Release kinetic study of encapsulated probiotic Lacticaseibacillus rhamnosus strain NCDC 347 in double-layer matrix encapsulated by spray drying

प्रोबायोटिक्स जीवित सूक्ष्मजीव हैं जो, जब सही मात्रा में लिए जाते हैं, मानव शरीर को स्वास्थ्य लाभ प्रदान करते हैं। पाचन में सहायता करने और प्रतिरक्षा प्रणाली को बढ़ावा देने के लिए उन्हें अक्सर दही जैसे खाद्य पदार्थों और पूरक (सप्लीमेंट्स) में मिलाया जाता है। हालाँकि, ये नन्हे मददगार अपने गंतव्य तक पहुँचने से पहले एक खतरनाक यात्रा का सामना करते हैं। प्रभावी होने के लिए, उन्हें पेट के कठोर वातावरण में जीवित रहना होगा, जहाँ शक्तिशाली एसिड और पाचन एंजाइम भोजन को तोड़ने और बैक्टीरिया को मारने के लिए डिज़ाइन किए गए होते हैं। यदि प्रोबायोटिक्स आंतों तक पहुँचने से पहले ही मर जाते हैं, तो भोजन या सप्लीमेंट बहुत कम लाभ प्रदान करता है। वैज्ञानिक लंबे समय से इन नाजुक कोशिकाओं की रक्षा करने के तरीके खोज रहे हैं, ठीक वैसे ही जैसे एक नाजुक यात्री के चारों ओर ढाल बनाई जाती है, ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि वे जीवित और काम करने के लिए तैयार होकर पहुँचें।

इन सुरक्षा के लिए एक आशाजनक विधि माइक्रोएनकैप्सुलेशन (microencapsulation) है, एक ऐसी प्रक्रिया जहाँ बैक्टीरिया को एक सुरक्षात्मक परत में लपेटा जाता है। इन कोटिंग्स को बनाने के लिए एक सामान्य तकनीक स्प्रे ड्राइंग (spray drying) है, जो एक तरल मिश्रण को महीन पाउडर में बदल देती है। जबकि यह विधि कुशल और बड़े पैमाने पर करने योग्य है, इसमें शामिल गर्मी और तनाव कभी-कभी बैक्टीरिया को नुकसान पहुँचा सकते हैं। इसे हल करने के लिए, शोधकर्ता अधिक मजबूत, अधिक लचीली ढाल बनाने के लिए विभिन्न सामग्रियों के संयोजन की खोज कर रहे हैं। इस अध्ययन में, भारत के नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ फूड टेक्नोलॉजी एंटरप्रेन्योरशिप एंड मैनेजमेंट के वैज्ञानिकों ने दो खाद्य-ग्रेड सामग्रियों के एक विशिष्ट मिश्रण की जांच की: स्किम मिल्क पाउडर और कैरैजीनन (carrageenan)। स्किम मिल्क पाउडर में प्रोटीन और शर्करा होती है जो बैक्टीरिया को गर्मी और सुखाने के तनाव से बचा सकती है, जबकि कैरैजीनन, जो लाल समुद्री शैवाल से निकाला गया एक पदार्थ है, जेल बनाने और पानी को थामे रखने की अपनी क्षमता के लिए जाना जाता है। शोधकर्ताओं ने देखना चाहा कि क्या इन दोनों को मिलाने से एक दोहरी-परत वाली ढाल बन सकती है जो न केवल सुखाने की प्रक्रिया के दौरान बैक्टीरिया की रक्षा कर सके, बल्कि यह भी नियंत्रित कर सके कि शरीर के भीतर बैक्टीरिया कब और कहाँ छोड़े जाएंगे।

टीम ने प्रोबायोटिक बैक्टीरिया के एक विशिष्ट स्ट्रेन पर ध्यान केंद्रित किया जिसे लैक्टिकैसिबैलेस रामोसस (Lacticaseibacillus rhamnosus) NCDC 347 कहा जाता है। उन्होंने बैक्टीरिया को स्किम मिल्क पाउडर, कैरैजीनन और दोनों के संयोजन के समाधानों के साथ मिलाया, फिर मिश्रण को महीन पाउडर में बदलने के लिए एक स्प्रे ड्रायर का उपयोग किया। यह परीक्षण करने के लिए कि यह नया कवच कितनी अच्छी तरह काम करता है, उन्होंने मानव पाचन तंत्र के माध्यम से की जाने वाली यात्रा का अनुकरण किया। उन्होंने पाउडर को ऐसे तरल पदार्थों में रखा जो पेट के अम्लीय वातावरण और आंतों के अधिक तटस्थ, एंजाइम-युक्त वातावरण की नकल करते हैं। उन्होंने पाउडर का सादे पानी में भी परीक्षण किया ताकि यह देखा जा सके कि पाचन तरल पदार्थों के बिना यह कैसा व्यवहार करता है। यह मापकर कि समय के साथ पाउडर से कितने बैक्टीरिया बाहर निकले, वे यह निर्धारित कर सके कि ढाल बनी हुई है या टूट रही है।

परिणामों ने दिखाया कि स्किम मिल्क और कैरैजीनन का मिश्रण एक अत्यधिक प्रभावी अवरोध बनाता है। जब पाउडर को सादे पानी में रखा गया, तो बैक्टीरिया बहुत धीरे-धीरे बाहर निकले, जो यह दर्शाता है कि ढाल बरकरार रही और वह आसानी से घुला नहीं। हालाँकि, जब पाउडर को आंतों की नकल करने वाले तरल में ले जाया गया, तो रिलीज की दर काफी बढ़ गई। यह सुझाव देता है कि ढाल स्मार्ट है; यह पेट में बंद रहती है लेकिन जब यह आंतों में पहुँचती है तो खुल जाती है, जो बिल्कुल वही जगह है जहाँ बैक्टीरिया की आवश्यकता होती है। इसके विपरीत, जब शोधकर्ताओं ने अत्यधिक अम्लीय तरल में पाउडर का परीक्षण किया जो पेट की नकल करने के लिए था, तो आंतों की तुलना में रिलीज बहुत धीमी थी, जिससे पुष्टि हुई कि बैक्टीरिया को कठोर एसिड से बचाया गया था।

शोधकर्ताओं ने यह भी देखा कि पानी सोखने पर ढाल का आकार और माप कैसे बदलता है। उन्होंने पाया कि जब सामग्री आंतों के तरल में प्रवेश करती है, तो वह काफी फूल जाती है, जो अपने वजन से दोगुने से अधिक पानी सोख लेती है। यह सूजन प्रक्रिया का एक प्रमुख हिस्सा थी, क्योंकि इसने बैक्टीरिया को बाहर धकेलने में मदद की। दिलचस्प बात यह है कि बैक्टीरिया का ढाल से बाहर निकलना एक सरल, स्थिर प्रवाह नहीं था। इसके बजाय, रिलीज इस बात से प्रेरित थी कि सामग्री ने पानी सोखने के बाद खुद को ढीला किया और अपनी संरचना बदली। यह एक स्पंज की तरह नहीं है जिससे पानी बस रिसता है; यहाँ, बैक्टीरिया को बाहर निकलने देने के लिए सामग्री को स्वयं फैलना और बदलना पड़ा। यह तंत्र सुनिश्चित करता है कि बैक्टीरिया एक साथ ढेर न हो जाएं बल्कि नियंत्रित तरीके से वितरित किए जाएं।

शायद सबसे महत्वपूर्ण निष्कर्ष यह था कि बैक्टीरिया ने यात्रा में कितनी अच्छी तरह जीवित रहने की क्षमता दिखाई। जब शोधकर्ताओं ने असुरक्षित बैक्टीरिया को अम्लीय पेट के तरल के संपर्क में रखा, तो उनकी संख्या नाटकीय रूप रूप से गिर गई, जिसमें दो घंटों के भीतर अधिकांश मर गए। हालाँकि, स्किम मिल्क और कैरैजीनन की ढाल के भीतर छिपे बैक्टीरिया बहुत अधिक जीवित रहे। दो घंटों के बाद भी उसी अम्लीय तरल में, संरक्षित बैक्टीरिया का एक बड़ा बहुमत अभी भी जीवित था। ढाल पित्त लवणों (bile salts) के खिलाफ भी प्रभावी साबित हुई, जो एक ऐसा पदार्थ है जो आंतों में पाया जाता है और बैक्टीरिया के लिए विषाक्त हो सकता है। फिर से, संरक्षित बैक्टीरिया ने बिना ढाल वाले बैक्टीरिया की तुलना में बहुत बेहतर जीवित रहने की दर बनाए रखी। उच्च स्तर के पित्त लवणों वाले घोल में दो घंटे के बाद भी, संरक्षित बैक्टीरिया ने उच्च उत्तरजीविता दर बनाए रखी, जबकि असुरक्षित बैक्टीरिया को भारी नुकसान हुआ।

अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि स्किम मिल्क और कैरैजीनन का यह विशिष्ट संयोजन प्रोबायोटिक्स को वितरित करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है। यह सफलतापूर्वक बैक्टीरिया को निर्माण प्रक्रिया की गर्मी और पेट की कठोर परिस्थितियों से बचाता है। सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि यह बैक्टीरिया को जीवित रहने और उन्हें आंतों में छोड़ने की अनुमति देता है, जहाँ वे अपना काम कर सकें। शोधकर्ता सुझाव देते हैं कि इस दोहरी-परत प्रणाली का उपयोग नए कार्यात्मक खाद्य पदार्थों और पूरक (सप्लीमेंट्स) को बनाने के लिए किया जा सकता है जो विश्वसनीय रूप से जीवित प्रोबायोटिक्स को मानव आंत तक पहुँचाते हैं, जिससे एक कठिन जैविक चुनौती को एक प्रबंधनीय इंजीनियरिंग समाधान में बदल दिया जाता है।