Lactobacillus acidophilus NCFM preservation through entrapment in soy protein isolate: Persian gum complex coacervates under gastrointestinal conditions in vitro

Document Type : Research Paper

Authors

1 Department of Chemical Sciences, SSPC, Science Foundation Ireland Research Centre for Pharmaceuticals, Bernal Institute, University of Limerick, Castletroy, Limerick, V94 T9PX, Ireland.

2 Department of Food Science and Technology, School of Agriculture, Shiraz University, I. R. Shiraz, Iran

3 Department of Integrative Food, Bioscience and Biotechnology, Graduate School of Chonnam National University, Gwangju 61186, Republic of Korea & Department of Food Science and Technology, Chonnam National University, Gwangju, Republic of Korea

Abstract

Probiotics depend on efficient safeguarding during their journey through the gastrointestinal tract, with robust mechanisms guaranteeing their viability and ensuring their beneficial impact once they reach the gut environment. Since the activity and viability of probiotic bacteria are important through gastrointestinal and colonizing conditions, Lactobacillus acidophilus NCFM was entrapped in Persian gum (PG) and soy protein isolate (SPI) complex coacervate (CC) to protect and transport them in the gastrointestinal environment. The microorganisms loaded into microcapsules with a SPI: PG ratio of 2:1, were generated with a high encapsulation efficiency of 93.80% using complex coacervation. The study delved into the survival rates of both free and encapsulated cells, as well as their release patterns in simulated gastric and intestinal juices across varied pH levels (1.2, 4, and 7.5), alongside the presence of respective digestive enzymes (pepsin and pancreatin). Results showed that the release rate of bacteria from the capsule was 96.66% after 24 hours. The number of free and encapsulated cells was reduced by 4.03 Log CFU/mL and 2.43 Log CFU/mL in SGJ (pH 1.2), respectively. The findings underscore that the PG-SPI complex coacervate exhibits substantial protection effects against Lactobacillus acidophilus.

Keywords

Main Subjects

Article Title [Persian]

حفاظت از لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس از طریق محصور شدن در کمپلکس کواسروات ایزوله پروتئین سویا: صمغ فارسی تحت شرایط آزمایشگاهی گوارش

Authors [Persian]

  • آرمین میرزاپور کوهدشت 1
  • هادی هاشمی 2
  • راضیه نعمتی 2
  • مرضیه زارع 2
  • مرضیه موسوی نسب 2
  • فاطمه غیاثی 2
  • جنگ بانگ ایون 3
  • محمدهاشم حسینی 2
1 گروه علوم شیمی، SSPC، مرکز تحقیقاتی بنیاد علمی داروسازی ایرلند، موسسه Bernal، دانشگاه لیمریک، کسلتروی، لیمریک، V94 T9PX، ایرلند
2 بخش علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ج. ا. ایران
3 گروه یکپارچه علوم غذایی، زیستی و بیوتکنولوژی، دانشکده تحصیلات تکمیلی و گروه علوم و فناوری غذایی دانشگاه ملی Chonnam، گوانگجو، 61186، جمهوری کره
Abstract [Persian]

پروبیوتیک­ها در طول حرکت خود در دستگاه گوارش به حفاظت کارآمد، مکانیسم­های قوی تضمین کننده زنده ­مانی و تضمین تأثیر مفید آن ها پس از رسیدن به محیط روده وابسته هستند. از آنجایی که فعالیت و زنده مانی باکتری­های پروبیوتیک در شرایط گوارشی  معده، روده کوچک و روده بزرگ حائز اهمیت است، باکتری های لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس NCFM برای محافظت و انتقال از طریق محیط دستگاه گوارش در کمپلکس کواسروات تولید شده از صمغ ایرانی (PG) و ایزوله پروتئین سویا (SPI) محصور شدند. میکروارگانیسم‌های بارگذاری‌شده در میکروکپسول‌هایی با نسبت 2 به 1 از صمغ فارسی به ایزوله پروتئین سویا، با راندمان درون­ پوشانی بالای 93/80 درصد با استفاده از کمپلکس کواسرواسیون تولید شدند. این مطالعه به بررسی میزان بقای سلول‌های آزاد و محصور شده و همچنین الگوهای رهایش آنها در محیط­های شبیه‌سازی شده معده و روده در سطوح مختلف pH  (1/2، 4 و 7/5)، همراه با حضور آنزیم‌های گوارشی مربوطه (پپسین و پانکراتین) پرداخت. نتایج نشان داد که میزان رهایش باکتری از کپسول پس از 24 ساعت 96/66 درصد بود. تعداد سلول­ های آزاد و محصور شده به ترتیب به 4/03 Log CFU/mL و 2/43 Log CFU/mL در شیره معده شبیه­ سازی شده (pH 1.2) کاهش یافت. یافته­ها نشان می­دهد که کمپلکس کواسروات-صمغ فارسی و ایزوله پروتئین سویا اثرات محافظتی قابل توجهی برای لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس ارائه می ­دهد.

Keywords [Persian]

  • کمپلکس کواسروات
  • محیط دستگاه گوارش
  • لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس
  • صمغ فارسی
  • ایزوله پروتئین سویا

References

Banerjee, D., Chowdhury, R., & Bhattacharya, P. (2017). In-vitro evaluation of targeted release of probiotic Lactobacillus casei (2651 1951 RPK) from synbiotic microcapsules in the gastrointestinal (GI) system: Experiments and modeling. LWT-Food. Science and Technology, 83, 243-253. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2017.05.011
Bosnea, L., Moschakis, T., Nigam, P., & Biliaderis, C. (2017). Growth adaptation of probiotics in biopolymer-based coacervate structures to enhance cell viability. LWT-Food Science and Technology, 77, 282-289.
https://doi.org/10.1016/j.lwt.2016.11.056
Dodoo, C. C., Wang, J., Basit, A. W., Stapleton, P., & Gaisford, S. (2017). Targeted delivery of probiotics to enhance gastrointestinal stability and intestinal colonisation. International Journal of Pharmaceutics, 530(1-2), 224-229. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2017.07.068
Eratte, D., Dowling, K., Barrow, C. J., & Adhikari, B. P. (2017). In-vitro digestion of probiotic bacteria and omega-3 oil co-microencapsulated in whey protein isolate-gum Arabic complex coacervates. Food Chemistry, 227(Supplement C), 129-136. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.01.080
Hadian, M., Hosseini, S. M. H., Farahnaky, A., Mesbahi, G. R., Yousefi, G. H., & Saboury, A. A. (2016). Isothermal titration calorimetric and spectroscopic studies of β-lactoglobulin-water-soluble fraction of Persian gum interaction in aqueous solution. Food Hydrocolloids, 55, 108-118. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2015.11.006
Hashemi Gahruie, H., Hosseini, S. M. H., Taghavifard, M. H., Eskandari, M. H., Golmakani, M.-T., & Shad, E. (2017). Lipid oxidation, color changes, and microbiological quality of frozen beef burgers incorporated with Shirazi thyme, cinnamon, and rosemary extracts. Journal of Food Quality, 2017. https://doi.org/10.1155/2017/6350156
Hosseini, S. M. H., Gahruie, H. H., Razmjooie, M., Sepeidnameh, M., Rastehmanfard, M., Tatar, M., Naghibalhossaini, F., & Van der Meeren, P. (2019). Effects of novel and conventional thermal treatments on the physicochemical properties of iron-loaded double emulsions. Food Chemistry, 270, 70-77. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.07.044
Jafari, S. M., Beheshti, P., & Assadpoor, E. (2012). Rheological behavior and stability of D-limonene emulsions made by a novel hydrocolloid (Angum gum) compared with Arabic gum. Journal of Food Engineering, 109(1), 1-8.
https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2011.10.016
Kheynoor, N., Hosseini, S. M. H., Yousefi, G.-H., Gahruie, H. H., & Mesbahi, G.-R. (2018). Encapsulation of vitamin C in a rebaudioside-sweetened model beverage using water in oil in water double emulsions. LWT­-Food Science and Technology, 96, 419-425.
https://doi.org/10.1016/j.lwt.2018.05.066
Kim, S. J., Cho, S. Y., Kim, S. H., Song, O. J., Shin, I. S., Cha, D. S., & Park, H. J. (2008). Effect of microencapsulation on viability and other characteristics in Lactobacillus acidophilus ATCC 43121. LWT-Food Science and Technology, 41(3), 493-500. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2007.03.025
Lata, J., Novotný, I., Príbramská, V., Juránková, J., Fric, P., Kroupa, R., & Stiburek, O. (2007). The effect of probiotics on gut flora, level of endotoxin and Child–Pugh score in cirrhotic patients: Results of a double-blind randomized study. European Journal of Gastroenterology & Hepatology, 19(12), 1111-1113. https://doi.org/ 10.1097/MEG.0b013e3282efa40e
Moschakis, T., & Biliaderis, C. G. (2017). Biopolymer-based coacervates: structures, functionality and applications in food products. Current Opinion in Colloid & Interface Science, 28, 96-109. https://doi.org/10.1016/j.cocis.2017.03.006
Niakousari, M., Damueh, M., Gahruie, H. H., Bekhit, A., Greiner, R., & Roohiejad, S. (2018). Conventional emulsions. Roohinejad, S., Greiner, R., Oey, I., and Wen, J. Emulsion‐based systems for delivery of food active compounds: Formation, application, health and safety. 1st edition, Croydon, Wiley.
Nunes, G. L., de Araújo Etchepare, M., Cichoski, A. J., Zepka, L. Q., Lopes, E. J., Barin, J. S., de Moraes Flores, É. M., da Silva, C. d. B., & de Menezes, C. R. (2018). Inulin, hi-maize, and trehalose as thermal protectants for increasing viability of Lactobacillus acidophilus encapsulated by spray drying. LWT-Food Science and Technology, 89, 128-133. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2017.10.032
Nunes, G. L., Motta, M. H., Cichoski, A. J., Wagner, R., Muller, É. I., Codevilla, C. F., Silva, C. d. B. d., & Menezes, C. R. d. (2018). Encapsulation of Lactobacillus acidophilus La-5 and Bifidobacterium Bb-12 by spray drying and evaluation of its resistance in simulated gastrointestinal conditions, thermal treatments and storage conditions. Ciência Rural, 48(6), 1-11. https://doi.org/10.1590/0103-8478cr20180035
Santacruz, S., & Castro, M. (2018). Viability of free and encapsulated Lactobacillus acidophilus incorporated to cassava starch edible films and its application to Manaba fresh white cheese. LWT-Food Science and Technology, 93, 570-572.
https://doi.org/10.1016/j.lwt.2018.04.016
Shu, G., He, Y., Chen, L., Song, Y., Cao, J., & Chen, H. (2018). Effect of xanthan–chitosan microencapsulation on the survival of Lactobacillus acidophilus in simulated gastrointestinal fluid and dairy beverage. Polymers, 10(6), 588. https://doi.org/10.3390/polym10060588
Silva, M. P., Tulini, F. L., Martins, E., Penning, M., Fávaro-Trindade, C. S., & Poncelet, D. (2018). Comparison of extrusion and co-extrusion encapsulation techniques to protect Lactobacillus acidophilus LA3 in simulated gastrointestinal fluids. LWT-Food Science and Technology, 89, 392-399. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2017.11.008
Tuomola, E., Crittenden, R., Playne, M., Isolauri, E., & Salminen, S. (2001). Quality assurance criteria for probiotic bacteria. The American Journal of Clinical Nutrition, 73(2), 393s-398s.
https://doi.org/10.1093/ajcn/73.2.393s
Zhao, Y., Jiang, C., Yang, L., & Liu, N. (2017). Adsorption of Lactobacillus acidophilus on attapulgite: Kinetics and thermodynamics and survival in simulated gastrointestinal conditions. LWT-Food Science and Technology, 78, 189-197. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2016.12.022
Iran Agricultural Research
Volume 42, Issue 2
November 2023
Pages 59-64

Files

Share

How to cite

Statistics