page contents google-site-verification=IMPxc80Ko8aMAqomw3axo11WILpmIE0RjwZ5gz4rwdA
ORCID iD iconhttps://orcid.org/0000-0002-3006-8220

نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز

2 استادیار گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز

3 دانشیار پژوهشکده بیوتکنولوژی شمال غرب و غرب کشور

4 استاد گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز

5 دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی شیمی، پژوهشکده بیوتکنولوژی شمال غرب و غرب کشور

چکیده

خشک کردن انجمادی بهترین روش تولید کشت‌های پروبیوتیکی آماده برای تلقیح مستقیم است اما کاهش زنده‌مانی در این روش وجود دارد. اصلی‌‌ترین علت کاهش زنده‌مانی، آسیب‌های ناشی از انجماد بر سلول‌ها است که برای جلوگیری از این آسیب‌ها از مواد محافظ استفاده می‌شود. برای بهینه‌سازی محیط خشک کردن انجمادی حاوی مواد محافظ نانوسلولز، شیر پس‌چرخ و ترهالوز، از طرح آماری روش سطح پاسخ (طرح مرکب مرکزی) استفاده شد. برای تعیین اندازه ذرات، نانوسلولز تولید شده از لینتر پنبه از میکروسکوپ نیروی اتمی و میکروسکوپ الکترونی نگاره استفاده شد. طول نانوذرات تولیدی از حدود صد نانومتر تا چندین میکرومتر و قطر ذرات 5 تا 50 نانومتر بود. باکتری لاکتوباسیلوس برویس بومی آذربایجان به عنوان باکتری هدف انتخاب شد. با آنالیز نمودارهای سطح پاسخ، غلظت بهینه مواد محافظ به صورت 13/75% شیر پس‌چرخ، 20/5% ترهالوز و 13/75% نانوسلولز به دست آمد.اثر محافظتی بالای نانوسلولز را می‌توان به توانایی آن در جذب آب، جلوگیری از رشد کریستال‌های یخ و در نتیجه ایجاد فاز شیشه‌ای مربوط دانست. نتایج پژوهش نشان داد که RSM علاوه بر دستیابی غلظت بهینه عوامل محافظ، قادر به ارزیابی‌های اصلی و اثر متقابل عوامل محافظ در زنده‌مانی سلول‌ها نیز می‌باشد

کلیدواژه‌ها

Abadias, M., Benabarre, A., Teixido, N., Usall, J., & Vinas, I. 2001. Effect of freeze drying and protectants on viability of the biocontrol yeast Candida sake. International Journal of Food Microbiology, 65: 173-182.

Araki, J., Wada, M., Kuga, S., & Okano, T. 1999. Influence of surface charge on viscosity behavior of cellulose microcrystal suspension. Journal of Wood Science, 45 (3): 258-261.

Aulin, C., Ahola, S., Josefsson, P., Nishino, T., Hirose, Y., Österberg, M., & Wagberg, L. 2009. Nanoscale cellulose films with different crystallinities and mesostructures. Their surface properties and interaction with water. Langmuir, 25: 7675-7685.

Beck-Candanedo, S., Roman, M., & Gray, D. G. 2005. Effect of reaction conditions on the properties and behavior of wood cellulose nanocrystal suspensions. Biomacromolecules, 6 (2): 1048-1054.

Bezerra, M. A., Santelli, R. E., Oliveira, E. P., Villar, L. S., & Escaleira, L. A. 2008. Response surface methodology (RSM) as a tool for optimization in analytical chemistry: review. Talanta, 76: 965–977.

Cao, X., Xu, C., Liu, Y., & Chen, Y. 2013. Preparation and properties of carboxylated styrene-butadiene rubber/cellulose nanocrystals composites. Carbohydrate Polymers, 92 (1): 69-76.

Capela, P., Hay, T., & Shah, N. 2006. Effect of cryoprotectants, prebiotics and microencapsulation on survival of probiotic organisms in yoghurt and freeze-dried yoghurt. Food Research International, 39 (2): 203-211.

Charalampopoulos, D., & Rastall, R. A. 2009. Prebiotics and probiotics science and technology, Springer New York.

El-Nezami, H., Kankaanpaa, P., Salminen, S., & Ahokas, J. 1998. Ability of dairy strains of lactic acid bacteria to bind a common food carcinogen, aflatoxin B1. Food and Chemical Toxicology, 36 (4): 321-326.

Favier, V., Chanzy, H., & Cavaille, J. 1995. Polymer nanocomposites reinforced by cellulose whiskers. Macromolecules, 28 (18): 6365-6367.

Foerst, P., Kulozik, U., Schmitt, M., Bauer, S., & Santivarangkna, C. 2012. Storage stability of vacuum-dried probiotic bacterium Lactobacillus paracasei F19. Food and Bioproducts Processing, 90 (2): 295-300.

Huang, L., Lu, Z., Yuan, Y., Lü, F., & Bie, X. 2006. Optimization of a protective medium for enhancing the viability of freeze-dried Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus based on response surface methodology. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 33 (1): 55-61.

Hubalek, Z. 2003. Protectants used in the cryopreservation of microorganisms. Cryobiology, 46 (3): 205-229.

Jagannath, A., Raju, P., & Bawa, A. 2010. Comparative evaluation of bacterial cellulose (nata) as a cryoprotectant and carrier support during the freeze drying process of probiotic lactic acid bacteria. LWT-Food Science and Technology, 43 (8): 1197-1203.

Khuri, A. I. 2006.. Response surface methodology and related topics, World Scientific Publishing Co., Singapore.

Labet, M., & Thielemans, W. 2011. Improving the reproducibility of chemical reactions on the surface of cellulose nanocrystals: ROP of ε-caprolactone as a case study. Cellulose, 18: 607-617.

Li, W., Yue, J., & Liu, S. 2012. Preparation of nanocrystalline cellulose via ultrasound and its reinforcement capability for poly (vinyl alcohol) composites. Ultrasonics Sonochemistry, 19: 479–485.

Missoum, K., Martoia, F., Bwlgacem, M. N., & Bars, J. 2013. Effect of chemically modified nanofibrillated cellulose addition on the properties of fiber-based materials. Industrial Crops and Products, 48: 98-105.

Morais, J. P. S., Rosa, M. d. F., Nascimento, L. D., do Nascimento, D. M., & Cassales, A. R. 2013. Extraction and characterization of nanocellulose structures from raw cotton linter. Carbohydrate Polymers, 91 (1): 229-235.

Nakamura, T., Takagi, H., & Shima, J. 2009. Effects of ice-seeding temperature and intracellular trehalose contents on survival of frozen Saccharomyces cerevisiae cells. Cryobiology, 58 (2): 170-174.

Oksman, K., Mathew, A., Bondeson, D., & Kvien, I. 2006. Manufacturing process of cellulose whiskers/polylactic acid nanocomposites. Composites Science and Technology, 66 (15): 2776-2784.

Otero, M. C., Espeche, M. C., & Nader-Macías, M. E. 2007. Optimization of the freeze-drying media and survival throughout storage of freeze-dried Lactobacillus gasseri and Lactobacillus delbrueckii subsp. delbrueckii for veterinarian probiotic applications. Process Biochemistry, 42 (10): 1406-1411.

Palmfeldt, J., Rådström, P., & Hahn-Hägerdal, B. 2003. Optimisation of initial cell concentration enhances freeze-drying tolerance of Pseudomonas chlororaphis. Cryobiology, 47 (1): 21-29.

Peng, B., Dhar, N., Liu, H., & Tam, K. 2011. Chemistry and applications of nanocrystalline cellulose and its derivatives: a nanotechnology perspective. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 89: 1191-1206.

Rushdy, A., & Gomaa, E. 2013. Antimicrobial compounds produced by probiotic Lactobacillus brevis isolated from dairy products. Annals of Microbiology, 63: 81-90.

Saarela, M., Virkajärvi, I., Nohynek, L., Vaari, A., & Mättö, J. 2006. Fibres as carriers for Lactobacillus rhamnosus during freeze-drying and storage in apple juice and chocolate-coated breakfast cereals. International Journal of Food Microbiology, 112 (2): 171-178.

Schoug, Å., Olsson, J., Carlfors, J., Schnürer, J., & Håkansson, S. 2006. Freeze-drying of Lactobacillus coryniformis Si3 effects of sucrose concentration, cell density, and freezing rate on cell survival and thermophysical properties. Cryobiology, 53 (1): 119-127.

Schwab, C., Vogel, R., & Gänzle, M. G. 2007. Influence of oligosaccharides on the viability and membrane properties of Lactobacillus reuteri TMW1. 106 during freeze-drying. Cryobiology, 55 (2): 108-114.

Sczostak, A. 2009. Cotton linters: an alternative cellulosic raw material. Macromolecular symposia: Wiley Online Library. 45-53.

Syverud, K., Kirsebom, H., Hajizadeh, S., & Chinga-Carrasco, G. 2011. Cross-linking cellulose nanofibrils for potential elastic cryo-structured gels. Nanoscale research letters, 6: 1-6.

Tymczyszyn, E. E., Sosa, N., Gerbino, E., Hugo, A., Gomez-Zavaglia, A., & Schebor, C. 2012. Effect of physical properties on the stability of Lactobacillus bulgaricus in a freeze-dried galacto-oligosaccharides matrix. International Journal of Food Microbiology, 155 (3): 217-221.

Zayed, G., & Roos, Y. H. 2004. Influence of trehalose and moisture content on survival of Lactobacillus salivarius subjected to freeze-drying and storage. Process Biochemistry, 39 (9): 1081-1086.