Proceso para la producción de extractos antimicrobianos a partir de suero lácteo y vinazas.

El objeto de esta invención es la formulación de un medio de cultivo a partir del suero lácteo para la producción de extractos antimicrobianos por cepas de Lactobacillus plantarum.

Se reivindica la utilización de suero lácteo, -nocivo para el medioambiente, como fuente de carbono, así como para la generación de disoluciones de fenilalanina por hidrólisis enzimática, y posterior conversión simultánea y conjunta en aditivos antimicrobianos, el ácido láctico, el ácido feniláctico y las bacteriocinas, por bioprocesos llevados a cabo en continuo o discontinuo. Adicionalmente se pueden emplear lías de vinificación destiladas (o vinazas) para la formulación de medios fermentativos económicos, durante la producción de estos extractos antimicrobianos por Lactobacillus plantarum.

Proceso para la producción de extractos antimicrobianos a partir de suero lácteo y

vinazas

Estado de la técnica

La producción de aditivos alimentarios de carácter natural que permitan obtener productos de gran calidad resulta interesante para darle respuesta a las demandas de la sociedad actual, relacionadas con la calidad, salud y seguridad de los alimentos, al tiempo que se incrementa la competitividad de nuestr, :, industria alimentaria, para poder alcanzar una mayor dimensión internacional. Debido a esto, en la actualidad se identifican serios problemas relacionados directamente con la forma de conservación de los alimentos frescos derivados del hecho de la continua exigencia por parte de los conswnidores y administración de disminuir y substituir el uso de conservantes y aditivos químicos en los alimentos por los naturales y obtenidos biotecnológicamente, como consecuencia a los efectos adversos que pueden causar los primeros en la salud del consumidor. Esto obliga a la búsqueda de metodologías alternativas económicamente rentables. En este sentido, los residuos industriales constituyen una fuente de materia prima económica y renovable. Al mismo tiempo, el empleo de estos residuos industriales para la producción biotecnológica de metabolitos de interés industrial, reduce el impacto ambiental de las empresas que los generan así como los revaloriza como fuente económica y renovable para la obtención de estos metabolitos.

La industria del queso es un subsector de gran importancia en España que genera gran cantidad de diversos residuos, de entre los que cabe destacar, debido a su gran cantidad y posteriores problemas medioambientales el suero lácteo o lactosuero. Este suero lácteo se produce en las industrias lácteas durante el proceso de elaboración del queso tras la separación del mismo de la cuajada por filtración mediante el proceso denominado desuerado. El suero lácteo representa entre un 80 y un 90% del volwnen total de la leche utilizada en la fabricación de queso, y contiene alrededor del 50% de los nutrientes iniciales de la misma (En la Tabla 1 se muestra la composición media del mismo) . La gran cantidad de suero que se produce en una empresa de elaboración de quesos y sus caracteristicas contaminantes, fundamentalmente la muy elevada carga orgánica (40.000-80.000 rng O, /L) y por tanto elevada D80, DQO y conductividad, obligan a recuperar todo este suero y evitar su vertido al colector de aguas residuales.

Del mismo modo, la viticultura es un subsector de gran importancia en España que genera grandes cantidades de residuos, entre los que cabe señalar las lías de vinificación. De acuerdo con el Reglamento del Consejo Europeo 1493/ 1999, por el que se establece la organización común del mercado vitivilÚcola, estas lías deben ser enviadas a destilerías de alcohol, produciendo así lías destiladas o vinazas, las cuales representan elevados volúmenes de residuo con una alta carga orgánica. La DQO y DBO se sitúa en 21.715 y 13.440 mgIL respectivamente (Beltrán y col., 1999) . El porcentaje total de lías se sitúa en tomo al 2% en peso de los kilogramos de uvas empleadas.

Las lías se producen en las propias bodegas durante el proceso de elaboración del vino. A medida que transcurre la fermentación del mosto en vino, las levaduras muertas se van depositando en el fondo de las cubas o toneles. Junto con las levaduras se depositan también otros organismos (principalmente bacterias) , materia orgánica (proteínas, taninos ...) , sólidos minerales, y otros materiales como sólidos empleados en la clarificación, originándose un depósito de composición heterogénea que generalmente no es conveniente que permanezca en contacto con el vino, ya que le podría trasmitir sabores indeseables en un corto período de tiempo. Para separarlas, se requiere un trasiego o cambio del vino de un recipiente a otro.

Las lías procedentes de la fermentación se destilan en bodega o destilerías, para recuperar alcoholes y sustancias aromáticas, quedando por tanto unas lías empobrecidas en estos compuestos. Su composición varia en función del trasiego del que procedan. Estas lías destiladas se procesan parcialmente junto con otros lodos residuales en depuradoras para tratar de disminuir en la medida de lo posible su impacto ecológico. El resto son vertidas a ríos y lagos en el peor de los casos, o bien recogidas por empresas que en su actividad industrial incluyen la gestión de este tipo de residuos mediante la recuperación de productos de interés como el ácido tartárico.

Las bacteriocinas son proteínas o péptidos biológicamente activos con actividad antimicrobiana producidos por síntesis ribosomal y segregados por un gran número de bacterias para inhibir microorganismos competidores (Katikou, 2005; Motta y col.,

2008) . Estas sustancias con frecuencia actúan frente a grupos bacterianos estrechamente relacionados con la cepa productora (fundamentalmente gram positivas, más raramente gram negativas) . Sin embargo, estudios recientes afinnan que también pueden actuar frente a otras especies bacterianas taxonómicamente distantes e incluso frente a hongos y algunos parásitos (Cotter y col., 2005; Svetoch y col., 2008) .

En la actualidad, las bacteriocinas producidas por las bacterias ácido tácticas JXlseell un gran interés como agentes bioconservantes por diversos factores, de los que se destacan:

• Poseen estatus de QPS (Qualified Presumption of Safety) ya que son

producidas por microorganismos reconocidos generalmente como GRAS

(Generally Recognized As Safe) , es decir, tanto ellos como los metabolitos que producen son considerados seguros para la salud ya que han sido consumidos en alimentos fennentados por innumerables generaciones sin que se hayan observado efectos adversos en la población (Joerger, 2002; Drider y col., 2006;

Millete y col., 2008) .

• Debido a su naturaleza peptídica son degradadas e ¡nactivadas en el tracto digestivo, por lo que no afectan a la microbiota intestinal ni originan problemas de tipo alérgico en los consumidores.

• Actúan sinérgicamente con otros sistemas de conservación pudiendo contribuir a un menor empleo de ciertos aditivos químicos y/o a la suavización de algunos tratamientos tecnológicos.

El ácido 3-feniláctico es un ácido orgánico formado en el metabolismo de la fenilalanina (Figura 1) en el cual la fenilalanina es transaminada a ácido fenilpirúvico (Mu y col., 2009a) . El ácido 3-feniláctico es producido por diversos microorganismos incluyendo algunas bacterias ácido lácticas (Prema y col., 2010; Mu y col., 2009a; Mu y col., 2009b; Strom y col., 2002; Valerio y col., 2004; Li y col., 2007) , hongos como Geotrichum candidum (Diverleux y col., 1998a) y bacterias ácido propiónicas (Thierr y y Maillard, 2002; Schwenninger y col., 2008) . El ácido 3-feniláctico es considerado en la actualidad como un novedoso compuesto antimicrobiano con un amplio espectro de inhibición de los principales microorganismos causantes del deterioro de los alimentos frescos o incluso de los principales patógenos presentes en alimentos, como es el caso de Listeria monocytogenes o Staphy/ococcus aureus (Dieuleveux y coL, 1998b~ Dal Befo y col., 2007) . Debido a esta capacidad de inhibición, el ácido 3-feniláctico JX>see un interesante potencial para la aplicación práctica como agente antimicrobiano en la industria alimentaria (Mu y col., 2009a) abriendo nuevas perspectivas de utilización de este compuesto para el control antimicrobiano pudiendo aumentar así la vida útil de los alimentos (Lavermicocca y col.. 2003) .

Simultáneamente también se produce ácido láctico, un ácido orgánico ampliamente estudiado y empleado en la actualidad en numerosos sectores industriales tales como en la industria química (en la obtención de polímeros biodegradables) , en la industria alimentaria (como agente acidulante y conservante) , así como en la industria cosmética y fannacéutica. La producción industrial de ácido láctico viene definida por la coexistencia de los procesos basados en la síntesis química y de los procesos fermentativos. En los últimos años se ha incrementado la producción por procedimientos fennentativos debido, entre otros factores, a la creciente necesidad de producir isómeros puros. La producción de ácido láctico por vía fennentativa con respecto a la química se caracteriza por ser relativamente rápida, transcurrir con elevados rendimientos, pennitir el empleo de múltiples materias primas renovables para su producción y poder dar lugar, selectivamente, a uno de los isómeros del ácido láctico.

El interés del ácido láctico reside en varios aspectos, entre los que cabe destacar:

• Su elevado... [Seguir leyendo]

l. Proceso para la producción de extractos antimicrobianos a partir de suero lácteo y lías de vinificación (o vinazas) como suplemento nutricional que se caracteriza por comprender las siguientes etapas: a) Hidrólisis de las proteínas del suero lácteo con enzimas proteo líticas a 50 oC

y 100 rpm, llevada a cabo entre 1 y 12 h de incubación.

b) Aporte nutricional al suero hidrolizado con lías de vinificación destiladas e) Fermentación por medio de bacterias ácido lácticas en incubador orbital a 31, 5 oC y 100 rpm.

2. Proceso para la producción de extractos antimicrobianos a partir de suero lácteo y lías de vinificación como suplemento nutricional, según reivindicación 1, en el que las enzimas proteolíticas empleadas en la etapa a) son iZyme (EC 3.4.23.23)

o Alcalase (EC 3.4.21.62) o Flavourzyme (EC 3.4.11.1 )

3. Proceso para la producción de extractos antimicrobianos a partir de suero lácteo y lías de vinificación como suplemento nutricional, según reivindicación 1, en el que las vinazas se centrifugaron previamente y la fracción líquida se neutralizó a pH 7. Una vez neutralizadas se congelaron y se liofilizaron. Las vinazas liofilizadas se resuspendieron en el suero hidrolizado en la etapa a) .

4. Proceso para la producción de extractos antimicrobianos a partir de suero lácteo y lías de vinificación como suplemento nutricional, según reivindicación 1, en el que en la etapa b) se utilizan lías de vinificación liofilizadas o mezcla de lías liofilizadas y sólidas rehidratadas en el medio anterior,

5. Proceso para la producción de extractos antimicrobianos a partir de suero lácteo y lías de vinificación como suplemento nutricional, según reivindicación 1, en el que la bacteria ácido láctica empleada en la fermentación es la cepa

Lactobacillus plan/arum.

6. Proceso para la producción de extractos antimicrobianos a partir de suero lácteo y lías de vinificación como suplemento nutricional en continuo caracterizado por utilizar un fermentador en un rango de caudales entre 0, 17 al, 18 mL/min a 31, 5 oC de temperatura y 100 rpm de agitación.

7. Proceso para la producción de extractos antimicrobianos a partir de suero lácteo y lías de vinificación como suplemento nutricional, según reivindicaciones 1 a 6

caracterizado porque la solución resultante contiene una mezcla de ácido feniláctico (entre 0, 64 y 1, 55 mM) y ácido láctico (entre 30, 1 y 48, 4 gIL) .

8. El empleo del extracto antimicrobiano obtenido según el proceso de producción indicado, a partir de suero lácteo y suplementos nutricionales, según reivindicaciones 1 a 6, en la industria alimentaria.