Meio de Fermentação Bioestimulante: Como os Polissacarídeos de Algas Verdes Melhoram os Produtos Microbianos Agrícolas

Em nosso artigo anterior, apresentamos o conceito de “Meio de Fermentação Bioestimulante”, que amplia o foco do desenvolvimento de meios de fermentação: em vez de considerar apenas o fornecimento de nutrientes, o objetivo passa a incluir a influência sobre o estado fisiológico e o desempenho funcional dos microrganismos.

Neste artigo, usamos os polissacarídeos de algas verdes como exemplo para apresentar nossos resultados preliminares sobre sua aplicação em produtos microbianos agrícolas.

A qualidade do produto não é determinada apenas pela contagem de células viáveis

No desenvolvimento de produtos microbianos, a contagem de células viáveis ao final da fermentação tem sido tradicionalmente um dos principais indicadores de avaliação.

No entanto, os microrganismos presentes nos produtos comerciais não vão diretamente do fermentador para o campo. Antes de chegarem ao agricultor, eles podem passar por processamento, armazenamento, transporte e distribuição. Por isso, no desenvolvimento de um meio de fermentação bioestimulante, é importante considerar não apenas a quantidade de biomassa microbiana produzida durante a fermentação, mas também a capacidade das células de tolerar condições de estresse nas etapas seguintes.

Em nossos estudos com inoculantes líquidos de Bacillus subtilis, observamos que a adição de polissacarídeos de algas verdes ao sistema de cultivo melhorou a sobrevivência bacteriana após 7 dias de armazenamento a 40°C.

Com uma adição de 2‰, a taxa de sobrevivência aumentou 7,5%, enquanto com 3‰, o aumento chegou a 13%.

Microrganismo testado: Bacillus subtilis
Método de teste: Os polissacarídeos de algas verdes foram adicionados à suspensão bacteriana nas concentrações de 2‰ e 3%, respectivamente. A contagem de células viáveis foi comparada após 7 dias de armazenamento a 40°C.

Os polissacarídeos de algas verdes também podem ajudar durante a secagem por atomização

Para produtos microbianos em pó, a alta temperatura e a rápida desidratação durante a secagem por atomização podem causar danos significativos às células bacterianas. Por isso, é uma prática comum na indústria utilizar agentes protetores durante esse processo.

Isso nos levou a uma nova pergunta:

Os polissacarídeos de algas verdes podem proteger as células bacterianas durante a secagem por atomização e melhorar sua sobrevivência?

Para investigar essa possibilidade, a Seawin Biotech realizou um estudo utilizando Bacillus subtilis e polissacarídeos de algas verdes durante o processo de secagem por atomização.

Microrganismo testado: Bacillus subtilis
Método de teste: Os polissacarídeos de algas verdes foram adicionados ao caldo de fermentação nas concentrações de 2‰ e 3%, respectivamente. A contagem de células viáveis no produto em pó foi comparada após a secagem por atomização.

Com a adição de 3‰ de polissacarídeos de algas verdes, a sobrevivência bacteriana após a secagem por atomização aumentou 26,8%.

Os resultados também mostraram que o efeito foi dependente da dose. Com 2‰, houve pouca alteração em comparação com o controle. Já com 3‰, a contagem de células viáveis no pó aumentou de 875 × 10⁸ UFC/g para 1.110 × 10⁸ UFC/g.

Esses resultados sugerem que, além de favorecer o crescimento bacteriano, os polissacarídeos de algas verdes podem ajudar as células bacterianas a tolerar melhor as condições de estresse durante o armazenamento e o processamento, contribuindo potencialmente para uma maior estabilidade do produto.

Ao mesmo tempo, a concentração adequada precisa ser determinada caso a caso, pois os resultados podem variar de acordo com a cepa microbiana, as condições de cultivo e os métodos de processamento utilizados posteriormente.

Do aumento da sobrevivência celular ao desempenho funcional dos microrganismos

Os dois primeiros testes tiveram como foco principal a proteção e a sobrevivência das células. À medida que nossos estudos avançaram, entretanto, começamos a observar efeitos que iam além da sobrevivência microbiana.

No sistema de cultivo de Bacillus subtilis, a adição de polissacarídeos de algas verdes aumentou a capacidade de formação de biofilme.

Left: water control; Center: cultured with green algae polysaccharides;Right: conventional culture

A formação de biofilme foi observada tanto no cultivo convencional quanto no tratamento suplementado com polissacarídeos de algas verdes. A coloração mais intensa observada no tratamento com polissacarídeos indicou uma maior capacidade de formação de biofilme, o que pode favorecer a colonização bacteriana na superfície das raízes e na rizosfera.

Também observamos efeitos inibitórios mais fortes do caldo de fermentação contra os patógenos associados à murcha de Fusarium em morango e à murcha de Fusarium em gengibre.

Essas observações levantaram outra possibilidade: o meio de fermentação poderia influenciar não apenas a sobrevivência dos microrganismos, mas também suas características funcionais?

Os polissacarídeos de algas verdes podem influenciar a produção de metabólitos microbianos

Tendências semelhantes foram observadas em nossos estudos sobre metabólitos relacionados à promoção do crescimento das plantas.

Utilizando Bacillus subtilis e Bacillus amyloliquefaciens como microrganismos de teste, observamos que a adição de polissacarídeos de algas verdes aumentou a produção de ácido indol-3-acético (AIA) em aproximadamente 120% em ambas as cepas, em comparação com o sistema de cultivo convencional.

Quando os respectivos caldos de fermentação foram aplicados às mudas de pimentão, tanto a altura das plantas quanto a massa fresca foram maiores do que nos grupos de controle.

Método de teste: Os polissacarídeos de algas verdes foram adicionados ao meio de fermentação na concentração de 2‰. Mudas de pimentão foram submetidas à aplicação via irrigação das raízes com caldos de fermentação produzidos com e sem polissacarídeos de algas verdes. A produção de AIA nos caldos de fermentação também foi medida e comparada.

 Growth-promoting effect of Bacillus subtilis on pepper seedlings

Left: water control; Center: conventional fermentation broth; Right: fermentation broth with green algae polysaccharides

Growth-promoting effect of Bacillus amyloliquefaciens on pepper seedlings

Left: water control; Center: conventional fermentation broth; Right: fermentation broth with green algae polysaccharides

Os resultados sugerem que a influência dos polissacarídeos de algas verdes nos produtos microbianos agrícolas pode se estender além de uma única etapa de produção. Seus possíveis efeitos podem ser observados durante a fermentação, o processamento, o armazenamento e, finalmente, no desempenho funcional dos microrganismos após a aplicação.

Repensando o desenvolvimento de meios de fermentação para produtos microbianos agrícolas

Esses resultados preliminares reforçam o valor prático do conceito de Meio de Fermentação Bioestimulante.

Tradicionalmente, os meios de fermentação são desenvolvidos principalmente para fornecer aos microrganismos os nutrientes necessários ao crescimento. No entanto, para produtos microbianos agrícolas comerciais, uma elevada biomassa microbiana não significa necessariamente um melhor desempenho do produto.

Uma avaliação mais completa deve considerar se os microrganismos são capazes de:

• sobreviver ao processamento e ao armazenamento;

• tolerar condições de estresse ambiental;

• manter ou melhorar suas características funcionais;

• colonizar as raízes das plantas ou a rizosfera; e

• produzir metabólitos benéficos após a fermentação.

Em outras palavras, o desenvolvimento do meio de fermentação pode precisar avançar de uma abordagem focada simplesmente no crescimento microbiano para uma abordagem que também influencie o desempenho funcional geral do produto final.

Se os produtos microbianos agrícolas dependem principalmente da capacidade dos microrganismos de sobreviver, colonizar e atuar, os sistemas microbianos projetados levantam uma questão diferente: como as condições de fermentação podem direcionar o metabolismo microbiano para a produção do composto-alvo desejado?

Em nosso próximo artigo, compartilharemos nossos resultados sobre a aplicação de polissacarídeos de algas verdes em sistemas microbianos projetados e exploraremos ainda mais o potencial do conceito de Meio de Fermentação Bioestimulante na biomanufatura industrial.