Las bacterias del ácido láctico en el contexto de la biotecnología

POR CAROLINA CARVALHO

Y MARTA BESSA

ILCT/EPAMIG

10 MINUTOS DE LECTURA

 

La biotecnología se puede definir como cualquier aplicación tecnológica que utiliza organismos vivos, o sus derivados, para fabricar o modificar productos, o incluso desarrollar procesos para un uso específico. Es vista como la ciencia que, a partir de organismos vivos, crea productos para mejorar la forma en que vivimos hoy, utilizando el conocimiento académico, la experimentación y la innovación constante (Astolfi Filho et al., 2014; BiotechTown, 2019).

En general, la idea de buscar y aplicar compuestos orgánicos en microorganismos, plantas y animales que sean útiles para la humanidad no es nueva. Las técnicas biotecnológicas se iniciaron alrededor del año 6000 a. C. a partir de los procesos de fermentación para la elaboración de bebidas alcohólicas, fabricación de pan, queso, vinagre y yogur (BiotechTown, 2019).

En este escenario biotecnológico, las Bacterias Ácido Lácticas (LAB), también denominadas Bacterias Lácticas, se destacan por su diversidad de aplicación en la industria alimentaria . Constituyen un grupo de microorganismos que despierta gran interés industrial, ya que se utilizan algunos géneros, reconocidos como “ estado GRAS ” —Generally Recognized As Safe, es decir, considerados seguros por la Food and Drug Administration (FDA), de los Estados Unidos en la elaboración de productos fermentados, ya sea como cultivos iniciadores o adjuntos (Colombo et al., 2018; Cosentino et al., 2018; Motta & Gomes, 2015).

Las bacterias ácido lácticas demuestran la capacidad de sintetizar compuestos bioactivos resultantes de su metabolismo primario y, o secundario, de la fermentación de carbohidratos, produciendo sustancias como exopolisacáridos y polímeros, compuestos aromáticos, vitaminas y enzimas (Cosentino et al., 2018; Ribeiro et al. al. ., 2014).

Varias cepas, como los géneros Lactobacillus y Bifidobacterium , demuestran importantes actividades probióticas cuando se consumen en cantidades y frecuencia adecuadas. Además, muestran aptitud para la producción de una variedad de sustancias antimicrobianas, como ácidos orgánicos, diacetilo, peróxido de hidrógeno y bacteriocinas, cuyo potencial bioprotector ha demostrado mejorar la seguridad, controlar la fermentación, la maduración y el deterioro, y consecuentemente aumentar la vida útil. del producto (Cosentino et al., 2018; Olvera-garcía, Serrano-maldonado, et al., 2015).

 

 

 

bacterias de ácido láctico

Las BAL se encuentran en numerosos ambientes en la naturaleza, particularmente en la leche . Presentes en diferentes ecosistemas, contribuyen a mantener su equilibrio y funcionamiento, a través de su actividad biológica (Lopes, 2013).

En general, constituyen un grupo de bacterias Gram positivas, pueden presentarse en forma de cocos o bacilos, en cadena o individualmente, ausencia de motilidad, no forman esporas, no son patógenas, anaerobias facultativas, quimioheterótrofas, catalasa negativas, no produce indol y sulfuro de hidrógeno ácido, tolerante a los ácidos, fastidioso, estrictamente fermentativo. El ácido láctico es el principal producto final obtenido durante la fermentación de carbohidratos (Cosentino et al., 2018; Garcia et al., 2010; Jay; Loessner; Golden, 2008; Motta & Gomes, 2015; Ribeiro et al., 2014) .

Los principales géneros que incluyen estas bacterias son: Aerococcus , Bifidobacterium, Carnobacterium , Enterococcus , Lactobacillus, Lactococcus , Leuconostoc ,  Oenococcus, Pediococcus , Streptococcus , Vagococcus y Weissella (Motta & Gomes, 2015; Olvera-garcía, Serrano-maldonado, et al. , 2015; Souza, 2013)

La clasificación de las bacterias del ácido láctico en diferentes géneros se basa principalmente en la morfología; modo de fermentación de glucosa; crecimiento a diferentes temperaturas; configuración del ácido láctico producido y capacidad de crecer con altas concentraciones de sal y tolerancia ácida o alcalina (Motta & Gomes, 2015).

Dichas bacterias juegan un papel fundamental en los procesos de fermentación industrial , debido a su capacidad para producir polímeros, compuestos aromáticos, vitaminas, enzimas útiles, sustancias antimicrobianas como bacteriocinas y exopolisacáridos; y algunas cepas también presentan actividad probiótica (Cosentino et al., 2018; Motta & Gomes, 2015; Olvera-garcía, Serrano-maldonado, et al., 2015).

Algunos ejemplos de este grupo merecen ser destacados, por su aplicación industrial. S. thermophilus y Lb. Delbrueckii subsp. Bulgaricus , utilizado, por ejemplo, en yogures . Estos presentan desarrollo asociativo, ya que la cepa Streptococcus acidifica el medio, favoreciendo el crecimiento de Lactobacillus. A cambio, proporciona compuestos que imparten sabor, como el acetaldehído, y realizan actividad proteolítica, lo que ayuda a mantener la cepa de Streptococcus en el medio (Coelho, 2011; Lopes, 2013) .

Leuconostoc es el género predominante de bacterias del ácido láctico en las plantas, especialmente en las raíces, material vegetal en descomposición, en productos vegetales fermentados como pepinos, repollo y aceitunas. Es responsable de los cambios en el olor, el color de los alimentos en mal estado . Algunas cepas de Leuconostoc se pueden utilizar como cultivos iniciadores en la fermentación láctea y se caracterizan por producir los compuestos de sabor diacetilo y acetoína a partir de la degradación del citrato (Coelho, 2011; Lopes, 2013) .

Lactococcus lactis subs. lactis y cremoris junto con la subespecie cremoris Leuconostoc mesenteroides son ampliamente utilizados en la industria láctea , en la producción de leches fermentadas y quesos , como cultivos iniciadores mesófilos. Lactococcus lactis , Streptococcus thermophilus, Bifidobacterium sp, Lactobacillus plantarum son capaces de sintetizar folato, una vitamina con propiedades antioxidantes. L. acidophilus es capaz de aumentar la concentración de esta vitamina en las leches fermentadas (Coelho, 2011; Lopes, 2013) .

La principal función de las bacterias ácido lácticas en los alimentos es favorecer la fermentación de los hidratos de carbono, especialmente de la lactosa, favoreciendo la acidificación del medio . La producción de ácidos orgánicos, como el ácido láctico y acético, resultantes del proceso de fermentación, reduce el pH del medio, lo que dificulta el desarrollo de microorganismos indeseables, como los contaminantes. El ácido acético producido por el proceso de heterofermentación actúa como inhibidor del crecimiento de hongos y bacterias, mientras que el ácido propiónico actúa preferentemente contra los hongos (Lopes, 2013).

Por este motivo, la vida útil de los productos fermentados, en general, es mayor en comparación con aquellos en los que la materia prima no ha pasado por fermentación láctica (Lopes, 2013). También se considera que los BAL pueden ayudar a garantizar la seguridad alimentaria. Numerosos estudios muestran que las LAB ejercen una actividad inhibitoria considerable sobre los microorganismos patógenos y de deterioro presentes en los alimentos (Cosentino et al., 2018).

 

 

Características fermentativas

Los miembros del grupo BAL pueden ser homofermentativos o heterofermentativos, según la concentración de ácido producido, como se muestra en la tabla 1 . También hay cepas homofermentativas obligatorias y opcionales. La mayoría de los lactobacilos producen solo una forma isomérica de ácido láctico. El isómero de ácido láctico a sintetizar está determinado por la forma isomérica de lactato deshidrogenasa presente, ya que la lactato deshidrogenasa es estereoespecífica (Garcia et al., 2010)

En las LAB que utilizan la vía de homofermentación, la degradación de la molécula de glucosa da como resultado dos lactatos y tiene como único producto del proceso al ácido láctico; mientras que los heterofermentativos, una molécula de glucosa se transforma en etanol y ácido láctico , formando así otros productos además del ácido láctico, como ácido acético, etanol, CO ₂ (Jay; Loessner; Golden, 2008).

La capacidad de fermentación de las BAL varía según la especie. La mayoría produce entre 0,5% y 1,5% de ácido láctico, pero hay cepas capaces de producir más del 3% (Souza, 2013).

 

Tabla 1.  Ejemplos de BAL y su clasificación según el proceso de fermentación.

Fuente: adaptado de García; Arrázola; Durango (2010).

 

La fermentación llevada a cabo por estos microorganismos también juega un papel importante en la generación de péptidos y aminoácidos esenciales para el crecimiento bacteriano y la formación de metabolitos. El catabolismo de los aminoácidos tiene implicaciones para la formación del sabor y la seguridad de los productos fermentados a medida que se sintetizan las aminas biogénicas (Belgacem et al., 2010; Alegria et al., 2010).

Los polisacáridos sintetizados por estas bacterias dan mayor textura y consistencia a los alimentos, como yogures y cuajadas; los compuestos aromáticos, por su parte, contribuyen al proceso de maduración en la elaboración de quesos ya la intensificación del sabor . Además, también se generan aminoácidos libres, ácidos grasos y péptidos, resultantes de las actividades lipolíticas, proteolíticas y glucolíticas de las enzimas producidas por las bacterias del ácido láctico (Lopes, 2013; Olvera-garcía, Eduardo, et al., 2015; Smukowski & Ping, 2015; 2003).

También merece ser destacada la producción de sustancias antimicrobianas por el proceso de fermentación de algunas BAL. Algunas especies tienen la capacidad de liberar bacteriocinas, péptidos antimicrobianos sintetizados en los ribosomas, que promueven la supresión de microorganismos asociados con sabores desagradables en los alimentos, patógenos y productores de esporas. Además, son activos frente a algunas especies de bacterias: Clostridium botulinum, Staphylococcus aureus y Listeria monocytogenes (Muelas et al., 2018; Olvera-garcía, Serrano-maldonado, et al., 2015; Smukowski & Ping, 2003) .

Además de la acción contra las bacterias, algunas especies ya han sido estudiadas y aplicadas por la industria alimentaria, especialmente la industria láctea, para el control de hongos . Tal actividad antifúngica se ha atribuido a la acción sinérgica de varios compuestos, por ejemplo, ácidos orgánicos (ácidos acético, láctico y propiónico), peróxido de hidrógeno, dipéptidos cíclicos, compuestos proteicos y ácidos grasos.

Entre las BAL , varias cepas del género Lactobacillus , comúnmente utilizadas en la producción de queso, han demostrado actividades antifúngicas específicas y, como resultado, ya se han incluido en cultivos protectores comerciales disponibles en el mercado (Cosentino et al., 2018).

Por otro lado, la literatura menciona que el número limitado de cultivos protectores en los productos lácteos fermentados puede estar relacionado con la dificultad de encontrar cepas que tengan propiedades importantes.

No solo se requiere actividad antimicrobiana, sino también la capacidad de convertirse en el alimento deseado en las condiciones de fabricación sin producir ningún deterioro en la funcionalidad del cultivo iniciador y sin afectar los atributos sensoriales de los productos (Motta & Gomes, 2015).

En este escenario , las LAB tienen un gran potencial para convertirse en una alternativa, especialmente en aquellos alimentos donde se buscan etiquetas limpias y mínimos ingredientes , lo que justifica aún más la necesidad de investigar en esta área.

 

Consideraciones finales

Numerosos estudios demuestran el potencial del uso de las bacterias del ácido láctico en los alimentos. El uso, tanto como cultivos adjuntos como iniciadores, junto con el conocimiento sobre la fermentación, permiten obtener alimentos con las características organolépticas esperadas y representan una herramienta eficiente para estandarizar el proceso productivo para mejorar la inocuidad y la calidad .

Las bacterias del ácido láctico tienen una larga historia en las tradiciones culturales humanas. Están surgiendo nuevas aplicaciones basadas en una mejor comprensión de su potencial en biotecnología, y especialmente su papel en la promoción de la salud y la lucha contra la enfermedad. Esto justifica aún más la inversión en investigación y desarrollo de nuevos productos y aplicaciones en alimentos, especialmente en productos lácteos.

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Referencias

Alegría, Ángel et al (2010). Bacteriocinas producidas por cepas silvestres de Lactococcus lactis aisladas de quesos tradicionales sin iniciador elaborados con leche cruda. Revista internacional de microbiología de los alimentos , v. 143, núm. 1-2, pág. 61-66.

Astolfi Filho, S., Nuves-Silva, CG y Bigi, M. de FMA (2014). Bioprospección y biotecnología. Asociaciones estratégicas , 19 (38), 45–80. https://seer.cgee.org.br/index.php/parcerias_estrategicas/article/view/732/672

Belgacem, Z. Ben, Abriouel, H., Omar, N. Ben, Lucas, R., Martínez-Canamero, M., Gálvez, A., & Manai, M. (2010). Actividad antimicrobiana, aspectos de seguridad y algunas propiedades tecnológicas de Enterococcus faecium bacteriocinogénico de carne fermentada artesanal tunecina. Control de alimentos , 21 (4), 462–470. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2009.07.007

Ciudad biotecnológica. (2019). Biotecnología: descubre qué es y cuáles son sus usos . Ciudad biotecnológica. https://biotechtown.com/blog/o-que-e-biotecnologia/

Coelho, LF (2011). Aislamiento y Selección de Microorganismos y desarrollo de tecnología para la producción de ácido láctico . Universidad Estadual Paulista Instituto de Biociencias “Júlio De Mesquita Filho” – Rio Claro.

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Cosentino, S., Viale, S., Deplano, M., Fadda, ME, & Pisano, MB (2018). Aplicación de cepas autóctonas de Lactobacillus como bioconservantes para controlar el deterioro por hongos en el queso Caciotta. Investigación biomédica , 2018 . https://doi.org/https://doi.org/10.1155/2018/3915615

García, C., Arrázola, G., & Durango, A. (2010). Producción de Ácido Láctico por Vía Tecnológica. Temas agrarios , 15 (2), 9–26. https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/4149619.pdf

Jay, James M.; Loessner, Martín J.; Dorado, David A (2008). Microbiología moderna de los alimentos. Springer Science & Business Media.

 Lopes, A. R. (2013). Prospección de bacterias ácido lácticas en una matriz ambiental . Universidad Estadual Paulista Instituto de Biociencias “Júlio De Mesquita Filho” – Rio Claro.

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