Hablemos Claro

Producción de Bacterias Ácido Lácticas

M.C. Lorena Pedraza Segura
Departamento de Ingeniería y Ciencias Químicas
Universidad Iberoamericana

Las bacterias ácido lácticas son utilizadas ampliamente en la industria de alimentos como mejoradoras de sabor y textura en diversos productos, así como por su capacidad de mantener bajo control a bacterias potencialmente patógenas. También se emplean en la producción de ácido láctico, un ingrediente de amplio uso en la Industria Alimentaria.

Para la aplicación de los lactobacilos en la elaboración de productos como el yogurt y los quesos o para obtención de materias primas como el ácido láctico, se requiere producirlos masivamente, generalmente utilizando diversas materias primas y fermentadores convencionales (tanques con agitación mecánica figura 1), normalmente sin alimentación de aire. A continuación se analizarán brevemente los factores a considerar en la producción masiva de los lactobacilos:


Figura 1. Reactor para la producción masiva de lactobacilos

 

Nutrientes

A diferencia de otras bacterias de aplicación industrial, los lactobacilos son exigentes en cuanto a los nutrientes que necesitan para multiplicarse, pues además de azúcares (fuente de energía) y sales minerales, que aportan elementos como nitrógeno, fósforo y potasio, deben proporcionarse proteínas, aminoácidos y vitaminas.

Es importante mencionar que la selección del medio en el que se cultiven, debe basarse en los requerimientos de cada especie, en su capacidad para mantener el crecimiento microbiano y alcanzar conteos finales de células adecuados al proceso de que se trate, por ejemplo obtención de probióticos, así como del costo pues esto repercutirá en el del producto. Un medio que se usa frecuentemente es la leche descremada, la que provee de varios nutrientes a las bacterias lácticas. Sin embargo no resulta del todo adecuada para escalas industriales pues debe pasteurizarse, puede generar sólidos que dificulten la recuperación de las células microbianas y en general no se alcanzan conteos mayores a 1 x 107 células/mL, que son valores bajos si se pretende tener concentrados celulares más altos puesto que deberá trabajarse entonces con fermentadores de más volumen.

Otro medio de cultivo adecuado para las bacterias lácticas es un preparado comercial, conocido como MRS, que contiene proteínas hidrolizadas provenientes de diferentes fuentes, glucosa y sales (figura 2). En éste se alcanzan cuentas microbianas de hasta 1 x 1012 células/mL, dependiendo de la especie, pero su elevado costo lo hace poco apto para volúmenes industriales.


Figura 2. Siembra en nivel de laboratorio en agar MRS y micrografía de bacterias ácido lácticas

 

El medio de cultivo puede diseñarse de acuerdo al objetivo del proceso, es decir, si se desea obtener biomasa microbiana o algún producto como ácido láctico o bacteriocinas. En general los nutrientes que debe incluir un medio para bacterias lácticas se dividen en cuatro grupos:

  1. Nutrientes complejos como extracto de levadura, licor de maíz, hidrolizados de proteínas de soya, caseína o suero de leche. También se incluyen aquí la leche descremada y los concentrados de suero de leche.
  2. Nutrientes simples que se subdividen en orgánicos como los azúcares (glucosa, lactosa, sacarosa) y vitaminas. Los inorgánicos incluyen las sales que aportan elementos como fósforo, potasio, nitrógeno, azufre, etc.
  3. Amortiguadores o buffers.
  4. Antiespumantes para reducir la espuma formada como resultado de la agitación y de las proteínas presentes, usualmente se utiliza silicón.

Como se mencionó anteriormente los componentes del medio se eligen no solamente por el aporte de nutrientes al microorganismo sino también por su estado físico (sólidos en suspensión, concentración, etc.), la disponibilidad durante el año y el precio.

Además del medio de cultivo hay otros aspectos que influyen en el crecimiento de los lactobacilos, como son la temperatura, el pH, el oxígeno presente en el medio y la sal que se utilice para neutralizar el ácido formado al crecer las bacterias. La temperatura a la que se efectúe el cultivo está relacionada con el valor óptimo para el crecimiento, si son mesófilas o termófilas, por ello puede variar desde 26 a 42°C aproximadamente, para las cepas mas importantes en la industria.

La aeración no es un factor limitante en el cultivo de bacterias lácticas en fermentadores, puesto que éstas se consideran microaerofílicas y no toleran altas concentraciones de oxígeno. Nuevamente esto es variable para cada especie pues en algunos casos el oxígeno promueve el crecimiento microbiano, como sucede con Lactobacillus plantarum, Leuconostoc mesenteroides y Lactobacillus delbrueckii. También la producción de ácido láctico puede estimularse en Lactobacillus helveticus por medio de la alimentación de aire.

El pH inicial del medio de cultivo puede ajustarse sin mayor problema pero conforme transcurre la fermentación la producción de ácido láctico provoca que descienda. Hay un efecto inhibitorio en el crecimiento de los microorganismos por lo que el pH se controla mediante la adición de neutralizantes, que usualmente son bases como el hidróxido de sodio o de amonio. Existen diversos reportes en la literatura sobre el efecto de las diferentes bases en el desarrollo de las bacterias, en general se considera que el hidróxido de amonio es mejor como agente neutralizante.

Finalmente el equipo en el que se llevan a cabo estos procesos son fermentadores convencionales, con agitación mecánica y sistema de control de temperatura. Deben contar con chaqueta o serpentín para poder esterilizarlos dado que los medios de cultivo son ricos en nutrientes y por consiguiente se contaminan fácilmente. Si se alimenta aire también este se esteriliza por medio de filtros. El volumen de los fermentadores depende el propósito del cultivo de las bacterias lácticas, si el objetivo es producir células o ácido láctico, por ejemplo, de la cantidad deseada y de los rendimientos.

Un proceso típico parte del cultivo conservado ya sea en caja Petri o en tubo de ensaye con un medio sólido (v.g. agar MRS), una etapa de propagación en tubo o matraz y etapas de pre inóculo e inóculo para el fermentador de producción. El número de pasos lo determinan el volumen de éste así como el porcentaje o la concentración inicial de células que constituyen el inóculo. En la siguiente figura se ejemplifica lo anterior, en la producción de ácido láctico.


Fuente: fermentacionlactea.wikispaces.com