Probiotici: influenza dell’incapsulamento su vitalità e stabilità

Introduzione

I probiotici sono microrganismi vivi presenti nel tratto gastrointestinale umano che apportano numerosi benefici per la salute, tra cui il miglioramento della funzionalità intestinale, la protezione dai batteri patogeni, la modulazione del sistema immunitario e la riduzione di disturbi metabolici come obesità e stitichezza. Tra i principali generi utilizzati a livello industriale vi sono Lactobacillus, Bifidobacterium, Streptococcus, Enterococcus e Saccharomyces. La vitalità dei probiotici può essere compromessa durante la lavorazione, il trasporto e la conservazione degli alimenti, nonché lungo il tratto gastrointestinale, a causa di pH acido, enzimi digestivi, sali biliari e stress ossidativo.

Per proteggere questi microrganismi, la microincapsulazione è una strategia efficace: i batteri vengono inglobati in idrogel o microcapsule costituite da polimeri naturali, che ne preservano la stabilità, migliorano la sopravvivenza in condizioni ostili e ne mantengono l’efficacia probiotica. Tra i materiali più utilizzati vi sono polimeri a base di carboidrati e proteine, come alginato di sodio, k-carragenina, pectina di agrumi e isolati proteici del siero di latte (WPI). Questi polimeri svolgono un ruolo strutturale e funzionale, proteggendo i batteri da barriere fisiche e chimiche e migliorando le proprietà fisico-chimiche degli alimenti in cui sono inclusi.

L’obiettivo di questo studio pubblicato su Cogent Food & Agriculture nel 2024,  era incapsulare Lactobacillus acidophilus mediante il metodo di gelificazione interna utilizzando alginato di sodio, k-carragenina, WPI e pectina di agrumi, valutando l’effetto dell’incapsulamento sulla vitalità dei probiotici in condizioni ostili. Inoltre, si è analizzato l’impatto dell’incapsulamento sulle proprietà fisico-chimiche, microbiologiche e sensoriali dello yogurt arricchito con probiotici. I risultati hanno confermato che la scelta del materiale di parete influisce significativamente sulla sopravvivenza e stabilità dei probiotici, evidenziando l’importanza della microincapsulazione come strategia per garantire la funzionalità dei microrganismi benefici nei prodotti alimentari e nel tratto gastrointestinale umano.

Materiali e metodi

La ricerca è stata condotta presso il Dipartimento di Scienze e Tecnologie Alimentari (Laboratorio di sicurezza alimentare e biotecnologie e Laboratorio di analisi alimentare) della Government College University Faisalabad.

Prodotti chimici

I materiali utilizzati includevano alginato di sodio (GAVISCON), kappa-carragenina (CAPE CRYSTAL BRANDS), pectina di agrumi (KAOSTOP), isolato di proteine del siero di latte (WPI) (The Protein Works), NaCl, CaCl2, NaOH, HCl, acqua distillata e fenolftaleina. Le colture di Lactobacillus acidophilus, Streptococcus thermophilus e L. bulgaricus sono state ottenute dall’Università di Agricoltura di Faisalabad. Il latte di bufala per lo yogurt è stato acquistato localmente.

Attivazione e incapsulamento del probiotico

La coltura di L. acidophilus La-14 è stata attivata in brodo MRS a 37 °C per 8 ore in condizioni anaerobiche. La microincapsulazione è stata eseguita mediante gelificazione interna:  100 ml di soluzione di alginato di sodio all’1% (p/v), 5,8 ml di L. Rhamnosus (10 ¹⁰ CFU/ml) sono stati miscelati con 1 g di carbonato di calcio in 250 ml di soluzione e hanno dato il nome del campione T _SA . Analogamente, prendendo isolati di proteine ​​del siero del latte all’1% (p/v), pectina di agrumi all’1% (p/v) e kappa-carragenina all’1% (p/v) sono stati miscelati con concentrazioni simili delle soluzioni sopra menzionate e hanno dato il nome rispettivamente T _WPI , T _CP e T _k-CRG . I batteri sono stati miscelati con carbonato di calcio e olio di girasole. Le microsfere sono state formate in soluzione di CaCl2, lavate e conservate a 5 °C.

Proprietà delle microsfere

La dimensione e l’efficienza di incapsulamento sono state valutate. La vitalità di L. acidophilus incapsulato è stata testata in succo gastrico (pH ~3) e intestinale (pH ~6,8).

Preparazione di yogurt arricchito

2000 ml di latte di bufala sono stati riscaldati, raffreddati a 41 °C e suddivisi in sei campioni: controllo, probiotici liberi e incapsulati (SA, WPI, k-CRG, CP). La fermentazione è avvenuta a 37 °C per 6 ore, e i campioni sono stati conservati a 3 °C per 21 giorni.

Analisi fisico-chimica

pH, acidità, sineresi e viscosità sono stati misurati seguendo metodi standard.

Analisi microbica

La sopravvivenza dei probiotici nello yogurt è stata valutata ai giorni 1, 7, 14 e 21 mediante conteggio su terreno MRS.

Analisi sensoriale

Aroma, gusto, colore, consistenza e accettabilità complessiva sono stati valutati da un panel di dottorandi e docenti su scala edonica da 0 a 9.

Analisi statistica

I dati sono stati analizzati tramite ANOVA con confronto delle medie al 5% di significatività usando IBM SPSS 21. Tutti gli esperimenti sono stati condotti in triplicato e i risultati espressi come medie ± deviazioni standard.

Risultati e discussione

Caratteristiche delle microsfere

Dimensioni ed efficienza di incapsulamento

In questo studio sono state preparate microsfere utilizzando alginato di sodio, isolato di proteine del siero di latte (WPI), k-carragenina e pectina di agrumi, valutandone dimensioni, efficienza di incapsulamento e vitalità in condizioni gastriche e intestinali. I risultati relativi all’efficienza di incapsulamento sono mostrati in Figura 1(A), evidenziando la massima efficienza con WPI (94,90%) e la minima con pectina di agrumi (72,82%). La dimensione delle microsfere è riportata in Figura 1(B): l’alginato di sodio ha mostrato la dimensione massima (182,33 µm), mentre WPI quella minima (132 µm). Le dimensioni delle microcapsule variavano complessivamente tra 150 e 300 µm.

Vitalità in condizioni gastriche e intestinali

I probiotici liberi hanno mostrato ridotta sopravvivenza in succo gastrico e intestinale simulati, mentre le cellule incapsulate hanno mantenuto significativamente la vitalità. I dati medi sono riportati in Figura 1(C) (succo gastrico) e Figura 1(D) (succo intestinale). La sopravvivenza più alta è stata osservata con WPI (8,68–8,69 log CFU/g), seguita da alginato di sodio, k-carragenina e pectina di agrumi. I risultati confermano che l’incapsulamento protegge i probiotici da condizioni ambientali avverse (p < 0,05).

Proprietà dello yogurt

Analisi fisico-chimica

I valori medi di pH, acidità titolabile, viscosità e sineresi dei campioni di yogurt sono riportati in Tabelle 1–4. Il pH diminuisce significativamente durante 21 giorni di conservazione (Tabella 1), con valori più bassi nello yogurt con probiotici liberi. L’acidità titolabile aumenta nel tempo (Tabella 2), risultando più alta nello yogurt libero rispetto a quello incapsulato. La viscosità è stata valutata in Tabella 3, evidenziando un minor calo nei campioni con probiotici incapsulati (WPI, k-CRG, CP) rispetto ai controlli. La sineresi, indicativa della qualità dello yogurt, è riportata in Tabella 4, mostrando valori più bassi per gli yogurt incapsulati e più alti nello yogurt libero e di controllo.

Analisi microbiologica

La sopravvivenza dei probiotici nello yogurt è riportata in Tabella 5. Lo yogurt con cellule incapsulate (Y SA e Y WPI) ha mostrato i tassi di sopravvivenza più alti (8,15–8,23 log CFU/g), mentre quelli liberi hanno registrato valori significativamente più bassi (3,14 log CFU/g, p < 0,05).

Analisi sensoriale

Le proprietà sensoriali di aroma, colore, gusto, consistenza e accettabilità complessiva sono riportate in Figura 2. I punteggi indicano una preferenza per gli yogurt preparati con WPI e alginato di sodio rispetto a pectina di agrumi e k-carragenina, confermando che l’incapsulamento migliora l’esperienza sensoriale complessiva.

Conclusioni

Lo studio ha valutato l’incapsulamento di batteri probiotici utilizzando vari materiali come alginato di sodio, isolato di proteine del siero del latte, k-carragenina e pectina di agrumi in diverse condizioni di stress. La vitalità dei probiotici incapsulati è risultata superiore a quella delle cellule libere. I probiotici incapsulati hanno inoltre mostrato maggiore vitalità in condizioni gastrointestinali simulate rispetto alle cellule libere.

Lo studio ha inoltre esaminato probiotici liberi e incapsulati in un modello alimentare (yogurt) e ne ha analizzato diverse caratteristiche. I trattamenti a base di isolato di proteine del siero del latte e alginato di sodio hanno mostrato tassi di sopravvivenza più elevati rispetto a pectina di agrumi e k-carragenina.

L’incapsulamento con proteine e polimeri può mantenere la struttura cellulare e migliorare la stabilità e la vitalità dei probiotici. Questo studio suggerisce che l’isolato di proteine del siero del latte e l’alginato di sodio sono materiali ideali per la somministrazione mirata di probiotici.

Fonte: “The effect of different wall materials (Sodium alginate, whey protein isolate, Kappa-carrageenan and Citrus pectin) on the viability and stability of free and encapsulated Lactobacillus acidophilus under hostile condition”, Aleena Naaz, Muhammad Afzaal, Farhan Saeed et al. Cogent Food & AgriCulture2024, Vol. 10, no. 1, 2404726. https://doi.org/10.1080/23311932.2024.2404726.

 Autore: Elisabetta Simonetti