ITTO20080547A1 - Biomassa arricchita in rame, procedimento per la sua preparazione e prodotti probiotici, cosmetici, dietetici e nutraceutici comprendenti tale biomassa - Google Patents

Biomassa arricchita in rame, procedimento per la sua preparazione e prodotti probiotici, cosmetici, dietetici e nutraceutici comprendenti tale biomassa

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ITTO20080547A1
ITTO20080547A1 IT000547A ITTO20080547A ITTO20080547A1 IT TO20080547 A1 ITTO20080547 A1 IT TO20080547A1 IT 000547 A IT000547 A IT 000547A IT TO20080547 A ITTO20080547 A IT TO20080547A IT TO20080547 A1 ITTO20080547 A1 IT TO20080547A1
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Matilde Manzoni
Manuela Silvia Rollini
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Description

"Biomassa arricchita in rame, procedimento per la sua preparazione e prodotti probiotici, cosmetici, dietetici e nutraceutici comprendenti tale biomassa"
DESCRIZIONE
La presente invenzione sì riferisce a una biomassa arricchita in rame e ad un procedimento per la preparazione di una biomassa arricchita in rame.
L'apporto di microelementi come il rame à ̈ di notevole importanza per l'organismo umano e animale. Il rame à ̈ un elemento essenziale per il metabolismo energetico a livello cellulare, per la produzione di tessuto connettivo e per la sintesi di peptidi neuroattivi . Esso partecipa alla catena respiratoria, interviene nella sintesi dell'emoglobina (insieme al ferro) e nell'attività di cheratinizzazione e pigmentazione dei capelli e della cute.
Tuttavia la veicolazione del rame all'interno dell'organismo umano e animale à ̈ resa difficoltosa dagli effetti tossici che questo metallo può esercitare se ingerito in dosi elevate.
Allo scopo di superare tale problema, gli inventori hanno messo a disposizione un procedimento per la preparazione di una biomassa consistente in cellule di lievito caratterizzate da un elevato contenuto intracellulare di rame sotto forma di complesso rame-glutatione (Cu-GSH). La biomassa ottenibile con il procedimento dell'invenzione à ̈ indicata nel seguito come "biomassa di lievito arricchita in rame".
La complessazione del rame con il glutatione all'interno delle cellule di lievito consente vantaggiosamente di eliminare i rischi di tossicità del metallo.
Lo stesso glutatione à ̈ inoltre una molecola biologica utile per l'organismo umano e animale. Il glutatione (GSH, L-γ-glutamil-L-cisteinil-glieina) à ̈ infatti il composto tiolico non proteico più abbondante ed ampiamente distribuito negli esseri viventi, dai procarioti agli eucarioti. Questo tripeptide viene sintetizzato a livello intracellulare dall'azione consecutiva di due enzimi: il primo à ̈ la γ-glutammilcisteina sintetasi (GSH I), che subisce un'inibizione a feed-back dal GSH stesso; il secondo à ̈ la GSH sintasi (GSH II). Il basso potenziale redox (E'0= -240 mV) rende il GSH un potente tampone redox a livello cellulare. Nei tessuti il GSH gioca un ruolo di primaria importanza nei meccanismi di bioriduzione, protezione contro gli stress ossidativi e gli xenobionti, nonché di detossificazìone da metaboliti endogeni, attività enzimatiche e metabolismo dello zolfo e dell'azoto. Per questi motivi il GSH à ̈ considerato una molecola di difesa potente e versatile. Tali caratteristiche rendono il GSH una importante molecola ad attività farmacologica per il trattamento di numerosi stati patologici, ad esempio le infezioni da HIV, le cirrosi epatiche, le infiammazioni pancreatiche e per contrastare l'invecchiamento. In aggiunta, il GSH à ̈ di interesse nell'industria alimentare e nel settore della nutrizione sportiva.
Elevati livelli di GSH si ritrovano in alcune specie di lieviti [1, 2] nelle quali questo tripeptide sembra prendere parte ai meccanismi di difesa cellulare nei confronti di stress nutrizionali e ossidativi [2, 3].
Il GSH facilita inoltre la riduzione dello ione rame dalla forma Cu<++>alla forma Cu<+>. Di conseguenza, il GSH sequestra ioni Cu<+>sotto forma di coniugati rame-glutatione (Cu-GSH). Diversi studi suggeriscono che i coniugati Cu-GSH giochino un ruolo essenziale nel trasferimento del rame nella forma apo degli enzimi contenenti rame (quale la superossido dismutasi) , degli enzimi coinvolti nella protezione della cellula contro la tossicità da metalli pesanti (quali le metallotioneine) e degli enzimi coinvolti nel trasporto del rame (quale la ceruloplasmina) .
I presenti inventori hanno risolto il summenzionato problema della veìcolazione del rame all'interno dell'organismo umano e animale grazie all'osservazione che le cellule del lievito Saccharomyces cerevisiae, se fatte crescere nelle adatte condizioni di coltura, sono in grado di accumulare elevate concentrazioni di complesso Cu-GSH all'interno della cellula, senza che tali elevate concentrazioni risultino deleterie per la sopravvivenza delle cellule.
In base a tale osservazione, gli inventori hanno per messo a punto un procedimento di coltura di cellule di lievito Saccharomyces cerevisiae in un mezzo nutriente contenente un sale di rame, in condizioni tali da favorire l'accumulo intracellulare del rame sotto forma di complesso Cu-GSH.
La biomassa di lievito arricchita in rame ottenibile con il procedimento dell'invenzione, che ha un contenuto di complesso Cu-GSH intracellulare superiore all'1% ss, à ̈ adatta sia per applicazioni in campo cosmetico, ad esempio per la preparazione di prodotti cosmetici o cosmeceutici, sia per applicazioni in campo dietetico ed alimentare, ad esempio per la preparazione di prodotti aventi attività probiotica, quali integratori alimentari, prodotti dietetici, alimenti funzionali, prodotti nutraceutici e preparazioni alimentari di vario genere.
Un primo oggetto dell'invenzione à ̈ quindi un procedimento per la preparazione dì una biomassa di lievito arricchita in rame, caratterizzato dai seguenti passaggi:
(i) coltivare cellule di lievito Saccharomyces cerevisiae in un mezzo nutriente lìquido comprendente una fonte di carbonio, una fonte di azoto, almeno un aminoacido ed un sale di rame, in modo tale da ottenere una biomassa di lievito arricchita in rame sotto forma di complesso Cu-GSH in cui il contenuto di complesso Cu-GSH intracellulare à ̈ superiore all'1% ss; e
(ii) separare dal mezzo nutriente liquido la biomassa di lievito arricchita in rame ottenuta nel passaggio precedente.
Il procedimento dell'invenzione si contraddistingue per la semplicità ed economicità.
La fonte di carbonio nel mezzo nutriente liquido può ad esempio comprendere zuccheri come destrosio, glucosio, fruttosio, saccarosio, mannosio, mannitolo; acidi organici; alcoli come etanolo, glicerolo; aldeidi.
La fonte di azoto può ad esempio comprendere estratto di malto, corn steep liquor, idrolizzati enzimatici di caseìna, amminoacidi, sali di ammonio quale ad esempio ammonio solfato.
Il mezzo nutriente liquido in cui vengono coltivate le cellule comprende almeno un aminoacido, quale ad esempio cìsteina, metionina, glutammato, glutamina, glicina, leucina, acetilcisteina, serina o loro combinazioni. Sono preferite le seguenti combinazioni di aminoacidi: cisteina e glicina; cisteina, glieina e serina; cisteina, glicina, serina e metionina.
Il sale di rame nel mezzo nutriente liquido à ̈ ad esempio acetato, solfato o carbonato di rame. Tra di essi à ̈ preferito l'acetato di rame. La concentrazione del sale dì rame à ̈ preferibilmente compresa fra 0,1 e 3 mM.
In una forma di realizzazione preferita, il mezzo nutriente liquido comprende uno o più ulteriori salì minerali in aggiunta all'acetato di rame, quali ad esempio sodio citrato, potassio solfato, magnesio solfato.
In una forma di realizzazione particolarmente preferita, che consente di incrementare l'accumulo di complesso Cu-GSH intracellulare, il mezzo nutriente liquido comprende addizionalmente ATP (adenosina trifosfato) e acetilfosfato. La concentrazione preferita di ATP à ̈ fra 1 e 5 mM, più preferibilmente à ̈ dì 2,5 mM. La concentrazione preferita di acetilfosfato à ̈ fra 5 e 50 mM, più preferibilmente à ̈ di 20 mM.
La coltura delle cellule di lievito nel mezzo nutriente liquido allo scopo di conseguire un accumulo intracellulare di Cu-GSH à ̈ effettuata ad una temperatura preferìbilmente compresa fra 25 e 40°C e ad un pH preferibilmente compreso fra 3 e 9.
Prima del passaggio nel mezzo nutriente liquido, le cellule di Saccharomyces cerevisiae possono opzionalmente essere pre-coltivate in condizioni aerobie idonee a favorire la proliferazione cellulare, con lo scopo di incrementare la quantità di biomassa. Tali condizioni di crescita sono ampiamente note al tecnico del ramo e sono ad esempio descritte in [4, 5].
Le cellule di lievito impiegate nel procedimento dell'invenzione sono preferibilmente cellule di Saccharomyces cerevisiae in forma compressa, quali quelle presenti in commercio come lievito per panificazione. E' maggiormente preferito l'utilizzo di lievito osmotollerante, quale quello venduto con il nome commerciale "La Parisienne OSMO", che ha la proprietà di resistere a concentrazioni di zucchero superiori al 17%. L'impiego di lievito osmotollerante consente di ottenere una biomassa avente un contenuto di Cu-GSH intracellulare superiore all'1,5% ss, preferibilmente superiore a 2% ss.
Sottoponendo il lievito osmotollerante ad adattamento in terreni a concentrazioni crescenti di acetato di rame, gli inventori hanno ottenuto due ceppi di Saccharomyces cerevisiae osmotollerante atti ad accumulare quantità particolarmente elevate di complesso Cu-GSH all'interno della cellula (superiori a 2% ss, preferibilmente superiori a 3% ss, ancor più preferibilmente superiori a 4% ss) e pertanto particolarmente adatti per l'impiego nel procedimento dell'invenzione. Campioni di tali ceppi, denominati SA 221 BM e SA 586 BM, sono stati depositati ai sensi del Trattato di Budapest presso il Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ), rispettivamente con i numeri di accesso DSM 21530 e DSM 21531, in data 6 giugno 2008.
Una forma di realizzazione preferita del procedimento dell'invenzione prevede quindi l'impiego di cellule di lievito Saccharomyces cerevisiae del ceppo SA 221 BM (numero di accesso DSM 21530, data di deposito 6 giugno 2008) o del ceppo SA 586 BM (numero di accesso DSM 21531, data di deposito 6 giugno 2008).
Gli esempi che seguono sono forniti a scopo esclusivamente illustrativo e non hanno l'intento di limitare la portata dell'invenzione come definita nelle annesse rivendicazioni.
ESEMPIO 1
Cellule di lievito (S. cerevisiae), reperibili in commercio come lievito per panificazione in forma compressa sono state risospese (10% p/v) in una soluzione contenente (g/L): glucosio 80, ammonio solfato 7, magnesio solfato 0,5, sodio citrato 10, cisteina 4, glicina 4, acetato di rame (1,5 e 2,5 mM a scopo comparativo). La miscela à ̈ stata incubata a 30°C in beute da 100 mL, contenenti 10 ml di sospensione, per un tempo totale di 40 ore. Ad intervalli di tempo di 24, 48 e 72 ore sono stati prelevati dei campioni e sono stati analizzati per il contenuto di GSH e di complesso Cu-GSH.
Per determinare la concentrazione di GSH in forma ridotta e/o complesso Cu-GSH, presenti a livello intracellulare, le cellule sono state sottoposte a trattamento di permeabilizzazione al calore, impiegando la procedura di seguito riportata
[1]-In breve, un campione da 1 mi à ̈ stato sottoposto a centrifugazione a 10.000 rpm per 10 minuti. Il surnatante à ̈ stato sottoposto ad analisi HPLC per la determinazione del GSH e del complesso Cu-GSH extracellulare. Il pellet cellulare à ̈ stato risospeso in Imi di acido ascorbico 0,5 g/L in acqua ultrapura per HPLC, trattato a 100°C per 15 minuti, raffreddato in ghiaccio e centrifugato a 12.000 rpm per 12 minuti. Il residuo solido, costituito dalle cellule esauste, à ̈ stato eliminato, mentre il permeabilizzato à ̈ stato sottoposto ad analisi HPLC per la determinazione del GSH e del complesso Cu-GSH intracellulare. La determinazione quantitativa del GSH e dei coniugati à ̈ stata condotta impiegando il sistema HPLC con rivelatore UV 210 nm, impiegando una colonna (250-4) mm Purospher® RP-18 endcapped (Merck) termostatata a 30 °C, eluita con una soluzione 25 mM NaH2PO4pH 3,5 a 0,3 mi min-1 (6].
I risultati sono riportati in Tabella 1.
Tabella 1
GSH (% ss) Cu -GSH {% ss) Cu acetato (mM)
24 h 48 h 72 h 24 h 72 h
Controllo 0,1 0,8 0,9 - - -
1,5 0,1 0,2 0,6 0,1 1
<CO>,1 1,2
2,5 0,1 0,2 0,5 <0,1 1,2 1,5
ESEMPIO 2
Cellule di lievito S. cerevisiae osmotollerante in forma compressa (La Parisienne OSMO) sono state risospese (10% p/v) in una soluzione contenente (g/L): glucosio 80, ammonio solfato 7, magnesio solfato 0,5, sodio citrato 10, cìsteina 4, glieina 4, acetato di rame (0,5 e 1,5 mM a scopo comparativo) . La miscela à ̈ stata incubata a 30°C in beute da 100 mL, contenenti 10 mi di sospensione, per un tempo totale di 72 ore, effettuando prelievi a 24, 48 e 72 ore. I campioni sono stati sottoposti a trattamento secondo la procedura riportata nell'esempio 1. La determinazione analitica à ̈ stata condotta nelle medesime condizioni.
I risultati sono riportati in Tabella 2.
Tabella 2co
GSH {% ss) Cu-GSH (% ss) Cu (mM)
T 0 24 h 48 h 72 h T 0 24 h 72 h Controllo 1,1 _ _ 1,4 _ _ _ _ 0,5 1 0,8 1,2 2,0 1,0 1,8 2,1 1,5 1,1 0,7 1,0 1,9 1,1 1,7 2,5 ESEMPIO 3
Sono state impiegate cellule di lievito commerciale S. cerevisiae al 5% (p/v) in fermentatore da 20 1 (15 l di volume utile) in cui vengono aggiunti alla soluzione di reazione dell'esempio 1 ATP 2,5 mM e acetilfosfato 20 mM dopo 24 ore di reazione. La reazione à ̈ stata condotta a 30°C, impartendo aerazione 1 vvm e agitazione 400 rpm.
I risultati sono riportati in Tabella 3.
Tabella 3
Cu GSH (% ss) Cu-GSH (% ss) (mM) T 0 24 h 48 h 72 h T 0 24 h 48 h 72 h Con¬
0,5 0,8 1,5 1,8 - - - -
trollo
1,5 0,5 0,9 1,6<1>,7_ _ 1,3 1,9 2,3 2 ,5 0,5 0,9 1,5 1,8 _ 1,4 2,0 2,7 ESEMPIO 4
Cellule di lievito S. cerevisiae SA 221 BM (numero di accesso DSM 21530, data di deposito 6 giugno 2008) sono state fatte crescere in fermentatore da 201 (15 1 volume utile) secondo il metodo industriale (terreno contenente melasso 80 g/l, solfato di ammonio 8 g/l,solfato di Magnesio 0,5 g/l temperatura 30°C, aerazione 1 vvm, agitazione 300 rpm, sovrapressione 0,2 bar). La biomassa à ̈ stata raccolta per centrifugazione e quindi utilizzata per l'arricchimento in rame impiegando una concentrazione cellulare al 5% (p/v) e la stessa procedura descritta nell'esempio 2. I campioni sono stati sottoposti a trattamento secondo la procedura riportata nell'esempio 1. La determinazione analitica à ̈ stata condotta nelle medesime condizioni.
I risultati sono riportati in Tabella 4.
Tabella 4
GSH (% ss) Cu-GSH (% ss) Cu (mM) [
T 0 48 h 72 h T 0 48 h S<72>h Controllo 0,4 0,5 0,6 _ _ _ 0,5 0,4 0,1 0,9 _ 1,7 2,3 1,5 0,4 0,9 1,3 _ 2,2 3,1 Aliquote della miscela di reazione preparata impiegando 1,5 mM di sale di rame prelevate a 72 ore di reazione (complesso Cu-GSH 3,1 %ss), sono state sottoposte a rottura cellulare mediante sonicazione, al fine dì quantificare il contenuto intracellulare di rame mediante assorbimento atomico. La procedura adottata à ̈ illustrata qui di seguito.
In breve, un campione da 10 ml à ̈ stato sottoposto a centrifugazione per 10.000 rpm per 10 minuti. Il pellet cellulare à ̈ stato risospeso in 5 mi dì tampone di lisi (Tampone di lisi (g/l): Tris-HCl 20 mM, MgCl210 mM, EDTA 1 mM, glicerolo 5 % (v/v), ammonio solfato 0,3 M, pH 7,6, acqua ultrapura per HPLC), sonicato in ghiaccio per 8 cicli di 30 secondi ed infine centrifugato a 20.000 rpm per 30 minuti. I residui cellulari sono stati eliminati, il permeabilizzato à ̈ stato analizzato mediante assorbimento atomico. L'analisi di assorbimento atomico ha evidenziato un contenuto intracellulare pari a 50 Î1⁄4moli Cu-GSH/ml campione, corrispondenti a 1,00 mmoli Cu-GSH/g ss.
ESEMPIO 5
Cellule di lievito S. cerevisiae SA 221 BM (numero di accesso DSM 21530, data di deposito 6 giugno 2008) sono state fermentate in fermentatore da 20 l (15 l volume utile) secondo il metodo industriale (terreno contenente melasso 80 g/l, solfato di ammonio 8 g/l,solfato di Magnesio 0,5 g/l temperatura 30°C, aerazione 1 vvm, agitazione 300 rpm, sovrapressione 0,2 bar). La biomassa à ̈ stata raccolta per centrifugazione e quindi utilizzata (contenuto cellulare 5% p/v) per l'arricchimento in rame impiegando una soluzione contenente (g/l): glucosio 80, ammonio solfato 7, magnesio solfato 0,5, sodio citrato 10, cisteina 4, glieina 4, serina 4, acetato di rame 0,5 e 1,5 mM. Dopo 24 ore sono stati aggiunti ATP 2,5 mM e acetilfosfato 20 mM. La miscela à ̈ stata posta ad incubare a 30°C in fermentatore da 15 l con 10 l di volume utile, agitazione 150 rpm, aerazione 1 w m, mantenendo il pH a 6,5, per un tempo di reazione totale di 72 ore.
I risultati sono riportati in Tabella 5.
Tabella 5
GSH (% ss) Cu-GSH (% ss) Cu (mM) 24 24 72
T 0 48 h 72 h T 0 48 h
h h h Controllo 0,9 _ 1,1 1,4 _ _ _ _ 0,5 0,9 1,1 2,0 2,4 _ 1,3 2,5 3,4 1,5 0,9 1,0 2,1 2,3 1,5 3,1 4,2 L'analisi di assorbimento atomico del campione sonicato ottenuto con 1,5 mM Cu a 72 ore di incubazione (4,2 % ss Cu-GSH) ha evidenziato un contenuto intracellulare pari a 76 Î1⁄4moli Cu-GSH /ml campione, corrispondenti a 1.52 mmoli Cu-GSH /g ss.
ESEMPIO 6
Come nell'esempio 5, ma con lievito Saccharomyces cerevisiae SA 586 BM (DSM 21531 depositato in data 6 giugno 2008).
I risultati sono riportati in Tabella 6.
Tabella 6
GSH (% ss) Cu-GSH {% ss) Cu (mM) 24 24 72
T 0 72 h T 0
h h h Controllo 0,8 1,3 1,7 2,3 _ _ _
1,5 0,8 1,2 1,6 2,2 _ 1,4 2,9 3,7 2,5 0,8 1,2 1,7 2,1 _ 1,4 3,3 4,5 ESEMPIO 7
Lievito Saccharomyces cerevisiae SA 221 BM (DSM 21530 depositato in data 6 giugno 2008). La biomassa fermentata e raccolta come nell'esempio 5 viene risospesa al 5% (p/v) per l'arricchimento in rame in fermentatore da 20 l (15 l volume utile) in una soluzione contenente (g/l): glucosio 125, lattosio 10, ammonio solfato 7, magnesio solfato 0,5, sodio citrato 10, cisteina 4, glieina 4, serina 4 e acetato di rame 1,5. Dopo 24 ore vengono aggiunti ATP 2,5 mM e acetilfosfato 20mM. Condizioni come nell'esempio 5.
I risultati sono riportati in Tabella 7.
Tabella 7
GSH (* ss) Cu-GSH (% ss)
Cu (mM) 24 48 24 72
T 0 72 h T 0 48 h
h h h h
Controllo 0,8 1,1 1,3 1,3 _ _
1,5 0,8 1,0 1,4 2,4 1,8 3,3 4,9 BIBLIOGRAFIA
[1] Rollini, M., Pagani, H., Riboldi, S., Manzoni, M. Influence of carbon source on glutathione accumulation in methylotrophìc yeasts. Ann Microbìol 2005; 55: 199-203.
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Claims (12)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la preparazione di una biomassa di lievito arricchita in rame, caratterizzato dai seguenti passaggi: (i) coltivare cellule di lievito Saccharomyces cerevisiae in un mezzo nutriente liquido comprendente una fonte di carbonio, una fonte di azoto, almeno un aminoacido ed un sale di rame, in modo tale da ottenere una biomassa di lievito arricchita in rame sotto forma di complesso Cu-GSH, in cui il contenuto intracellulare di complesso Cu-GSH Ã ̈ superiore all'1% ss; e (ii) separare dal mezzo nutriente liquido la biomassa di lievito arricchita in rame ottenuta nel passaggio (i).
  2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1 in cui il lievito à ̈ Saccharomyces cerevisiae osmotollerante in forma compressa.
  3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui il lievito à ̈ Saccharomyces cerevisiae ceppo SA 221 BM depositato presso il DSMZ con il numero di accesso DSM 21530 il 6 giugno 2008 o Saccharomyces cerevisiae ceppo SA 586 BM depositato presso il DSMZ con il numero di accesso DSM 21531 il 6 giugno
  4. 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 3, in cui il sale di rame à ̈ acetato di rame.
  5. 5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 4, in cui il mezzo nutriente liquido contiene il sale di rame ad una concentrazione compresa fra 0,1 e 3 mM.
  6. 6. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 5, in cui il mezzo nutriente liquido comprende ATP e acetìlfosfato.
  7. 7 . Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 6, in cui il passaggio (i) Ã ̈ condotto ad una temperatura compresa fra 25 e 40°C e ad un pH compreso fra 3 e 9.
  8. 8. Biomassa arricchita in rame, consistente di cellule di lievito Saccharomyces cerevisiae aventi un contenuto intracellulare dì complesso rameglutatione (Cu-GSH) superiore all'1% ss.
  9. 9. Biomassa secondo la rivendicazione 8, in cui il lievito à ̈ scelto fra Saccharomyces cerevisiae ceppo SA 221 BM depositato presso il DSMZ con il numero di accesso DSM 21530 il 6 giugno 2008 e Saccharomyces cerevisiae ceppo SA 586 BM depositato presso il DSMZ con il numero di accesso DSM 21531 il 6 giugno 2008.
  10. 10. Biomassa secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui il contenuto intracellulare di complesso Cu-GSH Ã ̈ superiore al 3% ss.
  11. 11. Composizione avente attività probiotica comprendente una biomassa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 8 a 10.
  12. 12. Preparazione alimentare, integratore alimentare, prodotto dietetico, alimento funzionale, prodotto nutraceutico, prodotto cosmetico o prodotto cosmeceutico comprendente una composizione probiotica secondo la rivendicazione 11.
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