Development of Probiotic Microcapsules for the Preservation of Cell Viability

Lactobacillus fermentum YL-3 was encapsulated to increase acid tolerance and its total viability. After micro-encapsulation of L. fermentum YL-3 cells with sodium alginate and soybean oil, the morphology of the microcapsule was observed using confocal laser scanning microscopy (CLSM) after staining with pyronin Y and fluorescein isothiocyanate. The sizes of the microcapsules were 120-126 ${\mu}m$, 444-486 ${\mu}m$ and 401-463 ${\mu}m$ when manufactured at pH 2, 3 and 4, respectively. The microcapsule could hold live cells of L. fermentum YL-3 up to $1.2{\times}10^{7}$, $8.1{\times}10^{7}$ and $1.1{\times}10^{8}$ CFU/mL at pH 2, 3 and 4, respectively. The acid tolerance and preservative ability of L. fermentum YL-3 in microcapsule and macrocapsule at $4^{\circ}C$ and $25^{\circ}C$ were tested. L. fermentum YL-3 cells were evenly located in the alginate capsule matrix structure and the firmness of microcapsule was highest at pH 2. Micro-encapsulation showed the most effective acid tolerance at pH 2.0 and preservation of viability at $4^{\circ}C$. However, at $25^{\circ}C$, the macrocapsules showed more effective cell protection than the microcapsules. The application range for microcapsules could be wider than for macrocapsules in the food industry.

생균활성 보존을 위한 유산균 미세캡슐 개발

본 연구에서는 생균제로서의 L. fermentum YL-3의 미세캡슐화를 시도하였고, 균체에 대한 캡슐 재료의 영향을 조사함으로써 캡슐제조시 균에 대한 손상을 최소화하고자 하였다. 그리고 제조된 캡슐의 내산성과 저장성을 조사하여 유산균의 내산성과 저장능의 증진에 적합한 캡슐의 제조 및 보존 방법을 연구하였다. 먼저, 인체에 무독성인 sodium alginate를 캡슐의 원료로 선택하여 microcapsule을 제조한 결과 생균제가 alginate 캡슐에 포집되어 존재하는 것을 확인할 수 있었고, pH 2에서 120-126 ${\mu}m$ 크기의 견고한 캡슐을 제조하였으며, pH가 증가할수록 크기가 커지지만 pH 3 이상에서는 견고성이 너무 떨어져 캡슐의 형성이 어려워 오히려 pH 3에서의 캡슐보다 작은 형태를 나타내었다. 반면, 캡슐 후의 생균제의 생존율은 pH가 증가할수록 높게 나타났다. 그리고 캡슐제조시 사용되는 재료가 균체에 미치는 영향을 조사한 결과 캡슐의 주재료인 sodium alginate와 $CaCl_{2}$는 균의 활성을 떨어뜨리는 것으로 조사되었고, 그 외의 재료인 sodium citrate, Tween 80, Span 80, soybean oil은 균의 활성에 별다른 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 또한 microcapsule과 macrocapsule을 제조하여 각각의 캡슐의 내산성과 저장성을 비교한 결과, 내산성은 microcapsule이 가장 우수한 것으로 나타났고, 저장성은 $4^{\circ}C$에서는 microcapsule, $25^{\circ}C$에서는 macrocapsule에서의 생균제 활성이 좋은 것으로 확인되었다.