Fucoidano, probiotici e allergie: le alghe brune aprono la strada a nuovi yogurt funzionali

Introduzione

Oggigiorno, tra il 30 e il 40% della popolazione mondiale soffre di allergie, con un impatto significativo in Europa, e si prevede che queste interesseranno oltre la metà della popolazione europea nei prossimi anni. Studi recenti evidenziano come la composizione, la diversità e la stabilità del microbiota intestinale influenzino lo sviluppo, la manifestazione e l’attenuazione delle allergie. Squilibri tra Firmicutes e Bacteroides e la predominanza di specifici batteri come Clostridium difficile, Moraxella catarrhalis, Lactobacillaceae e Rikenellaceae sono correlati a un maggior rischio allergico, soprattutto durante i primi anni di vita, periodo definito come finestra di opportunità per la modulazione del microbiota.

Strategie nutrizionali basate su probiotici, come Lactobacillus rhamnosus GG e Lactobacillus reuteri, e su prebiotici come inulina, fruttooligosaccaridi o fucoidano da alghe brune, hanno mostrato capacità di promuovere la crescita di batteri benefici, modulare la risposta immunitaria e ridurre i sintomi allergici. Lo yogurt rappresenta un veicolo ideale per questi microorganismi, combinando proprietà nutrizionali e funzionali.

Il presente studio, pubblicato su Foods nel 2025, valuta il potenziale prebiotico del fucoidano estratto da Undaria pinnatifida, Macrocystis pyrifera e Fucus vesiculosus, promuovendo in vitro la crescita di L. reuteri e L. rhamnosus GG, con applicazione finale nella formulazione di uno yogurt prebiotico funzionale.

Materiali e metodi

Ceppi e colture di Lactobacillus spp.

I ceppi liofilizzati di L. reuteri e L. rhamnosus GG sono stati forniti dalla Spanish Culture Type Collection (CECT) e riattivati in brodo sterile MRSB. Dopo incubazione anaerobica, le colture sono state centrifugate, risospese e conservate in miscela MRSB-glicerolo a -80 °C, ottenendo sospensioni finali di 3 × 10⁹ CFU/mL per L. reuteri e 5 × 10¹⁰ CFU/mL per L. rhamnosus GG.

Fucoidano

Il fucoidano, polisaccaride solfato ricco di L-fucosio, è stato estratto da Fucus vesiculosus, Macrocystis pyrifera e Undaria pinnatifida. Le sospensioni concentrate (10.000 µg/mL) sono state conservate a -80 °C fino all’uso.

Prove di crescita in vitro

La crescita di L. reuteri e L. rhamnosus GG è stata valutata in MRSB con e senza fucoidano (100–2000 µg/mL), con inoculi iniziali di 6,48 ± 0,33 log₁₀ CFU/mL. Campioni prelevati a intervalli di 0–48 h sono stati analizzati tramite OD600 nm e conta in piastra (CFU/mL).

Stima dell’effetto prebiotico

L’effetto prebiotico del fucoidano sulla crescita di L. reuteri e L. rhamnosus è stato stimato osservando la differenza tra la crescita sul terreno di riferimento (MRSB) e sul terreno integrato con fucoidano a diverse concentrazioni studiate (C1 = 100 µg/mL; C2 = 2000 µg/mL), sulla base degli studi di Rubel et al. Il potenziale prebiotico è stato stimato a diversi intervalli di tempo (media di tre repliche).

Modellazione matematica

Le curve cinetiche sono state adattate all’equazione di Gompertz per stimare parametri chiave come durata della fase di latenza (ʎ) e tasso di crescita massimo (µmax).

Formulazione dello yogurt al fucoidano

Per convalidare l’effetto prebiotico di diversi fucoidani (U. pinnatifida, M. pyrifera, F. vesiculosus) sulla crescita di L. reuteri e L. rhamnosus GG, sono state preparate in laboratorio diverse formulazioni di yogurt utilizzando latte vaccino UHT sterilizzato.

In primo luogo, è stato prodotto uno yogurt convenzionale di controllo con starter di Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus e Streptococcus thermophilus. Successivamente sono stati preparati yogurt inoculati con ceppi probiotici (L. reuteri o L. rhamnosus GG) e yogurt integrati con fucoidano (500 µg/mL), ottenendo sei lotti distinti con tre repliche ciascuno.

Figura 1. Saggio di validazione del potenziale prebiotico del fucoidano nello sviluppo di una formulazione di yogurt probiotico contenente Lacticaseibacillus rhamnosus GG e Limosilactobacillus reuteri , ovvero: NY, yogurt naturale, non integrato con fucoidano e senza probiotici; NY + F, yogurt naturale integrato con fucoidano; NY + L. reuteri , yogurt probiotico contenente L. reuteri ; NY + F + L. reuteri , yogurt probiotico contenente L. reuteri , integrato con fucoidano; NY + L. rhamnosus , yogurt probiotico contenente L. rhamnosus ; NY + F + L. rhamnosus , yogurt probiotico contenente L. rhamnosus , integrato con fucoidano. Gli yogurt sono stati analizzati subito dopo la lavorazione (t = 0 giorni) e durante un periodo di refrigerazione di 28 giorni (2 repliche per lotto, 3 lotti per campione).

• NY: yogurt naturale senza fucoidano e senza probiotici
• NY + F: yogurt naturale con fucoidano
• NY + L. reuteri: yogurt con L. reuteri
• NY + F + L. reuteri: yogurt con L. reuteri e fucoidano
• NY + L. rhamnosus: yogurt con L. rhamnosus
• NY + F + L. rhamnosus: yogurt con L. rhamnosus e fucoidano

Le miscele di latte sono state trasferite in barattoli da 100 mL e incubate a 42 °C per 4 ore fino a raggiungere pH 4,3 ± 0,02. Durante la fermentazione, i valori di pH e le aliquote per l’analisi microbiologica sono stati raccolti ogni 30 minuti. Dopo la fermentazione, i campioni sono stati conservati a 4 °C e analizzati a 0, 4, 7, 14, 21 e 28 giorni.

Per la differenziazione dei batteri, sono stati utilizzati LS Differential Agar e M-TRLV agar, mentre MRSA ha permesso di monitorare la conta totale dei lattobacilli durante tutto il periodo di conservazione.

Analisi statistica

I dati sono stati analizzati con ANOVA (p < 0,05) e adattamento di Gompertz valutato tramite fattore di accuratezza. I risultati indicano l’influenza significativa del fucoidano sulla crescita dei probiotici, confermando il suo potenziale prebiotico nei prodotti yogurtici.

Risultati e discussione

L’effetto prebiotico del fucoidano in vitro sulla crescita di L. reuteri e L. rhamnosus

Il fucoidano, polisaccaride solfato derivato da diverse alghe brune, ha mostrato un effetto prebiotico significativo sulla crescita di Limosilactobacillus reuteri e Lacticaseibacillus rhamnosus GG in terreni MRSB. L’integrazione di fucoidano incrementa la conta batterica finale (log₁₀ Nt) rispetto ai controlli non integrati, con effetti dipendenti sia dalla concentrazione (100–2000 µg/mL) sia dall’origine dell’alga.

Il fucoidano da Fucus vesiculosus ha determinato un incremento massimo di 2,2 log₁₀ cicli su L. reuteri e 1,72 log₁₀ cicli su L. rhamnosus GG (Figura 2A). Nel caso di Undaria pinnatifida, concentrazioni di 100 µg/mL erano sufficienti a stimolare L. rhamnosus GG di circa 2 log₁₀ cicli già dopo 4 ore, mentre non si osservava alcun effetto su L. reuteri. Il fucoidano da Macrocystis pyrifera ha mostrato il potenziale maggiore, con incrementi fino a 3,5–4,1 log₁₀ cicli in L. reuteri tra 4 e 26 ore di esposizione. Gli incrementi di L. rhamnosus GG variavano da 0,95 ± 0,40 log₁₀ cicli a 1,75 ± 0,32 log₁₀ cicli, a seconda della concentrazione di fucoidano.

I parametri cinetici derivati dall’adattamento al modello di Gompertz indicano che il fucoidano riduce la durata della fase di latenza (ʎ) e aumenta la velocità massima di crescita (µmax) di entrambi i batteri, senza differenze significative tra ceppi. Questi risultati confermano l’effetto prebiotico robusto e specifico, sottolineando la necessità di considerare origine, struttura e concentrazione del fucoidano per massimizzare la stimolazione probiotica.

Applicazione negli yogurt naturali e probiotici

Per verificare la traduzione dei risultati in un contesto alimentare, sono stati formulati yogurt naturali e probiotici con aggiunta di fucoidano (500 µg/mL). Nello yogurt naturale (YN), la conta totale di L. delbrueckii subsp. bulgaricus e S. thermophilus aumentava di circa 2 log₁₀ cicli durante la fermentazione (0–4 h). L’integrazione di fucoidano ha ulteriormente stimolato la crescita dei batteri lattici, con incrementi fino a 1,5 log₁₀ cicli, più marcati negli yogurt con F. vesiculosus e U. pinnatifida (Figura 2).

Figura 3. Progressione delle conte batteriche nello yogurt ( L. delbrueckii e S. thermophilus ) durante la lavorazione (t pre-fermentazione = 0 h; punto finale nella fermentazione, t = 4 h) e durata di conservazione dei campioni (t = 7, 14 e 28 giorni), formulati e integrati con e senza fucoidano da diverse origini (aggiunto a 500 μg/mL): Fucus vesiculosus , Macrocystis pyrifera e Undaria pinnatifida . (a–e) Le lettere in apice indicano differenze significative tra i valori delle barre. Le barre grigie rappresentano l’effetto prebiotico dovuto all’aggiunta di fucoidano.

Nei lotti probiotici, L. reuteri e L. rhamnosus GG mantenevano stabilità e vitalità fino a 28 giorni di conservazione a 4 °C. L’aggiunta di fucoidano ha determinato incrementi fino a 1 log₁₀ ciclo, variabili in funzione del tipo di alga: M. pyrifera stimolava principalmente L. reuteri, mentre U. pinnatifida favoriva L. rhamnosus GG. Questo indica che il fucoidano agisce come stimolante selettivo della crescita probiotica, integrando i benefici della flora dello yogurt stesso e mantenendo valori di carica batterica conformi alle linee guida della Federazione Internazionale dei Latticini (≥10⁶ CFU/g).

Conclusioni

I risultati ottenuti confermano evidenze precedenti sul potenziale prebiotico dei polisaccaridi algali e dei carboidrati complessi, come fruttani e galatto-oligosaccaridi, nel favorire la proliferazione di lattobacilli e bifidobatteri. Il fucoidano, inoltre, ha mostrato attività antimicrobica verso patogeni come Helicobacter pylori, suggerendo un duplice ruolo: stimolante per i batteri benefici e inibitorio per quelli nocivi. Un tempo di esposizione in vitro di 32–48 ore è sufficiente a incrementare significativamente L. reuteri e L. rhamnosus GG, mentre 24 ore riducono H. pylori di circa 2 log₁₀ cicli, supportando l’uso simbiotico negli alimenti funzionali.

Oltre all’attività prebiotica, il fucoidano possiede proprietà immunomodulatorie, antinfiammatorie e antiossidanti. Studi su modelli murini hanno evidenziato una riduzione significativa dei sintomi allergici, inclusa la dermatite atopica, tramite somministrazione orale di fucoidano, associata all’aumento della galectina-9 e alla modulazione delle cellule T CD4+. La crescita di L. reuteri e L. rhamnosus GG, stimolata dal fucoidano, può inoltre contribuire alla regolazione immunitaria in popolazioni allergiche, migliorando la risposta a patologie come asma, eczema e allergie alimentari.

Dal punto di vista regolatorio, il fucoidano ha lo status GRAS FDA e può essere utilizzato negli alimenti fino a 240 µg/mL per porzione, senza evidenze di tossicità a dosaggi sperimentali tra 100 e 2000 µg/mL. L’uso di 500 µg/mL negli yogurt sperimentali rappresenta un equilibrio tra sicurezza ed efficacia, ottenendo incrementi significativi di vitalità batterica senza effetti avversi.

Fonte: “Novel Synbiotic Yogurt Formulation Supplemented with Fucoidan from Phaeophyceae Algae to Promote Limosilactobacillus reuteri and Lacticaseibacillus rhamnosus GG”, Neus Ricós-Muñoz, Sergi Maicas, Miguel Tortajada-Girbés and Maria Consuelo Pina-Pérez. Foods 2025, 14, 2589. https://doi.org/10.3390/foods14152589.

 Autore: Elisabetta Simonetti