Microencapsulation of probiotics by multiple emulsion using protein– polysaccharide blends: seawater stability and viability for aquaculture
Deze studie toont aan dat het micro-inkapselen van *L. acidophilus* en *L. plantarum* via dubbel-emulsie sproeidrogen met een WPI/GA/MD eiwit-polysacharide mengsel van 10% totale vaste stoffen de levensvatbaarheid van probiotica en de stabiliteit in zeewater gedurende zes maanden effectief behoudt, wat een robuust, duurzaam alternatief biedt voor antibiotica in de garnalenteelt.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
In de wereld van de garnalenkweek zijn de eerste dagen van het leven van een garnaal een tijd van extreme kwetsbaarheid. Larven zijn minuscule, filtervoedende wezens die in de waterkolom drijven en vertrouwen op microscopisch voedsel om te overleven en te groeien. Decennialang hebben boeren antibiotica gebruikt om deze delicate dieren gezond te houden, maar het overmatige gebruik van deze medicijnen heeft geleid tot resistente bacteriën en milieuschade. Een groeiend aantal wetenschappers zoekt naar een natuurlijk alternatief: probiotica. Dit zijn gunstige bacteriën die, wanneer ze aan de garnalen worden gevoerd, hun immuunsysteem kunnen versterken en schadelijke pathogenen kunnen bestrijden. Er is echter een addertje onder het gras. De bacteriën die als probiotica worden gebruikt, zijn fragiel. Ze gaan gemakkelijk dood door de zuurstof in de lucht, de hitte van de verwerking en het zoutgehalte van zeewater. Om nuttig te zijn, moeten deze levende cellen worden beschermd, verpakt en precies worden afgeleverd op het moment en de plek waar de garnalen ze nodig hebben.
Deze uitdaging leidde ertoe dat een team onderzoekers in Mexico een methode verkende om deze gevoelige bacteriën te verbergen in microscopische beschermende schilletjes. Hun doel was om een voedingsbron te creëren die lang genoeg in het zeewater zou blijven drijven zodat de garnallarven het kunnen vinden, langzaam zou oplossen om de bacteriën vrij te geven, en de bacteriën levend zou houden tijdens het zware proces van het omzetten van het mengsel in een droog poeder. De onderzoekers richtten zich op een specifieke techniek genaamd dubbele emulsie, die werkt als een water-in-olie-in-water sandwich. Stel je een klein druppeltje water voor dat bacteriën bevat, omringd door een laag olie, die vervolgens wordt opgehangen in een grotere hoeveelheid water. Deze structuur schermt de bacteriën af van de buitenwereld. Om deze structuur sterk genoeg te maken om te overleven, mengde het team eiwitten en plantaardige suikers om een beschermende wand rond de druppeltjes te vormen. Ze testten verschillende recepten en varieerden de hoeveelheden van deze ingrediënten om te zien welke combinatie de meest stabiele en effectieve barrière creëerde.
Het team experimenteerde met drie verschillende mengsels van wandmaterialen. Eén mengsel gebruikte wei-eiwit, een veelvoorkomend zuivel-eiwit, gecombineerd met twee soorten plantaardige gom. Een ander mengsel gebruikte wei-eiwit met een andere set gomstoffen en een zetmeelachtige substantie genaamd maltodextrine. Het derde vertrouwde alleen op wei-eiwit en maltodextrine. Ze maakten deze mengsels bij verschillende concentraties, variërend van een laag tot een hoog gehalte aan vaste stoffen, en onderwierpen ze vervolgens aan een spray-drying proces (verstuivingsdroging). Deze stap houdt in dat het vloeibare mengsel in een stroom hete lucht wordt gespoten om het water onmiddellijk te verwijderen en een fijn poeder te creëren. Dit is een kritiek moment voor de bacteriën, aangezien de hitte en de snelle droging de bacteriën gemakkelijk kunnen doden. De onderzoekers moesten een recept vinden dat de bacteriën dit beproeving liet overleven en tegelijkertijd deeltjes vormde die klein genoeg waren voor minuscule garnallarven om te eten.
Na het maken van de poeders zetten de wetenschappers ze op de proef in kunstmatig zeewater. Ze maten hoe lang de deeltjes bleven drijven en hoe snel ze oplosten. De resultaten toonden aan dat de samenstelling van het wandmateriaal enorm veel uitmaakte. Eén specifiek mengsel, gemaakt van wei-eiwit, gum arabicum en maltodextrine bij een hoge concentratie vaste stoffen, bleek de duidelijke winnaar. Microcapsules gemaakt van dit recept losten zeer langzaam op en verloren minder dan vijf procent van hun massa na vier uur in het water. Belangrijker nog, ze bleven een indrukwekkende 1.000 minuten drijven, veel langer dan het typische voedingsvenster voor garnallarven. Dit betekende dat het probiotische voedsel beschikbaar zou blijven in de waterkolom, wachtend om gegeten te worden, in plaats van naar de bodem te zinken waar de larven er niet bij kunnen. In tegenstelling hiermee losten andere mengsels veel sneller op of bleven ze niet drijven.
De onderzoekers controleerden ook hoeveel bacteriën de reis van vloeistof naar poeder overleefden. Hoewel de hitte van de spray dryer een aanzienlijk deel van de bacteriën doodde, bleef ongeveer een derde van de oorspronkelijke populatie over in de beste formuleringen. Dit overlevingspercentage wordt beschouwd als succesvol voor een dergelijk proces. Om hun tellingen nauwkeurig te maken, gebruikten het team twee verschillende methoden: een traditionele techniek waarbij de bacteriën op een plaat worden gekweekt en een moderne methode waarbij een speciaal licht wordt gebruikt dat gaat gloeien wanneer het levende cellen raakt. De twee methoden kwamen bijna perfect overeen, wat bevestigde dat de bacteriën inderdaad levend en gezond waren. Wanneer ze zes maanden lang in een koele omgeving werden bewaard, behielden de beste formuleringen een hoog aantal levende bacteriën, ruim boven het niveau dat nodig is om effectief te zijn.
Met behulp van computersimulaties om verder in de toekomst te kijken, voorspelde het team dat deze hoogwaardige formuleringen waarschijnlijk nog langer effectief zouden blijven, mogelijk ver voorbij de geteste zes maanden. Ze merkten echter voorzichtig op dat dit een projectie is op basis van de beschikbare gegevens, en dat de echte test zal komen wanneer deze poeders aan levende garnalen worden gevoerd. De studie bevatte nog geen het voeren van de garnalen; in plaats daarvan richtte het zich volledig op het perfectioneren van de fysieke schil en het bewijzen dat de bacteriën de reis van het laboratorium naar de tank kunnen overleven. Door de specifieke combinatie van ingrediënten te identificeren die de beste bescherming, drijfvermogen en overleving biedt, hebben de onderzoekers een solide fundament gelegd voor de volgende stap. Ze hebben een kandidaat gecreëerd voor een duurzame, antibioticavrije manier om garnalen te voeren, een manier die de delicate bacteriën veilig houdt totdat ze klaar zijn om hun werk in het water te doen.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.