Producción de ácidos lactobiónico/láctico y sistemas experimentales considerando la interacción entre microorganismos productores

Abstract

La búsqueda de alimentos novedosos que aporten un beneficio para la salud, más allá de sus propiedades nutricionales, constituye actualmente uno de los principales motores en el desarrollo de productos dentro de la industria alimentaria. En este contexto, la biotecnología ofrece enormes posibilidades para la obtención de productos fermentados con propiedades mejoradas, debido a la gran variedad de metabolitos producidos por los microorganismos fermentadores, muchos de ellos considerados compuestos bioactivos. Éste es el caso del ácido lactobiónico, un ácido orgánico con gran potencial en la industria alimentaria por sus propiedades tecnológicas y beneficiosas para la salud como prebiótico. En este contexto, esta tesis doctoral explora por primera vez el acoplamiento de la bioproducción de ácido lactobiónico por la bacteria Pseudomonas taetrolens a los procesos fermentativos tradicionales llevados a cabo por bacterias ácido lácticas, en concreto la bacteria probiótica Lactobacillus casei, para la obtención de productos lácteos enriquecidos en ácido lactobiónico. El empleo de cultivos iniciadores mixtos es muy frecuente en fermentaciones alimentarias, pudiendo establecerse interacciones positivas o negativas entre la microbiota que determinan las características del producto final. Por ello, como primer paso imprescindible se estudió la interacción establecida entre P. taetrolens y L. casei en fermentaciones competitivas sobre un sustrato de suero de queso, monitorizando el proceso en términos de productividad, crecimiento y estado fisiológico de los microorganismos. Este estudio reveló una interacción de tipo amensalista entre P. taetrolens y L. casei, caracterizada por la exclusión competitiva de la Pseudomona debido a la producción de metabolitos antimicrobianos por L. casei. El descubrimiento de esta interacción antagónica dio lugar a la exploración de diferentes estrategias fermentativas. Se diseñó así un sistema secuencial de dos etapas para permitir a P. taetrolens desarrollar su metabolismo sin la influencia negativa de la bacteria ácido láctica. Se establecieron los parámetros clave para el diseño del proceso, y se realizó su seguimiento en cada etapa. El sistema secuencial se reveló como una alternativa factible para el correcto desarrollo de las dos bacterias y la obtención de un producto final conteniendo ácido láctico y ácido lactobiónico. Se determinó también en este estudio el carácter simbiótico de la combinación de L. casei y ácido lactobiónico. A continuación, se realizó una aproximación a la aplicación industrial del proceso secuencial. El sustrato de suero de queso fue sustituido por leche de vaca y el proceso se escaló a nivel de biorreactor con control de pH. Se realizó el seguimiento del proceso y se llevó a cabo la caracterización del producto, en términos de composición química, física y microbiológica, haciendo hincapié en sus propiedades funcionales: su contenido elevado en el probiótico L. casei y el prebiótico lactobiónico, y bajo en lactosa. Asimismo, se evaluó el efecto del ácido lactobiónico sobre las propiedades texturales del producto. En esta tesis doctoral se exploró también otra alternativa para el control de cultivos mixtos: la encapsulación bacteriana. Para ello se llevaron a cabo fermentaciones mixtas encapsulando P. taetrolens y L. casei de forma alternativa en diferentes matrices de aplicación alimentaria. La caracterización del proceso permitió determinar el potencial de la encapsulación para actuar como una barrera física que permite minimizar el antagonismo en cultivos mixtos. La presente tesis doctoral, por tanto, aborda el diseño de nuevos bioprocesos para la obtención de productos fermentados funcionales, de carácter novedoso por su introducción de un compuesto emergente de gran interés como es el ácido lactobiónico, al mismo tiempo que aporta información útil para el desarrollo de estrategias de cultivo en fermentaciones mixtas.