Бул изилдөө, Lactobacillus plantarum (Lp) клеткаларын whey protein isolate nanofibrils (WPNFs) менен алдын ала коргоп, W1/O/W2 суу-май-суу кош эмульсиясынын ички суу фазасына жайгаштырган жана бул пробиотик жүктөлгөн эмульсияны коаксиалдык 3D тамак-аш басмасында ички өзөк катары колдонгон функционалдык сыр өндүрүү ыкмасын изилдейт. W1/O/W2 кош эмульсиясы пробиотик жайгашкан W1 ички суу фазасын май катмары менен курчап, бул түзүлүштү экинчи тышкы суу фазасы W2 ичинде таратуучу көп катмарлуу капсулалоо системасы. Оптималдаштырылган системада %4,0 PGPR, %50 W1, %60 май фазасы жана тышкы фазада %5,0 WPI колдонулган; эмульсиядагы Lp жашоого жөндөмдүүлүгү 4 °Cде 14 күндүн аягында %90,44 деңгээлде сакталган. Коаксиалдык басмада эмульсия ички өзөк, WPNF менен модификацияланган F20 иштетилген сыр тышкы түзүлүш катары колдонулган; басылган үлгүлөрдө пробиотик саны болжол менен 6,78–8,06 log10 CFU/g аралыгында калып, форма четтөөсү 14 күндүн аягында болгону −%3,5 ± 1,5 болгон. Жыйынтыктар кош эмульсия менен коаксиалдык 3D басма пробиотик клеткаларды механикалык жана айлана-чөйрөлүк стресстен коргой ала турган тамак-аш инженериясы системасын камсыздай аларын көрсөтөт; бирок изилдөө лабораториялык масштабда жана клиникалык ден соолук таасирин же өнөр жайлык өндүрүштүн ийгилигин текшербейт.

W1/O/W2 Кош Эмульсиясы Деген Эмне?

W1/O/W2 кош эмульсиясы — майда ички суу тамчылары алгач май фазасынын ичинде капсулаланып, пайда болгон W1/O тамчылары кийин экинчи тышкы суу фазасы W2 ичинде таратылган көп бөлүктүү эмульсия системасы; бул изилдөөдө пробиотик Lactobacillus plantarum клеткалары эң ички W1 фазасына жайгаштырылып, май катмары жана тышкы фаза аркылуу айлана-чөйрөлүк стресстен физикалык түрдө бөлүнгөн.

Бул түзүлүштүн негизги артыкчылыгы — гидрофилдүү биологиялык компоненттин тышкы тамак-аш матрицасы менен түз байланышына чек коё алышы. Изилдөөдө бул касиет сактоо үчүн гана эмес, ичке коаксиалдык соплодогу механикалык кесүү күчүнөн, температурадан жана экстремалдуу pH шарттарынан коргоо үчүн да колдонулган.

Эмне үчүн пробиотик түз эле сырга аралаштырылган эмес?

Булак Cheddar сыры пробиотик ташуучу катары ылайыктуу болушу мүмкүн экенин, бирок пробиотиктердин сыр матрицасы менен түз байланышы белок гидролизи жана жыт-даам өзгөрүүлөрү сыяктуу сапат көйгөйлөрүнө алып келиши мүмкүн экенин белгилейт. Коаксиалдык басма ыкмасынын логикасы — пробиотикти ички өзөктө кармап, сыр кабыгын коргоочу тышкы түзүлүш катары пайдалануу.

Ошондуктан система бир учурда эки өзүнчө инженердик маселени чечүүгө аракет кылат:

• пробиотикти тирүү сактай ала турган ички фаза түзүү,
• 3D басмадан кийин формасын сактай ала турган сырдын тышкы фазасын иштеп чыгуу.

Whey Protein Nanofibrils Пробиотиктерди Кантип Коргойт?

WPNFs — pH 2,0 шартында оң заряд алган whey protein nanofibrils жана алар терс заряддалган Lactobacillus plantarum беттери менен электростатикалык өз ара аракеттенип, бактериянын айланасында физикалык белок тосмосун түзөт; TEM сүрөттөрү бул нанофибриллдер бактерия бетине байланышаарын көрсөтөт.

WPNF даярдоо

%5,0 (w/w) WPI эритмеси pH 2,0ге жөндөлүп, 30 мүнөт магниттик аралаштыргыч менен аралаштырылган. Андан соң эритме 4 °Cде 9000 r/min ылдамдыкта 15 мүнөт центрифугаланып, 0,45 μm фильтрден өткөрүлгөн.

Фильтрат 80 °Cде, 200 rpmде 10 саат кармалган. Натыйжада WPI белокторунун фибриллярдык түзүлүштөрдү пайда кылышы камсыз болгон.

Пробиотикти WPNF менен каптоо

Lactobacillus plantarum 1.0665 үчүн баштапкы тирүү клетка саны 9,26 log10 CFU/mL деп берилген. Клеткалар MRS суюк чөйрөсүндө 37 °Cде 24 саат активдештирилген; центрифугалоо, фосфат буфери менен жуу жана CaCl2 ичинде кайра суспензиялоо кадамдарынан кийин Lp эритмеси WPNF эритмесине 1:49 (v/v) катышында кошулган.

Аралашма 15 мүнөт вортекстелип, бөлмө температурасында 1 саат кармалган. TEM сүрөттөрүндө контролдук бактериянын бети жылмакай болсо, WPNF колдонулгандан кийин фибриллдер клетка бетинин айланасында ачык көрүнгөн.

Булак WPNF үчүн +27,68 ± 1,52 mV, бактериялык суспензия үчүн −0,38 ± 0,09 mV зета-потенциалын билдирет. Бул карама-каршы заряддар WPNF–бактерия өзүн-өзү уюштуруусун колдогон электростатикалык механизмге шайкеш келет.

Кош эмульсиянын түзүлүшү

Пробиотик жүктөлгөн ички фазага %5,0 (w/v) фруктоолигосахарид (FOS) кошулган. FOS бактерияларды сактоо мезгилинде колдоо үчүн пребиотикалык компонент катары колдонулган.

Биринчи эмульсиялоо баскычында PGPR зайтун майында эритилип, Lp-WPNF камтыган W1 фазасы ушул май фазасына кошулуп, жогорку кесүү күчүндөгү гомогенизация аркылуу W1/O эмульсиясы түзүлгөн.

Экинчи баскычта W1/O эмульсиясы WPI камтыган тышкы суу фазасы W2 менен кайра гомогенделип, W1/O/W2 түзүлүшү алынган.

Кош Эмульсия Үчүн Эң Ылайыктуу Формуляция Кантип Аныкталды?

Изилдөөдө тамчы өлчөмү, зета-потенциал жана сактоо туруктуулугу чогуу бааланып, W1/O/W2 системасы үчүн %4,0 PGPR, %50 ички суу фазасы, %60 май фазасы жана тышкы суу фазасында %5,0 WPI оптималдуу шарт катары тандалган.

PGPR концентрациясы

PGPR %2,0дан %4,0га көбөйгөндө W1/O тамчы өлчөмү 1353,3 nmден 139,8 nmге чейин азайган. %5,0 PGPRде болсо тамчы өлчөмү кайра 545,6 nmге өскөн.

%4,0 PGPR колдонулган эмульсиянын зета-потенциалы −35,25 mV деп билдирилип, кийинки эксперименттер үчүн ушул концентрация тандалган.

Ички суу фазасынын катышы

W1 катышы %50 болгондо W1/O тамчы өлчөмү минималдуу 69,08 nmге жеткен. Суунун катышы жогорулаганда жеткиликтүү эмульгатордун кеңейген интерфейсти толук жаба албашы чоңураак тамчылардын пайда болушу менен байланышкан.

Май фазасынын катышы

W1/O/W2 эмульсиясында май фазасы %60 болгондо тамчы өлчөмү 553,01 nmге чейин төмөндөп, бул шарт кийинки эксперименттер үчүн тандалган. %60–70 май фазасында сактоо учурунда сыворотка фазасы пайда болбогону билдирилген.

WPI концентрациясы

Тышкы фазада %5,0 WPI колдонулганда тамчы өлчөмү 579,4 nm менен минимумга жеткен. Белоктун төмөн деңгээли интерфейстин жетишсиз жабылышы, ал эми жогорку деңгээли белок агрегациясы же depletion flocculation ыктымалдыгы менен байланышкан.

Микроскопиялык ырастоо

CLSM анализинде Lp DAPI менен көк, WPNFs Nile blue менен жашыл, зайтун майы Nile Red менен кызыл көрсөтүлгөн. Бириктирилген сүрөттөрдө бул сигналдардын эмульсия тамчыларынын ичинде кабатташышы жана тышкы W2 фазасында көк бактериялык сигналдын жоктугу пробиотиктин ички фазада кармалганын колдойт.

W1/O/W2 Системасы Пробиотиктин Жашоого Жөндөмдүүлүгүн Канчалык Сактады?

W1/O/W2 кош эмульсиясы корголбогон Lp клеткаларына салыштырмалуу сактоо, температура жана экстремалдуу pH шарттарында кыйла жогорку жашоого жөндөмдүүлүктү камсыз кылган; 4 °Cде 14 күн сактоонун аягында пробиотиктин жашоого жөндөмдүүлүгү %90,44 деңгээлде сакталган.

14 күндүк сактоодо тирүү клетка деңгээли 8,92 log CFU/gден 8,48 log CFU/gге төмөндөгөн. Мунун тескерисинче, корголбогон контролдук топтогу төмөндөө кыйла чоң болгон.

Изилдөө ошондой эле кош эмульсиянын ортоңку май катмары тышкы суу фазасындагы кычкыл же негиздин W1 ички фазасына жетишин чектеп, pH стрессине каршы физикалык тосмо түзөт деп сунуштайт.

Булакта бул жерде кичине, бирок маанилүү отчеттук дал келбестик бар: метод бөлүгүндө pH стресс тесттери pH 2,0 жана 11,0 деп берилсе, 4-сүрөт жана жыйынтык тексти pH 2,0 жана 12,0 көрсөткөн. Ошондуктан кайсы щелочтук шарт чындап колдонулганын PDF негизинде так аныктоо мүмкүн эмес.

Жылуулуктан коргоо

Метод бөлүгүндө тест шарттары 65 °Cде 30 мүнөт жана 90 °Cде 15 секунд деп берилет. Жыйынтык текстинде болсо бир сүйлөмдө контролдук топ “60 °Cде 30 мүнөттөн” кийин %9,87 жашоого жөндөмдүүлүк көрсөткөнү жазылган. Бул температура мааниси метод жана 4-сүрөт менен шайкеш эмес; маалымат бул жерде унчукпай оңдолгон эмес.

Ошол эле сүйлөм W1/O/W2 эмульсиясында жашоого жөндөмдүүлүк %73,53 болгонун билдирет. Жалпы эксперименттик багыт кош эмульсия термалдык стресс астында корголбогон клеткаларга караганда жогорураак жашоого жөндөмдүүлүк камсыз кыларын колдойт.

Изилдөөнүн Методу жана Жыйынтыктары

Ички өзөктүн реологиясы

Коаксиалдык 3D басмада ички өзөк 0,4 mm диаметри бар ичке соплодон өтүшү керек болгондуктан төмөн илешкектүүлүк жана shear-thinning жүрүм-туруму маанилүү.

%60 жана %70 май фазалуу W1/O/W2 эмульсияларынын көрүнгөн илешкектүүлүгү shear rate көбөйгөн сайын кескин азайган. Бул shear-thinning жүрүм-туруму материал сопло ичинде агымдуу боло аларын көрсөтөт.

Бардык жыштык диапазонунда сактоо модулу \(G'\), жоготуу модулу \(G''\)ден жогору калган. Бул эмульсия агымдуу болгонуна карабастан байкаларлык ийкемдүү/жарым-катуу тармактык мүнөзгө ээ экенин көрсөтөт.

%60 май фазалуу эмульсия %70ке салыштырмалуу төмөн модуль жана илешкектүүлүк көрсөткөндүктөн ичке коаксиалдык сопло үчүн ылайыктуураак деп табылган.

Тышкы өзөк: F20 иштетилген сыр

Таза Cheddar сыры түз басма үчүн өтө катуу деп бааланган. Ошондуктан эритилген Cheddarга %5 WPNF эритмеси ар кандай катышта кошулуп, F10, F20, F30 жана F40 үлгүлөрү даярдалган.

F20 — %20 WPNF эритмеси фракциясы колдонулган иштетилген сыр формуляциясы. Бул аныктама акыркы сырдын кургак затында %20 таза WPNF бар дегенди билдирбейт.

Динамикалык shear recovery тесттеринде төмөн strain (%1) статикалык абалды, жогорку strain (%200) соплодогу агым шартын билдирген. Жогорку strain астында \(G'\) жана \(G''\) тез азайган; strain кайра %1ге түшүрүлгөндө модулдар тез калыбына келген.

F20 изилдөөчүлөр тарабынан экструзия жеңилдиги менен басмадан кийинки структуралык калыбына келүүнүн ортосунда эң ылайыктуу тең салмакты камсыз кылган формуляция катары тандалган.

Температуранын тышкы өзөккө таасири

Сыр үлгүлөрү 25–70 °C аралыгында изилденген. \(G'\) жана \(G''\) алгач жогорулап, болжол менен 35 °C тегерегинде максимумга жетип, андан кийин сыр майынын эриши жана белок матрицасынын жумшарышы менен төмөндөгөн.

Басма үчүн тышкы өзөк 45 °Cде экструзияланган.

F20нын басма көрсөткүчү

6-сүрөттө Cheddar жана F10 басмаларында үзүлмө сызыктар жана одоно бет көрүнсө, F20 жана F30 үзгүлтүксүзүрөөк сызыктарды чыгарган. F40 болсо өтө жумшак болгондуктан формасын жетиштүү сактай алган эмес.

F20 колдонулуп басылган роза модели жылмакай бетти, так чек араларды жана үч өлчөмдүү форманын сакталышын көрсөткөн. Булак бул үлгүнүн өлчөмдөрүн 51,41 mm узундук, 44,91 mm туурасы жана 39,20 mm бийиктик деп берет.

Эмне Үчүн Коаксиалдык 3D Басма Гибрид Басмага Караганда Ийгиликтүүрөөк Болду?

Коаксиалдык 3D басма төмөн илешкектүүлүктөгү пробиотик эмульсияны жана форманы кармап туруучу сыр матрицасын аралаштыруунун ордуна өзүнчө ички жана тышкы агымдар түрүндө бир убакта экструзиялагандыктан, пробиотик жүгүн көбөйтүү менен бирге тышкы сыр түзүлүшүнүн механикалык колдоосун сактай алган.

Гибрид басма

Гибрид ыкмада W1/O/W2 эмульсиясы Cheddar сырына түздөн-түз %3, %5 же %7 катышта аралаштырылган.

%3 жана %5 эмульсия камтыган материалдар экструзиялана алган, бирок басылган кубдар тез деформацияланган. Төмөнкү бөлүктөр кеңейип, борбору чөккөн.

%7 эмульсия камтыган аралашма үстү-үстүнө топтолгон катмарларды көтөрө албагандыктан ийгиликтүү басылган эмес.

Коаксиалдык басма

Коаксиалдык системада ички соплонун диаметри 0,4 mm, ички эмульсиянын агым ылдамдыгы 0,08 mL/min болуп коюлган. Тышкы соплонун диаметри 1,05 mm, сыр басмасынын ылдамдыгы 25 mm/s.

F20 тышкы материал 45 °Cде, W1/O/W2 ички фазасы болсо бөлмө температурасында бир убакта экструзияланган.

Булакта азык-түлүк боёгу менен кызыл түскө боёлгон ички эмульсиянын сыртка агып чыкпаганы тышкы F20 катмары ички өзөктү ийгиликтүү курчаганын көрсөткөн визуалдык далил катары берилген.

Форма тактыгы

Коаксиалдык үлгүлөрдө 14 күндүн аягында болгону четтердин бир аз кичирейиши байкалган; гибрид үлгүлөрдө көрүнгөн түп бөлүктүн жайылышы же катмарлардын чөгүшү байкалган эмес.

3D Басма Пробиотик Клеткаларды Өлтүрдүбү?

Корголбогон пробиотик клеткалар 0,4 mm ички сопло колдонулганда олуттуу жашоого жөндөмдүүлүк жоготуусуна учураса, W1/O/W2 эмульсиясы менен капсулаланган клеткалардын гибрид жана коаксиалдык басмадан кийинки жашоого жөндөмдүүлүгү %95тен жогору калган; бул жыйынтык эмульсия экструзиядагы shear стрессине каршы маанилүү коргоочу роль ойной турганын көрсөтөт.

Пробиотик эритмеси түздөн-түз 0,4 mm коаксиалдык соплодон өткөрүлгөн контролдук топто жашоого жөндөмдүүлүк болгону %55,23 деп берилген.

Ал эми W1/O/W2 менен корголгон пробиотиктерде гибрид жана коаксиалдык басманын жашоого жөндөмдүүлүк көрсөткүчтөрү бири-биринен статистикалык жактан маанилүү айырмаланган эмес.

Сактоонун аягында басылган үлгүлөрдөгү тирүү бактериялардын саны **6,78–8,06 log10 CFU/g** аралыгында калган.

Булак муну пробиотикалык азыктар үчүн жетиштүү деп эсептелген деңгээлдер менен салыштырат; бирок бул микробиологиялык жашоого жөндөмдүүлүк жыйынтыгы продукт адамдарда клиникалык ден соолук пайдасын бере турганын түз далилдебейт.

Ароманы сактоо

Электрондук мурун анализинде Cheddar, F20, коаксиалдык пробиотик сыр жана W1/O/W2 эмульсиясы салыштырылган.

F20 жана коаксиалдык басылган продукттун радар профилдери бири-бирине жакын болгон. Ал эми ички өзөк эмульсиясынын аромат профили ачык айырмаланган.

PCA анализинде PC1 жалпы дисперсиянын %76,4үн, PC2 болсо %13,3үн түшүндүргөн. Ошентип, алгачкы эки компонент бирге жалпы дисперсиянын %89,7син түзгөн.

F20 жана коаксиалдык басылган үлгүлөрдүн PCA мейкиндигинде бир эле кластерге жакын жайгашуусу тышкы сыр катмары ички эмульсиянын аромат таасирин маскалай алат деген түшүндүрмөнү колдойт.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

• WPNF, Lp клеткасынын бетинде физикалык коргоочу түзүлүш түзө алат.
• Пробиотик клеткалар W1/O/W2 кош эмульсиясынын ички суу фазасында кармалышы мүмкүн.
• Оптималдаштырылган кош эмульсия 14 күн бою жогорку Lp жашоого жөндөмдүүлүгүн сактай алат.
• W1/O/W2 системасы температура, pH жана экструзия стрессине каршы коргоо бере алат.
• F20 иштетилген сыр коаксиалдык 3D басмада ылайыктуу тышкы түзүлүш катары колдонулушу мүмкүн.
• Коаксиалдык басма гибрид басмага салыштырмалуу жогорураак геометриялык туруктуулук берген.
• Коаксиалдык басылган продукт 14 күндүк муздаткычта сактоодо төмөн форма четтөөсүн көрсөткөн.
• Тышкы сыр матрицасы ички эмульсиянын аромат профилинин акыркы продуктка өтүшүн азайткан.

Изилдөө колдобогон жыйынтыктар

• Продукттун адамдарда клиникалык ден соолук пайдасы көрсөтүлгөн эмес.
• Пробиотиктердин ичегиде колонизацияланышы бул экспериментте өлчөнгөн эмес.
• Узак мөөнөттүү сактоо мөөнөтү 14 күндөн узак убакыт үчүн ырасталган эмес.
• Өнөр жай масштабына ылайык үзгүлтүксүз өндүрүш сыналган эмес.
• Керектөөчүлөрдүн сенсордук панели жүргүзүлгөн эмес; аромат баалоосу электрондук мурунга негизделген.
• Экономикалык натыйжалуулук же коммерциялык өндүрүш чыгымы эсептелген эмес.
• Коаксиалдык басма бардык сыр формуляцияларында бирдей ийгилик көрсөтөрү далилденген эмес.

Булактагы белгисиздиктер

Макалада pH стресс шарттары боюнча 11,0 жана 12,0 ортосунда, жылуулук стресс бөлүмүндө болсо 60 °C жана 65 °C ортосунда отчеттук дал келбестиктер бар. Мындан тышкары, коаксиалдык басма өлчөмдөрү дизайндан “маанилүү айырмаланган эмес” деген сүйлөмдө P<0,05 деп жазылышы статистикалык баяндоо жагынан ички карама-каршылык болуп саналат. Verianla тексти бул маанилерди унчукпай оңдобойт, булактагы белгисиздикти ачык калтырат.

Булак жана Метод Эскертүүсү

Түпнуска аталыш: Encapsulation of probiotics in W1/O/W2 emulsion for coaxial 3D printing probiotic-riched cheese products.

Авторлор: Yupeng Qi, Yuhe Wang, Jiali Hu, Bo Song, Lei Zhang, Chunhong Liu жана Jing Xu.

Тең биринчи авторлор: Yupeng Qi жана Yuhe Wang.

Жооптуу авторлор: Chunhong Liu жана Jing Xu.

Мекемелер: Northeast Agricultural University; Key Laboratory of Agricultural Functional Molecule Design and Utilization of Heilongjiang Province; Key Laboratory of Soybean Biology of Ministry of Education China; Heilongjiang Green Food Science Research Institute.

Платформа: SSRN.

SSRN Abstract No.: 6889393.

Булак түрү: Эксперименттик изилдөө preprintи.

Рецензия абалы: Рецензиядан өткөн эмес.

DOI: Булакта көрсөтүлгөн эмес.

Каржылоо: Heilongjiang Provincial Postdoctoral Science Foundation.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Авторлор белгилүү финансылык кызыкчылыктардын кагылышы же изилдөөгө таасир этиши мүмкүн болгон жеке мамиле жок экенин билдиришкен.

Пробиотик:Lactobacillus plantarum 1.0665.

Негизги капсулалоо системасы: WPNF менен капталган Lp камтыган W1/O/W2 суу-май-суу кош эмульсиясы.

Оптималдаштырылган эмульсия: %4,0 PGPR, %50 W1, %60 май фазасы жана тышкы фазада %5,0 WPI.

Коаксиалдык басма: Ички сопло 0,4 mm жана 0,08 mL/min; тышкы сопло 1,05 mm; тышкы F20 сыр фазасы 45 °Cде жана 25 mm/s басма ылдамдыгы менен экструзияланган.

Анализ ыкмалары: TEM, CLSM, зета-потенциал жана тамчы өлчөмүн өлчөө, реология, 3D басма геометриясы, колония саноо, электрондук мурун жана PCA.

Статистика: Эксперименттер үч өзүнчө кайталоодо жүргүзүлүп, жыйынтыктар орточо ± стандарттык четтөө катары берилген, ANOVA үчүн SPSS V20.0 колдонулган жана жалпы маанилүүлүк деңгээли p<0,05 деп көрсөтүлгөн.

Негизги чектөө: Изилдөө лабораториялык масштабдагы басма жана 14 күндүк муздак сактоо менен чектелет. Пробиотик клеткалардын жашоого жөндөмдүүлүгү көрсөтүлгөнү менен, клиникалык ден соолук таасири, чыныгы тамак сиңирүү системасындагы иштөөсү жана өнөр жай масштабы ырасталган эмес.