, χρησιμοποιήθηκε από πολλούς ερευνητές για την μικροενθυλάκωση προβιοτικών κυττάρων, παρά τις μεγάλες κλίμακες μεγέθους σφαιριδίων 0,5-3 mm. 19

20 Σχήμα 4 Μικροενθυλάκωση μέσω της τεχνικής εξώθησης (Heidebach et al., 2012). 20

21 4. ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΕΝΘΥΛΑΚΩΣΗΣ 4.1 ΚΑΨΟΥΛΕΣ ΜΕ ΒΑΣΗ ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ ΆΛΑΣ ΑΛΓΙΝΙΚΟΥ ΟΞΕΩΣ Το άλας αυτό είναι ένας φυσικά παραγόμενος πολυσακχαρίτης ο οποίος αποτελείται από ποικίλα είδη αλγών. Το γεγονός ότι αποτελείται από β-d- μαννουρικό και α-l-γλουτουρονικό οξύ το καθιστά ένα από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα βοηθητικά υλικά. Σύμφωνα με την έρευνα του Krasaekoopt et al., 2003, το αλγινικό ασβέστιο είναι το πιο αρεστό υλικό ενθυλάκωσης προβιοτικών κυττάρων και αυτό οφείλεται στη μη τοξικότητα του, στην βιοσυμβατότητα του, καθώς και στο γεγονός ότι είναι φθηνό και απλό. Παρόλα αυτά, η χρήση του αλγινικού άλατος ως υλικό μικροενθυλάκωσης κρύβει και κάποια μειονεκτήματα. Η κύρια πρόκληση στη χρήση του είναι η επιβίωση των αλγινικών σφαιριδίων σε ένα δυσμενή γι αυτά περιβάλλον όπως είναι αυτό του στομάχου λόγω οξύτητας (Loveleen Kaur Sarao & M.Arora 2017). Επιπλέον, η διαδικασία της μεθόδου χρήσης του αλγινικού άλατος είναι ιδιαίτερα δύσκολη. Επίσης, τα εναπομείναντα μικροσωματίδια είναι αρκετά πορώδη το οποίο είναι ανεπιθύμητο καθώς ο στόχος της ενθυλάκωσης είναι η προστασία των κυττάρων από δυσμενή περιβάλλοντα. Σύμφωνα με τον Krasaekoopt et al., 2003, όλα αυτά τα προβλήματα μπορούν να ξεπεραστούν με τη χρήση ενός μείγματος αλγινικού άλας με κάποιες πολυμερικές χημικές ενώσεις. Η μέθοδος αυτή, η επικάλυψη δηλαδή των καψουλών με χημικές ενώσεις ή διάφορα πρόσθετα έτσι ώστε να προκύψει αλλαγή της δομής του αλγινικού άλας, μπορεί εύκολα να χρησιμοποιηθεί. Μια από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες μεθόδους είναι η μίξη αμύλου με αλγινικό άλας (Loveleen Kaur Sarao & M.Arora 2017) ΚΟΜΜΙ ΓΕΛΑΝΗΣ ΚΑΙ ΚΟΜΜΙ ΞΑΝΘΑΝΗΣ (gellan gum and xanthan gum) Η κόμμι γελάνης είναι ένας μικροβιακός πολυσακχαρίτης ο οποίος παράγεται από το Pseudomonas elodea. Αυτός περιέχει μια επαναλαμβανόμενη μονάδα τεσσάρων μονομερών, γλυκόζη-γλυκουρονικό οξύ-γλυκόζη-ραμνόζη. Σε αντίθεση με την χρήση του αλγινικού άλας η χρήση μείγματος κόμμις γελάνης με κόμμι ξανθάνης για ενθυλάκωση φαίνεται να παρουσιάζει υψηλή αντίσταση στις οξικές συνθήκες (Loveleen Kaur Sarao & M.Arora 2017) ΧΙΤΟΖΑΝΗ Η χιτοζάνη είναι ένας γραμμικός πολυσακχαρίτης ο οποίος αποτελείται από μονάδες γλυκοζαμίνης. Μια καλή μέθοδος μεταφοράς βιώσιμων βακτηριακών κυττάρων στο κόλον είναι η ενθυλάκωση των προβιοτικών κυττάρων χρησιμοποιώντας επικάλυψη αλγινικού άλας με χιτοζάνη καθώς αυτά τα δύο παρέχουν προστασία στην προσαρμογή στις γαστρο-εντερικές συνθήκες (Loveleen Kaur Sarao & M.Arora., 2017). Ωστόσο, υπάρχουν και κάποια μειονεκτήματα. Ο Mortazavian et al., 2008, ανέφερε ότι η ενθυλάκωση με τη χρήση χιτοζάνης δεν παρουσιάζει αισθητή αποτελεσματικότητα για τη βελτίωση της βιωσιμότητας των κυττάρων. Η χιτοζάνη χρησιμοποιείται κυρίως ως υλικό επικάλυψης παρά σαν κάψουλα (Loveleen Kaur Sarao & M.Arora 2017). 21

22 4.1.4 ΆΜΥΛΟ Το άμυλο είναι ο πιο συνηθισμένος πολυσακχαρίτης και αποτελείται από μια ένωση ενός μεγάλου αριθμού μονάδων γλυκόζης ενωμένες με γλυκοζιδικούς δεσμούς. Οι κύριες συστατικές μονάδες του αμύλου είναι η αμυλόζη και η αμυλοπηκτίνη. Το άμυλο που δεν διασπάτε στο λεπτό έντερο από τα παγκρεατικά ένζυμα (αμυλάσες) ονομάζεται ανθεκτικό άμυλο. Αυτός ο τύπος αμύλου μπορεί να φτάσει στο κόλον, όπου ζυμώνεται. Ένα καλό χαρακτηριστικό εντερικής απελευθέρωσης παρέχεται από αυτό το τύπο εξειδίκευσης, ο οποίος οδηγεί σε μια καλύτερη απελευθέρωση των βακτηριακών κυττάρων στο παχύ έντερο. Οι κόκκοι, λοιπόν, του ανθεκτικού αμύλου είναι μια ιδανική επιφάνεια για την προσκόλληση των προβιοτικών κυττάρων. Ο Grittendet et al., 2001 ανέφερε ότι η μεταφορά ενεργών βιοτικά και μεταβολικά προβιοτικών στο έντερο μπορεί να επιτευχθεί με αυτόν τον τρόπο (Loveleen Kaur Sarao & M.Arora 2017). 4.2 ΚΑΨΟΥΛΕΣ ΜΕ ΒΑΣΗ ΠΡΩΤΕΪΝΗ Η εφαρμογή μιγμάτων πρωτεϊνών-πολυσακχαριτών ή αποκλειστικά πρωτεϊνικών επεξεργασμένων υλικών είναι μια σχετικά νέα στρατηγική και μπορεί να θεωρηθεί ως μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική προσέγγιση που αναπτύχθηκε άμεσα για την προβιοτική ενθυλάκωση. Ωστόσο, σε αυτή την περίπτωση, απαιτούνται συχνά εναλλακτικοί μηχανισμοί πηκτωματοποίησης. Ο Πίνακας 1, παρουσιάζει προσεγγίσεις που περιέχουν την εφαρμογή πρωτεϊνών για προβιοτική ενθυλάκωση. Στις μελέτες που αναφέρονται, η υψηλότερη επιβίωση των ενθυλακωμένων κυττάρων σε σύγκριση με τα ελεύθερα κύτταρα μετά την επώαση υπό προσομοιωμένες γαστρικές συνθήκες εξηγείται από την ρυθμιστική ικανότητα της περιέχοντος επεξεργασμένης πρωτεΐνηςgel. Αυτό επιβεβαιώθηκε από τους Gbassi et al., 2009, ο οποίος βρήκε 5-7 log υψηλότερης επιβίωσης CFU σε κάψουλες με βάση το αλγινικό άλας που είχαν εμποτιστεί σε διάλυμα πρωτεϊνούχου ορρού γάλακτος, σε σύγκριση με κάψουλες που βασίζονταν αποκλειστικά σε αλγινικό άλας, μετά από προσομοίωση γαστρικής θεραπείας (βλέπε Πίνακα 1) (Heidebach et al., 2012). Ο Hebrard et al., 2006, ο οποίος ενθυλάκωσε μια ανασυνδυασμένη ζύμη σε μικροκάψουλες με βάση την πρωτεΐνη τυρογάλακτος, κατέληξε σε παρόμοιο συμπέρασμα, δηλαδή ότι μια επεξεργασμένη πρωτεΐνη θα μπορούσε να ασκήσει ρυθμιστικό αποτέλεσμα σε χαμηλό ph. Η περιορισμένη προστασία, που βρέθηκε στις μελέτες των Reid et al., 2005 και των Picot & Lacroix., 2004 συσχετίστηκε με την επιζήμια επίδραση της ίδιας της διαδικασίας ενθυλάκωσης, πράγμα που οδήγησε σε θανατηφόρο βλάβη των ενθυλακωμένων κυττάρων πριν την προσθήκη στο προσομοιωμένο γαστρικό μοντέλο (Heidebach et al., 2012). Μπορεί να εξαχθεί, λοιπόν, το συμπέρασμα ότι η εφαρμογή πρωτεΐνουποστηριζόμενων ή κάψουλων με βάση την πρωτεΐνη φαίνεται ελπιδοφόρα και θα μπορούσε να παράσχει ουσιαστική προστασία για τα προβιοτικά κύτταρα κατά τη διάρκεια της γαστρικής διέλευσης εάν εφαρμοστούν απαλές τεχνικές ενθυλάκωσης. Επιπλέον, οι περισσότερες από τις προβιοτικές τροφές που διατίθενται σήμερα είναι τα γαλακτοκομικά προϊόντα. Η μεγαλύτερη αποδοχή των μικροκαψουλών από γαλακτοκομικά προϊόντα σε σχέση με εκείνα μη γαλακτοκομικής προέλευσης σε γαλακτοκομικά προϊόντα φαίνεται πιθανή (Heidebach et al. 2012). 22

23 Πίνακας 1:Επίδραση της ενθυλάκωσης στην προβιοτική επιβίωση μετά από προσομοίωση γαστρικής διόδου με χρήση κάψουλας βασισμένη σε μείγμα πολυσακχαρίτη-πρωτεΐνης ή αποκλειστικά πρωτεΐνης. Πηγή: τροποποιημένος πίνακας από Heidebach et al., Είδη που ενθυλακώθηκαν Bifidobacterium bifidum Bifidobacterium breve και Bifidobacterium longum Συστατικά κάψουλας Μείγμα αλγινικού(2%), πηκτίνης (3.5%) και πρωτεΐνη ορού γάλακτος (6,25%) Προθερμασμένες πρωτεΐνες ορού γάλακτος(10%) Μέσο μέγεθος κάψουλας(μm) Προσομοίωση γαστρικής κατάστασης (a)ph 1.5 (b)ph 2.5, διάλυμα εμπλουτισμένο με πεψίνη,ρυθμιστής το KCL, επώαση για 2 ώρες. 50 ph 1.9 διάλυμα εμπλουτισμένο με πεψίνη, επώαση για 30 λεπτά αυξημένη επιβίωση λόγω της μικροενθυλάκωσης σε σύγκριση με τα ελεύθερα κύτταρα καμία αύξηση Αύξηση κατά 5 λογαρίθμους Bifidobacterium longum: καμία αύξηση. Bifidobacterium breve: Αύξηση κατά 1 λογάριθμο Lactobacillus rhamnosus Προθερμασμένες πρωτεΐνες ορού γάλακτος(12%) 2800 δυναμική προσομοίωση με μείωση του ph από 4 έως 2 μέσα σε 90 λεπτά Μικρή αύξηση Bifidobacterium adolescentis Lactobacillus paracasei και Bifidobacterium lactis Ζελατίνη (13%), κάψουλες επικαλυμμένες με αλγινικό άλας 50 ph 2.0, διάλυμα εμπλουτισμένο με πεψίνη, επώαση για 2 ώρες. 2 κύκλοι καταγραφής Καζεϊνικό νάτριο (15%) 170 ph 2.5 για 90 λεπτά Lactobacillus paracasei: αύξηση κατά 1 λογάριθμο Bifidobacterium lactis: αύξηση κατά 2.8 λογαρίθμους 3 διαφορετικά στελέχη του Lactobacillus Plantarum Αλγινικό άλας(2%), κάψουλες εμβαπτισμένες σε διάλυμα ορού γάλακτος (2%) και στην συνέχεια λυοφιλοποιήθηκαν Δεν δόθηκε ph 1.8,διάλυμα εμπλουτισμένο με πεψίνη, επώαση για 2 ώρες Αύξηση κατά 5-7 λογαριθμους, ανάλογα με τα είδη L. Paracasei και και B. Llactis 35% στερεά υπολείμματα γάλακτος 70 ph 2.5 για 90 λεπτά Lactobacillus paracasei: αύξηση κατά 0.8 λογαρίθμους. Bifidobacterium lactis: αύξηση κατά 2.8 λογαρίθμους. 4.3 ΚΑΨΟΥΛΕΣ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟ ΛΙΠΟΣ Εκτός από υδατάνθρακες και πρωτεΐνες, η χρήση των συστημάτων ενθυλάκωσης με βάση τα λιπίδια για την ενθυλάκωση των προβιοτικών δεν έχει ακόμα ερευνηθεί πλήρως. Η μήτρα-ενθυλάκωσης μπορεί να επιτευχθεί με την ανάμειξη των προβιοτικών κυττάρων με λιωμένο λίπος και επακόλουθης ψύξης. Ωστόσο, η διασπορά των προβιοτικών που επικεντρώνεται σε λάδι αναφέρθηκε να είναι ένα δύσκολο τεχνολογικό έργο. Πρέπει να ληφθεί υπόψη η πρόωρη τήξη των καψακίων σε υψηλές θερμοκρασίες, όπως αυτές του ανθρώπινου σώματος. Λόγω πιθανών προβλημάτων χωρισμού είναι πιθανό οι εφαρμογές 23

24 να περιορίζονται στις στερεές τροφές. Μελέτες αποκάλυψαν ότι η ενθυλάκωση των προβιοτικών σε βουτυρικά λίπη δεν παρείχε προστατευτική επίδραση κατά την αποθήκευση σε κατεψυγμένο γιαούρτι (Heidebach et al., 2012). Ο Lahtinen et al., 2007 βρήκαν μόνο μια ελαφριά προστατευτική επίδραση όταν τα προβιοτικά ενθυλακώθηκαν σε βούτυρο κακάο κατά την αποθήκευση σε βρώσιμη και μη ζυμωμένη βρώμη. Ως εκ τούτου, οι μικροκάψουλες με βάση το λίπος επί του παρόντος φαίνονται λιγότερο κατάλληλες για την ενθυλάκωση προβιοτικών σε σύγκριση με μικροκάψουλες που βασίζονται σε πολυσακχαρίτες ή πρωτεΐνες (Heidebach et al., 2012). 4.4 ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΚΑΨΟΥΛΑΣ-ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ-ΤΡΟΦΙΜΟΥ Για τις εφαρμογές τροφίμων, η δημιουργία μικροκαψουλών με επαρκώς μικρή μέση διάμετρο είναι ένα από τα βασικά εμπόδια. Από τη μία πλευρά, οι μεγάλης διαμέτρου κάψουλες και συνεπώς μεγαλύτερος όγκος προς την επιφάνεια, αυξάνουν την πιθανότητα της προστατευτικής επίδρασης. Από την άλλη πλευρά, οι κάψουλες πρέπει να είναι τόσο μικρές ώστε να μην επηρεάζουν αρνητικά τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά των προϊόντων τροφίμων. Αυτή η σύγκρουση στόχων μπορεί να οδηγήσει σε δυσκολίες όσον αφορά την εφαρμογή προβιοτικών μικροκαψουλών στα τρόφιμα (Heidebach et al., 2012). Από οργανοληπτικές μελέτες που ασχολούνται με την αίσθηση του στόματος από τα σωματίδια των τροφίμων, συμπεραίνεται ότι τα μεγάλα, σκληρά ή αιχμηρά σωματίδια που προστίθενται σε υψηλή συγκέντρωση σε ουσία με χαμηλό ιξώδες παράγουν μια πιο σκληρή, τραχιά και δυσάρεστη αίσθηση, σε σύγκριση με μικρά, μαλακά και σφαιρικά σωματίδια τα οποία προστίθενται με χαμηλότερη συγκέντρωση σε μια ουσία ή γέλη με υψηλό ιξώδες. Ενώ οι κρύσταλλοι ζάχαρης, που είναι σκληρά και ακανόνιστα σωματίδια, μπορούν ήδη να ανιχνευθούν σε διάφορα τρόφιμα σε μεγέθη που κυμαίνονται από περίπου 10 έως 20 μm, οι μαλακές σφαιρικές μικροκάψουλες υδρογέλης έχουν ανώτατο όριο σε σχέση με την ανίχνευση κόκκων. Ο Hansen et al., 2002 ανέφερε ότι ένα μέγεθος μικρότερο από 100 μm ως επιθυμητό για να αποφευχθούν οι αρνητικές οργανοληπτικές επιπτώσεις των μικροκαψουλών στα τρόφιμα (Heidebach et al., 2012). 24