Los microorganismos en industrias como la alimentaria, cosmética o agricultura se llevan empleando desde hace varios años en distintas aplicaciones como son iniciadores para la fermentación, suplementos nutricionales, probióticos o agentes de biocontrol. Estas aplicaciones requieren que los microorganismos se encuentren estabilizados, para que se mantengan viables, minimizando su evolución o degradación. Os contamos los aspectos más importantes a tener en cuenta.
Estabilización de microorganismos: liofilización vs secado por atomización
La estabilización de microorganismos se puede llevar a cabo mediante diferentes tecnologías como la liofilización y el secado por atomización:
- Liofilización: tradicionalmente, esta tecnología se ha empleado para estabilizar cultivos microbianos ya que es un proceso que no requiere temperaturas elevadas y la viabilidad final del producto es elevada.
- Secado por atomización: El secado por atomización, como hemos comentado en alguna ocasión, se presenta como una alternativa a la liofilización ya que permite estabilizar los cultivos microbianos obteniendo un producto seco en polvo. Además, el secado por atomización permite su combinación con un proceso de microencapsulación, favoreciendo la viabilidad final del microorganismo así como su funcionalidad.
Aspectos clave para obtener productos microbianos con una alta viabilidad y estabilidad
Los procesos de microencapsulación de microorganismos llevan siendo estudiados mucho tiempo, encontrándose múltiples referencias bibliográficas en las que se emplean tecnologías como la gelificación iónica, la polimerización o la coacervación. Algunos de los aspectos más importantes a tener en cuenta para obtener un producto de alta calidad son:
- Materiales de encapsulación adecuados: cada una de las tecnologías de microencapsulación lleva asociada el empleo de unos materiales de encapsulación determinados, siendo su elección un aspecto clave para obtener productos microbianos con una alta viabilidad y estabilidad final. Además, la selección de los materiales de encapsulación adecuados tiene una gran influencia en el caso de diseñar sistemas de liberación controlada o dirigida de los microorganismos.
- Estudio individualizado de los procesos de generación y de estabilización de cada microorganismo: la tecnología de secado por atomización es compleja de aplicar a cultivos microbianos ya que no es un proceso en el que los parámetros estén estandarizados y puedan ser aplicados a todos los microorganismos por igual. Los microorganismos son sistemas biológicos que están dotados de individualidad, por lo que los procesos de generación y de estabilización requieren ser estudiados de una manera específica para cada tipología de microorganismo; es decir, género, especie y, en algunos casos, hasta cepa concreta. Por tanto, las condiciones del proceso de secado por atomización, los materiales de encapsulación más adecuados y las proporciones entre el cultivo y los materiales tienen que ser establecidos de manera específica para cada caso de estudio.
- La compatibilidad entre los materiales de encapsulación y el microorganismo a estabilizar o encapsular: Además, hay que tener en cuenta la compatibilidad entre los materiales de encapsulación seleccionados y el microorganismo a estabilizar o encapsular. Hay materiales de encapsulación que para su utilización requieren que el pH de la disolución sea ácido, como puede ser el quitosano, o básico y en ocasiones este pH puede provocar la desactivación del microorganismo. Es por ello, que se hace necesario realizar varios procesos de encapsulación con distintos materiales para obtener dobles encapsulados y conseguir, así, una elevada viabilidad del producto final.
Cosméticos probióticos
Un ejemplo de microorganismo microencapsulado viable y estable con una doble encapsulación es el que desarrollamos en AINIA combinando nuestra experiencia en biotecnología y tecnologías de microencapsulación. Obtuvimos un producto cosmético probiótico basado en Lactobacillus con una viabilidad de 3×108 ufc/g, con un doble encapsulado, formado por una primera capa con materiales de encapsulación que aportan estabilidad y viabilidad al probiótico, y una segunda capa obtenida con materiales lipídicos que permiten mantener al microorganismo aislado del medio y su liberación en contacto con la piel mediante la fricción y fusión por efecto de la temperatura.
Tiempo de proceso, factor a tener en cuenta en el escalado industrial
A la hora de escalar estos procesos de estabilización y microencapsulación mediante secado por atomización hay que tener en cuenta el tiempo de proceso y la influencia que tiene este parámetro en la viabilidad final del microorganismo.
Hay ocasiones en los que los cultivos microbianos evolucionan negativamente a partir de la adición de los materiales de encapsulación al medio. A escala laboratorio, donde el tiempo de proceso es pequeño y el contacto entre ambos productos es muy corto, la viabilidad final del microorganismo no se llega a comprometer. Pero cuando se escala el proceso a nivel industrial, el tiempo de proceso llega a ser de varias horas y el tiempo de contacto tiene una gran influencia sobre la evolución del cultivo y las propiedades finales del producto.
Una alternativa para reducir el tiempo de contacto entre los materiales de encapsulación y el cultivo microbiano es la utilización de boquillas de atomización de tres fluidos. Estas boquillas constan de tres entradas:
- una para el aire de atomización
- otra para la disolución del núcleo (que va por el interior de la boquilla)
- la última para la disolución de los materiales de encapsulación.
De esta manera, se puede alimentar de forma separada el cultivo microbiano de los materiales de encapsulación, permitiendo mejorar la eficacia de los procesos de microencapsulación.
En AINIA contamos con experiencia y equipamiento para el desarrollo de estos procesos de estabilización de microorganismos mediante secado por atomización desde escala de laboratorio hasta escala piloto y producción. Además del propio desarrollo del proceso, ofrecemos un servicio de producción de lotes bajo registro sanitario de producto intermedio.
