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

La sécurité alimentaire est une bataille constante, une bataille qui devient plus complexe à mesure que la population mondiale augmente et que l'environnement change. Pendant des décennies, l'industrie alimentaire s'est appuyée sur des conservateurs chimiques pour stopper l'altération et tuer les germes nocifs, mais les consommateurs recherchent de plus en plus d'alternatives naturelles. La nature offre déjà une défense puissante sous la forme de bactéries lactiques, un groupe de microbes bénéfiques présents dans les aliments fermentés comme le yaourt ou la choucroute. Ces bactéries ne se contentent pas de donner un goût acidulé aux aliments ; elles produisent également un cocktail de substances chimiques naturelles capables d'empêcher la croissance de pathogènes dangereux. Cependant, ces substances chimiques bénéfiques sont fragiles. Elles peuvent se dégrader lorsqu'elles sont exposées à la chaleur, à la lumière ou à l'oxygène, ce qui les rend difficiles à utiliser de manière pratique et stable pour la conservation. Pour résoudre ce problème, les scientifiques se sont tournés vers une technique appelée l'encapsulation, qui consiste à envelopper ces substances délicates dans une enveloppe protectrice, un peu comme une graine est protégée par une enveloppe dure. Le défi consiste à trouver le bon matériau d'enrobage et la bonne méthode pour sécher le mélange sans détruire les ingrédients actifs à l'intérieur.

Dans une étude récente, des chercheurs ont cherché à déterminer la meilleure façon de préserver le pouvoir antibactérien d'une souche spécifique de bactérie appelée Lactiplantibacillus plantarum. Ce microbe est célèbre pour produire un liquide, connu sous le nom de surnageant sans cellules, qui est riche en composés luttant contre l'altération et les bactéries responsables de maladies. L'équipe voulait savoir comment deux méthodes de séchage différentes — la lyophilisation (ou séchage par atomisation), qui utilise de l'air chaud pour évaporer rapidement l'eau, et la lyophilisation, qui élimine l'eau en transformant directement la glace en vapeur — affecteraient la capacité du liquide à tuer les germes. Ils ont également testé deux différents revêtements protecteurs : la maltodextrine, une poudre issue de l'amidon, et la caséinate de sodium, une protéine dérivée du lait. L'objectif était de voir quelle combinaison maintenait la plus forte activité antibactérienne, spécifiquement contre les bactéries qui font pourrir le poisson et celles qui causent des maladies d'origine alimentaire chez l'homme.

Les chercheurs ont commencé par analyser la composition chimique du liquide brut issu des bactéries. Ils ont découvert qu'il contenait seize composants différents, notamment des acides organiques, des phénols et des hydrocarbures, qui sont les armes utilisées par les bactéries pour combattre les envahisseurs. Les plus abondants d'entre eux étaient un type de phénol et l'acide acétique, le même composé qui donne au vinaigre son odeur piquante. Pour tester la force du liquide, l'équipe a créé sept versions différentes. Certaines ont été laissées sous forme de liquide brut, tandis que d'autres ont été séchées soit par atomisation, soit par lyophilisation. Les échantillons séchés ont ensuite été enrobés soit de maltodextrine, soit de caséinate de sodium. Ils ont testé ces échantillons contre une série de bactéries, incluant Staphylococcus aureus, une cause courante d'intoxication alimentaire, ainsi que plusieurs types de bactéries qui provoquent la décomposition du poisson, tels que Vibrio vulnificus et Photobacterium damselae.

Les résultats ont révélé un vainqueur clair dans la bataille pour préserver le pouvoir des bactéries. Les échantillons lyophilisés et enrobés de caséinate de sodium se sont révélés les plus efficaces pour stopper la croissance bactérienne. Lorsqu'ils ont été placés sur une boîte de Pétri avec Staphylococcus aureus, ce mélange spécifique a créé une zone d'inhibition, une zone où les bactéries ne pouvaient pas croître, mesurant 23,67 millimètres de large. C'était presque aussi efficace que le liquide brut non séché, qui créait une zone d'inhibition de 24,67 millimètres. En revanche, les échantillons séchés par atomisation ont généralement moins bien performé, surtout lorsqu'ils étaient enrobés de maltodextrine. Par exemple, la version séchée par atomisation sans aucun enrobage a eu du mal à arrêter les bactéries de décomposition du poisson, créant des zones d'inhibition aussi petites que 11,50 millimètres. L'étude suggère que la nature douce de la lyophilisation, combinée aux qualités protectrices de la protéine de lait, aide à maintenir intacts les délicats composés antibactériens.

Les chercheurs ont également mesuré exactement quelle quantité de la substance était nécessaire pour stopper la croissance des bactéries ou pour les tuer complètement. Ils ont constaté que les échantillons lyophilisés et enrobés de protéines nécessitaient la plus petite quantité pour être efficaces. Contre la bactérie de décomposition du poisson Photobacterium damselae, ce mélange spécifique pouvait stopper la croissance à une concentration aussi basse que 12,5 milligrammes par millilitre. Pour le pathogène humain Staphylococcus aureus, le même mélange pouvait tuer les bactéries à une concentration de 100 milligrammes par millilitre. En comparaison, les échantillons séchés par atomisation nécessitaient souvent des concentrations beaucoup plus élevées pour obtenir le même résultat, et dans certains cas, les bactéries n'étaient pas tuées du tout, même aux concentrations les plus élevées testées. L'étude indique que si le séchage par atomisation est moins coûteux et plus rapide pour un usage industriel, il peut endommager les composés actifs plus que la lyophilisation, à moins que le bon revêtement ne soit utilisé.

L'examen de la structure physique des poudres séchées a fourni d'autres indices. Observés sous un microscope puissant, les particules séchées par atomisation apparaissaient comme de petites sphères, certaines étant ridées ou collées ensemble en amas. Les échantillons lyophilisés, cependant, avaient un aspect différent ; ceux enrobés de maltodextrine ressemblaient à des couches lisses et connectées, tandis que ceux enrobés de protéines étaient plats et fragiles. Ces différences physiques expliquent probablement pourquoi les échantillons lyophilisés et enrobés de protéines ont si bien fonctionné. La structure de l'enrobage protéique semble avoir mieux protégé les substances actives des conditions difficiles du processus de séchage que l'enrobage à base d'amidon. L'étude conclut que bien que les deux méthodes de séchage aient leur utilité, le choix du matériau d'enrobage est crucial. La caséinate de sodium semble être le bouclier supérieur pour la lyophilisation, préservant l'activité biologique du liquide bactérien, tandis que la maltodextrine pourrait être un meilleur choix si le séchage par atomisation est la seule option disponible. Ce travail offre une voie claire pour le développement de conservateurs naturels capables de maintenir la sécurité alimentaire sans dépendre de produits chimiques synthétiques.