Gli esseri umani fermentano cibi e bevande, dal kimchi allo yogurt, alla birra e al kombucha, da oltre 13.000 anni.
La fermentazione, un processo naturale che utilizza microrganismi per creare alcoli e acidi dai carboidrati, può preservare il cibo in modo che duri più a lungo e può migliorare la qualità del cibo trasformando alcuni componenti in forme più facilmente digeribili.
Alcuni alimenti fermentati che contengono microrganismi vivi sono chiamati probiotici, che possono aumentare la durata di conservazione degli alimenti e fornire una serie di vantaggi aggiuntivi, come la promozione di un microbioma intestinale sano e l'abbassamento dei livelli di colesterolo.
Siamo chimici e il nostro team voleva trovare un modo per capire quali probiotici sono i più attivi nel corpo. Quindi, abbiamo sviluppato un sensore di cartone in grado di monitorare l'attività metabolica dei probiotici.
Poiché sono generalmente considerati sicuri, i probiotici sono anche uno degli integratori alimentari più popolari nel mercato odierno, con un fatturato di oltre 50 miliardi di dollari all'anno.
Lactobacillus, Bifidobacterium e Saccharomyces sono i probiotici più comuni. Ad esempio, i produttori di alimenti utilizzano colture starter di Lactobacillus bulgaricus e Streptococcus thermophilus per coagulare il latte e produrre yogurt.
Studi recenti hanno inoltre scoperto che i probiotici possono prevenire lo sviluppo di batteri nocivi nel corpo, abbassare i livelli di colesterolo, ridurre la stitichezza, controllare la pressione sanguigna, aumentare la produzione di vitamine, migliorare l'assorbimento del calcio e rafforzare il sistema immunitario.
Tuttavia, i probiotici possono fornire effetti sulla salute solo quando i microrganismi sono vivi, il che significa che sono metabolicamente attivi e interagiscono con il corpo dell’ospite. Pertanto, il tipo di probiotico, la sua formulazione e il modo in cui viene elaborato diventano di fondamentale importanza.
I probiotici crescono da singole cellule in colonie. Gli scienziati alimentari possono studiare i probiotici contando il numero di cellule vitali, chiamate anche unità formanti colonie, nel cibo per capire quanto potrebbero crescere e quanto saranno attive. Possono anche studiare come i probiotici rispondono a un succo gastrico prodotto in laboratorio per simulare il modo in cui agiscono i probiotici nell'intestino. Il succo gastrico è il fluido secreto nello stomaco durante la digestione.
Tuttavia, la maggior parte di questi test sono lenti e richiedono strumenti costosi e personale qualificato. È qui che entrano in gioco i nostri sensori di cartone.
Il nostro gruppo di ricerca ha collaborato con un gruppo di ricerca brasiliano per sviluppare un semplice sensore in grado di misurare l'attività metabolica degli alimenti probiotici.
Abbiamo costruito i sensori utilizzando cartone standard e un processo chiamato laser scribing. Usiamo un laser per convertire una piccola quantità di cartone in carbonio, rendendolo elettricamente conduttivo. Abbiamo utilizzato anche nanoparticelle d'oro, che migliorano ulteriormente la risposta del sensore diminuendo la resistività del materiale.
Abbassare la resistività del materiale è importante perché il sensore rileva l'attività metabolica dei batteri attraverso un tipo di reazione chimica chiamata reazione redox. Può rilevare l'ossidazione di una molecola prodotta da uno dei probiotici.
Prima del test, il team ha calibrato il sensore utilizzando come modello un popolare yogurt probiotico ampiamente disponibile nei negozi statunitensi. Per ogni test, abbiamo dovuto incubare solo 100 microlitri di campione, circa 1/50 di un cucchiaino, per 10 minuti a temperatura ambiente.
Una volta calibrati i sensori, abbiamo testato quanto fossero metabolicamente attivi i microrganismi presenti nel campione. Abbiamo testato sia la birra che lo yogurt e abbiamo scoperto che i sensori potevano determinare l'attività metabolica in modo più accurato rispetto ad altri test utilizzati solitamente dagli scienziati.
Abbiamo anche scoperto che i batteri nella birra che abbiamo testato, una IPA non filtrata, avevano una maggiore attività metabolica rispetto agli yogurt, che erano marchi popolari Siggi's, Yakult e Activia.
Ma, prima di recarti al birrificio locale, è importante notare che il sensore misura solo l'attività metabolica totale dei microrganismi presenti nel campione. Non rileva nulla sul tipo di attività o sui potenziali effetti sulla salute.
Sebbene diversi gruppi abbiano riferito sui potenziali benefici per la salute della birra, non tutte le birre forniranno questi benefici. E tieni presente che una pinta di IPA trasporta batteri benefici ma anche un contenuto alcolico tipico compreso tra il 6% e l'8% e 180-200 calorie.
Molti ricercatori hanno condotto studi in questo campo utilizzando alimenti probiotici più tradizionali che contengono molti dei microrganismi presenti nell’intestino. Anche in questi casi, hanno scoperto che la capacità dei probiotici di correggere specifici problemi di salute è probabilmente limitata.
Inoltre, considerando il modo in cui sono regolamentati gli integratori contenenti probiotici, è difficile dire se i prodotti contengano effettivamente il tipo e la quantità di batteri vitali pubblicizzati sull'etichetta.
Tutto considerato, il sensore proposto mira a fornire un modo semplice, portatile ed economico per rilevare l’attività dei batteri vivi. Questi sensori potrebbero un giorno rivelarsi utili in campi come quello sanitario.
Fornito da The Conversation
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