Encapsulamento dos probióticos Bacillus subtilis e Lactobacillus casei para uso em aquicultura

O desenvolvimento de uma aquicultura mais sustentável depende da adoção de estratégias que promovam a saúde e o desempenho dos organismos cultivados, reduzindo o uso de antibióticos. Entre essas estratégias, os probióticos têm recebido destaque por sua capacidade de modular a microbiota intestinal, melhorar a conversão alimentar e fortalecer a resposta imune. Contudo, sua utilização ainda é limitada pela sensibilidade dos microrganismos às condições de processamento e armazenamento. Para superar essas barreiras, este estudo focou na encapsulação das cepas Bacillus subtilis e Lactobacillus casei por meio da técnica de spray drying (secagem por atomização), um método eficiente para converter suspensões líquidas em micropartículas secas em condições controladas. A pesquisa avaliou biopolímeros como alginato de sódio, maltodextrina, goma arábica, sacarose, pectina e quitosana. Os resultados de compatibilidade mostraram que o crescimento das células não foi prejudicado pela exposição aos polímeros, mantendo contagens acima de 9 Log UFC/mL antes da secagem. No processo de spray drying, a temperatura de entrada de 80 °C foi identificada como ideal, proporcionando os melhores rendimentos e garantindo a estabilidade térmica dos probióticos. Os resultados para o B. subtilis indicaram que o crescimento da cepa não foi afetado pela exposição prévia aos polímeros. Após o spray drying a 80 °C, a sobrevivência variou entre 72,2% e 79,9%, com os maiores rendimentos obtidos para as matrizes de GA (57,6%), PEC (58,3%) e a mistura GA+MD (63,7%). As micropartículas de B. subtilis apresentaram diâmetros médios majoritariamente inferiores a 3,6 μm. Nos ensaios gastrointestinais simulados, a formulação com alginato e pectina (BS2) apresentou a maior estabilidade, mantendo contagens de 6,43 Log UFC/mL ao final do processo. Para o L. casei, observou-se que a morfologia das colônias foi alterada na presença de pectina e quitosana, levando à exclusão destes polímeros nas etapas seguintes. A sobrevivência após a secagem foi ligeiramente superior à do B. subtilis, variando entre 72,4% e 82,8%, com destaque para os rendimentos de GA (69,9%) e MD (53,5%). As micropartículas atingiram diâmetros de até 4,19 μm. O L. casei demonstrou maior manutenção da viabilidade gastrointestinal do que o B. subtilis, mantendo contagens elevadas de 6,90 a 7,31 Log UFC/mL após a simulação completa. Em ambos os casos, a temperatura de 80 °C foi a mais eficiente para o rendimento. O armazenamento sob refrigeração (4 °C) garantiu a estabilidade das células por 90 dias com perdas mínimas. Conclui-se que o encapsulamento via spray drying é uma estratégia robusta para a entrega de probióticos viáveis na aquicultura

Resumo (inglês)

The development of more sustainable aquaculture depends on the adoption of strategies that enhance the health and performance of cultured aquatic organisms while reducing the use of antibiotics. Among these strategies, probiotics have gained considerable attention due to their ability to modulate the intestinal microbiota, improve feed conversion efficiency, and strengthen the immune response. However, their application is still limited by the sensitivity of these microorganisms to processing and storage conditions. To address these limitations, this study investigated the encapsulation of Bacillus subtilis and Lactobacillus casei using spray drying, an efficient technique for converting liquid suspensions into dry microparticles under controlled conditions. The study evaluated the use of biopolymers including sodium alginate, maltodextrin, gum arabic, sucrose, pectin, and chitosan. Compatibility tests showed that bacterial growth was not adversely affected by exposure to the polymers, with cell counts remaining above 9 Log CFU/mL prior to drying. During the spray-drying process, an inlet temperature of 80 °C was identified as the most suitable condition, providing the highest yields while preserving probiotic thermal stability. For B. subtilis, growth was not influenced by prior exposure to the polymers. Following spray drying at 80 °C, survival rates ranged from 72.2% to 79.9%, while the highest process yields were obtained with gum arabic (57.6%), pectin (58.3%), and the gum arabic–maltodextrin blend (63.7%). The resulting B. subtilis microparticles exhibited mean diameters predominantly below 3.6 μm. In simulated gastrointestinal assays, the alginate–pectin formulation (BS2) showed the greatest stability, maintaining cell counts of 6.43 Log CFU/mL at the end of the experiment. For L. casei, colony morphology was altered in the presence of pectin and chitosan, leading to the exclusion of these polymers from subsequent stages of the study. Survival after drying was slightly higher than that observed for B. subtilis, ranging from 72.4% to 82.8%, with gum arabic (69.9%) and maltodextrin (53.5%) providing the highest yields. The microparticles reached diameters of up to 4.19 μm. L. casei demonstrated greater retention of viability under simulated gastrointestinal conditions than B. subtilis, maintaining counts between 6.90 and 7.31 Log CFU/mL after completion of the assay. For both strains, an inlet temperature of 80 °C resulted in the most favorable process yields. Refrigerated storage at 4 °C preserved cell stability for 90 days with only minimal losses in viability. These findings indicate that spray-drying encapsulation is a robust approach for delivering viable probiotics in aquaculture applications.

Palavras-chave

Aquicultura , Probióticos , Microencapsulação , Secagem em spray , Biopolímeros , Aquaculture , Probiotics , Microencapsulation , Spray drying , Biopolymers

Idioma

Português

Citação

CHAVES REALPE, Daniel Mauricio. Encapsulamento dos probióticos Bacillus subtilis e Lactobacillus casei para uso em aquicultura. 2026. 71 p. Dissertação (Mestrado em Ciências Ambientais) - Instituto de Ciência e Tecnologia, Universidade Estadual Paulista, Sorocaba, 2026.