Найден способ сохранить пользу пробиотиков при длительном хранении

Ученые нашли оптимальный размер полимерных микрокапсул для доставки полезных лактобактерий — пробиотиков — в организм человека. Оказалось, что «контейнеры» диаметром 0,25 миллиметров позволяют сохранить достаточную жизнеспособность бактерий при нагреве, длительном хранении и прохождении через желудочно-кишечный тракт. Полученные данные будут полезны при производстве обогащенных пробиотиками продуктов питания, включая кисломолочные продукты и соки, а также при создании медицинских препаратов и биодобавок. Результаты исследования, поддержанного «мегагрантом» Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале npj Science of Food.

Пробиотики — полезные молочнокислые микроорганизмы, такие как лактобациллы и бифидобактерии, — помогают поддерживать здоровье человеческого кишечника. Эти бактерии борются с болезнетворными микробами, улучшают пищеварение и участвуют в выработке витаминов.

Обычно люди получают пробиотики с молочнокислыми продуктами, биодобавками и лекарствами, при этом, чтобы бактерии действительно приносили пользу, важно, чтобы они попадали в кишечник в живом виде. Однако при длительном хранении в магазинах, а также при прохождении агрессивной среды желудка микроорганизмы могут погибать. Чтобы избежать этого, пробиотики начали упаковывать в микрокапсулы из безопасных природных полимеров — чаще всего из альгината натрия (вещества, добываемого из бурых водорослей). Такие оболочки оберегают бактерий от внешних воздействий, однако до сих пор оставалось неясным, какой именно размер капсул обеспечивает наилучшую защиту.

Ученые из Северо-Кавказского федерального университета (Ставрополь) с коллегами сравнили защитные свойства альгинатных капсул разных размеров.

Сначала авторы приготовили смесь из молочнокислых микроорганизмов-лактобактерий и раствора альгината натрия. Затем ее постепенно подавали в аппарат, который благодаря вращению одного из элементов — диспергатора — разбивал поток жидкости на мельчайшие капли. После этого капли попадали в ванну с раствором хлорида кальция, который превращал жидкий альгинат в нерастворимый гель. В результате сформировались полимерные капсулы с пробиотиками.

Меняя скорость вращения диспергатора, исследователи получили капсулы четырех размеров: с диаметром от 0,2 до 0,4 миллиметров (примерно в 4–8 раз больше толщины человеческого волоса). Авторы заморозили полученные частицы, а затем высушили в вакууме, чтобы они могли долго храниться без потери активности бактерий.

Чтобы определить, какой размер лучше, исследователи оценили, сколько микроорганизмов осталось живыми по окончании процесса производства капсул. Наиболее жизнеспособными оказались лактобактерии, помещенные в самые крупные капсулы (с диаметром 0,4 миллиметра): в них выжило в 30 раз больше микроорганизмов, чем в «контейнерах» с размером 0,2 миллиметра. Авторы объясняют это тем, что у маленьких капсул более жесткая оболочка, и они создают стресс для бактерий как на этапе производства, так и в процессе сушки, снижая тем самым их выживаемость.

«Хотя максимальное количество живых бактерий содержалось в самых крупных капсулах, они хуже выдерживали нагревание из-за менее плотной оболочки. В результате мы нашли „золотую середину“ — капсулы с диаметром 0,25 микрометров. Они совместили приемлемую выживаемость бактерий, достаточную устойчивость к температурам (что важно, например, при использовании пробиотиков на молочных производствах) и высокую производительность процесса получения капсул. Поэтому для дальнейших экспериментов мы выбрали частицы именно такого размера», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Сейедмахди Джафари, PhD, руководитель новой международной научно-исследовательской лаборатории функциональных материалов и пищевых систем СКФУ.

Авторы оставили такие капсулы на 300 дней в холодильнике, чтобы проверить их устойчивость к длительному хранению. За этот срок погибло всего 7% лактобактерий, что говорит о высокой стабильности разработанной системы. После этого исследователи поместили капсулы в среду, имитирующую пищеварительный тракт человека, — в раствор с кислотой и желудочными ферментами. После такой обработки выжило 93% микроорганизмов. Для сравнения, среди незащищенных бактерий, используемых в большинстве кисломолочных продуктов, в тех же условиях гибло 46–52%.

«Важно отметить, что наша разработка и направление деятельности в целом напрямую связаны с реализацией национальных проектов России, особенно в части развития агропромышленного комплекса. Так, использование микрокапсул для хранения и доставки пробиотиков позволит создавать целые линейки функциональных продуктов питания с прогнозируемыми свойствами. В дальнейшем нам предстоит создать экспериментальную промышленную площадку на базе ставропольского молочного завода, где мы сможем масштабировать нашу технологию и вывести ее на рынок», — подводит итог Сейедмахди Джафари.

В исследовании принимали участие сотрудники Белорусского государственного университета (Минск), Института микробиологии Национальной академии наук Беларуси (Минск), Газиантипского университета (Турция) и Люблянского университета (Словения).