Vliv enkapsulace prebiotik, probiotik a synbiotik na jejich aktivitu

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá možnostmi využití kvasinkových extraktů jako alternativního média pro kultivaci probiotických bakterií, hodnocením jejich metabolické a antimikrobiální aktivity a účinností enkapsulace těchto mikroorganismů do alginátových částic. V experimentální části bylo použito 8 probiotických kmenů, polovina těchto kmenů byly bakterie z rodu Lactobacillus (L. acidophilus, L. plantarum, L. delbrueckii, L. rhamnosus) a druhá polovina bakterie z rodu Bifidobacterium (B. bifidum, B. breve, B. adolescentis, B. longum). Tyto probiotické bakterie byly kultivovány v prebiotických extraktech připravených z kultivovaných kvasinek (S. cerevisiae, R. toruloides, M. pulcherrima clade, M. chrysoperlae, Y. lipolytica) a také v extraktu z komerčně dostupných kvasinek S. cerevisiae v čerstvé i sušené formě. Kvasinkové extrakty byly hodnoceny z nutričního hlediska pomocí spektrofotometrických metod, zda představují vhodné kultivační médium pro probiotika, a to podle obsahu celkových a redukujících sacharidů, bílkovin a antioxidační aktivity. Dále byly probiotické kmeny kultivovány v těchto extraktech a pro porovnání i v MRS médiu, které je pro bakterie mléčného kvašení ideálním kultivačním prostředím. V takto připravených synbiotických roztocích byla měřena koncentrace kyseliny mléčné za použití vysokoúčinné kapalinové chromatografie a stanovena jejich antimikrobiální a metabolická aktivita pomocí kultivačních a spektrofotometrických metod. Následovala enkapsulace synbiotik do alginátových částic pomocí enkapsulátoru a měření nárůstu probiotických kultur z těchto částic v MRS médiu denzitometrem. Částice byly také podrobeny simulaci v procesu umělého trávení, a to i v lyofilizované i nelyofilizované formě. Probiotické kmeny, kterým se lépe dařilo v kvasinkových extraktech, než v MRS médiu dosahovaly celkově lepších výsledků. Získané výsledky naznačují, že kvasinkové extrakty mohou představovat částečnou alternativu ke klasickému kultivačnímu médiu pro probiotické bakterie. Jejich využití přináší výhody zejména v oblasti metabolické aktivity, enkapsulační efektivity a potenciální biologické ochrany, i přes obecně nižší přímou antimikrobiální účinnost. Výsledky podporují další výzkum zaměřený na optimalizaci extrakčních a zapouzdřovacích podmínek a zhodnocení praktické aplikace těchto systémů v potravinářství a farmacii.

This diploma thesis explores the potential use of yeast extracts as an alternative medium for the cultivation of probiotic bacteria, evaluates their metabolic and antimicrobial activity, and examines the efficiency of encapsulating these microorganisms into alginate particles. In the experimental section, eight probiotic strains were used. Half of these were bacteria of the genus Lactobacillus (L. acidophilus, L. plantarum, L. delbrueckii, L. rhamnosus), and the other half of the genus Bifidobacterium (B. bifidum, B. breve, B. adolescentis, B. longum). These probiotic bacteria were cultivated in prebiotic extracts obtained from cultured yeasts (S. cerevisiae, R. toruloides, M. pulcherrima clade, M. chrysoperlae, Y. lipolytica) as well as in extracts from commercially available S. cerevisiae yeast in both fresh and dried forms. The nutritional composition of the yeast extracts was assessed using spectrophotometric methods to determine their suitability as a growth medium for probiotics. This included analysis of total and reducing sugars, proteins, and antioxidant activity. The probiotic strains were cultivated in these extracts and, for comparison, also in MRS medium, which is considered an optimal culture medium for lactic acid bacteria. In the resulting synbiotic solutions, lactic acid concentrations were measured using high-performance liquid chromatography (HPLC), and their antimicrobial and metabolic activities were evaluated using cultivation and spectrophotometric techniques. Subsequently, the synbiotics were encapsulated into alginate particles using an encapsulator, and the growth of the probiotic cultures released from these particles was measured in MRS medium using a densitometer. The particles, both in lyophilized and non-lyophilized form, were also subjected to simulated gastrointestinal digestion. Probiotic strains that performed better growth parameters in yeast extracts than in MRS medium generally achieved superior overall results. The findings suggest that yeast extracts may serve as a partial alternative to conventional culture media for probiotic bacteria. Their application offers advantages particularly in terms of metabolic activity, encapsulation efficiency, and potential biological protection, despite generally lower direct antimicrobial efficacy. The results support further research focused on optimizing extraction and encapsulation conditions, as well as assessing the practical application of these systems in the food and pharmaceutical industries.