Microencapsulation of probiotics by multiple emulsion using protein– polysaccharide blends: seawater stability and viability for aquaculture
تُظهر هذه الدراسة أن التغليف الدقيق لبكتيريا *L. acidophilus* و *L. plantarum* عبر التجفيف بالرذاذ باستخدام مستحلب مزدوج من مزيج بروتين/عديد سكريات (WPI/GA/MD) بنسبة 10% من إجمالي المواد الصلبة يحافظ بفعالية على حيوية البروبيوتيك واستقراره في مياه البحر لمدة ستة أشهر، مما يقدم بديلاً مستداماً وقوياً للمضادات الحيوية في استزراع الروبيان.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
في عالم استزراع الروبيان، تُعد الأيام الأولى من حياة الروبيان فترة من الضعف الشديد. فاليرقات كائنات ضئيلة الحجم تتغذى بالترشيح وتنجرف في عمود الماء، معتمدة على غذاء مجهري للبقاء والنمو. ولعقود من الزمن، استخدم المزارعون المضادات الحيوية للحفاظ على صحة هذه الحيوانات الرقيقة، لكن الإفراط في استخدام هذه الأدوية أدى إلى ظهور بكتيريا مقاومة وأضرار بيئية. ويبحث عدد متزايد من العلماء عن بديل طبيعي: البروبيوتيك (المعززات الحيوية). وهي بكتيريا نافعة، عندما تُقدم للروبيان، يمكنها تعزيز جهازه المناعي ومحاربة المسببات المرضية الضارة. ومع ذلك، هناك عقبة؛ فالبكتيريا المستخدمة كبروبيوتيك هشة، حيث تقتل بسهولة بفعل الأكسجين في الهواء، وحرارة المعالجة، وملوحة مياه البحر. ولكي تكون مفيدة، يجب حماية هذه الخلايا الحية وتغليفها وإيصالها تماماً في الوقت والمكان الذي يحتاجها فيه الروبيان.
أدى هذا التحدي بفريق من الباحثين في المكسيك إلى استكشاف طريقة لإخفاء هذه البكتيريا الحساسة داخل قشور واقية مجهرية. كان هدفهم هو إنشاء مصدر غذاء يطفو في مياه البحر لفترة كافية حتى تجده يرقات الروبيان، ويذوب ببطء ليطلق البكتيريا، ويحافظ على حيوية البكتيريا خلال العملية القاسية لتحويل الخليط إلى مسحوق جاف. ركز الباحثون على تقنية محددة تسمى "الاستحلاب المزدوج"، والتي تعمل مثل شطيرة (ماء-في-زيت-في-ماء). تخيل قطرة صغيرة من الماء تحتوي على البكتيريا، محاطة بطبقة من الزيت، والتي يتم تعليقها بعد ذلك في جسم أكبر من الماء. هذا الهيكل يحمي البكتيريا من العالم الخارجي. ولجعل هذا الهيكل قوياً بما يكفي للصمود، خلط الفريق بروتينات وسكريات نباتية لتشكيل جدار واقٍ حول القطرات. واختبروا وصفات مختلفة، مع تغيير كميات هذه المكونات لمعرفة أي تركيبة ستخلق الدرع الأكثر استقراراً وفعالية.
جرب الفريق ثلاثة مزيجات مختلفة من مواد الجدار. استخدم أحد المزيجات بروتين مصل اللبن (الوي)، وهو بروتين ألبان شائع، مدمجاً مع نوعين من الصمغ النباتي. واستخدم مزيج آخر بروتين مصل اللبن مع مجموعة مختلفة من الصمغ ومادة تشبه النشا تسمى المالتوديكسترين. أما المزيج الثالث فقد اعتمد على بروتين مصل اللبن والمالتوديكسترين وحدهما. صنعوا هذه المخاليط بتركيزات مختلفة، تتراوح من المحتوى الصلب المنخفض إلى العالي، ثم أخضعوها لعملية التجفيف بالرش. تتضمن هذه الخطوة رش الخليط السائل في تيار من الهواء الساخن لإزالة الماء فوراً وإنشاء مسحوق ناعم. هذه لحظة حرجة للبكتيريا، حيث أن الحرارة والتجفيف السريع يمكن أن يقتل البما بسهولة. احتاج الباحثون إلى إيجاد وصفة تسمح للبكتيريا بالنجاة من هذه المحنة مع الاستمرار في تكوين جزيئات صغيرة بما يكفي لتأكلها يرقات الروبيان الصغيرة.
بعد إنشاء المساحيق، وضع العلماء هذه المساحيق تحت الاختبار في مياه بحر اصطناعية. وقاسوا المدة التي ظلت فيها الجزيئات طافية وسرعة ذوبانها. أظهرت النتائج أن تكوين مادة الجدار كان مهماً للغاية. فقد أثبت مزيج محدد، مكون من بروتين مصل اللبن وصمغ عربي ومالتوديكسترين بتركيز عالٍ من المواد الصلبة، أنه الفائز بوضوح. إذ ذابت الكبسولات الدقيقة المصنوعة من هذه الوصفة ببطء شديد، حيث فقدت أقل من خمسة بالمائة من كتلتها بعد أربع ساعات في الماء. والأهم من ذلك، أنها ظلت طافية لمدة مذهلة بلغت 1,000 دقيقة، وهو وقت أطول بكثير من نافذة التغذية النموذجية ليرقات الروبيان. وهذا يعني أن غذاء البروبيوتيك سيظل متاحاً في عمود الماء، منتظراً ليؤكل، بدلاً من الغرق إلى القاع حيث لا تستطيع اليرقات الوصول إليه. وفي المقابل، ذابت المزيجات الأخرى بشكل أسرع بكثير أو فشلت في البقاء طافية.
تحقق الباحثون أيضاً من عدد البكتيريا التي نجت من الرحلة من الحالة السائلة إلى المسحوق. وبينما قتلت حرارة المجفف بالرش جزءاً كبيراً من البكتيريا، إلا أن حوالي ثلث الجمهرة الأصلية ظل حياً في التركيبات الأفضل. وتعتبر معدل النجاة هذا ناجحاً لهذا النوع من العمليات. ولضمان دقة أعدادهم، استخدم الفريق طريقتين: تقنية تقليدية لنمو البكتيريا على طبق، وطريقة حديثة باستخدام ضوء خاص يتوهج عندما يصطدم بالخلايا الحية. وقد اتفقت الطريقتان بشكل شبه مثالي، مما أكد أن البكتيريا كانت بالفعل حية وصحية. وعند تخزينها في بيئة باردة لمدة ستة أشهر، احتفظت أفضل التركيبات بعدد كبير من البكتيريا الحية، وهو أعلى بكثير من المستوى المطلوب لتكون فعالة.
باستخدام محاكاة الكمبيوتر للنظر بعيداً في المستقبل، توقع الفريق أن هذه التركيبات عالية الجودة ستظل فعالة على الأرجح لفترة أطول، وربما تمتد لما بعد فترة الستة أشهر التي تم اختبارها. ومع ذلك، فقد كانوا حذرين في ملاحظة أن هذا توقع بناءً على البيانات التي لديهم، وأن الاختبار الحقيقي سيأتي عند إطعام هذه المساحيق للروبيان الحي. لم تتضمن الدراسة إطعام الروبيان بعد؛ بل ركزت تماماً على إتقان القشرة الفيزيائية وإثبات أن البكتيريا يمكنها النجاة من الرحلة من المختبر إلى الخزان. ومن خلال تحديد المزيج المحدد من المكونات الذي يوفر أفضل حماية، وطفو، وبقاء، قدم الباحثون أساساً متيناً للخطوة التالية. لقد ابتكروا مرشحاً لطريقة مستدامة وخالية من المضادات الحيوية لتغذية الروبيان، وهي طريقة تحافظ على البكتيريا الرقيقة آمنة حتى تصبح جاهزة للقيام بعملها في الماء.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.