Improvement of the viability of probiotics (Lactobacillus acidophilus) by multilayer encapsulation / Melhoramento da viabilidade de probióticos (Lactobacillus acidophilus) por encapsulação em multicamadas

This study produced pectin microcapsules containing Lactobacillus acidophilus by external ionic gelation, followed by the adsorption of whey protein and pectin to form multilayers. The viability of free and microencapsulated lactobacilli was evaluated after in vitro exposure to gastrointestinal conditions. They were also assessed by heat treatment, and stability was examined at -18°C, 5°C and 25°C for 120 days. Exposure to different pHs, simulating passage through the gastrointestinal tract, showed that treatment of the microcapsules with only pectin (LA/P0) and with one and two layers of whey protein (treatments LA/P1 and LA/P3, respectively), were able to protect Lactobacillus acidophilus , with microcapsules increasing the release of probiotics from the stomach into the intestines. Free cells showed a decrease in their counts over the course of the simulated gastrointestinal system. Regarding heat treatments, microcapsules with a layer of whey protein (LA/P1) maintained the viability of their encapsulated Lactobacillus acidophilus (9.57 log CFU/g-1). The best storage viability was at -18°C, with a count of 7.86 log CFU/g-1at 120 days for microcapsule LA/P1,with those consisting of two layers of whey protein (LA/P3)having a 6.55 log CFU/g-1 at 105 days. This study indicated that external ionic gelation was effective and could be used for the production of pectin microcapsules, with multilayer whey protein promoting greater protection and viability of Lactobacillus acidophilus.(AU)

O objetivo deste trabalho foi produzir microcápsulas de pectina, contendo Lactobacillus acidophilus por gelificação iônica externa, seguida da adsorção de proteína de soro de leite e multicamadas formadoras de pectina. Além disso, a viabilidade de lactobacilos livres e microencapsulados, após exposição in vitro a condições gastrintestinais, foi avaliada após simulação de tratamentos térmicos e, finalmente, estabilidade a -18°C, 5°C e 25°C durante 120 dias de armazenamento. A exposição a diferentes pHs, simulando a passagem pelo trato gastrointestinal, mostrou que os tratamentos das microcápsulas com apenas pectina (LA/P0) e com uma e duas camadas proteína do soro (tratamentos LA/P1 e LA/P3, respectivamente), foram capazes de proteger o Lactobacillus acidophilus , enquanto as microcápsulas aumentaram a liberação de probióticos do estômago para o intestino. As células livres diminuíram suas contagens no curso do sistema. Em relação aos tratamentos térmicos aplicados, pode-se afirmar que a microcápsula com uma camada de proteína do soro (LA/P1) resistiu e manteve a viabilidade de Lactobacillus acidophilus (9,57 log CFU / g-1). A melhor viabilidade foi obtida no armazenamento a -18°C, com uma contagem de 7,86 log CFU / g-1 para essa mesma microcápsula (LA/P1) no final do armazenamento (120 dias) e 6,55 log CFU / g-1 para as microcápsulas com duas camadas de proteína do soro (LA/P3) por 105 dias. Este estudo indica que a gelificação iônica externa é eficaz e pode ser usada para a produção de microcápsulas de pectina com multicamadas de proteína de soro para promover maior proteção e viabilidade ao Lactobacillus acidophilus.(AU)

Improvement of the viability of probiotics (Lactobacillus acidophilus) by multilayer encapsulation / Melhoramento da viabilidade de probióticos (Lactobacillus acidophilus) por encapsulação em multicamadas

ABSTRACT: This study produced pectin microcapsules containing Lactobacillus acidophilus by external ionic gelation, followed by the adsorption of whey protein and pectin to form multilayers. The viability of free and microencapsulated lactobacilli was evaluated after in vitro exposure to gastrointestinal conditions. They were also assessed by heat treatment, and stability was examined at -18 °C, 5 °C and 25 °C for 120 days. Exposure to different pHs, simulating passage through the gastrointestinal tract, showed that treatment of the microcapsules with only pectin (LA/P0) and with one and two layers of whey protein (treatments LA/P1 and LA/P3, respectively), were able to protect Lactobacillus acidophilus , with microcapsules increasing the release of probiotics from the stomach into the intestines. Free cells showed a decrease in their counts over the course of the simulated gastrointestinal system. Regarding heat treatments, microcapsules with a layer of whey protein (LA/P1) maintained the viability of their encapsulated Lactobacillus acidophilus (9.57 log CFU/g-1). The best storage viability was at -18 °C, with a count of 7.86 log CFU/g-1at 120 days for microcapsule LA/P1,with those consisting of two layers of whey protein (LA/P3)having a 6.55 log CFU/g-1 at 105 days. This study indicated that external ionic gelation was effective and could be used for the production of pectin microcapsules, with multilayer whey protein promoting greater protection and viability of Lactobacillus acidophilus.

RESUMO: O objetivo deste trabalho foi produzir microcápsulas de pectina, contendo Lactobacillus acidophilus por gelificação iônica externa, seguida da adsorção de proteína de soro de leite e multicamadas formadoras de pectina. Além disso, a viabilidade de lactobacilos livres e microencapsulados, após exposição in vitro a condições gastrintestinais, foi avaliada após simulação de tratamentos térmicos e, finalmente, estabilidade a -18 ºC, 5 ºC e 25 ºC durante 120 dias de armazenamento. A exposição a diferentes pHs, simulando a passagem pelo trato gastrointestinal, mostrou que os tratamentos das microcápsulas com apenas pectina (LA/P0) e com uma e duas camadas proteína do soro (tratamentos LA/P1 e LA/P3, respectivamente), foram capazes de proteger o Lactobacillus acidophilus , enquanto as microcápsulas aumentaram a liberação de probióticos do estômago para o intestino. As células livres diminuíram suas contagens no curso do sistema. Em relação aos tratamentos térmicos aplicados, pode-se afirmar que a microcápsula com uma camada de proteína do soro (LA/P1) resistiu e manteve a viabilidade de Lactobacillus acidophilus (9,57 log CFU / g-1). A melhor viabilidade foi obtida no armazenamento a -18 ° C, com uma contagem de 7,86 log CFU / g-1 para essa mesma microcápsula (LA/P1) no final do armazenamento (120 dias) e 6,55 log CFU / g-1 para as microcápsulas com duas camadas de proteína do soro (LA/P3) por 105 dias. Este estudo indica que a gelificação iônica externa é eficaz e pode ser usada para a produção de microcápsulas de pectina com multicamadas de proteína de soro para promover maior proteção e viabilidade ao Lactobacillus acidophilus.

Functional properties and sensory testing of whey protein concentrate sweetened with rebaudioside A / Propriedades funcionais e teste sensorial de concentrado proteico do soro do leite adoçado com rebaudiosídeo A

ABSTRACT Objective: To develop a natural dietary product with functional benefits for diabetic patients. Whey protein concentrate was obtained through the separation membrane processes and sweetened with rebaudioside A. This product was submitted to sensory testing in humans and used to evaluate possible functional properties in male Wistar rats models with diabetesMellitus induced by streptozotocin. Methods: Two concentrates were produced. Only the second showed protein content of 74.3 and 17.3% of lactose was used as supplementation in induced diabetic rats. This concentrate was obtained from the concentration by reverse osmosis system (180 k Daltons), followed by nanofiltration in a 500 k Daltons membrane and spray drying at 5.0% solution of the first concentrate developed. The concentrate was sweetened with rebaudioside A (rebaudioside A 26 mg/100 g concentrate). All procedures were performed at the Center for Studies in Natural Products, at the Universidade Estadual de Maringá. Three experimental groups were established (n=6): two groups of diabetic animals, one control group and one supplemented group; and a control group of normal mice (non-diabetic). The supplemented group received concentrates sweetened with rebaudioside A in a dose of 100 mg/kg bw/day by an esophageal tube for 35 days. Fasting, the fed state and body weight were assessed weekly for all groups. At the end of the supplementation period, the following were analyzed: plasma parameters of glucose, total cholesterol, triglycerides and fructosamine; the serum levels of aspartate aminotransferase and alanine aminotransferase, water and food intake. Organs and tissues were removed and weighed to assess mass and anatomical changes. Results: The product presented 74% of proteins and 17% of lactose and showed satisfactory sensory testing by the addition of 26 mg of rebaudioside A/100 g concentrate. Supplementation of the product reduced hyperglycemia, plasma fructosamine levels, triglycerides and total cholesterol, and improved body weight gain of streptozotocin-induced diabetic rats. Conclusion: Whey protein concentrate with substantial content of protein (above 70%) and low lactose was obtained through the membrane separation processes. The addition of rebaudioside A at the concentration of 26 mg/100 g rebaudioside A proved to be as sweet as sucralose with satisfactory sensory testing, which indicates that this is a non-caloric natural sweetener that can replace artificial sweeteners. The product (whey protein concentrate sweetened with rebaudioside A) presented important functional properties and reduced the metabolic disorders caused by the syndrome.

RESUMO Objetivo: Obtenção de um concentrado proteico do soro do leite por meio de processos de separação por membranas, adoçado com rebaudiosídeo A, análise sensorial em humanos e avaliação de propriedades funcionais em modelos de ratos induzidos por estreptozotocina. Métodos: Foram produzidos dois concentrados, mas apenas o segundo, que apresentou teor proteico de 74,3 e 17,3% de lactose, foi utilizado na suplementação de animais diabéticos. Esse concentrado foi obtido a partir da concentração em sistema de osmose reversa (180 Daltons), seguida de nanofiltração em membrana de 500 Daltons e secagem emspray dryer de uma solução a 5% do primeiro concentrado desenvolvido. O concentrado foi adoçado com rebaudiosídeo A (26 mg de rebaudiosídeo A/100 g de concentrado) obtido por meio da extração, separação e purificação das folhas de Stevia rebaudiana. Todos os processos foram realizados no Núcleo de Estudos em Produtos Naturais, da Universidade Estadual de Maringá. Foram estabelecidos três grupos experimentais (n=6): dois de animais diabéticos, um controle e outro suplementado; e um grupo de animais não diabéticos controle. O grupo suplementado recebeu o concentrado adoçado com rebaudiosídeo A na dose de 100 mg/kg peso corporal/dia, por sonda esofágica, por um período de 35 dias. Em todos os grupos, foram avaliadas semanalmente as glicemias de jejum e no estado alimentado, e o peso corporal. Ao final do período de suplementação, os parâmetros plasmáticos de glicose, colesterol total, triglicérides e da frutosamina; os valores séricos de aspartato aminotransferase e alanina aminotransferase e a ingestão hídrica e alimentar foram analisados. Órgãos e tecidos foram retirados e pesados a fim de se avaliarem alterações de massa e anatômicas. Resultados: O produto formulado apresentou 74% de proteínas e 17% de lactose e apresentou perfil sensorial satisfatório por meio da adição de 26 mg de rebaudiosídeo A/100 g de concentrado. A suplementação do produto reduziu a hiperglicemia, os níveis plasmáticos de frutosamina, triglicérides e colesterol total e ainda melhorou o ganho de peso corporal dos ratos diabéticos induzidos. Conclusão: Os processos de separação por membranas utilizados neste estudo proporcionaram a obtenção eficiente de um concentrado proteico do soro do leite, com teor proteico importante, superior a 70% e com baixo teor de lactose. A adição de rebaudiosídeo A ao produto na concentração de 26 mg/100 g de rebaudiosídeo A proporcionou dulçor equivalente ao da sucralose, com perfil sensorial satisfatório, o que indica que esse edulcorante natural não calórico tem potencialidade para substituir os artificiais. O produto obtido (concentrado proteico do soro do leite adoçado com rebaudiosídeo A) apresentou propriedades funcionais importantes, reduzindo alguns distúrbios metabólicos decorrentes dessa síndrome.

Qualidade de leites fermentados funcionais elaborados a partir de bactérias ácido-lácticas isoladas de queijo de coalho / Quality of functional fermented milks produced by the use of lactic acid bacteria isolated from coalho cheese

Leites fermentados foram elaborados a partir de bactérias ácido-lácticas com propriedades funcionais, isoladas de queijo de coalho com e sem a adição de concentrado proteico de soro (CPS). Características físico-químicas, microbiológicas e sensoriais dos produtos elaborados foram analisadas durante 40 dias de estocagem sob refrigeração a 8-10ºC. Todos os leites fermentados elaborados, independentemente da adição de CPS e da cultura utilizada, apresentaram contagens adequadas de bactérias (>10(8)UFC/mL) durante todo o período de avaliação, o que garantiria seu possível potencial funcional. Leites fermentados por Lactobacillus acidophilus apresentaram melhor aceitação (P<0,05) pelos provadores aos 10 dias de estocagem; enquanto, aos 40 dias, o leite fermentado por Weissella confusa sem CPS resultou em pior aceitação (P<0,05). A associação de Lactobacillus acidophilus e Weissella confusa ou somente Lactobacillus acidophilus, independentemente da adição de CPS, seriam recomendados para elaboração industrial de novos leites fermentados potencialmente funcionais a partir de culturas lácticas brasileiras.(AU)

Fermented milks were produced using whey protein concentrate (WPC) and potentially functional lactic acid bacteria, which were isolated from coalho cheese produced in. Physical-chemical, microbiological, and sensorial characteristics of the fermented milks were analyzed during 40 days under refrigeration at 8-10ºC. All products, irrespectively of WPC adding or culture used, showed appropriated bacterial counts (>10(8)CFU/mL) throughout the evaluation time, which would guarantee their functional potential. Lactobacillus acidophilus fermented milks presented better sensorial approval (P<0.05) when evaluated at 10-day storage; while Weissella confusa fermented milks presented lower acceptance (P<0.05) at 40-day storage. The association of Lactobacillus acidophilus and Weissella confusa or Lactobacillus acidophilus isolatedly, irrespectively of WPC adding, should be recommended for the industrial elaboration of novel functional fermented milks using Brazilian lactic cultures as starters.(AU)

Qualidade de leites fermentados funcionais elaborados a partir de bactérias ácido-lácticas isoladas de queijo de coalho / Quality of functional fermented milks produced by the use of lactic acid bacteria isolated from coalho cheese

Leites fermentados foram elaborados a partir de bactérias ácido-lácticas com propriedades funcionais, isoladas de queijo de coalho com e sem a adição de concentrado proteico de soro (CPS). Características físico-químicas, microbiológicas e sensoriais dos produtos elaborados foram analisadas durante 40 dias de estocagem sob refrigeração a 8-10ºC. Todos os leites fermentados elaborados, independentemente da adição de CPS e da cultura utilizada, apresentaram contagens adequadas de bactérias (>10(8)UFC/mL) durante todo o período de avaliação, o que garantiria seu possível potencial funcional. Leites fermentados por Lactobacillus acidophilus apresentaram melhor aceitação (P<0,05) pelos provadores aos 10 dias de estocagem; enquanto, aos 40 dias, o leite fermentado por Weissella confusa sem CPS resultou em pior aceitação (P<0,05). A associação de Lactobacillus acidophilus e Weissella confusa ou somente Lactobacillus acidophilus, independentemente da adição de CPS, seriam recomendados para elaboração industrial de novos leites fermentados potencialmente funcionais a partir de culturas lácticas brasileiras.

Fermented milks were produced using whey protein concentrate (WPC) and potentially functional lactic acid bacteria, which were isolated from coalho cheese produced in. Physical-chemical, microbiological, and sensorial characteristics of the fermented milks were analyzed during 40 days under refrigeration at 8-10ºC. All products, irrespectively of WPC adding or culture used, showed appropriated bacterial counts (>10(8)CFU/mL) throughout the evaluation time, which would guarantee their functional potential. Lactobacillus acidophilus fermented milks presented better sensorial approval (P<0.05) when evaluated at 10-day storage; while Weissella confusa fermented milks presented lower acceptance (P<0.05) at 40-day storage. The association of Lactobacillus acidophilus and Weissella confusa or Lactobacillus acidophilus isolatedly, irrespectively of WPC adding, should be recommended for the industrial elaboration of novel functional fermented milks using Brazilian lactic cultures as starters.

Obtenção de hidrolisados enzimáticos do concentrado proteico do soro de leite com baixo teor de fenilalanina / Preparation of whey protein concentrate hydrolysates with low phenylalanine content

The objective of this work was to obtain enzymatic hydrolysates of wheyprotein concentrate with low phenylalanine content. Seventeen enzymatic hydrolysates were prepared and the effects of some parameters, such as type of enzyme; enzyme: substrate ratio; substrate concentration and time of hydrolysis were evaluated. Activated carbon was used as adsorbent and showed to be efficient for removing phenylalanine, leading to values above 70%. The best results were otained using pancreatin in an enzyme: substrate ratio of 1:100, a substrate concentration of 10% after 5 hours of hydrolysis, obtaining 81.3% of removal and a final phenylalanine content of 394.1 mg/100g of hydrolysate.

El objetivo de la investigación fue la obtención de hidrolizados enzimáticos con bajo contenido de fenilalanina, a partir de concentrado proteico de suero de leche. Se prepararon 17 hidrolizados enzimáticos y se evaluó el efecto de algunos parámetros como: tipo de enzima, relación enzima: sustrato, concentración de la materia prima y tiempo de hidrólisis. Carbón activado fue utilizado como medio adsorbente, y se mostró eficaz en la remoción de fenilalanina, se obteniendo porcentuales sobre 70%. El mejor resultado fué encontrado usando pancreatina en una relación enzima: sustrato de 1:100, con concentración de materia prima de 10% y 5 horas de hidrólisis, consiguiendo 81,3% de remoción y el contenido final de fenilalaninade 394,1 mg/100g de hidrolizado

O presente trabalho teve como objetivo a obtenção de hidrolisados enzimáticos, a partir do concentrado proteico do soro do leite combaixo teor de fenilalanina. Foram preparados 17 hidrolisados enzimáticos, avaliando-se o efeito de alguns parâmetros, como tipo de enzima, relação enzima: substrato, concentração da matéria-prima e tempo de hidrólise. O carvão ativado foi utilizado como meio adsorvente, e mostrou-se eficaz na remoção da fenilalanina, obtendo-se percentuais acima de 70%. O melhor resultado foi encontrado utilizando-se apancreatina na relação enzima: substrato de 1:100, com a concentração da matéria-prima de 10% após 5 horas de hidrólise, atingindo 81,3% de remoção e o teor final de fenilalaninade 394,1mg/100g de hidrolisado.

Composição centesimal e aceitação de linguiça elaborada com reduzido teor de gordura e adicionada de concentrados protéicos de soro de leite / Centesimal composition and acceptance of sausages produced with reduced tenor of fat and added of whey protein concentrates

Este trabalho objetivou avaliar a composição centesimal e aceitação de lingüiças de carne suína fabricadas com Concentrado Protéico do Soro (WPC) ou com concentrado protéico, com elevado teor de b-lactoglobulina, como substitutos da gordura. Foram realizados sete tratamentos, um grupo controle, contendo 20 por cento de gordura, e seis tratamentos com reduzido teor de gordura, contendo diferentes níveis de adição de WPC ou de fração de b-lactoglobulina, a saber, três tratamentos com 10 por cento de gordura e adição de três diferentes concentrações de WPC (0,2 por cento, 0,5 por cento e 1,0 por cento) e três tratamentos com 10 por cento de gordura e três diferentes níveis de concentrado protéico, com elevado teor de b-lactoglobulina (0,1 por cento, 0,3 por cento e 0,6 por cento). O experimento foi realizado com cinco repetições, contendo todos os tratamentos. Foram realizadas análises em dois tempos de avaliação, um dia após a fabricação e após um período de sete dias de estocagem a aproximadamente 4°C. Foram realizadas análises de proteína (g/100g), gordura (g 100g-1), umidade (g 100g-1), estimativa de valor calórico (kcal 100g-1) e análise sensorial. Os resultados dos teores de proteína, gordura e valor calórico apresentaram diferença (P£0,05) entre o grupo controle e os demais tratamentos. Os resultados das análises de umidade e sensorial não apresentaram diferenças (P>0,05). As proteínas lácteas foram eficazes na substituição da gordura de lingüiças de carne suína, em todos os tratamentos realizados, atendendo às especificações do Regulamento Técnico de Identidade e Qualidade das Lingüiças do Ministério da Agricultura Pecuária e Abastecimento, mantendo a qualidade sensorial.(AU)

The objective of the research was to evaluate the composition and acceptance of pork sausages manufactured with whey protein concentrate (WPC) or with protein concentrate containing high level of b-lactoglobulin (hereof called b-lactoglobulin) as fat substitutes. Seven treatments were established, a control containing 20 percent of fat, and six containing different levels of WPC or b-lactoglobulin addition (three treatments containing 10 percent of fat and 0.2 percent, 0.5 percent or 1.0 percent of WPC, and three treatments containing 10 percent of fat and 0.1 percent, 0.3 percent or 0.6 percent of b-lactoglobulin). Each treatment was repeated in five batches, and the samples of each batch was evaluated the first and seventh day after processing and storage at 4°C. The samples were analyzed for protein (g 100g-1), fat (g 100g-1), moisture content (g 100g-1), caloric value (kcal/g) and sensory analyses. The results of protein, fat and caloric value were different between the group control and the other treatments (P£0.05). Additionally, the moisture content and sensory analyses results showed that there was no difference (P>0.05) for the different treatments used in this experiment. The protein concentrates were efficient for the fat substitution in pork sausages, in the treatment levels used in the current experiment, complying with the specifications of the Brazilian legal requirements.(AU)

Composição centesimal e aceitação de lingüiça elaborada com reduzido teor de gordura e adicionada de concentrados protéicos de soro de leite / Centesimal composition and acceptance of sausages produced with reduced tenor of fat and added of whey protein concentrates

Este trabalho objetivou avaliar a composição centesimal e aceitação de lingüiças de carne suína fabricadas com Concentrado Protéico do Soro (WPC) ou com concentrado protéico, com elevado teor de b-lactoglobulina, como substitutos da gordura. Foram realizados sete tratamentos, um grupo controle, contendo 20 por cento de gordura, e seis tratamentos com reduzido teor de gordura, contendo diferentes níveis de adição de WPC ou de fração de b-lactoglobulina, a saber, três tratamentos com 10 por cento de gordura e adição de três diferentes concentrações de WPC (0,2 por cento, 0,5 por cento e 1,0 por cento) e três tratamentos com 10 por cento de gordura e três diferentes níveis de concentrado protéico, com elevado teor de b-lactoglobulina (0,1 por cento, 0,3 por cento e 0,6 por cento). O experimento foi realizado com cinco repetições, contendo todos os tratamentos. Foram realizadas análises em dois tempos de avaliação, um dia após a fabricação e após um período de sete dias de estocagem a aproximadamente 4°C. Foram realizadas análises de proteína (g/100g), gordura (g 100g-1), umidade (g 100g-1), estimativa de valor calórico (kcal 100g-1) e análise sensorial. Os resultados dos teores de proteína, gordura e valor calórico apresentaram diferença (P£0,05) entre o grupo controle e os demais tratamentos. Os resultados das análises de umidade e sensorial não apresentaram diferenças (P>0,05). As proteínas lácteas foram eficazes na substituição da gordura de lingüiças de carne suína, em todos os tratamentos realizados, atendendo às especificações do Regulamento Técnico de Identidade e Qualidade das Lingüiças do Ministério da Agricultura Pecuária e Abastecimento, mantendo a qualidade sensorial.

The objective of the research was to evaluate the composition and acceptance of pork sausages manufactured with whey protein concentrate (WPC) or with protein concentrate containing high level of b-lactoglobulin (hereof called b-lactoglobulin) as fat substitutes. Seven treatments were established, a control containing 20 percent of fat, and six containing different levels of WPC or b-lactoglobulin addition (three treatments containing 10 percent of fat and 0.2 percent, 0.5 percent or 1.0 percent of WPC, and three treatments containing 10 percent of fat and 0.1 percent, 0.3 percent or 0.6 percent of b-lactoglobulin). Each treatment was repeated in five batches, and the samples of each batch was evaluated the first and seventh day after processing and storage at 4°C. The samples were analyzed for protein (g 100g-1), fat (g 100g-1), moisture content (g 100g-1), caloric value (kcal/g) and sensory analyses. The results of protein, fat and caloric value were different between the group control and the other treatments (P£0.05). Additionally, the moisture content and sensory analyses results showed that there was no difference (P>0.05) for the different treatments used in this experiment. The protein concentrates were efficient for the fat substitution in pork sausages, in the treatment levels used in the current experiment, complying with the specifications of the Brazilian legal requirements.