Encapsulación de probióticos . Marcelo Fernando Valle Vargas
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A pesar de la evidencia científica que existe sobre los beneficios de la colonización y crecimiento de los probióticos en el tracto gastrointestinal de los peces (Moroni et al., 2021; Merrifield y Carnevali, 2014), su viabilidad se puede ver afectada durante su almacenamiento, incorporación en el alimento (Masoomi et al., 2019) y/o paso por el tracto gastrointestinal del hospedero (Pinpimai et al., 2015; Pirarat et al., 2015). Esto último es debido a que los probióticos son susceptibles a la disminución de su concentración por condiciones adversas, como el bajo pH (1-3) de los jugos gástricos y la acción de sales biliares, lo cual causa que a su llegada al intestino no estén en la concentración adecuada y, por ende, no puedan tener el efecto benéfico esperado (Kumaree et al., 2015). Con el propósito de incrementar la viabilidad de los probióticos durante su almacenamiento, inclusión en el alimento de los peces y extrusión, así como en el paso por el tracto gastrointestinal, se hace necesario el uso de técnicas de protección de los probióticos en estos ambientes. Dentro de estas técnicas se encuentra la encapsulación, la cual consiste en el atrapamiento de una sustancia (núcleo, material activo) dentro un material de pared (sólido, líquido) para la producción de partículas con un diámetro de pocos nanómetros a milímetros (Vidal, 2016). Los probióticos han sido encapsulados por diferentes técnicas, como secado por aspersión, liofilización, coacervación y gelificación iónica (Masoomi et al., 2019), siendo esta última una de la más empleadas, ya que no se aplican altas temperaturas durante el proceso (Yao et al., 2020). Por otra parte, técnicas como el eletrospinning (Ceylan et al., 2018; Zupančič et al., 2019; Feng et al., 2020) y la ventana refractiva (Aragón et al., 2019; Yoha et al., 2021; Yoha et al., 2020) han sido poco exploradas para encapsulación de probióticos. Si las condiciones del proceso de encapsulación, como temperatura, flujo de aire, flujo de alimentación, concentración de los materiales de pared, propiedades fisicoquímicas de los materiales de pared, entre otras, no son las adecuadas (Anandharamakrishnan y Ishwarya, 2015; Šipailienė y Petraitytė, 2018), el probiótico no estará protegido y, por ende, será susceptible a la reducción de su concentración durante la encapsulación, el almacenamiento, el transporte y el tránsito por el tracto gastrointestinal, debido a factores como el estrés mecánico, oxígeno, ácidos gástricos, enzimas digestivas y sales biliares (Yao et al., 2020).
Muchas investigaciones se han enfocado en la utilización de probióticos en alimentación de tilapia, siendo las más comunes las especies de los géneros Lactobacillus (L. rhamnosus, L. plantarum, L. acidophilus, L. casei, L. reuteri, L. delbrueckii), Lactococcus (L. lactis, principalmente), Bacillus (B. megaterium, B. subtilis, B. licheniformis, B. pumilis, Bacillus sp.), Bifidobacterium (B. breve, Bifidobacterium sp.), Saccharomyces (S. cerevisiae), entre otros (Adeoye et al., 2016; Chen et al., 2020; Gutiérrez et al., 2016; Ng et al., 2014; Standen et al., 2016; Sutthi y Doan, 2020; Van Doan et al., 2019; Villamil et al., 2014; Xia et al., 2018). No obstante, son pocas en las que se han encapsulado probióticos para tilapia (Agung et al., 2015; Pinpimai et al., 2015; Pirarat et al., 2015; Satyari et al., 2015a; Gioacchini et al., 2018; Satyari et al., 2015b), reportándose hasta el momento en Colombia una sola investigación de este tipo, la cual fue realizada por Gutiérrez et al. (2016), quienes alimentaron tilapia roja (Oreochromis spp.) con una dieta suplementada con un probiótico en consorcio encapsulado compuesto por B. megaterium, Bacillus polymyxa y L. delbrueckii.
Teniendo en cuenta la contextualización que se ha planteado en las anteriores líneas, se espera que este libro contribuya en los ámbitos académico, científico, industrial, económico, social y ambiental. En lo académico y científico, ya que con la información presentada se pueden generar ideas que conlleven la estructuración de proyectos de investigación que den como resultado la generación de nuevo conocimiento, junto con su apropiación y circulación. De este modo, podrá ser utilizado en la acuicultura, especialmente en el cultivo de tilapia y peces continentales, como también en el desarrollo de futuras investigaciones con peces marinos, todo con el objetivo de mejorar la productividad, lo que podría generar mayores ingresos a los empresarios, oportunidades de empleo y bienestar social. Adicionalmente, buscando asimismo la consecución de los Objetivos del Desarrollo Sostenible, gracias a la reducción en el uso de antibióticos, se tendrá menor impacto ambiental.
Como se vio, la acuicultura –y, en este caso, especialmente la piscicultura– juega un papel fundamental en la seguridad alimentaria del país (Meriño et al., 2013; Cruz et al., 2011). Según la Encuesta Nacional de la Situación Nutricional (ENSIN) de 2015 (MSPS, 2015), la prevalencia nacional de Inseguridad Alimentaria en el Hogar (INSAH) fue del 54,2%, donde 31,9% de los hogares tenían inseguridad alimentaria leve, 13,8% de los hogares tenían inseguridad alimentaria moderada y 8,5% severa. Es importante destacar que el departamento de La Guajira presentó una INSAH total de 69,3%, donde la severidad alcanzó el 25,5%, según el Ministerio de Salud y Protección Social (2020). Cabe resaltar que en este departamento se encuentra la mayor población indígena de Colombia, los wayúu, con cerca de 270.000 personas, de las cuales el 97% vive en el área rural, lo cual dificulta el acceso a alimentos, salud y agua potable. El 77% de las familias wayúu no tienen acceso a alimentos en la cantidad y calidad nutricional suficiente que les permitan llevar una vida activa y saludable. Además, según datos del censo poblacional del 2018, 90% de la población de La Guajira trabaja en el sector informal desarrollando actividades como el turismo, la hotelería y el comercio en la frontera con Venezuela (Human Right Watch, 2020). Por lo tanto, la acuicultura es una actividad esencial para mejorar la seguridad alimentaria y generar oportunidades de empleo (FAO, 2017b), en lugares como La Guajira, donde la falta de acceso a los alimentos y la desnutrición están bastante extendidas en las poblaciones vulnerables, en especial en aquellas que viven en las zonas rurales (Cotes et al., 2016). Por estas razones, el Departamento de La Guajira, en su Plan Departamental de Desarrollo 2020-2023, indica que las acciones de fomento de la acuicultura y pesca deben estar orientadas a impulsar emprendimientos y generar oportunidades de reconversión laboral, esto mediante la creación de incentivos y acceso a créditos y mecanismos de financiación para proyectos en este sector, fortaleciéndolo a través de la infraestructura adecuada, el encadenamiento productivo y su tecnificación (Gobernación de La Guajira, 2020).
Toda la temática anteriormente expuesta será desarrollada con mayor detalle en este libro, el cual está estructurado de la siguiente manera: generalidades de la tilapia y su cultivo (capítulo 1), uso de probióticos en tilapia (capítulo 2), producción de probióticos (capítulo 3), encapsulación de probióticos destinados a la alimentación de tilapia (capítulo 4) y descripción de algunas metodologías para la evaluación de parámetros de proceso, parámetros in vitro e in vivo (capítulo 5), en la encapsulación como técnica de protección para probióticos que se destinan a la alimentación de tilapia.
1. Cultivo de tilapia en Colombia
Resumen
La tilapia es una especie originaria de los ríos africanos, introducida en Colombia con fines de repoblamiento y diversificación de especies ícticas cultivables a finales de los años ochenta. La tilapia y sus híbridos son peces con ventajas productivas, como alta resistencia a condiciones de cultivo adversas y reproducción y mantenimiento relativamente fácil. No obstante, se han reportado mortalidades y pérdidas económicas en el país y el mundo causadas por enfermedades de origen bacteriano, viral y parasitario. Con el objetivo de incrementar la productividad y sostenibilidad del sector piscícola, es necesario generar alternativas biotecnológicas como nuevos productos prebióticos, probióticos, inmunoestimulantes,