Evaluation of the Stability of Encapsulated and Free Probiotic Lactobacillus acidophilus ATCC 4356 Strain During ice Cream Storage

Abstract

In this study, the probiotic Lactobacillus acidophilus ATCC 4356 (ATCC 4356) strain was encapsulated using alginate by extrusion method. This encapsulated and free form ATCC 4356 was added to ice cream and stored at −18 °C for 3 months. In the samples taken on the 0, 30, and 90th days of storage, the ability of ATCC 4356 to survive was demonstrated comparatively. According to the results of the research, it was determined that free and encapsulated ATCC 4356 added to ice cream preserved its vitality after 3 months of storage at −18°C but the decrease in their numbers was not at a statistically different level (P > .05). However, the fact that the free and encapsulated Lb. acidophilus ATCC 4356 numbers did not fall below 107 cfu/g during the 90-day storage period of the ice creams showed that the probiotics maintained their viability at the desired level in the final product. Therefore, it is thought that ice cream can be used as a suitable food in terms of the bacteria showing therapeutic effects. According to the sensory analysis results of free and encapsulated probiotic containing ice creams, the encapsulation caused significant reductions on structure and texture (P < .05). Also, overall acceptance rate of encapsulted probiotic containing ice creams was significantly lower than free cells containing product (P < .05). However, it was determined that the difference between free and encapsulated ice creams in terms of color, appearance, taste, and odor criteria
was insignificant (P > .05).

Keywords

• Encapsulation
• extrusion method
• Lactobacillus acidophilus
• ice cream
• probiotic

Enkapsüle Edilmiş ve Serbest Formda Probiyotik Lactobacillus acidophilus ATCC 4356 Suşunun Dondurma Depolama Periyodunda Stabilitesinin İncelenmesi

Öz

Bu çalışmada probiyotik Lb. acidophilus ATCC 4356 (ATCC 4356) suşu, ekstrüzyon yöntemi ile aljinat kullanılarak kapsüllenmiştir. Bu enkapsüle ve serbest formdaki ATCC 4356 dondurmaya ilave edilerek −18°C’de 3 ay süre ile depolanmıştır. Depolamanın 0, 30 ve 90. günlerinde alınan örneklerde, ATCC 4356’nin canlılığını sürdürebilme yeteneği karşılaştırmalı olarak ortaya konulmuştur. Araştırma sonuçlarına göre, dondurmaya ilave edilen serbest ve enkapsüle ATCC 4356’nın, −18°C’de 3 aylık depolama süresinin sonunda canlılıklarını korudukları, buna karşılık sayılarındaki azalışın istatistiki olarak farklı düzeyde olmadıkları tespit edilmiştir (P > ,05). Bununla birlikte, dondurmaların 90 günlük depolama periyodu boyunca, serbest ve enkapsüle Lb. acidophilus ATCC 4356 sayılarının 107 kob/g’ın altına düşmemiş olması, son üründe probiyotiklerin arzu edilen düzeyde canlılığını koruduğunu göstermiştir. Dolayısıyla bakterinin terapotik etkiler gösterebilme açısından dondurmanın uygun bir gıda olarak kullanılabileceği düşünülmektedir. Serbest ve enkapsüle dondurmalara ait duyusal analiz sonuçlarında ise enkapsülasyonun dondurmanın yapı ve tekstüründe önemli seviyede etkiye yol açtığı (P < ,05) ve genel kabul düzeyi olarak serbest ve enkapsüle dondurmalardaki farkın önemli seviyede olduğu gözlemlenmiştir (P < ,05). Bununla birlikte renk, görünüş, tat ve koku kriterleri bakımından serbest ve enkapsüle dondurmalardaki farkın önemsiz seviyede olduğu belirlenmiştir (P > ,05).

Anahtar Kelimeler

• Enkapsülasyon
• ekstrüzyon metodu
• Lactobacillus acidophilus
• dondurma
• probiyotik

Kaynakça

1. Annan, N.T., Borza A.D. and Hansen L. T., 2008. Encapsulation in alginate-coated gelatin microspheres improves survival of the probiotic Bifidobacterium adolescentis 15703T during exposure to simulated gastro-intestinal conditions. Food Research International, 41 (2): 184-193.
2. Bilginer, H., Çetin, B., 2019. Probiyotikler ve Belirlenmelerinde Kullanılan in vitro Testler. Atatürk Üniv. Ziraat Fak. Derg., 50 (3): 312-325.
3. Chandramouli, V., Kailasapathy K., Peiris P., Jones M., 2004. An improved method of microencapsulation and its evaluation to protect Lactobacillus spp. in simulated gastric conditions. Journal of Microbiological Methods, 56: 27– 35.
4. Çakır, İ., 2006. Mikroenkapsülasyon Tekniğinin Probiyotik Gıda Üretiminde Kullanımı. Türkiye 9. Gıda Kongresi, Bolu, 24-26 Mayıs, Poster Bildiriler Kongre Kitabı, 693-696.
5. Davidson, R. H., Duncan S. E., Hackney C. R., Eigel W. N. and Boling J. W., 2000. Probiotic culture survival and implications in fermented frozen yoğurt characteristics. Journal Diary Science, 83: 666-673.
6. Desmond, C., Fitzgerald G.F., Stanton C. and Ross R.P. 2004. Improved stress tolerance of GroESL-overproducing Lactococcus lactis and probiotic Lactobacillus paracasei, NFBC338. Applied And Environmental Microbiology, 70: 5929-5936.
7. Donkor, O. N., 2007. Influence of probiotic organisms on release of bioactive compounds in yoghurt and soy yoghurt. Victoria University, School of Molecular Sciences, Faculty of Health, Engineering and Science, PhD Thesis.
8. Ergin, F., 2013. Farklı sıcaklık-süre kombinasyonlarında ısıl strese maruz bırakılan L. acidophilus'un dondurma üretiminde kullanımının araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Akdeniz Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Antalya, Türkiye, 72s.

9. Granato, D., Branco G. F., Nazzaro F., Cruz A.G. and Faria J. A. F., 2010. Functional Foods and Nondairy Probiotic Food Development: Trends, Concepts, and Products. Comprehensıve Revıews In Food Scıence and Food Safety, 9 (3): 292–302.
10. Guerin, D., Vuillemard J. C. and Subirade M., 2003. Protection of bifidobacteria encapsulated in polysaccaharide-protein gel beads against gastric juice and bile. Journal of Food Protection 66: 2076–2084.
11. Gültekin, M., 2004. Probiyotikler. Ankem Derg., 18 (Ek 2): 87-89.
12. Homayouni, A., Azizi A., Ehsani M. R., Yarmand M. S., Razavi S. H., 2008. Effect of microencapsulation and resistant starch on the probiotic survival and sensory properties of symbiotic ice-cream. Food Chemistry 111(1): 50–55.
13. Jurkiewicz, C., Boscarioli M. P. M., Ferreira R. G., Ribeiro E. P., Prieto W. H., Kunigk L., 2011. Microencapsulation of Probiotic Bacteria with Alginate and Prebiotic and Evaluation of Survival in Ice Cream. Maua Institute of Technology, São Caetano do Sul, Brazil.
14. Kaleli, İ., 2007. Probiyotiklerin Etki Mekanizması. ANKEM Dergisi; 21 (Ek 2): 238-242.
15. Karthikeyan N., Elango A., Kumaresan G., Gopalakrishnamurty T.R., Raghunath B.V., 2014. Enhancement of Probiotic Viability in Ice Cream By Microencapsulation. International Journal of Science, Environment and Technology, 3 (1): 339 – 347.
16. Kırmacı, H. A., Hakan, K., Atasoy, A. F., 2014. Farklı Oranlarda Prebiyotik Lif İçeren Stevia Özü İlavesinin Probiyotik Dondurmanın Kalite Özellikleri Etkisi. Harran Tarım ve Gıda Bilimleri Dergisi, 18 (3): 48-59.
17. Kim, Se-Jin., Cho S.Y., Kim S.H., Song Ok-Ja., Shin S., Cha D.S., Park H.J., 2008. Effect of microencapsulation on viability and other characteristics in Lactobacillus acidophilus ATCC 43121. LWT, 41: 493–500.
18. Krasaekoopt, W., Bhandari B., Deeth H., 2003. Evaluation of encapsulation techniques of probiotics for yoghurt. International Diary Journal, 13: 3-13.
19. Liserre, A. M., Ré M. I., Franco B. D. G. M., 2007, Microencapsulation of Bifidobacterium animalis subsp. lactis in modified alginate-chitosan beads and evaluation of survival in simulated gastrointestinal conditions. Food Biotechnology, 21 (1): 1-16.
20. Mandal, S., Puniya A. K., Singh K., 2006. Effect of alginate concentrations on survival of microencapsulated Lactobacillus casei NCDC-298. International Dairy Journal, 16 (10): 1190-1195.
21. Mortazavian, A., Razavi S. H., Ehsani M. R., Sohrabvandi S., 2007. Principles and methods of microencapsulation of probiotic microorganisms. Iranian Journal of Biotechnology, 5 (1): 1-18.
22. Muthukumarasamy, P., Holley R.A., 2006. Microbiological and sensory quality of dry fermented sausages containing alginate-microencapsulated Lactobacillus reuteri. International Journal of Food Microbiology, 111: 164–169.
23. Ortakcı, F., 2010. Probiyotik bakterilerin mikroenkapsülasyonla sağlığa yararlı etkilerinin artırılması. Yüksek Lisans Tezi, Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Erzurum, Türkiye, 50s.
24. Ortakci, F., Sert, S., 2012. Stability of free and encapsulated Lactobacillus acidophilus ATCC 4356 in yogurt and in an artificial human gastric digestion system. Journal of Dairy Science, 95 (12): 6918-6925.
25. Ortakci, F., Broadbent, JR., McManus, WR., McMahon DJ., 2012. Survival of microencapsulated probiotic Lactobacillus paracasei LBC-1e during manufacture of Mozzarella cheese and simulated gastric digestion. Journal of Dairy Science 95 (11): 6274-6281.
26. Özden, A., 2008. İnflamatuvar Barsak Hastalığında Probiyotiklerin Yeri. Güncel Gastroenteroloji., 12 (2): 121-127.
27. Reid, A. A., Vuillemard J. C., Britten M., Arcand Y., Farnworth E. and Champagne C. P., 2005. Microentrapment of probiotic bacteria in a Ca2-induced whey protein gel and effects on their viability in a dynamic gastro-intestinal model. Journal of Microencapsulation, 22 (6): 603-619.
28. Sanders, M. E., Klaenhammer, T. R. 2001. Invited Review: The scientific basis of Lactobacillus acidophilus NCFM Functionality as a probiotic. J. Dairy Sci., 84: 319-331.
29. Shafiei, Y, Razavilar V., Javadi A., Mirzaei H., 2012. Survivability of free and microencapsulated Lactobacillus plantarum with alginate and resistant starch in simulated gastrointestinal conditions. Journal of Food Agriculture & Environment 10 (3-4): 207-212.
30. Sheu, T. Y., Marshall R. T., Heymann H., 1993. Improving survival of culture bacteria in frozen desserts by microentrapment. Journal of Dairy Science, 76 (7): 1902-1907.
31. Şener, A., 2009. Serbest ve Mikroenkapsüle Probiyotik Bakterilerin Ticari Dondurma Üretiminde Kullanılabilirliği Üzerine Bir Araştırma. Doktora Tezi, Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı, Ankara, Türkiye, 139s.
32. Tsen, J., Huang H., Lin Y., King V. A., 2007. Freezing resistance improvement of Lactobacillus reuteriby using cell immobilization. Journal of Microbiological Methods, 70 (3): 561-564.
33. Turgut, T. 2006. Bazı Probiyotik Bakterilerin Dondurma Üretiminde Kullanım İmkanları, Doktora Tezi, Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Ensttitüsü Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı, 168s.
34. Ünal, E., Erginkaya, Z., 2010. Probiyotik Mikroorganizmaların Mikroenkapsülasyonu, Gıda Dergisi, 35(4): 297-304.