Probiotyki w suplementach diety – jak wybór otoczki kapsułki i formy liofilizatu przekłada się na przeżywalność CFU

Etykieta suplementu probiotycznego deklaruje na przykład 10^9 CFU na kapsułkę. Pytanie, które rzadko pada wprost, brzmi: czy ta liczba jest prawdziwa w chwili, gdy konsument otwiera opakowanie po kilku lub kilkunastu miesiącach, czy też opisuje stan wyłącznie z momentu produkcji? To rozróżnienie ma fundamentalne znaczenie, ponieważ probiotyk to produkt żywy, a żywe komórki bakteryjne tracą żywotność w czasie.

CFU (colony forming units, jednostki tworzące kolonie) to jedyny obiektywny miernik jakości probiotyku. Bez wystarczającej liczby żywych mikroorganizmów produkt nie spełnia definicji probiotyku przyjętej przez międzynarodowy konsensus naukowy (Hill i in., 2014). Liczba CFU nie jest cechą stałą – degraduje pod wpływem wilgoci, tlenu, temperatury i kwasu żołądkowego.

Dla firmy zlecającej produkcję kontraktową wybór formy kapsułki, materiału otoczki oraz warunków przechowywania to nie detale wykończeniowe, lecz czynniki bezpośrednio wpływające na wynik badania stabilności CFU i na wiarygodność deklaracji umieszczonej na etykiecie. Poniżej wyjaśniamy, co dokładnie decyduje o tym, ile żywych bakterii trafia do organizmu konsumenta.

Czym jest probiotyk i dlaczego „żywy” jest jedynym kryterium jakości

Międzynarodowe Towarzystwo Naukowe ds. Probiotyków i Prebiotyków (ISAPP) w konsensusie z 2014 roku zdefiniowało probiotyk jako „live microorganisms that, when administered in adequate amounts, confer a health benefit on the host”, czyli żywe mikroorganizmy, które podane w odpowiednich ilościach przynoszą korzyść zdrowotną gospodarzowi (Hill i in., 2014). Dwa elementy tej definicji są kluczowe z punktu widzenia produkcji: „live” (żywe) oraz „adequate amounts” (odpowiednie ilości).

CFU, czyli jednostka tworząca kolonię, to pojedynczy żywy mikroorganizm zdolny do podziału i utworzenia widocznej kolonii na pożywce hodowlanej. Jest to operacyjna miara żywotności: liczy się tylko te komórki, które potrafią się namnożyć, a nie komórki martwe lub uszkodzone. Wynik podaje się jako CFU na gram lub CFU na kapsułkę. Co istotne, wartość zmierzona przy produkcji nie jest równa wartości na końcu okresu ważności, ponieważ część populacji bakteryjnej w tym czasie obumiera.

Z tego wynika praktyczna konsekwencja. Element „adequate amounts” w definicji ISAPP oznacza, że liczba żywych mikroorganizmów musi być wystarczająca w momencie spożycia, a nie jedynie w momencie wytworzenia. Jeśli suplement deklaruje 10^9 CFU na kapsułkę, wartość ta powinna być potwierdzona do końca okresu ważności, przy przechowywaniu zgodnym z zaleceniami na etykiecie. Aby to osiągnąć, producent zazwyczaj zakłada od początku nadwyżkę żywych komórek, typowo 10 do 100-krotną względem dawki deklarowanej, tak aby pokryć nieuniknione straty CFU w czasie (Rajam i Subramanian, 2022).

Cztery główne czynniki degradacji żywotności szczepów probiotycznych

Przeżywalność liofilizowanych szczepów probiotycznych zależy od kilku dobrze opisanych czynników środowiskowych. Ich kontrola na etapie formulacji, pakowania i przechowywania decyduje o tym, ile żywych komórek przetrwa do końca okresu ważności (Agriopoulou i in., 2023; Rajam i Subramanian, 2022).

• Wilgoć (aktywność wody, aw) – najgroźniejszy czynnik dla liofilizowanych szczepów. Aktywność wody powyżej 0,3 gwałtownie przyspiesza utratę żywotności komórek. Cel produkcyjny to utrzymanie aw poniżej 0,3 w gotowej, zamkniętej i zapakowanej kapsułce (Agriopoulou i in., 2023);
• Tlen – wrażliwe szczepy, szczególnie z rodzaju Bifidobacterium, to beztlenowce (anaeroby) lub mikroaerofile. Nawet niewielka ilość tlenu może uszkadzać ich błony lipidowe. Kapsułki o niskiej przepuszczalności tlenu oraz pakowanie pod azotem stanowią dodatkową ochronę;
• Kwas żołądkowy (pH 1,2-2,0) – większość szczepów ginie w ciągu kilkudziesięciu minut przy pH poniżej 3. Szczepy kwasowrażliwe, na przykład Lactobacillus acidophilus czy Bifidobacterium longum, wymagają aktywnej ochrony podczas tranzytu przez żołądek;
• Temperatura – przechowywanie w temperaturze pokojowej (25 stopni C) powoduje znacznie szybszą utratę CFU niż przechowywanie w warunkach chłodniczych (4 stopnie C). Produkty deklarowane jako stabilne w temperaturze pokojowej muszą opierać się na szczepach o udokumentowanej termotolerancji lub na odpowiednich matrycach ochronnych (Rajam i Subramanian, 2022).

Te cztery czynniki działają łącznie i wzajemnie się wzmacniają. Wyższa temperatura przyspiesza reakcje uruchamiane przez wilgoć, a obecność tlenu pogłębia uszkodzenia oksydacyjne błon komórkowych. Z perspektywy producenta oznacza to, że ochrona przeżywalności CFU nie sprowadza się do jednego rozwiązania, lecz do spójnego zarządzania całym łańcuchem: doborem szczepu, matrycą ochronną, otoczką kapsułki i opakowaniem zewnętrznym.

Warto wiedzieć: aktywność wody (aw) i dlaczego próg 0,3 jest krytyczny dla probiotyków

Aktywność wody (aw) to miara dostępności wody dla reakcji chemicznych i biologicznych – nie to samo co procentowa zawartość wilgoci. Wartość aw = 1,0 odpowiada czystej wodzie, a aw = 0 oznacza całkowity brak dostępnej wody. Liofilizowane szczepy probiotyczne wykazują dramatyczny spadek żywotności po przekroczeniu progu aw = 0,3: woda uruchamia reakcje enzymatyczne i chemiczne prowadzące do uszkodzenia błon komórkowych oraz DNA bakterii (Agriopoulou i in., 2023). Z tego powodu kapsułka przeznaczona do probiotyków nie powinna wnosić dodatkowej wilgoci do wypełnienia. To właśnie kryterium różnicuje materiały otoczek i czyni je istotnym elementem projektowania produktu probiotycznego.

Jak materiał otoczki kapsułki wpływa na CFU podczas przechowywania

Sama otoczka kapsułki nie wpływa bezpośrednio na żywotność bakterii. Jej rola jest pośrednia, ale realna: decyduje o tym, ile wilgoci materiał otoczki wnosi do wnętrza kapsułki lub pochłania w trakcie przechowywania. Ponieważ liofilizowany probiotyk jest higroskopijny, a próg krytyczny aw = 0,3 jest niski, każde dodatkowe źródło wody w bezpośrednim sąsiedztwie szczepu ma znaczenie. Różnice w naturalnej zawartości wilgoci między materiałami otoczek twardych kapsułek są pod tym względem dobrze udokumentowane (Yang i in., 2020).

Żelatyna (13-16% wilgoci)

Otoczka żelatynowa charakteryzuje się wysoką naturalną zawartością wody, w zakresie 13-16% (Yang i in., 2020). Oznacza to potencjalne źródło dodatkowej wilgoci dla higroskopijnego liofilizatu znajdującego się w jej wnętrzu. Przy długim przechowywaniu, zwłaszcza w warunkach podwyższonej temperatury lub wilgotności względnej, woda z otoczki może migrować do wypełnienia kapsułki. Dla szczepów wrażliwych na przekroczenie progu aw = 0,3 efekt ten może przyspieszyć utratę żywotności i tym samym obniżyć wynik badania stabilności CFU.

HPMC (4,5-6,5% wilgoci)

Kapsułki z hydroksypropylometylocelulozy (HPMC) mają znacznie niższą zawartość wilgoci, w zakresie 4,5-6,5% (Yang i in., 2020). Niższa zawartość wody w otoczce minimalizuje ryzyko migracji wilgoci do liofilizowanego wypełnienia. W cytowanym badaniu wskazano, że „HPMC capsules have weaker moisture sorption ability and moisture keeping ability than pullulan or gelatin capsules”, czyli kapsułki HPMC mają słabszą zdolność sorpcji i utrzymywania wilgoci niż kapsułki z pullulanu lub żelatyny (Yang i in., 2020). Dodatkowo HPMC nie podlega zjawisku usieciowania (cross-linking), co eliminuje problem wydłużania się czasu rozpadu w trakcie przechowywania. Z tych powodów HPMC jest preferowanym wyborem dla probiotyków spośród standardowych twardych kapsułek.

DRcaps (kapsułki HPMC z opóźnionym uwalnianiem)

Kapsułki typu DRcaps to odmiana kapsułek HPMC zaprojektowana tak, aby spowalniać uwalnianie zawartości w niskim pH. Badania wykazały ich lepszą ochronę szczepów kwasowrażliwych podczas tranzytu żołądkowego w porównaniu ze standardowymi kapsułkami HPMC (Agriopoulou i in., 2023). Należy jednak zachować precyzję terminologiczną: opóźnione uwalnianie w kapsułkach DRcaps nie jest tożsame z farmakopealną powłoką enteryczną. Może oferować praktyczną ochronę wrażliwych szczepów, ale w przypadku wymagań regulacyjnych dotyczących pełnej odporności na kwas żołądkowy konieczna jest właściwa powłoka enteryczna z weryfikacją testem uwalniania (dissolution).

Warto wiedzieć: CFU „przy produkcji” a CFU „na końcu daty ważności” – co deklarować

Standardem branżowym jest deklarowanie CFU na końcu okresu ważności (at end of shelf life), a nie wartości z momentu produkcji. Tylko takie podejście gwarantuje, że konsument otrzymuje zadeklarowaną dawkę żywych bakterii przez cały okres przydatności produktu. W praktyce oznacza to, że producent musi wytworzyć produkt z nadwyżką CFU, typowo od 10 do 100-krotną względem deklarowanej wartości, aby pokryć nieuchronne straty żywotności w czasie (Rajam i Subramanian, 2022). Trzy zmienne decydują o tym, jak duża nadwyżka produkcyjna jest potrzebna i jaki termin ważności można wiarygodnie zadeklarować: dobór szczepu wraz z jego naturalną termotolerancją i odpornością na warunki przechowywania, matryca ochronna złożona z kryoprotektantów oraz materiał otoczki kapsułki.

Matryca ochronna i kryoprotektanty – czego nie widać na etykiecie suplementu

Kapsułka to dopiero ostatni element ochrony żywych komórek. Wcześniej liofilizowany szczep powinien być chroniony przez odpowiednio dobraną matrycę ochronną, czyli zestaw kryoprotektantów, które zapobiegają uszkodzeniom komórek podczas samego procesu liofilizacji oraz w trakcie późniejszego przechowywania (Rajam i Subramanian, 2022). To dlatego liofilizacja (freeze-drying) jest uznawana za najskuteczniejszą metodę zachowania żywotności probiotyków: pozwala uzyskać suchy produkt o aktywności wody poniżej 0,1 bezpośrednio po procesie, pod warunkiem zastosowania właściwych materiałów ochronnych.

Obok liofilizacji w technologii probiotyków stosuje się również inne techniki enkapsulacji i utrwalania, takie jak suszenie rozpyłowe (spray-drying), emulsja czy granulacja, jednak to liofilizacja pozostaje metodą o najlepszym profilu zachowania CFU (Rajam i Subramanian, 2022). Do najczęściej wykorzystywanych kryoprotektantów należą:

• trehaloza – disacharyd uznawany za jeden z najskuteczniejszych kryoprotektantów, stabilizujący błony komórkowe podczas suszenia i przechowywania;
• mleko odtłuszczone – klasyczna matryca ochronna; zawiera laktozę oraz białka pełniące funkcję ochronną dla komórek bakteryjnych;
• inulina (FOS) – prebiotyk chroniący komórki podczas liofilizacji, który dodatkowo może stanowić substrat odżywczy dla bakterii; s
• krobia modyfikowana – wypełniacz o właściwościach ochronnych, ułatwiający uzyskanie odpowiedniej struktury liofilizatu.

Do materiałów otoczki wewnętrznej w technikach mikro- i makroenkapsulacji, które chronią bakterie przed wilgocią i kwasem żołądkowym, należą między innymi alginat, HPMC, chitosan i żelatyna (Agriopoulou i in., 2023). Wniosek dla producenta jest jednoznaczny: deklaracja CFU na etykiecie ma realną wartość tylko wtedy, gdy stoi za nią odpowiednio zaprojektowany proces liofilizacji, dobrana matryca ochronna oraz właściwy wybór otoczki kapsułki. Pominięcie którejkolwiek z tych warstw zwiększa tempo utraty żywotności i podważa wiarygodność deklarowanej dawki.

Zaplanuj formulację probiotyku z Eubioco

Dobór szczepu, ustalenie startowego stężenia CFU, projekt matrycy ochronnej oraz wybór rodzaju kapsułki to decyzje, które należy podejmować razem, a nie sekwencyjnie. Każda z nich wpływa na pozostałe i na ostateczny wynik badania stabilności. Eubioco jako producent kontraktowy działający w standardach GMP oraz ISO 22000:2018 realizuje produkcję suplementów probiotycznych w suchych formach stałych. Skontaktuj się z nami, aby omówić projekt.

Bibliografia

1. Hill, C., Guarner, F., Reid, G., Gibson, G.R., Merenstein, D.J., Pot, B., Morelli, L., Canani, R.B., Flint, H.J., Salminen, S., Calder, P.C., Sanders, M.E. (2014). The International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics consensus statement on the scope and appropriate use of the term probiotic. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology, 11(8), s. 506-514. DOI: 10.1038/nrgastro.2014.66. [online] Dostepne pod adresem: https://doi.org/10.1038/nrgastro.2014.66 [dostep online: 20.05.2026 r.]

2. Agriopoulou, S. et al. (2023). Application of Encapsulation Strategies for Probiotics: From Individual Loading to Combinations of Encapsulants for Enhanced Protection. Microorganisms, 11, 2896. DOI: 10.3390/microorganisms11122896. [online] Dostepne pod adresem: https://doi.org/10.3390/microorganisms11122896 [dostep online: 20.05.2026 r.]

3. Rajam, R., Subramanian, P. (2022). Encapsulation of probiotics: past, present and future. Beni-Suef University Journal of Basic and Applied Sciences, 11(1). DOI: 10.1186/s43088-022-00228-w. [online] Dostepne pod adresem: https://doi.org/10.1186/s43088-022-00228-w [dostep online: 20.05.2026 r.]

4. Yang, N., Chen, H., Jin, Z., Hou, J., Zhang, Y., Han, H., Shen, Y., Guo, S. (2020). Moisture sorption and desorption properties of gelatin, HPMC and pullulan hard capsules. International Journal of Biological Macromolecules, 159, s. 659-666. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.05.110. [online] Dostepne pod adresem: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.05.110 [dostep online: 20.05.2026 r.]