Microencapsulation of probiotics by multiple emulsion using protein– polysaccharide blends: seawater stability and viability for aquaculture
Questo studio dimostra che la microincapsulazione di *L. acidophilus* e *L. plantarum* tramite l'essiccazione a spruzzo con doppia emulsione utilizzando una miscela proteina-polisaccaride WPI/GA/MD al 10% di solidi totali preserva efficacemente la vitalità dei probiotici e la stabilità in acqua di mare per sei mesi, offrendo un'alternativa robusta e sostenibile agli antibiotici nell'acquacoltura dei gamberi.
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Nel mondo dell'allevamento dei gamberi, i primi giorni della vita di un gambero sono un periodo di estrema vulnerabilità. Le larve sono creature minuscole, che si nutrono per filtrazione e che fluttuano nella colonna d'acqua, affidandosi a cibo microscopico per sopravvivere e crescere. Per decenni, gli allevatori hanno utilizzato antibiotici per mantenere in salute questi delicati animali, ma l'uso eccessivo di questi farmaci ha portato alla resistenza batterica e a danni ambientali. Un numero crescente di scienziati sta cercando un'alternativa naturale: i probiotici. Si tratta di batteri benefici che, se somministrati ai gamberi, possono potenziare i loro sistemi immunitari e combattere i patogeni nocivi. Tuttavia, c'è un problema. I batteri utilizzati come probiotici sono fragili. Vengono facilmente uccisi dall'ossigeno nell'aria, dal calore della lavorazione e dalla salinità dell'acqua di mare. Per essere utili, queste cellule viventi devono essere protette, confezionate e consegnate esattamente quando e dove i gamberi ne hanno bisogno.
Questa sfida ha portato un team di ricercatori in Messico a esplorare un metodo per nascondere questi sensibili batteri all'interno di microscopiche gusci protettivi. Il loro obiettivo era creare una fonte di cibo che galleggiasse nell'acqua di mare abbastanza a lungo da permettere alle larve di gamberi di trovarla, che si dissolvesse lentamente per rilasciare i batteri e che mantenesse i batteri vivi attraverso il duro processo di trasformazione della miscela in una polvere secca. I ricercatori si sono concentrati su una tecnica specifica chiamata doppia emulsione, che funziona come un sandwich acqua-olio-acqua. Immaginate una minuscola goccia d'acqua contenente i batteri, circondata da uno strato di olio, che è poi sospesa in un corpo d'acqua più grande. Questa struttura scherma i batteri dal mondo esterno. Per rendere questa struttura abbastanza forte da sopravvivere, il team ha mescolato proteine e zuccheri vegetali per formare una parete protettiva attorno alle goccioline. Hanno testato diverse ricette, variando le quantità di questi ingredienti per vedere quale combinazione creasse lo scudo più stabile ed efficace.
Il team ha sperimentato tre diverse miscele di materiali per le pareti. Una miscela utilizzava la proteina del siero di latte, una comune proteina del latte, combinata con due tipi di gomme vegetali. Un'altra utilizzava la proteina del siero di latte con un set diverso di gomme e una sostanza simile all'amido chiamata maltodestrina. La terza si basava solo su proteina del siero di latte e maltodestrina. Hanno creato queste miscele a diverse concentrazioni, che vanno da un basso a un alto contenuto di solidi, e le hanno poi sottoposte a un processo di spray-drying. Questo passaggio prevede la nebulizzazione della miscela liquida in un flusso di aria calda per rimuovere istantaneamente l'acqua e creare una polvere fine. Questo è un momento critico per i batteri, poiché il calore e l'essiccazione rapida possono facilmente ucciderli. I ricercatori avevano bisogno di trovare una ricetta che permettesse ai batteri di sopravvivere a questa prova pur formando particelle abbastanza piccole da poter essere mangiate dalle minuscole larve di gambero.
Dopo aver creato le polveri, gli scienziati le hanno messe alla prova in acqua di mare artificiale. Hanno misurato quanto tempo le particelle rimanessero a galla e quanto velocemente si dissolvesero. I risultati hanno mostrato che la composizione del materiale della parete contava immensamente. Una miscela specifica, composta da proteina del siero di latte, gomma arabica e maltodestrina ad un'alta concentrazione di solidi, si è rivelata la vincitrice indiscussa. Le microcapsule realizzate con questa ricetta si dissolvevano molto lentamente, perdendo meno del cinque per cento della loro massa dopo quattro ore in acqua. Più importante ancora, sono rimaste a galla per un impressionante tempo di 1.000 minuti, molto più a lungo della tipica finestra di alimentazione per le larve di gambero. Ciò significava che il cibo probiotico sarebbe rimasto disponibile nella colonna d'acqua, in attesa di essere mangiato, invece di affondare sul fondo dove le larve non potevano raggiungerlo. Al contrario, altre miscele si dissolvevano molto più velocemente o non riuscivano a mantenere la galleggiabilità.
I ricercatori hanno anche controllato quanti batteri sopravvivevano al viaggio dal liquido alla polvere. Sebbene il calore dello spray dryer abbia ucciso una parte significativa dei batteri, circa un terzo della popolazione originale è rimasta viva nelle migliori formulazioni. Questo tasso di sopravvivenza è considerato un successo per questo tipo di processo. Per garantire l'accuratezza dei loro conteggi, il team ha utilizzato due metodi diversi: una tecnica tradizionale di crescita dei batteri su piastra e un metodo moderno che utilizza una luce speciale che brilla quando colpisce le cellule viventi. I due metodi concordavano quasi perfettamente, confermando che i batteri erano effettivamente vivi e sani. Conservati in un ambiente fresco per sei mesi, le migliori formulazioni hanno mantenuto un alto numero di batteri viventi, ben al di sopra del livello necessario per essere efficaci.
Utilizzando simulazioni al computer per guardare più avanti nel futuro, il team ha proiettato che queste formulazioni di alta qualità avrebbero probabilmente continuato a essere efficaci per ancora più a lungo, potenzialmente durando ben oltre i sei mesi testati. Tuttavia, sono stati cauti nel notare che questa è una proiezione basata sui dati in loro possesso, e la vera prova arriverà quando queste polveri verranno somministrate a gamberi vivi. Lo studio non ha ancora riguardato l'alimentazione dei gamberi; si è concentrato invece interamente sul perfezionamento del guscio fisico e sulla dimostrazione che i batteri potessero sopravvivere al viaggio dal laboratorio al serbatoio. Identificando la combinazione specifica di ingredienti che offre la migliore protezione, galleggiabilità e sopravvivenza, i ricercatori hanno fornito una solida base per il passo successivo. Hanno creato un candidato per un modo sostenibile e privo di antibiotici per nutrire i gamberi, uno che mantenga i delicati batteri al sicuro finché non sono pronti a svolgere il loro lavoro nell'acqua.
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