Release kinetic study of encapsulated probiotic Lacticaseibacillus rhamnosus strain NCDC 347 in double-layer matrix encapsulated by spray drying
تُظهر هذه الدراسة أن مصفوفة ثنائية الطبقة من مسحوق حليب خالي الدسم وهيدروجيل الكاراجينان، والمحضرة عبر التجفيف بالرذاذ، تحمي بفعالية بكتيريا *Lacticaseibacillus rhamnosus* NCDC 347 من إجهاد المعدة والصفراء مع السماح بإطلاق محكوم غير فيكي (non-Fickian) في الظروف المعوية، مما يجعلها نظاماً واعداً لتطبيقات الأغذية الوظيفية.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
تُعد البروبيوتيك كائنات حية دقيقة، والتي عندما تُستهلك بكميات مناسبة، تقدم فوائد صحية لجسم الإنسان. وغالباً ما تُضاف إلى أطعمة مثل الزبادي والمكملات الغذائية لدعم الهضم وتعزيز جهاز المناعة. ومع ذلك، تواجه هذه المساعدات الصغيرة رحلة محفوفة بالمخاطر قبل أن تصل إلى وجهتها. فلكي تكون فعالة، يجب أن تنجو من البيئة القاسية للمعدة، حيث تعمل الأحماض القوية والإنزيمات الهاضمة على تفكيك الطعام وقتل البكتيريا. وإذا ماتت البروبيوتيك قبل وصولها إلى الأمعاء، فإن الطعام أو المكمل لا يقدم سوى فائدة ضئيلة. وقد سعى العلماء طويلاً لإيجاد طرق لحماية هذه الخلايا الرقيقة، تماماً مثل بناء درع حول مسافر هش، لضمان وصولها حية وجاهزة للعمل.
إحدى الطرق الواعدة لتوفير هذه الحماية هي التغليف الدقيق (microencapsulation)، وهي عملية يتم فيها تغليف البكتيريا بطبقة واقية. ومن التقنيات الشائعة المستخدمة لإنشاء هذه الأغلفة هي التجفيف بالرش، والذي يحول الخليط السائل إلى مسحوق ناعم. وبينما تعد هذه الطريقة فعالة وقابلة للتوسع، إلا أن الحرارة والإجهاد الناتجين عنها يمكن أن يتسببا أحياناً في إتلاف البكتيريا. ولحل هذه المشكلة، يستكشف الباحثون مجموعات من المواد المختلفة لإنشاء دروع أقوى وأكثر مرونة. وفي هذه الدراسة، بحث علماء في المعهد الوطني لتكنولوجيا الأغذية وريادة الأعمال في الهند في مزيج محدد من مادتين من المواد الغذائية: مسحوق حليب خالي الدسم و الكاراجينان (carrageenan). يحتوي مسحوق الحليب الخالي من الدسم على بروتينات وسكريات يمكنها حماية البكتيريا من حرارة وجفاف الإجهاد، بينما يُعرف الكاراجينان، وهو مادة مستخرجة من الطحالب الحمراء، بقدرته على تكوين الهلام والاحتفاظ بالماء. أراد الباحثون معرفة ما إذا كان خلط هذين المكونين سيخلق درعاً مزدوج الطبقات يمكنه ليس فقط حماية الب bacteria أثناء عملية التجفيف، بل وأيضاً التحكم بدقة في متى وأين يتم إطلاق البكتيريا داخل الجسم.
ركز الفريق على سلالة محددة من بكتيريا البروبيوتيك تسمى Lacticaseibacillus rhamnosus NCDC 347. قاموا بخلط البكتيريا مع محاليل من مسحوق الحليب الخالي من الدسم، والكاراجينان، ومزيج من كليهما، ثم استخدموا مجفف الرش لتحويل هذه المخاليط إلى مسحوق ناعم. ولاختبار مدى فعالية هذا الدرع الجديد، قاموا بمحاكاة الرحلة عبر الجهاز الهضمي البشري. وضعوا المسحوق في سوائل تحاكي البيئة الحمضية للمعدة والبيئة الأكثر تعادلاً والغنية بالإنزيمات في الأمعاء. كما اختبروا المسحوق في الماء العادي لمعرفة كيف سيتصرف بدون السوائل الهضمية. ومن خلال قياس كمية البكتيريا التي تسربت من المسحوق بمرور الوقت، تمكنوا من تحديد ما إذا كان الدرع صامداً أم يتفكك.
أظهرت النتائج أن مزيج الحليب الخالي من الدسم والكاراجينان شكل حاجزاً فعالاً للغاية. فعند وضع المسحوق في الماء العادي، تم إطلاق البكتيريا ببطء شد- شديد، مما يشير إلى أن الدرع ظل سليماً ولم يذب ببساطة. ومع ذلك، عندما نُقل المسحوق إلى سائل يحاكي الأمعاء، زاد معدل الإطلاق بشكل كبير. وهذا يشير إلى أن الدرع ذكي؛ فهو يبقى مغلقاً في المعدة ولكنه ينفتح عندما يصل إلى الأمعاء، وهو بالضبط المكان الذي تحتاج فيه البكتيريا للتواجد. وفي المقابل، عندما اختبر الباحثون المسحوق في سائل عالي الحموضة يهدف لمحاكاة المعدة، كان الإطلاق أبطأ بكثير مما هو عليه في الأمعاء، مما أكد حماية البكتيريا من الحمض القوي.
كما نظر الباحثون في كيفية تغير شكل وحجم الدرع نفسه عند امتصاص الماء. ووجدوا أن المادة انتفخت بشكل ملحو- ملحوظ عند دخولها إلى سائل الأمعاء، حيث امتصت أكثر من ضعف وزنها من الماء. كان هذا الانتفاخ جزءاً رئيسياً من العملية، حيث ساعد في دفع البكتيريا خارج الدرع. ومن المثير للاهتمام أن طريقة خروج البكتيريا من الدرع لم تكن تدفقاً بسيطاً وثابتاً، بل كان الإطلاق مدفوعاً بارتخاء المادة وتغير هيكلها بعد تشبعها بالماء. هذا يختلف عن كيفية عمل الإسفنج الذي قد يسمح للماء بالتقطر من خلاله ببساطة؛ هنا، كان على المادة نفسها أن تتمدد وتتغير لتسمح للبكتيريا بالهروب. تضمن هذه الآلية عدم إخراج البكتيريا دفعة واحدة ولكن يتم تسليمها بطريقة محكومة.
ولعل النتيجة الأكثر أهمية كانت مدى بقاء البكتيريا على قيد الحياة خلال الرحلة. فعندما عرض الباحثون البكتيريا غير المحمية لسائل المعدة الحمضي، انخفضت أعدادها بشكل كبير، حيث مات معظمها في غضون ساعتين. ومع ذلك، ظلت البكتيريا المختبئة داخل درع الحليب الخالي من الدسم والكاراجينان أقوى بكثير. فبعد ساعتين في نفس السائل الحمضي، ظلت الغالبية العظمى من البكتيريا المحمية على قيد الحياة. كما أثبت الدرع فعاليته أيضاً ضد أملاح الصفراء، وهي مادة توجد في الأمعاء ويمكن أن تكون سامة للبكتيريا. ومرة أخرى، حافظت البكتيريا المحمية على معدلات بقاء عالية، بينما عانت البكتيريا غير المحمية من خسائر فادحة بعد ساعتين في محلول يحتوي على مستويات عالية من أملاح الصفراء.
تخلص الدراسة إلى أن هذا المزيج المحدد من الحليب الخالي من الدسم والكاراجينان هو أداة قوية لتوصيل البروبيوتيك. فقد نجح في حماية البكتيريا من حرارة عملية التصنيع ومن الظروف القاسية للمعدة. والأهم من ذلك، أنه يسمح للبكتيريا بالبقاء على قيد الحياة والوص بوصولها إلى الأمعاء، حيث يمكنها القيام بعملها. ويقترح الباحثون أن هذا النظام مزدوج الطبقات يمكن استخدامه لإنشاء أطعمة ومكملات وظيفية جديدة توصل البروبيوتيك الحي بشكل موثوق إلى الأمعاء البشرية، محولةً تحدياً بيولوجياً صعباً إلى حل هندسي يمكن إدارته.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.