Les humains fermentent des aliments et des boissons, depuis le kimchi et le yaourt jusqu'à la bière et le kombucha, depuis plus de 13 000 ans.
La fermentation (un processus naturel qui utilise des micro-organismes pour créer des alcools et des acides à partir de glucides) peut conserver les aliments afin qu'ils durent plus longtemps et peut améliorer la qualité des aliments en transformant certains composants en des formes plus facilement digestibles.
Certains aliments fermentés contenant des micro-organismes vivants sont appelés probiotiques, ce qui peut augmenter la durée de conservation des aliments et offrir toute une série d'avantages supplémentaires, comme favoriser un microbiome intestinal sain et réduire le taux de cholestérol.
Nous sommes chimistes et notre équipe souhaitait trouver un moyen de comprendre quels probiotiques sont les plus actifs dans l’organisme. Nous avons donc développé un capteur en carton capable de surveiller l'activité métabolique des probiotiques.
Comme ils sont généralement considérés comme sûrs, les probiotiques sont également l'un des compléments alimentaires les plus populaires sur le marché actuel, représentant plus de 50 milliards de dollars par an.
Lactobacillus, Bifidobacterium et Saccharomyces sont les probiotiques les plus courants. Par exemple, les fabricants de produits alimentaires utilisent des cultures starter de Lactobacillus bulgaricus et Streptococcus thermophilus pour coaguler le lait et fabriquer du yaourt.
Des études récentes ont également montré que les probiotiques peuvent empêcher le développement de bactéries nocives dans l'organisme, abaisser le taux de cholestérol, réduire la constipation, contrôler la tension artérielle, améliorer la production de vitamines, améliorer l'absorption du calcium et renforcer le système immunitaire.
Cependant, les probiotiques ne peuvent avoir des effets sur la santé que lorsque les micro-organismes sont vivants, ce qui signifie qu'ils sont métaboliquement actifs et interagissent avec le corps de l'hôte. Ainsi, le type de probiotique, sa formulation et la manière dont il est traité deviennent d'une importance cruciale.
Les probiotiques se développent à partir de cellules individuelles pour former des colonies. Les scientifiques spécialisés dans l'alimentation peuvent étudier les probiotiques en comptant le nombre de cellules viables, également appelées unités formant des colonies, dans les aliments pour déterminer leur quantité de croissance et leur degré d'activité. Ils peuvent également étudier comment les probiotiques réagissent à un suc gastrique fabriqué en laboratoire pour simuler leur action dans votre intestin. Le suc gastrique est le liquide sécrété dans votre estomac lors de la digestion.
Cependant, la plupart de ces tests sont lents et nécessitent des instruments coûteux et du personnel qualifié. C'est là qu'interviennent nos capteurs en carton.
Notre équipe de recherche a collaboré avec une équipe de recherche du Brésil pour développer un capteur simple capable de mesurer l'activité métabolique des aliments probiotiques.
Nous avons construit les capteurs en utilisant du carton standard et un processus appelé marquage laser. Nous utilisons un laser pour convertir une petite quantité de carton en carbone, le rendant ainsi électriquement conducteur. Nous avons également utilisé des nanoparticules d'or, qui améliorent encore la réponse du capteur en diminuant la résistivité du matériau.
Il est important de réduire la résistivité du matériau car le capteur détecte l'activité métabolique des bactéries via un type de réaction chimique appelée réaction redox. Il peut détecter l'oxydation d'une molécule produite par l'un des probiotiques.
Avant les tests, l’équipe a d’abord calibré le capteur en utilisant comme modèle un yaourt probiotique populaire largement disponible dans les magasins américains. Pour chaque test, il nous suffisait d'incuber 100 microlitres d'échantillon, soit environ 1/50ème de cuillère à café, pendant 10 minutes à température ambiante.
Une fois les capteurs calibrés, nous avons testé le degré d’activité métabolique des micro-organismes présents dans l’échantillon. Nous avons testé la bière et le yaourt et avons constaté que les capteurs pouvaient déterminer l'activité métabolique avec plus de précision que les autres tests habituellement utilisés par les scientifiques.
Nous avons également constaté que les bactéries présentes dans la bière que nous avons testée, une IPA non filtrée, avaient une activité métabolique plus élevée que les yaourts, qui étaient des marques populaires Siggi's, Yakult et Activia.
Mais avant de vous rendre à votre brasserie locale, il est important de noter que le capteur ne mesure que l'activité métabolique totale des micro-organismes présents dans l'échantillon. Il ne détecte rien sur le type d'activité ou les effets potentiels sur la santé.
Bien que plusieurs groupes aient signalé les bienfaits potentiels de la bière pour la santé, toutes les bières n’offrent pas ces bienfaits. Et gardez à l'esprit qu'une pinte d'IPA contient des bactéries bénéfiques mais aussi une teneur en alcool typique comprise entre 6 et 8 % et 180 à 200 calories.
De nombreux chercheurs ont réalisé des études dans ce domaine en utilisant des aliments probiotiques plus traditionnels qui contiennent de nombreux micro-organismes présents dans votre intestin. Même dans ces cas-là, ils ont découvert que la capacité des probiotiques à corriger des problèmes de santé spécifiques est probablement limitée.
De plus, compte tenu de la manière dont les suppléments contenant des probiotiques sont réglementés, il est difficile de dire si les produits contiennent réellement le type et la quantité de bactéries viables annoncées sur l'étiquette.
Tout bien considéré, le capteur proposé vise à fournir un moyen simple, portable et peu coûteux de détecter l’activité des bactéries vivantes. Ces capteurs pourraient un jour être utiles dans des domaines comme les soins de santé.
Fourni par The Conversation
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