Produção e encapsulamento de lactobacillus plantarum e estudos de estabilidade e aplicação em formulação alimentar

Abstract

Os microrganismos probióticos são considerados suplementos alimentares vivos, apresentando benefícios ao hospedeiro e melhorando o balanço intestinal. A produção de Lactobacillus com alta densidade celular vem sendo estudada e possui grande interesse por parte da indústria, bem como o estudo de novos meios de cultivo alternativos. Outros interesses são a melhora da sobrevivência dos microrganismos durante a passagem pelo trato gastrintestinal por meio da microencapsulação e a elaboração de um produto com potencial probiótico que não necessite da cadeia do frio. Dentro deste contexto o presente trabalho objetivou a produção de microrganismo potencialmente probiótico em meio de cultivo vegetal e após microencapsulado, para obtenção de um pó alimentício para ser diretamente utilizado em alimentos. Na primeira etapa deste trabalho foi realizada uma avaliação de variáveis para fixar os parâmetros de processo e o meio de cultivo em biorreator submerso, para produção de biomassa de Lactobacillus plantarum BL011. O meio de cultivo e parâmetros de processo que apresentaram os melhores resultados para a produção de biomassa e ácido láctico foram: 40 g L-1 de açúcares totais (soro ácido de soja); 15 g L-1 de extrato de levedura; velocidade de agitação de 200 rpm; 25 °C e 4,5 vvm. Os resultados obtidos permitiram uma produção de biomassa de 17,87 g L-1 e 37,59 g L-1 de ácido láctico. Em uma segunda etapa deste trabalho o microrganismo foi microencapsulado pela técnica de electrospraying, utilizando como agentes encapsulantes alginato de sódio (ALG) e uma mistura de alginato de sódio e pectina cítrica (ALG-PEC). As células microbianas livres e microencapsuladas foram submetidas ao suco gástrico simulado (SGS) e suco intestinal simulado (SIS). O microrganismo controle (células livres) demonstrou uma diminuição de 6 e 4,2 log UFC mL-1 depois de 120 min de exposição, respectivamente. No entanto, as células microencapsuladas em ALG e em ALG-PEC apresentaram resistência considerável, diminuindo 2,9 log UFC mL-1 para SGS e 2,7 log UFC mL-1 para SIS. Testes de armazenamento sob temperatura de refrigeração por 21 dias apresentaram boa sobrevivência bacteriana de 9,3 log UFC mL-1 (ALG) e 8,6 log UFC mL-1 (ALG-PEC) para células microencapsuladas, enquanto que as células livres apresentaram uma sobrevivência de apenas 1,2 log UFC mL-1 Na terceira etapa foram realizados experimentos para obtenção do pó alimentício com potencial probiótico, onde o microrganismo microencapsulado em ALG foi liofilizado e analisada a viabilidade no período de 6 meses de armazenamento a temperatura ambiente (25 °C), aqual foi mantida acima de 7 log UFC g-1 de pó alimentício, a análise microbiológica (conforme legislação brasileira) realizada antes e após o período de armazenamento não demonstrou contaminações para os patógenos avaliados. Realizou-se uma análise sensorial adicionando o pó alimentício em suco natural de laranja, obtendo aceitação sensorial elevada, maior que 88 %. O suco com adição do pó alimentício foi exposto aos SGS e SIS e apresentou, após 120 min, redução de apenas 2,4 log UFC mL-1 para SGS e 1,3 log UFC mL-1 para SIS.

Probiotic microorganisms are considered living dietary supplements showing benefic effects to hosts by improving the intestinal balance. The high cell density production of Lactobacillus has been the interest of many studies and presents great interest for industry, along with the development of new alternative culture media. Other concerns are the improvement of the survival of microorganisms during passage through the gastrointestinal tract by means of microencapsulation, and the preparation of a product with probiotic potential that would require no cold chain. In this context, this study aimed at producing potentially probiotic bacterium with alternative sources of cultivation substrates and its microencapsulation to obtain a food powder to be used directly in food. In the first step of this study a screnning of variables was carried out to set the process parameters and culture medium in the submerged bioreactor for the production of L. plantarum BL011 The optimized culture medium and processing parameters for biomass and lactic acid formation were: 40 g L-1 total sugar (liquid acid protein residue of soybean); 15 g L-1 yeast extract; stirring speed of 200 rpm; 25 °C, and 4.5 vvm. The results obtained allowed for a production of 17.87 g L-1 of biomass and 37.59 g L-1 of lactic acid. In a second step of this study L. plantarum BL011 was microencapsulated using the electrospraying technique, using as encapsulating agents sodium alginate (ALG) and a mixture of sodium alginate and citrus pectin (ALG-PEC). The free and microencapsulated cells were subjected to the simulated gastric juice (SGJ) and simulated intestinal juice (SIJ). The microorganism control (free cells) showed a decrease of 6 and 4.2 log CFU mL-1 after 120 min of exposure, respectively. However, the microencapsulated cells in ALG and in ALG-PEC showed significant resistance, decreasing by 2.9 log CFU mL-1 in SGJ, and 2.7 log CFU mL-1 in SIJ. Storage tests under refrigeration temperature for 21 days showed good bacterial survival of 9.3 log CFU mL-1 (ALG) and 8.6 log CFU mL-1 (ALG-PEC) for microencapsulated cells, whereas free cells showed a survival of only 1.2 log CFU mL-1 In the third step of the work, it was obtained a food powder with probiotic potential, where the ALG-microencapsulated bacterium was lyophilized and viability was investigated within 6 months of storage at room temperature (25 °C), keeping 7 log CFU g-1 product of its initial value. Microbiological analyses (according to Brazilian legislation) performed before and after the storage period did not show any contaminations by pathogens. The formulated orange juice containing L. plantarum BL011 obtained high sensory acceptance (> 88 %) in the sensory analysis. The juice with the addition of food powder was exposed to SGJ and SIJ and presented, after 120 min, reduction of 2.4 log CFU mL-1 for SGJ and 1.3 log CFU mL-1 for SIJ.