Microencapsulation of probiotics by multiple emulsion using protein– polysaccharide blends: seawater stability and viability for aquaculture
本研究は、WPI/GA/MDタンパク質–多糖類ブレンドを用いた二重乳化スプレードライ法により、総固形分10%の条件下で*L. acidophilus*および*L. plantarum*をマイクロカプセル化することが、プロバイオティクスの生存率と海水における安定性を6ヶ月間にわたって効果的に維持できることを実証しており、エビ養殖における抗生物質の強固かつ持続可能な代替案を提示している。
原論文は CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 これは以下の論文のAI生成解説です。著者が執筆または承認したものではありません。技術的な正確性については原論文を参照してください。 免責事項の全文を読む
エビ養殖の世界において、エビの生涯の初期段階は極めて脆弱な時期です。幼生（ラルバ）は、水柱の中を漂いながら微細な食物に頼って生存し成長する、非常に小さな濾過摂食生物です。数十年にわたり、養殖業者たちはこれらのデリケートな動物の健康を維持するために抗生物質を使用してきましたが、これらの薬の過剰使用は、耐性菌の発生や環境破壊を招いてきました。現在、多くの科学者が自然な代替案としてプロバイオティクスに注目しています。これらは、エビに与えられることで免疫力を高め、有害な病原体と戦うことができる有益な細菌のことです。しかし、そこには問題があります。プロバイオティクスとして使用される細菌は非常に脆いのです。それらは空気中の酸素や加工時の熱、そして海水の塩分によって容易に死滅してしまいます。有用なものとするためには、これらの生きた細胞を保護し、パッケージ化し、そしてエビが必要とする正確なタイミングと場所へと届ける必要があります。
この課題を受け、メキシコの研究チームは、これらの敏感な細菌を微細な保護シェルの中に隠す手法を探求することにしました。彼らの目標は、エビの幼生が見つけられるよう海水中に長時間浮遊し、ゆっくりと溶けて細菌を放出し、かつ混合物を乾燥粉末にする過酷な工程を経ても細菌を生存させ続けられるような食物を作り出すことでした。研究者たちは、「ダブルエマルション」と呼ばれる特定の技術に焦点を当てました。これは、水・油・水のサンドイッチ構造のように機能するものです。細菌を含む小さな水滴が、油の層に囲まれ、それがさらに大きな水の中に懸濁している様子を想像してください。この構造が細菌を外界から守ります。この構造を十分に強くするために、チームはタンパク質と植物由来の糖を混ぜ合わせ、液滴の周囲に保護壁を形成しました。彼らは、どの組み合わせが最も安定し効果的なシールドを作るかを確認するため、さまざまな材料の量を変化させながら、異なるレシピをテストしました。
チームは、壁材の3つの異なるブレンドを実験しました。一つの混合物は、一般的な乳タンパク質であるホエイプロテインと2種類の植物性ガムを組み合わせたものです。もう一つは、ホエイプロテインと別の種類のガムおよびマルトデキストリンと呼ばれるデンプン状の物質を組み合わせたものです。三つ目は、ホエイプロテインとマルトデキストリンのみに依存したものです。彼らはこれらの混合物を、低濃度から高濃度の固形分まで異なる濃度で作製し、その後「スプレー乾燥」工程にかけました。この工程は、液体混合物を熱風の流れの中に噴射して瞬時に水分を除去し、微細な粉末を作るプロセスです。これは細菌にとって極めて重要な瞬間であり、熱と急速な乾燥は容易に細菌を死滅させてしまいます。研究者たちは、細菌がこの試練を生き延びつつ、かつ小さなエビの幼生が食べられるほど小さな粒子を形成できるレシピを見つけ出す必要がありました。
粉末を作成した後、科学者たちは人工海水を用いてテストを行いました。彼らは粒子がどれくらい浮遊し続けるか、そしてどれくらいの速さで溶解するかを測定しました。その結果、壁材の組成が極めて重要であることが判明しました。ホエイプロテイン、アラビアゴム、およびマルトデキストリンで作られた特定のブレンドが、高濃度の固形分において明確な勝者となりました。このレシピで作られたマイクロカプセルは非常にゆっくりと溶解し、4時間後の水中の質量減少は5パーセント未満でした。さらに重要なことに、これらは1,000分間という驚異的な時間、浮遊し続けました。これは、典型的なエビ幼生の摂餌ウィンドウよりもはるかに長い時間です。これは、プロバイオティクス食品が、幼生が届かない底に沈んでしまうのではなく、水柱の中に留まり、食べられるのを待つことができることを意味します。対照的に、他のブレンドははるかに早く溶解するか、あるいは浮力を失いました。
研究者たちはまた、液体から粉末への過程でどれだけの細菌が生存したかも確認しました。スプレー乾燥機の熱によってかなりの割合の細菌が死滅しましたが、最良の処方では元の個体数の約3分の1が生存していました。この生存率は、この種のプロセスにおいては成功しているとみなされます。カウントの正確性を期すため、チームは2つの異なる手法を用いました。一つは細菌をプレート上で培養する伝統的な手法であり、もう一つは生きた細胞に当たると光る特殊な光を用いる現代的な手法です。2つの手法の結果はほぼ完全に一致しており、細菌が実際に生きており、健康的であることを裏付けました。冷暗所で6ヶ月間保管した場合でも、最良の処方は、効果を発揮するために必要なレベルを十分に上回る、高い生存細菌数を維持していました。
コンピュータシミュレーションを用いて将来を予測したところ、チームはこれらの高品質な処方が、テストされた6ヶ月という期間を過ぎても、おそらくさらに長く効果を維持し続けるだろうと予測しました。しかし、彼らはこれが手元にあるデータに基づいた予測であり、真のテストはこれらの粉末を実際の生きたエビに与えた時に訪れることを注意深く記しました。この研究はまだエビへの給餌を行っておらず、あくまで物理的なシェルを完成させること、および細菌がラボからタンクへの道のりを生き延びられることを証明することに焦点を当てていました。成分の最適な組み合わせを特定することで、研究者たちは次のステップのための強固な基礎を提供しました。彼らは、デリケートな細菌を、水中でその役割を果たす準備ができるまで安全に保つことができる、持続可能で抗生物剤を使用しないエビの給餌方法の候補を作り出したのです。
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