Nanopartícules amb extracte d’arame per prevenir la formació de biofilms de bacteris làctics en productes carnis

Tecnologia dels aliments: Alguns bacteris de l’àcid làctic produeixen biofilms en productes carnis que hi promouen el deteriorament, la pèrdua de qualitat i l’acceleració de la caducitat. La presència de bacteris d’àcid làctic (LAB) en productes carnis és habitualment benigna, però algunes soques tenen la capacitat de constituir-se en una mena de llim alhora que acidifiquen el producte en excés. El Laboratori de Young-Mog Kim, del Departament de Ciència i Tecnologia dels Aliments de la Universitat Nacional de Pukyong, investigar formes d’evitar aquest creixement microbià. Do Kyung Oh és el primer autor d’un article a la secció d’Estratègies Antibiofilm de la revista Antibiotics on proposen l’ús de nanopartícules carregades amb extracte de l’alga arame (Eisenia bicyclis). Oh et al. han fet una identificació i caracterització de soques LAB de salsitxes capaces de formar-hi biofilms, i hi han avaluat els efectes inhibitoris de l’extracte metanòlic d’E. bicyclis, de la fracció d’acetat d’etil i del floroglucinol. La finalitat era sintetitzat nanopartícules d’or (AuNPs) basades en aquests compostos que poguessin controlar la formació de biofilm. La caracterització taxonòmic dels LAB formadors de llim o biofilm en salsitxes es va fer per seqüenciació del gen rRNA 16 S. Oh et al. triaren Lactobacillus sakei S10 com a soca representativa, ja que pot tolerar altes concentracions de sal i temperatures fredes. Els diferents isolats obtinguts foren caracteritzats també pel que fa a l’activitat hemolítica, la tolerància a la sal i a la temperatura, i els patrons de consum de carbohidrats. L’activitat antibiofilm fou assajada in situ en superfícies de salsitxes, emprant-hi compostos derivats de l’alga marina Eisenia bicyclis com ara el floroglucinol o extractes més complexos. A banda d’assajar aquests preparats contra L. sakei S10, ho feren també contra Pseudomonas aeruginosa i Staphylococcus aureus. Les nanopartícules amb floroglucinol (PG-AuNP) tenien una mida mitjana de 98,74 nm, i un potencial zeta de -29,82 mV. El floroglucinol sol i les PG-AuNP eren les que tenien una major activitat antibiofilm. Val a dir, però, que part de l’activitat antibiofilm que tenen en condicions in vitro la perden en condicions in situ.

Alguns bacteris de l’àcid làctic poden formar biofilms en productes carnis mantinguts en refrigeració

Els biofilms de bacteris de l’àcid làctic en productes carnis

Els bacteris de l’àcid làctic (LAB) tenen bona fama alimentària. Participen en processos de fermentació essencials en la indústria alimentària, i són considerats probiòtics en termes de salut digestiva i funció immune. Així són considerats un component essencial en molts productes làctics, en verdures fermentades i, fins i tot, en carns processades. En el cas dels productes carnis hom valorar el fet que hi contribueixen a unes bones qualitats organolèptiques i que bloquen el creixement de microorganismes nocius. Això darrer s’explicaria en part per la síntesi d’agents antimicrobians com àcids orgànics o bacteriocines. Vet ací per què hi ha interès en la recerca sobre Lactobacillus sakei en la producció d’aliments fermentats.

Ara bé, alguns LAB tenen un efecte indesitjat per la formació de biofilms especialment en productes carnis refrigerats i/o envasats al buit. Així doncs, hom ha assenyalat Weissella viridescens, Latilactobacillus sakei o Leuconostoc com a responsables de fer malbé aliments per la formació de llim, la producció de gas, la generació de mala olor, la reducció excessiva del pH o alteracions indesitjables en textura i color. A banda del mal que puguin fer sobre el producte envasat abans de la compra, hi ha els perjudicis que puguin causar-hi després quan el producte ja és mans del consumidor. Per acabar-ho d’adobar, en la indústria alimentària, aquests biofilms poden contaminar maquinària de forma persistent.

També són formadors de biofilms en la carn processada bacteris patògens com Pseudomonas aeruginosa o Staphylococcus aureus. Formes biofilms robustos i perillosos per a la salut.

El Codi Alimentari de Corea permet l’ús d’àcid sòrbic fins a 2 g/kg per al control de creixement microbià en carns processades. Hom vol, però, desenvolupar alternatives més efectives i saludables, com ara materials bioactius derivats de plantes i algues. Eisenia bicyclis, una macroalga bruna, és rica en florotanins, la qual cosa explica el seu potencial antimicrobià i antibiofilm.

El problema d’utilitzar extractes d’E. bicyclis rau en la poca solubilitat, escassa estabilitat i difícil biodisponibilitat. Això es pot resoldre amb l’ús de sistemes basats en nanotecnologia. Per exemple, les nanopartícules (NP) poden millorar l’estabilitat d’aquests extractes i fer que arribin al lloc on se’ls necessita. Les nanopartícules d’or (AuNP) són interessants per la seva biocompatibilitat, baixa citotoxicitat i multifuncionalitat (antibacteriana, antioxidant, antibiofilm). Ara bé, la toxicitat de les AuNP augmenta en proporció inversa a la mida de la nanopartícula. Les AuNP catiòniques són més tòxiques que les AuNP aniòniques.

Identificació de soques de LAB formadores de biofilms en salsitxes

Entre les deu soques (S1-S10) identificades per Oh et al. hi ha 1 de Lacticaseibacillus paracasei, 1 de Leuconostoc citreum, 4 de Leuconostoc mesenteroides, 1 de Levilactobacillus brevis, 1 de Lactiplantibacillus plantarum, 1 de L. sakei i 1 de Weissella viridescens.

Les deu soques poden créixer en les temperatures examinades (de 4 °C a 30 °C). Poden també créixer en condicions de salinitat del 6%.

El test d’hemòlisi en agar MRS suplementat amb sang ovina indiquen que cap de les 10 soques genera hemolisines.

Les tires de test API 50 CH indiquen el perfil de fermentació de carbohidrats. Les soques S3 i S8 són les mostren un rang de substrats més extens. El rang més restringit és el que exhibeixen les soques S2 i S4. S10 fermenta de forma robusta glucosa, fructosa i sacarosa.

Síntesi i caracterització de PG-AuNPs

Oh et al. segueixen un procediment de síntesi verda per generar PG-AuNPs. El floroglucinol (PG) prové de l’alga bruna E. bicyclis, i es fa servir com l’agent reductor per convertir l’or iònic (Au³⁺) en nanopartícules d’or zerovalent (Au⁰). Fan servir extractes de E. bicyclis per aconseguir la síntesi de EA-AuNPs i EB-AuNPs.

Les PG-AuNPs tenen una forta absorbància de la llum de 500-600 nm, la qual cosa es manifesta en una transició de color groc al color vermell fosc, i un pic d’absorció a 550 nm. La mida de partícula és de 98,74 ± 0,01 nm. El potencial zeta és de −29,82 ± 7,77 mV, indicatiu d’una estabilitat col·loidal moderada. L’anàlisi de FITR indica la formació de grups -OH fenòlics.

La microscòpia FE-TEM confirma la morfologia esfèrica de PG-AuNPs. Això és atribuïble al pH de 9,0 en el que s’hi fa la síntesi.

El control de biofilms in situ

Oh et al. han seleccionat S10 com la soca típica. En l’estudi també inclouen els bacteris patògens S. aureus i P. aeruginosa.

En inocular P. aeruginosa en la superfície de talls de salsitxes, hi ha formació significativa de biofilm. El creixement microbià arribar a un log CFU/g de 9,15. Aquesta xifra és reduïda en presència dels extractes EB i EA d’E. bicyclis. Les EB-AuNPs i PG-AuNPs també la inhibeixen. De fet, una concentració de 1024 μg/mL d’EA-AuNPs redueix la log CFU/g a 0,44.

En inocular S. aureus hi ha formació de biofilms densos, que faciliten una log CFU/g de 9,46. PG, EB-AuNPs i PG-AuNPs hi tenen un efecte inhibitori.

La inoculació de S10 també genera biofilms. Això es pot inhibir amb EA, PG i PG-AuNPs.

Els experiments mostren, en tot cas, la dificultat d’inhibir la formació de biofilms in situ. Això es deu a la complexitat i impredictibilitat de la matriu alimentària, en aquest cas la salsitxa. PG i PG-AuNPs, no obstant, tenen un efecte inhibidor sobre els biofilms de P. aeruginosa i L. sakei S10. Una part de l’efecte és atribuïble a la pròpia AuNP, però el PG també tindria un efecte disruptor sobre l’adhesió microbiana.

L’aplicació de PG-AuNPs en la indústria de la carn processada, però, ha de considerar aspectes de seguretat a llarg termini, d’afectació organolèptica i d’efectivitat en un context més realista.

Lligams:

- Biofilm-Forming Lactic Acid Bacteria in Sausages: Isolation, Characterization, and Inhibition Using Eisenia bicyclis-Based Nanoparticles. Do Kyung Oh, Du-Min Jo, Minji Kim, Jeong-Bin Jo, Ji-Hwan Choi, Jeong Mi Choi, Geum-Jae Jeong, Se Yun Jeong, Fazlurrahman Khan, Young-Mog Kim. Antibiotics 14: 637 (2025).