Release kinetic study of encapsulated probiotic Lacticaseibacillus rhamnosus strain NCDC 347 in double-layer matrix encapsulated by spray drying

Los probióticos son microorganismos vivos que, cuando se consumen en las cantidades adecuadas, ofrecen beneficios para la salud del cuerpo humano. A menudo se añaden a alimentos como el yogur y a suplementos para apoyar la digestión y reforzar el sistema inmunológico. Sin embargo, estos diminutos ayudantes enfrentan un viaje peligroso antes de poder llegar a su destino. Para ser efectivos, deben sobrevivir al entorno hostil del estómago, donde los ácidos fuertes y las enzimas digestivas están diseños para descomponer los alimentos y matar las bacterias. Si los probióticos mueren antes de llegar a los intestinos, el alimento o el suplemento aportan poco beneficio. Los científicos han buscado durante mucho tiempo formas de proteger estas delicadas células, de forma muy parecida a construir un escudo alrededor de un viajero frágil, asegurando que lleguen vivos y listos para trabajar.

Un método prometedor para esta protección es la microencapsulación, un proceso en el que las bacterias se recubren con una capa protectora. Una técnica común utilizada para crear estos recubrimientos es el secado por pulverización (spray drying), que convierte una mezcla líquida en un polvo fino. Si bien este método es eficiente y escalable, el calor y el estrés implicados pueden dañar a veces las bacterias. Para resolver esto, los investigadores están explorando combinaciones de diferentes materiales para crear escudos más fuertes y resistentes. En este estudio, científicos del Instituto Nacional de Tecnología de Alimentos, Emprendimiento y Gestión en la India investigaron una mezcla específica de dos materiales de grado alimentario: leche descremada en polvo y carragenina. La leche descremada en polvo contiene proteínas y azúcares que pueden amortiguar las bacterias contra el calor y el estrés por secado, mientras que la carragenina, una sustancia extraída de algas rojas, es conocida por su capacidad para formar geles y retener agua. Los investigadores querían ver si mezclar estos dos crearía un escudo de doble capa que no solo pudiera proteger a las bacterias durante el proceso de secado, sino también controlar exactamente cuándo y dónde se liberan las bacterias dentro del cuerpo.

El equipo se centró en una cepa específica de bacteria probiótica llamada Lacticaseibacillus rhamnosus NCDC 347. Mezclaron las bacterias con soluciones de leche descremada en polvo, carragenina y una combinación de ambas, luego usaron un secador por pulverización para convertir las mezclas en un polvo fino. Para probar qué tan bien funcionaba este nuevo escudo, simularon el viaje a través del sistema digestivo humano. Colocaron el polvo en líquidos que imitan el ambiente ácido del estómago y el ambiente más neutro y rico en enzimas de los intestinos. También probaron el polvo en agua pura para ver cómo se comportaba sin los fluidos digestivos. Al medir cuántas bacterias se filtraban del polvo a lo largo del tiempo, pudieron determinar si el escudo se mantenía firme o se rompía.

Los resultados mostraron que la mezcla de leche descremada y carragenina creó una barrera altamente efectiva. Cuando el polvo se colocó en agua pura, las bacterias se liberaron muy lentamente, lo que indica que el escudo permaneció intacto y no simplemente se disolvió. Sin embargo, cuando el polvo se movió a un fluido que imitaba los intestinos, la tasa de liberación aumentó significamente. Esto sugiere que el escudo es inteligente; permanece cerrado en el estómago pero se abre cuando llega a los intestinos, que es exactamente donde las bacterias necesitan estar. En contraste, cuando los investigadores probaron el polvo en un líquido altamente ácido destinado a imitar el estómago, la liberación fue mucho más lenta que en los intestinos, confirmando que las bacterias fueron protegidas del ácido fuerte.

Los investigadores también observaron cómo el escudo mismo cambiaba de forma y tamaño al absorber agua. Encontraron que el material se hinchaba significamente cuando entraba en el fluido intestinal, absorbiendo más del doble de su propio peso en agua. Este hinchamiento fue una parte clave del proceso, ya que ayudó a empujar las bacterias fuera del escudo. Curiosamente, la forma en que las bacterias salían del escudo no era un flujo simple y constante. En cambio, la liberación fue impulsada por el material relajándose y cambiando su estructura después de absorber agua. Esto es diferente a cómo una esponja podría simplemente dejar que el agua gotee a través de ella; aquí, el material mismo tenía que expandirse y desplazarse para dejar que las bacterias escaparan. Este mecanismo asegura que las bacterias no se descarguen todas de golpe, sino que se entreguen de manera controlada.

Quizás el hallazgo más importante fue qué tan bien sobrevivieron las bacterias al viaje. Cuando los investigadores expusieron las bacterias desprotegidas al fluido estomacal ácido, sus números disminuyeron drásticamente, con la mayoría de ellas muriendo en dos horas. Sin embargo, las bacterias ocultas dentro del escudo de leche descremada y carragenina permanecieron mucho más fuertes. Después de dos horas en el mismo fluido ácido, una gran mayoría de las bacterias protegidas seguían vivas. El escudo también demostró ser efectivo contra las sales biliares, una sustancia que se encuentra en los intestinos que puede ser tóxica para las bacterias. Nuevamente, las bacterias protegidas sobrevivieron mucho mejor que las que no tenían escudo. Incluso después de dos horas en una solución con altos niveles de sales biliares, las bacterias protegidas mantuvieron altas tasas de supervivencia, mientras que las desprotegidas sufrieron pérdidas pesadas.

El estudio concluye que esta combinación específica de leche descremada y carragenina es una herramienta poderosa para la entrega de probióticos. Logra proteger a las bacterias del calor del proceso de fabricación y de las duras condiciones del estómago. Lo más importante es que permite que las bacterias sobrevivan al viaje y las libera en los intestinos, donde pueden realizar su función. Los investigadores sugieren que este sistema de doble capa podría utilizarse para crear nuevos alimentos funcionales y suplementos que entreguen de manera confiable probióticos vivos al intestino humano, convirtiendo un difícil desafío biológico en una solución de ingeniería manejable.