La ciclodestrina carbossilato migliora la stabilità e l'attività della nisina in una gamma più ampia di condizioni applicative

npj Science of Food volume 7, numero articolo: 20 (2023) Citare questo articolo

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La nisina è una batteriocina naturale che presenta una buona attività antibatterica contro i batteri Gram-positivi. Ha una buona solubilità, stabilità e attività in condizioni acide, ma diventa meno solubile, stabile e attiva quando il pH della soluzione supera 6,0, il che limita gravemente il campo di applicazione industriale della nisina come agente antibatterico. In questo studio, abbiamo studiato il potenziale di complessare la nisina con un ciclodestrina carbossilato, l'acido succinico-β-ciclodestrina (SACD), per superare gli svantaggi. È stato mostrato un forte legame idrogeno tra la nisina e il SACD, promuovendo la formazione di complessi nisina-SACD. Questi complessi hanno mostrato una buona solubilità in condizioni neutre e alcaline e una buona stabilità dopo essere stati mantenuti a valori di pH elevati durante il trattamento con sterilizzazione a vapore elevato. Inoltre, i complessi nisina-SACD hanno mostrato un’attività antibatterica significativamente migliorata contro i batteri modello Gram-positivi (S. aureus). Questo studio mostra che la complessazione può migliorare l'efficacia della nisina in situazioni neutre e alcaline, il che può ampliare notevolmente la sua gamma di applicazioni nei settori alimentare, medico e di altro tipo.

La nisina è un piccolo peptide composto da 34 residui di aminoacidi prodotto dal ceppo della sottospecie Lactococcus lactis, che è l'unica batteriocina approvata come conservante alimentare1. È generalmente riconosciuto come sicuro (GRAS) ed è ampiamente utilizzato nell'industria alimentare, medica e agricola. La nisina mostra attività antibatterica ad ampio spettro contro i batteri Gram-positivi. Si ritiene che venga assorbito dalle membrane cellulari dei batteri, li distrugga e provochi il rilascio di sostanze cellulari interne, promuovendo così la morte cellulare2,3. In condizioni acide (pH < 6,0), la nisina mostra solubilità e stabilità desiderabili con solo una leggera perdita di attività dopo il trattamento termico4,5. Tuttavia, la struttura della nisina cambia in condizioni alcaline a causa di una reazione di addizione nucleofila intermolecolare, che si traduce in una diminuzione della solubilità in acqua, della stabilità termica e dell'attività antibatterica6,7. Pertanto, l’applicazione industriale della nisina come antimicrobico naturale è attualmente limitata a condizioni acide.

Il pH della maggior parte dei fluidi fisiologici è compreso tra 6,0 e 8,5, compresi i fluidi intracellulari, extracellulari e intestinali8. Per estendere le applicazioni industriali della nisina, gli sforzi sono stati quindi dedicati all'identificazione di strategie per mantenere la sua solubilità, stabilità e attività antibatterica in situazioni fisiologiche. Gli acidi organici possono associarsi alla nisina in soluzioni acquose attraverso legami idrogeno, che possono aumentare le prestazioni della nisina. Ad esempio, Adhikari et al. 7 hanno dimostrato che un composto nisina-acido organico aveva un'attività antimicrobica molto più elevata a pH 8,0 rispetto alla nisina pura. È stato inoltre dimostrato che l'uso di una combinazione di nisina con EDTA aumenta l'attività antibatterica della nisina9, attribuita alla capacità dell'agente chelante di aumentare la permeabilità delle pareti cellulari batteriche. Tuttavia non si è verificato alcun miglioramento evidente nella stabilità della nisina. Altri sforzi volti a migliorare la stabilità della nisina si basano solitamente su sistemi di nano-consegna preparati da biopolimeri, come chitosano, cellulosa e pectina3,10,11. Tuttavia, la costruzione di questi sistemi di consegna è spesso complicata, costosa e difficile da espandere, il che ne limita l’applicazione industriale. Di conseguenza, sarebbe vantaggioso sviluppare un metodo semplice ed economico che possa soddisfare i requisiti industriali pratici.

Le ciclodestrine (CD) sono oligosaccaridi ciclici composti da vari numeri di unità α-D-glucopiranosio, prodotti dall'amido mediante idrolisi enzimatica e sono autorizzati per l'utilizzo in prodotti alimentari e sanitari nella maggior parte delle regioni del mondo12. La natura ciclica dei CD porta alla creazione di molecole che hanno un nucleo idrofobico e un esterno idrofilo, che le rende adatte come molecole ospiti per incorporare molecole o porzioni ospiti non polari13. L'incapsulamento dei composti bioattivi nei CD spesso ne migliora la disperdibilità in acqua, ne aumenta la resistenza al calore, alla luce e all'ossigeno e consente il rilascio controllato14,15. In precedenza, i ricercatori avevano dimostrato che l’incapsulamento della nisina all’interno delle β-CD ne migliorava l’attività antibatterica durante la conservazione della carne di maiale cotta16, attribuita alla formazione di complessi nisina-CD che modificavano il microambiente della nisina. Tuttavia, esiste ancora la necessità di una forma alternativa di CD che possa aumentare allo stesso tempo la solubilità, la stabilità e l’attività antimicrobica della nisina.