Главная \ 2. Закваски домашние \ Производство и поставка пробиотиков. Обзор практики

Практика производства пробиотических штаммов

Производство и поставка пробиотиков: обзор практического подхода

Производство и поставка пробиотиков: обзор практического подхода

Содержание страницы:

  1. Ведение
  2. Производство пробиотиков и молочных заквасок
  3. Развитие производства штаммов
  4. Питательные требования штаммов
  5. Производство сырья
  6. Управление процессом, контроль и согласованность
  7. Видовые и штаммовые зависимости
  8. Сырье для питательных сред с особыми требованиями
  9. Эволюция контроля качества
  10. Включение пробиотиков в пищевые добавки
  11. Включение пробиотиков в продукты питания и напитки
  12. Включение пробиотиков в “Medical Devices”
  13. Выводы
  14. Литература

Дополнительно по теме см.:

На момент написания данной обзорной статьи все авторы работали в DuPont Nutrition & Health, г. Нибюлль (нем. Niebüll), Германия.

Компания DuPont Nutrition & Health производит и продает пробиотики.

Резюме: для успешного предоставления пробиотических выгод потребителю необходимо выполнить несколько критериев. Здесь мы обсуждаем часто забываемые проблемы при производстве штаммов и включении их в потребительские товары, которые обеспечивают необходимую дозу в конце срока годности. Для производства требуется сложный производственный процесс, который обеспечивает как высокий выход микробной биомассы, так и ее стабильность, а также он должен соответствовать таким требованиям, как отсутствие специфических аллергенов, что исключает некоторые очевидные ингредиенты питательных сред. Воспроизводимость также важна для обеспечения постоянной высокой производительности и качества.

Чтобы обеспечить это, необходим контроль качества на протяжении всего производственного процесса, от сырья до конечного продукта, а также документация этого контроля качества. Формула потребительского продукта требует больших навыков и опыта. Традиционно пробиотические молочнокислые бактерии и бифидобактерии включаются в ферментированные молочные продукты с ограниченным сроком хранения в холодильнике.

В настоящее время пробиотики могут быть включены в пищевые добавки и другие «сухие» пищевые матрицы, которые, как ожидается, будут иметь стабильность до 24 месяцев при температуре и влажности окружающей среды. При правильном выборе производственного процесса, рецептуры продукта и штаммов высококачественные пробиотики могут быть успешно включены в широкий спектр форматов доставки в соответствии с требованиями потребителей.

1. Введение

Наиболее широко принятым определением пробиотиков является определение, предложенное рабочей группой ФАО / ВОЗ в 2002 году [1] и подтвержденное незначительными грамматическими изменениями группой экспертов ISAPP [2]: «Пробиотики - это живые микроорганизмы, которые при введении в адекватном количестве приносят пользу здоровью хозяина». Это определение подразумевает пять важных требований (Таблица 1).

Таблица 1. Требования к определению пробиотика; Hill et al. [2]

1
микроорганизмы
Хотя большинство коммерческих пробиотиков являются лактобактериями и бифидобактериями, они могут быть другими микробами и не обязательно бактериями.
2
должны быть живыми
При введении; хотя может быть желательно, чтобы они были живыми в желудочно-кишечном тракте, это не требуется.
3
должны быть управляемыми
Это не означает, что они должны быть съедены; возможны другие пути введения.
4
должны быть в достаточном количестве
В конце срока годности при хранении, все еще по крайней мере так много жизнеспособных микробов в продукте как были использованы в клиническом изучении.
5
должны иметь пользу для здоровья
Это преимущество должно проявляться в целевой популяции принимающей стороны.

В настоящей статье мы сосредоточимся на пунктах 2–4 в таблице 1; прикладная сторона использования пробиотиков. Что касается микроорганизмов, мы сосредоточимся на молочнокислых бактериях (МКБ) и бифидобактериях, т.е. это наиболее часто используемые пробиотические роды. Однако виды из других родов, такие как Bacillus,  Saccharomyces и др. также используют в качестве пробиотиков. Организмы из этих родов могут иметь очень разные требования роста и свойства стабильности [3]. Поскольку жизнеспособность является ключевой, то пробиотики должны быть изготовлены таким образом, чтобы в достаточных количествах и до конца срока годности они были живыми (активными) и стабильными (стрессоустойчивыми). Они также должны быть включены в потребительские товары, которые обеспечивают их выживание в достаточном количестве до конца срока годности.

Определение не оговаривает, что такое адекватное количество. Однако регуляторы, например, в Канаде и Италии требуют минимальной дозы в 109 колониеобразующих единиц (КОЕ) [2]. Кроме того, можно предположить, что адекватным количеством является, по крайней мере, доза, которая была задокументирована для обеспечения конкретной пользы для здоровья, о которой идет речь. Нет никаких признаков того, что более высокая доза вредна [4,5]; в некоторых случаях это может быть полезно [6]. Пробиотики, особенно когда они включены в диетические добавки, обычно транспортируются и хранятся при температуре и влажности окружающей среды. При длительной транспортировке это может привести к потере жизнеспособности по сравнению с охлажденным / замороженным хранением и обработкой. Чтобы обеспечить целевую дозу до конца срока годности и компенсировать потенциальные потери при хранении и обращении, в продукт обычно включается избыток (по дозе) [7].

Имеется много статей об идентификации потенциальных новых пробиотиков и их безопасности [8], а также о пользе для здоровья конкретных пробиотических штаммов или комбинаций штаммов [9]; однако эти темы здесь не обсуждаются. Здесь мы обсуждаем, что требуется для надежного и воспроизводимого производства высококачественных, безопасных и стабильных пробиотиков и что нужно для их поддержания в достаточном количестве в различных форматах доставки, чтобы предоставить потребителю эффективные пробиотики и их пользу для здоровья.

2. Производство пробиотиков и молочных заквасок

МКБ и бифидобактерии коммерчески производятся для удовлетворения спроса потребителей на пробиотические пищевые добавки и молочные закваски. С точки зрения производства, желаемый коммерческий продукт должен иметь максимально высокий выход и состоять из жизнеспособных концентрированных клеток микроорганизмов, которые являются стабильными и будут иметь такие же стабильные характеристики в предполагаемом применении. Клиенты ожидают высокого количества клеток и длительного срока хранения в различных условиях температуры и влажности, особенно для высококачественных пищевых добавок с дозами, установленными в ходе клинических испытаний. В отличие от клиентов, для молочных заквасок желательна быстрая и постоянная подкисляющая (ферментативная) активность в молоке. В этом разделе кратко описан производственный процесс, а также выделены важные задачи для производства (согласованной производительности) продукта.

Процессы производства МКБ и бифидобактерий для пищевых добавок и молочных продуктов имеют следующие общие этапы, как показано на рисунке 1. Запас замороженных клеток, который был тщательно подготовлен, чтобы состоять из одного чистого штамма, и был проверен на отсутствие загрязнений при контроле качества (QC), используется в ограниченном количестве последовательных ферментаций клеток для достижения желаемого объема инокулята и в конечном итоге переносится в основной сосуд для ферментации (чан, ванна, ферментер) для роста. Альтернативно, замороженный материал для DVI (Direct Vat Inoculation - прямая инокуляция в чан) состоит из большего количества концентрированных клеток, которые можно использовать для прямой инокуляции основного ферментационного сосуда. Целью обоих подходов является ограничение количества поколений от т.н. семенного фонда до продукта, тем самым снижая любой потенциальный риск генетического дрейфа. Термообработанная (питательная) среда, используемая для увеличения количества клеток и основного брожения, представляет собой смесь воды, источников азота, углеводов, солей и микроэлементов, необходимых для роста. Ферментация тщательно контролируется, и после завершения ферментации в основном резервуаре клетки концентрируют путем их отделения от отработанной среды посредством центрифугирования. В зависимости от конечного применения продукта растворы стабилизатора (то есть криопротекторы для защиты клеток от повреждения при замораживании и / или лиопротекторы для защиты клеток от повреждения при сублимационной сушке) могут быть добавлены к клеткам перед замораживанием. Криопротекторы подавляют скорость роста льда, увеличивая вязкость раствора и сохраняя аморфную структуру льда в непосредственной близости от клетки. Лиопротекторы стабилизируют структуру липидного бислоя клеточной мембраны в отсутствие воды [12]. Обычно используемые крио- и лиопротекторы представляют собой углеводы и пептиды. В молочной промышленности часто используется сухое обезжиренное молоко [13]. Как только пробиотический концентрат смешивают с раствором криопротектора, можно применять различные процессы замораживания. Один простой способ замораживания состоит в разливании криозащитного концентрата в банки и погружении запечатанных банок в ванну с жидким азотом. Затем замороженные банки могут быть отправлены компаниям, использующим пробиотики в продуктах питания или напитках. Альтернативно, более производительный метод состоит в гранулировании криозащитного концентрата путем капания концентрата через калиброванные отверстия в ванну с жидким азотом. Гранулы, которые обычно представляют собой сферы диаметром 4–5 мм, затем собирают на дне и, наконец, упаковывают в пакеты, которые хранятся и отправляются при температуре в диапазоне от -45 до -55°C. Альтернативно, замороженные клеточные гранулы можно использовать для лиофилизации для получения высушенного конечного продукта. Замороженные пеллеты переносятся на лотки, которые размещаются на полках. Полки имеют возможность регулирования температуры и постепенно нагреваются после создания вакуума в камере сублимационной сушки. Альтернативный вариант состоит в заполнении лотков криозащитным концентратом. Подносы затем помещают сверху на полки с регулируемой температурой, которые первоначально охлаждают до температуры замерзания при атмосферном давлении. Как только концентрат в каждом лотке замерзнет, ​​полки постепенно нагреваются после применения вакуума. Применяемый вакуум обычно колеблется от 100 до 1000 мТорр, а температура полок - от -40 до +40°C. Длительность сушки вымораживанием варьируется в зависимости от штамма, его состава и цикла сушки вымораживанием, но обычно для ее завершения требуется несколько дней. Преимущество сублимационной сушки состоит в том, что этот процесс поддерживает пробиотические клетки при низкой температуре, чтобы ограничить повреждение их структуры и метаболитов [14].

Этапы производства МКБ и бифидобактерий для пищевых добавок и молочных продуктов

Рисунок 1. Схематическое изображение производства пробиотиков для пищевых добавок и штаммов молочных заквасок.

После удаления из сушилки лиофилизированный материал измельчают в порошок с определенным размером частиц и плотностью. Измельченный материал затем может быть использован для смешивания с наполнителями, дополнительными функциональными ингредиентами, если это необходимо, и вспомогательными средствами, в зависимости от потребностей клиента. Затем смесь используется для изготовления готовых форматов, таких как капсулы, саше или таблетки. Контроль качества проводится на образцах в процессе и на конечном продукте, чтобы убедиться, что конечный продукт имеет высокое качество и не содержит загрязнений.

3. Развитие производства штаммов

В процессе разработки особое внимание уделяется пониманию условий, связанных с производством пробиотиков в промышленных масштабах, и оценке эффективности штаммов в аналогичных условиях в лабораторных масштабах. Каждый шаг в этом процессе зависит от предыдущего шага, и важно определить чувствительную зависимость штамма и попытаться сохранить общее состояние клеток во время процесса. Масштабирование иногда может быть очень сложным, потому что уменьшенный процесс изготовления клеток во время лабораторных разработок по своей природе более жестко контролируется и имеет более короткое время удержания на каждом этапе процесса. Например, коммерческое отделение клеток от отработанной среды центрифугированием может занять часы из-за большого объема клеток по сравнению с минутами в лабораторном масштабе с меньшими объемами; это приводит к различным напряжениям (то есть, как правило, к нагреву и сдвигу), чем к напряжениям, возникающим при использовании вертикальной лабораторной центрифуги [15]. Кроме того, существует несколько этапов, на которых клетки прекачиваются во время промышленного производства, что обычно не происходит во время лабораторных разработок. Кроме того, клетки во время коммерческого производства, вероятно, будут испытывать различные условия pH и температуры, которые нелегко воспроизвести одинаково в лабораторных масштабах. Отсюда важность масштабирования до промежуточного объема в пилотном режиме, чтобы эти более репрезентативные условия производства и нагрузки могли быть оценены и смягчены до перехода к коммерческому производству. Масштабирование от пилотного до коммерческого масштаба может быть сложным по тем же причинам, что и масштабирование от лабораторного масштаба до пилотного.

Как упоминалось ранее, время удержания на различных этапах производственного процесса может значительно превышать время удержания в лабораторном масштабе. Чтобы гарантировать, что клетки, изготовленные в опытном и промышленном производстве являются надежными и соответствуют заявленным срокам годности, они оцениваются в течение нескольких часов после типичного времени выдержки, с которым обычно сталкиваются на различных этапах процесса. Если адекватная устойчивость не продемонстрирована и не может быть легко произведена корректировка для уменьшения этой чувствительности, штамм вернется в лабораторию для еще одной итерации разработки, прежде чем снова будет испытываться.

Как правило, если штамм оказывается особенно чувствительным и трудно развивающимся в лабораторном масштабе из-за зависимой от штамма чувствительности, весьма вероятно, что дополнительные проблемы будут встречаться в ходе масштабирования для пилотного и последующего масштабирования для коммерческого производства. То же самое относится и к надежности клеток по времени выдержки, при вовлечении в производственный процесс. Часто существуют дополнительные итерации, когда штамм возвращается в лабораторию для дополнительной разработки, чтобы попытаться перестроить и преодолеть эти выявленные проблемы чувствительности и устойчивости, прежде чем снова делать масштабирование.

Как и ферментация, сушка вымораживанием должна оцениваться на стендовом уровне перед коммерческим производством. Оптимальный цикл сублимационной сушки может быть определен с помощью итеративного процесса, в котором давление, температура нагревательной пластины и толщина слоя замороженных гранул корректируются до достижения соответствующей активности воды (Aw), количества клеток и стабильности срока годности [16]. Кроме того, формула или дозировка криопротектора могут быть скорректированы, если выживаемость клеток не является удовлетворительной после итеративного процесса [17]. Крайне важно определить, можно ли масштабировать работу лабораторной сублимационной сушки для промышленной сублимационной сушки. В частности, емкость конденсатора, скорость конденсации и теплопередача в промышленной морозильной сушилке должны быть известны и достаточны для устранения влаги, выделяющейся во время цикла сушки.

4. Питательные требования штаммов

МКБ и бифидобактерии являются привередливыми микроорганизмами с точки зрения потребностей в питании для роста и продуктивности. МКБ и бифидобактерии имеют тенденцию быть ауксотрофными по отношению к некоторым из 20 аминокислот и имеют потребности в питательных веществах, которые необходимо удовлетворять из внешней среды для роста. Сложность этих ауксотрофий и потребностей в питательных веществах часто связана с питательным потенциалом среды, к которой был адаптирован микроорганизм и из которого он был получен [18]. Например, Lactobacillus plantarum, получаемый из растительного материала, обладает меньшим количеством ауксотрофий [19] и большей биосинтетической самодостаточностью, чем Lactobacillus johnsonii, выделенный из верхнего желудочно-кишечного тракта человека, который является средой с большей доступностью питательных веществ, таких как свободные аминокислоты. короткие пептиды и олигосахариды [20]. Понимание питательных потребностей микробов и разработка специально подобранной ферментационной среды, которая поддерживает рост и повышает способность клеток выживать и приспосабливаться к стрессам, возникающим в процессе производства, является ключом к получению высокоэффективного конечного продукта.

Выявление зависимых от штамма потребностей в питании требует междисциплинарного подхода, основанного как на знаниях, так и на опыте. Возможность оценки генома (т.е. геномики), экспрессии генов (т.е. транскриптомики), экспрессии белка (например, протеомики) и метаболизма (то есть метаболомики) обеспечивает критическое знание штаммов, что полезно для оценки зависящих от штамма потребностей в питании. и возможности и вносит свой вклад в работу по разработке и конечной производительности произведенного продукта [21,22,23]. Кроме того, анализ стерилизованной среды перед инокуляцией и после ферментации (то есть отработанной среды) дает эмпирические результаты для потребностей и ограничений в питании, которые можно использовать для подтверждения и перекрестной проверки большей информации, основанной на знаниях, полученной с использованием -omics. Использование этих подходов также позволяет понять состав сложных сырьевых ингредиентов, дрожжевых экстрактов, дрожжевых пептонов, молока и других сложных источников азота, что помогает согласовать важнейшие ингредиенты ферментационной среды с потребностями питательного вещества в разрабатываемом штамме и дает возможность регулировать среду и процесс для достижения лучших показателей штаммов и лучшего управления производственными затратами и эффективностью. Наконец, существует множество эмпирических данных, которые можно собрать, но нелегко получить или даже предсказать, используя подходы, основанные на знаниях. При правильном опыте и инновационной философии эти подходы, в сочетании, чрезвычайно эффективны для понимания зависимостей штаммов, чувствительности штаммов, потребностей в питании и ограничений в питании, что позволяет успешно разрабатывать и производить высокоэффективные штаммы, которые удовлетворяют потребности клиентов.

5. Производство сырья

Учитывая важность ферментационной (питательной) среды для производства МКБ и бифидобактерий, изменения в сырье могут оказать глубокое влияние на рост и производительность. Смена поставщика сырья может быть вызвана экономией средств благодаря улучшению производственного процесса и изменению источника ингредиентов. Изменения в сложных ингредиентах, таких как источники белка (например, дрожжевой экстракт, молоко), не удивительны и чаще выражены с точки зрения различий в составе, в отличие от менее сложных ингредиентов, таких как простые углеводы и соли. В зависимости от потребностей в питании и чувствительности производимых штаммов, варьирование партий в комплексных сырых ингредиентах иногда может остаться незамеченным, при этом некоторые штаммы имеют, по-видимому, стабильные характеристики, тогда как на эффективность других штаммов это более очевидно влияет положительным или отрицательным образом. С более сложными ингредиентами, такими как дрожжевые экстракты, различия, ответственные за изменение эффективности штамма, не могут быть легко объяснены аминокислотным или пептидным распределением по размеру, уровнями витаминов, нуклеотидов, солей и углеводов, а скорее объясняется присутствием или отсутствием некоторых других неизвестных или менее очевидных компонентов. Свекольная и тростниковая патока используются для выращивания хлебопекарных дрожжей, которые будут использоваться для производства дрожжевых экстрактов и пептонов для пищевых применений и ферментации [24]. Перенос компонентов, используемых для культивирования дрожжей для получения дрожжевых экстрактов и пептонов, может не иметь очевидного влияния на производительность штамма или может влиять на производительность пробиотических штаммов положительным или отрицательным образом (в зависимости от штамма). Кроме того, тростниковая и свекольная патока (меласса) может быть получена со всего мира с эффективностью и качеством, которые могут иметь длительный эффект при переносе в брожение с дрожжевыми экстрактами и пептонами [25].

6. Управление процессом, контроль и согласованность

Производство МКБ и бифидобактерий с неизменно высокой эффективностью также зависит от того, насколько хорошо контролируется производственный процесс. Неудивительно, что существует значительное разнообразие между штаммами, даже от одного и того же вида, с точки зрения чувствительности и реакции на производственный процесс, что влияет на производительность [26,27]. Во время лабораторных разработок, масштабирования до пилотного и последующего коммерческого производства, эти чувствительности обнаруживаются, и процесс настраивается так, чтобы можно было достигать стабильно высокой производительности. Как только процесс для каждого штамма установлен, важно запускать этот процесс каждый раз одинаково. Управление производственным процессом происходит на нескольких уровнях, которые включают в себя следующее:

  • Поставщики сырья проверяются, а сырье оценивается на определенном уровне для обеспечения высокого качества.
  • Установление значимых и достижимых диапазонов для параметров процесса и проверка возможности процесса для постоянного нахождения в этих диапазонах.
  • Максимально автоматизировать процесс, чтобы уменьшить несогласованность, связанную с человеческими ошибками и контролируемыми вручную аспектами производственного процесса.
  • Убедиться, что операторы достаточно обучены и текучесть кадров низкая.
  • Оценка собранных данных из процесса и использование подходов Six Sigma [28] для постоянного улучшения и обеспечения того, чтобы процесс воспроизводился настолько последовательно, насколько это возможно. Оценка проб в процессе и конечного продукта, чтобы убедиться, что продукт имеет высокую производительность и не содержит загрязнений.

Реальность производственной среды заключается в том, что в сырье будет много различий, которые не будут заметны, пока они не будут использованы в производстве. Среда на заводе динамична, с внедрением нового оборудования и внедрением новых процессов, которые могут на время нарушить устойчивую работу установки. Кроме того, некоторые аспекты производственного процесса будут более ручными и менее автоматизированными. Будут сменные изменения для операторов и текучести кадров. Оборудование может неожиданно выйти из строя. Зонды и датчики, используемые для контроля различных этапов производственного процесса, могут работать неправильно. Каждый из этих примеров представляет собой проблемы, которые могут повлиять на производительность производимых штаммов, потому что в этих обстоятельствах условия процесса и время выдержки различны и, возможно, выходят за пределы диапазона, исследуемого во время работы по созданию штамма, и увеличиваются. Производственный опыт показал, что различия в процессах, возникающие в результате подобных примеров, даже кажущиеся незначительными и внешне неважными, могут оказывать огромное влияние на производительность. Даже штаммы, считающиеся хорошо понятыми и надежно изготовленными, могут иметь удивительно низкую производительность, если изменение или различие в процессе выходит за пределы того, что было установлено в ходе разработки, масштабирования и внедрения. Иногда усилия по устранению неполадок и исправлению проблемы процесса оказываются запутанными, потому что различия между производственными прогонами являются многомерными и трудно идентифицируемыми. Это говорит о том, что некоторые аспекты процесса не контролируются должным образом. Важность управления процессом нельзя недооценивать для последовательного производства высокоэффективных МКБ и бифидобактерий, особенно с учетом специфических для штамма требований к питанию и чувствительности процесса, а также последующих клеточных реакций на этапы процесса, которые влияют на производительность.

7. Видовые и штаммовые зависимости

Чтобы производить пробиотики и молочные закваски с высокими эксплуатационными характеристиками, уникальные требования к питанию и чувствительность каждого штамма к различным аспектам процесса культивирования должны быть хорошо поняты и учтены в процессе производства. Эти зависимости обычно выявляются и разрабатываются в ходе лабораторных экспериментов, масштабируются в пилотном режиме и масштабируются до коммерческого уровня, прежде чем процесс будет завершен и начнется коммерческое производство. Разработка индивидуального производственного процесса для учета этих штаммо-специфических зависимостей создает дополнительные проблемы из-за сложности, связанной с поиском сырья и его управлением, а также с управлением др. многочисленными процессами на производственном объекте. К счастью, зависимости штамма, связанные с мезофильными (например, Lactococcus lactis) и термофильными (например, Streptococcus thermophilus) молочными заквасками, менее выражены, и с этими микроорганизмами допускаются более общие ферментационные среды и производственные процессы. И наоборот, сложность производственных процессов для пробиотиков, предназначенных для пищевых добавок, значительно выше из-за постоянно растущего числа видов пробиотиков, востребованных потребителями, и разнообразия видов и зависимостей штаммов, которые в этом участвуют.

Для успешного производства высокоэффективных пробиотиков и молочных заквасок (стартеров) штаммы должны быть хорошо изучены с точки зрения потребностей в питании [18,19] и чувствительности процесса [8]. Кроме того, необходимо хорошо понимать состав сложного сырья (т.е. дрожжевых экстрактов) и то, как изменяется пищевая ценность, приводящая к основному брожению и включающая его.

Производственный процесс должен очень хорошо контролироваться, поэтому штамм мог быть последовательно выращен с последующей предсказуемой производительностью. Наконец, организация должна быть готова и способна справляться с высокой степенью сложности, возникающей из-за постоянно растущего числа сырья и специальных процессов, необходимых для производства высокопроизводительных молочных заквасок (стартеров) и пробиотиков.

8. Сырье для питательных сред с особыми требованиями

Как указано выше, сырье для производства пробиотиков и заквасок должно быть тщательно отобрано и проверено. Однако в дополнение к требованиям роста, диктуемым микроорганизмами, могут существовать требования к средам от потребителя. Они могут относиться к требованиям кошерности и халяля, но могут также касаться отсутствия определенных аллергенов в конечном продукте. Это может быть проблематично, так как некоторые из обычно используемых сред для культивирования микроорганизмов в целом и МКБ и бифидобактерий в частности не будут соответствовать этим требованиям. Для кошерных это означает кошерные ингредиенты, отсутствие смешивания молочных и мясных продуктов и использование кошерных методов. Для аллергенов, избегая самых распространенных пищевых аллергенов, таких как молочные продукты, соя, глютен и орехи. Для вегетарианского и веганского производства следует избегать мясных и молочных источников, соответственно. Для молочных заквасок, очевидно, можно использовать среду на молочной основе. Что касается пищевых добавок, то исключение молочных, соевых и мясных экстрактов требует поиска альтернативных источников азота. Следует избегать источников углерода, полученных из пшеницы, из-за возможного загрязнения глютеном. Как указано ниже, важно, чтобы это было задокументировано, проверено и, при необходимости, проанализировано, чтобы иметь возможность гарантировать отсутствие специфических аллергенов и гарантировать кошерные, халяльные, вегетарианские и / или веганские продукты.

9. Эволюция контроля качества

Контроль качества и обеспечение качества имеют одну и ту же цель - производство качественного продукта для продажи, но они различаются по своему подходу. Обеспечение качества отвечает за поддержание систем качества на предприятии, так что дефекты и ошибки продукта могут быть сведены к минимуму. Контроль качества отвечает за фактическое тестирование сырья, технологических образцов, промежуточных образцов и образцов конечного продукта, что может включать широкий спектр исследований. Потребность в тестировании конечного продукта всегда была основной задачей QC, но что изменилось и расширилось, так это программы поддержки QC. Прежде чем проводить тестирование конечного продукта и результаты будут считаться достаточно надежными для добавления в сертификат анализа (COA), в лабораторном контроле качества должно быть реализовано несколько программ, которые помогают обеспечить качество продукта.

По мере того, как все большее количество пробиотиков потребляется населением в целом, которое включает уязвимых субъектов, таких как беременные женщины, дети грудного возраста, люди с аллергическими реакциями и те, у кого нарушена иммунная система, стандарты и правила для поддержания лабораторного контроля качества и тестирования продвинулись [29]. Соблюдение нормативных указаний и применимых стандартов позволило улучшить контроль и результаты процессов производства и контроля качества, расширив возможности производственных мощностей по производству и контролю качества для выпуска более согласованного конечного продукта. Кроме того, благодаря внедрению и применению таких руководящих принципов, дальнейшие области для развития и / или исправления могут быть приняты с большей готовностью. Примеры нормативного руководства и применимых стандартов, которые принимаются, приведены в таблице 2.

Таблица 2. Примеры нормативных руководящих принципов по контролю качества.

1
21 CFR 117: кодекс Федеральных правил
Современная надлежащая производственная практика, анализ опасности и профилактический контроль на основе риска для пищевых продуктов человека
2
21 CFR 111: кодекс Федеральных правил
Текущая Надлежащая Производственная Практика В Производстве, Упаковке, Маркировке Или Хранении Пищевых Добавок
3
ICH Q7: Международный совет по согласованию технических требований к фармацевтическим препаратам для использования человеком
Руководство По Надлежащей Производственной Практике Для Активных Фармацевтических Ингредиентов

Кроме того, приняв передовые лабораторные методы GLP (Good Laboratory Practice), лабораторный контроль качества сводит к минимуму перекрестное загрязнение, понимая этапы, используемые в производстве для изготовления конечного продукта, состав конечного продукта и обращение с конечным продуктом. Это включает в себя личную гигиену, надлежащие средства индивидуальной защиты (СИЗ), установление протоколов пешеходного движения, прохождение продукта через лабораторию, а также процедуры и журналы санитарии. Квалификация оборудования и утвержденные процедуры / методы также используются для обеспечения достоверности результатов испытаний. Анализ опасностей и критические контрольные точки ХАССП (Система  HACCP -Hazard Analysis and Critical Control Point) используются для определения критических контрольных точек и установления приемлемых протоколов для минимизации опасностей. Используя клиента, а также внутренний аудит лабораторного контроля качества, мы пытаемся определить постоянные проблемы и убедиться, что методы соблюдаются.

Метрология так же важна, как и GLP, в создании надежной программы для квалификации и калибровки лабораторного оборудования. Необходимо установить программы, обеспечивающие достаточный мониторинг и обслуживание оборудования, такого как автоклавы, инкубаторы, чистые помещения, пипетки и т.д., как квалифицированными внешними поставщиками, так и, в более повседневных случаях, техническими специалистами лаборатории. Метрологические записи также создаются, поддерживаются и сохраняются. Также включен мониторинг обработки воздуха и качества воды, что важно для предотвращения любого загрязнения ниже по течению.

Документация должна включать все наблюдения, результаты испытаний / исходные данные и отклонения. Каждая партия материала, которая производится, должна быть связана с записью партии, которая включает всю документацию производства и контроля качества. Затем этот файл должен быть проверен, чтобы убедиться, что все соответствующие документы присутствуют и соблюдены нормативные требования. Время, в течение которого должны храниться все записи партии, метрологические записи и т.д., и как правильно распоряжаться всеми документами компании, зависит от применяемого нормативного руководства и политики компании.

Чтобы избежать проблем с качеством, вызванных плохим сырьем и упаковкой, поставщики и их сырье должны быть заранее подготовлены для использования. Это означает, что перед использованием команда должна знать и утверждать следующую информацию:

  1. Статус ГМО; аллергенный статус; спецификации закупки сырья, в том числе химические, физические и микробиологические; качество пищевых продуктов; пестициды; облучения; Кошерный рейтинг; тип и размер упаковки сырья; условия хранения; срок годности при хранении;  и технические спецификации безопасности SDS (Safety Data Sheet) должны быть рассмотрены. Также полезно просмотреть сертификат подлинности COA (Certificate of Authenticity) от поставщика.
  2. Также должно быть определено, какой тип проверки должен проводиться после того, как на завод поступит одобренное сырье. Это может включать осмотр внешнего вида; идентификацию - химическую, физическую и микробиологическую; обзор COA поставщика; идентификацию того, что материал доказал, что он есть (тот самый); и частоту проверок КК. Например, должен ли контроль качества сырья и упаковочных материалов проводиться с каждой новой партией или может быть установлена программа пропуска?

Обученные навыки лаборантов должны контролироваться путем создания программы, в которой точность проверок качества может быть проверена с помощью известных контролей. Привлечение квалифицированных лаборантов и поддержание их навыков поможет минимизировать несоответствие результатов.

Необходимо будет разработать план отбора проб, который будет включать сырье / упаковочные материалы, незавершенное производство / промежуточные продукты и конечные продукты. Информация, которую необходимо учитывать для составления репрезентативного плана отбора проб: сколько отбираемых проб должно точно соответствовать серии? Были разработаны статистические программы, учитывающие выборку (и), которые обеспечивают подтверждение того, что партия является приемлемой, избегая при этом чрезмерного тестирования, что экономит время и деньги технического специалиста. Кроме того, если отбирается более одного образца или если производство выполняет несколько подслотов в пакете, нужно ли их запускать отдельно или можно объединять образцы? Размер выборки также необходимо учитывать.

Сохраненные образцы из каждой производственной партии должны храниться при той же рекомендованной температуре, которая предоставляется заказчику. Размер выборки должен отражать материал, взятый во время производственного цикла, и обеспечивать полное тестирование качества.

Существуют также программы, которые включают возврат продукции / жалобы клиентов / отклонения / из спецификации и брака. Все это обязательные программы, которые помогают предотвратить непреднамеренное использование продукта и / или материала и в которых QC играет роль. В общем, все эти события включают в себя этапы, указанные в таблице 3.

Таблица 3. Шаги, необходимые для управления некондиционными материалами.

1
Идентификация несоответствующих продуктов или материалов на любой стадии процесса
2
Исследование несоответствующих продуктов для предоставления критической информации и определения корректирующих и предупреждающих действий
3
Изоляция несоответствующих продуктов для предотвращения непреднамеренного использования
4
Уведомление всех затронутых департаментов о несоответствии
5
Определение диспозиции

Создание спецификаций выпуска должно включать запросы клиентов, возможности производства и отсутствие патогенов.

При наличии систем поддержки необходимо решить вопросы, касающиеся типа требуемого тестирования конечного продукта. Конечными продуктами являются бактерии, но эти бактерии не подвергаются дальнейшей ферментации в конечном продукте клиента. Вместо этого клиент непосредственно глотает бактерии. Как бактерии будут использоваться в конечном продукте клиента? Какой тип окружающей среды окружает бактерии, предназначенные для продажи потребителю? То есть, находятся ли бактерии в лиофилизированной форме, которые будут упакованы в капсулы, саше, соломинки и т.д., или бактерии останутся в форме замороженных влажных гранул, которые можно добавлять в жидкости, такие как сок? Каковы кислотные / основные условия конечного продукта клиента и как это повлияет на стабильность бактерий? Какой тип потребителя является целью клиента? Младенец? Пенсионер? Ослабленный иммунитет? Пол? Примеры тестирования конечного продукта приведены в таблице 4.

Таблица 4. Примеры тестирования конечного продукта.

1
Физическое обследование
2
Функциональность - необходимость доказать, что продукт будет делать то, что ожидает клиент. Для пробиотических бактерий это подтверждается установлением заявки на этикетке и удовлетворением этой заявки на каждую произведенную партию.
3
Отсутствие патогенов
4
Перекрестное загрязнение / гигиена - все больше и больше клиентов хотят минимальное перекрестное загрязнение и интересуются вопросами гигиены  (отсутствие дрожжей/плесени).
5
Идентификация продвинулась от микроскопии и фенотипических признаков, которые предложили высокое различие пробиотиков к более специфическим генотипическим анализам посредством технологий ПЦР и секвенирования рибосомной 16S рРНК. Эти генетически обоснованные методы различают на видовом уровне и, в некоторых случаях, за его пределами. Виды бактерий часто состоят из нескольких различных штаммов, и пробиотики, как правило, продаются по обозначению штамма. Одним из определений штамма является различие по крайней мере одной пары оснований в геноме бактерии. Штамм-специфические ПЦР-анализы могут быть разработаны для целевых последовательностей генома, которые однозначно идентифицируют бактерии (пробиотики) на уровне штамма. Важность этих анализов становится все более очевидной не только по мере того, как новые исследования выявляют различие одной пары оснований но и по мере того, как динамика пробиотической промышленности продолжает развиваться.

Будущие проблемы - эффективность и автоматизация. Потребность в будущих методах, которые могут быть подтверждены и приняты заказчиком, является определенной необходимостью. Лаборатория контроля качества, наряду с помощью отдела исследований и разработок, всегда ищет способы сократить время выпуска и предотвратить повторное тестирование. Кроме того, клиенты хотят более точной идентификации, особенно среди бактериальных смесей.

10. Включение пробиотиков в пищевые добавки

Включение пробиотиков в пищевые добавки в основном производится в лиофилизированном порошковом формате. Капсулы, таблетки или порошок в пакетиках являются наиболее распространенными форматами на полках магазинов и обычно хранятся в условиях окружающей среды. Продукты с пищевыми добавками должны обеспечивать количество пробиотиков, указанное на этикетке, в течение всего срока годности продукта. Это гарантирует, что потребитель получает адекватную дозу пробиотиков, чтобы повлиять на целевую функцию структуры здоровья или иным образом предполагаемую пользу для здоровья. Важно охарактеризовать стабильность каждого штамма таким образом, чтобы во время производства формата биологически активной добавки можно было добавить надлежащее количество избыточной биомассы для обеспечения минимального количества каждого штаммового компонента в мульти-штаммовой рецептуре. Однако контроль качества отдельных штаммов в составе с множеством штаммов является очень сложной задачей, особенно с несколькими штаммами одного и того же вида. В настоящее время не существует общепринятых и надежных методов, хотя экспериментальные молекулярные методы были изучены [30].

Форматы пищевых добавок, как правило, имеют срок годности, измеряемый месяцами (годами), поэтому необходимо соблюдать большую осторожность, чтобы обеспечить правильное количество пробиотических клеток. Поскольку пробиотики, даже в лиофилизированном состоянии, являются живыми микроорганизмами, их обработке и хранению следует уделять больше внимания, чем другим биологически активным добавкам и пищевым ингредиентам [16,31].

Водная активность (Aw), сопровождаемая температурой хранения, является основным фактором, влияющим на пробиотическую стабильность в течение срока годности продукта [32]. Последующая обработка и производство конечного продукта (биологически активной добавки) должны происходить в строгих условиях контроля температуры и влажности. Создание продукта с низкой водной активностью начинается с получения сухих носителей, наполнителей и других активных ингредиентов, которые будут смешаны с пробиотиком. Небольшие количества высокоактивных ингредиентов могут быть добавлены при условии, что общая водная активность Aw остается ниже 0,2 или, в идеале, для длительного срока хранения, ниже 0,15 (т.е. продукты с низкой влажностью). Относительная влажность технологического оборудования также должна поддерживаться на низком уровне, чтобы пробиотическая пищевая добавка не поглощала влагу из окружающей среды во время производства.

После получения пробиотического формата с низкой активностью воды Aw эти условия можно поддерживать, выбирая упаковку с адекватной скоростью пропускания паров влаги (MVTR) (таблица 5). Чем ниже MVTR, тем медленнее попадание влаги. Предотвращение попадания влаги помогает поддерживать количество пробиотических клеток в течение срока годности продукта.

Таблица 5. Примеры скоростей пропускания паров влаги (MVTR) для обычно используемых типов бутылок для пробиотических пищевых добавок (из сравнительной диаграммы от Alpha Packaging Plastics).

Материал
MVTR (g*mil / 100 in/ 24h)
ПЭТ (ориентированный или растянутый полиэтилентерефталат)
2.0
HDPE (полиэтилен высокой плотности)
0.5
Стекло
около 0

Не все пластиковые бутылки одинаковы с точки зрения жизнеспособности пробиотиков. Никогда не следует использовать бутылки из полиэтилентерефталата (ПЭТ), поскольку их структура допускает миграцию слишком большого количества влаги по сравнению с полиэтиленом высокой плотности (HDPE). В то время как у стеклянных бутылок лучший MVTR, необходимо выбрать уплотнение бутылки, которое хорошо прилипает к стеклу, чтобы предотвратить попадание влаги из отверстия бутылки. Добавление упаковок влагопоглотителя в бутылки способствует поддержанию низкой водной активности Aw в пробиотическом содержимом. Флаконы марки CSP® с осушителем в стенке бутылки доказали свою высокую эффективность в поддержании низкой Aw в пробиотическом содержимом в течение всего срока годности, даже в условиях хранения с высокой влажностью, как рекомендовано «Международной конференцией по гармонизации технических требований для регистрации фармацевтических препаратов для использования человеком» (ICH).

Жевательные таблетки и смешивание пробиотиков с другими активными ингредиентами - две тенденции, наблюдаемые в настоящее время в коммерчески доступных пищевых добавках. Эти два продукта вводят дополнительные переменные, которые могут влиять на количество пробиотиков и выживаемость. Сжатие во время таблетирования имеет тенденцию снижать жизнеспособность пробиотиков в таблетке [33], а другие активные ингредиенты могут способствовать повышению водной активности Aw (как обсуждалось выше). Кроме того, ингредиенты растительного происхождения могут быть богаты полифенолами, которые могут быть антимикробными [34].

Давление сжатия, используемое при производстве жевательных таблеток, может значительно снизить количество пробиотических клеток. Степень потери числа компрессионных клеток будет зависеть от состава и пробиотического штамма [35]. Тесты должны быть выполнены, чтобы понять минимальную степень сжатия, необходимую для производства таблетки с приемлемыми характеристиками хрупкости, чтобы сохранить как можно больше живых клеток. Как упомянуто выше, ингредиенты в составе жевательной таблетки следует выбирать с наименьшей возможной водной активностью Aw. Использование упаковки, такой как флакон CSP®, может помочь поддерживать низкую водную активность и количество пробиотических клеток в течение всего срока годности.

При рассмотрении других активных ингредиентов, которые следует смешивать с пробиотиками, обычно необходимо провести две стадии. В формате диетической добавки, как правило, активность воды другого активного ингредиента (-тов) может быть вредной для пробиотической выживаемости, если они увеличивают активность воды. Второе соображение - это влияние активного ингредиента (-тов) на лиофилизированные пробиотики при регидратации, которая происходит после проглатывания в желудке или при добавлении буферного раствора перед подсчетом продукта в лаборатории [16]. Точное воздействие активного ингредиента (-тов) на пробиотик in vivo может быть трудно определить из-за логистики, необходимой для отбора образцов у человека. Желудочные симуляторы могут использоваться для аппроксимации системы in vivo, но затем следует тщательно рассмотреть настройку симулятора.

Для взаимодействия активного ингредиента (-тов) с лиофилизированным пробиотиком во время процесса подсчета следует сначала провести анализ взаимодействия, чтобы определить, уменьшает ли ингредиент количество пробиотиков при контакте. Анализ взаимодействия может состоять из подсчета регидратированного образца до и после 30-минутнй выдержки. Если количество клеток уменьшается через 30 мин, этапы смягчения в процедуре подсчета, такие как увеличение начального разведения (например, 1:100), могут уменьшить воздействие и взаимодействие активного ингредиента (-тов) с пробиотиком.

11. Включение пробиотиков в продукты питания и напитки

Распространенность немолочных продуктов, содержащих пробиотики, неуклонно растет, особенно когда потребители начинают испытывать «усталость от таблеток». Потребление пробиотиков в пище может восприниматься как более естественный способ получения суточной дозы [36].

Срок годности пробиотических немолочных продуктов, как правило, короче, чем у пищевых добавок, но матрицы могут быть более жесткими при выживании пробиотиков. При добавлении пробиотиков в сок необходимо учитывать множество факторов: рН, кислоты, антоцианы и тот факт, что пробиотик находится в вегетативном, а не в лиофилизированном состоянии, как в пищевых добавках [37,38]. Охлаждение сока необходимо для поддержания жизнеспособности пробиотика, чтобы адекватная доза доставлялась в течение всего срока годности, а также во избежание метаболической активности пробиотика и порчи сока [39].

Варианты вторичной упаковки позволяют производить сок длительного хранения, когда пробиотик находится в отдельном отсеке (например, в колпачке бутылки или соломке) и высвобождается в сок только непосредственно перед употреблением [17].

Существует множество пищевых форматов, которые могут успешно включать пробиотики и доставлять их в требуемой дозе и обычно включают эксперименты, чтобы найти оптимальную комбинацию препарата и штамма. Шоколад, крекеры, хлопья для завтрака, закуски, чипсы, арахисовое масло и хрустящие батончики мюсли являются одними из многих вариантов пробиотической пищи. Основным фактором, влияющим на пробиотическую стабильность в этих пищевых форматах, является активность воды Aw. Как правило, активность воды не должна превышать 0,25, чтобы соответствовать 12-месячному сроку годности при 25°C. Исключением из этого руководства по водной активности являются продукты на основе жиров, такие как шоколад и арахисовое масло, где хорошая пробиотическая стабильность может быть достигнута, несмотря на более высокую водную активность до 0,4.

11.1. Кисломолочные продукты

Возможно, самые известные традиционные пробиотические продукты, йогурты и аналогичные кисломолочные продукты имеют тесную связь со здоровьем кишечника во многих странах мира. Кисломолочные продукты выделяются в качестве особого типа матрицы для получения пробиотической пользы для здоровья, поскольку они дают возможность увеличить популяцию пробиотиков на этапе ферментации, обеспечивая, таким образом, экономически эффективное количество клеток. Недостатком, однако, является то, что необходимо позаботиться о том, чтобы рост добавленной пробиотической культуры не нарушал сенсорный (вкусовой) профиль продукта. Таким образом, чтобы извлечь выгоду из этого, необходимо уделять особое внимание обеспечению качества во время разработки прототипа (органолептические аспекты), а также во время коммерческого производства, где клинически значимая доза должна быть надежно соблюдена во время производства. Кроме того, если не проводить тщательное управление, стадия ферментации создает потенциальный риск для здоровья, поскольку патогенным микроорганизмам может быть разрешено расти вместе с пробиотическими и заквасочными культурами. Такой риск можно уменьшить, применяя специальные и строгие гигиенические стандарты для ферментированных продуктов.

Род пробиотиков Lactobacillus и Bifidobacterium, которые имеют давнюю традицию в качестве заквасочных культур при производстве йогурта, обычно демонстрируют хорошую выживаемость в кисломолочных продуктах, хотя продукты с очень низким pH могут быть слишком кислыми для определенных штаммов [40]. Таким образом, поиск правильного баланса между клинической дозой, сроком годности и экономической эффективностью во многих случаях будет зависеть от типа штамма и рН. Другие параметры, которые влияют на успешное включение пробиотиков, включают температуру ферментации (влияющую на рост пробиотиков), температуру хранения, тип упаковки (проницаемость для кислорода), этапы обработки, такие как термическая обработка и гомогенизация, и взаимодействие с другими ингредиентами [41,42]. Поскольку добавление фруктов и (все больше) зерен является обычным явлением при производстве йогурта, следует подчеркнуть, что определенные виды фруктов и зерновых могут быть особенно вредными для выживаемости пробиотиков [43]. Поэтому предварительный отбор совместимости данного пробиотического штамма с выбранными интересующими ингредиентами является рекомендуемым подходом к разработке прототипа.

Будучи жидкими или полужидкими пищевыми продуктами, кисломолочные продукты обычно выигрывают от того, что данный пробиотик добавляется в виде замороженной гранулы, а не в виде лиофилизированного / измельченного порошка. Гранулы более удобно обеспечивают однородность продукта и сокращают время смешивания, тогда как порошковые пробиотики могут привести к проблемам смачиваемости и диспергируемости.

11.2. Мороженое

Мороженое представляет собой еще одну интересную, но совершенно другую матрицу для переноса пробиотиков. В отличие от ферментированных молочных продуктов, где жизнеспособность пробиотиков измеряется неделями или, в оптимальных случаях, месяцами, мороженое способно вместить пробиотические штаммы на клинических уровнях более года [44]. При надлежащем хранении (-18 ° C или менее) мороженое может сохранять пробиотики дольше, чем любое другое молочное применение (1 год или более) из-за его замороженного формата. Другие факторы, обычно связанные с мороженым, которые способствуют стабильности пробиотика, включают нейтральный (или близкий к нейтральному) рН, высокое содержание сухих веществ и, особенно, содержание жира.

Однако существуют препятствия, которые необходимо преодолеть, прежде чем будет достигнуто успешное включение пробиотиков в продукты из мороженого. Переполнение, которое аэрирует смесь мороженого перед упаковкой, может привести к снижению количества жизнеспособных клеток из-за увеличения поступления кислорода. Это может быть компенсировано добавлением т.н. избытка или культивированием пробиотической популяции во время потенциальной стадии ферментации до фактического изготовления мороженого. Кроме того, токсическая активность кислорода может быть учтена при использовании аэротолерантных видов, таких как лактобациллы, а не строго анаэробных видов. Другая особая проблема, связанная с производством пробиотического мороженого, - это этап замораживания, который может нарушить оболочку бактериальных клеток и, таким образом, сам по себе вызвать уменьшение количества клеток [45]. Чтобы минимизировать эту угрозу, может быть целесообразно использовать этап быстрого замораживания для контроля образования кристаллов льда как в продукте, так и в бактериальных клетках внутри.

11.3. Пробиотический сыр

Хотя пробиотики в сыре не получили широкого распространения, сыр очень хорошо подходит в качестве носителя, и многие примеры успешного включения уже были задокументированы [46]. Большинство сыров имеют высокое содержание жира, часто в сочетании с относительно низким содержанием воды. В дальнейшем в сочетании с прохладными условиями хранения это обеспечивает пробиотическую жизнеспособность на клинически значимых уровнях после нескольких месяцев срока годности. Склонность к росту количества пробиотических клеток во время процесса созревания при производстве сыра даже делает возможным включение типичной суточной клинической дозы пробиотиков в очень небольшие количества сыра. Штаммы, такие как Lactobacillus acidophilus NCFM, Lactobacillus paracasei Lpc-37 и Lactobacillus rhamnosus HN001, были успешно включены в стандартный сыр гауда с количеством клеток, превышающим 108 КОЕ / г через 200 дней [46, 47, 48]. Таким образом, одной порции 10 г сыра было бы достаточно для получения желаемой суточной дозы 109 КОЕ [49].

11.4. Другие молочные применения

Существует много других видов молочных продуктов, которые обещают быть полезными для пробиотиков. Общая совместимость большинства видов пробиотиков с компонентами молока в сочетании с основным требованием, согласно которому большинство молочных продуктов должны храниться при низких температурах, делают их идеальными и обеспечивают множество путей для дальнейшего развития пробиотиков в молочных продуктах [50].

12. Включение пробиотиков в “Medical Devices”

Как описано в Таблице 1, согласно определению, пробиотики не обязательно употреблять в пищу, их можно вводить в любой другой форме. Это открывает возможность для так называемых приложений медицинских устройств. Большинство пробиотических медицинских устройств подпадают под класс I, то есть они не предназначены для поддержки или поддержания жизни и не имеют существенного значения для предотвращения ухудшения здоровья человека и не могут представлять необоснованный риск заболевания или травмы [51]. В Европейском Союзе, однако, пробиотики, как живые микроорганизмы, специально исключены из правил медицинских устройств [52].

Следовательно, лосьоны, ополаскиватели для рта и вагитории могут быть рассмотрены для таких медицинских устройств. Обычное применение пробиотиков в медицинском устройстве для вагинального применения -  это часто ваготории [53], но также могут быть тампоны и т.д. Пробиотики, включенные в такие продукты, могут отличаться от видов, которые используются для перорального введения, но это не обязательно.Процесс производства таких пробиотиков ничем не отличается от других пробиотиков в том смысле, что его необходимо специально адаптировать к формату доставки медицинского устройства. Как и у всех пробиотических штаммов, производство будет зависеть от штамма.

Технологические требования штаммов различны в медицинских устройствах по сравнению с пищевыми продуктами или биологически активными добавками. Тем не менее, основные проблемы для поддержания жизнеспособности одинаковы: активность воды, кислород, температура, pH и т.д. Срок годности, как правило, аналогичен сроку годности пищевых добавок: 24 месяца при комнатной температуре.

13. Выводы

После того, как исследования с участием человека подтвердили, что микроорганизмы квалифицируются как пробиотики, необходимо предпринять следующий шаг, чтобы увидеть, можно ли культивировать штаммы в промышленном масштабе и можно ли их успешно включить в потребительские продукты. Предпочтительно, чтобы эта часть коммерциализации пробиотиков проводилась параллельно с клиническими испытаниями, чтобы избежать изучения некоммерческого штамма. Культивирование в больших масштабах и промышленная обработка предъявляют совершенно иные требования к штаммам, чем культивирование в лабораторных условиях. Кроме того, чтобы обеспечить неизменно высокое качество штаммов, необходимо разработать программу контроля качества, чтобы гарантировать постоянное качество всего, от ингредиентов до конечного продукта, и программу обеспечения качества, чтобы запустить надежные производственные процессы. Все это требует строгого документирования процедур и результатов. После получения высококачественной пробиотической биомассы, штамм (ы) необходимо включить в потребительские продукты. Эти продукты имеют различные требования, от срока годности до условий хранения и состава продукта. В любом случае, минимальная эффективная доза должна быть доставлена ​​потребителю в конце срока годности. Пробиотики, будучи живыми микроорганизмами, делают все это сложным. Тем не менее, путем выбора правильных штаммов, условий культивирования и производства продукции можно достичь многого, и исследуемые преимущества для здоровья могут быть предоставлены потребителю.

Источник: Kurt Fenster, Barbara Freeburg, Chris Hollard, Connie Wong, Rune Rønhave Laursen,  Arthur C. Ouwehand. The Production and Delivery of Probiotics: A Review of a Practical Approach Microorganisms 2019, 7(3), 83

Литература:

  1. FAO/WHO. Guidelines for the Evaluation of Probiotics in Food. 2002, pp. 1–11. Available online: https://www.who.int/foodsafety/fs_management/en/probiotic_guidelines.pdf (accessed on 16 March 2019).
  2. Hill, C.; Guarner, F.; Reid, G.; Gibson, G.R.; Merenstein, D.J.; Pot, B.; Morelli, L.; Canani, R.B.; Flint, H.J.; Salminen, S.; et al. Expert consensus document. The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics consensus statement on the scope and appropriate use of the term probiotic. Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 201411, 506–514. [Google Scholar] [CrossRef]
  3. Johnston, B.C.; Lytvyn, L.; Lo, C.K.; Allen, S.J.; Wang, D.; Szajewska, H.; Miller, M.; Ehrhardt, S.; Sampalis, J.; Duman, D.G.; et al. Microbial preparations (probiotics) for the prevention of clostridium difficile infection in adults and children: An individual patient data meta-analysis of 6851 participants. Infect. Control Hosp. Epidemiol. 201839, 771–781. [Google Scholar] [CrossRef]
  4. Zhou, J.S.; Shu, Q.; Rutherfurd, K.J.; Prasad, J.; Gopal, P.K.; Gill, H. Acute oral toxicity and bacterial translocation studies on potentially probiotic strains of lactic acid bacteria. Food Chem. Toxicol. 200038, 153–161. [Google Scholar] [CrossRef]
  5. Morovic, W.; Roper, J.M.; Smith, A.B.; Mukerji, P.; Stahl, B.; Rae, J.C.; Ouwehand, A.C. Safety evaluation of HOWARU((R)) restore (Lactobacillus acidophilus NCFM, Lactobacillus paracasei Lpc-37, Bifidobacterium animalis subsp. lactis Bl-04 and B. lactis Bi-07) for antibiotic resistance, genomic risk factors, and acute toxicity. Food Chem. Toxicol. 2017110, 316–324. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  6. Ouwehand, A.C.; Invernici, M.M.; Furlaneto, F.A.C.; Messora, M.R. Effectiveness of multistrain versus single-strain probiotics: Current status and recommendations for the future. J. Clin. Gastroenterol. 201852. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  7. Sreeja, V.; Prajapati, J.B. Probiotic formulations: Application and status as pharmaceuticals—A review. Probiotics Antimicrob. Proteins 20135, 81–91. [Google Scholar] [CrossRef]
  8. Sanders, M.E.; Klaenhammer, T.R.; Ouwehand, A.C.; Pot, B.; Johansen, E.; Heimbach, J.T.; Marco, M.L.; Tennila, J.; Ross, R.P.; Franz, C.; et al. Effects of genetic, processing, or product formulation changes on efficacy and safety of probiotics. Ann. N. Y. Acad. Sci. 20141309, 1–18. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  9. Cremon, C.; Barbaro, M.R.; Ventura, M.; Barbara, G. Pre- and probiotic overview. Curr. Opin. Pharmacol.201843, 87–92. [Google Scholar] [CrossRef]
  10. Di Cerbo, A.; Palmieri, B. The market of probiotics. Pak. J. Pharm. Sci. 201528, 2199–2206. [Google Scholar] [PubMed]
  11. Ouwehand, A.C. The cost and benefit of probiotic use. Agro Food Ind. Hi-Tech 201627, XI–XIII. [Google Scholar]
  12. Santivarangkna, C.; Kulozik, U.; Foerst, P. Inactivation mechanisms of lactic acid starter cultures preserved by drying processes. J. Appl. Microbiol. 2008105, 1–13. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed][Green Version]
  13. Carvalho, A.S.; Silva, J.; Ho, P.; Teixeira, P.; Malcata, F.X.; Gibbs, P. Relevant factors for the preparation of freeze-dried lactic acid bacteria. Int. Dairy J. 200414, 835–847. [Google Scholar] [CrossRef]
  14. Fonseca, F.; Cenard, S.; Passot, S. Freeze-Drying of Lactic Acid Bacteria. In Cryopreservaton and Freeze-Drying Protocols; Wolkers, W.F., Oldenhof, H., Eds.; Springer: New York, NY, USA, 2014; pp. 477–488. [Google Scholar]
  15. Crittenden, R. Incorporating Probiotics into Foods. In Handbook of Probiotics and Prebiotics, 2nd ed.; Lee, Y.K., Salminen, S., Eds.; Wiley: Hoboken, NJ, USA, 2009; pp. 58–70. [Google Scholar]
  16. Broeckx, G.; Vandenheuvel, D.; Claes, I.J.; Lebeer, S.; Kiekens, F. Drying techniques of probiotic bacteria as an important step towards the development of novel pharmabiotics. Int. J. Pharmacol. 2016505, 303–318. [Google Scholar] [CrossRef]
  17. Viernstein, H.; Raffalt, J.; Polheim, D. Stabilisation of Probiotic Microorganisms. In Applications of Cell Immobilisation Biotechnology; Nedovic, V., Willaert, R., Eds.; Springer: New York, NY, USA, 2005; pp. 439–453. [Google Scholar]
  18. Hebert, E.M.; Raya, R.R.; de Giori, G.S. Nutritional requirements of Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis in a chemically defined medium. Curr. Microbiol. 200449, 341–345. [Google Scholar] [CrossRef]
  19. Saguir, F.M.; de Nadra, M.C. Improvement of a chemically defined medium for the sustained growth of Lactobacillus plantarum: Nutritional requirements. Curr. Microbiol. 200754, 414–418. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  20. Elli, M.; Zink, R.; Reniero, R.; Morelli, R. Growth requirements of Lactobacillus johnsonii in skim and UHT milk. Int. Dairy J. 19999, 507–513. [Google Scholar] [CrossRef]
  21. Smokvina, T.; Wels, M.; Polka, J.; Chervaux, C.; Brisse, S.; Boekhorst, J.; van Hylckama Vlieg, J.E.; Siezen, R.J. Lactobacillus paracasei comparative genomics: Towards species pan-genome definition and exploitation of diversity. PLoS ONE 20138, e68731. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  22. Siragusa, S.; De Angelis, M.; Calasso, M.; Campanella, D.; Minervini, F.; Di Cagno, R.; Gobbetti, M. Fermentation and proteome profiles of Lactobacillus plantarum strains during growth under food-like conditions. J. Proteome 201496, 366–380. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  23. Sieuwerts, S.; Molenaar, D.; van Hijum, S.A.; Beerthuyzen, M.; Stevens, M.J.; Janssen, P.W.; Ingham, C.J.; de Bok, F.A.; de Vos, W.M.; van Hylckama Vlieg, J.E. Mixed-culture transcriptome analysis reveals the molecular basis of mixed-culture growth in Streptococcus thermophilus and Lactobacillus bulgaricusAppl. Environ. Microbiol. 201076, 7775–7784. [Google Scholar] [CrossRef]
  24. Tanguler, H.; Erten, H. Utilisation of spent brewer’s yeast for yeast extract production by autolysis: The effect of temperature. Food Bioprod. Process. 200886, 317–321. [Google Scholar] [CrossRef]
  25. Nagodawithana, T.W.; Wasileski, J.W. Media Design for Industrial Fermentations. In Nutritional Requirements of Commercially Important Microorganisms; Nagodawithana, T.W., Reed, G., Eds.; Esteekay Associates Inc.: Milwaukee, WI, USA, 1998; pp. 18–45. [Google Scholar]
  26. Barrangou, R.; Briczinski, E.P.; Traeger, L.L.; Loquasto, J.R.; Richards, M.; Horvath, P.; Coute-Monvoisin, A.C.; Leyer, G.; Rendulic, S.; Steele, J.L.; et al. Comparison of the complete genome sequences of Bifidobacterium animalis subsp. lactis DSM 10140 and Bl-04. J. Bacteriol. 2009191, 4144–4151. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  27. Milani, C.; Duranti, S.; Lugli, G.A.; Bottacini, F.; Strati, F.; Arioli, S.; Foroni, E.; Turroni, F.; van Sinderen, D.; Ventura, M. Comparative genomics of Bifidobacterium animalis subsp. lactis reveals a strict monophyletic bifidobacterial taxon. Appl. Environ. Microbiol. 201379, 4304–4315. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  28. Westgard, J.O.; Westgard, S.A. Six sigma quality management system and design of risk-based statistical quality control. Clin. Lab. Med. 201737, 85–96. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  29. Sanders, M.E.; Merenstein, D.J.; Ouwehand, A.C.; Reid, G.; Salminen, S.; Cabana, M.D.; Paraskevakos, G.; Leyer, G. Probiotic use in at-risk populations. J. Am. Pharmacol. Assoc. (2003) 201656, 680–686. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed][Green Version]
  30. Lai, C.H.; Wu, S.R.; Pang, J.C.; Ramireddy, L.; Chiang, Y.C.; Lin, C.K.; Tsen, H.Y. Designing primers and evaluation of the efficiency of propidium monoazide—Quantitative polymerase chain reaction for counting the viable cells of Lactobacillus gasseri and Lact. SalivariusJ. Food Drug Anal. 201725, 533–542. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  31. Forssten, S.D.; Sindelar, C.W.; Ouwehand, A.C. Probiotics from an industrial perspective. Anaerobe 201117, 410–413. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  32. Abe, F.; Miyauchi, H.; Uchijima, A.; Yaeshima, T.; Iwatsuki, K. Effects of storage temperature and water activity on the survival of bifidobacterial in powder form. Int. J. Dairy Technol. 200962, 234–239. [Google Scholar] [CrossRef]
  33. Muller, C.; Mazel, V.; Dausset, C.; Busignies, V.; Bornes, S.; Nivoliez, A.; Tchoreloff, P. Study of the Lactobacillus rhamnosus Lcr35(R) properties after compression and proposition of a model to predict tablet stability. Eur. J. Pharmacol. Biopharmacol. 201488, 787–794. [Google Scholar] [CrossRef]
  34. Daglia, M. Polyphenols as antimicrobial agents. Curr. Opin. Biotechnol. 201223, 174–181. [Google Scholar] [CrossRef]
  35. Byl, E.; Lebeer, S.; Kiekens, F. Elastic recovery of filler-binders to safeguard viability of Lactobacillus rhamnosus GG during direct compression. Eur. J. Pharmacol. Biopharmacol. 2019135, 36–43. [Google Scholar] [CrossRef]
  36. Hilton, J. Growth Patterns and Emerging Opportunities in Nutraceutical and Funcitonal Food Categories: Market Overview. In Developing New Functional Food and Nutraceutical Products; Bagchi, D., Nair, S., Eds.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 2016; pp. 1–28. [Google Scholar]
  37. Min, M.; Bunt, C.R.; Mason, S.L.; Hussain, M.A. Non-dairy probiotic food products: An emerging group of functional foods. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2018, 1–16. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  38. Sady, M.; Najgebauer-Lejko, D.; Domagala, J. The suitability of different probiotic strains for the production of fruit-whey beverages. Acta Sci. Pol. Technol. Aliment. 201716, 421–429. [Google Scholar] [PubMed]
  39. Garcia, E.F.; de Oliveira Araujo, A.; Luciano, W.A.; de Albuquerque, T.M.R.; de Oliveira Arcanjo, N.M.; Madruga, M.S.; Dos Santos Lima, M.; Magnani, M.; Saarela, M.; de Souza, E.L. The performance of five fruit-derived and freeze-dried potentially probiotic Lactobacillus strains in apple, orange, and grape juices. J. Sci. Food Agric. 201898, 5000–5010. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  40. Fernandez, M.; Hudson, J.A.; Korpela, R.; de los Reyes-Gavilan, C.G. Impact on human health of microorganisms present in fermented dairy products: An overview. Biomed. Res. Int. 20152015, 412714. [Google Scholar] [CrossRef]
  41. Masoud, R.; Fadaei, V.; Khosravi-Darani, K.; Nikbakht, H.R. Improving the viability of probiotic bacteria in yoghurt by homogenization. J. Food Process. Preserv. 201539, 2984–2990. [Google Scholar] [CrossRef]
  42. Cruz, A.G.; Castro, W.F.; Faria, J.A.F.; Bolini, H.M.A.; Celeghini, R.M.S.; Raices, R.S.L.; Oliveira, C.A.F.; Freitas, M.Q.; Conte, C.A.; Marsico, E.T. Stability of probiotic yogurt added with glucose oxidase in plastic materials with different permeability oxygen rates during the refrigerated storage. Food Res. Int. 201351, 723–728. [Google Scholar] [CrossRef]
  43. Vinderola, C.G.; Costa, G.A.; Regenhardt, S.; Reinheimer, J.A. Influence of compounds associated with fermented dairy products on the growth of lactic acid starter and probiotic bacteria. Int. Dairy J. 200212, 579–589. [Google Scholar] [CrossRef]
  44. Alamprese, C.; Foschino, R.; Rossi, M.; Pompei, C.; Corti, S. Effects of Lactobacillus rhamnosus GG addition in ice cream. Int. J. Dairy Technol. 200558, 200–206. [Google Scholar] [CrossRef]
  45. Passot, S.; Gautier, J.; Jamme, F.; Cenard, S.; Dumas, P.; Fonseca, F. Understanding the cryotolerance of lactic acid bacteria using combined synchrotron infrared and fluorescence microscopies. Analyst 2015140, 5920–5928. [Google Scholar] [CrossRef]
  46. Bakr, S.A. The potential applications of probiotics on dairy and non-dairy foods focusing on viability during storage. Biocatal. Agric. Biotechnol. 20154, 423–431. [Google Scholar]
  47. Abadia-Garcia, L.; Cardador, A.; Martin del Campo, S.T.; Arvizu, S.M.; Castano-Tostado, E.; Regalado-Gonzalez, C.; Garcia-Almendarez, B.; Amaya-Llano, S.L. Influence of probiotic strains added to cottage cheese on generation of potentially antioxidant peptides, anti-listerial activity, and survival of probiotic microorganisms in simulated gastrointestinal conditions. Int. Dairy J. 201333, 191–197. [Google Scholar] [CrossRef]
  48. Bakr Shori, A.; Aboulfazli, F.; Salihin Baba, A. Viability of Probiotics in Dairy Products: A Review Focusing on Yogurt, Ice Cream, and Cheese. In Avances in Biotechnology; Datta, A., Fakruddin, M., Nasir Iqbal, H.M., Abraham, J., Eds.; Open Access eBooks: Las Vegas, NV, USA, 2018; Volume 1. [Google Scholar]
  49. Ouwehand, A.C.; Ibrahim, F.; Jorgensen, P.; Forssten, S.; Röytiö, H. Probiotic cheese; new opportunities. Agro Food Ind. Hi Tech 201122, 13–16. [Google Scholar]
  50. Aryana, K.J.; Olson, D.W. A 100-year review: Yogurt and other cultured dairy products. J. Dairy Sci. 2017100, 9987–10013. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
  51. U.S. Food and Drug Administration. General Controls for Medical Devices. Available online: https://www.fda.gov/MedicalDevices/DeviceRegulationandGuidance/Overview/GeneralandSpecialControls/ucm055910.htm(accessed on 16 March 2019).
  52. EU. Regulation of the European Parliament and of the Council of Europe 5 April 2017 on Medical Devices, Amending Directive 2001/83/EC, Regulation (EC) No 178/2002 and Regulation (EC) No 1223/2009 and Repealing Council Directives 90/385/EEC and 93/42/EEC; European Parliament: Brussels, Belgium; Council of Europe: Brussels, Belgium, 2017; Volume 2017/745. [Google Scholar]
  53. Ya, W.; Reifer, C.; Miller, L.E. Efficacy of vaginal probiotic capsules for recurrent bacterial vaginosis: A double-blind, randomized, placebo-controlled study. Am. J. Obstet. Gynecol. 2010203, 120.e1–120.e6. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

Дополнительно см.:

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ БАКТЕРИАЛЬНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

интересное из пищевой биотехнологии

Будьте здоровы!

 

ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ

  1. ПРОБИОТИКИ
  2. ДОМАШНИЕ ЗАКВАСКИ
  3. БИФИКАРДИО
  4. КОНЦЕНТРАТ БИФИДОБАКТЕРИЙ ЖИДКИЙ
  5. ПРОПИОНИКС
  6. ЙОДПРОПИОНИКС
  7. СЕЛЕНПРОПИОНИКС
  8. БИФИДОБАКТЕРИИ
  9. ПРОПИОНОВОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ
  10. ПРОБИОТИКИ И ПРЕБИОТИКИ
  11. СИНБИОТИКИ
  12. АНТИОКСИДАНТНЫЕ СВОЙСТВА
  13. АНТИОКСИДАНТНЫЕ ФЕРМЕНТЫ
  14. АНТИМУТАГЕННАЯ АКТИВНОСТЬ
  15. МИКРОФЛОРА КИШЕЧНОГО ТРАКТА
  16. МИКРОФЛОРА И ФУНКЦИИ МОЗГА
  17. ПРОБИОТИКИ И ХОЛЕСТЕРИН
  18. ПРОБИОТИКИ ПРОТИВ ОЖИРЕНИЯ
  19. МИКРОФЛОРА И САХАРНЫЙ ДИАБЕТ
  20. ПРОБИОТИКИ и ИММУНИТЕТ
  21. ПРОБИОТИКИ и ГРУДНЫЕ ДЕТИ
  22. ДИСБАКТЕРИОЗ
  23. МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ
  24. ПРОБИОТИКИ С ПНЖК
  25. ВИТАМИННЫЙ СИНТЕЗ
  26. АМИНОКИСЛОТНЫЙ СИНТЕЗ
  27. АНТИМИКРОБНЫЕ СВОЙСТВА
  28. СИНТЕЗ ЛЕТУЧИХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ
  29. СИНТЕЗ БАКТЕРИОЦИНОВ
  30. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ
  31. АЛИМЕНТАРНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ
  32. ПРОБИОТИКИ ДЛЯ СПОРТСМЕНОВ
  33. ПРОИЗВОДСТВО ПРОБИОТИКОВ
  34. ЗАКВАСКИ ДЛЯ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
  35. НОВОСТИ