Le carboxylate de cyclodextrine améliore la stabilité et l'activité de la nisine dans une gamme plus large de conditions d'application

npj Science of Food volume 7, Numéro d'article : 20 (2023) Citer cet article

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La nisine est une bactériocine naturelle qui présente une bonne activité antibactérienne contre les bactéries Gram-positives. Elle a une bonne solubilité, stabilité et activité dans des conditions acides, mais elle devient moins soluble, stable et active lorsque le pH de la solution dépasse 6,0, ce qui restreint considérablement la gamme d'applications industrielles de la nisine en tant qu'agent antibactérien. Dans cette étude, nous avons étudié le potentiel de complexer la nisine avec un carboxylate de cyclodextrine, l’acide succinique-β-cyclodextrine (SACD), pour surmonter les inconvénients. Une forte liaison hydrogène a été mise en évidence entre la nisine et la SACD, favorisant la formation de complexes nisine-SACD. Ces complexes présentaient une bonne solubilité dans des conditions neutres et alcalines, et une bonne stabilité après avoir été maintenus à des valeurs de pH élevées pendant le traitement avec stérilisation à la vapeur élevée. De plus, les complexes nisine-SACD présentaient une activité antibactérienne significativement améliorée contre les bactéries modèles à Gram positif (S. aureus). Cette étude montre que la complexation peut améliorer l'efficacité de la nisine dans des situations neutres et alcalines, ce qui peut considérablement élargir sa gamme d'applications dans les industries alimentaire, médicale et autres.

La nisine est un petit peptide composé de 34 résidus d'acides aminés produit par la souche de la sous-espèce Lactococcus lactis, qui est la seule bactériocine approuvée comme conservateur alimentaire1. Il est généralement reconnu comme sûr (GRAS) et est largement utilisé dans les industries alimentaire, médicale et agricole. La nisine présente une activité antibactérienne à large spectre contre les bactéries Gram-positives. On pense qu’il s’adsorbe sur les membranes cellulaires des bactéries, les perturbe et provoque la libération de substances cellulaires internes, favorisant ainsi la mort cellulaire2,3. Dans des conditions acides (pH < 6,0), la nisine présente une solubilité et une stabilité souhaitables avec seulement une légère perte d'activité après traitement thermique4,5. Cependant, la structure de la nisine change dans des conditions alcalines en raison d’une réaction d’addition nucléophile intermoléculaire, ce qui entraîne une diminution de la solubilité dans l’eau, de la stabilité thermique et de l’activité antibactérienne6,7. Ainsi, l’application industrielle de la nisine comme antimicrobien naturel est actuellement limitée aux conditions acides.

Le pH de la plupart des fluides physiologiques est compris entre 6,0 et 8,5, y compris les fluides intracellulaires, extracellulaires et intestinaux8. Pour étendre les applications industrielles de la nisine, des efforts ont donc été consacrés à l'identification de stratégies permettant de maintenir sa solubilité, sa stabilité et son activité antibactérienne dans des situations physiologiques. Les acides organiques peuvent s'associer à la nisine dans les solutions aqueuses via des liaisons hydrogène, ce qui peut augmenter les performances de la nisine. Par exemple, Adhikari et al. 7 a montré qu'un composite nisine-acide organique avait une activité antimicrobienne beaucoup plus élevée à pH 8,0 que la nisine pure. Il a également été démontré que l’utilisation d’une combinaison de nisine et d’EDTA augmente l’activité antibactérienne de la nisine9, attribuée à la capacité de l’agent chélateur à augmenter la perméabilité des parois cellulaires bactériennes. Cependant, il n'y a pas eu d'amélioration évidente de la stabilité de la nisine. D'autres efforts visant à améliorer la stabilité de la nisine reposent généralement sur des systèmes de nano-administration préparés à partir de biopolymères, tels que le chitosane, la cellulose et la pectine3,10,11. Cependant, la construction de ces systèmes de distribution est souvent compliquée, coûteuse et difficile à mettre à l’échelle, ce qui limite leur application industrielle. Par conséquent, il serait avantageux de développer une méthode simple et peu coûteuse qui pourrait répondre aux exigences industrielles pratiques.

Les cyclodextrines (CD) sont des oligosaccharides cycliques composés d'un nombre variable d'unités α-D-glucopyranose, qui sont produites à partir d'amidon par hydrolyse enzymatique, et dont l'utilisation est autorisée dans les produits alimentaires et de santé dans la plupart des régions du monde12. La nature cyclique des CD conduit à la création de molécules possédant un noyau hydrophobe et un extérieur hydrophile, ce qui les rend appropriées comme molécules hôtes pour incorporer des molécules ou fragments invités non polaires13. L'encapsulation de composés bioactifs dans des CD améliore souvent leur dispersibilité dans l'eau, renforce leur résistance à la chaleur, à la lumière et à l'oxygène et permet une libération contrôlée14,15. Auparavant, des chercheurs ont montré que l'encapsulation de la nisine dans les β-CD améliorait son activité antibactérienne lors de la conservation de la viande de porc cuite16, ce qui était attribué à la formation de complexes nisine-CD qui modifiaient le microenvironnement de la nisine. Cependant, il existe toujours un besoin pour une forme alternative de CD capable d’améliorer simultanément la solubilité, la stabilité et l’activité antimicrobienne de la nisine.