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

Os probióticos são microrganismos vivos que, quando consumidos em quantidades adequadas, oferecem benefícios à saúde do corpo humano. Eles são frequentemente adicionados a alimentos como o iogurte e suplementos para auxiliar a digestão e fortalecer o sistema imunológico. No entanto, esses pequenos ajudantes enfrentam uma jornada perigosa antes de chegarem ao seu destino. Para serem eficazes, eles devem sobreviver ao ambiente hostil do estômago, onde ácidos fortes e enzimas digestivas são projetados para decompor alimentos e matar bactérias. Se os probióticos morrerem antes de atingirem os intestinos, o alimento ou suplemento oferecerá pouco benefício. Cientistas buscam há muito tempo maneiras de proteger essas células delicadas, tal como construir um escudo ao redor de um viajante frágil, garantindo que cheguem vivos e prontos para trabalhar.

Um método promissor para essa proteção é a microencapsulação, um processo no qual as bactérias são revestidas por uma camada protetora. Uma técnica comum usada para criar esses revestimentos é a secagem por pulverização (spray drying), que transforma uma mistura líquida em um pó fino. Embora este método seja eficiente e escalável, o calor e o estresse envolvidos podem, por vezes, danificar as bactérias. Para resolver isso, pesquisadores estão explorando combinações de diferentes materiais para criar escudos mais fortes e resilientes. Neste estudo, cientistas do Instituto Nacional de Tecnologia de Alimentos, Empreendedorismo e Gestão, na Índia, investigaram uma mistura específica de dois materiais de grau alimentício: leite em pó desnatado e carragenina. O leite em pó desnatado contém proteínas e açúcares que podem amortecer as bactérias contra o calor e o estresse da secagem, enquanto a carragenina, uma substância extraída de algas vermelhas, é conhecida por sua capacidade de formar géis e reter água. Os pesquisadores queriam ver se a mistura desses dois criaria um escudo de camada dupla que pudesse não apenas proteger as bactérias durante o processo de secagem, mas também controlar exatamente quando e onde as bactérias seriam liberadas dentro do corpo.

A equipe focou em uma cepa específica de bactéria probiótica chamada Lacticaseibacillus rhamnosus NCDC 347. Eles misturaram as bactérias com soluções de leite em pó desnatado, carragenina e uma combinação de ambos, e utilizaram um secador por pulverização para transformar as misturas em um pó fino. Para testar quão bem esse novo escudo funcionava, eles simularam a jornada através do sistema digestivo humano. Eles colocaram o pó em líquidos que mimetizam o ambiente ácido do estômago e o ambiente mais neutro e rico em enzimas dos intestinos. Eles também testaram o pó em água pura para ver como ele se comportava sem os fluidos digestivos. Ao medir quanto das bactérias vazava do pó ao longo do tempo, eles puderam determinar se o escudo estava resistindo ou se estava se decompondo.

Os resultados mostraram que a mistura de leite desnatado e carragenina criou uma barreira altamente eficaz. Quando o pó foi colocado em água pura, as bactérias foram liberadas muito lentamente, indicando que o escudo permaneceu intacto e não simplesmente se dissolveu. No entanto, quando o pó foi movido para um fluido que mimetizava os intestinos, a taxa de liberação aumentou significativamente. Isso sugere que o escudo é inteligente; ele permanece fechado no estômago, mas abre-se quando chega aos intestinos, que é exatamente onde as bactérias precisam estar. Em contraste, quando os pesquisadores testaram o pó em um líquido altamente ácido destinado a mimetizar o estômago, a liberação foi muito mais lenta do que nos intestinos, confirmando que as bactérias foram protegidas do ácido forte.

Os pesquisadores também observaram como o próprio escudo mudava de forma e tamanho ao absorver água. Eles descobriram que o material inchava significamente quando entrava no fluido intestinal, absorvendo mais do que o dobro de seu próprio peso em água. Esse inchaço foi uma parte fundamental do processo, pois ajudou a empurrar as bactérias para fora do escudo. Curiosamente, a maneira como as bactérias saíam do escudo não era um fluxo simples e constante. Em vez disso, a liberação era impulsionada pelo relaxamento do material e pela mudança de sua estrutura após absorver água. Isso é diferente de como uma esponja poderia simplesmente deixar a água escorrer; aqui, o próprio material tinha que se expandir e mudar para permitir que as bactérias escapassem. Esse mecanismo garante que as bactérias não sejam despejadas de uma só vez, mas entregues de maneira controlada.

Talvez a descoberta mais importante tenha sido o quão bem as bactérias sobreviveram à jornada. Quando os pesquisadores expuseram as bactérias desprotegidas ao fluido estomacal ácido, seus números caíram dramaticamente, com a maioria delas morrendo em duas horas. No entanto, as bactérias escondidas dentro do escudo de leite desnatado e carragenina permaneceram muito mais fortes. Após duas horas no mesmo fluido ácido, a grande maioria das bactérias protegidas ainda estava viva. O escudo também provou ser eficaz contra os sais biliares, uma substância encontrada nos intestinos que pode ser tóxica para as bactérias. Novamente, as bactérias protegidas sobreviveram muito melhor do que as sem escudo. Mesmo após duas horas em uma solução com altos níveis de sais biliares, as bactérias protegidas mantiveram altas taxas de sobrevivência, enquanto as desprotegidas sofreram perdas pesadas.

O estudo conclui que esta combinação específica de leite desnatado e carragenina é uma ferramenta poderosa para a entrega de probióticos. Ela protege com sucesso as bactérias do calor do processo de fabricação e das condições severas do estômago. Mais importante ainda, ela permite que as bactérias sobrevivam à viagem e as liberte nos intestinos, onde podem realizar seu trabalho. Os pesquisadores sugerem que este sistema de camada dupla pode ser usado para criar novos alimentos funcionais e suplementos que entreguem de forma confiável probióticos vivos ao intestino humano, transformando um difícil desafio biológico em uma solução de engenharia gerenciável.