Alimentos
1. INTRODUCCIÓN
2. OBJETIVO DEL ESTUDIO 3. MATERIALES Y MÉTODOS 4. RESULTADOS
5. CONCLUSIONES
2018. 1-21 . Formato digital (e-book) - (Alimentación y Salud; Acuicultura y Recursos Marinos) Probióticos, microencapsulados, spray dryer, alimentos funcionales.
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© Edita JUNTA DE ANDALUCÍA. Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera.
Consejería de Agricultura, Pesca y Desarrollo Rural.
Córdoba, Diciembre 2018.
Autoría:
José Luis Ordóñez Díaz1 Catalina Fernández Díaz2 Eugenia Zuasti Sánchez2 María del Mar Landi2
Los autores agradecen la co-financiación del proyecto “Caracterización de alimentos y nuevos productos elaborados: potencial saludable, organoléptico y trazabilidad alimentaria. Estrategias de diversificación y reclamo competitivo”(AVA.AVA201601.20)” a IFAPA y los fondos europeos: FSE y FEDER.
Gema Pereira Caro agradece la concesión de un contrato postdoctoral a IFAPA y al FSE (Fondo Social Europeo) y al Ministerio de Economía, Industria y Competitividad la concesión de un contrato Juan de la Cierva-Incorporación.
La Organización Mundial de la Salud (OMS) define a los probióticos como
“microorganismos vivos” que cuando se administran en cantidades adecuadas confieren un efecto beneficioso a la salud del hospedador a través del balance microbiano intestinal.
El éxito de estas sustancias se debe a los efectos positivos que desarrollan en la flora microbiana del tracto digestivo. En este sentido, se ha demostrado que los probióticos son efectivos principalmente en el tratamiento de enfermedades intestinales y tienen un importante impacto sobre el sistema inmune.
No obstante también actúan mejorando la salud mental, la salud cardiovascular y las condiciones de la piel, además de incrementar la absorción de nutrientes.
1. INTRODUCCIÓN.
1.1. Definición de probióticos y características generales.
Los microorganismos probióticos más conocidos son las bacterias del género Lactobacillus y Bifidobacteria, las cuales se ha visto que ejercen un efecto positivo en la salud más allá de los efectos nutricionales básicos puesto que contribuyen al equilibrio de la flora intestinal y potencian el sistema inmunológico, así como disminuyen la cantidad de colesterol en suero y mejoran la absorción de calcio, entre otros.
Recientemente algunas de estas bacterias probióticas han sido incorporadas a una amplia gama de productos alimenticios como productos lácteos, mayonesas, carnes, alimentos infantiles, entre otros, dotándoles de efectos beneficiosos adicionales a sus requerimientos nutricionales.
No obstante, para que los probióticos ejerzan sus efectos beneficiosos éstos deben de sobrevivir y crecer en el interior del hospedador. También deben de ser metabólicamente estables y activos, sobrevivir a las condiciones ácidas del estómago y alcanzar el intestino en cantidades óptimas. Además, factores como el pH, la presencia de oxígeno y la temperatura así como la presencia de humedad en el producto pueden 1. INTRODUCCIÓN
1.1. Definición de probióticos y características generales.
Por tanto, previamente a la adición de estos microorganismos probióticos a los alimentos debemos de protegerlos para mantener su viabilidad y que ejerzan su efecto protector tras su consumo.
En este sentido, la técnica de microencapsulación, definida como el proceso a través del cual las células son retenidas en el interior de una membrana o agente encapsulante para reducir su daño o pérdida, es uno de los métodos más eficientes para aislar y proteger los microorganismos probióticos frente a las condiciones ambientales como la luz, temperatura, humedad así como las posibles interacciones con otras sustancias.
De igual forma, la microencapsulación de las bacterias les proporcionará estabilidad para resistir las condiciones gastrointestinales, de forma que alcance un mayor número de bacterias el intestino, factor clave para asegurar sus efectos en salud.
1. INTRODUCCIÓN
1.2. Microencapsulación de probióticos.
El objetivo principal de este estudio fue la obtención de microencapsulados de tres tipos de bacterias probióticas (Lactobacillus
plantarum, Lactobacillus rhamnosus y Bifidobacterium longum) mediantela técnica de secado por pulverización tanto en forma libre como empleando diferentes agentes encapsulantes, (alginato, maltodextrina, quitosano-alginato y quitosano-maltodextrina) y evaluación de su morfología y viabilidad en diferentes condiciones de almacenamiento.
2. OBJETIVO DEL ESTUDIO
3. MATERIALES Y MÉTODOS
En este trabajo los microorganismos probióticos seleccionados fueron Lactobacillus plantarum, Lactobacillus rhamnosus y Bifidobacterium longum. Las bacterias L.
plantarum fueron mantenidas a 30ºC en condiciones aerobias en caldo de cultivo para su crecimiento (Man, Rogosa y Sharpe, MRS), mientras que las bacterias L.
rhamnosus y B. longum fueron mantenidas a 37ºC en condiciones de anaerobiosis en caldo MRS y suplementadas con 0.1% de cisteína.
Una vez obtenidas las bacterias se procede a la obtención de los microencapsulados a través de la técnica secado por pulverización. Se ha empleado un equipo BUCHI Mini Spray Dryer B-290 y se han establecido unos parámetros de temperatura de entrada, tasa de alimentación del producto, aspiración y presión fijos para los diferentes prototipos ensayados.
En esta técnica una suspensión líquida o de baja densidad que contiene los componentes de la matriz (bacterias probióticas) se convierte en polvo.
Este procedimiento implica la dispersión del material a encapsular en una solución de polímero. Como material de recubrimiento hemos seleccionado quitosano, maltodextrina y alginato, materiales capaces de formar películas o estructuras alrededor de las bacterias para protegerlas de condiciones ambientales o temperatura, entre otros agentes.
3. MATERIALES Y MÉTODOS
Para ello, primeramente se parte de la disolución de bacterias en su medio de cultivo, a una concentración aproximada de 1012 unidades formadoras de colonias, se resuspendió en sacarosa al 2%.
Los materiales seleccionados para el recubrimiento así como la concentración de cada polímero empleado en la mezcla final fueron:
Alginato (0.16%): es un heteropolisacárido extraído de diferentes tipos de algas y formado por dos unidades estructurales de ácido D-manuronico y ácido L-glucuronico. En función de la fuente, la estructura puede variar.
Maltodextrina (2%): es una mezcla de polímeros de glucosa que aparecen como resultado de la hidrólisis del almidón.
Quitosano (2%): es un polisacárido lineal con carga positiva que se extrae de la cáscara de los crustáceos.
3.1 Microencapsulación de bacterias probióticas 3. MATERIALES Y MÉTODOS
Posteriormente, la mezcla de bacterias y el material de recubrimiento es atomizada en la cámara de secado (figura 1), procedimiento que conduce a la evaporación del solvente y, por tanto, a la formación de microcápsulas sólidas (figura 2).
SPRAY DRYER
• Tª Inlet: 85ºC
• Tª Outlet: 40-45ºC
• Air Pressure: 6 bares
• Pumping rate: 8 ml/min
• Aspiration 100%
• Air Flow: 600 L/h
Figura 1. Equipo BUCHI Mini Spray Dryer B-290 y
condiciones experimentales Figura 2. Detalle microcápsulas sólidas
3.2. Caracterización de los microencapsulados 3. MATERIALES Y MÉTODOS
Una vez obtenidas las microcápsulas se procede a su caracterización mediante los siguientes análisis:
• Determinación de la eficiencia de encapsulación (EE). Este parámetro lo que trata es de evaluar el rendimiento del proceso de encapsulación a través de un balance de materia entre la cantidad inicialmente puesta en disolución (bacterias y material de recubrimiento) y la cantidad de polvo obtenida (peso seco del polvo). Se calcula según esta ecuación:
EE (%)= 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑙𝑣𝑜 𝑒𝑛𝑐𝑎𝑝𝑠𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜
𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑐𝑎𝑝𝑠𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑎ñ𝑎𝑑𝑖𝑑𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 x 100
• Determinación de la capacidad de carga (CC). Este parámetro lo que trata es de evaluar la viabilidad inicial de las bacterias encapsuladas. Se realiza midiendo el número de bacterias vivas antes del proceso y tras la obtención de las microcápsulas y se calcula a través de la siguiente ecuación:
𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠 𝑣𝑖𝑎𝑏𝑙𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑒𝑛𝑐𝑎𝑝𝑠𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜
3. MATERIALES Y MÉTODOS
Una vez obtenidas las microcápsulas se procede a su caracterización mediante los siguientes análisis:
• Determinación de la morfología de los microencapuslados. Se evalúa la morfología interior y exterior de los microencapsulados obtenidos a través de microscopía electrónica de barrido y microscopía de transmision.
• Determinación de la viabilidad de los microencapsulados. Se determinará la viabilidad de las bacterias microencapsuladas con los distintos recubrimientos a dos temperaturas de conservación (4ºC y 25ºC) y durante 3 meses de almacenamiento (T0, inicial; T1, tras una semana; T2, tras dos semanas; T3, tras tres semanas; T4, tras cuatro semanas; T5, tras dos meses; T6, tras tres meses) mediante la técnica de contaje de colonias vivas en placas.
3.2. Caracterización de los microencapsulados
.
4.1. Caracterización del material encapsulado 4. RESULTADOS
A continuación se muestran los valores de humedad del producto seco obtenido que incorpora las bacterias probióticas L. plantarum, L. rhamosus y B. Longum.
Las microcápsulas obtenidas de las tres cepas de bacterias probióticas con recubrimientos de alginato, quitosano + alginato y maltrodextrina mostraron bajos valores de humedad, todas por debajo del 5% a excepción de las
.
4. RESULTADOS
A continuación se muestran los valores de eficiencia de encapsulación de las
microcápsulas obtenidas de las bacterias probióticas L. plantarum, L. rhamosus y B.
Longum.
Con los parámetros de secado utilizados en el presente trabajo, el rendimiento del proceso fue superior al 50% para los diferentes tipos de bacterias encapsuladas siempre que hayan sido empleadas cubiertas de alginato o una doble cubierta de quitosano + alginato.
4.1. Caracterización del material encapsulado
.
4. RESULTADOS
Las microcápsulas elaboradas con alginato mostraron buena CC para las tres cepas de bacterias, mientras que las L. plantarum y L. rhamnosus obtuvieron mejores resultados empleando como agente recubridor quitosano + alginato.
Las L. plantarum y L. rhamnosus tuvieron buenos valores de CC con maltodextrina, mostrando valores más bajos de CC cuando se empleó quitosano + maltodextrina.
Se muestran los valores de capacidad de carga de las microcápsulas obtenidas de las bacterias probióticas L. plantarum, L. rhamosus y B. Longum.
4.1. Caracterización del material encapsulado
4. RESULTADOS
Los resultados muestran que la bacteria L. plantarum encapsulada con alginato o maltodextrina o quitosano(CS)+alginato mantiene la supervivencia durante al menos 3 meses y así su viabilidad, siempre que se mantengan las micropartículas a una temperatura de conservación de 4ºC. Si se mantienen a 25ºC la supervivencia de estas bacterias va disminuyendo progresivamente, siendo
4.2. Viabilidad de los microencapsulados: L. plantarum
4. RESULTADOS
L. rhamnosus encapsulada con alginato o quitosano+alginato mantiene una supervivencia superior
4.3. Viabilidad de los microencapsulados: L. rhamnosus
4. RESULTADOS
En cuanto a las B. longum, las micropartículas encapsuladas con alginato o quitosano+alginato sólo mostraron supervivencia la primera semana de almacenamiento a 4ºC con un 62 y 55 %, respectivamente.
L. plantarum encapsuladas con maltodextrina o quitosano- maltodextrina no supervivieron al proceso de secado por pulverización.
4.4. Viabilidad de los microencapsulados: L. longum
4. RESULTADOS
El análisis de la morfología de las micropartículas por microscopía electrónica de barrido mostró que las microcápsulas correspondientes a las elaboradas con alginato (figura 3) y quitosano + alginato (figura 4) y quitosano + maltodextrina (figura 5) presentaron una forma esférica con superficie lisa y sus tamaños oscilaron entre 2 y 5 µm.
Figura 3. Microcápsulas bacterias L. plantarum con
alginato
Figura 4. Microcápsulas bacterias L. plantarum con
quitosano y alginato
Figura 5. Microcápsulas bacterias L. rhamnosus con
quitosano y maltodextrina
El empleo de maltodextrina sin la adición 4.5. Morfología exterior. Microscopía electrónica de barrido.
4. RESULTADOS
El análisis de las microcápsulas por microscopía electrónica de transmisión mostró el interior de las mismas. En todas las microcápsulas obtenidas se puede observar como las bacterias se encuentran en el interior de la esfera (figuras 7-10), estando ésta cubierta por una fina capa de producto de recubrimiento (alginato o maltodextrina), no obstante, las micropartículas elaboradas con quitosano previo a la adición de alginato
Figura 8.
Microcápsulas bacterias L.
plantarum con quitosano y alginato
Figura 9.
Microcápsulas bacterias L.
rhamnosus con
maltodextrina Figura 10.
Microcápsulas bacterias L.
rhamnosus con quitosano y maltodextrina Figura 7.
Microcápsulas bacterias L.
plantarum con alginato
4.6. Morfología interior. Microscopía electrónica de transmisión.
4. CONCLUSIONES
Los recubrimientos de alginato y de quitosano + alginato han demostrado ser unos excelentes materiales encapsulantes ya que otorgan a las micropartículas mayor estabilidad y una forma esférica y tamaño más homogéneo para las cepas L. plantarum y L. rhamnosus.
Las condiciones descritas en este trabajo no fueron óptimas para la obtención de microcápsulas de bacterias probióticas B. longum.
En esta investigación ha sido posible la obtención de microcápsulas de bacterias probióticas con distintos recubrimientos via secado por pulverización.
Una vez controlados los parámetros de elaboración de las micropartículas de bacterias probióticas y vista su viabilidad, se requerirá estudiar su comportamiento in vivo o bien tras su adición a algún alimento para potenciar su funcionalidad.
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