Evaluation of the Survival of Lactobacillus fermentum K73 during the Production of High-Oleic Palm Oil Macroemulsion Powders Using Rotor-Stator Homogenizer and Spray-Drying Technique

Abstract

This study aimed to evaluate the survival of the probiotic Lactobacillus fermentum when it is encapsulated in powdered macroemulsions to develop a probiotic product with low water activity. For this purpose, the effect of the rotational speed of the rotor-stator and the spray-drying process was assessed on the microorganism survival and physical properties of probiotic high-oleic palm oil (HOPO) emulsions and powders. Two Box–Behnken experimental designs were carried out: in the first one, for the effect of the macro emulsification process, the numerical factors were the amount of HOPO, the velocity of the rotor-stator, and time, while the factors for the second one, the drying process, were the amount of HOPO, inoculum, and the inlet temperature. It was found that the droplet size (ADS) and polydispersity index (PdI) were influenced by HOPO concentration and time, ζ-potential by HOPO concentration and velocity, and creaming index (CI) by speed and time of homogenization. Additionally, HOPO concentration affected bacterial survival; the viability was between 78–99% after emulsion preparation and 83–107% after seven days. The spray-drying process showed a similar viable cell count before and after the drying process, a reduction between 0.04 and 0.8 Log10 CFUg−1; the moisture varied between 2.4% and 3.7%, values highly acceptable for probiotic products. We concluded that encapsulation of L. fermentum in powdered macroemulsions at the conditions studied is effective in obtaining a functional food from HOPO with optimal physical and probiotic properties according to national legislation (>106 CFU mL−1 or g−1). © 2023 by the authors.

Este estudio tuvo como objetivo evaluar la supervivencia del probiótico Lactobacillus fermentum cuando se encapsula en macroemulsiones en polvo para desarrollar un producto probiótico con baja actividad acuosa. Para ello, se evaluó el efecto de la velocidad de rotación del rotor-estator y el proceso de secado por aspersión sobre la supervivencia de microorganismos y las propiedades físicas de emulsiones y polvos probióticos de aceite de palma alto oleico (HOPO). Se realizaron dos diseños experimentales Box-Behnken: en el primero, para el efecto del proceso de macroemulsificación, los factores numéricos fueron la cantidad de HOPO, la velocidad del rotor-estator y el tiempo, mientras que para el segundo uno, el proceso de secado, fueron la cantidad de HOPO, inóculo y la temperatura de entrada. Se encontró que el tamaño de la gota (ADS) y el índice de polidispersidad (PdI) estaban influenciados por la concentración y el tiempo de HOPO, el potencial ζ por la concentración y la velocidad de HOPO y el índice de formación de crema (CI) por la velocidad y el tiempo de homogeneización. Además, la concentración de HOPO afectó la supervivencia bacteriana; la viabilidad estuvo entre 78 y 99% después de la preparación de la emulsión y entre 83 y 107% después de siete días. El proceso de secado por aspersión mostró un recuento de células viables similar antes y después del proceso de secado, una reducción entre 0,04 y 0,8 Log10 CFUg-1; la humedad varió entre 2,4% y 3,7%, valores muy aceptables para productos probióticos. Concluimos que la encapsulación de L. fermentum en macroemulsiones en polvo en las condiciones estudiadas es efectiva para obtener un alimento funcional a partir de HOPO con propiedades físicas y probióticas óptimas según la legislación nacional (>106 UFC mL-1 o g-1). © 2023 por los autores.