Оценка эффективности инкапсуляции бифидобактерий при обогащении пробиотиками сокосодержащих напитков

Напитки — один из наиболее популярных видов продукции, привлекающий внимание исследователей для обогащения функциональными ингредиентами. Введение пробиотиков в пищевую матрицу может повысить полезность продуктов питания, в том числе напитков. Однако пробиотики чрезвычайно чувствительны к экстремальным условиям окружающей среды, что существенно ограничивает их жизнеспособность в пищевых продуктах. Целью исследований является установление влияния инкапсуляции на сохранность бифидобактерий в обогащенном сокосодержащем напитке. Для защиты пробиотических микроорганизмов, бифидобактерий шести штаммов, входящих в симбиотическую закваску, от воздействия неблагоприятных условий пищевой среды и желудочно-кишечного тракта были использованы капсулы из альгината натрия. Капсулы получали капельным методом. Стабильность капсул оценивали в различных условиях. Исследовали их растворимость в воде, а также при рН, характерных для желудка (1,1–1,6), тонкого (7,8–8,2) и толстого (8,0–8,5) отделов кишечника. Испытания проводили при выдержке в буферных растворах в течение 15 и 30 минут. Кроме того, оценивали стабильность капсул в яблочном соке с рН 3,82 в процессе хранения при температуре 4±1°C в течение 7, 14, 21 и 28 суток, а также анализировали потери капсул при тепловой обработке. Также в процессе хранения сока контролировали количество бифидобактерий, извлеченных из капсул после их механического разрушения с последующим посевом на среду ГМК1. Результаты исследований показали, что наибольший разрушающий эффект наблюдается при кислой среде, характерной для желудка, где потери составили 47,4% через 30 мин. Потери капсул при рН, характерных для разных отделов кишечника, составили от 25,3 до 30,9%. Менее агрессивной средой для капсул оказалась выбранная пищевая система — яблочный сок, в которой разрушение капсул через 28 суток хранения составило 8,7%. Потери капсул при выбранных режимах пастеризации сока составили от 60,17% (10 минут при 85°C) до 67,42% (30 минут при 98°C). Различия статистически значимы (р ≤ 0,05). Таким образом, используя полученные данные, можно спрогнозировать общие потери капсул и пробиотических микроорганизмов в процессе переваривания и хранения продукта и инокулировать необходимое количество для придания продукту пробиотических свойств. Исследования имеют перспективы развития с  учетом возможности варьирования вкусоароматических свойств как пищевой системы, так и капсул.

1. Кобелькова, И. В., Коростелева, М. М., Кобелькова, М. С. (2021). Роль высокобелковых специализированных пищевых продуктов в повышении адаптационного потенциала спортсменов. Клиническое питание и метаболизм, 2(2), 92–99. https://doi.org/10.17816/clinutr81572

2. Chernopolskaya, N., Gavrilova, N., Rebezov, M., Dolmatova, I., Zaitseva, T., Somova, Y. et al. (2019). Biotechnology of specialized product for sports nutrition. International Journal of Engineering and Advanced Technology, 8(4), 40–45.

3. Kulushtayeva, B., Rebezov, M., Igenbayev, A., Kichko, Y., Burakovskaya, N., Kulakov, V. et al. (2019). Gluten-free diet: Positive and negative effect on human health. Indian Journal of Public Health Research and Development, 10(7), 889–892. https://doi.org/10.5958/0976-5506.2019.01690.5

4. Zinina, O., Merenkova, S., Tazeddinova, D., Rebezov, M., Stuart, M., Okuskhanova, E. et al. (2019). Enrichment of meat products with dietary fibers: A review. Agronomy Research, 17(4), 1808–1822. https://doi.org/10.15159/ar.19.163

5. Gavrilova, N., Chernopolskaya, N., Molyboga, E., Shipkova, K., Dolmatova, I., Demidova, V. et al. (2019). Biotechnology application in production of specialized dairy products using probiotic cultures immobilization. International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering (IJITEE), 8(6), 642–648. https://elibrary.ru/PYDNOH

6. FAO/WHO (2001). Health and nutritional properties of probiotics in food including powder milk with live lactic acid bacteria. Report of a Joint FAO/WHO expert consultation on evaluation of health and nutritional properties of probiotics in food including powder milk with live lactic acid bacteria. Retrieved from https://www.iqb.es/digestivo/pdfs/probioticos.pdf Accessed 24.07.2024

7. Galdeano, C. M., Cazorla, S. I., Dumit, J. M. L., Vélez, E., Perdigón, G. (2019). Beneficial effects of probiotic consumption on the immune system. Annals of Nutrition and Metabolism, 74(2), 115–124. https://doi.org/10.1159/000496426

8. Vasiljevic, T., Shah, N. P. (2008). Probiotics — from Metchnikoff to bioactives. International Dairy Journal, 18(7), 714–728. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2008.03.004

9. Jayamanne, V. S., Adams, M. R. (2006). Determination of survival, identity and stress resistance of probiotic bifidobacteria in bio-yoghurts. Letters in Applied Microbiology, 42(3), 189–194.

10. Khalighi, A., Behdani, R., Kouhestani, S. (2016). Probiotics: A comprehensive review of their classification, mode of action and role in human nutrition. InTech, 2016. https://doi.org/10.5772/63646

11. Lahiri, D., Nag, M., Sarkar, T., Ray, R.R., Shariati, M.A., Rebezov, M. et al. (2022). Lactic Acid Bacteria (LAB): Autochthonous and probiotic microbes for meat preservation and fortification. Foods, 11(18), 2792. https://doi.org/10.3390/foods11182792

12. Ahsan, S., Khaliq, A., Chughtai, M. F. J., Nadeem, M., Tahir, A. B., Din, A. A. et al. (2022). Technofunctional quality assessment of soymilk fermented with Lactobacillus acidophilus and Lactobacillus casei. Biotechnology and Applied Biochemistry, 69, 172–182. https://doi.org/10.1002/bab.2094

13. Lantushenko, E., Filipkina, N., Dolgolyuk, I., Starovoitova, K., Tereshchuk, L., Kozlova, O. (April 18-20, 2022). Study of properties of bacterial concentrates of lactic acid microorganisms. AIP Conference Proceedings: International Conference “Sustainable Development: Veterinary Medicine, Agriculture, Engineering and Ecology” (VMAEE2022), Moscow, Russia, 020068. https://doi.org/10.1063/5.0148295. https://elibrary.ru/VEJWPZ

14. Богданова, Ю. И., Насонова, В. В. (2021). Применение пробиотиков при производстве пищевой продукции. Все о мясе, 4, 26–29. https://doi.org/10.21323/2071-2499-2021-4-26-29

15. Зарубин, Н. Ю., Лаврухина, Е. В., Бредихина, О. В., Гриневич, А. И., Архипов, Л. О. (2023). Пробиотические пищевые рыбные продукты: роль в рационе питания и способ получения методом биотехнологии. Пищевая промышленность, (11), 67–71. https://doi.org/10.52653/PPI.2023.11.11.014

16. Popova, N. V., Kameneva, K. S., Vasiliev, A. K. (2024). Intensification of the production of a plant-based probiotic drink. International scientific and practical conference “From modernization to rapid development: Ensuring competitiveness and scientific leadership of the agro-industrial complex” (IDSISA 2024). Ekaterinburg, Russian Federation, 2024. https://doi.org/10.1051/bioconf/202410802013

17. Ферзаули, А. И., Мугу, И. Г., Лунина, Л. В., Тазова, З. Т. (2019). Анализ зарубежного опыта производства функциональных напитков. Новые технологии, 1, 198–207. https://doi.org/10.24411/2072-0920-2019-10120

18. Aliyev, Sh., Khalilov, M., Saidov, R. (2022). Study of the pectin-based beverage preparation technology from fruits and vegetables grown in Azerbaijan. Bulletin of Science and Practice, 8(4), 242–250. https://doi.org/10.33619/2414-2948/77/30

19. Nguyen, Q. V., Le, D. Ph., Nguyen, M. T., Tran, T. Ye. N., Le, D. T. (2022). Developing a herbal drink from green asparagus (Asparagus Officinalis l.): Effect of process parameters on the quality of the product. Food Processing: Techniques and Technology, 52(4), 640–648. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-4-2393

20. Arruda, H. S., Silva, E. K., Pastore, G. M., Marostica Junior, M. R. (2023). Non-thermal supercritical carbon dioxide processing retains the quality parameters and improves the kinetic stability of an araticum beverage enriched with inulin-type dietary fibers. Foods, 12(13), Article 2595. https://doi.org/10.3390/foods12132595

21. Zinov'eva, M. E., Shnaider, K. L., Zaripova, S. K. (June 17–18, 2021). Technology of probiotic beverage production based on juice. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. V International Workshop on Innovations in Agro and Food Technologies (WIAFT-V2021). Volgograd, Russian Federation, 2021. https://doi.org/10.1088/1755-1315/848/1/012011

22. Smotraeva, I. V., Gargalyk, A. S., Balanov, P. E., Ivanchenko, O. B., Kuznetsova, T. A. (November 18–20, 2020). Development of probiotic drink production technology with the addition of citrus juice. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. IV International Scientific Conference: AGRITECH-IV2020: Agribusiness, Environmental Engineering and Biotechnologies. Krasnoyarsk, Russian Federation, 2020. https://doi.org/10.1088/1755-1315/677/3/032044

23. Terpou, A., Papadaki, A., Lappa, I. K., Kachrimanidou, V., Bosnea, L. A., Kopsahelis, N. (2019). Probiotics in food systems: Significance and emerging strategies towards improved viability and delivery of enhanced beneficial value. Nutrients, 11(7), Article 1591. https://doi.org/10.3390/nu11071591

24. Сомов, А. Н., Похиленко, В. Д., Дунайцев, И. А., Клыкова, М. В., Чукина, И. А. (2022). Капсулированные в альгинат пробиотики: получение и некоторые свойства. Биотехнология, 5(38), 44–52. https://doi.org/10.56304/S0234275822050131

25. Choudhury, N., Meghwal, M., Das, K. (2021). Microencapsulation: An overview on concepts, methods, properties and applications in foods. Food Frontiers, 2(4), 426–442. https://doi.org/10.1002/fft2.94

26. Попов, В. Г., Аксентьева, В. В. (2023). Проектирование комплексных пищевых добавок в виде микрокапсулированных синбиотиков. Ползуновский вестник, 4, 54–61. https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2023.04.007

27. Voblikova, T., Laricheva, K. (2023). Bifidobacteria encapsulation and viability of probiotic culture during oral delivery in a milk drink matrix. International Journal of Food Science, 2023, Article 8484835. https://doi.org/10.1155/2023/8484835

28. Какимов, А. К., Какимова, Ж. Х., Бепеева, А. Е. (8–9 декабря 2016). Получение инкапсулированных пробиотиков. 19я международная научно-практическая конференция, посвященная памяти Василия Матвеевича Горбатова. Москва: ВНИИМП, 2016.

29. Kumar, A., Kaur, R., Kumar, V., Kumar, S., Gehlot, R., Aggarwal, P. (2022). New insights into water-in-oil-in-water (W/O/W) double emulsions: Properties, fabrication, instability mechanism, and food applications. Trends in Food Science and Technology, 128, 22–37. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2022.07.016

30. Angardi, V., Ettehadi, A., Yücel, Ö. (2022). Critical review of emulsion stability and characterization techniques in oil processing. Journal of Energy Resources Technology, 144(4), Article 040801. https://doi.org/10.1115/1.4051571

31. Qin, X. S., Gao, Q. Y., Luo, Z. G. (2021). Enhancing the storage and gastrointestinal passage viability of probiotic powder (Lactobacillus Plantarum) through encapsulation with pickering high internal phase emulsions stabilized with WPIEGCG covalent conjugate nanoparticles. Food Hydrocolloids, 116, Article 106658. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.106658

32. Zhang, Y., Lin, J., Zhong, Q. (2015). The increased viability of probiotic Lactobacillus salivarius NRRL B30514 encapsulated in emulsions with multiple lipid-protein-pectin layers. Food Research International, 71, 9–15. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2015.02.017

33. Wang, M., Yan, W., Zhou, Y., Fan, L., Liu, Y., Li, J. (2021). Progress in the application of lecithins in water-in-oil emulsions. Trends in Food Science and Technology, 118, 388–398. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.10.019

34. Martín, M. J., Lara-Villoslada, F., Ruiz, M. A., Morales, M. E. (2015). Microencapsulation of bacteria: A review of different technologies and their impact on the probiotic effects. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 27, 15–25. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2014.09.010

35. Sultana, K., Godward, G., Reynolds, N., Arumugaswamy, R., Peiris, P., Kailasapathy, K. (2000). Encapsulation of probiotic bacteria with alginate-starch and evaluation of survival in simulated gastrointestinal conditions and in yoghurt. International Journal of Food Microbiology, 62(1–2), 47–55. https://doi.org/10.1016/s0168-1605(00)00380-9

36. Liu, J., Liu, F., Ren, T., Wang, J., Yang, M., Yao, Y., Chen, H. (2021). Fabrication of fish gelatin/sodium alginate double network gels for encapsulation of probiotics. Journal of the Science of Food and Agriculture, 101(10), 4398–4408. https://doi.org/10.1002/jsfa.11081

37. Hu, X., Liu, C., Zhang, H., Hossen, M. A., Sameen, D. E., Dai, J. et al. (2021). In vitro digestion of sodium alginate/pectin co-encapsulated Lactobacillus bulgaricus and its application in yogurt bilayer beads. International Journal of Biological Macromolecules, 193, 1050–1058. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.11.076

38. Silva, M. P., Tulini, F. L., Martins, E., Penning, M., Favaro-Trindade, C. S., Poncelet, D. (2018). Comparison of extrusion and co-extrusion encapsulation techniques to protect Lactobacillus acidophilus LA3 in simulated gastrointestinal fluids. LWT, 89, 392–399. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2017.11.008

39. Yang, S., Wei, S., Wu, Y., Fang, Y., Deng, Z., Xu, J. et al. (2024). Encapsulation techniques, action mechanisms, and evaluation models of probiotics: Recent advances and future prospects. Food Frontiers, 5, 1212–1239. https://doi.org/10.1002/fft2.374

40. Касымов, И. Д., Марченко, А. Л., Басевич, А. В., Валеева, М. Е. (2023). Влияние параметров технологического процесса на микрокапсулирование субстанций с неудовлетворительными технологическими свойствами. Разработка и регистрация лекарственных средств, 12(4), 146–154. https://doi.org/10.33380/2305-2066-2023-12-4-1574

41. Rojas-Muñoz, Y. V., Santagapita, P. R., Quintanilla-Carvajal, M. X. (2023). Probiotic encapsulation: Bead design improves bacterial performance during in vitro digestion. Polymers, 15(21), Article 4296. https://doi.org/10.3390/polym15214296

42. Bepeyeva, A., de Barros, J. M. S., Albadran, H., Kakimov, A. K., Kakimova, Z. K., Charalampopoulos, D. (2017). Encapsulation of lactobacillus casei into calcium pectinatechitosan beads for enteric delivery. Journal of Food Science, 82(12), 2954–2959. https://doi.org/10.1111/1750-3841.13974

43. Sekhavatizadeh, S. S., Yaghoobpour, T. (2023). Evaluation of physicochemical properties of Lactobacillus acidophilus cells encapsulated with sodium alginate and Balangu seed mucilage. Innovative Food Technologies, 11(1), 11–24. http://doi.org/10.22104/IFT.2023.5978.2127

44. Lee, Y., Ji, Y. R., Lee, S., Choi, M. J., Cho, Y. (2019). Microencapsulation of probiotic lactobacillus acidophilus kbl409 by extrusion technology to enhance survival under simulated intestinal and freeze-drying conditions. Journal of Microbiology and Biotechnology, 29, 721–730. https://doi.org/10.4014/jmb.1903.03018

45. Воробьев, В. И., Нижникова, Е. В. (2021). Переработка кислых яблочных соков, способствующая импортозамещению сокосодержащей продукции. Известия КГТУ, 61, 53–63.