Microencapsulation of probiotics by multiple emulsion using protein– polysaccharide blends: seawater stability and viability for aquaculture
Este estudo demonstra que a microencapsulação de *L. acidophilus* e *L. plantarum* via secagem por pulverização de dupla emulsão utilizando uma mistura de proteína-polissacarídeo WPI/GA/MD a 10% de sólidos totais preserva eficazmente a viabilidade probiótica e a estabilidade em água do mar por seis meses, oferecendo uma alternativa robusta e sustentável aos antibióticos na aquicultura de camarão.
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No mundo da carcinicultura, os primeiros dias da vida de um camarão são um tempo de extrema vulnerabilidade. As larvas são criaturas minúsculas, filtradoras, que flutuam na coluna de água, dependendo de alimento microscópico para sobreviver e crescer. Durante décadas, os produtores utilizaram antibióticos para manter esses animais delicados saudáveis, mas o uso excessivo desses medicamentos levou ao surgimento de bactérias resistentes e danos ambientais. Um número crescente de cientistas está procurando uma alternativa natural: os probióticos. Estes são bactérias benéficas que, quando alimentadas aos camarões, podem fortalecer seus sistemas imunológicos e combater patógenos prejudiciais. No entanto, há um problema. As bactérias usadas como probióticos são frágeis. Elas são facilmente mortas pelo oxigênio no ar, pelo calor do processamento e pela salinidade da água do mar. Para serem úteis, essas células vivas devem ser protegidas, embaladas e entregues exatamente quando e onde os camarões precisam delas.
Este desafio levou uma equipe de pesquisadores no México a explorar um método de esconder essas bactérias sensíveis dentro de conchas protetoras microscópicas. O objetivo deles era criar uma fonte de alimento que flutuasse na água do mar tempo suficiente para que as larvas de camarão a encontrassem, dissolvesse lentamente para liberar as bactérias e mantivesse as bactérias vivas através do processo árduo de transformar a mistura em um pó seco. Os pesquisadores focaram em uma técnica específica chamada dupla emulsão, que funciona como um sanduíche de água-em-óleo-em-água. Imagine uma pequena gota de água contendo as bactérias, cercada por uma camada de óleo, que é então suspensa em um corpo maior de água. Esta estrutura protege as bactérias do mundo exterior. Para tornar essa estrutura forte o suficiente para sobreviver, a equipe misturou proteínas e açúcares de origem vegetal para formar uma parede protetora ao redor das gotículas. Eles testaram diferentes receitas, variando as quantidades desses ingredientes para ver qual combinação criava o escudo mais estável e eficaz.
A equipe experimentou três blends diferentes de materiais de parede. Uma mistura usou proteína do soro do leite (whey protein), uma proteína láctea comum, combinada com dois tipos de gomas vegetais. Outra usou proteína do soro do leite com um conjunto diferente de gomas e uma substância semelhante ao amido chamada maltodextrina. A terceira baseou-se apenas em proteína do soro do leite e maltodextrina. Eles criaram essas misturas em diferentes concentrações, variando de baixo a alto teor de sólidos, e então as submeteram a um processo de spray-drying (secagem por pulverização). Esta etapa envolve pulverizar a mistura líquida em um fluxo de ar quente para remover instantaneamente a água e criar um pó fino. Este é um momento crítico para as bactérias, pois o calor e a secagem rápida podem facilmente matá-las. Os pesquisadores precisavam encontrar uma receita que permitisse às bactérias sobreviver a este suplício, mantendo ao mesmo tempo a formação de partículas pequenas o suficiente para que as minúsculas larvas de camarão as pudessem comer.
Após criar os pós, os cientistas colocaram-nos à prova em água do mar artificial. Eles mediram quanto tempo as partículas permaneciam flutuando e quão rapidamente se dissolviam. Os resultados mostraram que a composição do material da parede importava imensamente. Um blend específico, feito de proteína do soro do leite, goma arábica e maltodextrina em uma alta concentração de sólidos, provou ser o vencedor claro. As microcápsulas feitas com esta receita dissolveram-se muito lentamente, perdendo menos de cinco por cento de sua massa após quatro horas na água. Mais importante ainda, elas permaneceram flutuando por impressionantes 1.000 minutos, muito além da janela típica de alimentação para as larvas de camarão. Isso significava que o alimento probiótico permaneceria disponível na coluna de água, esperando para ser comido, em vez de afundar para o fundo, onde as larvas não poderiam alcançá-lo. Em contraste, outros blends dissolveram-se muito mais rápido ou falharam em manter a flutuabilidade.
Os pesquisadores também verificaram quantas bactérias sobreviveram à jornada do líquido para o pó. Embora o calor do spray dryer tenha matado uma parte significativa das bactérias, cerca de um terço da população original permaneceu viva nas melhores formulações. Esta taxa de sobrevivência é considerada bem-sucedida para este tipo de processo. Para garantir que suas contagens fossem precisas, a equipe utilizou dois métodos diferentes: uma técnica tradicional de cultivar as bactérias em uma placa e um método moderno usando uma luz especial que brilha quando atinge células vivas. Os dois métodos concordaram quase perfeitamente, confirmando que as bactérias estavam, de fato, vivas e saudáveis. Quando armazenadas em um ambiente fresco por seis meses, as melhores formulações mantiveram um alto número de bactérias vivas, bem acima do nível necessário para serem eficazes.
Usando simulações de computador para olhar mais adiante no futuro, a equipe projetou que essas formulações de alta qualidade provavelmente permaneceriam eficazes por ainda mais tempo, potencialmente durando muito além dos seis meses testados. No entanto, eles foram cuidadosos ao notar que esta é uma projeção baseada nos dados que possuem, e o verdadeiro teste virá quando esses pós forem alimentados a camarões vivos. O estudo não envolveu a alimentação dos camarões ainda; em vez disso, focou inteiramente em aperfeiçoar a casca física e provar que as bactérias poderiam sobreviver à jornada do laboratório até o tanque. Ao identificar a combinação específica de ingredientes que oferece a melhor proteção, flutuabilidade e sobrevivência, os pesquisadores forneceram uma base sólida para o próximo passo. Eles criaram um candidato para uma forma sustentável e livre de antibióticos de alimentar camarões, uma que mantém as delicadas bactérias seguras até que estejam prontas para realizar seu trabalho na água.
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