ZASTOSOWANIE TAC Z KRATOWNIC W PROCESIE LIOFILIZACJI BIOPREPARATU ZAWIERAJCEGO BAKTERIE LACTOBACILLUS PLANTARUM

Transkrypt

1 Z E S Z Y T Y N A U K O W E P O L I T E C H N I K I Ł Ó D Z K I E J Nr 984 CHEMIA SPOYWCZA I BIOTECHNOLOGIA, z PIOTR DZIUGAN Instytut Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Politechnika Łódzka ZASTOSOWANIE TAC Z KRATOWNIC W PROCESIE LIOFILIZACJI BIOPREPARATU ZAWIERAJCEGO BAKTERIE LACTOBACILLUS PLANTARUM Opiniodawca: dr hab. Lucjan Kala, prof. PŁ Analizowano moliwo intensyfikacji procesu liofilizacji biopreparatu zawierajcego bakterie Lactobacillus plantarum przez zastosowanie tac z kratownic. Wykonano badania porównawcze kinetyki procesu liofilizacji biopreparatu z uyciem tac z kratownic i tac bez kratownicy. Wykazano, e zastosowanie kratownicy skracało proces liofilizacji o 1,5 godziny i nie wpływało na obnienie jakoci produktu. Liczba drobnoustrojów przeywajcych w próbach suszonych na tacy z kratownic (5, j.t.k./g.s.s.) nie róniła si znaczco od liczby mikroorganizmów w biopreparacie suszonym na tacy bez kratownicy (5, j.t.k./g.s.s.). 1. Wprowadzenie Tradycja wyrobu mlecznych produktów fermentowanych, a zwłaszcza jogurtu jest bardzo stara i szacuje si, e technologie te były znane około 4000 lat temu. Równie bardzo dawno akceptowano przekonanie o dobroczynnym wpływie na zdrowie człowieka mlecznych napojów fermentowanych. Jak podaje stara perska legenda Abraham zawdziczał swoj długowieczno i płodno spoywaniu duych iloci jogurtu. Legenda ta została obecnie naukowo potwierdzona. Spoywanie aktywnych biologicznie produktów fermentowanych przy udziale bakterii mlekowych pomaga utrzyma w dobrej kondycji funkcje trawienne, co ma szczególne znaczenie dla osób w podeszłym wieku.

2 38 P. Dziugan Szerokim zainteresowaniem ciesz si fermentowane produkty pochodzenia zwierzcego nie tylko mleczne jak jogurt, kefir, lecz take fermentowane wdliny typu Salami. W Europie Wschodniej duym uznaniem ciesz si tradycyjne fermentowane produkty pochodzenia rolinnego, takie jak ogórki kiszone, kapusta kiszona, a nawet grzyby. Stwierdzono, e odpowiedzialne za fermentacj surowców rolinnych s bakterie Lactobacillaceae, a głównie szczep Lactobacillus plantarum. Liczne badania dowodz, e bakterie L. plantarum posiadaj właciwoci profilaktyczne przez regulacj mikroflory układu pokarmowego, łagodz one dolegliwoci jelitowe wystpujce u przewlekle chorych oraz po zabiegach operacyjnych. W Instytucie Technologii Fermentacji i Mikrobiologii opracowano biopreparat probiotyczny, zawierajcy ywe bakterie L. plantarum (fot. 1). Jest to produkt całkowicie naturalny, bogaty w bioaktywne komponenty, niezbdne dla prawidłowego funkcjonowania organizmu ludzkiego. W skład biopreparatu wchodz: mleko sojowe w postaci sproszkowanej, mka sojowa, lecytyna wykazujca działanie ochronne na komórki L. Plantarum, a w organizmie ludzkim obniajca poziom cholesterolu we krwi i wspomagajca system nerwowy. Skład podłoa hodowlanego, warunki namnaania drobnoustrojów i utrwalania biopreparatu zostały tak dobrane, by zapewni wysok aktywno produktu, wykorzystujc wyłcznie naturalne surowce, spełniajce róne funkcje biologiczne i gwarantujce jednoczenie niskie koszty produkcji. Umoliwi to szerok dostpno produktu dla masowego klienta, w przeciwiestwie do obecnych na rynku biopreparatów probiotycznych, których stosowanie jest ograniczone do wskiej grupy klientów ze wzgldu na ich wysok cen. Jako metod utrwalania biobiopreparatu wybrano liofilizacj [2,3,4]. Podczas bada wstpnych suszenia sublimacyjnego w warunkach przemysłowych napotkano na problem polegajcy na wybrzuszaniu si biopreparatu na tacy, przez co tracił on dobry kontakt z tac i półk grzewcz. Ciepło na przemian fazow było pobierane z produktu, czego konsekwencj było obnienie jego temperatury i wydłuenie czasu suszenia do 40 godzin. Opisane zjawisko obserwowano szczególnie podczas suszenia sublimacyjnego biobiopreparatu o gruboci warstwy 15 mm (rys.1). Rozwizaniem problemu moe by zastosowanie tac z kratownic (fot. 2).

3 Zastosowanie tac z kratownic w procesie liofilizacji biopreparatu Cz dowiadczalna 2.1. Materiały i metody bada Do produkcji biopreparatu wykorzystano szczep bakterii fermentacji mlekowej L. plantarum pochodzcy z Kolekcji Czystych Kultur Instytutu Technologii Fermentacji i Mikrobiologii PŁ. Zaszczepione tymi drobnoustrojami podłoe DBH [1] inkubowano przez 24 godziny w tempera-turze 30 C. Tak otrzymane inokulum uyto do zaszczepienia podłoa sojowego (Tabela 1). Tabela 1 Skład podłoa sojowego Składnik Zawarto [%] Mka sojowa Mleko sojowe Inokulum Po 24 godzinnej fermentacji mlekowej podłoa sojowego otrzymano biopreparat, do którego dodawano substancje ochronne (krioprotektanty): - CaCO 3 w wyliczonej iloci zapewniajcej pełne zwizanie wytworzonego kwasu mlekowego, - lecytyna 1,5%, - sacharoza 1,5 g/100 g. Biopreparat po fermentacji umieszczano w warstwie 1 cm na tacach z kratownicami (fot. 2) i na tacach bez kratownic. Temperatura biopreparatu wynosiła 16 o C. Nastpnie tace z biopreparatem umieszczono w komorze sublimacyjnej liofilizatora i załczono chłodzenie płyt. Biopreparat zamraano do temp. 26 C. Po osigniciu tej temperatury załczono pomp próniow. Po uzyskaniu cinienia 12 Pa włczono podgrzewanie półek liofilizatora. Zadan temperatur 30 o C płyty osignły po 7 godzinach. Suszenie sublimacyjne prowadzono przy temperaturze półek 30 C. Liofilizacj przerywano po 16 godzinach kiedy temperatura produktu na tacy z kratownic zrównała si z temperatur półki (30 o C). W badaniach wykorzystano liofilizator ZIRBUS CryoDry 75, który posiada unikalny system chłodzenia kondensora i płyt grzewczych ciekłym azotem. W surowym i wysuszonym biopreparacie liczb zdolnych do wzrostu bakterii fermentacji mlekowej oznaczono metod płytkow Wyniki bada i dyskusja Wytworzenie omawianego biopreparatu nastpuje w wyniku fermentacji mlekowej przy uyciu szczepu bakterii L. plantarum podłoa sojowego. Składniki podłoa hodowlanego (tabela 1) zapewniaj dynamiczny rozwój L. plantarum.

4 40 P. Dziugan Po 24 godz. fermentacji ich liczba wzrosła do rzdu j.t.k./g.s.s.. Utrwalanie biopreparatu nastpowało w procesie liofilizacji co zabezpieczało warto biologiczn biopreparatu oraz długi okres jego trwałoci. Parametry liofilizacji biopreparatu na tacy z kratownic i na tacy bez kratownicy w przemysłowym liofilizatorze ZIRBUS CryoDry 75 przedstawiono na rysunku 2. Dziki zastosowaniu kratownicy nastpowała intensyfikacja wymiany ciepła, co przyczyniło si do zwikszenia szybkoci zamraania. Biopreparat na tacy z kratownic zamraa si liczc od chwili osignicia temperatury krioskopowej z szybkoci 0,25 K/min. Biopreparat rozłoony na tacy bez kratownicy zamraał si z szybkoci 0,16 K/min. W momencie, gdy biopreparat osignł temperatur 26 o C, uruchomiono pompy próniowe. Po uzyskaniu w komorze sublimacyjnej zadanego cinienia 12 Pa załczono grzanie płyt. Rozpoczto w ten sposób dostarczanie ciepła do biopreparatu, niezbdnego do przemiany fazowej jak jest sublimacja lodu. Do 14,5 godziny trwania procesu suszenia, temperatura biopreparatu na tacy z kratownic pozostawała nisza od temperatury biopreparatu znajdujcego si na tacy bez kratownicy. Rozwinicie powierzchni suszenia uzyskane dziki kratownicy intensyfikowało sublimacj wody. Ponadto podczas suszenia nie obserwowano wybrzuszania badanego biopreparatu. Zasadniczy etap suszenia koczył si jednakowo dla obu biopreparatów po 16 godzinach, gdy osignły one temperatur 0 o C. Wyrane rónice wystpiły w okresie dosuszania. Produkt umieszczony na tacy z kratownic osignł temperatur 20 o C szybciej o 1,5 godziny ni próba suszona na tacy bez kratownicy. Wskazuje to, e w przypadku biopreparatu na tacy z kratownic, wiksza ilo wilgoci była usunita na drodze sublimacyjnej. Liczba drobnoustrojów przeywajcych w próbie suszonej na tacy z kratownic (5, j.t.k./g.s.s.) nie róniła si znaczco od liczby ywych komórek w biopreparacie suszonym na tacy bez kratownicy (5, j.t.k./g.s.s.). Fot. 1. Biopreparat probiotyczny suszony na tacy z kratownic Fot. 2. Taca z kratownic do liofilizacji biopreparatu Podsumowujc, mona stwierdzi, e dziki zastosowaniu kratownic uniknito deformacji biopreparatu podczas suszenia i pogorszenia warunków transportu ciepła. Zastosowanie kratownicy skracało proces liofilizacji o 1,5 godziny i nie

5 Zastosowanie tac z kratownic w procesie liofilizacji biopreparatu 41 wpływało na obnienie przeywalnoci bakterii L. plantarum. Wymienione efekty maj istotne znaczenie w przemysłowej produkcji biopreparatu. Wobec bardzo wysokich kosztów liofilizacji skrócenie czasu suszenia sublimacyjnego o 1,5 godziny ma wymierne znaczenie ekonomiczne. Rys. 1. Przykładowa rejestracja suszenia sublimacyjnego prób biopreparatu o gruboci warstwy 5mm, 10mm i 15mm. przy temperaturze półek 20 o C temperatura [ o C] temperatura półek temperatura produktu na tacy z kratownic czas [h] temperatura produktu na tacy bez kratownicy cinienie w układzie Rys. 2. Rejestracja parametrów liofilizacji biopreparatu probiotycznego na tacy z kratownic i bez w liofilizatorze ZIRBUS CryoDry 75 cinienie [Pa]

6 42 P. Dziugan Literatura [1] Burbianka M., Pliszka A., Burzyska H.: Mikrobiologia ywnoci. Warszawa: PZWL, 1983, s , [2] Geherke H.H., Pralle K., Deckwer W.D.: Freeze Drying of Microorganisms Influence of Cooling Rate on Surival. Food Biotechnology. 1992, vol. 6, nr 1, s [3] Tutowa E.G., Kuc P.C.: Suszenie produktów biosyntezy. Warszawa: WNT, 1991, s.16-29, [4] Wang W.: Lyophilization and development of solid protein pharmaceuticals. International Journal of Pharmaceutics. 2000, nr 203, s APPLICATION OF GRILLE FOR FREEZE DRYING PROCESS OF BIOPREPARATE WITH BACTERIA OF LACTOBACILLUS PLANTARUM Summary The purpose of the study was to analyse the possibility intensification of freeze drying process of biopreparate with bacteria of Lactobacillus plantarum. The process was leaded to use a grille. The research of kinetic of freeze drying process was made with or without to use grille. The result of this study show that to use a grille reduce of time of freeze drying process about 1,5 hour, without reduction of product quality. Instytute of Fermentation Technology and Microbiology Technical University of Łód