Desenvolvimento de nano-estruturas para encapsular e transportar bactérias lácteas probióticas

Abstract

O objetivo deste trabalho centrou-se no desenvolvimento de um sistema de proteção a longo prazo de bactérias probióticas por encapsulamento e/ou utilização de ingredientes prebióticos, neste caso fruto-oligossacarídeos (FOS).O encapsulamento das bactérias foi realizado pelo método Layer-by-Layer (LbL), que consiste na deposição sobre um substrato – a superfície das bactérias – de várias camadas de polieletrólitos com cargas superficiais diferentes entre si. Os polímeros utilizados foram, de carga negativa o quitosano, de carga positiva a pectina, o alginato e a carboximetilcelulose, depositados alternadamente, através da suspensão das bactérias nas respetivas soluções (0,1 % m/v e pH 6). Foram encapsuladas três bactérias de estirpes diferentes: Lactobacillus plantarum WCFS1, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus CFL1 e Lactobacillus plantarum CIDCA 83114. Como primeira camada foi maioritariamente testado o quitosano; contudo para o caso em que o valor de potencial-ζ da suspensão de bactérias exibia valores próximos de zero (Lactobacillus plantarum WCFS1) foi adicionalmente testado o alginato. Foi também adicionado o FOS com concentração de 2% m/v para avaliar o efeito deste prebiótico na proteção das bactérias. As bactérias e as suas formulações com FOS e/ou polieletrólitos foram caracterizadas em termos de potencial-ζ, viabilidade celular antes e depois dos processos de encapsulamento, liofilização e armazenamento, e curva de crescimento antes e após o encapsulamento e liofilização. Globalmente, os resultados sugerem que o encapsulamento é um método promissor para proteção de bactérias probióticas. Os valores de potencial-ζ revelaram uma deposição bem-sucedida, enquanto o estudo de viabilidade revelou uma menor perda de viabilidade das amostras encapsuladas após liofilização comparativamente com as não encapsuladas. Relativamente ao uso de alginato como primeira camada, os resultados não são conclusivos pelo menos para o caso da estirpe Lactobacillus plantarum WCFS1 formulada com esse biopolímero. Da mesma forma, os resultados obtidos sobre o efeito do FOS nos processos de liofilização revelaram-se inconclusivos. Por outro lado, ao longo do tempo de armazenamento, nem o FOS nem o encapsulamento demonstraram ser eficientes na minimização da perda de viabilidade.Em suma, é possível concluir que os resultados são distintos de caso para caso e como tal, é necessária uma modulação das formulações ajustadas às características de cada estirpe.

This work was focused on the development of a long-term protection system for probiotic bacteria by means of encapsulating bacteria with and/or without of fructooligosaccharides (FOS) as prebiotic ingredient.The encapsulation of bacteria was carried out by the Layer-by-Layer (LbL) method, which consists of depositing several layers of polyelectrolyte with different and alternating surface charges on a substrate – bacteria’s surface. The negative charge polymer was chitosan, whereas pectin, alginate and carboxymethylcellulose were the selected positive charge polymers. The polymers were added alternately, by suspending the bacteria in each polymeric solution (0.1% w/v and a pH 6). Three different bacteria strains were encapsulated: Lactobacillus plantarum WCFS1, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus CFL1 and Lactobacillus plantarum CIDCA 83114. Chitosan was used as first layer in most formulations, but alginate was also tested as first layer for the case where the suspension of bacteria exhibited a ζ-potential close to zero (Lactobacillus plantarum WCFS1). FOS solutions (2% w/v) were also included in the formulations to assess the effect of a such prebiotic on bacteria protection. All formulations were characterized in terms of ζ-potential, cell viability before and after encapsulation, freeze-drying and storage processes, and through the growth curve before and after encapsulation and freeze-drying processes. As a whole, the results suggest that encapsulation is a promising method for protecting probiotic bacteria. The ζ-potential values suggest a successful deposition, and the viability demonstrated that after freeze-drying the loss of viability of the encapsulates samples was lower than that of non-encapsulated samples. The results regarding the use of alginate as the first layer were inconclusive, at least for the case of Lactobacillus plantarum WCFS1 formulated with this biopolymer. Also, the results obtained on the effect of FOS on freeze-drying processes have proved inconclusive. On the other hand, over the storage time, neither FOS nor encapsulation proved to be efficient in minimizing the viability loss.Apart from the more detailed achievements, this work showed substantially different results from case to case, thus highlighting the need to modulate formulations according to the particular characteristics of each bacteria strain.