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, 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 sob condições ácidas, mas torna-se menos solúvel, estável e ativo quando o pH da solução excede 6,0, o que restringe severamente a faixa de aplicação industrial da nisina como agente antibacteriano. Neste estudo, investigamos o potencial de complexação da nisina com um carboxilato de ciclodextrina, o ácido succínico-β-ciclodextrina (SACD), para superar as desvantagens. Fortes ligações de hidrogênio foram demonstradas entre a nisina e o SACD, promovendo a formação de complexos nisina-SACD. Esses complexos exibiram boa solubilidade sob condições neutras e alcalinas, e boa estabilidade após serem mantidos em valores elevados de pH durante o processamento com esterilização a alto vapor. Além disso, os complexos nisina-SACD apresentaram atividade antibacteriana significativamente melhorada contra bactérias modelo 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 a sua gama de aplicações 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 alimentar1. É geralmente reconhecido como seguro (GRAS) e é amplamente utilizado nas indústrias alimentícia, médica e agrícola. A nisina apresenta atividade antibacteriana de amplo espectro contra bactérias Gram-positivas. Acredita-se que ele seja adsorvido pelas 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 ligeira perda de atividade após tratamento térmico4,5. No entanto, a estrutura da nisina muda sob condições alcalinas devido a uma reação de adição nucleofílica intermolecular, que resulta em diminuição da 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 alargar as aplicações industriais da nisina, foram portanto dedicados esforços à identificação de estratégias para manter a sua solubilidade, estabilidade e actividade antibacteriana em situações fisiológicas. Os ácidos orgânicos podem associar-se à nisina em soluções aquosas através de ligações de hidrogénio, o que pode aumentar o desempenho da nisina. Por exemplo, Adhikari et al. 7 mostraram que um compósito 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, o que foi atribuído à capacidade do agente quelante de aumentar a permeabilidade das paredes celulares bacterianas. Contudo, não houve melhoria óbvia na estabilidade da nisina. Outros esforços que pretendem melhorar a estabilidade da nisina geralmente dependem de sistemas de nano-liberação preparados a partir de biopolímeros, como quitosana, celulose e pectina3,10,11. No entanto, a construção destes sistemas de entrega é muitas vezes complicada, dispendiosa e difícil de aumentar, o que limita a sua aplicação industrial. Consequentemente, seria vantajoso desenvolver um método simples e barato que pudesse satisfazer os requisitos industriais práticos.

As ciclodextrinas (CDs) são oligossacarídeos cíclicos compostos por vários números de unidades α-D-glucopiranose, que são produzidos a partir do amido por hidrólise enzimática e são autorizados para utilização em alimentos e produtos de saúde na maioria das regiões do mundo12. A natureza cíclica dos CDs leva à criação de moléculas que possuem um núcleo hidrofóbico e um exterior hidrofílico, o que os torna adequados como moléculas hospedeiras para incorporar moléculas ou porções hóspedes não polares . O encapsulamento de compostos bioativos em CDs muitas vezes melhora a sua dispersibilidade em água, aumenta a sua resistência ao calor, luz e oxigênio, e permite a liberação controlada14,15. Anteriormente, os pesquisadores demonstraram que o encapsulamento da nisina dentro dos β-CDs melhorou sua atividade antibacteriana durante a preservação da carne de porco cozida, 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, a estabilidade e a atividade antimicrobiana da nisina ao mesmo tempo.