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

Les probiotiques sont des micro-organismes vivants qui, lorsqu'ils sont consommés en quantités appropriées, offrent des bienfaits pour la santé du corps humain. Ils sont souvent ajoutés à des aliments comme le yaourt et à des compléments alimentaires pour favoriser la digestion et renforcer le système immunitaire. Cependant, ces minuscules alliés font face à un voyage périlleux avant de pouvoir atteindre leur destination. Pour être efficaces, ils doivent survivre à l'environnement hostile de l'estomac, où des acides puissants et des enzymes digestives sont conçus pour décomposer la nourriture et tuer les bactéries. Si les probiotiques meurent avant d'atteindre les intestins, l'aliment ou le complément apporte peu de bénéfices. Les scientifiques cherchent depuis longtemps des moyens de protéger ces cellules délicates, un peu comme si l'on construisait un bouclier autour d'un voyageur fragile, afin de garantir qu'ils arrivent vivants et prêts à agir.

Une méthode prometteuse pour cette protection est la microencapsulation, un processus où les bactéries sont enrobées d'une couche protectrice. Une technique courante utilisée pour créer ces revêtements est le séchage par atomisation, qui transforme un mélange liquide en une fine poudre. Bien que cette méthode soit efficace et évolutive, la chaleur et le stress impliqués peuvent parfois endommager les bactéries. Pour résoudre ce problème, les chercheurs explorent des combinaisons de différents matériaux afin de créer des boucliers plus forts et plus résilients. Dans cette étude, des scientifiques de l'Institut national de technologie alimentaire, d'entrepreneuriat et de gestion en Inde ont étudié un mélange spécifique de deux matériaux de qualité alimentaire : la poudre de lait écrémé et le carraghénane. La poudre de lait écrémé contient des protéines et des sucres qui peuvent amortir les bactéries contre la chaleur et le stress lié au séchage, tandis que le carraghénane, une substance extraite d'algues rouges, est connu pour sa capacité à former des gels et à retenir l'eau. Les chercheurs voulaient voir si le mélange de ces deux éléments créerait un bouclier à double couche capable non seulement de protéger les bactéries pendant le processus de séchage, mais aussi de contrôler exactement quand et où les bactéries sont libérées à l'intérieur du corps.

L'équipe s'est concentrée sur une souche spécifique de bactéries probiotiques appelée Lacticaseibacillus rhamnosus NCDC 347. Ils ont mélangé les bactéries avec des solutions de poudre de lait écrémé, de carraghénane, et une combinaison des deux, puis ont utilisé un sécheur à atomisation pour transformer les mélanges en une fine poudre. Pour tester l'efficacité de ce nouveau bouclier, ils ont simulé le voyage à travers le système digestif humain. Ils ont placé la poudre dans des liquides imitant l'environnement acide de l'estomac et l'environnement plus neutre et riche en enzymes des intestins. Ils ont également testé la poudre dans de l'eau pure pour voir comment elle se comportait sans les fluides digestifs. En mesurant la quantité de bactéries qui s'échappait de la poudre au fil du temps, ils pouvaient déterminer si le bouclier tenait bon ou s'il se désagrégeait.

Les résultats ont montré que le mélange de lait écrémé et de carraghénane créait une barrière hautement efficace. Lorsque la poudre était placée dans de l'eau pure, les bactéries étaient libérées très lentement, indiquant que le bouclier restait intact et ne se dissolvait pas simplement. Cependant, lorsque la poudre était déplacée dans un fluide imitant les intestins, le taux de libération augmentait considérablement. Cela suggère que le bouclier est intelligent ; il reste fermé dans l'estomac mais s'ouvre lorsqu'il atteint les intestins, ce qui est précisément là où les bactéries doivent se trouver. En revanche, lorsque les chercheurs ont testé la poudre dans un liquide très acide destiné à imiter l'estomac, la libération était beaucoup plus lente que dans les intestins, confirmant que les bactéries étaient protégées de l'acide agressif.

Les chercheurs ont également observé comment le bouclier changeait de forme et de taille en absorbant l'eau. Ils ont découvert que le matériau gonflait considérablement lorsqu'il entrait dans le fluide intestinal, absorbant plus de deux fois son propre poids en eau. Ce gonflement était une partie clé du processus, car il aidait à pousser les bactéries hors du bouclier. Il est intéressant de noter que la manière dont les bactéries sortaient du bouclier n'était pas un flux simple et constant. Au lieu de cela, la libération était pilotée par le relâchement du matériau et son changement de structure après avoir absorbé l'eau. Cela diffère de la façon dont une éponge laisserait simplement l'eau s'égoutter ; ici, le matériau lui-même devait se dilater et se modifier pour laisser les bactéries s'échapper. Ce mécanisme garantit que les bactéries ne sont pas déversées toutes d'un coup, mais sont délivrées de manière contrôlée.

La découverte la plus importante concerne peut-être la survie des bactéries durant le voyage. Lorsque les chercheurs ont exposé les bactéries non protégées au liquide acide de l'estomac, leurs effectifs ont chuté de manière spectaculaire, la plupart d'entre elles mourant en moins de deux heures. Cependant, les bactéries cachées à l'intérieur du bouclier de lait écrémé et de carraghénane sont restées bien plus résistantes. Après deux heures dans ce même liquide acide, une grande majorité des bactéries protégées étaient encore en vie. Le bouclier s'est également avéré efficace contre les sels biliaires, une substance présente dans les intestins qui peut être toxique pour les bactéries. Là encore, les bactéries protégées ont mieux survécu que celles sans bouclier. Même après deux heures dans une solution à haute teneur en sels biliaires, les bactéries protégées maintenaient des taux de survie élevés, alors que les bactéries non protégées subissaient des pertes lourdes.

L'étude conclut que cette combinaison spécifique de lait écrémé et de carraghénane est un outil puissant pour la distribution de probiotiques. Elle protège avec succès les bactéries de la chaleur du processus de fabrication et des conditions difficiles de l'estomac. Plus important encore, elle permet aux bactéries de survivre au voyage et de les libérer dans les intestins, là où elles peuvent accomplir leur tâche. Les chercheurs suggèrent que ce système à double couche pourrait être utilisé pour créer de nouveaux aliments fonctionnels et compléments alimentaires capables de livrer de manière fiable des probiotiques vivants au microbiote humain, transformant ainsi un défi biologique complexe en une solution d'ingénierie gérable.