Influence of Drying Techniques and Encapsulation Materials on the Antibacterial Activity of Lactiplantibacillus plantarum Cell-Free Supernatants

A segurança alimentar é uma batalha constante, que se torna mais complexa à medida que a população global aumenta e o ambiente muda. Durante décadas, a indústria de alimentos dependeu de conservantes químicos para interromper a deterioração e matar germes prejudiciais, mas os consumidores buscam cada vez mais alternativas naturais. A natureza já fornece uma defesa poderosa na forma de bactérias ácido láticas, um grupo de micróbios amigáveis encontrados em alimentos fermentados como iogurte e chucrute. Essas bactérias não apenas tornam o alimento saboroso e ácido; elas também produzem um coquetel de substâncias químicas naturais que podem impedir o crescimento de patógenos perigosos. No entanto, essas substâncias químicas benéficas são frágeis. Elas podem se decompor quando expostas ao calor, à luz ou ao oxigênio, tornando difícil o seu uso de uma forma prática e estável para armazenamento. Para resolver isso, os cientistas recorreram a uma técnica chamada encapsulamento, que envolve envolver essas substâncias delicadas em uma casca protetora, de forma muito semelhante a como uma semente é protegida por uma casca dura. O desafio reside em encontrar o material de casca ideal e o método correto para secar a mistura sem destruir os ingredientes ativos no interior.

Em um estudo recente, pesquisadores buscaram encontrar a melhor maneira de preservar o poder antibacteriano de uma cepa específica de bactéria chamada Lactiplantibacillus plantarum. Este micróbio é famoso por produzir um líquido, conhecido como sobrenadante livre de células, que é rico em compostos que combatem o deterioramento e bactérias causadoras de doenças. A equipe queria saber como dois métodos de secagem diferentes — a secagem por pulverização (spray drying), que utiliza ar quente para evaporar a água rapidamente, e a liofilização (freeze-drying), que remove a água transformando o gelo diretamente em vapor — afetariam a capacidade do líquido de matar germes. Eles também testaram dois revestimentos protetores diferentes: maltodextrina, um pó feito de amido, e caseinato de sódio, uma proteína derivada do leite. O objetivo era ver qual combinação mantinha as propriedades antibacterianas mais fortes, especificamente contra bactérias que deterioram o peixe e aquelas que causam doenças transmitidas por alimentos em humanos.

Os pesquisadores começaram analisando a composição química do líquido bruto da bactéria. Eles descobriram que ele continha dezesseis componentes diferentes, incluindo ácidos orgânicos, fenóis e hidrocarbonetos, que são as armas que as bactérias usam para combater invasores. Os mais abundantes eram um tipo de fenol e ácido acético, o mesmo composto que dá ao vinagre seu cheiro forte. Para testar a força do líquido, a equipe criou sete versões diferentes. Algumas foram deixadas como líquido bruto, enquanto outras foram secas usando secagem por pulverização ou liofilização. As amostras secas foram então revestidas com maltodextrina ou caseinato de sódio. Eles testaram essas amostras contra uma linha de bactérias, incluindo Staphylococcus aureus, uma causa comum de intoxicação alimentar, e vários tipos de bactérias que fazem o peixe apodrecer, como Vibrio vulnificus e Photobacterium damselae.

Os resultados revelaram um vencedor claro na batalha para preservar o poder das bactérias. As amostras que foram liofilizadas e revestidas com caseinato de sódio provaram ser as mais eficazes em interromper o crescimento bacteriano. Quando colocadas em uma placa com Staphylococcus aureus, essa mistura específica criou uma zona de inibição, uma área onde as bactérias não podiam crescer, que media 23,67 milímetros de largura. Isso foi quase tão eficaz quanto o líquido bruto, não seco, que criou uma zona de inibição de 24,67 milímetros. Em contraste, as amostras secas por pulverização geralmente tiveram um desempenho pior, especialmente quando revestidas com maltodextrina. Por exemplo, a versão seca por pulverização sem nenhum revestimento teve dificuldade em deter as bactérias de deterioração de peixe, criando zonas de inibição tão pequenas quanto 11,50 milímetros. O estudo sugere que a natureza suave da liofilização, combinada com as qualidades protetoras da proteína do leite, ajuda a manter os delicados compostos antibacterianos intactos.

Os pesquisadores também mediram exatamente quanto da substância era necessária para interromper o crescimento das bactérias ou para matá-las completamente. Eles descobriram que as amostras liofilizadas e revestidas com proteína exigiam a menor quantidade para serem eficazes. Contra a bactéria de deterioração de peixe Photobacterium damselae, essa mistura específica podia interromper o crescimento a uma concentração de apenas 12,5 miligramas por mililitro. Para o patógeno humano Staphylococcus aureus, a mesma mistura podia matar as bactérias a uma concentração de 100 miligramas por mililitro. Em comparação, as amostras secas por pulverização frequentemente exigiam concentrações muito mais altas para alcançar o mesmo resultado e, em alguns casos, as bactérias não foram mortas nem mesmo nas concentrações mais altas testadas. O estudo indica que, embora a secagem por pulverização seja mais barata e rápida para uso industrial, ela pode danificar os compostos ativos mais do que a liofilização, a menos que o revestimento correto seja utilizado.

Observar a estrutura física dos pós secos forneceu mais pistas. Quando visualizadas sob um microscópio poderoso, as partículas secas por pulverização pareciam pequenos esferas, algumas das quais estavam enrugadas ou grudadas em aglomerados. As amostras liofilizadas, no entanto, pareciam diferentes; as revestidas com maltodextrina assemelhavam-se a camadas suaves e conectadas, enquanto as revestidas com proteína eram planas e frágeis. Essas diferenças físicas provavelmente explicam por que as amostras liofilizadas e revestidas com proteína funcionaram tão bem. A estrutura do revestimento de proteína pode ter protegido os produtos químicos ativos das condições severas do processo de secagem melhor do que o revestimento à base de amido fez. O estudo conclui que, embora ambos os métodos de secagem tenham o seu lugar, a escolha do material de revestimento é crítica. O caseinato de sódio parece ser o escudo superior para a liofilização, preservando a atividade biológica do líquido bacteriano, enquanto a maltodextrina pode ser uma escolha melhor se a secagem por pulverização for a única opção disponível. Este trabalho oferece um caminho claro para o desenvolvimento de conservantes naturais que possam manter os alimentos seguros sem depender de produtos químicos sintéticos.