Microencapsulation of probiotics by multiple emulsion using protein– polysaccharide blends: seawater stability and viability for aquaculture
Diese Studie zeigt, dass die Mikroverkapselung von *L. acidophilus* und *L. plantarum* mittels Doppelemulsions-Sprühtrocknung unter Verwendung einer WPI/GA/MD-Protein-Polysaccharid-Mischung bei 10 % Gesamtfeststoffen die Lebensfähigkeit der Probiotika sowie die Stabilität im Meerwasser über sechs Monate hinweg effektiv bewahrt und somit eine robuste, nachhaltige Alternative zu Antibiotika in der Garnelenzucht darstellt.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
In der Welt der Garnelenzucht sind die frühen Tage im Leben einer Garnele eine Zeit extremer Verletzlichkeit. Larven sind winzige, filtrierende Kreaturen, die in der Wassersäule treiben und auf mikroskopisch kleine Nahrung angewiesen sind, um zu überleben und zu wachsen. Jahrzehntelang haben Landwirte Antibiotika eingesetzt, um diese empfindlichen Tiere gesund zu halten, doch der übermäßige Einsatz dieser Medikamente hat zu resistenten Bakterien und Umweltschäden geführt. Eine wachsende Zahl von Wissenschaftlern sucht nach einer natürlichen Alternative: Probiotika. Dies sind nützliche Bakterien, die, wenn sie den Garnelen verfüttert werden, deren Immunsystem stärken und gegen schädliche Krankheitserreger kämpfen können. Es gibt jedoch einen Haken. Die als Probiotika verwendeten Bakterien sind zerbrechlich. Sie werden leicht durch den Sauerstoff in der Luft, die Hitze der Verarbeitung und den Salzgehalt des Meerwassers abgetötet. Um nützlich zu sein, müssen diese lebenden Zellen geschützt, verpackt und genau dann und dort geliefert werden, wo die Garnelen sie benötigen.
Diese Herausforderung führte ein Forscherteam in Mexiko dazu, eine Methode zu erforschen, bei der diese empfindlichen Bakterien in mikroskopisch kleinen, schützenden Schalen versteckt werden. Ihr Ziel war es, eine Nahrungsquelle zu schaffen, die lange genug im Meerwasser schwebt, damit die Garnelenlarven sie finden können, sich langsam auflöst, um die Bakterien freizusetzen, und die Bakterien durch den beschwerlichen Prozess der Umwandlung der Mischung in ein trockenes Pulver am Leben erhält. Die Forscher konzentrierten sich auf eine spezielle Technik namens Doppel-Emulsion, die wie ein Wasser-in-Öl-in-Wasser-Sandwich funktioniert. Stellen Sie sich einen winzigen Wassertropfen vor, der die Bakterien enthält, umgeben von einer Schicht Öl, das wiederum in einem größeren Körper aus Wasser suspendiert ist. Diese Struktur schirmt die Bakterien von der Außenwelt ab. Um diese Struktur stabil genug zu machen, mischte das Team Proteine und pflanzliche Zucker, um eine Schutzwand um die Tröpfchen zu bilden. Sie testeten verschiedene Rezepturen und variierten dabei die Mengen dieser Inhaltsstoffe, um zu sehen, welche Kombination den stabilsten und effektivsten Schutzschild erzeugte.
Das Team experimentierte mit drei verschiedenen Mischungen der Wandmaterialien. Eine Mischung verwendete Molkenprotein, ein gängiges Milchprotein, kombiniert mit zwei Arten von Pflanzengummis. Eine andere verwendete Molkenprotein mit einem anderen Satz an Gummen und einer stärkeähnlichen Substanz namens Maltodextrin. Die dritte basierte allein auf Molkenprotein und Maltodextrin. Sie erstellten diese Mischungen bei unterschiedlichen Konzentrationen, die von niedrigem bis zu hohem Feststoffgehalt reichten, und unterzogen sie dann einem Sprühtrocknungsprozess. Dieser Schritt beinhaltet das Versprühen der flüssigen Mischung in einen heißen Luftstrom, um das Wasser sofort zu entfernen und ein feines Pulver zu erzeugen. Dies ist ein kritischer Moment für die Bakterien, da die Hitze und die schnelle Trocknung sie leicht abtöten können. Die Forscher mussten ein Rezept finden, das es den Bakterien ermöglichte, dieses Erlebnis zu überstehen und dennoch Partikel zu bilden, die klein genug sind, damit winzige Garnelenlarven sie fressen können.
Nach der Herstellung der Pulver unterzogen die Wissenschaftler sie einem Test in künstlichem Meerwasser. Sie maßen, wie lange die Partikel in der Schwebe blieben und wie schnell sie sich auflösten. Die Ergebnisse zeigten, dass die Zusammensetzung des Wandmaterials eine immense Bedeutung hatte. Eine spezifische Mischung, bestehend aus Molkenprotein, Gummi arabicum und Maltodextrin bei einer hohen Konzentration an Feststoffen, erwies sich als klarer Gewinner. Mikrokapseln aus diesem Rezept lösten sich sehr langsam auf und verloren nach vier Stunden im Wasser weniger als fünf Prozent ihrer Masse. Vor allem aber blieben sie beeindruckende 1.000 Minuten lang schwimmend, was weit über das typische Zeitfenster der Fütterung von Garnelenlarven hinausgeht. Dies bedeutete, dass die Probiotika-Nahrung in der Wassersäule verfügbar bleiben würde, um gefressen zu werden, anstatt auf den Boden zu sinken, wo die Larven sie nicht erreichen könnten. Im Gegensatz dazu lösten sich andere Mischungen viel schneller auf oder konnten nicht schwimmen.
Die Forscher überprüften auch, wie viele Bakterien die Reise vom Flüssig- zum Pulverzustand überlebten. Während die Hitze des Sprühtrockners einen erheblichen Teil der Bakterien abtötete, blieb in den besten Formulierungen etwa ein Drittel der ursprünglichen Population am Leben. Diese Überlebensrate gilt für diese Art von Prozess als erfolgreich. Um sicherzustellen, dass ihre Zählungen genau waren, verwendeten die Teams zwei verschiedene Methoden: eine traditionelle Technik des Aufzüchtens der Bakterien auf einer Platte und eine moderne Methode unter Verwendung eines speziellen Lichts, das leuchtet, wenn es auf lebende Zellen trifft. Die beiden Methoden stimmten fast perfekt überein und bestätigten, dass die Bakterien tatsächlich lebendig und gesund waren. Bei der Lagerung in einer kühlen Umgebung über sechs Monate behielten die besten Formulierungen eine hohe Anzahl lebender Bakterien bei, die deutlich über dem Niveau lag, das für eine Wirksamkeit erforderlich ist.
Unter Verwendung von Computersimulationen, um weiter in die Zukunft zu blicken, prognostizierte das Team, dass diese hochwertigen Formulierungen wahrscheinlich noch länger wirksam bleiben würden, potenziell weit über die getesteten sechs Monate hinaus. Sie merkten jedoch vorsichtig an, dass dies eine Projektion auf der Grundlage der vorliegenden Daten ist und der wahre Test erst erfolgen wird, wenn diese Pulver an lebenden Garnelen gefüttert werden. Die Studie beinhaltete noch keine Fütterung der Garnelen; stattdessen konzentrierte sie sich ganz darauf, die physische Hülle zu perfektionieren und zu beweisen, dass die Bakterien die Reise vom Labor zum Tank überstehen können. Durch die Identifizierung der spezifischen Kombination von Inhaltsstoffen, die den besten Schutz, die beste Auftriebsfähigkeit und das höchste Überleben bietet, haben die Forscher ein solides Fundament für den nächsten Schritt geschaffen. Sie haben einen Kandidaten für eine nachhaltige, antibiotikafreie Methode zur Fütterung von Garnelen geschaffen, die die empfindlichen Bakterien sicher aufbewahrt, bis sie bereit sind, ihre Arbeit im Wasser zu verrichten.
Ertrinken Sie in Arbeiten in Ihrem Fachgebiet?
Erhalten Sie tägliche Digests der neuesten Arbeiten passend zu Ihren Forschungsbegriffen — mit technischen Zusammenfassungen, in Ihrer Sprache.