“AÑO DE LA CONSERVACIÓN
PRODUCTIVA Y DEL FORTALECIMIENTO DE LA
EDUCACIÓN”
UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA
FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL
ESCUELA DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
CURSO:
BIOTECNOLOGIA
TEMA:
PRODUCCION DE AROMAS Y SABORES APLICANDO
BIOTECNOLOGÍA
ALUMNA:
LOPEZ RAMIREZ, MARIA ESTHER
DOCENTE:
MBLGO. CESAR TORRES DIAS
Piura, Julio del 2015
INTRODUCCION
El impacto económico de la biotecnología aplicada a la producción de aromas y
sabores y potenciadores de sabor para su uso en alimentos, se ha incrementado
en forma muy importante en años reciente. Es sin duda una de las áreas de mayor
desarrollo en el presente y en el futuro cercano.
A partir de los 70 el uso de aditivos en la industria alimentaria se ha intensificado
significativamente en nuestro pais.se han seguido los lineamientos establecidos
por los países industrializados quienes, con el uso de estos productos, han
buscado una homogeneidad en la calidad de sus diferentes materias primas.
La incorporación de aditivos ha aportado enormes ventajas, particularmente en el
terreno económico. Los sustitutos de leche quesos, carne, sopas y jugos de frutas,
entre otros, han ofrecido al consumidor final nuevas alternativas económicas,
diferentes a las tradicionales. Estos productos presentan una calidad constante,
una mayor vida de anaquel y un mejor perfil nutricional. Por otro lado, también ha
sido posible generar nuevos productos fuera de las temporadas convencionales de
cosecha. El avance en el conocimiento de los aromas y los sabores de los
alimentos ha permitido la creación de nuevos productos como el surimi.
La aceptación en el mercado de este tipo de productos adicionales ha seguido una
tendencia, siempre creciente, apoyándose en grandes campañas de
mercadotecnia y publicidad. Estos cambios en el patrón de consumo tradicional,
han propiciado una rápida obsolescencia de productos de consumo corriente y por
lo tanto, han favorecido una fuerte competencia en el desarrollo de nuevos
productos. La lista de aditivos, relacionados con las propiedades organolépticas,
en la industria de los alimentos incluye a los sabores artificiales, saborizantes,
colorantes, aromas, texturizantes y antioxidantes. Las proporciones de sustitutos a
incorporar en los alimentos son una función directa de calidad y variedad de
aditivos disponibles, en esto radica la importancia de los aromas, saborizantes y
potenciadores de sabores. En otras palabras, independientemente de las
propiedades nutricionales y la seguridad toxicológica o de las ventajas económicas
de un alimento, la primera propuesta del consumidor siempre es de tipo hedonista:
¿se ve bien?, ¿sabe bien? O ¿huele bien? Si no se manejan criterios acertados de
color, aspecto, textura o empaque, difícilmente se lograran los objetivos
comerciales deseados.
La formulación de alimentos competitivos siempre se encuentra sujeta a nuevos
retos, un ejemplo claro de esta situación se puede observar con el horno de
microondas. Este tratamiento térmico, prácticamente inexistente la década
pasada, descompone algunos de los sabores y aromas naturales que requieren a
la adición de nuevos compuestos con una mayor estabilidad ante este tipo de
tratamientos ya cotidianos en ciertos sectores de nuestra sociedad.
En este capítulo se presenta una breve reseña del desarrollo de la utilización de
los aromas más empleados en la industria alimentaria, los potenciadores y
saborizantes. Se hace un especial énfasis en la evaluación fisicoquímica y
sensorial de estos productos, en los procesos biotecnológicos de producción y
purificación, sus usos y aplicaciones actuales, para discutir al final las perspectivas
futuras del papel que juegan la biotecnología y la tecnología enzimática, el cultivo
de tejidos vegetales y de la ingeniería genética en la generación de los nuevos
productos que la industria alimentaria demandara los próximos 10 años.
OBJETIVOS
Determinar la influencia de la biotecnología en el avance de la industria
alimentaria principalmente en lo que concierne a los aromas y los sabores.
Identificar los microorganismos que se utilizan principalmente en la
producción de sabores y aromas, especialmente para la producción de
productos alimentarios.
MARCO TEÓRICO
AROMA Y SABOR
Se definen como una combinación de gustos y olores que pueden recibir una
influencia directa de sensaciones de olor, calor y frio, también se han definido
como una experiencia más total o unitaria que surge de la estimulación de los
sentidos del gusto, el olfato y otros sentidos. El sabor es una sensación compleja
en la que difícilmente se pueden aislar e identificar por separado todos los
elementos que lo conforman. Sin poder diferenciarse completamente, el aroma se
asocia principalmente al olfato y el sabor con el gusto.
PRODUCCION DE AROMAS Y SABORES APLICANDO BIOTECNOLOGÍA
La obtención biotecnológica de compuestos biológicos con interés farmacológico
ha adquirido un gran interés debido a que los procesos de síntesis química
terminan siendo dispendiosos y contaminantes. El crecimiento del mercado de
sabores y aromas para el uso en alimentos, bebidas, cosméticos y detergentes,
requiere nuevas estrategias de producción que no sean nocivas para el medio
ambiente. Este cambio de mentalidad se basa en la idea de una nutrición sana,
natural y económica, debido a que las fuentes de estos compuestos al ser de
origen biológico son menos costosas y de fácil acceso. Los hongos por presentar
un alto crecimiento y desarrollo, permiten que a través del metabolismo primario
de fuentes precursoras, se logre la obtención de sus metabolitos secundarios,
como sustancias de interés industrial por medio de procesos biotecnológicos, lo
cual ha generado una alta expectativa en su uso. Como objetivo de esta revisión
se pretende acercar al lector a una visión actualizada de numerosas e interesantes
posibilidades de bioproducción de sustancias utilizadas en la industria como
carotenoide, 6-pentil-á-pirona-2-feniletanol (2-PE) entre otros.
AROMAS
Los aromas y fragancias utilizadas en la industria de alimentos, productos de
limpieza y cosméticos tienen gran interés comercial y muchas de ellas se
sintetizan químicamente mediante largos procesos de producción generando
contaminación ambiental. Es por esto que se han buscado alternativas
biotecnológicas para la obtención de estos productos, mediante el uso de
microorganismos (Krings y Berger, 1998).
Trichoderma sp es uno de los géneros que poseen la habilidad de producir ciertos
aromas utilizados en la industria de alimentos. Un ejemplo de lo anterior es el 6-
pentil-a-pirona (6PP), un compuesto con aroma a coco. Bonnarne et al. (1997)
señalan que Trichoderma harzianum y T. viridae tienen la habilidad de producir
este compuesto en concentraciones de 19 mg/l y 376 mg/l respectivamente, a
partir de aceites vegetales como el aceite de castor, el cual incrementa la
producción de 6PP y reduce su toxicidad. El compuesto es ex traído mediante un
sistema de dos fases acuosas como lo hace Palomares (2000) a partir de una
cepa de T. harzianum, en el cual utilizan como fases acuosas el polietilen glicol
(PEG) y fosfato, estimando la concentración del metabolito que genera la biomasa
producida y el aroma, separado mediante cromatografía de gases y la técnica de
peso seco, respectivamente. A nivel de laboratorio se obtienen entre 15–50 ml del
metabolito y en un fermentador el rendimiento aumenta en un 25%. T. harzianum
se encuentra en la fase fermentativa y el metabolito genera el aroma en la fase
extractiva, permitiendo disminuir el efecto de inhibición que presenta el 6-pentil-
alfapirona sobre el microorganismo. Según Bonnarme et al. (1997), la molécula
6PP, presenta actividad antimicrobiana ya que tiene cierta toxicidad en la
membrana celular.
Ceratocystis fimbriata al igual que C. moniliformis son otra clase de hongos
utilizados en la producción de aromas debido a su crecimiento rápido y a la
variedad de compuestos aromáticos sintetizados. C. fimbriata a partir de un cultivo
sólido con cascarilla y pulpa de café como fuente de carbono, genera compuestos
aromáticos frutales como acetato de etilo, etanol y acetaldehído principalmente
(Bluemke et al., 2003). Ceratocystis moniliformis crece rápidamente y sintetiza
gran cantidad de compuestos como permeato de etilo, acetato de etilo, acetato de
propilo y alcohol isoamílico entre otros. Estos compuestos son extraídos por
preevaporación y analizados por cromatografía de gases (Bluemke, 2003).
El aroma a rosas es muy utilizado en la elaboración de perfumes y cosméticos. El
2- feniletanol (2-PE) es un compuesto aromático con olor a rosas. Su producción
sintética no difiere significativamente de la natural. Estchmann et al. (2002)
señalan una gran variedad de microorganismos productores de este compuesto
entre los que se encuentran: Phenillus ignarius, P. laevigatus y P. tremulae, pero
los microorganismos más prominentes en producción son las levaduras, entre las
que se encuentran Saccharomyces vini y Torulopsis utilis produciendo 12 mg/l de
2-feniletanol en 7 días. Otros microorganismos son Pichia fermentans L-5, con 453
mg/l en 16 horas; Kloeckera saturnus con 1.7 g/l en 24 horas y S. cerevisiae Giv
2009 que alcanza concentraciones de 2.35 g/l en 48 horas.
En la industria de los quesos se ha usado una gran variedad de microorganismos
para efectos del sabor y aroma. Para esto se han utilizado asociaciones
microbianas entre Geotrichum candidum, bacterias como Corynebacterium sp y
algunas levaduras como Kluyveromyces lactis y Yarrowia lipolitica entre otras
asociaciones que producen compuestos sulfurados aromáticos. Estos son
extraídos, analizados y comparados con aromatizantes comerciales. La
optimización de esos métodos analíticos genera grandes resultados debido a que
las sustancias son fácilmente detectables en los medios de cultivo. Asociando K.
lactis con una bacteria, se producen ésteres y alcoholes en cantidades
relativamente grandes. Y. lipolitica en asociación con bacterias produce
compuestos aromáticos como 2- propanol, cetonas como 2-butanona entre otros.
Geotrichum candidum produce compuestos sulfurados que al interactuar con las
sustancias producidas por Yarrowia lipolitica hace que el nivel de estos
compuestos aumente y los aromas se intensifiquen en el producto (Martin et al.,
2001).
PRODUCTOS QUIMICOS RELACIONADOS CON EL AROMA
La evolución de los diferentes métodos de producción, en la actualidad tiende
mucho hacia el campo de la biotecnología de aromas, es decir, hacia la
producción de compuestos específicos en lugar de utilizar mezclas complejas.
Algunos de los productos más importantes que pueden producirse con técnicas
relacionadas con la biotecnología son: las metilcetonas, diacétilo y el ácido
butírico.
Metilcetonas
Algunos hongos del genero Penicillium son capaces de producir metilcetonas.
Estas sustancias son las responsables del aroma característico de los quesos
madurados, tales como el Roquefort, Camembert y Cabrales, entre otros. La
concentración de estos compuestos (2-pentona, 2-heptona y 2-nonanona) en los
quesos es del orden 100 a 1000 mg por kilogramos de queso. Estas metilcetonas
por si solas no son capaces de dar un aroma completo pero pueden incrementar el
poder aromatizante, mediante su incorporación en mezclas de bases producidas a
partir de quesos.
Se han realizado varios estudios para producir estas sustancias aromatizantes por
fermentaciones en cultivos sumergidos. Los primeros trabajos utilizaban como
sustrato leche enriquecida en grasa lipolizada e inoculada con esporas de P.
roqueforti, la incubación se realizaba de 21-25 °C durante 72 h con un pH entre
4.5 y 5.5. Estudios posteriores demostraron la factibilidad técnica para producir
metilcetonas con P. roqueforti, utilizando diversos sustratos tales como: el líquido
del remojo del maíz y crema lipolizada; lactosuero y crema o aceite de coco
adicionada de lipasas de origen fungal. En estudios más recientes Larroche et al.
Han demostrado que la producción de metilcetonas es posible utilizando esporas
inmovilizadas en trigo recubierto de alginatos.
La producción comercial de estos compuestos presenta serios problemas,
incluyendo los altos costos de producción derivados de los técnicos, de donde
destaca el problema de la alta volatilidad y la toxicidad de los mismos sobre las
esporas y el micelio de P. roqueforti. Sin embargo, una manera de superar estas
limitaciones consiste en arrastrar, por destilación, las metilcetonas producidas y
condensarlas; el residuo de la fermentación podría extraerse con disolventes.
Diacétilo
Otro compuesto de gran interés comercial por su olor característico a
mantequillas, es el diacétilo o 2,3 butadiona. Este compuesto lo producen una
gran variedad de microorganismos y generalmente su producción se asocia a la
de la acetoína que es un compuesto con poco olor y que por mucho tiempo se
pensó que era un precursor del diacétilo. Desde 1972, Collins demostró que el
diacétilo no se producía por oxidación de la acetoína sino por una vía
independiente. En las bacterias lácticas el citrato es un precursor del diacétilo y su
producción se incrementa cuando el pH es menor de 5.5; bajas temperaturas, un
poco de aireación y bajos niveles de actividad de agua.
El diacétilo producido por fermentación se obtiene con rendimientos hasta de un
60%, mediante la utilización de bacterias no lácticas como Enterobacter Cloacae a
partir de sacarosa. En este proceso se obtiene mezclas de acetoína y diacétilo, la
primera se oxida por métodos químicos para aumentar el rendimiento de diacétilo.
La fuente más significativa de diacétilo comercial para su uso en la industria
alimentaria, se encuentra en la destilación de los líquidos de cultivo utilizados en la
producción de inóculos lácticos para la industria de quesos.
Acido butírico
En la naturaleza, el ácido butírico se encuentra en la materia grasa de la leche en
concentraciones que van desde el 2 a 4%. La extracción de ácido butírico de esta
fuente natural es difícil, no así su obtención por vía fermentativa que resulta ser
una alternativa interesante. Aunque el desarrollo de esta técnica se inició desde la
década de los 20, el auge de la petroquímica, limito su viabilidad.
Actualmente, la producción de ácido butírico por vía fermentativa se realiza con
bacterias anaeróbicas obligadas, especialmente Clostridium butyricum, C.
tyrobutiricum y C. acetobyricum. Estos microorganismos producen
simultáneamente ácido acético, hidrogeno y bióxido de carbono. La fermentación
se favorece a un pH de 6.0 y la limita la toxicidad del butírico mismo; sin embargo,
utilizando la técnica de lote alimentado es posible producir hasta 50 g de butírico
por litro, con un rendimiento hasta de 0.37 g/g de glucosa en 72 horas.
Manteniendo la fuente de carbono limitante y con esta técnica, es posible obtener
un proceso libre de acetato, ya que este se consume a medida que se produce.
El ácido butírico es un ingrediente utilizado para reforzar el sabor en productos
lácteos y como precursor de los esteres afrutados empleados en la industria de
chicles y refrescos.
Tabla 1
Compuestos aromáticos producidos por microorganismos
Microorganismo Aroma Compuestos
Ascoidea hylacoeti Afrutado: rosa B-fenieletanol, furan 2-
carboxilato
Ceratocystis miniliformis Afrutado: platano,
durazno, pera, rosa
3-Metil butiril actato,
gama y delta
decalactona, geranio,
cotronelol, nerol linalol,
geranil acetato
Ceratocystis variospora Fragante: geranio Citronelol, citronelil,
acetato garanial, geraniol,
citronelol, nerol, linalol,
geranil acetato
Ceratocystis virescens Afrutado: rosa 6-metil-5-hepten-2-ol
acetato, citronelol, nerol,
geranil, linalol, geranil
acetato
Inocibe cordalina Afrutado: jazmín Ester metílico del ácido
cinámico
Kluyveromyces lactis Afrutado: rosa Citronelol, linalo, geraniol
Mycoacia uda Afrutado: almendras,
pasto.
p-metilacetatofenoma,
p-totil-1-etanol,
p-totil-aldehido
Penicillium decumbens Pino, rosa, manzana,
hongo
Thujopseno, 3-octenona,
1-octen3-ol, B-feniletanol,
nerodiol
Phellinus sp. Afrutado: rosa Metil benzoato, metil
salicilato, B-feniletanol,
gama-decalactona
Sporobolomyces odorus Durazno
Streptomyces odorifer Tierra, alcanfor Trans-1-10-dimetil trans
9-decalol
2-exo-hidroxi-2-
dimetilborano
Trametes odorata Afrutado: miel, rosa, anís Metil fenilacetato,
geraniol, nerol, citronelol
Trichoderma viridae Coco 6-pentil-2-pirona
SINTESIS MICROBIANA DE NUEVOS AROMAS
Desde las observaciones realizadas a principios del siglo por Omeliansky (1923),
se ha reconocido la capacidad de ciertos microorganismos para sintetizar aromas
y sabores a partir de diferentes medios de cultivos. En la tabla 1, se resume
algunos ejemplos de producción de aromas por microorganismos. Los
microorganismos capaces de producir compuestos con aroma, generalmente
sintetizan una variedad muy compleja de especies de cultivo. Entre las especies
químicas producidas se pueden citar alcoholes, esteres, lactonas, y terpenos,
entre otros.
Alcoholes y esteres
Se han identificado una gran cantidad de alcoholes producidos por la degradación
metabólica de algunos aminoácidos. Se han encontrado e algunos hongos y
levaduras, compuestos como el metil-3, butanol, isobutanol, aceite de “fusel”
(isómeros de propanol y pentanol), y fenil etanol. Estos alcoholes intervienen como
aromas y como precursores de esteres reaccionando con ácidos como acético o
butírico. Entre los organismos que producen elevadas concentraciones de esteres
y alcoholes se encuentran geotrichum candidum, y especies de levaduras de los
géneros hansenula y pichia. Un alcohol que tiene el aroma característico de los
hongos es el octen-1, 3-ol, derivado dela oxidación de los lípidos.
Lactonas
Las lactonas son esteres cíclicos internos, hidroxiácidos principalmente gamma y
delta. Estos compuestos son abundantes en los alimentos y aportan notas de
aromas de durazno, coco, nuez y miel. Las lactonas saturadas e insaturadas se
originan en la gamma y delta hidroxilación de los ácidos grasos respectivos.
Una lactona interesante es la pentil-6, alfa pirona que tiene un fuerte olor a coco y
que es posible obtenerla mediante un cultivo estacionario de 3 o 4 días de
trichoderma viridae, en un cultivo constituido por extracto de papa y glucosa. La
formación de este producto se asocia a la etapa de esporulación del hongo. Al
final de la incubación se obtiene un aceite que contiene 90% de la lactona. El
rendimiento de este proceso es de aproximadamente 55 g de lactona por litro de
medio. Gatfield cita otros ejemplos de producción de lactonas con
microorganismos.
Compuestos bencénicos
La formación de estos compuestos ha sido estudiada en cultivos sobre agar con
base en extracto de malta utilizando especies microbianas capaces de degradar
lignina. Entre los microorganismos más estudiados se encuentran los de los
generos: phenllinus, trametes, lentinus y mycoacia uda. Entre estos compuestos
se pueden citar los siguientes: el p-tolualdehído, p-metilacetoferona, alcohol p-
dimetil bencílico, alcohol p-metil bencílico, anisaldehído, p-metoxibenzoato de
metilo.
Terpenos
Los terpenos son productos naturales derivados de isopropeno y constituyen los
componentes principales de los aceites esenciales. Se ha encontrado que algunas
especies de ceratocystis sintetizan terpenos volátiles, como productos no
asociados al crecimiento de estos hongos. La producción microbiana de estos
compuestos depende de manera importante del tipo de cepa y del tipo de
aminoácidos presentes en mayor cantidad en el medio de cultivo. En 1977, Lanza
y Palmer, empleando una cepa de ceratocystis moniliformis y con el auxilio de
precursores marcados, encontraron que la ruta biosintética de los terpenos es la
vía de mevalonato, como en los vegetales superiores. Entre los compuestos que
se han identificado destacan: geraniol, citronelol, nerol, geranial, neral y linalol.
BIOTRANFORMACIONES MICROBIANAS
El término bioconversión se aplica en el contexto de procesos en donde se realiza
la transformación de una molécula precursora en otra diferente, mediante una
serie limitada de reacciones enzimáticas; para Leuengerger, una
biotransformación se puede llevar a cabo por cualquiera de los siguientes
métodos:
Mediante el uso de células en crecimiento. En este caso el precursor del
aroma, se incorpora al medio de cultivo desde la inoculación o bien durante
el transcurso de etapas posteriores en donde el crecimiento celular aún no
ha terminado.
Mediante el uso de células cosechadas. La primera etapa de este método
consiste en permitir un crecimiento celular abundante en un medio de
cultivo especial, llamado de crecimiento celular abundante en un medio de
cultivo especial, llamado de crecimiento. Después estas células se separan
por centrifugación o filtración para incorporarlas a un segundo medio; el de
bioconversión, que contiene los precursores. Un ejemplo de este tipo de
procesos es el uso de esporas microbianas como catalizadores.
Mediante el uso de células inmovilizadas. Aquí es necesario producir las
células en un medio apropiado, para después separarlas e inmovilizarlas.
Esto último puede realizarse con el uso de cualquiera de las siguientes
técnicas: atrapamiento en polímeros porosos, adsorbiendo a los
microorganismos sobre la superficie de soportes insolubles, induciendo
ligaduras covalentes a los soportes o bien induciendo una agregación física
o química.
Mediante el uso de enzimas purificadas. En algunos casos es necesario
emplear enzimas con un alto nivel de purificación, esto se debe a que: o
bien hay una difusión apropiada de los precursores a través de la
membrana microbiana, o bien que el producto de la transformación no se
difunda una vez producido. Una condición indispensable para recurrir a este
método es que la enzima debe separarse y purificarse con cierta facilidad o
bien estar disponible en forma comercial. El uso de estas enzimas puede
ser en su forma libre o también inmovilizada.
Mediante el uso de sistemas multifase. En el paso de los precursores y
productos, al menos uno de ellos, insolubles en agua pero lipofilicos, se
recomienda trabajar en dos fases, una acuosa que contiene la enzima o los
microorganismos y un solvente no miscible en agua.
Mediante el uso de sistemas de multiconversion. Para el caso en que la
bioconversión requiera de dos o más pasos secuenciales
De los compuestos mencionados anteriormente y dentro del campo de las
biotransformaciones, los monoterpenos son los que más han sido estudiados. Esto
se ha debido a que algunos monoterpenos se encuentran disponibles en altas
concentraciones en plantas y también a que la síntesis orgánica de los mismos se
ha desarrollado intensivamente. Abraham et al., han encontrado que las
propiedades aromáticas de estos compuestos dependen directamente de su
configuración, por lo que las biotransformaciones de los monoterpenos requieren
de una alta selectividad estereoquímica de los diferentes enantiómeros
disponibles. En la tabla 2 se presentan algunos de los resultados más relevantes
en la biotransformación de algunos monoterpenos.
Tabla 2
Transformación de terpenoídes por microorganismos
Sustrato microorganismo Principales productos
Citronelal Levadura
Candida reukaufil
Pseudomonas aeruginosa
Pseudomonas digitatum
(+) Citronelol,
(-) B-citronélico
Ácido citronélico
Mentol
Citral Pseudomonas convexa Ácido geránico
Linalol Pseudomonas pseudomallei
Pseudomonas incognita
Alcanfor
Compuestos cíclicos y ácidos
Limoneno Pseudomonas sp. Carvcol, carvona, dihidrocarvona
(+) Limoneno Penicillum digitatum
Penicillium italicum
Clasdisporium sp.
Carvona
Carvona
Limoneno 1,2, -diol (+) Alfa-
terpienol
(+) mentol (acetato) Trichoderma viride
Rhodotorula mucilaginosa
Arginomonas non fermentans
1-Mentol
1-Mentol
1-Mentol
(+) Mentol
(Ësteres lácticos)
Bacillus subtilis 1-Mentol
Alfa-Pineno Aspergillus niger
Pseudomonas maltofila
(+) Verbenona
(+) Cis verbenol
(+) Sobrerol
Pinocarveol, Pinocarvanona,2, 1,
4-metil-3-ciclohexenilden-ácido
propiónico, mirtenol
Betz lonona Aspergillus niger
Lasiodiplodia theobromae
2-hidroxi-B-ionona
4-hidroxi-B-ionona
Aromas de tabaco
Oxo-Isoprona Saccharomices cerevisiae Precursor de Zeaxantina
Fuente: Sharpell, 1985 y Krasnobajew, 1983.
Otra línea que ha despertado mucho interés es la de la síntesis de esteres con la
utilización de estearasas. Gatfiel, ha demostrado que una fuente importante de
aromas se encuentra en la esterificación tanto de ácidos grasos con etanol, como
de alcoholes terpénicos con ácido propionico, butírico y caproíco.
Entre las estearasas que han tenido una mejor aceptación en estas invstigaciones,
se pueden mencionar las producidas por mucor miehei, candida cylindracea y la
lipasa pancreática.
SABORES
En la industria, uno de los usos más conocidos de los microorganismos
productores de sabores es en bebidas alcohólicas, estas fermentaciones dan
como resultado etanol, CO2 y otras sustancias que ayudan a extraer el sabor de
los componentes de las uvas, producir enzimas y metabolitos secundarios. El
principal microorganismo implicado es Saccharomyces cerevisiae, encontrándose
otros géneros como Candida sp y Hanseniaspora sp los cuales se caracterizan por
presentar tolerancia a altas concentraciones de etanol (Graham, 2003). Lilly et al.
(2000) concluyen que los alcoholes y ésteres derivados de la fermentación como
acetato de alquilo, contribuyen significativamente a la presencia de aromas
frutales en vinos.
El ácido cítrico es ampliamente utilizado en la industria de alimentos para la
producción de bebidas no alcohólicas, sales efervescentes y medicinas, para el
plateado de espejos y como aditivo en las tintas. El 99% del ácido cítrico mundial
es producido por fermentación con algunas bacterias y hongos. Aspergillus niger,
A. wentii, A. clavatus, Penicillium citrinum y Mucor piriformis son microorganismos
típicos usados en su producción (Ghassempour et al., 2003). Para su obtención se
utilizan fuentes de carbono como sacarosa, glucosa, fructosa entre otros. En el
trabajo de Bizukojc y Ledakowicz (2004) se estudia si la glucosa y fructosa
obtenidas por hidrólisis de la sacarosa son fuentes de carbono equivalentes para
Aspergillus niger, concluyendo que la utilización de la fructosa es inhibida por
concentraciones elevadas de ácido cítrico y que esto está ligado probablemente
con la interferencia del ácido cítrico en el sistema de transporte de la fructosa. En
el trabajo de Sánchez et al. (2004) se describe una alternativa diferente para la
producción de ácido cítrico a partir del suero de la leche, en cultivo sumergido con
hongos del género Aspergillus sp, con miras al aprovechamiento de este
subproducto que es uno de los principales desechos de la industria láctea. Los
autores concluyen que este medio de cultivo proporciona los nutrientes necesarios
para el desarrollo del hongo así como para la biosíntesis de ácido cítrico, aunque
A. niger no asimila adecuadamente la lactosa del suero de leche. Este ácido se
puede determinar mediante análisis gravimétricos, cromatografía de gases,
espectometría de masas, potenciometría y biosensores, siendo la HPLC y
métodos espectrofotométricos los más utilizados (Ghassempour et al., 2003).
En la industria quesera es muy frecuente el uso de microorganismos para mejorar
las características organolépticas del producto, es el caso de Leptographium
procerum, que además mejora el sabor de algunas salsas y cereales. Estos
sabores son producidos por hidrólisis del RNA de las levaduras mediada por
enzimas como la 5-fosfodiesterasa producida por el hongo, el cual se cultiva en
agar extracto de levadura y sus metabolitos se analizan por HPLC (Steensma et
al., 2004). La especie Geotrichum candidum es igualmente utilizada en la industria
quesera debido a la producción de sabores sulfurados asociados con la
producción de metan-etiol (MTL). Berger et al. (1999) encontraron que cultivando
el hongo en medio PDA y posteriormente en un medio líquido de queso, se
produce MTL y otros derivados como tioacetato de Smetilo, tiobutarato de S-
metilo, trisulfito de dimetilo entre otros, los cuales son analizados por
cromatografía de gases y espectrofotometría de masas. También se analizó que el
uso de esta cepa junto con Penicillium camemberti confiere un sabor más típico
que el obtenido sólo con G. candidum. Otro hongo utilizado en asociación con P.
camemberti, es Penicillium caseifulvum, cultivado y fermentado en medio Czapek,
mediante el cual se logra extraer compuestos sulfurados entre los que se
encuentran: 2-metil-1-propanol, 2- pentanona, 3-metil-1-butanol, 2-heptanona y 2-
undecanona principalmente (Ostenfeld 1999). Park (1999), en su artículo confirma
lo presentado por Ostenfeld, (1999), señalando que P. roquefortii utilizado en la
elaboración del queso azul, también produce 2- alcanonas, estos compuestos son
extraídos de microcápsulas que contienen las esporas del hongo y posteriormente
son analizados por cromatografía de gases.
En el trabajo de Lomascolo et al. (2000) Realizado en el Laboratorio de
Biotecnología de los Champiñones y el Centro Superior de Biotecnología de
Francia, se considera que el uso biotecnológico de hongos filamentosos para
producir sabores ha adquirido gran interés, ya que estos sabores son definidos
como naturales y considerando el incremento de la producción de sabores por
procesos biotecnológicos se ofrece una alternativa viable como fuente de diversas
sustancias. La vainillina es obtenida usando hongos con habilidades
complementarias de bioconversión como Aspergillus niger que transforma el ácido
ferúlico a ácido vainílico y, Phanerochaete cinnabarinus y P. chrysosporium que
transforman el ácido vainílico a vainillina, logrando recuperar más de 200 mg de
vainillina (Lomascolo et al., 2000). Priefert et al. (2001) coinciden con Lomascolo
et al. (2000) en que A. niger interviene en la bioconversión del ácido ferúlico, en
este estudio A. niger produce 3.6 g/l de ácido vainilíco, Phanaerochaete
chrysosporium produce 0.628 g/l de vainillina y P. cinnabarinus 0.481 g/l de la
misma.
Los metabolitos producidos por hongos seguirán abriéndose paso en el mercado,
ya que numerosos estudios acreditan su efectividad logrando competir con las
sustancias sintetizadas químicamente en calidad y aportando significativamente
en la disminución de la contaminación ambiental.
SABORIZANTES CARNICOS
Los saborizantes son compuestos que, a diferencia de los potenciadores, se
caracterizan por poseer un sabor propio, cárnico en este caso, y que son capaces
de conferir un sabor sui generis a los alimentos que los contienen. Los
saborizantes se producen en una gran variedad de tonos y gustos específicos que
van desde los muy ligeros hasta los muy fuertes que recuerdan la carne de cerdo.
En las formulaciones convencionales, invariablemente se incluyen derivados de
levaduras en su forma de extractos obtenidos por hidrolisis acida, enzimática o
mediante autolisis, así como proteínas hidrolizadas de origen vegetal (PVH).
Derivados de levaduras
La fuente principal de este tipo de saborizantes sn las levaduras, que pertenecen a
los generos candida, Kluyveromyces y Saccharomyces y en particular las especies
de C. utilis, K. fragilis y S. cerevisiae, respectivamente. Estas tres levaduras han
sido clasificadas como GRAS por la FDA y sus aplicaciones en la industria
alimentaria se han diversificado ampliamente aprovechando diferentes
características. Una de las propiedades que las caracteriza es la de reproducirse
de manera controlada por procesos de fermentación en reactores industriales. El
producto de estos reactores se denomina levadura primaria y constituye la materia
prima para la obtención de los saborizantes derivados de levaduras. Con
frecuencia se utilizan levaduras de cervecería, que han producido alcohol en los
mostos de la malta; esta materia prima contiene residuos de lúpulo que le confiere
el sabor amargo característico a la cerveza y generalmente es difícil de eliminar.
La levadura de panificación también es una materia prima atractiva solo que los
costos de fabricación pueden ser tan elevados que la eliminan del mercado de los
saborizantes. Las levaduras idóneas para estos propósitos son aquellas que han
sido producidas específicamente para ser tratadas con estos fines. Las levaduras
obtenidas a partir de melazas de caña o de suero de queserías son el mejor
ejemplo. Los derivados de levadura pueden ser hidrolizados o autorizados.
Hidrolizados de levadura (HDL)
Los HDL son el producto de la hidrolisis controlada de las células completas de las
levaduras primarias. Esta hidrolisis puede realizarse mediante la utilización de
ácidos fuertes (generalmente se utiliza el ácido clorhídrico y se llaman hidrolizados
ácidos (HADL) o bien utilizando enzimas exógenas) se utilizan complejos
enzimáticos con fuertes actividades proteolíticas y lipolíticas como es el caso de la
pancreatina, tripsina, quimiotripsina y lisozima, estos se llaman hidrolizados
enzimáticos (HEDL). En el primer caso, los procesos se desarrollan a
temperaturas hasta de 150°C por espacio de 1 a 4 horas, los constituyentes
poliméricos celulares quedan reducidos a sus formas monomericas básicas y no
existe la posibilidad de orientar la hidrolisis hacia sabores definidos ya que se trata
de una ruptura molecular muy severa y aleatoria, cuando finaliza la reacción acida
es necesario neutralizar y la cantidad de sales producida llega a ser de tal
magnitud que generalmente enmascara sabores específicos. En el caso de los
hidrolizados enzimáticos, la inespecificidad de los complejos enzimáticos que se
emplean en la industria, conduce a hidrolisis parciales bajo condiciones menos
drásticas que se emplean en la anterior, pero los compuestos generados como
subproductos de las reacciones enzimáticas, principalmente con la pared y
membrana de las células, así como el sabor propio de las enzimas adicionadas
producen fuertes interferencias en los saborizantes finales que, en la práctica, son
difíciles de eliminar.
De igual manera se pueden hablar de termolizados y plasmolizados de levaduras
con problemas de especificidad similares.
Como se puede ver, las levaduras susceptibles de hidrolizarse por cualquiera de
estos métodos no necesariamente deben ser viables, es decir, levaduras muertas
o vivas pueden utilizarse indistintamente y los resultados serán muy similares.
Autorizados de levaduras (ADL)
Los ADL son el producto de la autolisis o autodigestión de células de levaduras
que se someten, de manera controlada, a un ayuno de nutrientes vitales por un
tiempo prolongado. Las reacciones de autolisis se realizan en el interior de las
células, en el citoplasma y se llevan a cabo debido a la acción de todo un conjunto
de enzimas endógenas que se sintetizan exprofeso para autobastecer de
nutrientes extracelulares. Esto implica que las levaduras idóneas para producir
ADL deben ser originalmente viables para que sean capaces de utilizar sus
propias proteasas, lipasas, carbohidratasas y nucleasas. Estas enzimas
producirán selectivamente una compleja gama de compuestos oligoméricos entre
los que destacan los aminoácidos, péptidos, y los ácidos nucleicos de bajo peso
molecular que además de reaccionar entre ellos en el citoplasma, constituyen por
si mismas mezclas sinérgicas de potenciadores.
Técnicamente los ADL son aquellos saborizantes que contienen tanto los
productos solubles de la lisis citoplasmática como las paredes celulares insolubles,
mientras que el extracto de levaduras autolizadas solo comprende al contenido
citoplasmático de las levaduras que han sido autolizadas y los restos celulares han
sido separados por filtración. Las diferentes notas saborizantes que se encuentran
en estos compuestos se deben obtener simplemente variando las condiciones de
operación.
En el diagrama anterior se puede ver la producción de cualquier derivado de
levaduras, en donde se distinguen los diferentes compuestos que se han
mencionado.
Los saborizantes derivados de levaduras se adicionan en diferentes proporciones
en embutidos y alimentos enlatados. Su uso más común se localiza en diferentes
formulaciones de sopas deshidratadas y salsas liquidas del tipo inglesa. En
estados unidos existe una gran variedad de derivados de levadura en el mercado,
que van desde los ADL de sabor ligero, uno con bajo contenido en sodio (2-3%
NaCl) hasta los fuertemente cárnicos (38-40%NaCl), siendo estos últimos mezclas
de ADL con HADL.
En México se tiene preferencia por los ADL que generalmente se presentan en
forma comercial como una pasta con 80% de solidos totales (aunque también se
presenta como polvo que, por su carácter altamente higroscópico, tiene
dificultades en su aplicación) que se mezclan directamente con otros polvos (sal,
féculas, PVH, GMS, etc.), grasas, colorantes y agua hasta una humedad no mayor
del 10%.
Los saborizantes derivados de levaduras son ricos en proteínas (40-70% base
seca), en vitaminas del complejo B, acido nicótico y otros aminoácidos esenciales;
sin embargo, debido a las bajas proporciones en que se utilizan, no es posible
considerarlos como valiosos por sus propiedades nutricionales. Una formulación
típica para un aderezo saborizante es la siguiente:
Proteínas vegetales hidrolizadas (PVH)
Este grupo de saborizantes cárnicos fue desarrollado como una alternativa
comercial interesante ante el desplazamiento de la industria químico-alimentaria
por la de las fermentaciones, caso concreto del GMS. El GMS se obtenía
originalmente por hidrolisis acida del gluten de trigo y las plantas instaladas de
GMS encontraron como alternativa producir PVH que no son sino el licor obtenido
después de la hidrolisis acida antes de la purificación para obtener el GMS. Este
extracto crudo, más barato, pronto encontró a un gran número de aplicaciones
como saborizante cárnico.
En la actualidad, las PVH se producen a partir de materias primas que contengan
un cierto nivel de proteínas, independientemente de si son de origen vegetal o
animal, de este nivel de proteínas dependen las diferentes tonalidades de sabor
producidas, los hidrolizados pueden actuar desde acentuadores de los sabores
cárnicos hasta donadores propiamente, este medido en una escala hedónica. Esta
propiedad doble de estos compuestos que fluctúan entre los potenciadores y los
saborizantes e ha dado una gran permanencia y aceptación en el mercado de los
sabores.
CONCLUSIONES
El desarrollo de la biotecnología ha influido notablemente en la
comprensión y el avance de la industria alimentaria en general y más aún
en el campo de los sabores y aromas. No solo aportando mayores
conocimientos en bioquímica y genética microbiana, acción y especificidad
enzimática sino también contribuyendo con una mayor disponibilidad de
enzimas y microorganismos mejorados.
Los microorganismos más utilizados en esta rama de aromas y sabores
tanto en la industria alimentaria y en la industria en general aplicando la
biotecnología son los hongos.
BIBLIOGRAFIA:
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biotecnológica de sabores, pigmentos y aromas a partir de hongos
miceliales y levaduras.
García Garibay, M.; Quintero Ramírez, R.; Agustín López-Munguía
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Pdf de mundo alimentario denominado Producción Biotecnológica de
Sabores, Pigmentos y Aromas a Partir de Hongos Miceliales y Levaduras.
2011. Disponible en:
http://www.alimentariaonline.com/media/MA044_hong.pdf.
Sánchez, O.; Ortiz, M.; Betancourt, A. 2004. Obtención de ácido cítrico a
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biotecnológica Colombiana.
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