Influence of Drying Techniques and Encapsulation Materials on the Antibacterial Activity of Lactiplantibacillus plantarum Cell-Free Supernatants

La seguridad alimentaria es una batalla constante, una que se vuelve más compleja a medida que la población mundial aumenta y el entorno cambia. Durante décadas, la industria alimentaria ha dependido de conservantes químicos para detener el deterioro y matar gérmenes dañinos, pero los consumidores buscan cada vez más alternativas naturales. La naturaleza ya proporciona una defensa poderosa en forma de bacterias ácido-lácticas, un grupo de microbios beneficiosos que se encuentran en alimentos fermentados como el yogur y el chucrut. Estas bacterias no solo hacen que la comida tenga un sabor ácido; también producen un cóctel de sustancias químicas naturales que pueden detener el crecimiento de patógenos peligrosos. Sin embargo, estas sustancias químicas beneficiosas son frágiles. Pueden descomponerse al exponerse al calor, la luz o el oxígeno, lo que las hace difíciles de utilizar de una manera práctica y estable en estantería. Para resolver esto, los científicos han recurrido a una técnica llamada encapsulación, que consiste en envolver estas delicadas sustancias en una capa protectora, de forma muy parecida a cómo una semilla está protegida por una cubierta dura. El desafío radica en encontrar el material de la capa adecuado y el método correcto para secar la mezcla sin destruir los ingredientes activos en su interior.

En un estudio reciente, los investigadores se propustop a encontrar la mejor manera de preservar el poder antibacteriano de una cepa específica de bacteria llamada Lactiplantibacillus plantarum. Este microbio es famoso por producir un líquido, conocido como sobrenadante libre de células, que es rico en compuestos que combaten el deterioro y las bacterias causantes de enfermedades. El equipo quería saber cómo dos métodos de secado diferentes —el secado por pulverización (spray drying), que utiliza aire caliente para evaporar el agua rápidamente, y la liofilización, que elimina el agua convirtiendo el hielo directamente en vapor— afectarían la capacidad del líquido para matar gérmenes. También probaron dos recubrimientos protectores diferentes: maltodextrina, un polvo hecho de almidón, y caseinato de sodio, una proteína derivada de la leche. El objetivo era ver qué combinación mantenía más fuerte la propiedad antibacteriana, específicamente contra las bacterias que descomponen el pescado y aquellas que causan enfermedades transmitidas por alimentos en humanos.

Los investigadores comenzaron analizando la composición química del líquido crudo de la bacteria. Descubrieron que contenía dieciséis componentes diferentes, incluyendo ácidos orgánicos, fenoles e hidrocarburos, que son las armas que las bacterias usan para luchar contra los invasores. Los más abundantes de estos fueron un tipo de fenol y el ácido acético, el mismo compuesto que le da al vinagre su olor penetrante. Para probar la fuerza del líquido, el equipo creó siete versiones diferentes. Algunas se dejaron como líquido crudo, mientras que otras se secaron mediante secado por pulverización o liofilización. Las muestras secas fueron luego recubiertas con maltodextrina o caseinato de sodio. Probaron estas muestras contra una serie de bacterias, incluyendo Staphylococcus aureus, una causa común de intoxicación alimentaria, y varios tipos de bacterias que hacen que el pescado se pudra, como Vibrio vulnificus y Photobacterium damselae.

Los resultados revelaron un claro ganador en la batalla para preservar el poder de la bacteria. Las muestras que fueron liofilizadas y recubiertas con caseinato de sodio resultaron ser las más eficaces para detener el crecimiento bacteriano. Al colocarse en una placa con Staphylococcus aureus, esta mezcla específica creó una zona de inhibición, un área donde las bacterias no podían crecer, que medía 23,67 milímetros de ancho. Esto fue casi tan efectivo como el líquido crudo sin secar, que creó una zona de inhibición de 24,67 milímetros. En contraste, las muestras secadas por pulverización generalmente funcionaron peor, especialmente cuando estaban recubiertas con maltodextrina. Por ejemplo, la versión secada por pulverización sin ningún recubrimiento tuvo dificultades para detener las bacterias de descomposición del pescado, creando zonas de inhibición tan pequeñas como 11,50 milímetros. El estudio sugiere que la naturaleza suave de la liofilización, combinada con las cualidades protectoras de la proteína de leche, ayuda a mantener intactos los delicados compuestos antibacterianos.

Los investigadores también midieron exactamente cuánta sustancia se necesitaba para detener el crecimiento de las bacterias o para matarlas por completo. Encontraron que las muestras liofilizadas y recubiertas con proteínas requerían la menor cantidad para ser efectivas. Contra la bacteria de descomposición del pescado Photobacterium damselae, esta mezcla específica pudo detener el crecimiento a una concentración de tan solo 12,5 miligramos por mililitro. Para el patógeno humano Staphylococcus aureus, la misma mezcla pudo matar a la bacteria a una concentración de 100 miligramos por mililitro. En comparación, las muestras secadas por pulverización a menudo requirieron concentraciones mucho más altas para lograr el mismo resultado, y en algunos casos, las bacterias no fueron eliminadas ni siquiera con las concentraciones más altas probadas. El estudio indica que, si bien el secado por pulverización es más barato y rápido para uso industrial, puede dañar los compuestos activos más que la liofilización, a menos que se utilice el recubrimiento adecuado.

Observar la estructura física de los polvos secos proporcionó más pistas. Al ser observadas bajo un microscopio potente, las partículas secadas por pulverización aparecieron como pequeñas esferas, algunas de las cuales estaban arrugadas o pegadas en grupos. Las muestras liofilizadas, sin embargo, se veían diferentes; las recubiertas con maltodextrina se asemejaban a capas suaves y conectadas, mientras que las recubiertas con proteína eran planas y frágiles. Estas diferencias físicas probablemente explican por qué las muestras liofilizadas y recubiertas con proteína funcionaron tan bien. La estructura del recubrimiento de proteína pudo haber protegido a los químicos activos de las condiciones duras del proceso de secado mejor que el recubrimiento a base de almidón. El estudio concluye que, si bien ambos métodos de secado tienen su lugar, la elección del material de recubrimiento es crítica. El caseinato de sodio parece ser el escudo superior para la liofilización, preservando la actividad biológica del líquido bacteriano, mientras que la maltodextrina podría ser una mejor opción si el secado por pulverización es la única opción disponible. Este trabajo ofrece un camino claro hacia el desarrollo de conservantes naturales que puedan mantener la seguridad de los alimentos sin depender de productos químicos sintéticos.