Что означает термин иммобилизация выберите ответ
Травмы конечностей, иммобилизация
Травмы конечностей, оказание первой помощи
Травмы конечностей часто сопровождаются повреждением кровеносных сосудов, поэтому важно своевременно остановить обнаруженное кровотечение. Для этого применяются все способы: прямое давление на рану, наложение давящей повязки, пальцевое прижатие артерии, максимальное сгибание конечности в суставе, наложение кровоостанавливающего жгута.
Иммобилизация – это создание неподвижности (покоя) поврежденной части тела с помощью подручных средств, готовых транспортных шин (изделий медицинского назначения, входящих в состав аптечек первой помощи) или используя здоровые части тела пострадавшего (аутоиммобилизация).
При наличии подозрения на травму костей, человеку, оказывающему первую помощь, следует определиться с тактикой действий в отношении пострадавшего.
Вызвать и дождаться приезда бригады скорой медицинской помощи
В основной массе случаев следует вызвать и дождаться приезда бригады скорой медицинской помощи, которая сможет выполнить качественное обезболивание и иммобилизацию травмированной конечности. В данном случае до приезда бригады скорой медицинской помощи следует придерживать травмированную конечность вручную и контролировать состояние пострадавшего.
Если предполагается транспортировка пострадавшего или его переноска на дальнее расстояние
Если же в результате особых обстоятельств предполагается транспортировка пострадавшего (или его переноска на дальнее расстояние), следует выполнить иммобилизацию поврежденной конечности. При этом следует фиксировать минимум два сустава (один ниже, другой выше перелома). При переломе плеча и бедра надо фиксировать три сустава – плечевой, локтевой, лучезапястный или тазобедренный, коленный, голеностопный соответственно. Наиболее доступным, безопасным и эффективным для большинства участников оказания первой помощи способом иммобилизации при травме конечностей является так называемая аутоиммобилизация. Для этого поврежденную ногу можно прибинтовать к здоровой ноге, проложив между ними мягкий материал. Поврежденную руку можно зафиксировать, прибинтовав к туловищу. На область предполагаемой травмы можно положить холод.
Выбор способа определяется следующими факторами:
— вид кровотечения (для остановки венозного кровотечения не следует использовать наложение жгута или пальцевое прижатие артерии);
— предполагаемый срок прибытия медработников (в случае, если их прибытие ожидается в ближайшее время, можно использовать более простые способы остановки кровотечения, например, прямое давление на рану);
— наличие оснащения (при отсутствии табельных жгутов для остановки артериального кровотечения возможно применение подручных средств – галстуков, ремней);
— состояние кровотечения (остановилось или не остановилось).
иммобилизация
В простейшем случае у поверхностно-модифицированных материалов можно выделить следующие составляющие элементы (см. рисунок):
Общая схема поверхностно-модифицированного материала
Полезное
Смотреть что такое «иммобилизация» в других словарях:
ИММОБИЛИЗАЦИЯ — (лат.). Неподвижность какой либо части тела, достигаемая наложением соответствующих повязок. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ИММОБИЛИЗАЦИЯ 1) в медиц. приведение к. н. органа в совершенный покой, в… … Словарь иностранных слов русского языка
Иммобилизация — (от лат. immobilis неподвижный): в медицине, как раздел Десмургия, изучает правила лечения ран, повязки и методы их наложения. в экономике: Иммобилизация оборотных средств отвлечение, изъятие предприятием, фирмой, компанией … Википедия
Иммобилизация — включение трансурановых РАО в закладные элементы (с переводом их в долговременно стабильную по отношению к радиационному и термическому воздействию инертную физико химическую форму) и помещение закладных элементов в стекломассу, представляющую… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ИММОБИЛИЗАЦИЯ — ИММОБИЛИЗАЦИЯ, иммобилизации, мн. нет, жен. (от лат. immobilis неподвижный). 1. В хирургии придание неподвижного положения какой нибудь части тела. Иммобилизация ноги при помощи гипсовой повязки. 2. Превращение (оборотного капитала) в основной… … Толковый словарь Ушакова
иммобилизация — и, ж. immobilisation f. <лат. immobilis неподвижный. 1. В хирургии придание неподвижного положения какой н. части тела. И. ноги при помощи гипсовой повязки. Уш. 1934. 2. экон. Превращение оборотного капитала в основной. И. капитала. Уш. 1934.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
ИММОБИЛИЗАЦИЯ — ИММОБИЛИЗАЦИЯ, или создание условий покоя, неподвижности, имеет наибольшие свои показания по отношению к органам движения и позвоночнику. И. издавна применялась при переломах конечностей, пока ее ценность не была поколеблена противоположным… … Большая медицинская энциклопедия
ИММОБИЛИЗАЦИЯ — (от лат. immobilis неподвижный) лечебный метод создания неподвижности части тела, конечности при переломах костей, заболеваниях суставов, обширных ранах и т. п. Достигается наложением повязок и шин, а также вытяжением … Большой Энциклопедический словарь
иммобилизация — процесс, используемый для закрепления ферментов, клеток или их фрагментов на твердом носителе. И. достигается–заключением в полупроницаемые мембраны; заключением в полимерный материал; адсорбцией на заряженные или пористые носители; ковалентным… … Словарь микробиологии
Иммобилизация — создание неподвижности поврежденной или больной части тела, обычно конечности или позвоночника. При переломах костей И. предупреждает повреждение сосудов, нервов и др. тканей подвижными отломками костей и создает условия для их косного сращения.… … Словарь черезвычайных ситуаций
ИММОБИЛИЗАЦИЯ — (от лат. immobilis неподвижный), временное обездвиживание животных организмов с помощью химических веществ (преимущественно курареподобных препаратов) в целях изучения, отлова, лечения. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная… … Экологический словарь
Иммобилизация пробиотических микроорганизмов
Иммобилизация клеток пробиотических микроорганизмов
Технологии иммобилизации в производстве пробиотических продуктов питания
СОДЕРЖАНИЕ:
Были предложены и испытаны различные методы поддержки и иммобилизации / инкапсуляции для применения в производстве функциональных пищевых продуктов. В настоящем обзоре обсуждается использование пробиотических микроорганизмов для производства новых пищевых продуктов, а также анализируются преимущества и критерии использования пробиотических культур. Описываются способы иммобилизации / инкапсуляции в пищевой промышленности, направленные на продление жизнеспособности клеток, а также дается оценка их потенциального будущего воздействия.
1. Введение
Пробиотики быстро завоевали интерес в области самопомощи и комплементарной медицины под общим термином «функциональные продукты питания». Современные потребители все больше интересуются своим личным здоровьем, особенно продуктами питания, которые способны предотвращать и/или лечить болезни. Микробы использовались в течение многих лет в пищевой и алкогольной ферментации, но только недавно подверглись научной проверке, чтобы изучить их возможную пользу для здоровья.
Различные микроорганизмы были изучены на предмет потенциального пробиотического эффекта. Большинство штаммов микроорганизмов с пробиотической активностью относятся в первую очередь к родам лактобацилл (Lactobacillus) и бифидобактерий (Bifidobacterium). Однако потенциальные пробиотические роли других микробов также находятся в стадии изучения. В таблице 1 представлены наиболее распространенные микроорганизмы, исследованные на пробиотические свойства.
Существует все больше научных доказательств в поддержку концепции, что поддержание здоровой кишечной микробиоты может обеспечить защиту от желудочно-кишечных расстройств, таких как желудочно-кишечные инфекции и воспалительные заболевания кишечника 7. Использование пробиотических бактериальных культур может стимулировать рост предпочтительных микроорганизмов, вытеснять потенциально вредные бактерии и усиливать естественные защитные механизмы организма [7]. Благотворное влияние потребления пробиотиков также включает в себя повышение биодоступности питательных веществ, уменьшение симптомов непереносимости лактозы, уменьшение появления аллергических симптомов у восприимчивых людей и снижение риска развития некоторых видов рака 7. В таблице 2 обобщены наиболее важные полезные эффекты пробиотиков на человека. Однако механизмы, посредством которых пробиотики оказывают свое действие, в значительной степени неизвестны и могут включать модификацию рН кишечника, антагонизм патогенов через продукцию антимикробных и антибактериальных соединений, конкуренцию за рецепторные участки патогена и за доступные питательные вещества и факторы роста, стимуляцию иммуномодулирующих клеток и продукцию лактазы [8].
Общая цель настоящего обзора – анализ и оценка данных по технологии иммобилизации пробиотических микроорганизмов для применения в производстве пищевых продуктов.
2. Критерии культуры, используемой в качестве пробиотика.
В процессе отбора пробиотических микроорганизмов необходимо учитывать несколько аспектов, включая безопасность, функциональные и технологические характеристики. Многие микроорганизмы могут рассматриваться как потенциальные пробиотики, но лишь немногие способны удовлетворять необходимым критериям.
Аспекты безопасности включают в себя такие характеристики, как происхождение (здоровый желудочно-кишечный тракт человека), непатогенность, расстройства пищеварения и характеристики устойчивости к неантибиотику.
Функциональные аспекты включают жизнеспособность и персистенцию в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ), выживаемость при пищеварительных стрессах [9], иммуномодуляцию, антагонистические и антимутагенные свойства [10, 11].
Тщательный скрининг пробиотических штаммов на предмет их технологической пригодности также может позволить отобрать штаммы с наилучшими производственными и технологическими характеристиками пищевых продуктов. Более того, они не должны производить посторонних запахов [12].
Обзор наиболее значимых критериев для определения пробиотического микроорганизма представлен в таблице 3.
2.1. Критерии безопасности.
По мнению Управления по контролю за продуктами и лекарствами США, важно, чтобы пробиотики считались «общепризнанными безопасными» (GRAS) организмами для использования человеком [13]. Конгруэнтные аспекты безопасности включают главным образом происхождение штаммов человека, чтобы исключить отрицательные характеристики, такие как вредные эффекты, патогенность, расстройства пищеварения и устойчивость к антибиотикам. В частности:
(1) настоятельно рекомендуется, чтобы штаммы, используемые для продуктов, предназначенных для людей, были человеческого происхождения. Кроме того, ожидается, что пробиотический штамм будет функционировать лучше в аналогичной среде, из которой он был первоначально изолирован (например, желудочно-кишечный тракт человека). Как правило, пробиотики должны быть выделены из желудочно-кишечного тракта здорового человека. Также считается, что критерии безопасности зависят от нашего опыта в ферментации пищевых продуктов;
(2) не должно быть никакой связи с болезнью. Большинство кишечных микроорганизмов не считаются патогенными для здоровых людей, но некоторые кишечные бактерии являются потенциально патогенными. На их рост и метаболизм влияет нормальная иммунная система пищеварительного тракта. Патогенные микробы могут потенциально вызывать инфекцию даже у здорового хозяина;
(3) метаболическая активность в пищевой матрице и в кишечнике после потребления является важным критерием безопасности. Например, несмотря на то, что толерантность к солям желчи является существенным критерием отбора потенциальных пробиотических штаммов, активность гидролазы микробных солей желчных кислот считается потенциально вредной для человека-хозяина, и, таким образом, еще не совсем ясно, является ли это на самом деле желательным признаком в пробиотической бактерии [14];
(4) выбранные штаммы не должны нести трансмиссивные (переносимые) гены устойчивости к антибиотикам.
2.2. Функциональные Критерии.
Для выбора пробиотического штамма необходимо учитывать несколько критериев функциональности. Функциональные критерии пробиотиков должны быть установлены на основе как in vitro, так и in vivo анализов, и результаты должны быть также отражены в контролируемых исследованиях на людях. Чтобы обеспечить пользу для здоровья, пробиотики должны быть способны выживать в кислых условиях верхних отделов желудочно-кишечного тракта и размножаться в кишечнике, что не всегда выполняется. Исследования кормления крыс линии Wistar ферментированным молоком, содержащим свободный или иммобилизованный L. casei ATCC 393, показали, что уровень пробиотического штамма в фекалиях и в тканях кишечника резко снижался и не обнаруживался через 48 ч после прекращения введения [15, 16]. По-видимому, ежедневное потребление пробиотических продуктов является необходимым условием для поддержания клеточного уровня в эффективной концентрации, что может быть ценным в пищевой промышленности. Таким образом, продолжающееся существование пробиотического штамма в желудочно-кишечном тракте человека считается важной особенностью.
Выживаемость различных пробиотических штаммов в разных частях желудочно-кишечного тракта может сильно различаться. Некоторые штаммы быстро гибнут в желудке, в то время как другие способны в большом количестве проходить через всю кишку [17]. Бифидобактерии значительно различаются по выживаемости в желудочных соках [18–20] и желчных солях [21, 22], а также по их способности прилипать к эпителиальным клеткам [23, 24]. Кроме того, поскольку жизнеспособные и биологически активные микроорганизмы обычно требуются на целевом участке в организме хозяина, важно, чтобы пробиотики были способны противостоять естественным барьерам хозяина против поглощенных бактерий. Несколько исследований показали, что многим штаммам Bifidobacterium sp. присуще отсутствие способности выживать в суровых условиях кислотности и концентрации желчи, обычно встречающихся в желудочно-кишечном тракте человека [19, 25].
Снижение уровня жизнеспособных клеток не всегда может представлять собой серьезную проблему, так как большое количество исследований сообщают, что нежизнеспособные пробиотики могут также оказывать благотворное влияние на здоровье человека или даже быть более эффективными, чем живые клетки [27, 28]. Например, лиофилизированная термически убитая Лактобацилла (Lactobacillus acidophilus) оказалась более эффективной, чем живые лактобациллы, в лечении хронической диареи [29]. Аналогично, в случае толерантности к лактозе субъектами с дефицитом лактазы жизнеспособные и нежизнеспособные культивируемые молочные продукты демонстрируют сходные эффекты [27]. Аналогично, при лечении острого гастроэнтерита некоторые пробиотики продемонстрировали клиническую эффективность в сокращении продолжительности диареи как в жизнеспособных, так и нежизнеспособных формах [27].
С другой стороны, поддержание жизнеспособности клеток является необходимым условием для профилактики и/или лечения многих заболеваний; то есть для восстановления и поддержания нормальной мочеполовой флоры у женщин требовалась суточная доза не менее 10 8 клеток [30]; в качестве потенциального подхода к лечению атопической экземы и аллергии на коровье молоко предлагалось добавление в детские смеси жизнеспособных, но не инактивированных теплом LGG [31]; для лечения кандидоза требовались Saccharomyces boulardii в жизнеспособной форме, в отличие от молочнокислых бактерий, показавших эффективность как в жизнеспособной, так и в нежизнеспособной формах [27]; стимуляция иммунной системы человека пероральным введением ферментированного молока или пробиотических культур наблюдалась только у жизнеспособных бактерий [27], эффекты в фекальных бактериальных ферментативных активностях наблюдались после потребления только жизнеспособных бактерий [27] и т.д. Следовательно, связь уровней жизнеспособных клеток с клиническим исходом все еще сомнительна и, по-видимому, зависит от видов микробов и расстройства. Будущая работа должна быть сосредоточена на контролируемых слепых исследованиях для дальнейшего уточнения вопросов, касающихся жизнеспособности пробиотиков во время производства продукта и в организме хозяина, а также для установления необходимой дозы для каждого случая.
Следует также оценить пользу для здоровья потенциальных пробиотических штаммов. Потенциальные преимущества могут варьироваться от поддержания нормальной кишечной флоры [15] до противоопухолевых эффектов [32]. Однако положительная активность может быть специфичной для штамма и может зависеть от пищевой матрицы. Таким образом, необходимы долгосрочные клинические исследования, в которых используются как животные модели, так и люди, чтобы получить полностью доказанные эффекты для здоровья, особенно для здоровых групп населения.
2.3. Технологические критерии.
Несмотря на то, что пробиотический штамм удовлетворяет необходимым критериям безопасности и функциональности, его отбор должен также соответствовать технологическим критериям, поскольку аспекты, связанные с производством и переработкой пробиотических продуктов питания, также очень важны.
Жизнеспособность бактерий часто снижается в процессе производства, распределения и хранения пищевых продуктов. «Нежизнеспособные» культивированные продукты обычно имеют более длительный срок годности и более легкое хранение, что способствует внедрению технологии промышленным сектором, но было заявлено, что только пробиотические продукты с жизнеспособными микроорганизмами оказывают благотворное воздействие на здоровье.
Многие исследования показали большие колебания и плохую жизнеспособность пробиотических бактерий и особенно бифидобактерий в пищевых продуктах, таких как йогуртовые препараты [34, 35]. Утверждается, что несколько факторов влияют на жизнеспособность культур Bifidobacterium в кисломолочных продуктах, включая кислотность [36], pH [37], концентрацию молочной и уксусной кислот [38], перекись водорода [39] и содержание растворенного кислорода [40]. Чувствительность бифидобактерий к низким значениям рН и перекиси водорода в сочетании с низкой жизнеспособностью в молочных продуктах при хранении при температуре охлаждения остается проблемой в большинстве ферментированных продуктов [19, 39, 41]. Следовательно, промышленный спрос на технологии, обеспечивающие стабильность бифидобактерий в пищевых продуктах, по-прежнему высок, поскольку высокая выживаемость клеток важна как с экономической точки зрения (при высокой стабильности необходимо добавлять меньше клеток в продукт), так и с точки зрения последствий для здоровья, а также вопросов деловой этики (промышленность не должна вводить потребителя в заблуждение, упоминая только наличие пробиотиков без уточнения количества живых бактерий во время потребления). Бифидобактерии также очень чувствительны к параметрам окружающей среды и требуют дорогих сред для размножения и добавления факторов, способствующих росту, из-за их строгих требований к росту [42]. Они в основном продаются через ферментированные молочные продукты, которые хорошо подходят для укрепления здоровья пробиотиками по нескольким причинам. Во-первых, кисломолочные продукты и, в частности, молочные продукты уже имеют положительный имидж для здоровья, и потребители знакомы с тем фактом, что эти продукты содержат живые микроорганизмы [43]. Во-вторых, изображение йогурто-подобных продуктов в качестве здоровой пищи облегчает рекомендацию ежедневного потребления бифидобактерий. Кроме того, бифидобактерии не оказывают отрицательного влияния на вкус или аромат молочных продуктов и не усиливают подкисление в течение срока годности продукта [44]. Наконец, бифидобактерии защищены молочными белками во время пищеварения, что позволяет лучше доставлять их хозяину [45].
Как и для всех кисломолочных продуктов, содержащих живые бактерии, продукты, содержащие бифидобактерии, должны охлаждаться во время хранения, что необходимо как для обеспечения высокой выживаемости, так и для обеспечения стабильности продукта [34].
3. Технологии иммобилизации и инкапсуляции
3.1. Методы иммобилизации и инкапсуляции.
Методы иммобилизации часто имитируют природу, так как естественно многие микроорганизмы обладают способностью прилипать и выживать на различных видах поверхностей, и таким образом клетки могут расти в пределах естественных структур.
Рисунок 1. Основные методы иммобилизации клеток [26].
Методы иммобилизации можно разделить на следующие четыре основные категории в зависимости от используемого физического механизма (Рис. 1) [26]:
(1) захват внутри пористой матрицы вследствие проникновения клеток до тех пор, пока их подвижность не будет затруднена присутствием других клеток или образованием пористого материала in situ в культуре клеток;
(2) прикрепление или адсорбция на поверхности твердого носителя путем физической адсорбции под действием электростатических сил или путем ковалентного связывания между клеточной мембраной и носителем;
(3) самоагрегация флокуляцией (естественной) или искусственно вызванная сшивающими агентами;
(4) механическое сдерживание за барьером, который может быть либо микропористой мембраной, либо микрокапсулой.
Однако не все носители пригодны для производства продуктов питания. Материал, используемый в качестве носителя, должен (a) обладать химической, физической и биологической стабильностью в процессе обработки и в условиях реакции, (b) обладать достаточной механической прочностью, особенно для его использования в реакторах и промышленности, (c) быть нетоксичным как для иммобилизованной клетки, так и для продукта, и (d) обладать высокой нагрузочной способностью. Другие критерии, такие как физические характеристики (пористость, набухание, сжатие и среднее поведение частиц), а также возможность микробного роста, биоразлагаемости и растворимости, зависят от конкретного применения и должны также приниматься во внимание. В таблице 4 приведены основные предпосылки, касающиеся опор (поддержки) для иммобилизации клеток.
Таблица 4: Необходимые условия для поддержки иммобилизации и преимущества иммобилизации клеток.
Необходимые условия для поддержки иммобилизации
Преимущества иммобилизации клеток
(1) адекватно большая поверхность иммобилизационной опоры (поддержки);
(2) Простота в обращении и регенерации иммобилизационной опоры (поддержки);
(3) Наличие иммобилизационной поддержки;
(4) экономическая эффективность процесса поддержки и иммобилизации;
(5) принятие потребителями иммобилизационной опоры и предотвращение негативного воздействия на конечный пищевой продукт (например, образования неприятных запахов);
(6) сохранение жизнеспособности иммобилизованных клеток;
(7) предотвращение негативного влияния иммобилизации клеток на биологическую и метаболическую активность иммобилизованных клеток;
(8) пищевая чистота иммобилизационной опоры.
(1) Длительная активность и стабильность иммобилизованных клеток, поскольку опора иммобилизации может выступать в качестве защитного агента от физико-химических изменений (рН, температура, соли желчных кислот и т. Д.)
(2) Более высокая плотность клеток, которая приводит к повышению продуктивности и увеличению поглощения и выхода субстрата.
(3) Повышенная устойчивость к высокой концентрации субстрата и ингибированию конечного продукта
(4) Снижение риска микробного загрязнения из-за высокой плотности клеток и повышенной активности брожения
(5) Способность к низкотемпературной ферментации и / или созреванию для определенных пищевых продуктов
(6) Сокращение времени ферментации и созревания при определенных обстоятельствах.
3.2. Преимущества иммобилизации клеток.
Недавние примеры исследований и применения иммобилизации клеток выявили ряд преимуществ, которые обобщены в таблице 4. Вкратце, иммобилизация клеток обеспечивает защиту клеточного агента от физико-химических изменений, таких как pН, температура, соли желчи [15, 73-76], более высокие плотности клеток и клеточные нагрузки [77], более высокая производительность и эффективность [61], улучшенная утилизация субстрата [61], снижение риска микробного загрязнения [61], а также более быстрые темпы ферментации и созревания, то есть при ферментации пробиотического ферментированного молока и мяса [61, 78].
4. Применение технологии иммобилизации в производстве пробиотических продуктов питания
Продукты, используемые для распространения пробиотиков, обычно являются ферментированными продуктами, даже если пробиотики могут также присутствовать в детских смесях, фруктовых напитках, сывороточных напитках и сладком молоке. Кисломолочные продукты и сыр являются наиболее распространенными продуктами, содержащими пробиотики [33], в то время как йогурты [79], мороженое [80] и ферментированные соевые продукты [81] также хорошо известны на рынке [82]. В ферментированных молочных продуктах чаще всего в качестве пробиотиков используются лактобациллы, такие как Lactobacillus acidophilus и бифидобактерии, часто называемые «бифидус» [83]. Хотя штаммы бифидобактерий и лактобактерий в настоящее время являются наиболее широко используемыми пробиотиками для потребления человеком, другие микроорганизмы, включая Enterococcus, Streptococcus и Propionibacterium, а также некоторые дрожжи, также могут способствовать здоровью кишечника человека [84].
В Европе применение пробиотиков ограничено кисломолочными продуктами. Однако в Соединенных Штатах пробиотики чаще всего встречаются в секторе пищевых добавок и в йогуртах, в то время как в Японии и Корее использование пробиотиков также широко распространено в пищевых продуктах, которые, как утверждается, способствуют процессу пищеварения. С другой стороны, исследования в настоящее время также ориентированы на немолочные продукты, такие как ферментированное мясо и хлебобулочные изделия.
Среди многочисленных опор для иммобилизации только несколько считаются пригодными для производства продуктов питания. Например, неорганические материалы обычно исключаются, потому что они характеризуются как непригодные для питания человека или животных. Вместо этого предпочтительными являются биополимеры и натуральные чистые пищевые носители. Также очень интересно использовать материалы с неперевариваемыми углеводами и исследовать их применение в производстве пробиотических пищевых продуктов.
В таблице 5 представлены примеры применения пробиотической иммобилизации клеток в производстве продуктов питания.
4.1. Микрокапсулирование на биополимерах .
Микроинкапсуляция описана как технология, которая может обеспечить защиту чувствительных культур от высокого уровня кислорода [85], производства и хранения [86], замораживания [87] и во время транзита через желудочно-кишечный тракт человека [88].
4.1.1. Альгинаты.
Микросферы альгината кальция могут быть получены как методом экструзии, так и эмульсией [77, 90–93].
Экструзия является старейшим и наиболее распространенным подходом для изготовления капсул с гидроколлоидами, и его можно достичь, просто опуская водный раствор пробиотиков в гелеобразующую ванну. Размер и форма шариков обычно колеблются в пределах 2–5 мм и зависят от диаметра иглы и расстояния свободного падения [90]. Он обладает небольшим диапазоном размеров (меньше, чем эмульсия), но не дает частиц размером менее 300 мкм [92]. Экструзия более популярна, чем эмульсионная технология, благодаря своей простоте, удобству в обращении, низкой стоимости, по крайней мере в небольших масштабах, и щадящим условиям рецептуры, которые обеспечивают поддержание высокой жизнеспособности клеток (80-95%) [90]. Применение технологии струйной резки позволяет сегодня производить микрошарики в больших масштабах [94].
На рис. 2 представлены этапы процессов экструзии и эмульсии и химическая структура остатков альгината, а также схематическая диаграмма микроорганизмов и гидрогелей.
Рисунок 2. Стадии экструзионных и эмульсионных процессов и химическая структура альгинатных остатков, а также принципиальная схема микроорганизмов и гидрогелей.
Важной проблемой для пробиотической инкапсуляции является уменьшение размера частиц, поскольку это может отрицательно повлиять на текстурные и сенсорные свойства продукта. Например, потребители обнаружили зернистую текстуру в йогуртах, содержащих инкапсулированные бифидобактерии (размер частиц около 22-50 мкм) [96]. С другой стороны, уже есть коммерческие продукты (йогурт и хлопья для завтрака), в которых частицы, содержащие пробиотики, четко видны в продуктах и даже рекламируются на этикетке. С частицами геля клетки обычно не высвобождаются в пищевые продукты при добавлении; исследования in vitro и ex vivo показали что бусы сохраняли свою целостность в условиях имитации желудка, но впоследствии высвобождали свой груз в желудочно-кишечный тракт [91].
Другая проблема, на которую следует обратить внимание, заключается в том, что присутствие остаточного масла на поверхности капсулы, полученного эмульгированием, оказывает вредное воздействие на текстуру и органолептические свойства продукта. Кроме того, введение капсул в диетические продукты затруднено, а остаточное масло, поверхностно-активное вещество или эмульгатор могут быть токсичными для пробиотических клеток.
Выживание микрокапсулированных пробиотиков, Lactobacillus acidophilus 547, Bifidobacterium bifidum ATCC 1994 и Lactobacillus casei 01, в перемешанном йогурте ультра-высокотемпературной обработки (UHT) и обычно обработанном молоке во время хранения при низкой температуре было исследовано Krasaekoopt et al. [63]. Было зафиксировано более высокое выживание инкапсулированных пробиотических бактерий в альгинатных гранулах, покрытых хитозаном, по сравнению со свободными клетками приблизительно на 1 log-цикл. Количество пробиотических бактерий оставалось выше рекомендуемого терапевтического минимума (10 7 КОЕ/г) в течение всего периода хранения (4 недели), за исключением B. bifidum, уровни которого снизились ниже 10 6 КОЕ/г (снижение жизнеспособности на 37,6–47,5% количество клеток). Использование UHT или обычного обработанного молока не влияло на выживаемость клеток. Поскольку бифидобактерии строго анаэробны, выживаемость этого организма может быть улучшена путем увеличения исходного числа клеток перед капсулированием и путем добавления поглотителя кислорода, такого как гидрохлорид L-цистеина, во время микроинкапсулирования [63].
Микрокапсулирование также, по-видимому, создает аноксические области внутри микрокапсул, поэтому снижает кислород, что предотвращает потерю жизнеспособности чувствительных к кислороду пробиотических штаммов, а также защищает клетки от кислотных условий в йогурте [97, 98]. Кислородная толерантность бифидобактерий в гелевых шариках также была подтверждена [99]. Однако эффективность микрокапсулирования при защите пробиотиков зависит от чувствительности штамма к кислороду и уровня растворенного кислорода в пищевом продукте.
Кальций-альгинатный захват Lactobacillus acidophilus был также предложен для получения пробиотического ферментированного томатного сока [68]. Иммобилизованные клетки переносили неблагоприятные эффекты томатного сока, и, таким образом, жизнеспособное количество иммобилизованных клеток поддерживалось на уровне ≥7 log КОЕ/г после 10 недель хранения в холодильнике при 4°C, в отличие от 4 log КОЕ/г свободных клеток.
Сходным образом, благодаря введению в йогурт выживаемость вызванных кальцием альгинатно-крахмальных инкапсулированных L. acidophilus и B. lactis была значительно улучшена благодаря защите клеток [65]. О такой же тенденции сообщалось и при хранении лиофилизированного йогурта при температуре окружающей среды, содержащего альгинатно-микрокапсулированную смешанную пробиотическую культуру [100], а также альгинатно-микроинкапсулированную L. reuteri, полученную с использованием технологии экструзии или эмульсии, включенную в сухие колбасные изделия [66], и кальциево-альгинатные капсулированные В. Bifidum и B. infantis, введенные в майонез [60].
Напротив, инкапсуляция Lactobacillus acidophilus ATCC 4356 на альгинатах кальция не оказывала влияния на выживаемость клеток по сравнению со свободными клетками при холодильном хранении йогуртов в течение 4 недель [70]. Однако значительно большая выживаемость инкапсулированных по сравнению со свободными пробиотическими бактериями наблюдалась в исследованиях in vitro с использованием искусственных систем желудочного пищеварения человека [70].
В другом исследовании сообщалось, что микрокапсулирование в альгинатах приводит к повышению устойчивости L. casei к термической обработке при температуре 55-65 °С [101]. Полученные данные позволяют предположить, что микрокапсулированные пробиотические клетки могут быть использованы в мясопереработке, где требуется умеренная термическая обработка.
4.1.2. Молочные и сывороточные белковые гели.
Инкапсуляция пробиотиков в белковые гелевые частицы может обеспечить защиту во время пищевой обработки и хранения. Микрокапсулы белка, содержащие инкапсулированные бактерии, могут быть получены путем эмульсионной и распылительной сушки или экструзии и сублимационной сушки, и они могут быть включены в различные продукты, такие как йогурт, сыр и печенье, для придания пробиотических свойств [67, 102-105]. Иммобилизация пробиотических культур в микрокапсулах на основе сывороточного белка может увеличить выживаемость клеток в экстремальных условиях, что делает этот подход потенциально полезным для доставки жизнеспособных бактерий в желудочно-кишечный тракт человека через кисломолочные ферментированные продукты. Однако при инкапсуляции чувствительных микроорганизмов распылительной сушкой следует учитывать технологические свойства штаммов, в частности термостойкость.
Lactobacillus paracasei ssp. paracasei F19 и Bifidobacterium lactis Bb12 инкапсулировали в молочные белковые матрицы с помощью ферментативного индуцированного желирования с сычужным ферментом [74] и в микрокапсулы казеина пищевого качества на основе катализируемого трансглутаминазой желирования суспензий казеина [75]. Были получены нерастворимые в воде сферические капсулы с объемным средним диаметром 68±5 мм и 165±23 мм соответственно. Анализ числа живых клеток после инкубации свободных и инкапсулированных пробиотиков при низких значениях рН и в моделированном желудочном соке без пепсина при рН 2,5 и рН 3,6 (37°С, 90 мин) показал защитный эффект, обусловленный микрокапсуляцией при всех испытанных условиях. Оба исследования показали, что микрокапсулирование пробиотических клеток может быть подходящей альтернативой современным доступным технологиям и может защитить пробиотические клетки от повреждения из-за уровней рН, аналогичных тем, что находятся в желудке человека.
Эффективность изолята сывороточного белка в качестве матрицы инкапсуляции для поддержания жизнеспособности Lactobacillus rhamnosus GG была оценена ранее [106]. Атомно-силовая микроскопия показала, что экструзия микрошариков при рН 4,6 стимулирует сильные когезивные взаимодействия внутри белковых пробиотических амальгам. Микроскопическое окрашивание живых / мертвых клеток визуализировало однородное распределение живых пробиотиков по матрицам микрошариков. После 3 ч инкубации в желудке in vitro (рН 1,8; 37°С) микрошарики, нагруженные 10 10 КОЕ, продемонстрировали кислотную стабильность и пептическую устойчивость, характеристики, необходимые для оптимального пробиотического убежища. Однако энзим-активированные кишечные условия катализировали синергическую реакцию, включающую быструю дезинтеграцию матрикса и контролируемое высвобождение пробиотика. В целом, исследование привело к разработке и проектированию белкового инкапсулирующего полимера на основе конгруэнтных матричных взаимодействий для усиления пробиотической защиты в сложных ситуациях для их адресной доставки к местам адсорбции в кишечнике.
Соответственно, клеточная иммобилизация одного и того же штамма (Lactobacillus rhamnosus GG) в нативных, денатурированных и гидролизованных изолятах сывороточного белка была исследована Doherty et al. [76]. Гидролизованные или денатурированные изоляты сывороточного белка были наиболее подходящими матрицами для иммобилизации клеток, в то время как нативный белок обеспечивал самую слабую защиту от термического и кислотного стресса. Пространственное распределение пробиотических клеток в иммобилизованных препаратах оценивали методом атомно-силовой и конфокальной сканирующей лазерной микроскопии, а микроскопический анализ денатурированных препаратов выявил оазис иммобилизованных клеток, отделенных по фазе от окружающей белковой матрицы.
Прямое диспергирование свежих клеток в термообработанной белковой суспензии с последующей распылительной сушкой также было предложено в качестве альтернативного и менее разрушительного метода микрокапсулирования, при этом выживаемость после распылительной сушки составила 26% для B. breve и 1,4% для более чувствительной к нагреванию. B. longum [102]. Хотя жизнеспособность бактерий после сушки распылением оставалась низкой, количество жизнеспособных клеток B. breve, захваченных в микрокапсулы из сывороточного белка, было значительно выше, чем у свободных клеток после 28 дней в йогурте, хранящемся при 4 °C (+2,6 log циклов) и после последовательного воздействия смоделированного желудочного и кишечного соков (+2,7 log циклов). В отличие от этого, у B. longum не наблюдалось защитного эффекта инкапсуляции.
Аналогичным образом, Ainsley Reid et al. исследовали влияние микропрепарата геля изолята сывороточного белка на жизнеспособность Lactobacillus rhamnosus R011 во время производства и хранения печенья, замороженного клюквенного сока и овощного сока. [67]. Гранулы были получены путем экструзии денатурированного раствора бактерий, концентрированного изолятом сывороточного белка (объемное соотношение 70:30), в растворе CaCl2. После замачивания в течение 30 мин при 4°С в стерильном защитном растворе на основе молока, состоящем из 20% (w/w) сухого обезжиренного молока, 5% (w/w) сахарозы, 1% (w/w) бакто-казитона и добавленной 0,35% (w/v) аскорбиновой кислоты, их подвергали сублимационной сушке и растирали до получения мелкодисперсного порошка [67]. Жизнеспособность микроэнтропийных клеток сравнивали со свободными клетками, сублимированными в защитном растворе на основе молока и в денатурированном растворе на основе сывороточного белка, обогащенном лактозой и сахарозой. При производстве печенья и его хранении в течение 2 недель при температуре 23°С минимальное снижение количества клеток (от 1,3×10 7 до 3 КОЕ/г) наблюдалось в клетках, микроинтрапированных в частицы геля изолята сывороточного белка. Однако свободные клетки, полученные в матрице на основе молока, сохраняют наибольшую жизнеспособность при хранении овощного сока, а также при замораживании и хранении клюквенного сока. Наибольшее снижение количества жизнеспособных микроорганизмов в процессе нагревания печенья, а также при хранении овощного сока, замораживании и хранении клюквенного сока было зафиксировано в свободной культуре, приготовленной в растворе на основе изолята сывороточного белка. Хотя раствор на основе изолята сывороточного белка не был эффективным в поддержании высокой жизнеспособности свободных клеток, был сделан вывод о том, что процесс микропрепарата может помочь в защите лиофилизированных клеток от последующих кислотных и щелочных условий pH и во время нагревания и замораживания продукты питания.
4.2. Натуральные опоры.
Плоды содержат неперевариваемые углеводы, которые являются основой для иммобилизации клеток. Кусочки яблока и айвы оказались подходящими носителями для иммобилизации клеток Lactobacillus casei [61]. Иммобилизованные биокатализаторы использовали в производстве кисломолочной и пробиотической добавки ферментированного молока, в то время как иммобилизованные бактериальные клетки были способны к реактивации после хранения в течение 129 дней при 4°C. В ферментированном молоке на протяжении всего периода хранения преобладал фруктовый, характерный аромат. Иммобилизованный клетки L. casei на кусочках фруктов также успешно используются в производстве пробиотических сыров [62].
Кусочки фруктов и овса также были недавно предложены в качестве средств доставки L. casei ATCC 393. Иммобилизованные клетки использовались для производства пробиотического йогурта, и за выживанием клеток следили во время хранения в холодильнике. Микробиологический и штамм-специфический мультиплексный ПЦР-анализ показал, что как свободный, так и иммобилизованный L. casei ATCC 393 были обнаружены на необходимых уровнях для обеспечения пробиотического эффекта (не менее 6 log КОЕ/г) в течение более длительных периодов, чем требуется молочной промышленностью (≥30 дней) при хранении при 4°С [72].
Были предприняты попытки объединить полезные эффекты пробиотиков с фруктами и овощами, применяя процесс вакуумной пропитки. Было показано, что возможно введение микробных клеток в структурный матрикс свежей яблочной ткани с помощью пропиточной жидкости, инокулированной S. cerevisiae и L. casei spp. rhamnosus. Для разработки сухофруктовых продуктов с пробиотическим эффектом был предложен процесс, сочетающий процесс вакуумной пропитки с воздушной сушкой [107]. Вакуумные и / или атмосферные методы пропитки рассматриваются как возможные технологии для эксплуатации тканей фруктов и овощей. Функциональные ингредиенты могут быть успешно включены в ткани растительного происхождения, обеспечивая, таким образом, новые функциональные категории продуктов и новые коммерческие возможности.
Целью методов консервирования пищевых продуктов, представляющих интерес в рамках программы ”Иберо-Америка» (CYTED Program), проводившейся с 1999 по 2004 год, был анализ возможности атмосферной и/или вакуумной пропитки с целью включения физиологически активных соединений в растительные ткани без разрушения исходной пищевой матрицы. Вышеуказанные исследования внесли значительный вклад в разработку функциональных фруктовых и овощных матриц, обогащенных пробиотиками [108].
Злаки, которые также содержат неперевариваемые углеводы, могут применяться в качестве опор для иммобилизации клеток. В последние годы для повышения жизнеспособности пробиотических штаммов в функциональных пищевых продуктах было протестировано несколько методов инкапсуляции с использованием зерновых фракций [109, 110]. Многочисленные полезные эффекты злаков могут быть использованы по-разному, что приводит к разработке новых продуктов питания. Зерновые культуры могут быть использованы в качестве ферментируемых субстратов для роста пробиотических микроорганизмов, но они также содержат потенциальные пребиотические соединения, функциональные свойства которых должны быть изучены. Кроме того, предполагается, что зерновые компоненты, такие как крахмал, обладают способностью доставлять иммобилизованные пробиотические микроорганизмы в кишечник человека при использовании в качестве иммобилизационных опор [111, 112]
Исходя из вышеизложенного, перспективными носителями Lactobacillus rhamnosus при сублимационной сушке и хранении в яблочном соке и хлопьях с шоколадной глазурью считались пшеничный декстрин, полидекстроза, яблочная клетчатка и инулин [64].
Недавно была проведена оценка производства пробиотических сухих ферментированных колбас, содержащих иммобилизованные Lactobacillus casei ATCC 393 на пшенице (неопубликованные результаты). Уровни пробиотического штамма оставались выше 6 log КОЕ / г в процессе созревания, но, что более важно, после тепловой обработки при 70–72 °C в течение 8–10 минут в отличие от свободных клеток, подтверждая защитную роль иммобилизации клеток.
Наконец, недавно были предприняты усилия по иммобилизации пробиотического штамма на сельскохозяйственных отходах. Кожура дуриана, мангостина и джекфрута использовалась в качестве подложки для иммобилизации штаммов L. acidophilus и L. bulgaricus, а иммобилизованные пробиотики показали повышенный рост, большее снижение стахиозы, сахарозы и глюкозы, более высокую продукцию молочной и уксусной кислот и более низкий pH в соевом молоке по сравнению со свободными клетками [69]. Аналогично, L. casei иммобилизировали на пивных дробинах (отработанном пивоварном зерне), а иммобилизованный биокатализатор использовали в хлебопечении [113]. Однако продукты не характеризовались как пробиотики, так как клетки L. casei не выживали в процессе выпечки.
5. Выводы и перспективы на будущее
Несмотря на изобилие пробиотических препаратов и поддержку иммобилизации, предложенную рядом исследователей, технология иммобилизованных клеток еще не получила широкого распространения в промышленном секторе, главным образом из-за проблем безопасности, связанных с агентами иммобилизации, подтверждением стабильности и функциональности биоактивных культур и отсутствием процессов, которые можно легко масштабировать. Текущие исследования направлены на решение вышеуказанных проблем, поскольку иммобилизация является успешным способом защиты и повышения жизнеспособности клеток. Оценка промышленной осуществимости технологии иммобилизации является обязательной для обеспечения экономически эффективных, крупномасштабных количеств пробиотических продуктов для конкретного клинического и / или коммерческого использования.
Для успешной иммобилизации и культивирования пробиотических клеток иммобилизационный материал должен способствовать жизнеспособности и функционированию клеток (биосовместимости) в определенных пищевых системах. Следовательно, иммобилизационные носители пищевой чистоты, такие как натуральные носители, считаются выгодными для производства пищевых продуктов. Системы микрокапсул или шариков с использованием различных биополимеров очень легко приготовить в лабораторных условиях. Однако масштабирование процесса очень сложно, а затраты на его обработку очень высоки. Кроме того, механическая нестабильность является важным недостатком гелей. Часто замечали, что структура геля разрушается из-за роста клеток и интенсивного производства углекислого газа.
В ближайшем будущем ожидается, что ключевым фактором будут множественные доставки, и таким образом будет расширена новая область комплексных питательных матриц. Например, коэнкапсуляция пробиотических культур с определенными пищевыми ингредиентами может быть полезной, так как в то же время она позволяет вводить биологически активные соединения, в то время как положительный эффект пробиотиков может быть усилен при правильном подборе веществ. Таким образом, коиммобилизация пробиотических микроорганизмов с пребиотиками, антиоксидантами, пептидами или иммуностимулирующими соединениями становится особенно привлекательной в будущих перспективах.
Кроме того, в нормативах по новым продуктам должна быть указана маркировка, включая штамм и количество жизнеспособных клеток в конце срока годности пробиотических продуктов. Такие директивы считаются важнейшими для развития промышленного и коммерческого сознания, а также для защиты прав потребителей.
Наконец, разработка новых функциональных продуктов питания является серьезной проблемой для удовлетворения ожиданий потребителей в отношении здоровых и полезных продуктов питания. Отрасли промышленности должны преодолеть возможные трудности и найти пути использования преимуществ, предлагаемых технологией иммобилизованных клеток, с адекватными затратами. Очевидно, что рынок пробиотиков имеет большое будущее, поскольку преимущества, обеспечиваемые потреблением пробиотиков, теперь хорошо документированы, и, следовательно, потребительские потребности, как ожидается, возрастут.
Дополнительно см.:
Литература:
Будьте здоровы!
ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ