Influencia de varios parámetros sobre la viabilidad, humectabilidad y recobrado del bionematicida HeberNem-S^Ò

Influence of various parameters on the viability, wettability and recovery of HeberNem-S^Ò bionematicide

Yunier Luis Paneque ^1,*, Jesus Zamora ¹ , Rutdali Maria Segura ¹, Amaury Pérez Sánchez², Lourdes Mariana Crespo²,  Mirlleys Peláez¹, Nemecio González¹

• Centro de Ingeniería Genética y Biotecnología / Camagüey / Cuba;

Yunier Luis Paneque: yunier.paneque@cigb.edu.cu .ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6196-0425

Jesus Zamora: jesus.zamora@cigb.edu.cu, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6227-1525

Rutdali Maria Segura:  ruthdaly.segura@cigb.edu.cu, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2821-154X

Mirlleys Peláez:  mirlleys.pelaez@cigb.edu.cu, ORCID: https://orcid.org/0009-0003-6190-111X 

Nemecio González:  nemecio.gonzalez@cigb.edu.cu, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6996-0013

• Universidad de Camagüey / Camagüey / Cuba;

Amaury Pérez Sánchez : amaury.perez84@gmail.com. ORCID: http://orcid.org/0000-0002-0819-6760

Lourdes Mariana Crespo: lourdes.crespo@reduc.edu.cu, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4799-3447

Correspondence: yunier.paneque@cigb.edu.cu

DOI: 10.70373/RB/2025.10.01.5

Resumen

El objetivo del presente trabajo consistió en evaluar la adición de sacarosa y la temperatura de salida del aire de secado en un secador por aspersión sobre la humectabilidad del bionematicida ecológico HeberNem-S^Ò, con el fin de lograr que este producto en polvo cumpla con la norma internacional vigente. Ambos parámetros fueron posteriormente optimizados mediante el software Design Expert^Ò. También se evaluó la influencia de la temperatura de salida del aire de secado y la aplicación de diferentes concentraciones de antiespumante DG-158 sobre la viabilidad, humectabilidad y recobrado del polvo de HeberNem-S^Ò. Se obtuvo un valor óptimo de la concentración de sacarosa de 1,2g/100 g de biomasa húmeda. El antiespumante DG-158 debe agregarse a la nueva formulación de HeberNem-S^Ò con una concentración de 3,5% con el propósito de mejorar su humectabilidad. Se debe realizar el secado a la temperatura de salida del aire de 80 °C.

Palabras claves

HeberNem-S^Ò; humectabilidad; sacarosa; viabilidad.

Abstract

The objective of this work was to evaluate the addition of sucrose and the outlet temperature of the drying air in a spray dryer on the wettability of the ecological bionematicide HeberNem-S^Ò, in order to ensure that this powder product meets the current international standard. Both parameters were subsequently optimized using Design Expert^Ò software. The influence of the drying air outlet temperature and the application of different concentrations of DG-158 antifoam on the viability, wettability and recovery of the HeberNem-S^Ò powder were also evaluated. An optimal value of sucrose concentration of 1.2g/100 g of wet biomass was obtained. The antifoam DG-158 should be added to the new formulation of HeberNem-S^Ò with a concentration of 3.5% in order to improve its wettability. Drying must be carried out at the air outlet temperature of 80 °C.

Keywords

HeberNem-S^Ò; wettability; sucrose; viability.

Introducción

La humectabilidad es una propiedad funcional que representa el grado de humectación de un sólido, la cual es una propiedad funcional importante a considerar para la formulación exitosa de polvos humectarles en los sectores alimenticios, biotecnológicos y farmacéuticos ¹. Entre las consecuencias macroscópicas de los fenómenos nano- y microscópicos que ocurren en las interfaces fluido-sólido, esta es gobernada por el balance entre fuerzas adhesivas y cohesivas, representando la fuerza de ensamblaje de superficies diferentes e idénticas, respectivamente ². Cuando una cantidad de líquido (p. ej. gota de agua) establece contacto con una superficie porosa o no porosa (p. ej. sólido granular) su desplazamiento hasta que alcanza la posición de equilibrio depende de la fuerza resultante de las tensiones interfaciales en la línea de contacto de tres fases inmiscibles (sólido/líquido/gas). La humectabilidad de un polvo juega un rol crucial en el recubrimiento, la dispersión como etapa precursora a la disolución, y el procesamiento de polvo tales como granulación y otros usos prácticos ¹.

Son varios los estudios de humectabilidad efectuados hasta la fecha en donde se estudia este parámetro para diferentes productos, incluyendo leche descremada en polvo, chocolate en polvo, leche en polvo con elevado contenido de grasa, caseinato de sodio en polvo, aislado de caseína en polvo y harina de trigo ³; yogurt endulzado en polvo ⁴; leche de búfalo en polvo ⁵; leche descremada en polvo, leche entera en polvo, crema en polvo y concentrado de proteína de suero ⁶; queso blanco en polvo ⁷, y leche entera en polvo ⁸, sin embargo se reportan pocos estudios de humectabilidad de polvos que contienen microorganismos tales como probióticos, bionematicidas y biofertilizantes. Se estudió el desarrollo de una formulación en polvo humectable de Bacillus thuringiensis obtenida mediante secado por atomización, con propiedades físicas y biológicas mejoradas como bio-insecticida ⁹. Asimismo, se estudió un nuevo método de secado por atomización de dos cepas de Propionibacteria láctea (Propionibacterium acidipropionici), para luego monitorear la humectabilidad, entre otras parámetros físico-químicos, de los polvos obtenidos por tres años bajo dos temperaturas (4 ºC y 21 ± 2 ºC) ¹⁰. Existe un estudio realizado por varios de los autores de este trabajo ¹¹, donde se pudo determinar que el factor de mayor influencia en la humectabilidad del producto HeberNem-S^Ò es la concentración de sólidos solubles del medio agotado, recomendando la adición de tanto lecitina de soya como antiespumante Glanapon para mejorar la humectabilidad de dicho producto.

El secado por aspersión es la transformación de una solución, suspensión, dispersión o emulsión de alimentación en una forma particulada seca a través de la aspersión del alimentado en un medio secante caliente. El producto seco puede tener la forma de polvos, gránulos o aglomerados en dependencia de las propiedades físicas y químicas del alimentado, el diseño del secador y las propiedades deseadas del polvo. Durante el proceso de secado el perfil de temperatura-tiempo de las gotas puede dividirse en dos períodos: a) período de velocidad constante (comienzo del secado), donde la temperatura de las partículas secadas por atomización y la inactivación del calor están limitadas por la temperatura de bulbo húmedo por el efecto de enfriamiento evaporativo, y b) período de velocidad descendente, donde la temperatura de las partículas secadas por aspersión se incrementa pero generalmente no alcanzan la temperatura de entrada del aire. Los factores más importantes a considerar para operar un secador por aspersión, y optimizarlo, son el caudal del alimentado, temperatura de entrada/salida del aire secante, viscosidad, contenido de sólidos, temperatura y tensión superficial del alimentado, así como la volatilidad del solvente y el tipo de atomizador utilizado ¹².

El secado por aspersión puede incrementar la ocurrencia de daño celular, ocasionando a su vez la perdida de la viabilidad del cultivo y alteraciones en la capacidad protectora de las células ¹³. En este sentido, el calor aplicado durante la primera etapa del secado por aspersión debe tener baja influencia en la viabilidad celular. La gota se deshidrata rápidamente, creando por tanto una matriz pobre en agua alrededor de las células secadas por atomización. La consecuencia inmediata de esta etapa es la formación de una solución hipertónica inmediata la cual promueve la remoción de agua desde el citoplasma de la célula. Este flujo de salida abrupto de agua es característico del estrés osmótico el cual puede dañar las proteínas intracelulares y comprometer la organización de la membrana de lípido. También puede ocurrir daño mecánico en las células cuando estas pasan a través del atomizador del secador por aspersión, debido a las fuerzas de cizallamiento. Lo anterior también es reportado por ¹⁴, donde se indica que la exposición de las células a las altas temperaturas que presenta el aire en la cámara de secado por aspersión conducirá a efectos negativos en la viabilidad y actividad del producto deshidratado, indicando además que se cree que la deshidratación y choque térmico son los responsables de la inactivación de los microorganismos. Por tanto, resulta importante y significativo evaluar la viabilidad de cultivos de microorganismos después de haber sido deshidratados en sistemas de secado por aspersión.

Existen varios trabajos relacionados con la determinación de la viabilidad de microorganismos después de haber sido deshidratados mediante secado por aspersión. Los microorganismos estudiados fueron Lactobacillus plantarum TISTR 2075 usando maltodextrina como transportador ¹⁵; Propionibacterium spp contenido en polvo de permeado de suero dulce diluido en agua ¹⁰; Lactobacillus acidophilus estabilizado en un transportador compuesto por 60:20:20 (p/p) de maltodextrina: concentrado de proteína de suero: d-glucosa ¹⁶; Lactobacillus plantarum BM-1 en varios transportadores ¹⁴; Lactobacillus pentosus en una mezcla de almidón-pulque ¹⁷; Lactobacillus rhamnosus GG ¹⁸; Collimonas arenae Cal35 ¹⁹; y Lacticaseibacillus casei  ²⁰.

HeberNem^Ò es un producto biológico el cual es efectivo en el control de nemátodos de diferentes especies y géneros (Meloidogyne spp, Radopholus similis y Pratylenchus spp), siendo el ingrediente activo de este producto la bacteria Gram positiva Tsukamurella paurometabola cepa C-924, aislada a partir de la rizosfera de plantas de plátano. Es un bacilo de vida libre, aerobio estricto, ligeramente curvado (0,5 – 0,8 x 1,0 – 1,2 mm) que puede encontrarse de forma simple en pares o en masas. Su temperatura óptima es de 37 ºC y es de crecimiento lento. Se clasifica como cepa de nivel 1 de riesgo biológico y no tiene efectos negativos sobre plantas, animales o el hombre ²¹. Esta bacteria produce sulfuro de hidrógeno y quitinasas, donde cuya acción se debe principalmente al efecto combinado nematicida de ambos elementos en los huevos y larvas de los nemátodos. La bacteria es formulada en la actualidad en dos presentaciones, la líquida (HeberNem-L^Ò) y sólida o en polvo (HeberNem-S^Ò), con el fin de retener su viabilidad y propiedades nematicidas.

Existen diversos los estudios realizados sobre la bacteria Tsukamurella paurometabola, específicamente en cuanto a la modelación matemática de la influencia del pH y la temperatura en la velocidad de crecimiento durante la fermentación sumergida ²²; el establecimiento del proceso de fermentación en sumergido en base al crecimiento diáuxico en extracto de levadura y sacarosa como sustratos ²³; su interacción con Rhizobium leguminosarum biovar phaseoli CFH en el cultivo de frijol ²¹; su interacción con los hongos Glomus fasciculatum y Glomus clarum en la colonización micorrízica y el peso foliar en lechuga ²⁴; la determinación  de las potencialidades de esta bacteria como agente de control biológico sobre siete especies de hongos fitopatógenos a través de ensayos in vitro ²⁵; y la determinación de algunos de los caracteres promotores del crecimiento vegetal de la bacteria, y la evaluación del efecto de esta cepa en el crecimiento de Zea mays L. en ausencia de nemátodos ²⁶. Por otro lado, se informó acerca de la encapsulación de esta bacteria en almidón, mediante la tecnología de secado por atomización, realizándose también un estudio de estabilidad del formulado obtenido a través de un método de estabilidad acelerada ²⁷. Igualmente, en ²⁸ se estudió la obtención de células anhidrobióticas usando tecnologías de secado por liofilización y por aspersión, obteniendo como resultado tasas de supervivencia superiores a 60% y el desarrollo de un modelo matemático para evaluar y predecir la estabilidad de las células bacterianas desecadas, lo cual condujo a recomendar la producción de formulaciones en polvo de T. paurometabola C-924.

El HeberNem-L^Ò se ha probado con éxito en el control del nemátodo Meloidogyne incognita Chitwood y además en su participación en el crecimiento y desarrollo del tomate (Solanum lycopersicum) ²⁹. También, se reportan ³⁰ tres métodos para evaluar la actividad nematicida del bioproducto HeberNem^Ò tanto líquido como sólido, frente a huevos y larvas de Meloidogyne spp., mostrando una inhibición de la eclosión de los huevos superior al 90% y una reducción de la supervivencia de las larvas del 52%, para la concentración de células de 5×10⁶ ufc/mL.

Vale destacar que a partir del año 2019 el nombre del microorganismo T. paurometabola fue cambiado por Brevibacterium celere en base a un nuevo estudio de reclasificación de la cepa C-924. Lo anterior se efectuó de acuerdo con el análisis exhaustivo de datos experimentales, entre los cuales se incluyó la morfología celular, características fisiológicas y bioquímicas, y por último secuenciación de gen 165 rRNA bajo condiciones de laboratorio ³¹.

Se reporta además un estudio ³² en donde se evaluó la estabilidad de la bacteria Brevibacterium celere, ingrediente farmacéutico activo del producto HeberNem-S^Ò según la nueva reclasificación mencionada en el párrafo anterior, a las temperaturas de 16, 28 y 37 ºC sin aplicar vacío, obteniéndose como resultado un modelo matemático logarítmico-exponencial que permite estimar el grado de supervivencia de este microorganismo sin necesidad de efectuar experimentación.

La humectabilidad de un polvo humectable en agua debe ser menor de 3 minutos según las normas internacionales ³³. En este contexto, en el presente trabajo se evaluó la influencia de la adición de sacarosa y la temperatura de salida del aire de secado sobre la humectabilidad del polvo de HeberNem-S^Ò para lograr que este producto cumpla con la norma internacional establecida. Ambos parámetros fueron posteriormente optimizados mediante el software Design Expert^® 8.0.6 (Stat-Ease, Inc.). También se realizó una evaluación de la influencia de la temperatura de salida del aire de secado en el secador por aspersión sobre la viabilidad, humectabilidad y recobrado del polvo de HeberNem-S^Ò. Por último, se procedió a evaluar la influencia de utilizar diferentes concentraciones de antiespumante sobre la humectabilidad y viabilidad del polvo de HeberNem-S^Ò. Con el estudio de la influencia de los parámetros antes mencionados se obtendrá una formulación que cumpla con las normas internacionales vigentes en cuanto a humectabilidad.

Materiales y métodos

Lugar donde se llevaron a cabo los experimentos

Los experimentos se realizaron en la planta de desarrollo en la Planta de Desarrollo ubicada en el Centro de Ingeniería Genética y Biotecnología de Camagüey, Cuba.

Determinación de la humectabilidad del polvo obtenido mediante secado por aspersión

La medición de la humectabilidad del polvo de HeberNem-S^Ò obtenido en los diferentes experimentos se realizó siguiendo la metodología reportada en ³⁴.

Determinación de la viabilidad del polvo obtenido mediante secado por aspersión

La viabilidad de las diferentes muestras de polvo obtenido mediante secado por atomización se realizó por conteo en placas utilizando el método de la gota ³⁵.

Determinación del porciento de recuperación del polvo obtenido mediante secado por aspersión (Recobrado)

Para calcular el porciento de recuperación del polvo de secado (recobrado) se calcula primero la masa teórica de polvo () mediante la siguiente expresión:

Dónde:

– Volumen a secar (L)

– Materia seca de la crema formulada a la entrada del secador (%).

Luego, se calcula masa del polvo a la salida ():

Dónde:

– Masa del polvo (kg)

– Humedad residual del polvo (%).

El porciento de recobrado () se calcula dividiendo la masa del polvo a la salida () entre la masa teórica del polvo () multiplicada por 100.

En este caso, tanto la materia seca de la crema formulada antes de ser alimentada al secador como la humedad residual del polvo se determinaron en una balanza de humedad (Sartorius, MA 35).

Equipamiento utilizado

En todos los experimentos se utilizó un secador por aspersión (Anhydro, Compact) el cual está equipado con una bomba de flujo continuo para alimentar el fluido hacia el interior de la cámara de secado, un atomizador rotatorio para asperjar el fluido a secar, una ciclón colector y se le adiciono un intercambiador de calor tubular para precalentar el líquido formulado antes de ser secado ³⁶. El secador por aspersión opera con flujos de aire y alimentado en paralelo y sus principales parámetros de operación son controlados de forma automatizada ³⁷.

Experimento 1: Evaluación de la adición de sacarosa y de la temperatura de salida del aire de secado sobre la humectabilidad del polvo de HeberNem-S^Ò

La concentración de sacarosa máxima correspondió con la empleada en la formulación actual, esto es, 3,3 g por cada 100 g de biomasa húmeda. A continuación, se muestran las condiciones aplicadas para llevar a cabo el experimento 1:

La pasteurización de la premezcla se efectuó a 95 °C durante 90 minutos con ayuda de un tanque enchaquetado de 50 L provisto de agitación (Chemap). La composición de la premezcla, en base seca de la formulación total, consistió en una concentración de antiespumante DG-158 de 2% de la crema a secar, una concentración de extracto de levadura de 73% de la crema a secar, una concentración de sacarosa de 0-3,3 g por cada 100 g de biomasa húmeda según diseño de experimento. La concentración de la biomasa seca fue de 25% de la crema a secar, la concentración de materia seca de la crema a secar fue de 40%. La temperatura de entrada del aire a la cámara de secado fue de 130 ºC, la velocidad de rotación del atomizador rotatorio fue de 25 000 rpm, mientras que la temperatura de salida del aire de secado se varió entre 60-96,21 ºC según diseño de experimento (Tabla 1).

Tabla 1. Diseño de experimento del tipo superficie de respuesta elaborado para evaluar la influencia de la concentración de sacarosa y la temperatura de salida del aire de secado en el secador por aspersión en la humectabilidad.

¹BH – Biomasa húmeda

Este tipo de diseño experimental incluye puntos fuera del rango propuesto que garantizan el ajuste del diseño. En la práctica la concentración de sacarosa de la variante 5 fue igualada a cero.

Experimento 2: Evaluación de la influencia de la temperatura de salida del aire de secado en el secador por aspersión sobre la viabilidad, humectabilidad y recobrado del polvo de HeberNem-S^Ò

Para la realización de este experimento se utilizó la concentración de sacarosa optimizada mediante el experimento anterior. A continuación, se muestran las condiciones aplicadas para llevar a cabo este experimento:

La pasteurización de la premezcla se efectuó a 95 °C durante 90 minutos con ayuda de un tanque enchaquetado de 50 L provisto de agitación (Chemap). La composición de la premezcla, en base seca de la formulación total, consistió en una concentración de antiespumante DG-158 de 0,5% de la crema a secar, una concentración del extracto de levadura de 73% de la crema a secar, una concentración de sacarosa de 1,2 g por cada 100 g de biomasa húmeda. La concentración de biomasa seca fue de 25% de la crema a secar, Antes de realizar el secado se adiciona la concentración de antiespumante DG-158 de 1,5% de la crema formulada a secar, y la materia seca de la crema formulada a secar fue de 40%. Los valores aplicados de la temperatura de entrada del aire a la cámara de secado y la velocidad del atomizador rotatorio fueron de 130 ºC y 25 000 rpm, respectivamente, mientras que la temperatura de salida del aire de secado fue fijada en 60 ºC (control), 70 ºC, 75 ºC y 80 ºC.

Las variables de respuesta evaluadas fueron la viabilidad, humectabilidad y recobrado. Con el fin de validar el punto óptimo se procedió a muestrear diferentes tiempos de espera del polvo en el reservorio colector de polvo acoplado al secador por aspersión industrial.

Experimento 3: Evaluación de diferentes concentraciones de antiespumante sobre la humectabilidad y viabilidad del polvo de HeberNem-S^Ò

La concentración de sacarosa utilizada en este experimento se corresponde con la optimizada en el experimento 1. Tomando en cuenta que la nueva formulación cuenta con aproximadamente 3/4 partes de extracto de levadura, se convertirá su masa seca a biomasa húmeda multiplicando por 3. A continuación se describen las condiciones aplicadas para llevar a cabo este experimento:

La pasteurización de la premezcla se realizó a 95 °C durante 90 minutos utilizando un tanque enchaquetado de 50 L provisto de agitación (Chemap). La composición de la premezcla, en base seca de la formulación total, tuvo una concentración de antiespumante DG-158 de 0,5% de la crema a secar, una concentración del extracto de levadura de 73% de la crema a secar, y una concentración de sacarosa de 1,2 g por cada 100 g de biomasa húmeda. La concentración de biomasa seca fue de 25% de la crema a secar, la materia seca de la crema a secar fue de 40%, mientras que la concentración de antiespumante DG-158 empleada fue de 0; 0,5; 1,5; 3 y 4,5% de la crema a secar. Los valores aplicados de la temperatura de entrada del aire a la cámara de secado, la velocidad del atomizador rotatorio y la temperatura de salida del aire de secado fueron de 130 ºC, 25 000 rpm y 80 ºC, respectivamente.

Las variables respuesta a medir fueron la humectabilidad y viabilidad.

Resultados y discusión

Resultados de la evaluación de la adición de sacarosa y la temperatura de salida del aire de secado en el secador por aspersión sobre la humectabilidad

Para lograr obtener una humectabilidad menor de 3 minutos establecida en la norma ³⁴ para polvos humectables, y teniendo en cuenta los resultados obtenidos en ¹¹, se procedió a evaluar la sacarosa como aditivo y su efecto en la humectabilidad del polvo. La sacarosa es un aditivo utilizado en la formulación de HeberNem-S^Ò como agente protector de membrana y estudios experimentales realizados demostraron que mejora las propiedades físicas del polvo ³⁸. Además, ciertas referencias bibliográficas ^39,40 describen resultados satisfactorios en las propiedades físicas de productos obtenidos a partir del secado de microorganismos utilizando sacarosa en sus formulaciones. En la Figura 1 se puede observar el comportamiento de la humectabilidad del primer experimento realizado.

Figura 1. Gráfico de superficie de respuesta de la humectabilidad del producto sólido obtenido en función de la variación de la concentración de sacarosa y la temperatura de salida del aire de secado del secador por aspersión.

En todo el rango de temperatura evaluado se garantizan valores de humectabilidad mínima siempre y cuando la concentración de sacarosa se encuentre por debajo de 2 g/100 g de biomasa húmeda (BH). En tanto el comportamiento de la humectabilidad no se mantiene en los extremos del diseño evaluado. En el caso de mínima concentración de sacarosa y mínima – máxima temperatura de salida los valores de humectabilidad se incrementan. Un incremento superior en la humectabilidad ocurre cuando se evaluó las condición de control negativo del experimento, correspondiente a una concentración de sacarosa de 3,3 g/100 g de BH y una temperatura de salida de 60 ºC que es la formulacion actual utilizada. La zona con los menores valores de humectabilidad se corresponden a una concentración de sacarosa entre 2,5 y 3,3 g/100 g de BH y una temperatura de salida de 90 ºC.

Con los datos obtenidos de este experimento 1 se realizó una oprimización numérica empleando el programa informático Design Expert^Ò. El valor propuesto optimizado de concentración de sacarosa fue de 1,2 g/100 g de BH con un valor de temperatura del aire de salida de 73 ºC. En la Figura 2 se pueden observar las restricciones gráficas, el valor fijado para cada parámetro y el ajuste de la optimización.

Figura 2. Optimización numérica del experimento 1 obtenida mediante el software Design Expert^Ò.

Teniendo en cuenta el resultado obtenido se procedió a realizar un experimento para evaluar el efecto de varias temperaturas de salida del aire del secador por aspersión en la viabilidad del ingrediente activo. El valor de sacarosa fijado permite variar las temperaturas de salida del aire y obtener un comportamiento similar en la humectabilidad.

Resultados de la evaluación de la temperatura de salida del aire de secado en el secador por aspersión y su influencia en la viabilidad, humectabilidad y recobrado

Resulta preciso recordar que la concentración de sacarosa utilizada en este experimento resultó la optimizada en el experimento anterior, es decir, 1,2 g/100 g BH. También se debe comentar que la cantidad de antiespumante añadida antes de la pasteurización de la suspensión de formulación fue de 0,5%. El resto del antiespumante (4,5%) se agregó antes de comenzar el proceso de secado. La Figura 3 muestra el comportamiento de la humectabilidad, recobrado y viabilidad para las diferentes temperaturas de salida del aire de secado evaluadas durante la formulación de HeberNem-S^Ò.

Figura 3. Comportamiento de la humectabilidad, recobrado y viabilidad en la evaluación de diferentes temperaturas de salida del aire de secado durante el secado de la formulación de HeberNem-S^Ò.

El comportamiento del recobrado fue muy similar en las 3 primeras temperaturas, incrementándose ligeramente a los 80 ºC. La mayor influencia de la temperatura de salida del aire de secado se observa en la humectabilidad y la viabilidad. En el caso de la humectabilidad se aprecia que existe una disminución de su valor desde los 14 min (0,23 h) para 60 ºC hasta menos de 1 min para 80 ºC. Este comportamiento se debe a la disminución de la humedad de los polvos provocada por el incremento de la temperatura de salida del aire de secado. Se puede verificar entonces que para una temperatura de salida del aire de secado de 80 ºC la humectabilidad obtenida fue inferior al límite máximo de 3 min ³⁴.

La viabilidad presenta un comportamiento inesperado, pero consistente, durante la realización del experimento, lo cual puede estar ocasionado por el efecto de encapsulación lograda con la mezcla del antiespumante DG-158 y la sacarosa como protector de la membrana celular, encontrándose esto descrito en la literatura ⁴¹, en donde se utilizó la sacarosa como protector de la membrana celular. Esta variación en el flujo de entrada de la biomasa formulada al secador puede influir en la forma de secado y por consiguiente en la viabilidad final del producto. No obstante, se propone realizar una evaluación integral de las condiciones establecidas hasta el momento, para corroborar el ajuste de las condiciones fijadas individualmente.

Resultados de la evaluación de diferentes concentraciones de antiespumante sobre la humectabilidad y viabilidad del polvo de HeberNem-S^Ò

La Figura 4 muestra el comportamiento de la humectabilidad del polvo de HeberNem-S^Ò para las diferentes concentraciones de antiespumante utilizadas.

Figura 4. Comportamiento de la humectabilidad del polvo de HeberNem-S^Ò para las diferentes concentraciones de antiespumante utilizadas.

Se puede apreciar que existe una disminución brusca de los tiempos a partir de una concentración de antiespumante del 2%, existiendo una diferencia significativa de las variantes 3, 4 y 5 con relación a las variantes 1 y 2. También se puede apreciar que en las variantes 3, 4 y 5 se obtienen valores de humectabilidad inferiores a los 3 min, los cual puede considerarse de favorable, cumpliendo así con el limite propuesto por la formulación de HeberNem-S^Ò bajo estudio. En la Figura 4 se puede observar además que existe una zona sensible en la concentración de antiespumante entre 1% y 2%, por lo que, tomando en cuenta el desconocimiento de lo que ocurre con la humectabilidad en este intervalo, sería apropiado seleccionar un valor de concentración de antiespumante superior a 2% en la formulación bajo estudio.

Por último, la Figura 5 presenta el comportamiento de la viabilidad del polvo de HeberNem-S^Ò para las diferentes concentraciones de antiespumante aplicadas. En las concentraciones de antiespumante de 3,5% y 5% la viabilidad es más baja, aunque se mantienen superiores al límite exigido de 1×10¹¹ ufc/g.

Figura 5. Comportamiento de la viabilidad del polvo de HeberNem-S^Ò para las diferentes concentraciones de antiespumante empleadas.

Conclusiones

De acuerdo con los resultados obtenidos se procede a establecer las siguientes conclusiones. La concentración de sacarosa actual 3,3 g por cada 100 g de biomasa húmeda afecta negativamente la humectabilidad del polvo obtenido. Se obtuvo un valor óptimo de sacarosa de 1,2 g/100 g BH y de temperatura de salida del aire de secado de 73 ºC. Las concentraciones de antiespumante superiores a 2% garantizan niveles de humectabilidad inferiores a 3 min en la nueva formulación de HeberNem-S^Ò, mientras que la viabilidad cumple con las especificaciones de calidad establecidas para todas las concentraciones de antiespumante utilizadas. Se sugiere una concentración de antiespumante de 3,5% para mejorar humectabilidad en la formulación estudiada.

Contribución de los autores: Conceptualización, Y. L. P. y J. Z.; metodología Y.L. P. y R. M. S.; software, Y. L. P. y M. P.; validación, M. P., Y. L. P. y J. Z.; análisis formal, Y. L. P., R. M. S., N. F.; investigación, Y. L. P., M. P y N. G.; curación de datos, L. M. C., N. G y J. Z.; escritura—preparación del borrador original, Y. L. P. y A. P. S; escritura—revisión y edición, A. P. S. y L. M. C.; supervisión, Y. L. P. y A. P.; Todos los autores han leído y concuerdan con la versión publicada del manuscrito.

Financiamiento: Esta investigación no recibió financiamiento externo.

Declaración de la Junta de Revisión Institucional: No aplica.

Declaración de consentimiento informado: No aplica.

Declaración de disponibilidad de datos: No aplica.

Conflictos of interés: Los autores declaran que no existe conflicto de interés.

Referencias

1. Ali MA, Coninck JD, Razafindralambo HL. Wettability of Probiotic Powders: Fundamentals, Methodologies, and Applications. Wetting and Wettability – Fundamental and Applied Aspects. London, UK: Intechopen; 2022.
2. Ravera F. The contact angle as an analytical tool. Colloid and Interface Chemistry for Nanotechnology. Boca Raton, FL: CRC Press; 2016.
3. Fitzpatrick JJ, Salmon J, Ji J, Miao S. Charaterisation of the wetting behaviour of poor wetting food powders and the influence of temperature and film formation. KONA Powder and Particle Journal. 2017;34:282-9. https://doi.org/10.14356/kona.2017019
4. Seth D, Mishra HN, Deka SC. Functional and reconstitution properties of spray-dried sweetened yogurt powder as influenced by processing conditions. International Journal of Food Properties. 2017;20(7):1608-11. http://dx.doi.org/10.1080/10942912.2016.1214965
5. Hammes MV, Englert AH, Noreña CPZ, Cardozo NSM. Study of the influence of soy lecithin addition on the wettability of buffalo milk powder obtained by spray-drying. Powder Technology. 2015;277:237-43. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2015.02.047
6. Kim EH-J, Chen XD, Pearce D. Surface characterization of four industrial spray-dried dairy powders in relation to chemical composition, structure and wetting property. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2002;26(3):197-212. https://doi.org/10.1016/s0927-7765(01)00334-4
7. Koca N, Erbay Z, Kaymak-Ertekin F. Effects of spray-drying conditions on the chemical, physical, and sensory properties of cheese powder. Journal of Dairy Science. 2015;98(5):2934-43. http://dx.doi.org/10.3168/jds.2014-9111
8. Tian Y, Fu N, Wu WD, Zhu D, Huang J, Yun S, et al. Effects of Co-spray Drying of Surfactants with High Solids Milk on Milk Powder Wettability. Food and Bioprocess Technology. 2014;7:3121-35. https://doi.org/10.1007/s11947-014-1323-9
9. Teera-Arunsiri A, Suphantharika M, Ketunuti U. Preparation of Spray-Dried Wettable Powder Formulations of Bacillus thuringiensis-Based Biopesticides. Journal of Economic Entomology. 2003;96(2):292-9.
10. Schuck P, Dolivet A, Méjean S, Hervé C, Jeantet R. Spray drying of dairy bacteria: New opportunities to improve the viability of bacteria powders. International Dairy Journal. 2013;31(1):12-7. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2012.01.006
11. Paneque YL, González N, Crespo LM, Zamora J, Segura RM, Pérez A. Influencia de aditivos en humectabilidad del bionematicida HeberNem-S obtenido mediante secado por atomización. Revista Colombiana de Investigaciones Agroindustriales. 2023;10(2):55-66. https://doi.org/10.23850/24220582.5587
12. Reyes VV. Comparative Viability of Spray Dried Lactobacilli Affected by Different Protective Agents and Storage Conditions. Louisiana, USA: Louisiana State University; 2017.
13. Cratiú MT, Martins E, Perrone ÍT, Freitas Rd, Queiroz LS, Carvalho AFd. Challenges associated with spray drying of lactic acid bacteria: Understanding cell viability loss. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2021;20:3267-83. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12774
14. Zhu Z, Luan C, Zhang H, Zhang L, Hao Y. Effects of spray drying on Lactobacillus plantarum BM-1 viability, resistance to simulated gastrointestinal digestion, and storage stability. Drying Technology. 2016;34(2):177-84. http://dx.doi.org/10.1080/07373937.2015.1021009
15. Lapsiri W, Bhandari B, Wanchaitanawong P. Viability of Lactobacillus plantarum TISTR 2075 in Different Protectants during Spray Drying and Storage. Drying Technology. 2012;30:1407-12. https://doi.org/10.1080/07373937.2012.684226
16. Behboudi-Jobbehdar S, Soukoulis C, Yonekura L, Fisk I. Optimization of Spray-Drying Process Conditions for the Production of Maximally Viable Microencapsulated acidophilus NCIMB 701748. Drying Technology. 2013;31:1274-83. https://doi.org/10.1080/07373937.2013.788509
17. Hernández Z, Rangel E, Castro J, Gómez CA, Cadena A, Acevedo OA, et al. Optimization of a spray-drying process for the production of maximally viable microencapsulated Lactobacillus pentosus using a mixture of starch-pulque as wall material. LWT – Food Science and Technology. 2018;95:216-22. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2018.04.075
18. Broeckx G, Kiekens S, Jokicevic K, Byl E, Henkens T, Vandenheuvel D, et al. Effects of initial cell concentration, growth phase, and process parameters on the viability of Lactobacillus rhamnosus GG after spray drying. Drying Technology. 2019;38(11):1474-92. https://doi.org/10.1080/07373937.2019.1648290
19. Kawakita R, Leveau JHJ, Jeoh T. Optimizing viability and yield and improving stability of Gram-negative, non-spore forming plant beneficial bacteria encapsulated by spray drying. Bioprocess and Biosystems Engineering. 2021;44(11):2289-301. https://doi.org/10.1007/s00449-021-02604-9
20. Bommasamudram J, Muthu A, Devappa S. Effect of sub-lethal heat stress on viability of Lacticaseibacillus casei N in spray-dried powders. LWT – Food Science and Technology. 2022;155:112904. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.112904
21. Marín M, Mena J, Chaveli P, Morán R, Pimentel E. Interacción de Tsukamurella paurometabola C-924 con Rhizobium leguminosarum biovar phaseoli CFH en el cultivo de frijol. Acta Agronómica. 2013;62(1):52-8.
22. González N, Zamora J, Pérez C, Salazar E, Pérez E, Sánchez MdC, et al. Modelación de la influencia del pH y la temperatura en la velocidad de crecimiento de Tsukamurella paurometabola C-924. Revista Cubana de Química. 2010;XXII(3):26-9.
23. González N, Ramos L, Narciandi E, Mayo O, Zamora J. Tecnología de fermentación del agente biológico activo del bionematicida HeberNem^®. Revista Cubana de Química. 2013;XXV(1):55-65.
24. Marín M, Mena J, Franco R, Pimentel E, Sánchez I. Effects of the bacterial-fungal interaction between Tsukamurella paurometabola C 924 and Glomus fasciculatum and Glomus clarum fungi on lettuce microrrizal colonization and foliar weight. Biotecnología Aplicada. 2010;27(1):48-51.
25. Marín M, Wong I, García G, Morán R, Rosa Basulto I, Pimentel E, et al. Actividad antagónica in vitro de Tsukamurella paurometabola C-924 frente a fitopatógenos. Revista Protección Vegetal. 2013;28(2):132-7.
26. Marín M, Wong I, Mena J, Morán R, Pimentel E, Sánchez I, et al. Zea mays plant growth promotion by Tsukamurella paurometabola strain C-924. Biotecnología Aplicada. 2013;30(2):105-10.
27. Hernández A, Zamora J, González N, Guerra D, Ríos R, Sánchez MdC, et al. Encapsulación del agente nematicida Tsukamurella paurometabola C-924, mediante secado por atomización. Biotecnología Aplicada. 2007;24(3-4):224-9.
28. Hernández A, Mena J, González N, Zamora J, Pimentel E, Salazar E, et al. Anhydrobiotic cells of the nematocidic agent Tsukamurella paurometabola C-924. Biotecnología Aplicada. 2009;26(4):339-41.
29. Fleitas M, Rodríguez O, Benítez T, Mena J, Mesa L. Evaluación de dosis de HeberNem para el control de Meloidogyne incognita Chitwood en condiciones de cultivos protegidos. Centro Agrícola. 2013;40(1):57-62.
30. Wong I, Somontes D, Rodriguez F, Morán R, González N, Pérez C, et al. Methods for determining the biological activity of nematicidal products. Biotecnología Aplicada. 2017;34(4):4301-4.
31. Yuguang Z, Lei S. Test and Identification Report. Beijing, China: Institute of Microbiology, Chinese Academy of Sciences; 2017.
32. Paneque YL, González N, Crespo LM, Zamora J, Segura RM, Pérez A. Modelo matemático para predecir la estabilidad a temperaturas cercanas al ambiente de la bacteria Brevibacterium celere C-924. Revista de Investigación, Desarrollo e Innovación. 2023;13(2):367-79. https://doi.org/10.19053/20278306.v13.n2.2023.16841
33. Manual sobre la elaboración y empleo de las especificaciones de la FAO y de la OMS para plaguicidas. 1ra ed. Roma, Italia: Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO); 2004.
34. 53.3 Wetting of wettable powders: Collaborative International Pesticides Analytical Council; 2021.
35. Herigstad B, Hamilton M, Heersink J. How to optimize the drop plate method for enumerating bacteria. Journal of Microbiological Methods. 2001;44:121–9.
36. Pérez A, Paneque YL, Ramos L, Zamora J, Crespo LM. Evaluation of a tubular heat exchanger for preheating a cell suspension of Tsukamurella paurometabola. Ingeniería Investigación y Tecnología. 2017;XVIII(5):331-40.
37. Regalón O, García J, Echevarría D, Herrera F, Paneque Y, Bardanca S, et al. Automatización integral del proceso de secado de bioproductos. RIELAC. 2015;XXXVI(2):1-14.
38. Leslie SB, Israeli E, Lighthart B, Crowe JH, Crowe LM. Trehalose and Sucrose Protect Both Membranes and Proteins in Intact Bacteria during Drying. Applied and Environmental Microbiology. 1995;61(10):3592–7.
39. Tang HW, Abbasiliasi S, Murugan P, Tam YJ, Ng HS, Tan aJS. Influence of freeze-drying and spray-drying preservation methods on survivability rate of different types of protectants encapsulated Lactobacillus acidophilus FTDC 3081. Bioscience, Biotechnology and Biochemistry. 2020;84(9):1913–20. https://doi.org/10.1080/09168451.2020.1770572
40. Sompach G, Rodklongtan A, Nitisinprasert S, Chitprasert P. Microencapsulating role of whey protein isolate and sucrose in protecting the cell membrane and enhancing survival of probiotic lactobacilli strains during spray drying, storage, and simulated gastrointestinal passage. Food Research International. 2022;159:111651. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2022.111651
41. Bernabé-Allende A. La trehalosa y la sacarosa protegen a la membrana y proteínas de una bacteria intacta durante la desecación. Conferencia de la Asociación Poblana de Ciencias Microbiológicas (Zenodo). 2022:1-3. http://doi.org/10.5281/zenodo.7023949

Recibido: 12 diciembre 2024   Aceptado: 4 enero 2025  Fecha de Publicación 15 de marzo 2025

Citation: Luis Paneque-Díaz,Y ; Zamora, J., Segura, R., Pérez–Sánchez, A., Crespo-Zafra, L., Peláez, M, González, N. Influence of various parameters on the viability, wettability and recovery of HeberNem-S^Ò bionematicide. 2025. Vol 10 No 1. DOI: 10.70373/RB/2025.10.01.5

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