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Jun 13, 2023

O carboxilato de ciclodextrina melhora a estabilidade e a atividade da nisina em uma ampla gama de condições de aplicação

npj Science of Food volume 7,

npj Science of Food volume 7, Número do artigo: 20 (2023) Citar este artigo

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A nisina é uma bacteriocina natural que apresenta boa atividade antibacteriana contra bactérias Gram-positivas. Possui boa solubilidade, estabilidade e atividade em condições ácidas, mas torna-se menos solúvel, estável e ativo quando o pH da solução excede 6,0, o que restringiu severamente a faixa de aplicação industrial da nisina como agente antibacteriano. Neste estudo, investigamos o potencial de complexar a nisina com um carboxilato de ciclodextrina, ácido succínico-β-ciclodextrina (SACD), para superar as desvantagens. Forte ligação de hidrogênio foi mostrada entre a nisina e o SACD, promovendo a formação de complexos nisina-SACD. Esses complexos exibiram boa solubilidade em condições neutras e alcalinas e boa estabilidade após serem mantidos em altos valores de pH durante o processamento com esterilização a alto vapor. Além disso, os complexos de nisina-SACD exibiram atividade antibacteriana significativamente melhorada contra modelo de bactérias Gram-positivas (S. aureus). Este estudo mostra que a complexação pode melhorar a eficácia da nisina em situações neutras e alcalinas, o que pode ampliar muito sua faixa de aplicação nas indústrias alimentícia, médica e outras.

A nisina é um pequeno peptídeo composto por 34 resíduos de aminoácidos produzido pela cepa da subespécie Lactococcus lactis, que é a única bacteriocina aprovada como conservante de alimentos1. É geralmente reconhecido como seguro (GRAS) e é amplamente utilizado nas indústrias de alimentos, remédios e agricultura. A nisina apresenta atividade antibacteriana de amplo espectro contra bactérias Gram-positivas. Acredita-se que adsorva às membranas celulares das bactérias, rompendo-as e causando a liberação de substâncias celulares internas, promovendo assim a morte celular2,3. Sob condições ácidas (pH < 6,0), a nisina apresenta solubilidade e estabilidade desejáveis, com apenas uma leve perda de atividade após o tratamento térmico4,5. No entanto, a estrutura da nisina muda em condições alcalinas devido a uma reação de adição nucleofílica intermolecular, que resulta em menor solubilidade em água, estabilidade térmica e atividade antibacteriana6,7. Assim, a aplicação industrial da nisina como antimicrobiano natural está atualmente limitada a condições ácidas.

O pH da maioria dos fluidos fisiológicos está na faixa de 6,0 a 8,5, incluindo fluidos intracelulares, extracelulares e intestinais8. Para estender as aplicações industriais da nisina, esforços têm sido dedicados à identificação de estratégias para manter sua solubilidade, estabilidade e atividade antibacteriana em situações fisiológicas. Os ácidos orgânicos podem se associar à nisina em soluções aquosas por meio de pontes de hidrogênio, o que pode aumentar o desempenho da nisina. Por exemplo, Adhikari et al. 7 mostraram que um composto de nisina-ácido orgânico tinha uma atividade antimicrobiana muito maior em pH 8,0 do que a nisina pura. O uso de uma combinação de nisina com EDTA também demonstrou aumentar a atividade antibacteriana da nisina9, que foi atribuída à capacidade do agente quelante de aumentar a permeabilidade das paredes celulares bacterianas. No entanto, não houve melhoria óbvia na estabilidade da nisina. Outros esforços que visam melhorar a estabilidade da nisina geralmente dependem de sistemas de nano-entrega preparados a partir de biopolímeros, como quitosana, celulose e pectina3,10,11. No entanto, a construção desses sistemas de entrega costuma ser complicada, cara e difícil de aumentar em escala, o que limita sua aplicação industrial. Consequentemente, seria vantajoso desenvolver um método simples e barato que pudesse atender aos requisitos práticos da indústria.

As ciclodextrinas (CDs) são oligossacarídeos cíclicos compostos por vários números de unidades de α-D-glicopiranose, que são produzidas a partir do amido por hidrólise enzimática e são autorizadas para utilização em alimentos e produtos para a saúde na maioria das regiões do mundo12. A natureza cíclica das CDs leva à criação de moléculas que possuem um núcleo hidrofóbico e um exterior hidrofílico, o que as torna adequadas como moléculas hospedeiras para incorporar moléculas hóspedes não polares ou porções13. O encapsulamento de compostos bioativos em CDs geralmente melhora sua dispersibilidade em água, aumenta sua resistência ao calor, luz e oxigênio e permite a liberação controlada14,15. Anteriormente, pesquisadores mostraram que o encapsulamento de nisina em β-CDs melhorou sua atividade antibacteriana durante a preservação de carne de porco cozida16, o que foi atribuído à formação de complexos nisina-CDs que alteraram o microambiente da nisina. No entanto, ainda existe a necessidade de uma forma alternativa de CD que possa aumentar a solubilidade, estabilidade e atividade antimicrobiana da nisina ao mesmo tempo.