Estudo da estabilidade em longo prazo e aplicação de nanolipossomas contendo nisina e extrato de alho

Abstract

A necessidade por antimicrobianos naturais cresce continuamente à medida que as pessoas procuram alimentos mais saudáveis, criando um desafio para a ciência de alimentos devido a que as poucas alternativas existentes no mercado para empresas de alimentos, têm alto custo e baixa efetividade. Neste contexto, a nano-encapsulação de antimicrobianos naturais em lipossomas, surge como alternativa tecnológica para desenvolvimento de novos antimicrobianos para alimentos. Portanto, neste trabalho foram explorados o desenvolvimento, propriedades e aplicações de antimicrobianos naturais nanoencapsulados. Este trabalho esta dividido em quatro partes. Na primeira parte do trabalho, foram estudados diferentes materiais estabilizantes da membrana lipídica, avaliando sua influencia nas propriedades oxidativas, características físico-químicas e térmicas de lipossomas contendo a mistura de nisina-extrato de alho. Além disso, foi analisada a estabilidade das preparações lipossomais em estado líquido e liofilizados na presença e na ausência de lioprotector, durante cinco meses em refrigeração; foi concluído que o acido oleico (AO) é um estabilizante promissor para os lipossomas, já que oferece maiores propriedades antioxidantes e de retenção da atividade antimicrobiana. A segunda parte descreve a aplicação AO-lipossomas contendo extrato de alho em pães de trigo. Estes lipossomas foram caracterizados em quanto a seu tamanho, carga, polidispersão, propriedades térmicas e atividade antifúngica in vitro, posteriormente foram adicionados a preparações de pão de trigo antes da etapa de forneado para avaliar mudanças da vida de prateleira. Como resultado foi observado que os lipossomas desenvolvidos apresentaram estabilidade térmica melhorada e quando empregados na formulação de pães de trigo, conseguiram retardar o aparecimento de bolores por até cinco dias. A terceira parte descreve o estudo da interação de lipossomas de diferentes composições e características físico-químicas com proteína miofibrilar de peixe (Surimi). Neste estudo foram avaliadas mudanças estruturais da proteína, mediante analise de FTIR, fluorescência, grupos sulfidrila livres e microscopia eletrônica de transmissão. Como resultado, foi observado que lipossomas com grupos carregados na superfície produzem um alto grau de desnaturação da proteína, e lipossomas de composição de 100% fosfatidilcolina produziram desnaturação parcial e um possível efeito de fibrilação. Além disso, foram observadas diferentes dinâmicas de formação de corona proteica, nos lipossomas, dependendo da sua composição. Na quarta e última parte do trabalho se realizou um estudo comparativo da resposta metabólica de células de Listeria monocytogenes ATCC 7644, submetidas a concentrações subletais de nisina livre vii e encapsulada em lipossomas. Através da extração e identificação de proteínas, foi possível identificar que a nisina livre e encapsulada induze um aumento na atividade metabólica, transcrição de proteínas de transporte e proteínas relacionadas à resposta ao estresse. Não entanto, somente a nisina livre induziu a transcrição das proteínas secD, lmo1539, YfhO e lmo0955, relacionadas com resposta ao estresse e mecanismos de resistência microbiana de L. monocytogenes; indicando que a encapsulação em lipossomas modifica o “reconhecimento” inicial da bacteriocina, por parte da bactéria, reduzido assim, fatores de estresse e resistência microbiana.

The need for natural antimicrobials continually grows as people seek healthier foods, creating a challenge for food science because the few alternatives on the market for food companies are costly and low effective. In this context, the nano-encapsulation of natural antimicrobials in liposomes, appears as a technological alternative for the development of new antimicrobials for food. Therefore, in this work were explored the development, properties and applications of nano-encapsulated natural antimicrobials. This work is divided in four parts. In the first part of the work, different stabilizing materials of the lipid membrane were studied, evaluating its influence on the oxidative properties, physical-chemical and thermal characteristics of liposomes containing the mixture of nisin-garlic extract. In addition, the stability of liposomal preparations in liquid and lyophilized form was analyzed in the presence and absence of lyoprotectant, for five months in refrigeration; it was concluded that oleic acid (OA) is a promising stabilizer for liposomes, as it offers greater antioxidant properties and retention of antimicrobial activity. The second part describes the application OA-liposomes containing garlic extract in wheat breads. These liposomes were characterized in terms of their size, charge, polydispersity, thermal properties, and antifungal activity in vitro, were later added to wheat bread preparations before the baking step to evaluate changes in shelf life. As a result, it was observed that liposomes with charger groups on the surface produce a high degree of protein denaturation, and liposomes of 100% phosphatidylcholine composition produced partial denaturation and a possible fibrillation effect. In addition, different dynamics of protein corona formation were observed in liposomes, depending on their composition. In the fourth and last part of the work, was carried out a comparative study of the metabolic response of Listeria monocytogenes cells ATCC 7644, submitted to sublethal concentrations of free and encapsulated nisin in liposomes. Through protein extraction and identification, it was ix possible to identify that free and encapsulated nisin induces an increase in metabolic activity, transcription of transport proteins and proteins related to the stress response. However, only free nisin induced the transcription of secD, lmo1539, YfhO and lmo0955 proteins, related to the stress response and microbial resistance mechanisms of L. monocytogenes; indicating that encapsulation in liposomes modifies the initial bacteriocin “recognition” by the bacteria, thus reducing stress factors and microbial resistance.